JP2008042030A

JP2008042030A - Method for manufacturing actuator apparatus, and method for manufacturing liquid jet head

Info

Publication number: JP2008042030A
Application number: JP2006216131A
Authority: JP
Inventors: 剛 ▲斉▼藤; Takeshi Saito
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an actuator apparatus and a method for manufacturing a liquid jet head capable of enhancing close adhesion between a lower electrode film and a substrate. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the actuator apparatus is provided with a piezoelectric element composed of a lower electrode formed on a substrate through an adhesive layer composed of zirconium as a main component, a piezoelectric layer and an upper electrode film. The method comprises: a preheating process for heating the substrate at the temperature of 150 to 350°C for 10 to 600 sec; a reverse sputtering process for removing the surface of the substrate only by the thickness of 0.6 to 3.0 nm, by reversely sputtering the substrate at an etching rate of 0.6 to 3.0 Å/min; a film formation process for forming an adhesive layer composed of zirconium on the substrate at the thickness of 5 to 15 nm; and a piezoelectric element formation process including a process for forming a piezoelectric element on the substrate through the adhesive layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有するアクチュエータ装置、及びこのアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to an actuator device having a piezoelectric element that is displaceably provided on a substrate, and a method of manufacturing a liquid ejecting head using the actuator device.

アクチュエータ装置に用いられる圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体層を、下電極と上電極との２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような構成の圧電素子を有するアクチュエータ装置は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエータ装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載される。液体噴射ヘッドの代表例としては、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（アクチュエータ装置）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挙げられる。 The piezoelectric element used in the actuator device is configured by sandwiching a piezoelectric layer made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function, for example, crystallized piezoelectric ceramics, between two electrodes, a lower electrode and an upper electrode. There is something. An actuator device having a piezoelectric element having such a configuration is generally called a flexural vibration mode actuator device, and is mounted on, for example, a liquid ejecting head. As a typical example of a liquid ejecting head, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element (actuator device) to add ink in the pressure generation chamber. An ink jet recording head that discharges ink droplets from a nozzle opening under pressure is exemplified.

また、このようなアクチュエータ装置を構成する圧電素子（積層構造体）の製造方法としては、振動板上に、例えば、チタンからなる密着層を形成し、この密着層上に圧電素子を形成するようにしたのもがある（特許文献１参照）。この特許文献１では、具体的には、振動板上に密着層を介して白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属材料からなる下電極膜を形成し、この下電極膜上に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共にこの圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させて圧電体層を形成する。そして、この圧電体層上にイリジウム（Ｉｒ）等の金属材料からなる上電極膜を形成している。 Further, as a method of manufacturing a piezoelectric element (laminated structure) constituting such an actuator device, for example, an adhesive layer made of titanium, for example, is formed on the diaphragm, and the piezoelectric element is formed on the adhesive layer. (See Patent Document 1). Specifically, in Patent Document 1, a lower electrode film made of a metal material such as platinum (Pt) or iridium (Ir) is formed on a diaphragm via an adhesion layer, and a piezoelectric material is formed on the lower electrode film. Is applied to form a piezoelectric precursor film, and the piezoelectric precursor film is fired and crystallized to form a piezoelectric layer. An upper electrode film made of a metal material such as iridium (Ir) is formed on the piezoelectric layer.

また、このようなアクチュエータ装置を構成する圧電素子等の積層構造体を製造する際に、基板上に形成する密着層の材料として、例えば、チタン、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、ニッケル等の酸化物を用いるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。 Further, when manufacturing a laminated structure such as a piezoelectric element constituting such an actuator device, an oxide such as titanium, tantalum, zirconium, aluminum, nickel, etc. is used as the material of the adhesion layer formed on the substrate. Some are used (for example, see Patent Document 2).

そして、このように基板上に密着層を介して下電極膜（導電層）を形成することにより、基板と下電極膜（導電層）との密着性を向上することができる。しかしながら、振動板上にジルコニウムからなる密着層を介して下電極膜（導電層）を形成した場合、特許文献２にも記載されているように、圧電素子（積層構造体）の製造過程において、圧電体前駆体膜（誘電体膜）の熱処理が行われるので、その際に酸素が下電極膜（導電層）を通過し、密着層に侵入して密着層が酸化される。例えば、ジルコニウムからなる密着層が、圧電体前駆体膜（誘電体層）を焼成する工程で酸化されて酸化ジルコニウムからなる密着層となる。このとき、密着層と下電極膜又は密着層と基板との結合状態が変性するせいか、下電極膜と基板との密着性が低下してしまうという問題がある。すなわち、下電極膜と密着層との界面、あるいは密着層と基板との界面で剥離が生じてしまうという問題がある。 Then, by forming the lower electrode film (conductive layer) on the substrate via the adhesion layer in this way, the adhesion between the substrate and the lower electrode film (conductive layer) can be improved. However, when the lower electrode film (conductive layer) is formed on the diaphragm via the adhesion layer made of zirconium, as described in Patent Document 2, in the manufacturing process of the piezoelectric element (laminated structure), Since heat treatment of the piezoelectric precursor film (dielectric film) is performed, oxygen passes through the lower electrode film (conductive layer) at that time, enters the adhesion layer, and the adhesion layer is oxidized. For example, an adhesion layer made of zirconium is oxidized in the step of firing the piezoelectric precursor film (dielectric layer) to become an adhesion layer made of zirconium oxide. At this time, there is a problem that the adhesion between the lower electrode film and the substrate is deteriorated because the bonding state between the adhesion layer and the lower electrode film or the adhesion layer and the substrate is denatured. That is, there is a problem that peeling occurs at the interface between the lower electrode film and the adhesion layer or at the interface between the adhesion layer and the substrate.

なお、このような問題は、液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置の製造方法だけではなく、他のあらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置の製造方法においても同様に存在する。 Such a problem exists not only in the manufacturing method of the actuator device mounted on the liquid ejecting head but also in the manufacturing method of the actuator device mounted on any other device.

特開２００６−２１３９２号公報（第６〜７頁、第３〜５図）JP 2006-21392 (pages 6-7, FIGS. 3-5) 特開２００５−１０１５７７号公報（第７〜８頁）JP 2005-101577 A (7th to 8th pages)

本発明はこのような事情に鑑み、下電極膜と基板との密着性を向上することができるアクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an actuator device and a method for manufacturing a liquid ejecting head that can improve the adhesion between the lower electrode film and the substrate.

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上にジルコニウムを主成分とする密着層を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極膜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、前記基板を１５０〜３５０［℃］の温度で１０〜６００［秒］間加熱するプレ加熱工程と、前記基板を０．６〜３．０［Å／ｍｉｎ］のエッチングレートで逆スパッタすることにより当該基板表面を０．６〜３．０［ｎｍ］の厚さだけ除去する逆スパッタ工程と、前記基板上にジルコニウムからなる密着層を５〜１５［ｎｍ］の厚さで形成する成膜工程と、前記密着層を介して前記基板上に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、基板上に密着層を介して下電極膜を良好に形成することができる。すなわち、下電極膜の基板との密着性を向上することができる。したがって、アクチュエータ装置が変位することで起こり得る下電極膜の剥離による変位低下等の不良の発生を防止することができる。 A first aspect of the present invention that solves the above problems is an actuator device comprising a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode film provided on a substrate via an adhesion layer mainly composed of zirconium. A preheating step of heating the substrate at a temperature of 150 to 350 [° C.] for 10 to 600 [seconds], and etching the substrate at 0.6 to 3.0 [Å / min] A reverse sputtering step of removing the substrate surface by a thickness of 0.6 to 3.0 [nm] by reverse sputtering at a rate, and a thickness of 5 to 15 [nm] of an adhesion layer made of zirconium on the substrate. There is provided a method for manufacturing an actuator device, comprising: a film forming step formed in the step; and a step of forming the piezoelectric element on the substrate through the adhesion layer.
In the first aspect, the lower electrode film can be satisfactorily formed on the substrate via the adhesion layer. That is, the adhesion of the lower electrode film to the substrate can be improved. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defects such as a decrease in displacement due to peeling of the lower electrode film, which may occur when the actuator device is displaced.

本発明の第２の態様は、前記プレ加熱工程を、真空度が１×１０^−３［Ｐａ］以下の雰囲気中で実施することを特徴とする第１の態様の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、基板上に密着層を介して下電極膜をさらに良好に形成することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing an actuator device according to the first aspect, the preheating step is performed in an atmosphere having a degree of vacuum of 1 × 10 ⁻³ [Pa] or less. .
In the second aspect, the lower electrode film can be more satisfactorily formed on the substrate via the adhesion layer.

本発明の第３の態様は、前記逆スパッタ工程を、真空度が１×１０^−３［Ｐａ］以下の雰囲気中で実施することを特徴とする第１又は２の態様の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、基板上に密着層を介して下電極膜をさらに良好に形成することができる。 According to a third aspect of the present invention, the reverse sputtering step is performed in an atmosphere having a degree of vacuum of 1 × 10 ⁻³ [Pa] or less. The method for manufacturing an actuator device according to the first or second aspect is characterized in that It is in.
In the third aspect, the lower electrode film can be more satisfactorily formed on the substrate via the adhesion layer.

本発明の第４の態様は、前記下電極膜が白金及びイリジウムを主成分とする材料からなることを特徴とする第１〜３の何れかの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第４の態様では、基板上に密着層を介して下電極膜をさらに良好に形成することができると共に、電気的特性に優れた下電極膜を形成することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an actuator device according to any one of the first to third aspects, the lower electrode film is made of a material mainly composed of platinum and iridium.
In the fourth aspect, the lower electrode film can be formed more satisfactorily on the substrate via the adhesion layer, and the lower electrode film having excellent electrical characteristics can be formed.

本発明の第５の態様は、前記基板上に酸化シリコンを主成分とする弾性膜と酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜とを含む振動板を形成し、該振動板上に前記圧電素子を形成したことを特徴とする第１〜４の何れかの態様の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、下電極膜の剥離を防止でき、圧電素子の駆動による振動板の変位特性を向上したアクチュエータ装置を実現することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, a diaphragm including an elastic film mainly composed of silicon oxide and an insulator film mainly composed of zirconium oxide is formed on the substrate, and the piezoelectric element is formed on the diaphragm. The method of manufacturing an actuator device according to any one of the first to fourth aspects is characterized in that is formed.
In the fifth aspect, it is possible to realize an actuator device that can prevent peeling of the lower electrode film and improve the displacement characteristics of the diaphragm by driving the piezoelectric element.

本発明の第６の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室を有する流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられて前記圧力発生室内の液体に圧力を付与するアクチュエータ装置とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に、第１〜５の何れかの態様のアクチュエータ装置の製造方法によって前記アクチュエータ装置を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第６の態様では、耐久性に優れると共に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。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate having a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening, and an actuator that is provided on one side of the flow path formation substrate and applies pressure to the liquid in the pressure generation chamber. A method of manufacturing a liquid ejecting head comprising the device, wherein the actuator device is formed on the flow path forming substrate by the method of manufacturing an actuator device according to any one of the first to fifth aspects. The method is for manufacturing a liquid jet head.
In the sixth aspect, it is possible to realize a liquid jet head that has excellent durability and excellent droplet discharge characteristics.

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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. FIG.

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる、厚さ０．５〜２．０［μｍ］の弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、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。 As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a crystal plane orientation of (110) in this embodiment, and one surface thereof is made of silicon oxide (SiO ₂ ) previously formed by thermal oxidation. An elastic film 50 having a thickness of 0.5 to 2.0 [μm] is formed. In the flow path forming substrate 10, a plurality of pressure generating chambers 12 partitioned by a partition wall 11 are arranged in parallel in the width direction.

また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。さらに、連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。 Further, an ink supply path 13 and a communication path 14 that are partitioned by a partition wall 11 and communicate with each pressure generation chamber 12 are provided on one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10. Furthermore, a communication portion 15 that communicates with each communication path 14 is provided outside the communication path 14. The communication portion 15 communicates with a reservoir portion 32 of the protective substrate 30 described later, and constitutes a part of the reservoir 100 that becomes a common ink chamber (liquid chamber) of each pressure generating chamber 12.

ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５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。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。 Here, the ink supply path 13 is formed to have a narrower cross-sectional area than the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 15 is kept constant. . For example, in this embodiment, the ink supply path 13 has a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path on the pressure generation chamber 12 side between the reservoir 100 and each pressure generation chamber 12 in the width direction. It is formed with. In this embodiment, the ink supply path is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path. Each communication passage 14 is formed by extending the partition walls 11 on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 toward the communication portion 15 to partition the space between the ink supply path 13 and the communication portion 15. Yes.

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１３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、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられる保護膜５１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、例えば、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。 On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end portion of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 13 is provided in the pressure generating chamber 12. It is fixed by an adhesive, a heat welding film, or the like through a protective film 51 used as a mask when forming the film. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.

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１．０［μｍ］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０．４［μｍ］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０．２［μｍ］の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．１［μｍ］の圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５［μｍ］の上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。例えば、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。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、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、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。 On the other hand, an elastic film 50 having a thickness of, for example, about 1.0 [μm] is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above. The insulator film 55 having a thickness of, for example, about 0.4 [μm] is formed. Further, on the insulator film 55, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 [μm], a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1.1 [μm], and a thickness For example, the piezoelectric element 300 including the upper electrode film 80 of about 0.05 [μm] is formed. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode is patterned together with the piezoelectric layer 70 for each pressure generating chamber 12 to form individual electrodes. For example, in this embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode for the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode for the piezoelectric element 300. Absent. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the diaphragm that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as an actuator device. In the above-described example, the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm. However, the elastic film 50 and the insulator film 55 are not provided, and only the lower electrode film 60 is left. The electrode film 60 may be a diaphragm. Further, the piezoelectric element 300 itself may substantially serve as a diaphragm.

また、圧電素子３００を構成する下電極膜６０と絶縁体膜５５との間には、酸化ジルコニウムを主成分とする密着層６１が設けられている。この密着層６１は、詳しくは後述するが、下電極膜６０と流路形成基板１０との密着性、本実施形態では、下電極膜６０の絶縁体膜５５との密着性を向上するために設けられている。 Further, an adhesion layer 61 mainly composed of zirconium oxide is provided between the lower electrode film 60 and the insulator film 55 constituting the piezoelectric element 300. As will be described in detail later, the adhesion layer 61 is for improving the adhesion between the lower electrode film 60 and the flow path forming substrate 10, and in this embodiment, the adhesion between the lower electrode film 60 and the insulator film 55. Is provided.

さらに、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続されている。本実施形態では、各リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等からなり、上電極膜８０のインク供給路１３側の端部近傍から絶縁体膜５５上にまで延設されている。 Furthermore, a lead electrode 90 is connected to each upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300. In the present embodiment, each lead electrode 90 is made of, for example, gold (Au) or the like, and extends from the vicinity of the end of the upper electrode film 80 on the ink supply path 13 side to the insulator film 55.

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板３０には、複数の圧力発生室１２に供給するインクが貯留されるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部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の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通されてリザーバ１００を構成している。 On the flow path forming substrate 10 on which such a piezoelectric element 300 is formed, that is, on the lower electrode film 60, the elastic film 50, and the lead electrode 90, there is a piezoelectric element holding portion 31 for protecting the piezoelectric element 300. The protective substrate 30 is bonded by, for example, an adhesive 35. In addition, the space defined by the piezoelectric element holding part 31 may be sealed or may not be sealed. Further, the protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100 in which the ink supplied to the plurality of pressure generating chambers 12 is stored. In the present embodiment, the reservoir portion 32 is formed across the protective substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and as described above, the communication portion 15 of the flow path forming substrate 10. The reservoir 100 is configured to be communicated with each other.

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス材料、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。 As such a protective substrate 30, it is preferable to use a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, a glass material, a ceramic material, etc., and in this embodiment, the same as the flow path forming substrate 10. A silicon single crystal substrate as a material is used.

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、この貫通孔３３内に露出されている。また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００、例えば、回路基板、半導体集積回路（ＩＣ）等が固定されている。そして、駆動回路２００とリード電極９０とは、貫通孔３３内に延設されるボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０によって電気的に接続されている。 Further, the protective substrate 30 is provided with a through-hole 33 that penetrates the protective substrate 30 in the thickness direction, and the vicinity of the end portion of the lead electrode 90 drawn from each piezoelectric element 300 is in the through-hole 33. Exposed. On the protective substrate 30, a driving circuit 200 for driving the piezoelectric elements 300 arranged in parallel, for example, a circuit board, a semiconductor integrated circuit (IC), and the like are fixed. The drive circuit 200 and the lead electrode 90 are electrically connected by a connection wiring 210 made of a conductive wire such as a bonding wire extending in the through hole 33.

また、このような保護基板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。ここで、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６［μｍ］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３０［μｍ］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となっており、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。 In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 [μm]). The direction is sealed. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 [μm]). A region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, and one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. ing.

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と接続したインク導入口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、駆動回路２００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圧電素子３００を撓み変形させることによって、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される。 In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink. In accordance with the recording signal from, pressure is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 to bend and deform the piezoelectric element 300, whereby the pressure in each pressure generation chamber 12 is changed. And the ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室の長手方向の断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing the ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.

まず、図３（ａ）に示すように、複数の流路形成基板１０が一体的に形成され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（ＳｉＯ_２）からなる二酸化シリコン膜５２を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５［μｍ］と比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。 First, as shown in FIG. 3A, a flow path forming substrate wafer 110 on which a plurality of flow path forming substrates 10 are integrally formed is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and an elastic film is formed on the surface thereof. A silicon dioxide film 52 made of silicon dioxide (SiO ₂ ) constituting 50 is formed. In the present embodiment, as the flow path forming substrate wafer 110, a relatively thick and highly rigid silicon wafer having a film thickness of about 625 [μm] is used.

次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）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５２）上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする絶縁体膜を形成後、この絶縁体膜５５を、例えば、５００〜１２００［℃］の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５とする。 Next, as shown in FIG. 3B, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52). Specifically, after forming an insulator film containing zirconium (Zr) as a main component on the elastic film 50 (silicon dioxide film 52), for example, by sputtering or the like, the insulator film 55 is formed, for example, 500- The insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO ₂ ) is formed by thermal oxidation in a diffusion furnace at 1200 [° C.].

次いで、図３（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に、ジルコニウム（Ｚｒ）からなる密着層６１を形成する。ここで、密着層６１を形成するにあたり、プレ加熱工程と逆スパッタ工程とを実施する。具体的には、まず弾性膜５０及び絶縁体膜５５が形成された流路形成基板用ウェハ１１０を１５０〜３５０［℃］の温度で１０〜６００［秒］間加熱するプレ加熱工程を実施する。プレ加熱工程における加熱温度、加熱時間等の加熱条件は、上記範囲とすればよいが、特に、加熱温度を２００［℃］程度とするのが好ましい。また、加熱温度を２００［℃］としたときの加熱時間は１８０［秒］程度とするのが好ましい。また、このプレ加熱工程では、流路形成基板用ウェハ１１０を真空チャンバ内で加熱することが好ましく、その際の真空度は１．０×１０^−３［Ｐａ］以下とするのが望ましい。 Next, as shown in FIG. 3C, an adhesion layer 61 made of zirconium (Zr) is formed on the insulator film 55. Here, in forming the adhesion layer 61, a preheating step and a reverse sputtering step are performed. Specifically, first, a preheating process is performed in which the flow path forming substrate wafer 110 on which the elastic film 50 and the insulator film 55 are formed is heated at a temperature of 150 to 350 [° C.] for 10 to 600 [seconds]. . The heating conditions such as the heating temperature and heating time in the preheating step may be in the above ranges, but the heating temperature is particularly preferably about 200 [° C.]. The heating time when the heating temperature is 200 [° C.] is preferably about 180 [seconds]. In this preheating step, it is preferable to heat the flow path forming substrate wafer 110 in a vacuum chamber, and the degree of vacuum at that time is desirably 1.0 × 10 ⁻³ [Pa] or less.

次に、０．６〜３．０［Å／ｍｉｎ］のエッチングレートで絶縁体膜５５を逆スパッタすることにより、絶縁体膜５５の表面を０．６〜３．０［ｎｍ］の厚さだけ除去する逆スパッタ工程を実施する。この逆スパッタ工程におけるエッチングレートは０．６〜３．０［Å／ｍｉｎ］であることが好ましい。すなわち、逆スパッタ工程を実施する際に、スパッタ装置の出力を調整して、エッチングレートが上記の範囲となるようにするのが好ましい。なお、スパッタ装置の出力の調整範囲は、各装置によって若干異なるものの、例えば、２０〜２００［Ｗ］程度とすることで、所望のエッチングレートとすることができる。 Next, the insulator film 55 is reverse-sputtered at an etching rate of 0.6 to 3.0 [Å / min], so that the surface of the insulator film 55 has a thickness of 0.6 to 3.0 [nm]. A reverse sputtering process is performed to remove only. The etching rate in the reverse sputtering process is preferably 0.6 to 3.0 [Å / min]. That is, when performing the reverse sputtering process, it is preferable to adjust the output of the sputtering apparatus so that the etching rate falls within the above range. Note that, although the output adjustment range of the sputtering apparatus is slightly different depending on each apparatus, for example, a desired etching rate can be obtained by setting it to about 20 to 200 [W].

これらプレ加熱工程及び逆スパッタ工程を実施後、絶縁体膜５５上にジルコニウムからなる密着層６１をスパッタリング法等によって、５〜１５［ｎｍ］の厚さで形成する（図３（ｃ））。なお、このように形成された密着層６１は、（００２）面に配向するものの配向性は弱いため、次工程で形成される下電極膜６０の結晶性には実質的に影響しない。 After performing the preheating step and the reverse sputtering step, an adhesion layer 61 made of zirconium is formed on the insulator film 55 with a thickness of 5 to 15 [nm] by sputtering or the like (FIG. 3C). Note that the adhesion layer 61 formed in this way is oriented in the (002) plane, but the orientation is weak, so that it does not substantially affect the crystallinity of the lower electrode film 60 formed in the next step.

次に、図３（ｄ）に示すように、この密着層６１上に下電極膜６０を形成する。例えば、本実施形態では、密着層６１上に白金（Ｐｔ）と、イリジウム（Ｉｒ）とを、例えば、スパッタリング法によって順次積層形成することによって下電極膜６０を形成した。なお、下電極膜６０の形成方法は、スパッタリング法に限定されるものではなく、例えば、ＣＶＤ法（化学蒸着法）等であってもよい。 Next, as shown in FIG. 3D, a lower electrode film 60 is formed on the adhesion layer 61. For example, in the present embodiment, the lower electrode film 60 is formed by sequentially stacking platinum (Pt) and iridium (Ir) on the adhesion layer 61 by, for example, a sputtering method. In addition, the formation method of the lower electrode film 60 is not limited to sputtering method, For example, CVD method (chemical vapor deposition method) etc. may be sufficient.

そして、このような手順で密着層６１を介して下電極膜６０を流路形成基板用ウェハ１１０、本実施形態では、絶縁体膜５５上に形成することにより、すなわち、上述のようにジルコニウムからなる密着層を形成する前に所定条件でプレ加熱工程及び逆スパッタ工程を実施することにより、下電極膜６０と流路形成基板用ウェハ１１０との密着性を向上することができる。 Then, by forming the lower electrode film 60 on the flow path forming substrate wafer 110, in this embodiment, the insulator film 55 through the adhesion layer 61 in such a procedure, that is, from zirconium as described above. By performing the preheating step and the reverse sputtering step under predetermined conditions before forming the adhesion layer, the adhesion between the lower electrode film 60 and the flow path forming substrate wafer 110 can be improved.

次いで、図３（ｅ）に示すように、下電極膜６０上にチタン（Ｔｉ）からなる種チタン層６２を、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって形成する。この種チタン層６２の厚さは特に限定されないが、例えば、３．５〜５．５［ｎｍ］程度とすることが好ましく、特に、４．０［ｎｍ］程度とするのが望ましい。 Next, as shown in FIG. 3E, a seed titanium layer 62 made of titanium (Ti) is formed on the lower electrode film 60 by, for example, a DC magnetron sputtering method. The thickness of the seed titanium layer 62 is not particularly limited, but is preferably about 3.5 to 5.5 [nm], and more preferably about 4.0 [nm], for example.

次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。また、圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されず、例えば、リラクサ強誘電体（例えば、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＮＮ-ＰＴ等）の他の圧電材料を用いてもよい。 Next, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed. Here, in this embodiment, a so-called sol-gel in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. The piezoelectric layer 70 is formed using this method. The method for manufacturing the piezoelectric layer 70 is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD (Metal-Organic Decomposition) method or the like may be used. In addition, the material of the piezoelectric layer 70 is not limited to lead zirconate titanate, and other piezoelectric materials such as relaxor ferroelectrics (for example, PMN-PT, PZN-PT, PNN-PT, etc.) are used. May be.

圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を一層成膜する。すなわち、下電極膜６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を１７０〜１８０［℃］で８〜３０［分］間保持するようにした。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３００〜４００［℃］程度の温度に加熱して約１０〜３０［分］保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることである。また、脱脂工程では、昇温レートを０．５〜１．５［℃／ｓｅｃ］とするのが好ましい。 As a specific forming procedure of the piezoelectric layer 70, first, as shown in FIG. 4A, a piezoelectric precursor film 71, which is a PZT precursor film, is formed on the lower electrode film 60 in a single layer. That is, a sol (solution) containing a metal organic compound is applied onto the flow path forming substrate 10 on which the lower electrode film 60 is formed (application process). Next, the piezoelectric precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time (drying step). For example, in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is held at 170 to 180 [° C.] for 8 to 30 [minutes]. Next, the dried piezoelectric precursor film 71 is degreased by heating it to a predetermined temperature and holding it for a predetermined time (degreasing step). For example, in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is degreased by being heated to a temperature of about 300 to 400 [° C.] and held for about 10 to 30 [minutes]. Here, degreasing refers, the organic components contained in the piezoelectric precursor film 71, for _example, is to be detached as _{_{NO 2, CO 2, H 2}} O or the like. In the degreasing step, it is preferable to set the temperature rising rate to 0.5 to 1.5 [° C./sec].

次に、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程では、圧電体前駆体膜７１を６８０〜９００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、６８０［℃］で５〜３０［分］間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した。またこのとき、種チタン層６２を構成するチタン（Ｔｉ）が圧電体膜７２に拡散されるため、種チタン層は実質的に存在しなくなる。なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。 Next, the piezoelectric precursor film 71 is crystallized by heating it to a predetermined temperature and holding it for a certain period of time to form the piezoelectric film 72 (firing step). In this firing step, it is preferable to heat the piezoelectric precursor film 71 to 680 to 900 ° C. In this embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is heated at 680 ° C. for 5 to 30 minutes. Was fired to form a piezoelectric film 72. At this time, since titanium (Ti) constituting the seed titanium layer 62 is diffused into the piezoelectric film 72, the seed titanium layer substantially does not exist. In addition, as a heating apparatus used in such a drying process, a degreasing process, and a baking process, for example, a hot plate, an RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus that heats by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used.

このように下電極膜６０上に圧電体膜７２の１層目を形成後、図４（ｂ）に示すように、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２をそれらの側面が傾斜するように同時にパターニングする。その後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、図４（ｃ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３層毎に焼成して１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成している。ゾルの１回あたりの膜厚が０．１［μｍ］程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１［μｍ］程度となる。 After the first layer of the piezoelectric film 72 is thus formed on the lower electrode film 60, the side surfaces of the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 72 are inclined as shown in FIG. 4B. Pattern simultaneously. Thereafter, the piezoelectric film forming process including the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process described above is repeated a plurality of times, so that a predetermined thickness including a plurality of layers of piezoelectric films 72 as illustrated in FIG. The piezoelectric layer 70 is formed. For example, in the present embodiment, the piezoelectric precursor film 71 is composed of ten piezoelectric films 72 by firing the piezoelectric precursor film 71 every three layers. When the sol film thickness per one time is about 0.1 [μm], for example, the film thickness of the entire piezoelectric layer 70 composed of ten piezoelectric films 72 is about 1.1 [μm]. Become.

なお、上述のように下電極膜６０上に圧電体膜７２の１層目を形成した段階でこれらを同時にパターニングして、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２の側面を傾斜させることで、２層目の圧電体膜７２を形成する際に、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２が形成された部分とそれ以外の部分との境界近傍において、下地の違いによる２層目の圧電体膜７２の結晶性への悪影響を小さく、すなわち、緩和することができる。これにより、下電極膜６０とそれ以外の部分との境界近傍において、２層目の圧電体膜７２の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層７０を形成することができる。また、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２の側面を傾斜させることで、２層目以降の圧電体膜７２を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、密着性及び信頼性に優れた圧電体層７０を形成することができる。また、１層目の圧電体膜７２と下電極膜６０とをパターニングした後、さらに種チタン層を設けるようにしてもよい。これにより、さらに結晶性に優れた圧電体層７０を形成することができる。 As described above, when the first layer of the piezoelectric film 72 is formed on the lower electrode film 60, these are simultaneously patterned to incline the side surfaces of the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 72. As a result, when the second piezoelectric film 72 is formed, due to the difference in the base in the vicinity of the boundary between the portion where the lower electrode film 60 and the first piezoelectric film 72 are formed and the other portions. The adverse effect on the crystallinity of the second-layer piezoelectric film 72 can be reduced, that is, reduced. Thereby, in the vicinity of the boundary between the lower electrode film 60 and other portions, the crystal growth of the second piezoelectric film 72 proceeds well, and the piezoelectric layer 70 having excellent crystallinity can be formed. Further, by tilting the side surfaces of the lower electrode film 60 and the first-layer piezoelectric film 72, it is possible to improve the contact of the second-layer and subsequent piezoelectric films 72. Thereby, the piezoelectric layer 70 having excellent adhesion and reliability can be formed. Further, after patterning the first piezoelectric film 72 and the lower electrode film 60, a seed titanium layer may be further provided. Thereby, the piezoelectric layer 70 having further excellent crystallinity can be formed.

ここで、このように圧電体層７０を形成する際、すなわち圧電体前駆体膜７１を焼成する際には、絶縁体膜５５と下電極膜６０との間に設けられているジルコニウムからなる密着層６１が酸化されて、酸化ジルコニウムからなる密着層６１となる。そして密着層６１が酸化されると、密着層６１と下電極膜６０又は密着層６１と絶縁体膜５５との結合状態が変性するせいか、密着層６１と下電極膜６０との界面、又は密着層６１と絶縁体膜５５との界面で剥離が生じてしまう場合がある。しかしながら、本発明では、上述したように絶縁体膜５５上にジルコニウムからなる密着層６１を形成する前にプレ加熱工程と逆スパッタ工程とを実施しているため、密着層６１が酸化された後でも、密着層６１と下電極膜６０との界面、又は密着層６１と絶縁体膜５５との界面での剥離の発生を防止することができる。すなわち、下電極膜６０と流路形成基板用ウェハ１１０（絶縁体膜５５）との密着性を良好に維持することができる。これにより、アクチュエータ装置（圧電素子３００）の変位低下等の不良の発生を防止することができる。 Here, when the piezoelectric layer 70 is formed in this way, that is, when the piezoelectric precursor film 71 is fired, the adhesion made of zirconium provided between the insulator film 55 and the lower electrode film 60. The layer 61 is oxidized to form an adhesion layer 61 made of zirconium oxide. When the adhesion layer 61 is oxidized, the bonding state between the adhesion layer 61 and the lower electrode film 60 or the adhesion layer 61 and the insulator film 55 is modified, or the interface between the adhesion layer 61 and the lower electrode film 60, or Separation may occur at the interface between the adhesion layer 61 and the insulator film 55. However, in the present invention, since the preheating step and the reverse sputtering step are performed before forming the adhesion layer 61 made of zirconium on the insulator film 55 as described above, after the adhesion layer 61 is oxidized. However, the occurrence of peeling at the interface between the adhesion layer 61 and the lower electrode film 60 or the interface between the adhesion layer 61 and the insulator film 55 can be prevented. That is, the adhesion between the lower electrode film 60 and the flow path forming substrate wafer 110 (insulator film 55) can be maintained satisfactorily. Thereby, generation | occurrence | production of defects, such as a displacement fall of an actuator apparatus (piezoelectric element 300), can be prevented.

また、密着層としてチタン（Ｔｉ）を利用することも考えられるが、チタンは熱で下電極膜中に拡散しやすい傾向にある。例えば、圧電体前駆体膜を高温で焼成（結晶化）させる際の熱で、下電極膜中に拡散してしまう傾向にある。そうなると、下電極膜と絶縁体膜との界面において密着層としてのチタンが存在する領域が不足して十分な密着力を確保できない可能性が生じる。しかしながら、上述のようにジルコニウムからなる密着層６１を形成した後に、圧電体前駆体膜７１を焼成しても密着層６１としての酸化ジルコニウムあるいはジルコニウムが下電極膜６０中にさほど拡散することが無い。そのため、当該圧電体前駆体膜７１の焼成後においても下電極膜６０と絶縁体膜５５と界面の密着力は十分に確保される。勿論、圧電体前駆体膜７１を焼成する以外の熱が密着層６１に加わる場合であっても、密着層６１としてジルコニウムを用いることで同様の効果が得られる。 Further, although it is conceivable to use titanium (Ti) as the adhesion layer, titanium tends to diffuse into the lower electrode film due to heat. For example, the piezoelectric precursor film tends to diffuse into the lower electrode film due to heat generated when the piezoelectric precursor film is fired (crystallized) at a high temperature. In this case, there is a possibility that a region where titanium as an adhesion layer exists at the interface between the lower electrode film and the insulator film is insufficient, and sufficient adhesion force cannot be secured. However, even if the piezoelectric precursor film 71 is fired after forming the adhesion layer 61 made of zirconium as described above, zirconium oxide or zirconium as the adhesion layer 61 does not diffuse so much into the lower electrode film 60. . Therefore, even after the piezoelectric precursor film 71 is fired, the adhesion between the lower electrode film 60 and the insulator film 55 and the interface is sufficiently secured. Of course, even when heat other than baking the piezoelectric precursor film 71 is applied to the adhesion layer 61, the same effect can be obtained by using zirconium as the adhesion layer 61.

圧電体層７０を形成した後は、図５（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、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することによって圧電素子３００を形成する。 After forming the piezoelectric layer 70, as shown in FIG. 5A, for example, an upper electrode film 80 made of iridium (Ir) is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and the piezoelectric layer 70 is formed. Then, the piezoelectric element 300 is formed by patterning the upper electrode film 80 in a region facing each pressure generating chamber 12.

次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（ｂ）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）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成される。 Next, the lead electrode 90 is formed. Specifically, as shown in FIG. 5B, the lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and then made of, for example, a resist or the like. It is formed by patterning each piezoelectric element 300 via a mask pattern (not shown).

次に、図５（ｃ）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を接着剤３５によって接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００［μｍ］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。そして、図６（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７０［μｍ］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。 Next, as shown in FIG. 5C, a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is bonded to the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 by an adhesive 35. . Since the protective substrate wafer 130 has a thickness of, for example, about 400 [μm], the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the protective substrate wafer 130. . Then, as shown in FIG. 6A, after the flow path forming substrate wafer 110 is polished to a certain thickness, the flow path forming substrate wafer 110 is further etched to a predetermined thickness by wet etching with hydrofluoric acid. To. For example, in this embodiment, the flow path forming substrate wafer 110 is etched so as to have a thickness of about 70 [μm].

次いで、図６（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）からなる保護膜５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を保護膜５１をマスクとして、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, a protective film 51 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 6C, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using, for example, an alkaline solution such as KOH, using the protective film 51 as a mask, thereby increasing the pressure. A generation chamber 12, an ink supply path 13, a communication path 14, a communication part 15, and the like are formed.

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。 Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. By dividing the flow path forming substrate wafer 110 and the like into the flow path forming substrate 10 and the like of one chip size as shown in FIG. 1, the ink jet recording head of this embodiment is obtained.

（試験例１）
逆スパッタ工程でのエッチングレートを変化させた実施例１〜３のサンプルをそれぞれ２０個ずつ作製し、各実施例の複数のサンプルの中から任意に選択した一つのサンプルにおける下電極膜の密着力を測定し、また各実施例における剥離発生個数を調べた。その結果を下記表１に示す。 (Test Example 1)
Twenty samples of Examples 1 to 3 with different etching rates in the reverse sputtering process were prepared, and the adhesion of the lower electrode film in one sample arbitrarily selected from a plurality of samples of each example Was measured, and the number of peeling occurrences in each example was examined. The results are shown in Table 1 below.

なお、下電極膜の密着力としては、剥離強度Ｋａｐｐ［ＭＰａ・ｍ^１／２］をｍ−ＥＬＴ（Modified-Edge Lift Off Technique）法により測定した。また、本試験例では、逆スパッタ工程におけるエッチング量は０.６［ｎｍ］とし、密着層の厚さは８［ｎｍ］とした。 In addition, as the adhesive force of the lower electrode film, the peel strength Kapp [MPa · m ^1/2 ] was measured by the m-ELT (Modified-Edge Lift Off Technique) method. In this test example, the etching amount in the reverse sputtering process was 0.6 [nm], and the thickness of the adhesion layer was 8 [nm].

表１に示すように、逆スパッタ工程でのエッチングレートを０．６〜３．０［Å／ｍｉｎ］の範囲とした実施例１〜３のサンプルは、何れも、密着力が高く、また剥離発生個数も極めて少なく抑えられていた。 As shown in Table 1, all of the samples of Examples 1 to 3 in which the etching rate in the reverse sputtering process is in the range of 0.6 to 3.0 [Å / min] have high adhesion and are peeled off. The number of occurrences was also very small.

（試験例２）
逆スパッタ工程でのエッチング量を変化させた比較例１及び実施例４，５のサンプルをそれぞれ２０個ずつ作製し、各実施例及び比較例の複数のサンプルの中から任意に選択した一つのサンプルにおける下電極膜の密着力（剥離強度Ｋａｐｐ［ＭＰａ・ｍ^１／２］）を測定し、また各実施例及び比較例における剥離発生個数を調べた。その結果を下記表２に示す。なお、本試験例では、逆スパッタ工程におけるエッチングレートは１.５［Å／ｍｉｎ］とし、密着層の厚さは０.６［ｎｍ］とした。 (Test Example 2)
20 samples of Comparative Example 1 and Examples 4 and 5 each having a different amount of etching in the reverse sputtering process were prepared, and one sample arbitrarily selected from a plurality of samples of each Example and Comparative Example The adhesion strength (peel strength Kapp [MPa · m ^1/2 ]) of the lower electrode film was measured, and the number of occurrences of delamination in each example and comparative example was examined. The results are shown in Table 2 below. In this test example, the etching rate in the reverse sputtering process was 1.5 [５ / min], and the thickness of the adhesion layer was 0.6 [nm].

表２に示すように、逆スパッタ工程でのエッチング量を０．６〜３．０［ｎｍ］とした実施例４及び５のサンプルでは、密着力が高く、且つ剥離発生個数も極めて少なく抑えられていた。これに対して、エッチング量を０．６［ｎｍ］よりも小さくした比較例１のサンプルでは、密着力は、実施例４及び５と同等の値であったが、剥離発生個数は、実施例４及び５の２倍以上増加している。 As shown in Table 2, in the samples of Examples 4 and 5 in which the etching amount in the reverse sputtering process is 0.6 to 3.0 [nm], the adhesion is high and the number of occurrences of peeling is extremely small. It was. In contrast, in the sample of Comparative Example 1 in which the etching amount was smaller than 0.6 [nm], the adhesion was the same value as in Examples 4 and 5, but the number of peeling occurrences was More than twice that of 4 and 5.

（試験例３）
密着層の膜厚を変化させた実施例６〜９及び比較例２のサンプルをそれぞれ２０個ずつ作製し、各実施例及び比較例における剥離発生個数を調べた。その結果を下記表３に示す。なお、逆スパッタ工程は、エッチングレートを１.５［Å／ｍｉｎ］、エッチング量を０.６［ｎｍ］として実施した。 (Test Example 3)
Twenty samples of Examples 6 to 9 and Comparative Example 2 in which the film thickness of the adhesion layer was changed were prepared, and the number of occurrences of peeling in each of the Examples and Comparative Examples was examined. The results are shown in Table 3 below. The reverse sputtering process was performed with an etching rate of 1.5 [Å / min] and an etching amount of 0.6 [nm].

表３に示すように、密着層の膜厚を５〜１５［ｎｍ］とした各実施例では、剥離発生個数は、最大でも５［個］と極めて少なかったが、密着層の膜厚を１５［ｎｍ］よりも大きくした比較例２では、剥離発生個数は１７［個］と大幅に増加した。 As shown in Table 3, in each Example in which the film thickness of the adhesion layer was 5 to 15 [nm], the number of occurrences of peeling was as small as 5 [pieces] at most, but the film thickness of the adhesion layer was 15 In Comparative Example 2, which was larger than [nm], the number of peeling occurrences was significantly increased to 17 [pieces].

（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、インクジェット式記録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。例えば、上述の実施形態では、白金及びイリジウムを積層することによって下電極膜を形成したが、勿論、下電極膜の構成は特に限定されるものではない。下電極膜は、例えば、白金のみで形成されていてもよいし、勿論、イリジウムのみで形成されていてもよい。 (Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above. For example, in the above-described embodiment, the lower electrode film is formed by laminating platinum and iridium. Of course, the configuration of the lower electrode film is not particularly limited. For example, the lower electrode film may be formed of only platinum or, of course, may be formed of only iridium.

また、上述の実施形態では、圧電体層をゾル−ゲル法やＭＯＤ法で形成した例を説明したが、勿論、圧電体層は、他の方法、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。スパッタリング法で圧電体層を形成する際にも、密着層には高温が掛かるので密着層にジルコニウムを用いる利点があるといえる。 In the above-described embodiment, the example in which the piezoelectric layer is formed by the sol-gel method or the MOD method has been described. However, the piezoelectric layer may be formed by another method, for example, a sputtering method. Even when the piezoelectric layer is formed by the sputtering method, it can be said that since the high temperature is applied to the adhesion layer, there is an advantage of using zirconium for the adhesion layer.

また、本実施形態では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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液体噴射ヘッドの製造方法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（電界放出ディスプレー）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。 In this embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and ejects liquid other than ink. Of course, this method can also be applied. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置の製造方法に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置の製造方法にも適用することができる。 The present invention is not limited to a method for manufacturing an actuator device mounted on a liquid ejecting head typified by an ink jet recording head, and can also be applied to a method for manufacturing an actuator device mounted on another device.

実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the recording head according to the first embodiment. 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。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment. 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the recording head manufacturing method according to the first embodiment.

Explanation of symbols

１０流路形成基板、１２圧力発生室、１３インク供給路、１４連通路、１５連通部、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、圧電素子保持部、３２リザーバ部、４０コンプライアンス基板、６０下電極膜、６１密着層、６２種チタン層、７０圧電体層、８０上電極膜、９０リード電極、１００リザーバ、２００駆動回路、２１０接続配線、３００圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Ink supply path, 14 Communication path, 15 Communication part, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board, Piezoelectric element holding part, 32 Reservoir part, 40 Compliance board, 60 Lower electrode film, 61 adhesion layer, 62 seed titanium layer, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 90 lead electrode, 100 reservoir, 200 drive circuit, 210 connection wiring, 300 piezoelectric element

Claims

A method of manufacturing an actuator device comprising a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode film provided on a substrate via an adhesion layer mainly composed of zirconium,
A preheating step of heating the substrate at a temperature of 150 to 350 [° C.] for 10 to 600 [seconds], and reverse sputtering the substrate at an etching rate of 0.6 to 3.0 [Å / min]. A reverse sputtering process for removing the substrate surface by a thickness of 0.6 to 3.0 [nm], and a film forming process for forming an adhesion layer made of zirconium on the substrate with a thickness of 5 to 15 [nm]. And a step of forming the piezoelectric element on the substrate through the adhesion layer.

The method for manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein the preheating step is performed in an atmosphere having a degree of vacuum of 1 × 10 ⁻³ [Pa] or less.

3. The method of manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein the reverse sputtering step is performed in an atmosphere having a degree of vacuum of 1 × 10 ⁻³ [Pa] or less.

4. The method for manufacturing an actuator device according to claim 1, wherein the lower electrode film is made of a material mainly composed of platinum and iridium.

A vibration plate including an elastic film mainly composed of silicon oxide and an insulator film mainly composed of zirconium oxide is formed on the substrate, and the piezoelectric element is formed on the vibration plate. Item 5. A method for manufacturing an actuator device according to any one of Items 1 to 4.

A liquid ejecting head comprising: a flow path forming substrate having a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; and an actuator device provided on one surface side of the flow path forming substrate to apply pressure to the liquid in the pressure generating chamber. A manufacturing method,
A method for manufacturing a liquid jet head, wherein the actuator device is formed on the flow path forming substrate by the method for manufacturing an actuator device according to claim 1.