JP2007135297A - アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができるアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板の一方面側に設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００と、圧電素子３００を覆うと共に無機絶縁材料からなる絶縁膜５５とを具備し、絶縁膜５５が複数層で構成され、絶縁膜５５の圧電素子３００側の最下層１０１が、圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板上に振動板を介して圧電素子が設けられ且つこの圧電素子が絶縁膜によって覆われた構造を有するアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法に関する。

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、液体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圧電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圧電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。

ここで、インクジェット式記録ヘッド等に搭載される圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いため、無機絶縁材料からなる２層の絶縁膜により圧電素子を覆ったヘッド構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなヘッドは、流路形成基板上に圧電素子を形成した後、圧電素子上にコンタクトホールを有する第１層を形成し、この第１層上に圧電素子からコンタクトホールを介してリード電極を引き出した後、その上から第２層を形成する等して製造される。すなわち、絶縁膜の第１層及び第２層を個別にパターニングして形成すると共に、第１層を形成した後で且つ第２層を形成する前にリード電極を形成している。

このようなヘッドの製造においては、第１層と第２層とを積層する過程で、絶縁膜の層間（第１層と第２層との界面）に、例えば、塵や埃等の異物が混入し、或いは第１層等のパターニング工程でレジスト等が第１層表面に残ってしまう場合があり、ヘッドの検査工程等において電圧の印加により圧電素子を駆動させる際に、絶縁膜の層間に残った異物やレジスト等がリークパスの起点となって圧電素子が破壊されてしまう虞がある。

なお、このような問題は、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、例えば、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドや、液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置、或いは、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２００５−２２３１５９号公報（第５図）

本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができるアクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、基板の一方面側に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記圧電素子を覆うと共に無機絶縁材料からなる絶縁膜とを具備し、前記絶縁膜が複数層で構成され、前記絶縁膜の前記圧電素子側の最下層が、前記圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、絶縁膜の圧電素子側の最下層が圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで設けられているので、圧電素子への印加電圧によって最下層に絶縁破壊が生じることを確実に防止することができる。これにより、絶縁膜の成膜時において、絶縁膜の層間に塵や埃等の異物が混入したとしても、このような異物を起点としたリークパスが生じることを確実に防止し、リークパスに起因した圧電素子の破壊を確実に防止することができる。また、圧電素子が２層構造の絶縁膜によって覆われているので、湿気等による圧電素子の破壊を防止することもできる。

本発明の第２の態様は、前記絶縁膜がアルミナからなることを特徴とする第１の態様記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、湿気等による圧電素子の破壊をより確実に防止することができる。

本発明の第３の態様は、前記絶縁膜の前記最下層の厚さが５０ｎｍ以上であり、前記絶縁膜の全体の膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする第２の態様記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第３の態様では、絶縁膜の最下層の厚さを５０ｎｍ以上とすることにより、圧電素子に５０Ｖ以上の電圧を印加しても、圧電素子の破壊を防止することができると共に、絶縁膜の全体の膜厚を１００ｎｍ以下とすることにより、耐湿度性を十分に確保しつつ、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下を有効に防止することができる。

本発明の第４の態様は、前記絶縁膜の全体の膜厚が８０ｎｍ以下であることを特徴とする第３の態様記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、絶縁膜の全体の膜厚を８０ｎｍ以下とすることにより、耐湿度性を十分に確保しつつ、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下をより効果的に防止することができる。

本発明の第５の態様は、前記絶縁膜の各層が個別に成膜及びパターニングすることにより形成されたものであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第５の態様では、絶縁膜を、レジストを用いたパターニングにより各層を積層して形成する際に、絶縁膜の最下層上にレジスト等が残っていても、圧電素子に所定の駆動電圧以上の電圧を印加した際に、このようなレジスト残りを起点としたリークパスが生じることを確実に防止することができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に当該圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生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６の態様では、高品質で且つ高い信頼性を有する液体噴射ヘッドを実現することができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載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７の態様では、高品質で且つ高い信頼性を有する液体噴射装置を実現することができる。

本発明の第８の態様は、基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成した後、前記圧電素子上に無機絶縁材料からなる層を積層して複数層で構成される絶縁膜を形成する工程にて、前記絶縁膜の前記圧電素子側の最下層を前記圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する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８の態様では、絶縁膜の圧電素子側の最下層を圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで形成することにより、ヘッドの製造過程又は製造後において、圧電素子への印加電圧によって最下層に絶縁破壊が生じることを確実に防止することができる。これにより、絶縁膜の成膜時において、絶縁膜の層間に塵や埃等の異物が混入したとしても、このような異物を起点としたリークパスが生じることを確実に防止し、リークパスに起因した圧電素子の破壊を確実に防止することができる。したがって、歩留まりを向上することができる。また、圧電素子を複数層の絶縁膜によって覆っているので、製造過程又は製造後において、湿気等による圧電素子の破壊を防止することもできる。

本発明の第９の態様では、前記絶縁膜を形成する工程では、前記絶縁膜を構成する各層を個別に成膜及びパターニングして形成することを特徴とする第８の態様記載のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第９の態様では、絶縁膜を、レジストを用いたパターニングにより各層を積層して形成する際に、絶縁膜の最下層上にレジスト等が残っていても、圧電素子への印加電圧によってレジスト残りを起点としたリークパスが生じることを確実に防止することができる。

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Ａ−Ａ′断面図である。また、図３及び図４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の要部拡大断面図である。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、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、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられたマスク膜５２を介して、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が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約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は圧電素子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振動板とを合わせて圧電アクチュエータ装置と称する。本実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されず、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０だけが振動板として作用するようにしてもよい。

例えば、本実施形態では、図２に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側、及び列設された圧電素子３００の間から連通部１３近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する駆動ＩＣ１２０から延設された接続配線１３０が接続される接続部６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。そして、圧力発生室１２の長手方向端部近傍には、圧電体層７０を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部が形成されている。

また、上電極膜８０の一端部近傍にはリード電極９０が接続されている。このリード電極９０は、本実施形態では、圧力発生室１２の外側の圧電体非能動部上から連通部１３に対向する領域まで延設されており、その先端部は、下電極膜６０と同様に、接続配線１３０が接続される接続部９０ａとなっている。この接続部９０ａには、後述するワイヤボンディングを良好に行うため、例えば、ボンディングワイヤと同じ材料からなるボンディングパッド（図示なし）が設けられる。そして、本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層及びリード電極９０が、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、絶縁膜１００によって覆われており、これにより水分（湿気）等による圧電素子３００の破壊が防止されている。なお、このようなリード電極９０は、圧電素子３００のそれぞれに個別に設けられ、詳細は後述するが、金属層のパターニングにより形成される。

本発明の絶縁膜１００は、複数層で構成され、本実施形態では、無機絶縁材料により形成された２層構造からなり、具体的には、圧電素子３００側に設けられる最下層である第１層１０１と、第１層１０１上に設けられて表層となる第２層１０２とで構成される。そして、本発明では、詳細は後述するが、絶縁膜１００の第１層１０１が圧電素子３００への印加電圧以上の厚さで設けられている。これにより、圧電素子３００の破壊を有効に防止することができる。

また、第１層１０１には、図２（ｂ）及び図３に示すように、圧電素子３００の一端部、本実施形態では圧電素子３００のリザーバ１１０側の端部に対向する部分にコンタクトホール１０１ａが設けられている。また、リード電極９０は、この第１層１０１のコンタクトホール１０１ａを介して圧電素子３００の上電極膜８０から第１層１０１上に延設されている。そして、このような第１層１０１と、リード電極９０の接続部９０ａを除いた領域とは、第２層１０２によって覆われている。すなわち、圧電素子３００は、第１層１０１と第２層１０２とからなる絶縁膜１００により実質的に覆われている。このような絶縁膜１００は、詳細は後述するが、第１層１０１及び第２層１０２の各層が、塗布等による成膜、及びレジストを用いたパターニングによりそれぞれ個別に形成される。

以下、絶縁膜１００の圧電素子３００側の最下層である第１層１０１について詳細に説明する。絶縁膜１００の第１層１０１は、上述したように、圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで設けられている。ここで、「圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さ」とは、例えば、本実施形態では、後述する検査工程において、圧電素子３００に上電極膜８０及び下電極膜６０を介して所定の検査電圧を印加した際に圧電素子３００を直接覆う第１層１０１に絶縁破壊が生じることがない厚さを意味する。

詳細には、ヘッド製造における検査工程では、例えば、圧電素子３００（圧電体層７０）内にボイドや異物等が存在しているか否かを判断するのに、圧電素子３００に対してヘッドの駆動電圧以上、すなわち、インク吐出に必要な電圧以上の電圧を敢えて印加し、問題のある圧電素子３００を持つセグメントを積極的に破壊するスクリーニング処理を行い、後工程に不良品を流さないようにしている。なお、インク吐出に必要な電圧が、例えば、約２５〜３０Ｖ等であるヘッドでは、検査工程で印加する電圧を約５０Ｖとしている。これは、後工程に不良品を流さないようにするため、問題のあるセグメントを確実に破壊するためである。

一方、絶縁膜１００の第１層１０１及び第２層１０２の層間（第１層１０１と第２層１０２との界面）には、例えば、第１層１０１のパターニング、第２層１０２のパターニング、及びリード電極９０のパターニング等の各種パターニング工程において、塵や埃等の異物の混入やレジスト等が残っている場合がある。このような場合、上述した検査工程等において、インク吐出に必要な電圧、すなわち、駆動電圧以上の電圧（検査電圧）を印加すると、例えば、このような検査電圧を考慮せずに圧電素子を直接覆うように形成した第１層に絶縁破壊が生じ、その結果、異物やレジスト等を介してリークパスが発生し、ボイド等が存在しない良品の圧電素子が破壊されてしまう虞がある。

そこで、本実施形態では、絶縁膜１００の第１層１０１の厚さを、圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さ、すなわち、検査電圧以上の耐電圧を有する厚さで形成するようにしたので、検査工程において、圧電素子３００への検査電圧によって第１層１０１に絶縁破壊が生じることがなく、第１層１０１と第２層１０２との界面にレジスト等が仮に残っていてもリークパスには至らず、良品の圧電素子３００が破壊されることもない。その一方で、検査電圧を印加することにより、不良品の圧電素子３００を確実に破壊し、後工程に不良品を流さないようにすることができる。

ここで、絶縁膜１００を形成する無機絶縁材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等の酸化物等が挙げられ、これらの中でも、酸化アルミニウム（アルミナ）を用いるのが好ましく、本実施形態では、絶縁膜１００をアルミナで形成した。ここで、アルミナの耐電圧は、厚さが１ｎｍ当たり約１Ｖである。すなわち、駆動電圧を２５〜３０Ｖとする場合には、絶縁膜１００の第１層１０１を２５〜３０ｎｍ以上の厚さで形成する。但し、上述したように、本実施形態では、検査工程を実施するので、このような検査時の印加電圧（検査電圧）を５０Ｖとする場合には、絶縁膜１００の第１層１０１を約５０ｎｍ以上の厚さとなるように形成する。また、絶縁膜１００は、圧電素子３００を覆っており、全体の膜厚が厚過ぎると圧電素子３００の駆動による振動板の変位量が低下してしまうため、アルミナで形成する場合には、約１００ｎｍ以下の膜厚とするのが好ましく、好適には８０ｎｍ以下とするのがよい。

すなわち、このように絶縁膜１００をアルミナで形成する場合には、第１層１０１の厚さを５０ｎｍ以上（第１層１０１の耐電圧を５０Ｖ以上）とし、且つ絶縁膜１００の膜厚を１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下とするのがよい。例えば、本実施形態では、図４に示すように、絶縁膜１００の第１層１０１を第２層１０２よりも厚く形成した。具体的には、第１層１０１の厚さを約６０ｎｍ（第１層１０１の耐電圧を６０Ｖ）とし、第２層１０２の厚さを約４０ｎｍとし、絶縁膜１００の全体の膜厚を約１００ｎｍとした。

なお、本実施形態では、絶縁膜１００の材料としてアルミナを例示して説明したが、勿論これに限定されず、第１層及び第２層のそれぞれをアルミナ以外の酸化物、例えば、五酸化タンタルや二酸化ケイ素等で形成してもよい。また、第１層をアルミナで形成し、第２層をアルミナ以外の酸化物で形成してもよいし、その逆で、第１層をアルミナ以外の酸化物で形成し、第２層をアルミナで形成してもよい。このようにアルミナ以外の酸化物を用いる場合には、アルミナ以外の酸化物の耐電圧と厚さとの相対関係を考慮し、上述したアルミナと同様にして第１層の厚さを決定することができる。

また、本実施形態では、絶縁膜１００を２層構造とすることで、第１層１０１及び第２層１０２のそれぞれにピンホール等が形成された場合でも、絶縁膜１００の面方向で各層１０１、１０２のピンホールの位置が一致することはなく、水分等が絶縁膜１００を透過するのをより確実に抑えることができる。なお、圧電素子３００が破壊され易い部分、すなわち、圧電体層７０及び上電極膜８０の外周面を２層の絶縁膜１００によって覆うことにより、圧電素子３００の破壊を確実に防止することができるという効果もある。

そして、本発明は、特に、絶縁膜の第１層の厚さを、圧電素子への印加電圧以上の耐電圧となる厚さで規定することにより、圧電素子への印加電圧によって第１層の絶縁破壊が生じるのを防止しつつ、圧電素子の駆動による振動板の変位量を考慮して絶縁膜の膜厚を所定値以下と規定することにより、耐湿度性を十分に確保しつつ圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下を有効に防止することができるという効果が得られるものである。

なお、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接着されている。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。なお、圧電素子保持部３１は密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。

また、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１１０を構成している。

さらに、この保護基板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接続孔３３が設けられ、この接続孔３３内に上述した下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａが露出されている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０から延設される接続配線１３０の一端が接続されている。

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１１０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１１０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１１０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、駆動ＩＣ１２０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との間に所定の電圧（例えば、２５〜３０Ｖ程度）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からインク滴が吐出する。

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５〜図７を参照して説明する。なお、図５〜図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図５（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１４０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、流路形成基板用ウェハ１４０として、板厚が約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５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次に、図５（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１４０の全面に形成する。次いで、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、図６（ａ）に示すように、絶縁膜１００の最下層である第１層１０１を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１４０上に、アルミナを塗布して第１アルミナ塗布層２０１を形成すると共にこの第１アルミナ塗布層２０１を所定形状にパターニングすることで第１層１０１を形成する。より詳細には、第１アルミナ塗布層２０１は、第１層１０１の厚さが圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さとなるように形成する。例えば、本実施形態では、検査工程で印加する電圧を考慮して、第１アルミナ塗布層２０１を第１層の厚さが約６０ｎｍとなるように形成した。また、このような第１アルミナ塗布層２０１上にはレジストパターンが形成され、このレジストパターンを介して第１アルミナ塗布層２０１の余分な部分、圧電素子３００の一端部に対向する領域の第１アルミナ塗布層２０１を除去し、最終的にレジストパターンを除去することにより、厚さが約６０ｎｍでコンタクトホール１０１ａを有し且つ圧電素子３００を直接覆った所定形状の第１層１０１が形成される。なお、第１アルミナ塗布層２０１の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、第１アルミナ塗布層を選択的に良好に除去することができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１４０上に、所定の金属材料、例えば、本実施形態では、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９５を全面に形成する。そして、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９５を各圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０が形成される。なお、本実施形態では、リード電極９０は、アルミニウムからなる金属層９５のみからなるが、これに限定されず、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層を介して金属層９５を設け、リード電極９０がこの密着層と金属層９５とで構成されるようにしてもよい。

次に、図６（ｃ）に示すように、絶縁膜１００の表層である第２層１０２を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１４０上に、アルミナを塗布して第２アルミナ塗布層２０２を形成すると共にこの第２アルミナ塗布層２０２を所定形状にパターニングすることで厚さ約４０ｎｍの第２層１０２を形成する。この第２層１０２も上述した第１層１０１を同様に、レジストを用いたパターニングにより形成した。これにより、第１層１０１及びリード電極９０が第２層１０２で覆われ、その結果、圧電素子３００が厚さ約１００ｎｍの絶縁膜１００で覆われる。

次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０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１５０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１５０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、流路形成基板用ウェハ１４０の剛性は、保護基板用ウェハ１５０を接合することによって著しく向上することになる。

次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ酸と硝酸の混合水溶液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１４０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１４０をエッチング加工した。次いで、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）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１４０を異方性エッチングすることにより、流路形成基板用ウェハ１４０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１４０及び保護基板用ウェハ１５０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１４０の保護基板用ウェハ１５０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１５０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１４０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なる。

以上説明したように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、絶縁膜１００の圧電素子３００側の最下層である第１層１０１を圧電素子３００への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで形成することにより、ヘッドの製造過程又は製造後において、圧電素子３００への印加電圧によって第１層１０１に絶縁破壊が生じることを確実に防止することができる。これにより、絶縁膜１００の成膜時において、絶縁膜１００の層間に塵や埃等の異物が混入したり、あるいは第１層１０１上にレジスト等が残っていたり等しても、このような異物やレジスト等を起点としたリークパスが生じることを確実に防止し、リークパスに起因した圧電素子３００の破壊を確実に防止することができる。したがって、歩留まりを向上することができる。また、圧電素子３００を２層構造の絶縁膜によって覆っているので、製造過程又は製造後において、湿気等による圧電素子３００の破壊を防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、第１層１０１の厚さを、検査工程での印加電圧（検査電圧）を考慮して規定したが、勿論これに限定されず、このような検査工程を実施しない場合には、圧電素子への駆動電圧、すなわち、インク吐出に必要な電圧を考慮して、圧電素子への駆動電圧以上の耐電圧を有する厚さで第１層を設けるようにしてもよい。この場合、圧電素子への駆動電圧で第１層に絶縁破壊が生じるのを有効に防止することができる。

また、上述した実施形態１では、第１層１０１及び第２層１０２の２層からなる絶縁膜１００を設けたが、これに限定されず、例えば、３層以上からなる絶縁膜を設けるようにしてもよい。これにより、各層にピンホールが形成されたとしても、絶縁膜の面方向で各ピンホールが一致することをより効果的に防止できるため、圧電素子の耐湿度性を確保することができる。

さらに、上述した実施形態１では、圧電素子３００を保護基板３０の圧電素子保持部３１内に形成したが、これに限定されず、圧電素子保持部を設けなくてもよい。この場合でも、圧電素子及びリード電極の表面は、第１層及び第２層を有する絶縁膜によって覆われているため、水分（湿気）に起因する圧電素子（圧電体層）の破壊を確実に防止できる。

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８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８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、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。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。なお、本発明は、液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド等）に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できることは言うまでもない。

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拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す要部拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す要部拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す要部拡大断面図である。 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、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 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、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ 絶縁膜、 １０１ 第１層、 １０２ 第２層、１１０ リザーバ、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. 基板の一方面側に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記圧電素子を覆うと共に無機絶縁材料からなる絶縁膜とを具備し、前記絶縁膜が複数層で構成され、前記絶縁膜の前記圧電素子側の最下層が、前記圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する厚さで設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置。
2. 前記絶縁膜がアルミナからなることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
3. 前記絶縁膜の前記最下層の厚さが５０ｎｍ以上であり、前記絶縁膜の全体の膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ装置。
4. 前記絶縁膜の全体の膜厚が８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ装置。
5. 前記絶縁膜の各層が個別に成膜及びパターニングすることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアクチュエータ装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に当該圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項６に記載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。
8. 基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成した後、前記圧電素子上に無機絶縁材料からなる層を積層して複数層で構成される絶縁膜を形成する工程にて、前記絶縁膜の前記圧電素子側の最下層を前記圧電素子への印加電圧以上の耐電圧を有する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。
9. 前記絶縁膜を形成する工程では、前記絶縁膜を構成する各層を個別に成膜及びパターニングして形成することを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ装置の製造方法。
   

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