JP2008078328A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電特性が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ヘッドを提供する。
【解決手段】基板上に下地層を形成する工程と、前記下地層上に下電極６０を形成する工程と、前記下電極上に圧電体前駆体膜７１を形成し、結晶化させて第１の圧電体膜７２を形成する工程と、前記下電極６０及び前記第１の圧電体膜７２を所定形状にパターニングする工程と、前記下地層の少なくとも前記下電極６０の端部の外側の前記圧電体層７０が設けられる領域に前記圧電体層７０の結晶の核となる種物質イオン６１を打ち込む工程と、前記第１の圧電体膜７２及び前記下地層の前記種物質イオン６１が打ち込まれた領域に圧電体前駆体膜を形成し、結晶化させて第２の圧電体膜７３を形成し、前記第１の圧電体膜７２と前記第２の圧電体膜７３とからなる前記圧電体層７０を形成する工程と、前記圧電体層７０上に前記上電極を形成する工程とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、振動板上に、下電極、圧電材料からなる圧電体層及び上電極で構成される圧電素子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液体噴射ヘッドに関する。

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て使用されている。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出する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等がある。また、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料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。

このようなアクチュエータ装置を製造する方法として、例えば、以下のようなものがある。まず、基板上に振動板を構成する絶縁体膜等の下地層を形成した後、スパッタリング法等で下電極膜を形成し、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して焼成して第１の圧電体膜を形成した後、下電極膜と第１の圧電体膜をフォトリソグラフィ工程によりパターニングする。その後、第１の圧電体膜及び下地層上に圧電体膜を結晶化する際の核となる種チタンをスパッタリング法で形成する。この後、種チタン上に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成して焼成する工程を繰り返して第２の圧電体膜を形成し、第１の圧電体膜と第２の圧電体膜とからなる圧電体層を形成する。そして、圧電体層上に上電極としてＰｔ、Ｉｒ等をスパッタリング法で形成してパターニングすることにより、基板上に設けられた下地層と、該下地層上に設けられた下電極と該下電極上に下電極の端部の外側まで設けられた圧電体層と該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子とを有するアクチュエータ装置を製造する方法が提案されている（特許文献１及び２参照）。
特開２００５−０３５２８２号公報（請求項４、段落番号［００４９］、［００３８］等） 特開２００６−１４４０９０号公報（段落番号［００３９］、［００３４］等）

上記の製造方法では、下電極膜と第１の圧電体膜をパターニングした後、第１の圧電体膜及びパターニングにより露出した下地層上にスパッタリング法でチタン膜を形成し、このチタン膜上に圧電体前駆体膜が形成されているため、第２の圧電体膜はチタンを核として結晶を成長させて形成することができる。したがって、下地層上に形成される第２の圧電体膜の結晶は微細なものとなり、クラックの発生が防止される。すなわち、下電極膜と第１の圧電体膜をパターニングした後、パターニングにより露出した下地層上に圧電体前駆体膜を直接設けた場合、第２の圧電体膜は結晶成長する際の核となる種チタンが存在しないため結晶の粒径が大きくなりクラックが発生する恐れがあるが、上記の方法では、このような問題は発生しない。

しかしながら、このチタン膜はスパッタリング法で形成されているため、下電極上に形成された第１の圧電体膜上にもチタン膜が形成されてしまい、第１の圧電体膜上に直接第２の圧電体膜を形成した場合に比べて、第１の圧電体膜上のチタン膜上に形成される第２の圧電体膜は結晶性が乱れてしまうため、十分な圧電特性が得られ難いという問題があった。

なお、下電極膜と第１の圧電体膜をパターニングした後に、当該パターニングに用いたレジストをマスクとして、第１の圧電体膜及び下地層上にチタン膜をスパッタリング法で形成し、その後、レジストと共に第１の圧電体膜上のチタン膜を除去する方法（リフトオフ）も考えられる。しかしながら、この方法では、スパッタリングで形成されたチタン膜により、レジストがはがれ難くなるという問題や、レジストが存在する状態でスパッタリングすることによりレジストが飛散し装置内が汚れてしまい清掃が必要になる等の不具合が生じてしまうという問題がある。

また、アクチュエータ装置を駆動してたわみ変形させた際に、圧電体層と下地層とが確実に剥れないようにするため、圧電体層と下地層との密着性も求められている。

勿論、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。

本発明は、下地層上は結晶が微細で且つ下電極上は結晶性に優れ、また下地層との密着性に優れた圧電体層を有し圧電特性が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ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の一方面側に設けられ振動板を構成する下地層と、該下地層上に設けられた下電極と該下電極上に当該下電極の端部の外側まで設けられた圧電体層と該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子とを有するアクチュエータ装置の製造方法であって、前記基板上に前記下地層を形成する工程と、前記下地層上に前記下電極を形成する工程と、前記下電極上に圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させて第１の圧電体膜を形成する工程と、前記下電極及び前記第１の圧電体膜を所定形状にパターニングする工程と、前記下地層の少なくとも前記下電極の端部の外側の前記圧電体層が設けられる領域に前記圧電体層の結晶の核となる種物質イオンを打ち込む工程と、前記第１の圧電体膜及び前記下地層の前記種物質イオンが打ち込まれた領域に圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させて第２の圧電体膜を形成し、前記第１の圧電体膜と前記第２の圧電体膜とからなる前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極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、下地層上に形成される第２の圧電体膜は、種物質イオンを核として結晶を成長させて形成することができるため、結晶の粒径が微細で均一な圧電体膜を形成することができ、クラックの発生を防止できる。また、第１の圧電体膜上に形成される第２の圧電体膜は、第１の圧電体膜の結晶を核として結晶を成長させて形成することができるため、例えば、配向度、強度、粒径等の結晶性が良好になる。従って、圧電特性に優れたアクチュエータ装置を製造できる。また、下地層と下地層上に設けられた第２の圧電体膜とは、種物質イオンによりイオン結合することができ、また、種物質イオンは下地層の内部に形成されるため、圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させる際の熱で当該圧電体層に拡散することなく、圧電体層と下地層との密着性が優れたアクチュエータ装置を製造できる。

本発明の第２の態様は、前記種物質イオンが、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも一種のイオンであ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、下地層上に形成される第２の圧電体膜は、所定の種物質イオンを核として結晶を成長させて形成することができるため、結晶の粒径が微細で均一な圧電体膜を形成できる。また、下電極と第２の圧電体膜とは、所定の種物質イオンのイオン結合により密着性が良好になる。

本発明の第３の態様は、前記下電極及び前記第１の圧電体膜を所定形状にパターニングする工程では、前記第１の圧電体膜上に設けられた所定形状のパターンを有するレジストをマスクとしてエッチングすることにより所定形状にパターニングすると共に、前記種物質イオンを打ち込む工程では前記レジストをマスクとして前記下地層に当該種物質イオンを打ち込む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、新たなレジストを形成することなく、下電極及び第１の圧電体膜を所定形状にパターニングする際のレジストをマスクとすることで、選択的に下地層の圧電体層が形成される領域に、容易に種物質イオンを打ち込むことができる。

本発明の第４の態様は、前記第１の圧電体膜を形成する工程では、前記下電極上に種チタン層を設け、該種チタン層上に前記第１の圧電体膜を形成す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、第１の圧電体膜は種チタン層のチタン結晶を核として結晶を成長させて形成することができるため、第１の圧電体膜の結晶性を確実に良好にすることができる。したがって、その上に設ける第２の圧電体膜の結晶性も第１の圧電体膜の良好な結晶性を引き継いで確実に良好になり、圧電特性に優れたアクチュエータ装置を製造できる。

本発明の第５の態様は、前記下地層を形成する工程では、前記圧電体層側の表層に酸化膜を形成する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、下地層の圧電体層側の表層に振動板や絶縁体膜となる酸化膜を有し圧電特性に優れたアクチュエータ装置を製造することができる。

本発明の第６の態様は、基板の一方面側に設けられ振動板を構成する下地層と、該下地層上に設けられた下電極と該下電極上に成膜及びリソグラフィ法により当該下電極の端部の外側まで設けられた圧電体層と該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子とを有し、前記圧電体層は前記下電極上に設けられた第１の圧電体膜と該第１の圧電体膜及び前記下地層上に設けられた第２の圧電体膜からなり、前記下地層の少なくとも前記下電極の端部の外側の前記圧電体層が設けられた領域は、イオン打ち込みにより打ち込まれた前記圧電体層の結晶の核となる種物質イオンを含有す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６の態様では、下地層上に形成された第２の圧電体膜は種物質イオンを核として結晶を成長させて形成したものとすることができるため、結晶の粒径が微細で均一な圧電体膜となり、クラックの発生を防止できる。また、第１の圧電体膜上に形成された第２の圧電体膜は、第１の圧電体膜の結晶を核として結晶を成長させて形成したものとすることができるため、例えば、配向度、強度、粒径等の結晶性が良好になる。従って、圧電特性に優れたアクチュエータ装置となる。また、下地層と下地層上に設けられた第２の圧電体膜とは、種物質イオンによりイオン結合され、また、種物質イオンは下地層の内部に形成されるため、圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させる際の熱で当該圧電体層に拡散することなく、圧電体層と下地層との密着性が優れたアクチュエータ装置となる。

本発明の第７の態様は、前記下地層に含有された前記種物質イオンと前記圧電体層を構成する成分とがイオン結合していることを特徴とするにある。
かかる第７の態様では、イオン結合により圧電体層と下地層との密着性が良好なアクチュエータ装置となる。

本発明の第８の態様は、第６又は７の態様に記載のアクチュエータ装置を液体を噴射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８の態様では、圧電特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。

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に係るアクチュエータ装置を有す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、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びそ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、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（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、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の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４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、このように、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１４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。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きく圧力発生室１２と同等の断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

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ステンレス鋼などからなる。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の酸化膜からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、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０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば約１０〜２００ｎｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。なお、本実施形態では、絶縁体膜５５が請求項の下地層に相当する。

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３２０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１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。

また、図１及び図２に示すように、本実施形態では、下電極膜６０は、複数の圧電素子３００に亘って設けられている。そして下電極膜６０は、流路形成基板１０の端部で外部配線と接続する領域を有している。尚、当該下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向に相当する方向を長手方向とし、圧力発生室１２の幅方向に相当する方向を下電極膜６０の短手方向（幅方向）とする。そして本実施形態では、下電極膜６０の長手方向の両端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電素子３００の短手方向である上電極膜８０の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０は、圧電素子３００の長手方向で、下電極膜６０の両端部の外側まで延設されて設けられており、下電極膜６０の長手方向の両端面は、圧電体層７０によって覆われている。さらに、本実施形態では、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図３に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。そもそも、パターニングされた下電極膜６０上に圧電体層７０を形成しようとすると、下電極膜６０の端部を覆う部分及び絶縁体膜５５上に形成される圧電体層の膜質が良くない、すなわち、下電極膜６０上の第１の圧電体膜７２と、絶縁体膜５５上の第２の圧電体膜７３とで結晶性等の特性が急激に異なってしまい、圧電体層７０は下電極膜６０の端部近傍で実質的に不連続となる。このため、圧電体層７０に電圧を印加するとクラック等の破壊が生じてしまうという問題がある。しかし、下電極膜６０の端部を傾斜させることで下電極膜６０の端部近傍の圧電体層７０の結晶性が改善されるため、電圧を印加することによる圧電体層７０の破壊を防止できると共に圧電素子３００の駆動信頼性が向上する。また、圧電体層７０の側面を傾斜させることで、両側面における応力集中が防止され、破壊等の虞がなくなる。

さらに、ここでは、圧電素子３００を所定の基板上（流路形成基板１０上）に設け、当該圧電素子３００を駆動させた装置をアクチュエータ装置と称する。また、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、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５の何れか一方を設けずに、他方及び下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。

本実施形態の下電極膜６０としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の各種金属や、これらの合金等が挙げられる。また、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料（圧電材料）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や、これにニオブ、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が用いられる。その組成としては、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_１／２Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）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、上電極膜８０としては、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ等の各種金属、これらの合金や、酸化イリジウム等の金属酸化物が挙げられる。

さらに、図３に示すように、圧電体層７０は下電極膜６０上に下電極膜６０の長手方向両端部の外側まで設けられ、絶縁体膜５５の一部と下電極膜６０の長手方向両端面が圧電体層７０に覆われている。そして、詳しくは後述するが圧電体層７０は、下電極膜６０上に成膜及びリソグラフィ法により設けられた第１の圧電体膜７２と、この第１の圧電体膜７２及び絶縁体膜５５上に成膜及びリソグラフィ法により設けられた第２の圧電体膜７３とからなる。本実施形態では、下電極膜６０の長手方向両端部の外側の絶縁体膜５５は、全面に亘ってイオン打ち込みにより打ち込まれたチタンイオン等の種物質イオン６１を有する。この種物質イオン６１は、イオン打ち込みにより打ち込まれたものなので、絶縁体膜５５の表面上ではなく、絶縁体膜５５の内部の少なくとも表面側に存在する。また、本実施形態では、チタンイオンを絶縁体膜５５に含有させたが、イオン打ち込みにより打ち込まれる物質は、圧電体層７０の結晶の核となる種物質イオンであればよく、例えば、Ｚｒ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属イオンや、Ｓｉ、Ｐ等の非金属イオンでもよく、また、単独でも複数種でもよい。

このように、本発明のアクチュエータ装置は、圧電体層７０が設けられた領域の絶縁体膜５５は圧電体層７０側にイオン打ち込みにより打ち込まれた種物質イオン６１を有するため、圧電体層７０と絶縁体膜５５との密着性が優れる。詳述すると、絶縁体膜５５に打ち込まれた種物質イオン６１と圧電体層７０を構成する成分とがイオン結合するため、絶縁体膜５５と圧電体層７０との密着性が向上する。絶縁体膜５５にイオン打ち込みされたものではなく、絶縁体膜５５上に圧電体層７０の結晶の核となるチタンなどの膜を形成すると、圧電体層７０を高温で焼成する際に、圧電体層７０の中に当該チタンが拡散してしまうため、密着性が劣り圧電素子３００が変位する際に不活性部領域となる絶縁体膜５５上の第２の圧電体膜７３といえども剥離が発生する場合がある。しかし、本発明のアクチュエータ装置は、絶縁体膜５５中に種物質イオン６１が打ち込まれているため、圧電体層７０を高温で焼成しても圧電体層７０中に拡散しないので、密着性が確保される。種物質イオン６１をチタンイオン、圧電体層７０の材料（圧電材料）をＰＺＴ、絶縁体膜５５をＺｒＯ_２とした場合を例に具体的に説明すると、酸化物（ＰＺＴ）中の酸素は２価の陰イオンを持ち、Ｔｉ^４＋など陽イオンとイオン結合するため、ＺｒＯ_２表面に打ち込まれたチタンイオンもＺｒＯ_２中の酸素とイオン結合し、更にその上に形成されるＰＺＴ層の酸素ともイオン結合する。この結果、両者の密着性が向上する。特に、Ｆｅ^２＋，Ｔｉ^４＋，Ｃｒ^３＋，Ｍｏ^６＋，Ｍｎ^２＋，Ｃｏ^２＋，Ｎｉ^２＋，Ｗ^６＋は、酸素イオンとの結合性が良いため、これらのイオンを種物質イオン６１とすると、絶縁体膜５５と圧電体層７０との密着性がより良好なアクチュエータ装置となる。

また、圧電体層７０は下電極膜６０上に成膜及びリソグラフィ法により設けられた第１の圧電体膜７２と、この第１の圧電体膜７２及び絶縁体膜５５上に成膜及びリソグラフィ法により設けられた第２の圧電体膜７３とからなり、第２の圧電体膜７３は下地の結晶の影響を受けて結晶が成長して形成されたものである。下電極膜６０の長手方向両端部の外側の圧電体層７０が設けられた領域の絶縁体膜５５は種物質イオン６１を含有するため、この絶縁体膜５５上に形成された圧電体層７０（第２の圧電体膜７３）は種物質イオン６１を核として結晶を成長させて形成されたものであるので、第１の圧電体膜７２と同様に第２の圧電体膜７３の結晶の粒径は微細で均一である。したがって、絶縁体膜５５上に直接形成された圧電体層と下電極膜６０上に形成された圧電体層との結晶性等の特性に大きな差が生じないので圧電体層７０のクラック発生が防止される。また、第１の圧電体膜７２上に形成される第２の圧電体膜７３は、第１の圧電体膜７２の結晶を核として結晶を成長させて形成されたものであるため、例えば、配向度、強度、粒径等の結晶性が良好になる。したがって、圧電特性に優れたアクチュエータ装置となる。

また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。なお、リード電極９０が絶縁体膜５５の材料との相性が良くない場合には、絶縁体膜５５上に直接第２の圧電体膜７３を形成した領域の種物質イオン６１をリード電極９０が形成されている領域に対向する絶縁体膜５５にイオン打ち込みを行っておいて、リード電極９０と絶縁体膜５５との密着性を確保するようにすると良い。

さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該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、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられており、このリザーバ部３１は、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３２とリザーバ部３１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ている。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための図示しない駆動回路が固定されており、駆動回路とリード電極９０とは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を介して電気的に接続されている。

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、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と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

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。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３１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、駆動回路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からインク滴が吐出する。

ここで、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、流路形成基板用ウェハ１１０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。

次に、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、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、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（ＺｒＯ₂）からなる絶縁体膜５５を形成する。

次に、図５（ａ）に示すように、例えば密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４からなる下電極膜６０を形成する。具体的には、まず、絶縁体膜５５上に、密着層６２を形成する。密着層６２としては、例えば、厚さが１０〜５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、密着層６２として、厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）を設けた。このように下電極膜６０の最下層に密着層６２を設けることによって、絶縁体膜５５と下電極膜６０との密着力を高めることができる。次いで、密着層６２上に白金（Ｐｔ）からなり厚さが５０〜５００ｎｍの白金層６３を形成する。本実施形態では、白金層６３を１３０ｎｍの厚さで形成した。そして、白金層６３上に拡散防止層６４を形成する。これにより、密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４からなる下電極膜６０が形成される。なお、拡散防止層６４は、後の工程で圧電体層７０を焼成して結晶化させて形成する際に、密着層６２の成分が圧電体層７０に拡散するのを防止すると共に圧電体層７０の成分が下電極膜６０に拡散するのを防止するためのものである。このような拡散防止層６４としては、厚さが例えば、５〜２０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びオスミウム（Ｏｓ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、拡散防止層６４として、厚さ１０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）を用いた。なお、このような下電極膜６０の各層６２〜６４は、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とができる。

次に、下電極膜６０上に、チタン（Ｔｉ）をスパッタリング法、例えば、ＤＣスパッタリング法で１回以上、本実施形態では２回塗布することにより所定の厚さの種チタン層（図示なし）を形成する。このように、種チタン層を形成し該種チタン層上に第１の圧電体膜７２を形成すると、チタン結晶を核として第１の圧電体膜７２の結晶が成長するので第１の圧電体膜７２の結晶性が大幅に向上する。なお、種チタン層を設けるかわりに、チタンイオンを下電極膜６０上に打ち込んでもよい。また、結晶性が良好な第１の圧電体膜７２を形成できるのであれば、この種チタン層は形成しなくてもよい。

次に、このように形成した種チタン層上に、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、金属有機物を溶媒に溶解・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、上述したようにリラクサ強誘電体（例えば、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＮＮ-ＰＴ等）の他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電体層７０の製造方法は、圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成し結晶化させて形成する方法であればよく、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。

圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図５（ｂ）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）を塗布して例えば膜厚が０．１μｍ程度の圧電体前駆体膜７１を形成する（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分保持することで乾燥することができる。

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、ＮＯ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等として離脱させることである。

次に、図５（ｃ）に示すように、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、第１の圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。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を焼成して第１の圧電体膜７２を形成した。なお、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、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置やホットプレート等が挙げられる。なお、このように第１の圧電体膜７２を焼成して形成することによって、下電極膜６０の各層６２〜６４も同時に加熱され、密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４が合金化された下電極膜６０が形成される。

次に、図６（ａ）に示すように、第１の圧電体膜７２上に所定形状のレジスト４００を形成する。このようなレジスト４００は、例えば、成膜及びフォトリソグラフィ法により所定形状に形成することができる。なお、本実施形態では、下電極膜６０等の端面を傾斜した傾斜面で形成するため、レジスト４００の開口の側面も傾斜した傾斜面で形成した。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト４００をマスクとして下電極膜６０及び第１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。これにより、絶縁体膜５５が露出する。この段階で当然ながら絶縁体膜５５が露出している領域には、第２の圧電体膜７３の結晶を良好に成長させるための上記種チタン層に相当する層は存在しない。

このように、本実施形態では、流路形成基板１０上の全面に亘って下電極膜６０を形成した後、下電極膜６０上に第１の圧電体膜７２を形成するようにしたため、第１の圧電体膜７２を形成する際に、第１の圧電体膜７２の下地を同一にして、焼成ムラをなくし、均一な圧電特性の第１の圧電体膜７２を得ることができる。すなわち、例えば、下電極膜６０をパターニングした後に流路形成基板１０の全面に亘って第１の圧電体膜７２を形成する場合、圧電体前駆体膜７１を焼成した際に、下電極膜６０の形成領域と、下電極膜６０の非形成領域（絶縁体膜５５が露出した領域）との熱吸収の差、より詳細には、赤外線吸収の差が大きくなってしまい、圧電体前駆体膜７１の焼成ムラが生じ、第１の圧電体膜７２の結晶性にばらつきが生じてしまい、耐電圧が低下してしまうからである。

また、下電極膜６０をパターニングする前に下電極膜６０の上に種チタン層を形成し、その後にパターニングしてから第１の圧電体膜７２を形成すると、パターニングの際にプラズマなどによるドライエッチングが直接種チタンに触れることになりその結果種チタンが変質してしまい、変質した種チタン上に第１の圧電体膜７２を形成しても当該第１の圧電体膜７２の結晶性が良好なものではなくなる。それに比べ、第１の圧電体膜７２を形成した後に下電極膜６０と同時にパターニングすれば、パターニングの際に種チタンがエッチングガスなどに触れることがないため第１の圧電体膜７２は結晶性が良好になる。

このように、下電極膜６０及び第１の圧電体膜７２をパターニングした後、剥離せず残しておいたレジスト４００をマスクとして、図６（ｃ）に示すように、下電極膜６０の長手方向端部の外側の絶縁体膜５５、即ち、露出した絶縁体膜５５に、圧電体層の結晶の核となる種物質イオン６１を、例えば、打ち込み電圧１００〜２００［ＫｅＶ］、ドーズ量１×１０^1６〜１×１０^2０［個／ｃｍ²］で打ち込む。この打ち込み電圧及びドーズ量を変化させたイオン打ち込みを複数回行うようにしてもよい。本実施形態では、チタンイオンを、打ち込み電圧が２００［ＫｅＶ］で、ドーズ量が１×１０^2０［個／ｃｍ²］で１回打ち込んだ。なお、打ち込まれた種物質イオン６１は、スパッタリング法により形成された種チタン等とは異なり、絶縁体膜５５の内部に含有されるため、第２の圧電体膜７３の形成後も絶縁体膜５５内に残留する。

本実施形態では、下電極膜６０をパターニングするために用いたレジスト４００を用いて種物質イオン６１を打ち込むようにしたため、第１の圧電体膜７２上に種物質イオン６１を確実に打ち込まないようにするための新たなレジストを形成する工程が不要となって製造コストを低減することができる。また、下電極膜６０をパターニングするために用いたレジスト４００を用いて種物質イオン６１を打ち込むようにしたため、新たなレジストを形成する場合に比べて、レジスト４００の位置合わせが不要となり、高精度に種物質イオン６１を打ち込むことができる。勿論、下電極膜６０をパターニングしたレジスト４００を除去し、新たなレジストを形成した後に種物質イオン６１を打ち込んでもよい。

なお、本実施形態では、レジスト４００をマスクとして絶縁体膜５５表面に種物質イオン６１を打ち込み、第１の圧電体膜７２には種物質イオン６１が確実に打ち込まれないようにしたが、マスクを用いずイオン打ち込みを行ってもよい。マスクを用いない場合、打ち込み条件等を調節して、露出した絶縁体膜５５のみに種物質イオン６１を打ち込むようにすればよい。

次に、レジスト４００を剥離した後、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して複数の第２の圧電体膜７３ａからなる第２の圧電体膜７３を形成することで、図６（ｄ）に示すように第１の圧電体膜７２及び第２の圧電体膜７３からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、ゾルの１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。なお、本実施形態では、第２の圧電体膜７３は複数の第２の圧電体膜７３ａを積層して設けたが、１層のみでもよい。

本発明においては、露出した絶縁体膜５５に種物質イオン６１を打ち込んでおり、絶縁体膜５５上に形成する第２の圧電体膜７３の結晶がこの種物質イオン６１を核として成長するため、第２の圧電体膜７３の結晶は粒径が微細で均一になる。したがって、圧電体層７０のクラックの発生が抑制される。

また、第１の圧電体膜７２をレジスト４００でマスクした状態で種物質イオン６１を打ち込んだので、第１の圧電体膜７２に種物質イオン６１は打ち込まれていない。したがって、第２の圧電体膜７３を第１の圧電体膜７２上に不純物がない状態で形成できるので、第１の圧電体膜７２の結晶を核として第２の圧電体膜７３の結晶が成長して、結晶性が非常に優れた圧電体層７０となる。

ここで、イオン打ち込みではなく、スパッタリング法で露出した絶縁体膜５５上に種チタン膜等の中間種膜を設けた場合、第１の圧電体膜７２上にも種チタン膜等の中間種膜が設けられてしまい、第１の圧電体膜７２上に直接第２の圧電体膜７３を形成した場合に比べて、第１の圧電体膜７２上の中間種膜上に形成される第２の圧電体膜７３は結晶性が乱れてしまい、第１の圧電体膜７２と第２の圧電体膜７３との界面が不連続面となるという問題があった。この第１の圧電体膜７２上に中間種膜が存在することに起因する問題に対し、第１の圧電体膜７２にレジストをマスクとして設けた後にスパッタリング法で中間種膜を形成し、その後レジストと共に第１の圧電体膜７２上の中間種膜を除去する方法（リフトオフ）も考えられる。しかしながら、この方法では、スパッタリングで形成された中間種膜により、レジストがはがれ難くなるという問題や、スパッタリングにより装置が汚れる等の問題が新たに生じる。一方、本発明の製造方法においては、イオン打ち込みにより種物質イオン６１を打ち込んでいるため、リフトオフができない等の上記の問題は生じずに、結晶性に優れた圧電体層７０を形成することができる。

なお、露出した絶縁体膜５５上にスパッタリング法で中間種膜を設けた場合、第１の圧電体膜と第２の圧電体膜の間に種チタン等の中間種膜が形成されるが、圧電体層７０を構成する成分と同じであれば圧電体層７０へ拡散するため、圧電体層７０の構成成分と異なる物質からなる中間種膜を形成するよりは比較的結晶成長への影響が少ない。したがって、スパッタリング法で露出した絶縁体膜５５上に種物質を設ける場合は、使用できる物質は圧電体層７０の構成成分と同じ物質（例えばチタン）に限定されていた。しかしながら、本発明ではイオン打ち込みなのでリフトオフの際にレジストが剥れ難いという問題も生じず後にリフトオフすることができるため、圧電体層７０の結晶の核となる種物質イオンであればどんな物質でも適応することができる。

また、絶縁体膜５５に打ち込まれた種物質イオン６１と圧電体層７０を構成する成分とが上述したようにイオン結合するため、絶縁体膜５５と圧電体層７０との密着性を向上させることができる。特に、Ｆｅ^２＋，Ｔｉ^４＋，Ｃｒ^３＋，Ｍｏ^６＋，Ｍｎ^２＋，Ｃｏ^２＋，Ｎｉ^２＋，Ｗ^６＋は、酸素イオンの結合性が良いため、これらのイオンを種物質イオン６１とすると、絶縁体膜５５と圧電体層７０との密着性がより良好なアクチュエータ装置を製造できる。

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、圧電体層７０上の全面に亘って白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と上電極膜８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。そして、このようなドライエッチングでは、レジストの側面を予め傾斜させておくと、圧電体層７０及び上電極膜８０が、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面が傾斜面となる。

次に、図７（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。

次に、図７（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を介して接合する。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。

次に、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。また、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、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。

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とは反対側の面の二酸化シリコン膜５１を除去した後にノズル開口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、本発明の基本的構成は上述した実施形態１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、圧電体層７０を下電極膜６０の長手方向の両方の端部の外側まで設けているが、圧電体層７０を下電極膜６０の長手方向の一方の端部のみの外側まで設けるようにしてもよい。また、上電極膜８０を圧電素子３００の共通電極とし下電極膜６０を個別電極とした場合、下電極膜６０の長手方向端部の外側だけでなく、短手方向端部の外側の下地層にも種物質イオンを打ち込み、その上にも圧電体層７０を形成するようにしてもよく、また、下電極膜６０の短手方向端部の外側の下地層のみにイオン打ち込みしその上に圧電体層７０を形成してもよい。

さらに、実施形態１では、下電極膜６０の端部の外側の絶縁体膜５５、即ち、露出した絶縁体膜５５の全面に亘って、種物質イオン６１を打ち込んだが、全面ではなく、少なくとも下電極膜６０の端部の外側の圧電体層７０が設けられる領域の絶縁体膜５５、即ち、少なくとも圧電体層７０に接する領域の絶縁体膜５５に、イオン打ち込みすればよい。

また、実施形態１では第１の圧電体膜７２には種物質イオン６１が打ち込まれないようにしたが、第１の圧電体膜７２の結晶を核として第２の圧電体膜７３の結晶が成長する阻害とならない程度の量であれば、第１の圧電体膜７２に種物質イオン６１が打ち込まれてもよい。スパッタリング法では、第１の圧電体膜７２の表面に中間種膜が成膜され第２の圧電体膜７３の結晶の良好な成長の阻害となって第１の圧電体膜７２と第２の圧電体膜７３とは不連続面となり結晶性が悪くなるが、イオン打ち込みの場合は、種物質イオン６１が第１の圧電体膜７２内部に取り込まれるため第１の圧電体膜７２と第２の圧電体膜７３とは不連続面とはならず、第２の圧電体膜７３の結晶成長への影響が少ないためである。なお、第１の圧電体膜７２にも種物質イオン６１を打ち込む場合は、ドーズ量１×１０^1６〜１×１０^１９［個／ｃｍ²］程度とすることが好ましい。なお、勿論、イオン打ち込みであっても、第１の圧電体膜７２に種物質イオン６１を打ち込まないほうがよく、またイオン打ち込みするとしても種物質イオン６１が圧電体層７０を構成する成分と同じほうが好ましい。

また、上述した実施形態１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。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概略構成を示す分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図である。 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。 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。 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。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 下電極膜、 ６１ 種物質イオン、 ７０ 圧電体層、 ７１ 圧電体前駆体膜、 ７２ 第１の圧電体膜、 ７３ 第２の圧電体膜、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部

Claims (8)

1. 基板の一方面側に設けられ振動板を構成する下地層と、該下地層上に設けられた下電極と該下電極上に当該下電極の端部の外側まで設けられた圧電体層と該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子とを有するアクチュエータ装置の製造方法であって、
   前記基板上に前記下地層を形成する工程と、前記下地層上に前記下電極を形成する工程と、前記下電極上に圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させて第１の圧電体膜を形成する工程と、前記下電極及び前記第１の圧電体膜を所定形状にパターニングする工程と、前記下地層の少なくとも前記下電極の端部の外側の前記圧電体層が設けられる領域に前記圧電体層の結晶の核となる種物質イオンを打ち込む工程と、前記第１の圧電体膜及び前記下地層の前記種物質イオンが打ち込まれた領域に圧電体前駆体膜を形成すると共に該圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させて第２の圧電体膜を形成し、前記第１の圧電体膜と前記第２の圧電体膜とからなる前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極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. 前記種物質イオンが、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも一種のイオンであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
3. 前記下電極及び前記第１の圧電体膜を所定形状にパターニングする工程では、前記第１の圧電体膜上に設けられた所定形状のパターンを有するレジストをマスクとしてエッチングすることにより所定形状にパターニングすると共に、前記種物質イオンを打ち込む工程では前記レジストをマスクとして前記下地層に当該種物質イオンを打ち込むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
4. 前記第１の圧電体膜を形成する工程では、前記下電極上に種チタン層を設け、該種チタン層上に前記第１の圧電体膜を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアクチュエータ装置の製造方法。
5. 前記下地層を形成する工程では、前記圧電体層側の表層に酸化膜を形成す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の製造方法。
6. 基板の一方面側に設けられ振動板を構成する下地層と、該下地層上に設けられた下電極と該下電極上に成膜及びリソグラフィ法により当該下電極の端部の外側まで設けられた圧電体層と該圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子とを有し、前記圧電体層は前記下電極上に設けられた第１の圧電体膜と該第１の圧電体膜及び前記下地層上に設けられた第２の圧電体膜からなり、前記下地層の少なくとも前記下電極の端部の外側の前記圧電体層が設けられた領域は、イオン打ち込みにより打ち込まれた前記圧電体層の結晶の核となる種物質イオンを含有することを特徴とするアクチュエータ装置。
7. 前記下地層に含有された前記種物質イオンと前記圧電体層を構成する成分とがイオン結合していることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ装置。
8. 請求項６又は７に記載のアクチュエータ装置を液体を噴射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。

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