薄膜の形成方法およびそれに用いるマスク
【課題】独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を成膜する。
【解決手段】開口パターンが形成された平板状のマスク２を介して、ノズル１１から噴射された超微粒子を基板３上に堆積させ、前記開口パターンに対応する形状の薄膜を基板３上に成膜する。マスク２は、前記開口パターンの外郭を画定する外郭画定部２ａと、その外郭画定部２ａの内側に開口２ｂを介して配され前記開口パターンの内郭を画定する遮蔽部２ｂと、外郭画定部２ａと遮蔽部２ｃとの間に延在しこれらを連結する桁部２ｄとを有する。この桁部２ｄは、マスク２の底面から離れた位置に形成する。
【解決手段】開口パターンが形成された平板状のマスク２を介して、ノズル１１から噴射された超微粒子を基板３上に堆積させ、前記開口パターンに対応する形状の薄膜を基板３上に成膜する。マスク２は、前記開口パターンの外郭を画定する外郭画定部２ａと、その外郭画定部２ａの内側に開口２ｂを介して配され前記開口パターンの内郭を画定する遮蔽部２ｂと、外郭画定部２ａと遮蔽部２ｃとの間に延在しこれらを連結する桁部２ｄとを有する。この桁部２ｄは、マスク２の底面から離れた位置に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクの開口の形状に対応する形状の薄膜を基板上に成膜する薄膜の形成方法およびそれに用いるマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜の形成方法として、粒子噴射装置から噴射されたエアロゾル化した超微粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成するエアロゾルデポジション（ＡＤ法）が知られている。ＡＤ法によれば、微細な形状の薄膜も形成しうる。
【０００３】
ＡＤ法において、粒子噴射装置と基板との間に所定のパターンの開口を有する金属製の平板形状のメタルマスクを配置し、前記メタルマスクと基板上の薄膜の成長表面との距離、またはメタルマスクと前記基板の表面との距離を一定に保った状態で、前記粒子噴射装置が、前記マスクに対して相対的に変位しつつ、前記超微粒子を前記メタルマスクの開口を通して前記基板に噴射することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、環状をした開口を有するマスク（レジスト）を使用し、基板を回転しつつ前記マスクの開口内に超微粒子を吹き付け、超微粒子の薄膜を環状の形状に成膜することも知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２０２１７１号公報（段落０００８および図３）
【特許文献２】特開平０６−０９３４１８号公報（段落００２２および図３（ｃ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術においては、メタルマスクは、開口の外側の輪郭を画定するだけで、開口の内部には、開口の内側の輪郭を画定する部分を持たないので、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を形成することができない。よって、例えば円形状の非成膜領域の外側に、成膜領域を挟んで、環状の非成膜領域を同心状に形成することはできない。
【０００６】
一方、特許文献２の技術において、同様の形状の薄膜を、環状の開口を有するマスクを使用して形成する場合、マスクは２つの部材に分かれるためこれらの２つの部材の位置決めが非常に困難となり現実的ではない。また、マスクの代わりにレジストを用いて、同心環状の開口パターンを有する遮蔽を形成ことによって、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を成膜することはできるが、露光・現像・レジスト除去工程を必要としないメタルマスクにより前記パターンの薄膜を成膜できることが望まれている。再利用可能であるメタルマスクによる方が、簡便、低コストで、生産性にも優れるからである。
【０００７】
この発明は、マスクを利用して、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を成膜する方法およびそれに用いるマスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、基板上に薄膜を形成する方法であって、平板状のマスクであって、第１の領域、第１の領域を取り囲んで配置されて、第１の領域との間に第１の領域を取り囲む開口を画定する第２の領域、及び、所定の方向に延在して第１の領域と第２の領域とを連結し、前記マスクの一方の面から所定の空隙をもって配置された桁を有するマスクを前記基板上に配置する第１工程と、前記基板及び前記マスクの上方に超微粒子を噴射する粒子噴射装置を配置する工程と、前記粒子噴射装置が前記マスクの上面側から前記超微粒子を噴射することにより、前記基板上に前記所定のパターンに対応する形状の薄膜を形成する第２工程とを備える薄膜の形成方法が提供される。ここで、「マスク」とは、例えばメタルマスクなどのように再利用可能であるマスクを意味する。
【０００９】
このようにすれば、第１の領域と、第１の領域を取り囲むように配置されて、第１の領域との間に所定のパターンの開口を画定する第２の領域とが、これらの間に延在する桁にて連結された部材を、基板上に配する平板状のマスクとして用いているので、例えばＡＤ法によって、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を基板上に簡単に成膜することができる。また、前記桁は、マスクの底面から離れた位置に形成されているので、前記基板上に前記マスクの底面を接触させたときに、前記基板と桁部との間に空間が存在する。このとき、桁部の下側にも超微粒子が侵入して、成膜される。つまり、粒子噴射装置から噴射される超微粒子は、完全に直進するのではなく、ある程度の広がりをもって噴射されるので、前記基板との間に空間が存在するマスクの桁部の下側にも超微粒子が侵入して、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜が成膜される。そのため、例えばＡＤ法において、再利用可能であるマスクを用いて、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を基板上に簡単に成膜することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の薄膜の形成方法において、前記桁は、前記マスクの前記一方の面側に向かって先細っていてもよい。
【００１１】
このようにすれば、マスクの桁の下側（底面側）に超微粒子を潜らせ、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の薄膜の形成方法において、第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜し、かつ、前記桁の延在方向と交差する方向に前記超微粒子を噴射してもよい。
【００１３】
このようにすれば、超微粒子が桁部の下側に潜り込みやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの薄膜の形成方法において、第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に平行であって且つ前記桁の延在方向と直交する方向に沿って、前記マスクに相対して往復移動しつつ、前記超微粒子を噴射してもよい。ここで、往復移動は、直線移動でも回転移動でもよい。
【００１５】
このようにすれば、超微粒子を桁部の下側に積極的に潜らせることができ、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４の形成方法において、前記粒子噴射装置は、前記超微粒子を前記マスクに対して斜め方向から噴射するノズルを有してもよい。
【００１７】
このようにすれば、マスクに対し垂直な方向（鉛直方向）から超微粒子を噴射する場合よりも、超微粒子が桁の下側に回りこみやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項４または５の薄膜の形成方法において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜した第１の方向に向けて超微粒子を噴射する第１のノズルと、前記マスクの面に対して傾斜し且つ第１の方向とは異なる第２の方向に、超微粒子を噴射する第２のノズルとを有し、第２工程において、前記粒子噴射装置が前記マスクとの相対して移動する方向に応じて、前記第１のノズルあるいは第２のノズルが択一的に超微粒子を噴射してもよい。
【００１９】
このようにすれば、第１および第２のノズルから噴射される超微粒子どうしが衝突するのを回避して、薄膜が基板上に効率よく形成される。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの薄膜の形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が対称な形状であってもよい。
【００２１】
このようにすれば、桁部の両側から超微粒子が下側に回りこみやすくなる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか薄膜の形成方法において、前記薄膜は、インクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するために、振動板となる基板の上に成膜された、圧電材料の環状の薄膜であってもよい。
【００２３】
このようにすれば、ＡＤ法を用いることにより、圧電材料からなる環状の膜（層）を簡単に成膜できる。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項８の薄膜の形成方法において、前記薄膜は、前記圧電材料の環状の薄膜の上に成膜された電極用の金属薄膜であってもよい。
【００２５】
このようにすれば、ＡＤ法によって、環状の電極（金属薄膜）を、圧電材料からなる環状の膜（層）の上側に簡単に成膜できる。
【００２６】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかの形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形であってもよく、請求項１１の発明は、請求項１〜９のいずれかの形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形であってもよい。いずれの場合にも、桁が下側に向かって先細っているので、超微粒子が桁の下側に回りこみやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００２７】
請求項１２の発明は、請求項８〜１１のいずれかの薄膜の形成方法において、前記圧電材料がＰＺＴであってもよい。この場合には、ＰＺＴを材料とした高性能な圧電素子を形成できる。
【００２８】
請求項１３の発明は、請求項１〜１２のいずれかの薄膜の形成方法において、前記マスクが金属で形成されていてもよい。この場合には、容易にマスクを再利用することができる。
【００２９】
請求項１４の発明は、請求項８〜１３のいずれかの薄膜の形成方法において、前記マスクの開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在してもよい。この場合には、例えば、インクジェットプリンタのヘッドに用いられる圧電アクチュエータの、略楕円形の圧力室を覆う振動板に圧電材料の膜（圧電層）を形成する場合において、マスクを振動板の上に配置したときに、桁は、圧力室の短手方向の略中央と重なり、且つ、圧力室の長手方向に延在する。この場合において、形成される圧電層の、桁と重なる部分の厚さが、他の部分の厚さよりも若干薄くなったとしても、圧電アクチュエータの機能には影響を及ぼさない。
【００３０】
請求項１５の発明は、粒子噴射装置から噴射された超微粒子を基板上に堆積させて、基板上に薄膜を形成する際に用いられるマスクであって、板状の第１部材と、第１部材を取り囲んで配置され、第１部材との間に第１部材を取り囲む開口を画成する板状の第２部材と、第１部材と第２部材とを連結する桁とを有し、前記桁が第１部材及び第２部材の、一方の面から離れた位置に形成されているマスクが提供される。
【００３１】
このようにすれば、例えばＡＤ法において基板上にマスクを接触させた状態で配することで、独立した非成膜領域を含むパターンの成膜を成膜することができる。また、構造も簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る薄膜の成膜装置の概略構成を示しており、図１（ａ）は成膜時の状態を示す図であり、図１（ｂ）は基板をセットした状態を示す図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、薄膜の成膜装置１は、開口が形成された板状のメタルマスク２と、基板３と、基板を載置する基板ホルダ６と、メタルマスク２を支持する支持台４と、メタルマスク２を支持台４の上に固定するマスクホルダ５と、基板ホルダ６の高さを調整するアクチュエータ７とを備える。
【００３５】
薄膜の成膜装置１において、所定のパターン（開口パターン）の開口が形成された板状のメタルマスク２（ステンレス製のマスク）は、その底面が基板３上に接触した状態で配置される。薄膜を形成する超微粒子を、粒子噴射装置１１０（図３（ａ）参照）からメタルマスク２を介して噴射することにより基板３上に堆積させ、前記開口パターンに対応する形状の薄膜（図示せず）を基板３上に成膜することができる。なお、成膜装置１は、真空ポンプ等の減圧装置によって内部が減圧されるチャンバーの内側に配設される。
【００３６】
支持台４の上部には支持部４ａが設けられており、メタルマスク２は、所定の高さに調節された支持部４ａ上に支持される。さらに、メタルマスク２の上側にはマスクホルダ５が配置され、メタルマスク２が一定高さの定位置に保持される。メタルマスク２の下側において、基板３が基板ホルダ６上に保持され、この基板ホルダ６の高さは、アクチュエータ７によって調整できる。アクチュエータ７は、基板ホルダ６を水平に支持する可動ロッド７ａと、この可動ロッド７ａの変位量を変化させる本体（駆動部）７ｂとを備える。アクチュエータ７により、基板ホルダ６及び基板３は、メタルマスク２と略平行な状態で支持される。
【００３７】
アクチュエータ７を駆動して基板３を上昇させて（基板３をメタルマスク２に接近する向きに移動して）、基板３の上面をメタルマスク２の底面と接触させる。この状態が成膜時の状態となる（図１（ａ）参照）。基板３は、不図示の位置決め機構によって、前記定位置に保持されるメタルマスク２に対して一定の位置関係になるように位置決めされ、且つ、基板ホルダ６上に保持される。なお、図１に示すメタルマスク２を定位置に固定し、基板３を移動させる代わりに、基板を定位置に固定し、メタルマスクを上下方向に移動してもよく、基板およびメタルマスクの両方を移動してもよい。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、メタルマスク２は、開口の外側の輪郭を画定する平面視で矩形状の外枠（第２の領域、第２部材、外郭確定部）２ａと、外枠２ａの内側に開口２ｂを挟んで配置されて、前記開口の内側の輪郭を画定する平面視長円形状の遮蔽部（第１の領域、第１部材、島部、独立部）２ｃと、外枠２ａと遮蔽部２ｃとの間に延在しこれらを連結する複数の桁２ｄとを有する。桁２ｄは、メタルマスク２の底面（基板と接触する面）から離れた位置に形成されている。つまり、桁２ｄはメタルマスク２の上面側（底面と反対側）に形成されている。そして、メタルマスク２の底面が基板３に接触する状態（図３（ｂ）参照）で、メタルマスク２を基板３上に配置すると、桁２ｄはメタルマスク７の底面から離れた位置に形成されているので、桁２ｄと基板３と間に空間ができる。
【００３９】
桁２ｄの断面は、二等辺三角形であり、メタルマスク２の底面側に向かって徐々に小さくなっている（先細っている）。桁２ｄの延在方向に直交する断面は、対称な形状である。外枠２ａがマスクホルダ５を用いて支持台４に支持され、遮蔽部２ｃは、桁２ｄを介して外枠２ａに対して支持される。つまり、外枠２ａが支持台４に固定されることによって、遮蔽部２ｃも固定される。桁２ｄの厚さは、外枠２ａおよび遮蔽２ｃの厚さの半分以下であるが、桁２ｄは遮蔽２ｃを支持するのに十分な剛性を有する。なお、桁２ｄの一つが、遮蔽２ｃを外枠２ａに対して支持するのに十分な剛性を有する場合には、残りの桁２ｄはなくてもよい。また、桁２ｄが遮蔽２ｃを外枠２ａに対して支持するのに十分な剛性を有する限りにおいて、桁２ｄを設ける位置は任意にしうる。
【００４０】
次に、薄膜の成膜方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、メタルマスク２を基板３上に配置する（第１工程）。このとき、基板３の上面とメタルマスク２の底面とは接触しており、メタルマスク２は基板３上を移動することはできない。
【００４１】
基板３とメタルマスク２とを接触させた状態で、図３（ｂ）に示すように、粒子噴射装置１１０のノズル１１をメタルマスク２の開口２ｂの上側に配置する。このとき、ノズル１１とメタルマスク２との間の距離は、約１ｃｍ程度である。そして、メタルマスク２の上面側からノズル１１を通じて、サブミクロン程度（１ミクロン程度又は１ミクロン以下）の粒径を有する超微粒子１２を噴射する。これによって、基板３上に超微粒子１２が堆積する。このとき、開口２ｂを通過した超微粒子１２が基板３上に達し、基板３上に堆積されるので、開口２ｂの形状（開口パターン）に対応した形状の薄膜が成膜される。また、超微粒子１２の大きさは桁２ｄの幅に比べて非常に小さく、また、超微粒子１２は、噴射される向き（図３（ａ）の下向き）に向かって広がって噴射されるので、桁２ｄの下側にも回りこむ。つまり、基板３の、平面視で桁２ｄと重なる領域（影領域１２０）にも超微粒子１２が堆積し、薄膜が形成される。言い換えると、桁２ｄの有無にかかわらず、基板３の、開口２ｂと重なる領域（成膜領域１２１）全体にわたって超微粒子１２が堆積し、薄膜が形成される。
【００４２】
ノズル１１に対する基板３の位置を固定した状態で基板３の成膜領域１２１全体にわたって超微粒子１２を噴射することが困難な場合には、ノズル１１から、下方に向けて超微粒子１２を噴射する代わりに、ノズル１１が基板３に相対して移動しつつ、基板３に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。例えば、ノズル１１が、メタルマスク２の面方向に平行であってかつ桁部２ｄの延在方向と直交する方向に沿って相対移動しつつ、基板３の成膜領域１２１全体にわたって超微粒子１２を噴射して、超微粒子１２を堆積させることができる。ここで、桁２ｄの延在方向と直交する方向に沿って相対移動させることにより、超微粒子１２が桁２ｄの下側に回り込みやすくなる。また、粒子噴射装置１１０のノズル１１は、メタルマスク２の面に対して傾斜する方向であって、かつ桁２ｄの延在方向と交差する方向に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。つまり、超微粒子１２がメタルマスク２に対し斜め方向から噴射されてもよい。
【００４３】
成膜が終了した後、アクチュエータ７を駆動して、基板３を初期位置まで下げて、基板３とメタルマスク２とを引き離す。その後、基板３を交換し、前述した工程を繰り返して、順次、基板３に薄膜を形成する。
【００４４】
このような成膜方法は、例えばインクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するための圧電アクチュエータ用の圧電層として、振動板（基板）の上に形成される圧電材料からなる環状の薄膜を製造する場合に適用することができる。例えば、図４（ａ）に示されるメタルマスク２１を用いて、圧電材料（ＰＺＴ等）の超微粒子を基板に向かって噴射して、基板上に堆積させることによって、図４（ｂ）に示すように、略楕円形の圧力室２２に対応する略楕円形の非成膜領域を有する環状の膜（圧電層）２３を形成することができる。ここで、メタルマスク２１は、基板上に非成膜領域を形成するための外枠２１ａおよび遮蔽部２１ｃと、２つの桁２１ｄ１，２１ｄ２とを有し、外枠２１ａと遮蔽部２１ｃとが２つの桁２１ｄ１、２１ｄ２によって連結されることによって、成膜領域を形成するための開口２１ｂが画定されている。ここで、桁２１ｄ１及び２１ｄ２は、メタルマスク２１を所定の位置に配置したときに、圧力室２２の短手方向（第２の方向）略中央と重なり、且つ、圧力室２２の長手方向（第１の方向）に沿って延在している。つまり、桁２１ｄ１及び２１ｄ２が、メタルマスク２１を所定の位置に配置したときに圧力室の長手方向端部と重なる位置に形成されている。後述する引き打ち用の圧電アクチュエータにおいて、圧力室の長手方向端部と重なる領域は、短手方向端部と重なる領域に比べて、圧力室の容積を変化させることに対する寄与が小さい。したがって、このメタルマスク２１を用いて圧電材料の膜を形成した際に、桁と重なる部分の膜の厚さが、他の部分の膜の厚さよりも若干薄くなったとしても、圧電アクチュエータの動作に及ぼす影響は少ない。メタルマスクの桁は、遮蔽部を支持する限りにおいて任意の箇所に形成しうるが、上述のように、形成される膜について、膜の厚さが部分的に薄くなったとしても、膜の機能に影響が少ない箇所がある場合には、その箇所に対応して、桁を形成することが望ましい。
【００４５】
また、上述のように、圧電材料の膜２３の形状を圧力室２２の周囲と重なる環状の形状にすることによって、引き打ち用の圧電アクチュエータにおいて、駆動効率のよい圧電アクチュエータを形成することができる。一般に、圧電アクチュエータは圧電材料の膜（圧電層）と、圧電層を挟んで形成された２つの電極とを有する。圧電層の、２つの電極にはさまれた領域は、これらの電極に電圧が印加された場合に変形する変形領域となる。例えば、圧電アクチュエータが、振動板（板材）を挟んで、圧力室の上方に配置されている場合を考える。変形領域が圧力室の周囲と重なる状態で圧電アクチュエータが振動板に固定されている場合には、圧電アクチュエータの電極に所定の電圧を印加することによって、振動板の圧力室の中央部と重なる領域を上側に湾曲させることができる。このとき、圧力室の容積が増大するため、圧力室内の圧力が急激に減少し、これに伴って圧力室内に負の圧力波（第１の圧力波）が発生する。第１の圧力波が圧力室の長手方向に片道伝播する時間が経過したとき、圧力室内の圧力が正に転じる。圧力が正に転じるタイミングで、圧電アクチュエータの電極への電圧の印加を停止すると、圧力室の容積が元に戻るため、これに伴って正の圧力波（第２の圧力波）が発生する。正に転じた第１の圧力波と第２の圧力波が合成されるので、圧力室内のインクに大きな圧力が加わり、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。これによって、いわゆる引き打ちを行うことができる。このときには、圧電アクチュエータの電極に電圧を印加している間だけ、圧力室の容積を増大させることができるので、待機時間に圧電アクチュエータの電極に電圧を印加する必要がなく消費電力を抑えることができ、さらに、圧電層の分極劣化を抑えることもできる。また、引き打ちを行うことにより、低い駆動電圧でインクに高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータの駆動効率が高くなる。引き打ち用の圧電アクチュエータにおいては、圧電アクチュエータの駆動領域を除く領域には、圧電層が形成されていない方が望ましい。なぜならば、振動板の圧力室と重なる領域全体に圧電層（圧電材料による薄膜）を形成すると、インク噴射の際の振動板の変形を阻害する原因となるからである。したがって、膜２３のように環状の形状に形成されることが望ましい。
【００４６】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＰＺＴの環状の膜２３上に、引き打ち用の電極２４が形成される。電極２４は、例えば、スクリーン印刷法又はスパッタリングにより形成されてもよく、環状の膜２３と同様に、ＡＤ法により形成されてもよい。
【００４７】
ＡＤ法によって電極２４を形成する場合について、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、環状の膜２３が形成された基板３上を所定の位置に配置する。次に、図５（ｂ）に示すように、メタルマスク３１を環状の膜２３の上に位置決めして、メタルマスク３１と環状の膜２３とが接触した状態で保持する。その後、図５（ｃ）に示すように、電極を形成するための超微粒子（例えば、金、銅などの超微粒子）を基板３に向かって噴射して電極層２４’を成膜する。その後、メタルマスク３１を取り除き（図５（ｄ））、焼成されて、電極２４が形成される（図５（ｅ））。なお、スクリーン印刷法を用いる場合には、メタルマスク３１に代えて印刷マスクを使用し、超微粒子を噴射する代わりに、金属微粒子を含む導電性材料等を吐出して基板上に印刷することにより、基板３上に形成された環状膜２３の上に電極２４を形成することができる。
【００４８】
また、スパッタリングによって電極２４を形成する場合について、図６（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、環状の膜２３が形成された基板３上を所定の位置に配置する。図６（ｂ）に示すように、レジスティング（フィルムレジスト）を行い、基板３及び環状の膜２３の上にレジストフィルム３２を形成する。図６（ｃ）に示すように、レジストフィルム３２の上にマスク３３を位置決めして配置した状態で、不図示の露光装置を用いて露光する。マスク３３を取り除いた後、露光された基板３等を現像する（図６（ｄ））。これにより、レジストフィルム３２の露光された領域が除去され、環状の膜２３の、電極２４が形成される部分が露出される。図６（ｅ）に示すように、スパッタリングにより、レジストフィルム３２及び環状の膜２３の上に金属膜３４を形成する。その後、レジストを除去することにより、環状の膜２３の上側に電極２４が形成される（図６（ｆ））。
【００４９】
本発明は、前記実施の形態のほか、次のように変更することも可能である。
【００５０】
図７に示す粒子噴射装置１１１は、単一のノズル１１に代えて、メタルマスク２の面に対して傾斜した第１の方向に延在する第１のノズル１１Ａと、第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２のノズル１１Ｂとを有している。粒子噴射装置１１１は、第２の工程において、粒子噴射装置１１１と基板３およびメタルマスク２との相対移動方向に応じて第１のノズル１１Ａあるいは第２のノズル１１Ｂが択一的に超微粒子１２を噴射してもよい。例えば、図８に示すように、一体化された基板３およびメタルマスク２（基板３等と呼ぶ）がベース４１上に配置され、基板３等が粒子噴射装置１１１に相対して水平方向に往復移動している間に、粒子噴射装置１１１が基板３等に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。この場合には、基板３等が粒子噴射装置１１１に相対して移動する際に、超微粒子１２が基板３上への堆積することが阻害されないように、桁２ｄは、粒子噴射装置１１１と基板３等との相対移動方向に直交する方向に延在することが望ましい。あるいは、基板３等が粒子噴射装置１１１に対して静止した状態で、第１のノズル１１Ａ又は第２のノズル１１Ｂが択一的に超微粒子１２を噴射してもよい。または、例えば、２つのノズル１１Ａ、１１Ｂから同時に超微粒子１２を噴射した状態において、ノズル１１Ａ，１１Ｂのうち一方のノズルから噴射された超微粒子１２のみが基板３上の所望の領域に堆積するように、基板３等を粒子噴射装置１１１に対して相対移動させてもよい。この場合には、ノズル１１Ａ，１１Ｂのうち他方のノズルから噴射された超微粒子１２は、例えば基板の外側又はメタルマスク２の外枠の上に堆積することになる。
【００５１】
前記実施の形態では、超微粒子が桁の下側に回りこみやすいように、桁の断面形状を三角形としているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図９（ａ）〜（ｇ）に示すような断面形状を有する桁部であってもよい。
【００５２】
図９（ａ）に示す桁４２ａのように、その断面の形状は略矩形であってもよい。図９（ｂ）に示す桁４２ｂのように、その断面形状は、一方の側面４２ｂａのみが傾斜面である直角三角形であってもよい。図９（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示す桁４２ｃ，４２ｄのように、上面と下面とが平坦な面であって、断面の形状が台形であってもよい。図９（ｅ）に示すように、桁４２ｅの形状は、桁４２ａの下面を下側に凸の湾曲面にした形状であってもよい。同様に、図９（ｆ）、図９（ｇ）にそれぞれ示すように、桁４２ｆ、４２ｇの形状は、桁４２ｃ、４２ｄの下面を下側に凸の湾曲面にした形状であってもよい。なお、桁の形状（及び断面形状）は上記の例に限定されず、マスクを基板上に配置したときに、マスクの桁と基板との間に十分な空隙が形成されて、噴射された超微粒子が桁を回り込んでその空隙に達しうる限りにおいて、任意の形状にしうる。
【００５３】
上記実施形態及び変形例において、金属製のマスク（メタルマスク）を用いて本発明を説明してきたが、マスクが再利用できる限りにおいて、マスクの材料は任意にしうる。また、マスクの外枠及び/又は遮蔽部の上面（マスクを基板上に配置した際に、基板と反対側になる面）と桁の上面とは、必ずしも面一である必要はなく、例えば桁がマスクの外枠の上面よりも上側に湾曲したアーチ状に形成されていてもよい。また、マスクとノズルとの間の距離及びノズルから噴射される超微粒子の粒径は、上述の実施形態に限定されず任意にしうる。
【００５４】
本発明のマスクを用いて成膜される膜は、上記実施形態及び変形例において示されたもの以外であってもよい。例えば、ジルコニア又はアルミナの超微粒子を、マスクを介して基板上に噴きつけることによって、絶縁性の膜を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る薄膜の成膜装置の概略構成を示し、図１（ａ）は成膜時の状態を示す図、図１（ｂ）は基板セット時の状態を示す図である。
【図２】図２（ａ）はメタルマスク２の平面図、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線、ＩＩＣ−ＩＩＣ線およびＩＩＤ−ＩＩＤ線における断面図である。
【図３】図３（ａ）は基板上にメタルマスクを配置した状態を示す図であり、図３（ｂ）は基板上に超微粒子を噴射している状態を示す図である。
【図４】図４（ａ）はメタルマスク２１の平面図であり、図４（ｂ）は本発明方法によって成膜される薄膜の平面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示された薄膜の上に電極が積層された状態を表す平面図である。
【図５】図５（ａ）は基板を配置した図であり、図５（ｂ）は基板上にマスクを配置した図であり、図５（ｃ）は基板上に金属の超微粒子を噴射している図であり、図５（ｄ）はマスクを取り外した図であり、図５（ｅ）は焼結後の状態を表す図である。
【図６】図６（ａ）基板を配置した図であり、図６（ｂ）は基板上にレジストフィルムを形成した図であり、図６（ｃ）は露光状態を表す図であり、図６（ｄ）は現像した状態を表す図であり、図６（ｅ）は露光した基板上に金属膜を形成した図であり、図６（ｆ）はレジストフィルムを除去した図である。
【図７】図７は複数のノズルを有する粒子噴射装置を用いて薄膜を形成する方法についての説明図である。
【図８】図８は基板を往復移動させつつ薄膜を形成する方法についての説明図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ桁部の断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 薄膜の成膜装置
２ メタルマスク
２ａ 外郭画定部
２ｂ 開口
２ｃ 遮蔽部
２ｄ 桁部
３ 基板
１１，１１Ａ，１１Ｂ ノズル
１２ 超微粒子
４２ａ〜４２ｇ 桁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクの開口の形状に対応する形状の薄膜を基板上に成膜する薄膜の形成方法およびそれに用いるマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜の形成方法として、粒子噴射装置から噴射されたエアロゾル化した超微粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成するエアロゾルデポジション（ＡＤ法）が知られている。ＡＤ法によれば、微細な形状の薄膜も形成しうる。
【０００３】
ＡＤ法において、粒子噴射装置と基板との間に所定のパターンの開口を有する金属製の平板形状のメタルマスクを配置し、前記メタルマスクと基板上の薄膜の成長表面との距離、またはメタルマスクと前記基板の表面との距離を一定に保った状態で、前記粒子噴射装置が、前記マスクに対して相対的に変位しつつ、前記超微粒子を前記メタルマスクの開口を通して前記基板に噴射することも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、環状をした開口を有するマスク（レジスト）を使用し、基板を回転しつつ前記マスクの開口内に超微粒子を吹き付け、超微粒子の薄膜を環状の形状に成膜することも知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２０２１７１号公報（段落０００８および図３）
【特許文献２】特開平０６−０９３４１８号公報（段落００２２および図３（ｃ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術においては、メタルマスクは、開口の外側の輪郭を画定するだけで、開口の内部には、開口の内側の輪郭を画定する部分を持たないので、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を形成することができない。よって、例えば円形状の非成膜領域の外側に、成膜領域を挟んで、環状の非成膜領域を同心状に形成することはできない。
【０００６】
一方、特許文献２の技術において、同様の形状の薄膜を、環状の開口を有するマスクを使用して形成する場合、マスクは２つの部材に分かれるためこれらの２つの部材の位置決めが非常に困難となり現実的ではない。また、マスクの代わりにレジストを用いて、同心環状の開口パターンを有する遮蔽を形成ことによって、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を成膜することはできるが、露光・現像・レジスト除去工程を必要としないメタルマスクにより前記パターンの薄膜を成膜できることが望まれている。再利用可能であるメタルマスクによる方が、簡便、低コストで、生産性にも優れるからである。
【０００７】
この発明は、マスクを利用して、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を成膜する方法およびそれに用いるマスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、基板上に薄膜を形成する方法であって、平板状のマスクであって、第１の領域、第１の領域を取り囲んで配置されて、第１の領域との間に第１の領域を取り囲む開口を画定する第２の領域、及び、所定の方向に延在して第１の領域と第２の領域とを連結し、前記マスクの一方の面から所定の空隙をもって配置された桁を有するマスクを前記基板上に配置する第１工程と、前記基板及び前記マスクの上方に超微粒子を噴射する粒子噴射装置を配置する工程と、前記粒子噴射装置が前記マスクの上面側から前記超微粒子を噴射することにより、前記基板上に前記所定のパターンに対応する形状の薄膜を形成する第２工程とを備える薄膜の形成方法が提供される。ここで、「マスク」とは、例えばメタルマスクなどのように再利用可能であるマスクを意味する。
【０００９】
このようにすれば、第１の領域と、第１の領域を取り囲むように配置されて、第１の領域との間に所定のパターンの開口を画定する第２の領域とが、これらの間に延在する桁にて連結された部材を、基板上に配する平板状のマスクとして用いているので、例えばＡＤ法によって、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を基板上に簡単に成膜することができる。また、前記桁は、マスクの底面から離れた位置に形成されているので、前記基板上に前記マスクの底面を接触させたときに、前記基板と桁部との間に空間が存在する。このとき、桁部の下側にも超微粒子が侵入して、成膜される。つまり、粒子噴射装置から噴射される超微粒子は、完全に直進するのではなく、ある程度の広がりをもって噴射されるので、前記基板との間に空間が存在するマスクの桁部の下側にも超微粒子が侵入して、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜が成膜される。そのため、例えばＡＤ法において、再利用可能であるマスクを用いて、独立した非成膜領域を含むパターンの薄膜を基板上に簡単に成膜することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の薄膜の形成方法において、前記桁は、前記マスクの前記一方の面側に向かって先細っていてもよい。
【００１１】
このようにすれば、マスクの桁の下側（底面側）に超微粒子を潜らせ、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の薄膜の形成方法において、第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜し、かつ、前記桁の延在方向と交差する方向に前記超微粒子を噴射してもよい。
【００１３】
このようにすれば、超微粒子が桁部の下側に潜り込みやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの薄膜の形成方法において、第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に平行であって且つ前記桁の延在方向と直交する方向に沿って、前記マスクに相対して往復移動しつつ、前記超微粒子を噴射してもよい。ここで、往復移動は、直線移動でも回転移動でもよい。
【００１５】
このようにすれば、超微粒子を桁部の下側に積極的に潜らせることができ、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４の形成方法において、前記粒子噴射装置は、前記超微粒子を前記マスクに対して斜め方向から噴射するノズルを有してもよい。
【００１７】
このようにすれば、マスクに対し垂直な方向（鉛直方向）から超微粒子を噴射する場合よりも、超微粒子が桁の下側に回りこみやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項４または５の薄膜の形成方法において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜した第１の方向に向けて超微粒子を噴射する第１のノズルと、前記マスクの面に対して傾斜し且つ第１の方向とは異なる第２の方向に、超微粒子を噴射する第２のノズルとを有し、第２工程において、前記粒子噴射装置が前記マスクとの相対して移動する方向に応じて、前記第１のノズルあるいは第２のノズルが択一的に超微粒子を噴射してもよい。
【００１９】
このようにすれば、第１および第２のノズルから噴射される超微粒子どうしが衝突するのを回避して、薄膜が基板上に効率よく形成される。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの薄膜の形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が対称な形状であってもよい。
【００２１】
このようにすれば、桁部の両側から超微粒子が下側に回りこみやすくなる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか薄膜の形成方法において、前記薄膜は、インクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するために、振動板となる基板の上に成膜された、圧電材料の環状の薄膜であってもよい。
【００２３】
このようにすれば、ＡＤ法を用いることにより、圧電材料からなる環状の膜（層）を簡単に成膜できる。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項８の薄膜の形成方法において、前記薄膜は、前記圧電材料の環状の薄膜の上に成膜された電極用の金属薄膜であってもよい。
【００２５】
このようにすれば、ＡＤ法によって、環状の電極（金属薄膜）を、圧電材料からなる環状の膜（層）の上側に簡単に成膜できる。
【００２６】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかの形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形であってもよく、請求項１１の発明は、請求項１〜９のいずれかの形成方法において、前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形であってもよい。いずれの場合にも、桁が下側に向かって先細っているので、超微粒子が桁の下側に回りこみやすくなり、前記開口のパターンに対応する形状の薄膜を成膜する上で有利となる。
【００２７】
請求項１２の発明は、請求項８〜１１のいずれかの薄膜の形成方法において、前記圧電材料がＰＺＴであってもよい。この場合には、ＰＺＴを材料とした高性能な圧電素子を形成できる。
【００２８】
請求項１３の発明は、請求項１〜１２のいずれかの薄膜の形成方法において、前記マスクが金属で形成されていてもよい。この場合には、容易にマスクを再利用することができる。
【００２９】
請求項１４の発明は、請求項８〜１３のいずれかの薄膜の形成方法において、前記マスクの開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在してもよい。この場合には、例えば、インクジェットプリンタのヘッドに用いられる圧電アクチュエータの、略楕円形の圧力室を覆う振動板に圧電材料の膜（圧電層）を形成する場合において、マスクを振動板の上に配置したときに、桁は、圧力室の短手方向の略中央と重なり、且つ、圧力室の長手方向に延在する。この場合において、形成される圧電層の、桁と重なる部分の厚さが、他の部分の厚さよりも若干薄くなったとしても、圧電アクチュエータの機能には影響を及ぼさない。
【００３０】
請求項１５の発明は、粒子噴射装置から噴射された超微粒子を基板上に堆積させて、基板上に薄膜を形成する際に用いられるマスクであって、板状の第１部材と、第１部材を取り囲んで配置され、第１部材との間に第１部材を取り囲む開口を画成する板状の第２部材と、第１部材と第２部材とを連結する桁とを有し、前記桁が第１部材及び第２部材の、一方の面から離れた位置に形成されているマスクが提供される。
【００３１】
このようにすれば、例えばＡＤ法において基板上にマスクを接触させた状態で配することで、独立した非成膜領域を含むパターンの成膜を成膜することができる。また、構造も簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る薄膜の成膜装置の概略構成を示しており、図１（ａ）は成膜時の状態を示す図であり、図１（ｂ）は基板をセットした状態を示す図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、薄膜の成膜装置１は、開口が形成された板状のメタルマスク２と、基板３と、基板を載置する基板ホルダ６と、メタルマスク２を支持する支持台４と、メタルマスク２を支持台４の上に固定するマスクホルダ５と、基板ホルダ６の高さを調整するアクチュエータ７とを備える。
【００３５】
薄膜の成膜装置１において、所定のパターン（開口パターン）の開口が形成された板状のメタルマスク２（ステンレス製のマスク）は、その底面が基板３上に接触した状態で配置される。薄膜を形成する超微粒子を、粒子噴射装置１１０（図３（ａ）参照）からメタルマスク２を介して噴射することにより基板３上に堆積させ、前記開口パターンに対応する形状の薄膜（図示せず）を基板３上に成膜することができる。なお、成膜装置１は、真空ポンプ等の減圧装置によって内部が減圧されるチャンバーの内側に配設される。
【００３６】
支持台４の上部には支持部４ａが設けられており、メタルマスク２は、所定の高さに調節された支持部４ａ上に支持される。さらに、メタルマスク２の上側にはマスクホルダ５が配置され、メタルマスク２が一定高さの定位置に保持される。メタルマスク２の下側において、基板３が基板ホルダ６上に保持され、この基板ホルダ６の高さは、アクチュエータ７によって調整できる。アクチュエータ７は、基板ホルダ６を水平に支持する可動ロッド７ａと、この可動ロッド７ａの変位量を変化させる本体（駆動部）７ｂとを備える。アクチュエータ７により、基板ホルダ６及び基板３は、メタルマスク２と略平行な状態で支持される。
【００３７】
アクチュエータ７を駆動して基板３を上昇させて（基板３をメタルマスク２に接近する向きに移動して）、基板３の上面をメタルマスク２の底面と接触させる。この状態が成膜時の状態となる（図１（ａ）参照）。基板３は、不図示の位置決め機構によって、前記定位置に保持されるメタルマスク２に対して一定の位置関係になるように位置決めされ、且つ、基板ホルダ６上に保持される。なお、図１に示すメタルマスク２を定位置に固定し、基板３を移動させる代わりに、基板を定位置に固定し、メタルマスクを上下方向に移動してもよく、基板およびメタルマスクの両方を移動してもよい。
【００３８】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、メタルマスク２は、開口の外側の輪郭を画定する平面視で矩形状の外枠（第２の領域、第２部材、外郭確定部）２ａと、外枠２ａの内側に開口２ｂを挟んで配置されて、前記開口の内側の輪郭を画定する平面視長円形状の遮蔽部（第１の領域、第１部材、島部、独立部）２ｃと、外枠２ａと遮蔽部２ｃとの間に延在しこれらを連結する複数の桁２ｄとを有する。桁２ｄは、メタルマスク２の底面（基板と接触する面）から離れた位置に形成されている。つまり、桁２ｄはメタルマスク２の上面側（底面と反対側）に形成されている。そして、メタルマスク２の底面が基板３に接触する状態（図３（ｂ）参照）で、メタルマスク２を基板３上に配置すると、桁２ｄはメタルマスク７の底面から離れた位置に形成されているので、桁２ｄと基板３と間に空間ができる。
【００３９】
桁２ｄの断面は、二等辺三角形であり、メタルマスク２の底面側に向かって徐々に小さくなっている（先細っている）。桁２ｄの延在方向に直交する断面は、対称な形状である。外枠２ａがマスクホルダ５を用いて支持台４に支持され、遮蔽部２ｃは、桁２ｄを介して外枠２ａに対して支持される。つまり、外枠２ａが支持台４に固定されることによって、遮蔽部２ｃも固定される。桁２ｄの厚さは、外枠２ａおよび遮蔽２ｃの厚さの半分以下であるが、桁２ｄは遮蔽２ｃを支持するのに十分な剛性を有する。なお、桁２ｄの一つが、遮蔽２ｃを外枠２ａに対して支持するのに十分な剛性を有する場合には、残りの桁２ｄはなくてもよい。また、桁２ｄが遮蔽２ｃを外枠２ａに対して支持するのに十分な剛性を有する限りにおいて、桁２ｄを設ける位置は任意にしうる。
【００４０】
次に、薄膜の成膜方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、メタルマスク２を基板３上に配置する（第１工程）。このとき、基板３の上面とメタルマスク２の底面とは接触しており、メタルマスク２は基板３上を移動することはできない。
【００４１】
基板３とメタルマスク２とを接触させた状態で、図３（ｂ）に示すように、粒子噴射装置１１０のノズル１１をメタルマスク２の開口２ｂの上側に配置する。このとき、ノズル１１とメタルマスク２との間の距離は、約１ｃｍ程度である。そして、メタルマスク２の上面側からノズル１１を通じて、サブミクロン程度（１ミクロン程度又は１ミクロン以下）の粒径を有する超微粒子１２を噴射する。これによって、基板３上に超微粒子１２が堆積する。このとき、開口２ｂを通過した超微粒子１２が基板３上に達し、基板３上に堆積されるので、開口２ｂの形状（開口パターン）に対応した形状の薄膜が成膜される。また、超微粒子１２の大きさは桁２ｄの幅に比べて非常に小さく、また、超微粒子１２は、噴射される向き（図３（ａ）の下向き）に向かって広がって噴射されるので、桁２ｄの下側にも回りこむ。つまり、基板３の、平面視で桁２ｄと重なる領域（影領域１２０）にも超微粒子１２が堆積し、薄膜が形成される。言い換えると、桁２ｄの有無にかかわらず、基板３の、開口２ｂと重なる領域（成膜領域１２１）全体にわたって超微粒子１２が堆積し、薄膜が形成される。
【００４２】
ノズル１１に対する基板３の位置を固定した状態で基板３の成膜領域１２１全体にわたって超微粒子１２を噴射することが困難な場合には、ノズル１１から、下方に向けて超微粒子１２を噴射する代わりに、ノズル１１が基板３に相対して移動しつつ、基板３に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。例えば、ノズル１１が、メタルマスク２の面方向に平行であってかつ桁部２ｄの延在方向と直交する方向に沿って相対移動しつつ、基板３の成膜領域１２１全体にわたって超微粒子１２を噴射して、超微粒子１２を堆積させることができる。ここで、桁２ｄの延在方向と直交する方向に沿って相対移動させることにより、超微粒子１２が桁２ｄの下側に回り込みやすくなる。また、粒子噴射装置１１０のノズル１１は、メタルマスク２の面に対して傾斜する方向であって、かつ桁２ｄの延在方向と交差する方向に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。つまり、超微粒子１２がメタルマスク２に対し斜め方向から噴射されてもよい。
【００４３】
成膜が終了した後、アクチュエータ７を駆動して、基板３を初期位置まで下げて、基板３とメタルマスク２とを引き離す。その後、基板３を交換し、前述した工程を繰り返して、順次、基板３に薄膜を形成する。
【００４４】
このような成膜方法は、例えばインクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するための圧電アクチュエータ用の圧電層として、振動板（基板）の上に形成される圧電材料からなる環状の薄膜を製造する場合に適用することができる。例えば、図４（ａ）に示されるメタルマスク２１を用いて、圧電材料（ＰＺＴ等）の超微粒子を基板に向かって噴射して、基板上に堆積させることによって、図４（ｂ）に示すように、略楕円形の圧力室２２に対応する略楕円形の非成膜領域を有する環状の膜（圧電層）２３を形成することができる。ここで、メタルマスク２１は、基板上に非成膜領域を形成するための外枠２１ａおよび遮蔽部２１ｃと、２つの桁２１ｄ１，２１ｄ２とを有し、外枠２１ａと遮蔽部２１ｃとが２つの桁２１ｄ１、２１ｄ２によって連結されることによって、成膜領域を形成するための開口２１ｂが画定されている。ここで、桁２１ｄ１及び２１ｄ２は、メタルマスク２１を所定の位置に配置したときに、圧力室２２の短手方向（第２の方向）略中央と重なり、且つ、圧力室２２の長手方向（第１の方向）に沿って延在している。つまり、桁２１ｄ１及び２１ｄ２が、メタルマスク２１を所定の位置に配置したときに圧力室の長手方向端部と重なる位置に形成されている。後述する引き打ち用の圧電アクチュエータにおいて、圧力室の長手方向端部と重なる領域は、短手方向端部と重なる領域に比べて、圧力室の容積を変化させることに対する寄与が小さい。したがって、このメタルマスク２１を用いて圧電材料の膜を形成した際に、桁と重なる部分の膜の厚さが、他の部分の膜の厚さよりも若干薄くなったとしても、圧電アクチュエータの動作に及ぼす影響は少ない。メタルマスクの桁は、遮蔽部を支持する限りにおいて任意の箇所に形成しうるが、上述のように、形成される膜について、膜の厚さが部分的に薄くなったとしても、膜の機能に影響が少ない箇所がある場合には、その箇所に対応して、桁を形成することが望ましい。
【００４５】
また、上述のように、圧電材料の膜２３の形状を圧力室２２の周囲と重なる環状の形状にすることによって、引き打ち用の圧電アクチュエータにおいて、駆動効率のよい圧電アクチュエータを形成することができる。一般に、圧電アクチュエータは圧電材料の膜（圧電層）と、圧電層を挟んで形成された２つの電極とを有する。圧電層の、２つの電極にはさまれた領域は、これらの電極に電圧が印加された場合に変形する変形領域となる。例えば、圧電アクチュエータが、振動板（板材）を挟んで、圧力室の上方に配置されている場合を考える。変形領域が圧力室の周囲と重なる状態で圧電アクチュエータが振動板に固定されている場合には、圧電アクチュエータの電極に所定の電圧を印加することによって、振動板の圧力室の中央部と重なる領域を上側に湾曲させることができる。このとき、圧力室の容積が増大するため、圧力室内の圧力が急激に減少し、これに伴って圧力室内に負の圧力波（第１の圧力波）が発生する。第１の圧力波が圧力室の長手方向に片道伝播する時間が経過したとき、圧力室内の圧力が正に転じる。圧力が正に転じるタイミングで、圧電アクチュエータの電極への電圧の印加を停止すると、圧力室の容積が元に戻るため、これに伴って正の圧力波（第２の圧力波）が発生する。正に転じた第１の圧力波と第２の圧力波が合成されるので、圧力室内のインクに大きな圧力が加わり、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。これによって、いわゆる引き打ちを行うことができる。このときには、圧電アクチュエータの電極に電圧を印加している間だけ、圧力室の容積を増大させることができるので、待機時間に圧電アクチュエータの電極に電圧を印加する必要がなく消費電力を抑えることができ、さらに、圧電層の分極劣化を抑えることもできる。また、引き打ちを行うことにより、低い駆動電圧でインクに高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータの駆動効率が高くなる。引き打ち用の圧電アクチュエータにおいては、圧電アクチュエータの駆動領域を除く領域には、圧電層が形成されていない方が望ましい。なぜならば、振動板の圧力室と重なる領域全体に圧電層（圧電材料による薄膜）を形成すると、インク噴射の際の振動板の変形を阻害する原因となるからである。したがって、膜２３のように環状の形状に形成されることが望ましい。
【００４６】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＰＺＴの環状の膜２３上に、引き打ち用の電極２４が形成される。電極２４は、例えば、スクリーン印刷法又はスパッタリングにより形成されてもよく、環状の膜２３と同様に、ＡＤ法により形成されてもよい。
【００４７】
ＡＤ法によって電極２４を形成する場合について、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、環状の膜２３が形成された基板３上を所定の位置に配置する。次に、図５（ｂ）に示すように、メタルマスク３１を環状の膜２３の上に位置決めして、メタルマスク３１と環状の膜２３とが接触した状態で保持する。その後、図５（ｃ）に示すように、電極を形成するための超微粒子（例えば、金、銅などの超微粒子）を基板３に向かって噴射して電極層２４’を成膜する。その後、メタルマスク３１を取り除き（図５（ｄ））、焼成されて、電極２４が形成される（図５（ｅ））。なお、スクリーン印刷法を用いる場合には、メタルマスク３１に代えて印刷マスクを使用し、超微粒子を噴射する代わりに、金属微粒子を含む導電性材料等を吐出して基板上に印刷することにより、基板３上に形成された環状膜２３の上に電極２４を形成することができる。
【００４８】
また、スパッタリングによって電極２４を形成する場合について、図６（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、環状の膜２３が形成された基板３上を所定の位置に配置する。図６（ｂ）に示すように、レジスティング（フィルムレジスト）を行い、基板３及び環状の膜２３の上にレジストフィルム３２を形成する。図６（ｃ）に示すように、レジストフィルム３２の上にマスク３３を位置決めして配置した状態で、不図示の露光装置を用いて露光する。マスク３３を取り除いた後、露光された基板３等を現像する（図６（ｄ））。これにより、レジストフィルム３２の露光された領域が除去され、環状の膜２３の、電極２４が形成される部分が露出される。図６（ｅ）に示すように、スパッタリングにより、レジストフィルム３２及び環状の膜２３の上に金属膜３４を形成する。その後、レジストを除去することにより、環状の膜２３の上側に電極２４が形成される（図６（ｆ））。
【００４９】
本発明は、前記実施の形態のほか、次のように変更することも可能である。
【００５０】
図７に示す粒子噴射装置１１１は、単一のノズル１１に代えて、メタルマスク２の面に対して傾斜した第１の方向に延在する第１のノズル１１Ａと、第１の方向とは異なる第２の方向に延在する第２のノズル１１Ｂとを有している。粒子噴射装置１１１は、第２の工程において、粒子噴射装置１１１と基板３およびメタルマスク２との相対移動方向に応じて第１のノズル１１Ａあるいは第２のノズル１１Ｂが択一的に超微粒子１２を噴射してもよい。例えば、図８に示すように、一体化された基板３およびメタルマスク２（基板３等と呼ぶ）がベース４１上に配置され、基板３等が粒子噴射装置１１１に相対して水平方向に往復移動している間に、粒子噴射装置１１１が基板３等に向かって超微粒子１２を噴射してもよい。この場合には、基板３等が粒子噴射装置１１１に相対して移動する際に、超微粒子１２が基板３上への堆積することが阻害されないように、桁２ｄは、粒子噴射装置１１１と基板３等との相対移動方向に直交する方向に延在することが望ましい。あるいは、基板３等が粒子噴射装置１１１に対して静止した状態で、第１のノズル１１Ａ又は第２のノズル１１Ｂが択一的に超微粒子１２を噴射してもよい。または、例えば、２つのノズル１１Ａ、１１Ｂから同時に超微粒子１２を噴射した状態において、ノズル１１Ａ，１１Ｂのうち一方のノズルから噴射された超微粒子１２のみが基板３上の所望の領域に堆積するように、基板３等を粒子噴射装置１１１に対して相対移動させてもよい。この場合には、ノズル１１Ａ，１１Ｂのうち他方のノズルから噴射された超微粒子１２は、例えば基板の外側又はメタルマスク２の外枠の上に堆積することになる。
【００５１】
前記実施の形態では、超微粒子が桁の下側に回りこみやすいように、桁の断面形状を三角形としているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図９（ａ）〜（ｇ）に示すような断面形状を有する桁部であってもよい。
【００５２】
図９（ａ）に示す桁４２ａのように、その断面の形状は略矩形であってもよい。図９（ｂ）に示す桁４２ｂのように、その断面形状は、一方の側面４２ｂａのみが傾斜面である直角三角形であってもよい。図９（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示す桁４２ｃ，４２ｄのように、上面と下面とが平坦な面であって、断面の形状が台形であってもよい。図９（ｅ）に示すように、桁４２ｅの形状は、桁４２ａの下面を下側に凸の湾曲面にした形状であってもよい。同様に、図９（ｆ）、図９（ｇ）にそれぞれ示すように、桁４２ｆ、４２ｇの形状は、桁４２ｃ、４２ｄの下面を下側に凸の湾曲面にした形状であってもよい。なお、桁の形状（及び断面形状）は上記の例に限定されず、マスクを基板上に配置したときに、マスクの桁と基板との間に十分な空隙が形成されて、噴射された超微粒子が桁を回り込んでその空隙に達しうる限りにおいて、任意の形状にしうる。
【００５３】
上記実施形態及び変形例において、金属製のマスク（メタルマスク）を用いて本発明を説明してきたが、マスクが再利用できる限りにおいて、マスクの材料は任意にしうる。また、マスクの外枠及び/又は遮蔽部の上面（マスクを基板上に配置した際に、基板と反対側になる面）と桁の上面とは、必ずしも面一である必要はなく、例えば桁がマスクの外枠の上面よりも上側に湾曲したアーチ状に形成されていてもよい。また、マスクとノズルとの間の距離及びノズルから噴射される超微粒子の粒径は、上述の実施形態に限定されず任意にしうる。
【００５４】
本発明のマスクを用いて成膜される膜は、上記実施形態及び変形例において示されたもの以外であってもよい。例えば、ジルコニア又はアルミナの超微粒子を、マスクを介して基板上に噴きつけることによって、絶縁性の膜を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る薄膜の成膜装置の概略構成を示し、図１（ａ）は成膜時の状態を示す図、図１（ｂ）は基板セット時の状態を示す図である。
【図２】図２（ａ）はメタルマスク２の平面図、図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線、ＩＩＣ−ＩＩＣ線およびＩＩＤ−ＩＩＤ線における断面図である。
【図３】図３（ａ）は基板上にメタルマスクを配置した状態を示す図であり、図３（ｂ）は基板上に超微粒子を噴射している状態を示す図である。
【図４】図４（ａ）はメタルマスク２１の平面図であり、図４（ｂ）は本発明方法によって成膜される薄膜の平面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示された薄膜の上に電極が積層された状態を表す平面図である。
【図５】図５（ａ）は基板を配置した図であり、図５（ｂ）は基板上にマスクを配置した図であり、図５（ｃ）は基板上に金属の超微粒子を噴射している図であり、図５（ｄ）はマスクを取り外した図であり、図５（ｅ）は焼結後の状態を表す図である。
【図６】図６（ａ）基板を配置した図であり、図６（ｂ）は基板上にレジストフィルムを形成した図であり、図６（ｃ）は露光状態を表す図であり、図６（ｄ）は現像した状態を表す図であり、図６（ｅ）は露光した基板上に金属膜を形成した図であり、図６（ｆ）はレジストフィルムを除去した図である。
【図７】図７は複数のノズルを有する粒子噴射装置を用いて薄膜を形成する方法についての説明図である。
【図８】図８は基板を往復移動させつつ薄膜を形成する方法についての説明図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ桁部の断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 薄膜の成膜装置
２ メタルマスク
２ａ 外郭画定部
２ｂ 開口
２ｃ 遮蔽部
２ｄ 桁部
３ 基板
１１，１１Ａ，１１Ｂ ノズル
１２ 超微粒子
４２ａ〜４２ｇ 桁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する方法であって、
平板状のマスクであって、第１の領域、第１の領域を取り囲んで配置されて、第１の領域との間に第１の領域を取り囲む開口を画定する第２の領域、及び、所定の方向に延在して第１の領域と第２の領域とを連結し、前記マスクの一方の面から所定の空隙をもって配置された桁を有するマスクを前記基板上に配置する第１工程と、
前記基板及び前記マスクの上方に超微粒子を噴射する粒子噴射装置を配置する工程と、
前記粒子噴射装置が前記マスクの上面側から前記超微粒子を噴射することにより、前記基板上に前記所定のパターンに対応する形状の薄膜を形成する第２工程とを備える薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記桁は、前記マスクの前記一方の面側に向かって先細っている請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜し、かつ、前記桁の延在方向と交差する方向に前記超微粒子を噴射する請求項１または２に記載の薄膜の形成方法。
【請求項４】
第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に平行であって且つ前記桁の延在方向と直交する方向に沿って、前記マスクに相対して往復移動しつつ、前記超微粒子を噴射する請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記粒子噴射装置は、前記超微粒子を前記マスクに対して斜め方向から噴射するノズルを有する請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜した第１の方向に向けて超微粒子を噴射する第１のノズルと、前記マスクの面に対して傾斜し且つ第１の方向とは異なる第２の方向に、超微粒子を噴射する第２のノズルとを有し、
第２工程において、前記粒子噴射装置が前記マスクとの相対して移動する方向に応じて、前記第１のノズルあるいは第２のノズルが択一的に超微粒子を噴射する請求項４または５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が対称な形状である請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記薄膜は、インクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するために、振動板となる基板の上に成膜された、圧電材料の環状の薄膜である請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】
前記薄膜は、前記圧電材料の環状の薄膜の上に成膜された電極用の金属薄膜である請求項８記載の薄膜の形成方法。
【請求項１０】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形である請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形である請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１２】
前記圧電材料がＰＺＴである請求項８〜１１のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１３】
前記マスクが金属で形成されている請求項１〜１２のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１４】
前記マスクの開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在する請求項８〜１３のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１５】
粒子噴射装置から噴射された超微粒子を基板上に堆積させて、基板上に薄膜を形成する際に用いられるマスクであって、
板状の第１部材と、
第１部材を取り囲んで配置され、第１部材との間に第１部材を取り囲む開口を画成する板状の第２部材と、
第１部材と第２部材とを連結する桁とを有し、
前記桁が第１部材及び第２部材の、一方の面から離れた位置に形成されているマスク。
【請求項１６】
前記桁は、前記一方の面側に向かって先細っている請求項１５記載のマスク。
【請求項１７】
前記桁は所定の方向に延在し、
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形である請求項１５に記載のマスク。
【請求項１８】
前記桁は所定の方向に延在し、
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形である請求項１５に記載のマスク。
【請求項１９】
前記マスクが金属で形成されている請求項１５〜１８のいずれかに記載のマスク。
【請求項２０】
前記開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在する請求項１５〜１９のいずれかに記載のマスク。
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する方法であって、
平板状のマスクであって、第１の領域、第１の領域を取り囲んで配置されて、第１の領域との間に第１の領域を取り囲む開口を画定する第２の領域、及び、所定の方向に延在して第１の領域と第２の領域とを連結し、前記マスクの一方の面から所定の空隙をもって配置された桁を有するマスクを前記基板上に配置する第１工程と、
前記基板及び前記マスクの上方に超微粒子を噴射する粒子噴射装置を配置する工程と、
前記粒子噴射装置が前記マスクの上面側から前記超微粒子を噴射することにより、前記基板上に前記所定のパターンに対応する形状の薄膜を形成する第２工程とを備える薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記桁は、前記マスクの前記一方の面側に向かって先細っている請求項１記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜し、かつ、前記桁の延在方向と交差する方向に前記超微粒子を噴射する請求項１または２に記載の薄膜の形成方法。
【請求項４】
第２工程において、前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に平行であって且つ前記桁の延在方向と直交する方向に沿って、前記マスクに相対して往復移動しつつ、前記超微粒子を噴射する請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記粒子噴射装置は、前記超微粒子を前記マスクに対して斜め方向から噴射するノズルを有する請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記粒子噴射装置は、前記マスクの前記一方の面に対して傾斜した第１の方向に向けて超微粒子を噴射する第１のノズルと、前記マスクの面に対して傾斜し且つ第１の方向とは異なる第２の方向に、超微粒子を噴射する第２のノズルとを有し、
第２工程において、前記粒子噴射装置が前記マスクとの相対して移動する方向に応じて、前記第１のノズルあるいは第２のノズルが択一的に超微粒子を噴射する請求項４または５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が対称な形状である請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記薄膜は、インクジェットプリンタの印字ヘッドを駆動するために、振動板となる基板の上に成膜された、圧電材料の環状の薄膜である請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】
前記薄膜は、前記圧電材料の環状の薄膜の上に成膜された電極用の金属薄膜である請求項８記載の薄膜の形成方法。
【請求項１０】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形である請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形である請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１２】
前記圧電材料がＰＺＴである請求項８〜１１のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１３】
前記マスクが金属で形成されている請求項１〜１２のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１４】
前記マスクの開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在する請求項８〜１３のいずれかに記載の薄膜の形成方法。
【請求項１５】
粒子噴射装置から噴射された超微粒子を基板上に堆積させて、基板上に薄膜を形成する際に用いられるマスクであって、
板状の第１部材と、
第１部材を取り囲んで配置され、第１部材との間に第１部材を取り囲む開口を画成する板状の第２部材と、
第１部材と第２部材とを連結する桁とを有し、
前記桁が第１部材及び第２部材の、一方の面から離れた位置に形成されているマスク。
【請求項１６】
前記桁は、前記一方の面側に向かって先細っている請求項１５記載のマスク。
【請求項１７】
前記桁は所定の方向に延在し、
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が二等辺三角形である請求項１５に記載のマスク。
【請求項１８】
前記桁は所定の方向に延在し、
前記桁の、前記桁の延在方向と直交する面についての断面の形状が台形である請求項１５に記載のマスク。
【請求項１９】
前記マスクが金属で形成されている請求項１５〜１８のいずれかに記載のマスク。
【請求項２０】
前記開口は第１の方向に長く、前記桁は、前記開口の第１の方向に直行する第２の方向についての略中央において、第１の方向に延在する請求項１５〜１９のいずれかに記載のマスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９７８２８（Ｐ２００７−１９７８２８Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５１８１７（Ｐ２００６−３５１８１７）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]