JP2008126605A - 液体噴射ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタ構造の劣化を防止することのできる液体噴射ヘッドおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかる液体噴射ヘッド１０００は、基板１０と、基板に設けられた圧力発生室１６と、基板の上方に設けられた弾性板２０と、弾性板の上方に設けられたキャパシタ構造部６０であって、下部電極層３０と、圧電体層４０と、上部電極層５０とを有するキャパシタ構造部と、キャパシタ構造部の少なくとも側面に設けられた保護層６２と、キャパシタ構造部の上方に設けられた多孔質層８０と、多孔質層の上に設けられた封止層９０と、を含み、キャパシタ構造部と前記多孔質層との間に空洞部７２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドおよびその製造方法に関する。

現在、高精細、高速印刷手法として、インクジェット法が実用化されている。インクジェットヘッドと称するインク液滴を吐出させる素子は、該インクジェット法の重要な部材であり、研究が盛んである。インク液滴を吐出させるための方法は、圧電体をインクジェットヘッドに設ける方法が最も有用である。インクジェットヘッドにおいて、圧電体は、電極間に挟まれキャパシタ構造をとる。代表的な圧電体は、ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）（Ｐｂ（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３）があげられる。

ところで、インクジェットヘッドが機械的な信頼性を維持するためには、リーク電流を可能な限り抑えることが必要である。リーク電流を増大させる主な原因の一つとしては、キャパシタ構造の側面に付着する大気中の水分が挙げられる。大気中の水分がキャパシタ構造の側面に付着すると、キャパシタの側面を伝って両端の電極間にリーク電流が生じ、ついには絶縁破壊まで発展することがあるという問題がある。

リーク電流を抑えるために様々な手段が開発されているが、たとえば、特開２００１−１３８５１１号公報には、キャパシタ構造に直接接触しない薄膜によって、蓋状の覆いを形成し、その中に乾燥流体または不活性ガスを封入して、大気と圧電体が接触しないようにした、インクジェット式記録ヘッドが提案されている。しかしながら、特開２００１−１３８５１１号公報に記載のインクジェット式記録ヘッドは、その解決方法および製造方法において、未だ問題がある。同公報の方法では、レジスト膜の除去が、ウェットプロセスであるため、大気との接触が避けがたい。さらに、同公報には、キャパシタ構造を覆う蓋状の覆いに孔を開け、該孔を利用してエッチングをおこない、その後また、該孔を接着剤で埋めるという記載がある。しかし、この工程は位置精度が要求され、必ずしも容易な製造方法とはいえない。
特開２００１−１３８５１１号公報

本発明の目的は、キャパシタ構造の劣化を防止することのできる液体噴射ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかる液体噴射ヘッドは、
基板と、
前記基板に設けられた圧力発生室と、
前記基板の上方に設けられた弾性板と、
前記弾性板の上方に設けられたキャパシタ構造部であって、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層とを有するキャパシタ構造部と、
前記キャパシタ構造部の少なくとも側面に設けられた保護層と、
前記キャパシタ構造部の上方に設けられた多孔質層と、
前記多孔質層の上に設けられた封止層と、
を含み、
前記キャパシタ構造部と前記多孔質層との間に空洞部が形成されている。

このような構成によれば、封止された空洞内にキャパシタ構造部を形成するため、劣化を抑制することができる。

本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護層は、前記キャパシタ構造部の上面に開口部を有することができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護層は、前記キャパシタ構造部の上面および側面に形成されていることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護層の膜厚は、前記封止層の膜厚より小さいことができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記保護層の膜厚は、０．１μｍ以下であることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記空洞部は、大気圧より小さい圧力であることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記基板は、その上部に絶縁体層を有することができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記多孔質層は、酸化物、窒化物および有機物からなる群から選択される物質からなることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
前記酸化物は、酸化アルミニウムであることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
１つの前記キャパシタ構造部は、１つの前記空洞内に設けられることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドにおいて、
複数の前記キャパシタ構造部は、１つの前記空洞内に設けられることができる。

本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法は、
（ａ）基板の上方に、弾性板、下部電極層、圧電体層および上部電極層を順次形成する工程と、
（ｂ）前記圧電体層および前記上部電極層をパターニングすることにより、キャパシタ構造部を形成する工程と、
（ｃ）前記キャパシタ構造部を被覆する保護層を形成する工程と、
（ｄ）前記キャパシタ構造部および前記保護層を被覆するレジスト層を形成する工程と、
（ｅ）前記レジスト層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
（ｆ）前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記レジスト層をアッシング法により除去する工程と、
（ｇ）前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、
（ｈ）前記基板に、圧力発生室を形成する工程と、
を含む。

本発明にかかる液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記工程（ｃ）と（ｄ）との間に、
前記保護層をパターニングすることによって、前記キャパシタ構造部の上面に形成された前記保護層の一部を除去することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．液体噴射ヘッド
図１は、本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す断面図である。図１２は、液体噴射ヘッド１０００の要部を拡大して模式的に示す断面図である。

本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００は、基板１０と、基板１０に設けられた圧力発生室１６と、基板１０の上方に設けられた弾性板２０と、弾性板２０の上方に設けられたキャパシタ構造部６０であって、下部電極層３０と、圧電体層４０と、上部電極層５０とを有するキャパシタ構造部６０と、キャパシタ構造部６０の上面および側面に形成された保護層６２と、弾性板２０の上方にキャパシタ構造部６０と接することなく設けられた多孔質層８０と、多孔質層８０の上に設けられた封止層９０と、を有し、キャパシタ構造部６０と多孔質層８０との間に空洞部７２が形成されているものである。また、図１２に示すように、キャパシタ構造部６０とその下方の可動部とからなる部分をアクチュエータ部１００とする。

基板１０は、本実施形態の液体噴射ヘッド１０００の支持体となる機能を有する。基板１０は、その一部に圧力発生室１６が設けられる。基板１０は、その下方にノズルプレート１８が設けられる。基板１０の材質は、導電体、半導体または絶縁体を用いることができる。これらのうち、基板１０の材質は、圧力発生室１６を形成するための工程に適するように、異方性エッチングが可能な材質がより望ましい。基板１０は、たとえばシリコン層１２および酸化物層１４を有する。酸化物層１４は、シリコン層１２の上部に酸化処理を施すことによって設けられた酸化シリコンであってもよいし、シリコン層１２の上面に公知の方法によって新たに設けられた酸化シリコンその他の酸化物であってもよい。また酸化物層１４は、基板１０の下側からの、エッチングのストップ層としての機能を有することができる。また、酸化物層１４は、弾性板２０の強度を高める機能を有してもよい。基板１０には、たとえば、酸化物層１４として酸化シリコンが厚み１．０μｍで形成されているシリコン基板を用いることができる。

圧力発生室１６は、図１２に示すように、基板１０にキャパシタ構造部６０に対応して、その下方に形成される。圧力発生室１６の下部壁は、図１および図１２に示すように、ノズルプレート１８である。圧力発生室１６は、液体噴射ヘッド１０００が駆動する際、液体が満たされる。圧力発生室１６に満たされた液体は、アクチュエータ部１００の動作により加圧される。圧力発生室１６は、前記圧力により、ノズルプレート１８の開口部１８ａを通じて、前記液体を吐出させる機能を有する。

ノズルプレート１８は、基板１０の下方に設けられる。ノズルプレート１８は、圧力発生室１６の下壁となる機能を有する。ノズルプレート１８は、圧力発生室１６に対応して液体を吐出する開口部１８ａを有する。ノズルプレート１８の材質は、限定されず、ステンレス鋼などを好適に用いることができる。

弾性板２０は、基板１０の上方に設けられる。前述のように基板１０の表面に酸化物層１４などがある場合は、弾性板２０は、その上に設けられる。弾性板２０は、キャパシタ構造部６０と接して、アクチュエータ部１００（図１１参照）を構成する。弾性板２０は、アクチュエータ部１００に、たわみ振動をおこなうための弾性を付与する機能を有する。また、弾性板２０は、キャパシタ構造部６０の動作によって変形し、圧力発生室１６の体積を変化させる機能を有する。すなわち、液体が充填された圧力発生室１６の体積が小さくなれば、圧力発生室１６内部の圧力が大きくなり、下方のノズルプレート１８の開口部１８ａより液体が噴射される。弾性板２０の材質は、特に限定されないが、機械的強度が高い物質を用いることが望ましい。弾性板２０の厚みは、用いる材質の弾性率、その他の要因（たとえば酸化物層１４の性質）にしたがって、厚みを最適に選んで形成する。弾性板２０の材質としては、たとえば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。基板１０の上面に酸化物層１４を設けている場合、弾性板２０の材質は、酸化物層１４の材質と同じ材質でも、異なる材質でもよい。たとえば、弾性板２０は、材質を酸化ジルコニウムとし、スパッタ法により、たとえば０．５μｍの厚みに形成することができる。

キャパシタ構造部６０は、下部電極層３０と、圧電体層４０と、上部電極層５０とをこの順に積層して構成される。

下部電極層３０は、弾性板２０の上に接して形成される。下部電極層３０の厚みは、少なくとも弾性板２０に圧電体層４０の変形が伝達できる範囲であれば任意である。下部電極層３０の厚みは、たとえば０．２μｍ〜０．８μｍとすることができる。下部電極層３０は、上部電極層５０と対になり、圧電体層４０を挟みキャパシタ構造部６０の一方の電極としての機能を有する。下部電極層３０の材質は、この機能を満足する導電性を有する物質である限り、特に限定されない。下部電極層３０の材質は、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物など、を用いることができる。また、下部電極層３０は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、下部電極層３０は、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば５００ｎｍの厚みに形成することができる。なお、図１および図１２において、下部電極層３０は、複数のキャパシタ構造部６０間において連続的に形成されているが、これにかえて、圧電体層４０や上部電極層５０の形状と同様に断線していてもよい。

圧電体層４０は、下部電極層３０の上に接して形成される。圧電体層４０の厚みは、機械的な信頼性を維持するために、たとえば０．５μｍ〜１．５μｍとすることができる。圧電体層４０は、下部電極層３０および、上部電極層５０によって電界が印加されると横方向に伸縮変形し、これによりアクチュエータ部１００を駆動する機能を有する。圧電体層４０は、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層４０の材質は、好ましくは、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、圧電体層４０の材質として好適である。たとえば、圧電体層４０は、ＰＺＴを用い、たとえば１．０μｍの厚みに形成することができる。

上部電極層５０は、圧電体層４０の上に接して形成される。上部電極層５０の厚みは、アクチュエータ部１００の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極層５０の厚みは、たとえば０．２μｍ〜０．８μｍとすることができる。上部電極層５０は、下部電極層３０と対になり、キャパシタ構造の一方の電極としての機能を有する。上部電極層５０の材質は、前記機能を満足する導電性を有する物質である限り、特に限定されない。上部電極層５０の材質は、ニッケル、イリジウム、金、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物など、を用いることができる。また、上部電極層５０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。たとえば、上部電極層５０は、材質を白金とし、スパッタ法により、０．５μｍの厚みに形成することができる。

保護層６２は、図１および図１２に示すように、キャパシタ構造部６０の上面および側面を覆うように形成されている。なお、保護層６２は、図１に示すような形状に限定されるわけではなく、少なくともキャパシタ構造部６０の側面を覆っていればよい。保護層６２の材質は、酸化物、窒化物および有機物のいずれでもよく、たとえば酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン等であることができる。保護層６２の厚みは、アクチュエータ部１００の動作に悪影響を与えない程度に薄いことが好ましく、たとえば後述する封止層９０や多孔質層８０より薄く、０．１μｍ以下であることがより好ましい。

このような保護層６２が設けられることによって、アクチュエータ部１００の動作に悪影響を与えずに、キャパシタ構造部６０の側面に水滴等が付着することによって、電界印加時にキャパシタ構造部６０がショートするのを防止することができる。

また保護層６２がキャパシタ構造部６０の側面および上面の全面を覆う形状を有することによって、より確実にキャパシタ構造部６０を保護することができる。

多孔質層８０は、図１および図１２に示すように、キャパシタ構造部６０の上方に設けられる。多孔質層８０の内側には、空洞部７２が形成されている。多孔質層８０は、その内側に空洞部７２を有し、さらに保護層６２およびキャパシタ構造部６０がその内側に設けられる。多孔質層８０が内包する領域に含まれるキャパシタ構造部６０は、図１２に示すように１個であってもよいし、複数個であってもよい。多孔質層８０は、微細な貫通孔を有し、その孔を通じた気体の移動が可能である。また、多孔質層８０は、機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層８０の厚みは、特に限定されないが、０．２μｍ〜２μｍが適当である。多孔質層８０の材質は、酸化物、窒化物および有機物のいずれでもよい。好ましくは多孔質層８０の材質は、たとえば酸化アルミニウムが好適である。たとえば、多孔質層８０は、材質を酸化アルミニウムとした場合には、１．２μｍの厚みに形成することができる。

封止層９０は、図１および図１２に示すように、多孔質層８０の上に、形成される。封止層９０は、多孔質層８０の貫通孔を封止して、その内側の空洞部７２を気密に保つ機能と、多孔質層８０の機械的強度を補強する機能を有する。本実施形態では、大気圧よりも低い圧力下で封止層を設けるため、空洞部７２は、液体噴射ヘッド１０００が大気中に置かれた場合、負圧状態となる。封止層９０の厚みは、該機能を有せば特に限定されないが、０．１μｍ〜１．５μｍが好適である。封止層９０の材質は、気密性を有する緻密な物質であればよく、たとえば、窒化シリコン、酸化シリコンまたは、酸化アルミニウムなどが好適である。いずれの材料を用いた場合も、その成膜条件は、結果として封止層９０が気密性を有する程度に緻密なものとなるように設定する。たとえば、封止層９０は、窒化シリコンを用い、厚みを１．０μｍとすることができる。

本実施形態の液体噴射ヘッド１０００は、上記構成をとることにより、液体噴射ヘッド１０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の圧電体層４０の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部６０は、その全体が、多孔質層８０および封止層９０によって密封された空洞部７２内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層４０の劣化が抑制される。本実施形態では、そのうえ、空洞部７２は減圧状態であるから、圧電体層４０に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド１０００の劣化の抑制効果が高い。

また本実施形態の液体噴射ヘッド１０００は、空洞部７２の下に位置し、かつキャパシタ構造部６０に密着した保護層６２が設けられていることによって、上述した効果とともに、キャパシタ構造部６０が大気等と接触するのをより確実に防止することができる。さらに保護層６２は、上述したように薄く形成されているため、アクチュエータ部１００の動作に悪影響を及ぼすこともない。

２．液体噴射ヘッドの製造方法
図２ないし図１１は、本発明の実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。図示した構造は、液体噴射ヘッド１０００の要部である圧電動作によって変形する部分、すなわち、圧電アクチュエータ部１００（図１１、図１２参照）を中心として描いてある。ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。

（１）基板１０の上方に弾性板２０、下部電極層３０ａ、圧電体層４０ａおよび上部電極層５０ａを順次形成する。

図２に示すように、まず、基板１０を準備し、弾性板２０を形成する。基板１０は、シリコン基板を用いることができる。基板１０は、シリコン層１２の上部に酸化物層１４を設ける場合は、熱酸化処理などによって設けることができる。あるいは、基板１０の上部に酸化物層１４を別途設ける場合は、蒸着、スパッタ等の公知の方法によることができる。また図２に示すように、弾性板２０が形成される。弾性板２０は、スパッタ法、真空蒸着、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＣＶＤ法）などの公知の方法で形成することができる。

次に、図３に示すように、前述の弾性板２０の上に、下部電極層３０ａ、圧電体層４０ａ、上部電極層５０ａを、順次形成する。したがって下部電極層３０ａと、上部電極層５０ａと、の間に圧電体層４０ａが、形成されるため、該構造はキャパシタ型となる。このような構造となる部分を、キャパシタ構造部６０ａとする。

下部電極層３０ａの形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。圧電体層４０ａの形成は、たとえば、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）、スパッタ法など、材料に応じて、公知の方法を用いて作成することができる。本実施形態では、ゾル−ゲル法を用いて形成する。上部電極層５０ａの形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの公知の方法でおこなうことができる。

（２）次に、図４に示すように、圧電体層４０ａおよび上部電極層５０ａをパターニングすることにより、キャパシタ構造部６０を形成する。パターニングは、公知のレジストおよびエッチングを用いた、フォトリソグラフィ技術によっておこなうことができる。

（３）次に、図５に示すように、キャパシタ構造部６０の上面および側面に保護層６２を形成する。保護層６２の成膜方法としては、公知のスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。なお、保護層６２は、成膜後に、必要に応じてパターニングしてもよい（図示せず）。パターニングは、たとえば、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によっておこなうことができる。

（４）次に、図７に示すように、キャパシタ構造部６０および保護層６２を被覆するレジスト層７０を形成する。

まず、図６に示すように、キャパシタ構造部６０および保護層６２を覆うように、レジスト層７０ａを設ける。レジスト層７０ａは、次に説明する多孔質層８０の形状を付与するために設ける。レジスト層７０ａは、少なくともキャパシタ構造部６０の上部電極層５０および圧電体層４０の上方に設けられることが必要である。レジスト層７０ａの材質は、一般の有機系レジスト材料を用いることができる。

次に、公知のフォトリソグラフィ技術により、図７のようにパターニングし、レジスト層７０を形成する。図６においては、パターニングされたレジスト層７０は１つのキャパシタ構造部６０を埋設するように描いているが、パターニングされたレジスト層７０の１つに対して、複数のキャパシタ構造部６０を埋設することも可能である。

（５）次に、図８に示すように、レジスト層７０を被覆する多孔質層８０を形成する。

多孔質層８０は、レジスト層７０の上面および側面に沿って形成される。多孔質層８０の形成方法は、多孔質層８０の材質に酸化アルミニウムを選んだ場合には、ＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。ＣＶＤ法の場合は、トリメチルアルミニウムを原料とし、原料の吹きつけと、オゾンを導入することにより、４００℃以下で熱酸化をおこなうという一連の操作を繰り返しおこなうことで好適な層を形成することができる。多孔質層８０は、選ばれる材質により、形成条件を変えてもよい。たとえば、酸化アルミニウムを材質として選び、ＣＶＤ法にて、熱酸化の温度を２００℃として形成する。

（６）次に、レジスト層７０を除去する。図８は、レジスト層７０が除去された結果を示す。具体的にレジスト層７０の除去は、多孔質層７０の孔を通じてガスを導入し、アッシングすることにより行われる。アッシングは、たとえば、酸素プラズマによるアッシング、すなわち燃焼によりおこなうことができる。レジスト層７０の除去は、多孔質層８０を形成した後、引き続き、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素プラズマを発生させておこなうことができる。このとき、酸素プラズマは、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、内部のレジスト層７０の材料と反応する。その結果生じた燃焼ガスは多孔質層８０の貫通孔を通り抜けて、外部に除去される。このような機構によって、多孔質層８０の形状を保ったまま、内部のレジスト層７０は、除去される。また、酸素を用いる以外にも、レジスト層７０をアッシングすることのできるガスであれば、これを用いて本アッシング工程をおこなうことが可能である。本アッシング工程を経て、多孔質層８０の内側に空洞部７２が形成される。

（７）次に、図１０に示すように、多孔質層８０を被覆する封止層９０を形成する。多孔質層８０の上に封止層９０が形成される。封止層９０の形成方法は、公知のスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。

（８）次に、基板１０に、圧力発生室１６を形成する。図１２に示すように、基板１０に圧力発生室１６が形成される。圧力発生室１６は、基板１０の下面から、公知の異方性エッチング技術を用いて凹状の孔を形成した後、その下にノズルプレート１８を接合して、形成することができる。ノズルプレート１８は、開口部１８ａを有するステンレス板などを用いることができる。

以上の工程により、液体噴射ヘッド１０００を製造することができる。

本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造方法によれば、液体噴射ヘッド１０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の劣化を避けることができる。すなわち、本実施形態の製造方法によれば、キャパシタ構造部６０を覆う構造を真空装置内で一貫して形成することができるため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部６０とが接触しない。したがって、本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部６０の圧電体層４０への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、真空装置内で空洞部７２が形成されるため、空洞部７２は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。

３．変形例
次に変形例にかかる液体噴射ヘッドについて説明する。

３．１．第１の変形例
図１３は、第１の変形例にかかる液体噴射ヘッド２０００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。液体噴射ヘッド２０００は、保護層１６２が上部電極層５０の上面において開口部１６４を有する点で、本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００と異なる。開口部１６４は、上部電極層５０の上面のみに、可能な限り広範囲で形成されることが好ましい。このような開口部１６４を有することによって、保護層１６２がキャパシタ構造部６０と接する面積を小さくすることができ、アクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

開口部１６４は、保護層１６２を成膜した後にパターニングすることによって得ることができる。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

第１の変形例にかかる液体噴射ヘッド２０００の他の構成および製造方法については、上述した本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の構成および製造方法と同様であるので説明を省略する。

３．２．第２の変形例
図１４は、第２の変形例にかかる液体噴射ヘッド３０００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。液体噴射ヘッド３０００は、保護層２６２が上部電極層５０の上面において開口部２６４を有する点、および保護層２６２が多孔質層８０と接していない点で、本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００と異なる。

開口部２６４は、上部電極層５０の上面のみに、可能な限り広範囲で形成されることが好ましい。このような開口部２６４を有することによって、保護層２６２がキャパシタ構造部６０と接する面積を小さくすることができ、アクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

また保護層２６２は、多孔質層８０および封止層９０と接していない。即ち保護層２６２は、空洞部７２に完全に覆われている。保護層２６２は、多孔質層８０および封止層９０と接していないことにより、これらの層８０、９０によって動きの制約を受けない。従って、保護層２６２がアクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

液体噴射ヘッド３０００の製造工程では、保護層２６２を成膜した後にパターニングすることによって、開口部２６４を得ることができる。同時にキャパシタ構造部６０の側方をパターニングして、図１４に示すような保護層２６２を得ることができる。キャパシタ構造部６０の側方をパターニングと、開口部２６４を形成するためのパターニングは、同一工程であってもよいし、異なる工程であってもよい。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

第２の変形例にかかる液体噴射ヘッド３０００の他の構成および製造方法については、上述した本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の構成および製造方法と同様であるので説明を省略する。

３．３．第３の変形例
図１５は、第３の変形例にかかる液体噴射ヘッド４０００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。液体噴射ヘッド４０００は、複数の（図示の例では４つ）のキャパシタ構造部６０が、１つの空洞部３７２内に設けられている点で、本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００と異なる。

空洞部３７２は、保護層６２と多孔質層３８０との間に設けられており、隣り合う複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。多孔質層３８０および封止層３９０は、複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。

液体噴射ヘッド４０００の製造工程では、レジスト層７０を形成する工程が、上述した液体噴射ヘッド１０００の製造工程と異なる。

具体的な相違点は、本実施形態の２．液体噴射ヘッドの製造方法で述べた（４）レジスト層７０を形成する工程にある。本実施形態では、キャパシタ構造部６０を複数覆うように、レジスト層７０ａを設け、公知のフォトリソグラフィ技術により、パターニングし、レジスト層７０を形成する。このとき、パターニングされたレジスト層７０の１つに対して、複数のキャパシタ構造部６０が埋設される。

液体噴射ヘッド４０００は、上記構成をとることにより、液体噴射ヘッド４０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の圧電体層４０の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部６０は、その複数のもののすべてが、多孔質層３８０および封止層３９０によって密封された空洞部３７２内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層４０の劣化が抑制される。また、空洞部３７２は減圧状態であるから、圧電体層４０に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド１０００の劣化の抑制効果が高い。

第３の変形例にかかる製造方法によれば、液体噴射ヘッド４０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の劣化を避けることができる。すなわち、キャパシタ構造部６０の複数を覆う構造を真空装置内で一貫して形成するため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部６０とが接触しない。したがって、キャパシタ構造部６０の圧電体層４０への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、真空装置内で空洞部３７２が形成されるため、空洞部３７２は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。

第３の変形例にかかる液体噴射ヘッド４０００の他の構成および製造方法については、上述した本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の構成および製造方法と同様であるので説明を省略する。

３．４．第４の変形例
図１６は、第４の変形例にかかる液体噴射ヘッド５０００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。液体噴射ヘッド５０００は、複数の（図示の例では４つ）のキャパシタ構造部６０が、１つの空洞部４７２内に設けられている点、および保護層４６２が上部電極層５０の上面において開口部４６４を有する点で、本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００と異なる。

開口部４６４は、上部電極層５０の上面のみに、可能な限り広範囲で形成されることが好ましい。このような開口部４６４を有することによって、保護層４６２がキャパシタ構造部６０と接する面積を小さくすることができ、アクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

開口部４６４は、保護層４６２を成膜した後にパターニングすることによって得ることができる。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

空洞部４７２は、保護層４６２と多孔質層４８０との間に設けられており、隣り合う複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。多孔質層４８０および封止層４９０は、複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。

液体噴射ヘッド５０００の製造工程では、レジスト層７０を形成する工程および保護層４６２を形成する工程が、上述した液体噴射ヘッド１０００の製造工程と異なる。

具体的な相違点は、本実施形態の２．液体噴射ヘッドの製造方法で述べた（３）保護層４６２を形成する工程および（４）レジスト層７０を形成する工程にある。

保護層４６２を形成する工程において、開口部４６４は、保護層４６２を成膜した後にパターニングすることによって得ることができる。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

また、レジスト層７０を形成する工程では、キャパシタ構造部６０を複数覆うように、レジスト層７０ａを設け、公知のフォトリソグラフィ技術により、パターニングし、レジスト層７０を形成する。このとき、パターニングされたレジスト層７０の１つに対して、複数のキャパシタ構造部６０が埋設される。

液体噴射ヘッド５０００は、上記構成をとることにより、液体噴射ヘッド５０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の圧電体層４０の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部６０は、その複数のもののすべてが、多孔質層４８０および封止層４９０によって密封された空洞部４７２内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層４０の劣化が抑制される。さらに、空洞部４７２は減圧状態であるから、圧電体層４０に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド５０００の劣化の抑制効果が高い。

第４の変形例にかかる製造方法によれば、液体噴射ヘッド５０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の劣化を避けることができる。すなわち、キャパシタ構造部６０の複数を覆う構造を真空装置内で一貫して形成するため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部６０とが接触しない。したがって、本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部６０の圧電体層４０への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、真空装置内で空洞部４７２が形成されるため、空洞部４７２は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。

第４の変形例にかかる液体噴射ヘッド５０００の他の構成および製造方法については、上述した本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の構成および製造方法と同様であるので説明を省略する。

３．５．第５の変形例
図１７は、第５の変形例にかかる液体噴射ヘッド６０００を模式的に示す断面図であり、図１に対応する。液体噴射ヘッド５０００は、複数の（図示の例では４つ）のキャパシタ構造部６０が、１つの空洞部５７２内に設けられている点、保護層５６２が上部電極層５０の上面において開口部５６４を有する点、および保護層５６２が隣り合うキャパシタ構造部６０の間で切断されている点で、本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００と異なる。

開口部５６４は、上部電極層５０の上面のみに、可能な限り広範囲で形成されることが好ましい。このような開口部５６４を有することによって、保護層５６２がキャパシタ構造部６０と接する面積を小さくすることができ、アクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

開口部５６４は、保護層５６２を成膜した後にパターニングすることによって得ることができる。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

また保護層５６２は、多孔質層５８０および封止層５９０と接しておらず、かつ隣り合うキャパシタ構造部６０の間で切断されている。即ち保護層５６２は、空洞部５７２に完全に覆われている。保護層５６２は、多孔質層５８０および封止層５９０と接していないことにより、これらの層５８０、５９０によって動きの制約を受けない。従って、保護層５６２がアクチュエータ部１００の動作に与える影響をさらに低減することができる。

空洞部５７２は、保護層５６２と多孔質層５８０との間に設けられており、隣り合う複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。多孔質層５８０および封止層５９０は、複数のキャパシタ構造部６０を覆う形状を有する。

液体噴射ヘッド６０００の製造工程では、レジスト層７０を形成する工程および保護層５６２を形成する工程が、上述した液体噴射ヘッド１０００の製造工程と異なる。

具体的な相違点は、本実施形態の２．液体噴射ヘッドの製造方法で述べた（３）保護層５６２を形成する工程および（４）レジスト層７０を形成する工程にある。

液体噴射ヘッド６０００の製造工程では、保護層５６２を成膜した後にパターニングすることによって、開口部５６４を得ることができる。同時にキャパシタ構造部６０の側方をパターニングして、図１７に示すような保護層５６２を得ることができる。キャパシタ構造部６０の側方をパターニングと、開口部５６４を形成するためのパターニングは、同一工程であってもよいし、異なる工程であってもよい。パターニングは、上述した公知のフォトリソグラフィ技術によって行うことができる。

また、レジスト層７０を形成する工程では、キャパシタ構造部６０を複数覆うように、レジスト層７０ａを設け、公知のフォトリソグラフィ技術により、パターニングし、レジスト層７０を形成する。このとき、パターニングされたレジスト層７０の１つに対して、複数のキャパシタ構造部６０が埋設される。

液体噴射ヘッド６０００は、上記構成をとることにより、液体噴射ヘッド６０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の圧電体層４０の劣化を抑制できる。すなわち、キャパシタ構造部６０は、その複数のもののすべてが、多孔質層５８０および封止層５９０によって密封された空洞部５７２内に設けられ、大気との接触がないため、圧電体層４０の劣化が抑制される。さらに、空洞部５７２は減圧状態であるから、圧電体層４０に対して影響を与える物質が少ないため、液体噴射ヘッド６０００の劣化の抑制効果が高い。

第５の変形例にかかる製造方法によれば、液体噴射ヘッド６０００の劣化の要因であるキャパシタ構造部６０の劣化を避けることができる。すなわち、キャパシタ構造部６０の複数を覆う構造を真空装置内で一貫して形成するため、その工程においても、大気とキャパシタ構造部６０とが接触しない。したがって、本実施形態の製造方法は、キャパシタ構造部６０の圧電体層４０への水分子の影響が無く、液体噴射ヘッドの性能劣化を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、真空装置内で空洞部５７２が形成されるため、空洞部５７２は、他の特別な工程を経なくても減圧状態にすることができる。

第５の変形例にかかる液体噴射ヘッド６０００の他の構成および製造方法については、上述した本実施の形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の構成および製造方法と同様であるので説明を省略する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１０００の要部を模式的に示す断面図。 第１の変形例にかかる液体噴射ヘッド２０００の要部を模式的に示す断面図。 第２の変形例にかかる液体噴射ヘッド３０００の要部を模式的に示す断面図。 第３の変形例にかかる液体噴射ヘッド４０００の要部を模式的に示す断面図。 第４の変形例にかかる液体噴射ヘッド５０００の要部を模式的に示す断面図。 第５の変形例にかかる液体噴射ヘッド６０００の要部を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０ 基板、１２ シリコン層、１４ 酸化物層、１６ 圧力発生室、１８ ノズルプレート、１８ａ 開口部、２０ 弾性板、３０ａ 下部電極層、３０ 下部電極層、４０ａ 圧電体層、４０ 圧電体層、５０ａ 上部電極層、５０ 上部電極層、６０ａ キャパシタ構造部、６０ キャパシタ構造部、６２ 保護層、７０ａ レジスト層、７０ レジスト層、７２ 空洞部、８０ 多孔質層、９０ 封止層、１００ アクチュエータ部、１０００ 液体噴射ヘッド、２０００ 液体噴射ヘッド、３０００ 液体噴射ヘッド、４０００ 液体噴射ヘッド、５０００ 液体噴射ヘッド、６０００ 液体噴射ヘッド

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板に設けられた圧力発生室と、
   前記基板の上方に設けられた弾性板と、
   前記弾性板の上方に設けられたキャパシタ構造部であって、下部電極層と、圧電体層と、上部電極層とを有するキャパシタ構造部と、
   前記キャパシタ構造部の少なくとも側面に設けられた保護層と、
   前記キャパシタ構造部の上方に設けられた多孔質層と、
   前記多孔質層の上に設けられた封止層と、
   を含み、
   前記キャパシタ構造部と前記多孔質層との間に空洞部が形成されている、液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、
   前記保護層は、前記キャパシタ構造部の上面に開口部を有する、液体噴射ヘッド。
3. 請求項１において、
   前記保護層は、前記キャパシタ構造部の上面および側面に形成されている、液体噴射ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記保護層の膜厚は、前記封止層の膜厚より小さい、液体噴射ヘッド。
5. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記保護層の膜厚は、０．１μｍ以下である、液体噴射ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記空洞部は、大気圧より小さい圧力である、液体噴射ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記基板は、その上部に絶縁体層を有する、液体噴射ヘッド。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記多孔質層は、酸化物、窒化物および有機物からなる群から選択される物質からなる、液体噴射ヘッド。
9. 請求項８において、
   前記酸化物は、酸化アルミニウムである、液体噴射ヘッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    １つの前記キャパシタ構造部は、１つの前記空洞内に設けられる、液体噴射ヘッド。
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
    複数の前記キャパシタ構造部は、１つの前記空洞内に設けられる、液体噴射ヘッド。
12. （ａ）基板の上方に、弾性板、下部電極層、圧電体層および上部電極層を順次形成する工程と、
    （ｂ）前記圧電体層および前記上部電極層をパターニングすることにより、キャパシタ構造部を形成する工程と、
    （ｃ）前記キャパシタ構造部を被覆する保護層を形成する工程と、
    （ｄ）前記キャパシタ構造部および前記保護層を被覆するレジスト層を形成する工程と、
    （ｅ）前記レジスト層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
    （ｆ）前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記レジスト層をアッシング法により除去する工程と、
    （ｇ）前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、
    （ｈ）前記基板に、圧力発生室を形成する工程と、
    を含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
13. 請求項１２において、
    前記工程（ｃ）と（ｄ）との間に、
    前記保護層をパターニングすることによって、前記キャパシタ構造部の上面に形成された前記保護層の一部を除去する、液体噴射ヘッドの製造方法。

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