JP2007059817A - アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子変位特性の良好なアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射装置。
【解決手段】振動板上にボンディングチタン層６５、下電極膜６０、シードチタン層６６を形成する工程と、シードチタン層６６上に１層目の圧電体膜７１ａとなる第１の圧電体前駆体膜７２ａを形成する工程と、圧電体前駆体膜７２ａと下電極膜６０とを圧電素子毎にパターニングする工程と、第１の圧電体前駆体膜７２ａ及び下電極膜６０を除去して露出したボンディングチタン層６５上に２層目の圧電体膜７１ｂとなる第２の圧電体前駆体膜７２ｂを連続して形成する工程と、第１及び第２の圧電体前駆体膜７１ｂ，７２ｂを焼成する工程と、２層目の圧電体膜上に３層目以降の圧電体膜を積層して圧電体層とする工程と、圧電体層上に上電極膜を形成する工程と、上電極膜及び圧電体層をパターニングして複数の圧電素子を形成する工程とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板上に設けられた振動板とこの振動板を変位させるための圧電素子とを有するアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置、並びにこのアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載される。このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。そして、インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。

また、このような圧電素子を構成する圧電体層の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が一般的に用いられている。そして、このようなＰＺＴ等からなる圧電体層は、下電極膜上に結晶の核となるＴｉ層を介して複数層の圧電体層を積層することによって形成され、これにより圧電体層の結晶性の向上が図られていた。しかしながら、圧電体層の結晶粒径や、配向度などが安定せず、変位特性にばらつきが生じるという問題があった。特に、下電極膜がパターニングされた構造では、下電極膜の端部に対応する部分の圧電体層の結晶性が低く、また、ばらつきも大きいという問題があった。また、結晶粒径のばらつき等に起因して、圧電体層にクラックが発生するという問題もあった。

このような問題を解決するために、例えば、下電極膜（下部電極）上にＴｉ層を介して圧電体層（圧電体膜）の１層目を積層した後、この１層目の圧電体膜と共に下部電極をパターニングし、１層目の圧電体膜上にさらにＴｉ層を形成した後、残りの圧電体膜を積層形成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように方法で圧電体層を形成することにより、結晶性をある程度向上させることができ、クラックの発生も防止することはできる。しかしながら、１層目の圧電体層上に形成されたＴｉ層によって、圧電体層の結晶が１層目と２層目との間で分断されて不連続となってしまい、圧電素子の変位特性が低下してしまうという問題がある。例えば、特許文献１には、Ｔｉ層の膜厚を制御することで、結晶が不連続となるのを防止することが記載されているが、この方法では結晶が不連続となるのを確実に防止するのは難しい。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。

特開２００２−３１４１６３号公報（第５頁〜第６頁等）

本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の結晶性を向上でき且つ圧電素子の変位特性を良好に維持することができるアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上に振動板と、該振動板上に設けられる下電極膜と該下電極膜上に設けられる複数層の圧電体膜で構成される圧電体層と該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備するアクチュエータ装置の製造方法であって、前記基板の一方面に前記振動板を形成する工程と、該振動板上にチタン（Ｔｉ）からなるボンディングチタン層を所定の厚さで形成する工程と、該ボンディングチタン層上に前記下電極膜を成膜する工程と、前記下電極膜上にチタン（Ｔｉ）からなるシードチタン層を形成する工程と、該シードチタン層上に前記圧電体膜の前駆体膜であり１層目の前記圧電体膜となる第１の圧電体前駆体膜を形成する工程と、該圧電体前駆体膜と前記下電極膜とを前記圧電素子毎にパターニングする工程と、前記第１の圧電体前駆体膜及び前記下電極膜を除去することによって露出した前記ボンディングチタン層上に２層目の前記圧電体膜となる第２の圧電体前駆体膜を連続して形成する工程と、前記第１及び第２の圧電体前駆体膜を焼成して１層目及び２層目の前記圧電体膜とする工程と、２層目の前記圧電体膜上に３層目以降の前記圧電体膜を積層して前記圧電体層とする工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成する工程と、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして複数の前記圧電素子を形成する工程とを有することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第１の態様では、圧電体層を構成する複数の圧電体膜の間に、結晶の核となるチタンの層は存在しないため、圧電体層の結晶は、不連続となることがなく良好に成長する。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１の圧電体前駆体膜と前記下電極膜とをパターニングする工程では、これら第１の圧電体前駆体膜及び下電極膜と共に、前記下電極膜が除去された領域の前記ボンディングチタン層の厚さ方向の一部を除去して膜厚が前記下電極膜に対向する領域よりも薄い薄肉部を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第２の態様では、薄肉部を設けることでボンディングチタン層上に形成される圧電体層の結晶性がさらに向上する。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記ボンディングチタン層の一部をイオンミリングによって除去して前記薄肉部を形成したことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第３の態様では、薄肉部の厚さを高精度に制御することができ、薄肉部上に形成される圧電体層の結晶性をさらに向上することができる。

本発明の第４の態様は、第２又は３の態様において、前記ボンディングチタン層の前記薄肉部を１〜８ｎｍの厚さで残すようにしたことを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、薄肉部の厚さを所定の値とすることで、圧電体層の結晶が特に良好に成長する。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記振動板上に、前記ボンディングチタン層を５０ｎｍ以上の厚さで形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第５の態様では、下電極膜と振動板とを良好に接合することができ、且つボンディングチタン層上に形成される圧電体層の結晶性をより確実に向上させることができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様の製造方法によって製造されたことを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、圧電素子の変位特性に優れたアクチュエータ装置を実現することができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様のアクチュエータ装置を液滴を吐出させるための液体吐出手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、液滴の吐出特性に優れた液体噴射ヘッドを実現することができる。

本発明の第８の態様は、第７の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第８の態様では、信頼性、耐久性等に優れた液体噴射装置を実現することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより形成され、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、後述するマスク膜を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍのガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面側とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５が形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる部分（振動板）とを合わせてアクチュエータ装置と称する。

また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。

ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、詳しくは後述するが、絶縁体膜５５上に、ボンディングチタン層を介して設けられており、これにより、絶縁体膜５５と下電極膜６０との密着力の向上が図られている。また、下電極膜６０は、本実施形態では、圧力発生室１２の並設方向では、複数の圧力発生室１２対向する領域に亘って連続的に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向一端部近傍、本実施形態では、リード電極９０の引き出し側の端部近傍でパターニングされ、下電極膜６０の端部は圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。

また、圧電体層７０は、圧力発生室１２毎に独立して設けられ、図３に示すように、複数層の圧電体膜７１（７１ａ〜７１ｆ）で構成されている。複数層の圧電体膜７１のうちの１層目を構成する第１の圧電体膜７１ａは、下電極膜６０上のみに設けられている。また、第１の圧電体膜７１ａ上に形成される第２〜第６の圧電体膜７１ｂ〜７１ｆは、下電極膜６０上から、パターニングされた下電極膜６０の外側の領域、すなわち、絶縁体膜５５上まで延設されている。

そして、詳しくは後述するが、下電極膜６０上の圧電体層７０（圧電体膜７１ａ〜７１ｆ）は、チタン（Ｔｉ）からなるシードチタン層を介して設けられ、下電極膜６０の外側の領域の圧電体層７０、すなわち、絶縁体膜５５上の圧電体層７０（圧電体膜７１ｂ〜７１ｆ）は、ボンディングチタン層を介して設けられている。なお、このシードチタン層を構成するチタン（Ｔｉ）の多くは製造過程において圧電体層７０等の他の層に拡散されてしまう。シードチタン層と同様に、その多くは拡散されてしまう。

また、このような構成では、全ての領域において、圧電体層７０を構成する各圧電体膜７１が連続して積層される。すなわち、各圧電体膜７１の間に、別の層は全く存在していない。このため、圧電体層７０（圧電体膜７１）の結晶は、シードチタン層又はボンディングチタン層を核として良好に成長し、結晶が途中で分断されることがない。すなわち、圧電体層７０の結晶は、下電極膜６０側から上電極膜８０側まで連続している。したがって、圧電体層７０は、結晶粒径がほぼ均一であり、下電極膜６０の端部近傍においても結晶のゆらぎがほとんどないため、極めて良好な圧電特性を示す。

なお、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。

また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、一端が駆動ＩＣに接続された接続配線の他端が接続される。

なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図８は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、ＤＣスパッタ法又はＲＦスパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成し、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）からなるボンディングチタン層６５を形成する。このボンディングチタン層６５の厚さは、特に限定されないが５０ｎｍ以上とするのが好ましい。次いで、図４（ｄ）に示すように、例えば、少なくとも白金とイリジウムとからなる下電極膜６０を、このボンディングチタン層６５上に、例えば、スパッタ法等により形成する。このように、絶縁体膜５５上にボンディングチタン層６５を介して下電極膜６０を設けることで、絶縁体膜５５と下電極膜６０との密着性が大幅に向上する。

次に、このような下電極膜６０を所定形状にパターニングすると共に、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する。なお、圧電体層７０は、上述したように複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｆを積層することによって形成され、本実施形態では、これらの圧電体膜７１をいわゆるゾル−ゲル法を用いて形成している。すなわち、金属有機物を触媒に溶解・分散しゾルを塗布乾燥しゲル化して圧電体前駆体膜７２を形成し、さらにこの圧電体前駆体膜７２を脱脂して有機成分を離脱させた後に焼成し、結晶化させることで各圧電体膜７１を得ている。

具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン（Ｔｉ）からなり後述する工程で形成される圧電体層７０の結晶の核となるシードチタン層６６を形成する。具体的には、チタン（Ｔｉ）をスパッタ法、例えば、ＤＣスパッタ法で塗布することにより、所定の厚さで連続するシードチタン層６６を形成する。なお、このシードチタン層６６の膜厚は、１ｎｍ〜８ｎｍの範囲内となるように形成するのが好ましい。また、チタン（Ｔｉ）を複数回塗布することによって、上記膜厚のシードチタン層６６を形成するのが好ましい。このようにシードチタン層６６を形成することにより、後述する工程で形成される圧電体層７０の結晶性を向上させることができる。次いで、図５（ｂ）に示すように、このシードチタン層６６上に、未結晶の第１の圧電体前駆体膜７２ａを形成する。具体的には、例えば、スピンコート法等の塗布法によって圧電材料を０．１５μｍ程度の厚さで塗布し、所定温度で所定時間乾燥して溶媒を蒸発させることにより、後述する工程で１層目の圧電体膜７１となる第１の圧電体前駆体膜７２ａを形成する。なお、第１の圧電体前駆体膜７２ａを乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。

次に、図５（ｃ）に示すように、このように形成した第１の圧電体前駆体膜７２ａと下電極膜６０とを、同時に所定形状にパターニングする。なお、このとき第１の圧電体前駆体膜７２ａ及び下電極膜６０と共にシードチタン層６６も同時にパターニングされることはいうまでもない。また、パターニングにより下電極膜６０が除去された部分には、ボンディングチタン層６５が露出される。また、本実施形態では、このように下電極膜６０等をパターニングする際、絶縁体膜５５上に形成されているボンディングチタン層６５の一部も同時に除去して、下電極膜６０の外側領域に、他の領域のボンディングチタン層６５よりも膜厚の薄い薄肉部６５ａを形成するようにしている。この薄肉部６５ａの厚さは、特に限定されないが、１〜８ｎｍ程度、特に、４ｎｍ程度とすることが好ましい。本実施形態では、ボンディングチタン層６５を５０ｎｍ程度の厚さで形成し、薄肉部６５ａを４ｎｍ程度の厚さで残すようにしている。なお、下電極膜６０等をパターニングする方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等を用いることが好ましい。これにより、第１の圧電体前駆体膜７２ａと下電極膜６０とを良好にパターニングすることができ、また、ボンディングチタン層６５の薄肉部６５ａの厚さを高精度に制御することができる。

また、このように下電極膜６０等をパターニングする工程時には、例えば、後述する圧電体前駆体膜の焼成工程等の高温での処理が行われていない。このため、ボンディングチタン層６５は、他の層に拡散されることなく存在しており、下電極膜６０が除去された部分には、薄肉部６５ａは所定の厚さで良好に形成される。

次に、図６（ａ）に示すように、第１の圧電体前駆体膜７２ａ上、実際には、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に、スピンコート法等により圧電材料を所定厚さ、本実施形態では、約０．１５μｍ程度の厚さで塗布して乾燥させることにより第２の圧電体前駆体膜７２ｂを形成する。そして、これら第１及び第２の圧電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを脱脂・焼成することにより第１及び第２の圧電体膜７１ａ，７１ｂを形成する。具体的には、第１及び第２の圧電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７２を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることである。その後、この第１及び第２の圧電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを加熱処理することによって結晶化させて第１及び第２の圧電体膜７１ａ，７１ｂを形成する。焼結条件は材料により異なるが、本実施形態では、例えば、６８０℃以上で５〜３０分間加熱を行って第１及び第２の圧電体前駆体膜７２ａ，７２ｂを焼成した。なお、焼成に用いられる加熱装置は、特に限定されないが、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等が、好適に用いられる。

その後は、図６（ｂ）に示すように、この第２の圧電体膜７１ｂ上にさらに圧電材料を所定の厚さで塗布し乾燥させることにより圧電体前駆体膜７２ｃを形成する。なお、本実施形態では、圧電材料を二度塗布し乾燥させることにより所望の厚さの圧電体前駆体膜７２ｃを得ている。次いで、この圧電体前駆体膜７２ｃを脱脂後、焼成して結晶化させて圧電体膜７１ｃとする。そして、このように二度の塗布によって圧電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを形成する工程と、その圧電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを脱脂する工程と、圧電体前駆体膜を焼成して圧電体膜を形成する工程とを複数回、本実施形態では、４回繰り返すことにより圧電体膜７１ｃ〜７１ｆを形成する。これにより、複数層の圧電体膜７１ａ〜７１ｆからなり、厚さが約１μｍの圧電体層７０が形成される。なお、このように圧電体前駆体膜７２を焼成して複数の圧電体膜７１からなる圧電体層７０を形成する際、ボンディングチタン層６５及びシードチタン層６６の多くのチタンは、圧電体層７０に拡散されてしまう。

そして、このように形成された圧電体層７０は、シードチタン層６６又はボンディングチタン層６５を核として結晶が連続的に成長するため、結晶性に優れた圧電体層７０が安定して得られる。すなわち、各圧電体膜７１の間に、例えば、圧電体膜の結晶の核となるシードチタン層等、別の層は全く存在していないため、圧電体層（圧電体膜）の結晶は、シードチタン層６６又はボンディングチタン層６５を核として下電極膜６０側から上電極膜８０側まで連続して成長し、結晶が途中で分断されることがない。したがって、圧電体層は、結晶粒径がほぼ均一となり、下電極膜６０の端部近傍においても結晶のゆらぎがほとんどない極めて結晶性に優れた膜となる。よって、圧電素子３００の変位特性が向上し、インク吐出特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。

なお、このように形成される圧電体層７０（圧電体膜７１）の材料として、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたが、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

また本実施形態では、ゾルーゲル法を用いて圧電体層７０を形成するようにしたが、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）やＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等であってもよい。

また、このように圧電体層７０を形成した後は、図７（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。

次に、図７（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。

次いで、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。

なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

また、例えば、上述した実施形態においては、液体噴射装置に用いるヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを例示したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。また、本発明は、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に液体吐出手段として搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ６５ ボンディングチタン層、 ６６ シードチタン層、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ３００ 圧電素子

Claims (8)

1. 基板上に振動板と、該振動板上に設けられる下電極膜と該下電極膜上に設けられる複数層の圧電体膜で構成される圧電体層と該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備するアクチュエータ装置の製造方法であって、
   前記基板の一方面に前記振動板を形成する工程と、該振動板上にチタン（Ｔｉ）からなるボンディングチタン層を所定の厚さで形成する工程と、該ボンディングチタン層上に前記下電極膜を成膜する工程と、前記下電極膜上にチタン（Ｔｉ）からなるシードチタン層を形成する工程と、該シードチタン層上に前記圧電体膜の前駆体膜であり１層目の前記圧電体膜となる第１の圧電体前駆体膜を形成する工程と、該圧電体前駆体膜と前記下電極膜とを前記圧電素子毎にパターニングする工程と、前記第１の圧電体前駆体膜及び前記下電極膜を除去することによって露出した前記ボンディングチタン層上に２層目の前記圧電体膜となる第２の圧電体前駆体膜を連続して形成する工程と、前記第１及び第２の圧電体前駆体膜を焼成して１層目及び２層目の前記圧電体膜とする工程と、２層目の前記圧電体膜上に３層目以降の前記圧電体膜を積層して前記圧電体層とする工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成する工程と、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして複数の前記圧電素子を形成する工程とを有することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
2. 請求項１において、前記第１の圧電体前駆体膜と前記下電極膜とをパターニングする工程では、これら第１の圧電体前駆体膜及び下電極膜と共に、前記下電極膜が除去された領域の前記ボンディングチタン層の厚さ方向の一部を除去して膜厚が前記下電極膜に対向する領域よりも薄い薄肉部を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
3. 請求項２において、前記ボンディングチタン層の一部をイオンミリングによって除去して前記薄肉部を形成したことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
4. 請求項２又は３において、前記ボンディングチタン層の前記薄肉部を１〜８ｎｍの厚さで残すようにしたことを特徴とするアクチュエータ装置。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記振動板上に、前記ボンディングチタン層を５０ｎｍ以上の厚さで形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
6. 請求項１〜５の何れかの製造方法によって製造されたことを特徴とするアクチュエータ装置。
7. 請求項６のアクチュエータ装置を液滴を吐出させるための液体吐出手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項７の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
   

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