JP2009239016A - アクチュエータの製造方法およびアクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、かつ変位特性が良好なアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ１００は、基板１０の上方に振動板２０を成膜する工程と、バッファ層３０を成膜する工程と、下部電極層４２を成膜する工程と、下部電極層４２をパターニングする工程と、パターニングにより残された下部電極層４２の上方、およびパターニングにより露出されたバッファ層３０の上方に、圧電体層４４を成膜する工程とを含むため、圧電体層４４は、全体的にグレインサイズが小さく均一であり、アクチュエータ１００は、高い信頼性を有することができる。さらに、上部電極層４６を成膜する工程と、圧電体層４４および上部電極層４６をパターニングする工程と、を含む。下部電極層４２をパターニングする工程は、下部電極層４２を、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガスを用いてエッチングする工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータの製造方法およびアクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。

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。インク液滴を吐出させるためには、圧電体層を電極で挟んだ構造の圧電素子を用いる方法が有用である。代表的な圧電体層の材料としては、ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）が挙げられる。

圧電素子を形成する方法として、例えば特許文献１のように、１層目のＰＺＴ層を下部電極上に形成した後、２層目のＰＺＴ層を、振動板膜および１層目のＰＺＴ層上に形成する方法がある。
特開２００２−３１４１６３号公報

本発明の目的は、信頼性が高く、かつ変位特性が良好なアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供することにある。また、本発明の目的は、信頼性が高く、かつ特性が良好な液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータの製造方法は、
基板の上方に振動板を成膜する工程と、
前記振動板の上方にバッファ層を成膜する工程と、
前記バッファ層の上方に下部電極層を成膜する工程と、
前記下部電極層をパターニングする工程と、
前記パターニングにより残された下部電極層の上方、および前記パターニングにより露出された前記バッファ層の上方に、圧電体層を成膜する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極層を成膜する工程と、
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工程と、を含み、
前記下部電極層をパターニングする工程は、前記下部電極層を、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガスを用いてエッチングする工程を有する。

本発明に係るアクチュエータの製造方法は、信頼性が高く、かつ変位特性が良好なアクチュエータを提供することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明に係るアクチュエータの製造方法は、
基板の上方に振動板を成膜する工程と、
前記振動板の上方にバッファ層を成膜する工程と、
前記バッファ層の上方に下部電極層を成膜する工程と、
前記下部電極層の上方に第１圧電体層を成膜する工程と、
前記第１圧電体層をパターニングする工程と、
前記下部電極層をパターニングする工程と、
前記パターニングにより残された第１圧電体層の上方、および前記パターニングにより露出された前記バッファ層の上方に、第２圧電体層を成膜する工程と、
前記第２圧電体層の上方に上部電極層を成膜する工程と、
前記第２圧電体層および前記上部電極層をパターニングする工程と、を含み、
前記下部電極層をパターニングする工程は、前記下部電極層を、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガスを用いてエッチングする工程を有する。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記バッファ層は、チタン、または酸化チタンからなることができる。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記塩素系ガスと前記酸素ガスとの合計に対する前記塩素系ガスの流量比は、２０％〜６０％であることができる。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記塩素系ガスは、三塩化ホウ素、または塩素からなり、酸素系ガスは、酸素からなることができる。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記下部電極層をパターニングする工程は、
前記混合エッチングガスを用いてエッチングする工程の前に、前記混合エッチングガスとは別のエッチングガスを用いて、前記下部電極層の一部をエッチングする工程を有することができる。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記別のエッチングガスは、三塩化ホウ素または塩素からなる塩素系ガスと、アルゴンガスと、を含むことができる。

本発明に係るアクチュエータの製造方法において、
前記圧電体層を成膜する工程の前に、前記混合エッチングガスとは別のエッチングガスを用いて、前記露出されたバッファ層の膜厚を小さくするようにエッチングする工程を有し、
エッチングされた前記露出されたバッファ層の厚さは、前記下部電極層により覆われている前記バッファ層の厚さより小さくなることができる。

本発明に係るアクチュエータは、
本発明に係るアクチュエータの製造方法によって、製造されたアクチュエータであって、
エッチングされた前記露出されたバッファ層の厚さは、前記下部電極層により覆われている前記バッファ層の厚さより小さいことができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係るアクチュエータと、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有することができる。

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． アクチュエータ
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２で示したＡ−Ａ線に沿った断面図である。

アクチュエータ１００は、図１および図２に示すように、基板１０と、振動板２０と、バッファ層３０と、圧電素子４０と、を含む。圧電素子４０は、下部電極層４２と、圧電体層４４と、上部電極層４６と、を有する。

基板１０としては、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板を用いることができる。

振動板２０は、基板１０上に形成されている。振動板２０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）とをこの順で積層された積層体からなる。振動板２０の厚さは、例えば、１μｍ〜２μｍである。振動板２０は、圧電素子４０の動作により、屈曲することができる。

バッファ層３０は、振動板２０上に形成されている。バッファ層３０は、例えば、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）からなることができる。バッファ層３０上には後述のように圧電体層４４が形成されているが、バッファ層３０は、圧電体層４４のグレインサイズが大きくなること（大粒化）を抑制することができる。バッファ層３０の厚さは、例えば、４ｎｍ〜２０ｎｍである。４ｎｍより小さいと、バッファ層３０は、圧電体層４４の大粒化を抑制する機能を、十分に有し得ない場合がある。また、２０ｎｍより大きいと、バッファ層３０は、振動板２０の変位を妨げる場合がある。なお、バッファ層３０は、下部電極層４２との密着層としての機能も有することができる。

圧電素子４０は、バッファ層３０上に形成されている。圧電素子４０は、振動板２０を屈曲させることができる。圧電素子４０は、下部電極層４２と、圧電体層４４と、上部電極層４６と、を有する。

下部電極層４２は、バッファ層３０上に形成されている。下部電極層４２は、例えば図２に示すように、複数の圧電素子４０の共通電極である。下部電極層４２は、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物、ランタンニッケル酸化物（ＬａＮｉＯ_３：ＬＮＯ）からなる。下部電極層４２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。下部電極層４２の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。下部電極層４２は、圧電体層４４に電圧を印加するための一方の電極である。

圧電体層４４は、下部電極層４２上およびバッファ層３０上に形成されている。下部電極層４２上に形成された圧電体層４４と、バッファ層３０上に形成された圧電体層４４とは、同じのサイズのグレインを有することができ、例えば、その直径は０．２μｍ程度である。一般的に、圧電体層が振動板上に直接形成されている場合、振動板上の圧電体層のグレインサイズは、下部電極層上の圧電体層のグレインサイズに比べて大きくなる。振動板上の圧電体層のグレインサイズは、例えば、直径が２μｍ程度である。そのため、特に、振動板上の圧電体層と、下部電極層上の圧電体層との界面に、クラックが発生する場合がある。アクチュエータ１００では、バッファ層３０上に圧電体層４４が形成されているため、このような問題を解消することができる。

圧電体層４４は、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料からなることができる。圧電体層４４は、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示され、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンを含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらにニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層４４としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層４４の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。圧電体層４４は、優先的に（１００）に配向していることができる。ここで、「優先的に（１００）に配向している」とは、（１００）にすべての結晶が配向している場合と、例えば５０％以上の結晶が（１００）に配向しており、（１００）に配向していない残りの結晶が（１１０）などに配向している場合と、を含むことを意味する。

なお、図示はしないが、例えば、下部電極層４２と圧電体層４４との間にチタン層を形成することができる。チタン層は、圧電体層４４の（１００）配向性を高める機能を有する。

上部電極層４６は、圧電体層４４上に形成されている。上部電極層４６は、例えば図２に示すように、複数の圧電素子４０の各々に設けられている独立した電極である。上部電極層４６は、例えば、下部電極層４２の説明で例示した材料と同じ材料からなる。上部電極層４６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。上部電極層４６は、圧電体層４４に電圧を印加するための他方の電極である。

アクチュエータ１００は、例えば、以下の特徴を有する。

アクチュエータ１００では、振動板２０上にバッファ層３０が形成され、圧電体層４４は、バッファ層３０上および下部電極層４２上に形成されている。そのため、圧電体層４４は、全体的にグレインサイズが小さく均一である。したがって、アクチュエータ１００は、高い信頼性を有することができる。

２． アクチュエータの製造方法
図３〜図５は、本実施形態に係るアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。

図３に示すように、基板１０上に振動板２０を成膜する。具体的には、基板１０上に、酸化シリコンと酸化ジルコニウムとをこの順に成膜する。酸化シリコンは、例えば、熱酸化法により成膜される。酸化ジルコニウムは、例えば、スパッタ法により成膜される。

次に、振動板２０上にバッファ層３０を成膜する。バッファ層３０は、例えば、スパッタ法により成膜される。

次に、バッファ層３０上に下部電極層４２を成膜する。下部電極層４２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。

図４に示すように、下部電極層４２をパターニングする。パターニングは、フォトレジストなどからなるマスク層５０で下部電極層４２の一部を覆い、エッチングすることにより行われる。エッチングは、第１エッチング工程と第２エッチング工程との２段階のエッチング工程により行われることができる。

まず、第１エッチング工程では、図４に示すように、下部電極層４２を完全に除去しないように、例えば下部電極層４２の厚さの８０％程度を除去するように行う。第１エッチング工程は、例えば、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）または塩素（Ｃｌ_２）からなる塩素系ガスと、アルゴン（Ａｒ_２）ガスと、を含む第１エッチングガス６０を用いて行われる。塩素系ガスとアルゴンガスとの合計に対する塩素ガスの流量比は、例えば、２０％〜６０％である。エッチング装置としては、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置などの高密度プラズマ装置により、１Ｐａ以下の圧力下で行うことができる。

第１エッチングガス６０は、酸素系ガスを有していないため、マスク層５０に対するエッチング速度は、下部電極層４２に対するエッチング速度に比べて小さい。すなわち、第１エッチングガス６０では、マスク層５０と下部電極層４２との選択比を確保することができる。そのため、後述する第２エッチング工程において、マスク層５０に対するエッチング速度が大きい酸素（Ｏ_２）ガスを含むエッチングガスを用いても、エッチング中に、マスク層５０は消失されないことができる。なお、マスク層５０の厚さは、例えば、１μｍ〜２μｍである。

次に、第２エッチング工程では、図５に示すように、マスク層５０で覆われていない下部電極層４２を完全に除去し、バッファ層３０を露出させるように行う。第２エッチング工程は、塩素系ガスと酸素ガスとを含む混合エッチングガス（第２エッチングガス６２）を用いて行われる。より具体的には、第２エッチングガス６２は、例えば、三塩化ホウ素または塩素からなる塩素系ガスと、酸素からなる酸素系ガスと、を混合させたエッチングガスである。エッチング装置としては、第１エッチング工程で例示した装置を用いることができる。第２エッチング工程は、第１エッチング工程と連続して行われることができる。すなわち、第１エッチング工程で用いられる塩素系ガスをフローさせつつ、アルゴンガスを酸素系ガスに切り替えることで、第１エッチング工程に引き続き第２エッチング工程を行うことができる。

第２エッチング工程では、チタンまたは酸化チタンからなるバッファ層３０が露出されると、第２エッチングガス６２中の酸素は、バッファ層３０のチタンと反応して酸化膜（図示せず）を形成することができる。酸化膜は、塩素系ガスの塩素原子とバッファ層３０のチタン原子との反応を抑制するので、バッファ層３０はエッチングされ難くなる。このような酸化膜は、下部電極層４２のエッチング時には形成されない。例えば、下部電極層４２としてイリジウムを用いた場合、塩素ガスに酸素を加えていないエッチングガスでは、イリジウムに対するエッチング速度は１０４ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、塩素ガスに酸素を加えているエッチングガス（第２エッチングガス）では、エッチング速度は１１０ｎｍ／ｍｉｎであり、ほとんど変化しない。一方、バッファ層３０として酸化チタンを用いた場合、塩素ガスに酸素を加えていないエッチングガスでは、酸化チタンに対するエッチング速度は８７ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、塩素ガスに酸素を加えているエッチングガス（第２エッチングガス）では、酸素を加えたときのエッチング速度は８．１ｎｍ／ｍｉｎとなり、酸素を加えていない場合の１／１０以下のエッチング速度となる。すなわち、第２エッチングガス６２では、バッファ層３０と下部電極層４２との選択比を確保することができる。よって、例えば、下部電極層４２に対しオーバーエッチングを行う場合でも、バッファ層３０は、ストッパ層としての機能を有するので、振動板２０が露出しないようにエッチングをすることができる。したがって、圧電体層４４は、振動板２０上ではなくバッファ層３０上に形成されることができ、圧電体層４４の大粒化は抑制される。また、バッファ層３０は、その厚さが振動板２０の変位を妨げない程度の厚さ（例えば、４ｎｍ〜２０ｎｍ）でも、振動板２０が露出しないように、ストッパ層としての機能を有することができる。

第２エッチング工程では、塩素系ガスと酸素系ガスとの合計に対する塩素系ガスの流量比は、例えば、２０％〜６０％である。２０％より小さいと、塩素系ガスの流量が小さいので、下部電極層４２を除去するのに長時間を有する場合があり、マスク層５０が第２エッチング工程中に消失してしまうことがある。６０％より大きいと、酸素系ガスの流量が小さいので、バッファ層３０と下部電極層４２との選択比を十分に確保できない場合がある。例えば、塩素系ガスと酸素系ガスとの合計に対する塩素系ガスの流量比が６０％の場合、下部電極層４２に対するエッチング速度は１１０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、バッファ層３０に対するエッチング速度は８．１ｎｍ／ｍｉｎである。なお、第２エッチング工程の後に、熱処理を行うことにより、バッファ層３０の表面に付着している塩素原子を除去することができ、より好適に圧電体層４４の大粒化を抑制することができる。

マスク層５０は、公知の方法により除去されることができる。

図１に示すように、パターニングにより残された下部電極層４２上、およびパターニングにより露出されたバッファ層３０上に、圧電体層４４を成膜する。圧電体層４４は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法、スパッタ法により成膜される。

次に、圧電体層４４上に上部電極層４６を成膜する。上部電極４６は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。

次に、圧電体層４４および上部電極層４６をパターニングする。パターニングは、一括で行われてもよいし、各層ごとに行われてもよい。パターニングは、例えば、フォトレジストをマスク（図示せず）として、塩素系ガスとフッ素系ガスとの混合ガスによりエッチングすることによって、行われることができる。

以上の工程により、アクチュエータ１００を形成することができる。

アクチュエータ１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。

アクチュエータ１００の製造方法では、第２エッチング工程において、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガス（第２エッチングガス６２）を用いて、下部電極層４２をエッチングする。そのため、バッファ層３０と下部電極層４２との選択比を確保することができる。すなわち、バッファ層３０は、ストッパ層としての機能を有することができるので、振動板２０が露出しないように、下部電極層４２をエッチングすることができる。したがって、圧電体層４４は、振動板２０上ではなくバッファ層３０上に形成されることができ、圧電体層４４の大粒化は抑制される。そのため、圧電体層４４は、全体的にグレインサイズが小さく均一である。また、バッファ層３０は、その厚さが振動板２０の変位を妨げない程度の厚さ（例えば、４ｎｍ〜２０ｎｍ）でも、振動板２０が露出しないように、ストッパ層としての機能を有することができる。つまり、信頼性が高く、変位特性が良好なアクチュエータ１００を得ることができる。

アクチュエータ１００の製造方法では、第１エッチング工程において、塩素系ガスとアルゴンガスとを含む第１エッチングガス６０を用いて、下部電極層４２をエッチングする。第１エッチングガス６０は、酸素系ガスを有していないため、マスク層５０と下部電極層４２との選択比を確保することができる。そのため、第２エッチング工程において、酸素系ガスを含むエッチングガスを用いても、エッチング中にマスク層５０は消失されることはなく、所望の形状の下部電極層４２を得ることができる。

３． 変形例１
図６は、本実施形態の変形例１に係るアクチュエータ１１０の製造方法を模式的に示す断面図である。図７は、本実施形態の変形例１に係るアクチュエータ１１０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例１に係るアクチュエータ１１０の製造方法およびアクチュエータ１１０において、アクチュエータ１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

アクチュエータ１１０の製造方法では、図６に示すように、圧電体層４４を成膜する工程の前に、下部電極層４２をエッチングする工程により露出されたバッファ層３０（バッファ層の第１部分３２）を、エッチングする。このエッチングによって、第１部分３２の厚さは、下部電極層４２に覆われているバッファ層３０（バッファ層の第２部分３４）の厚さより小さくなる。第１部分３２のエッチングは、第１部分３２を完全に除去しないように行われる。第１部分３２のエッチングでは、例えば、下部電極層４２をパターニングする工程で用いたマスク層５０を、そのままエッチングマスク層として用いることができる。第１部分３２のエッチングは、例えば、三塩化ホウ素または塩素からなる塩素系ガスと、アルゴンガスと、を含む第３エッチングガス６４を用いて行われる。すなわち、第３エッチングガス６４を構成する物質は、第１エッチングガス６０を構成する物質と同じであってもよい。

以上の工程により、図７に示すようなアクチュエータ１１０を形成することができる。アクチュエータ１１０では、第１部分３２の厚さは、例えば４ｎｍ〜２０ｎｍであり、第２部分３４の厚さは、例えば４０ｎｍ程度である。

アクチュエータ１１０の製造方法は、アクチュエータ１００の製造方法の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

アクチュエータ１１０の製造方法では、第１部分３２の厚さを、第２部分３４の厚さより小さくすることができる。すなわち、第２部分３４の厚さを大きくすることができるので、バッファ層３０と下部電極層４２との密着性を高めることができる。したがって、バッファ層３０と下部電極層４２との密着性を高め、かつ圧電体層４４の大粒化を抑制し、さらに振動板２０の変位を妨げない、アクチュエータ１１０を得ることができる。つまり、信頼性が高く、変位特性が良好なアクチュエータ１１０を得ることができる。

４． 変形例２
図８は、本実施形態の変形例２に係るアクチュエータ１２０の製造方法を模式的に示す断面図である。図９は、本実施形態の変形例２に係るアクチュエータ１２０を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例２に係るアクチュエータ１２０の製造方法およびアクチュエータ１２０において、アクチュエータ１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

アクチュエータ１２０の製造方法では、図８に示すように、下部電極層４２上に第１圧電体層４４ａを成膜する。次に、第１圧電体層４４ａをパターニングする。パターニングは、マスク層５０で第１圧電体層４４ａの一部を覆い、エッチングすることにより行われる。エッチングは、例えば、塩素系ガスとフッ素系ガスとの混合ガスを用いて行われることができる。次に、例えば、第１圧電体層４４ａのパターニングで用いたマスク層５０を用いて、下部電極層４２をパターニングする。下部電極層４２のエッチングは、上述のとおり行われることができる。

図９に示すように、パターニングにより残された第１圧電体層４４ａ上、およびパターニングにより露出されたバッファ層３０上に、第２圧電体層４４ｂを成膜する。次に、 第２圧電体層４４ｂ上に上部電極層４６を成膜し、第２圧電体層４４ｂおよび上部電極層４６をパターニングする。

以上の工程により、図９に示すようなアクチュエータ１２０を形成することができる。アクチュエータ１２０では、第１圧電体層４４ａの厚さは、例えば、１００ｎｍ程度であり、第２圧電体層４４ｂの厚さは、例えば、１μｍ程度である。

アクチュエータ１２０の製造方法は、アクチュエータ１００の製造方法の特徴に加えて、例えば、以下の特徴を有する。

アクチュエータ１２０の製造方法では、第１圧電体層４４ａを、下部電極層４２上に形成することができる。そのため、第１圧電体層４４ａは、（１００）配向性が高く、良好な結晶性を有することができる。また、第２圧電体層４４ｂを、第１圧電体層４４ａ上に形成することができる。そのため、第２圧電体層４４ｂは、第１圧電体層４４ａの結晶性を反映し、良好な結晶性を有することができる。つまり、変位特性が良好なアクチュエータ１２０を得ることができる。

５． 液体噴射ヘッド
次に、本発明の変形性１に係るアクチュエータを有する液体噴射ヘッドについて説明する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明する。

図１０は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部を概略的に示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図１１では、便宜上、本発明の変形性１に係るアクチュエータ１１０の圧電素子４０を簡略化して示している。また、図１１では、バッファ層３０の図示を省略している。

液体噴射ヘッド２００は、図１０および図１１に示すように、例えば図１０に示すアクチュエータ１１０と、ノズル板１１と、を含む。液体噴射ヘッド２００は、さらに、筐体１７を有することができる。

ノズル板１１は、キャビティ（圧力室）１２に通じるノズル孔１３を有する。ノズル孔１３からは、インクが吐出される。ノズル板１１には、例えば、多数のノズル孔１３が一列に設けられている。ノズル板１１の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。ノズル板１１は、通常使用される状態では基板１０の下（図１１では上）に固定される。筐体１７は、ノズル板１１およびアクチュエータ１５０を収納することができる。筐体１７は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。

基板１０がノズル板１１と振動板２０との間の空間を区画することにより、リザーバ（液体貯留部）１４、供給口１５および複数のキャビティ１２が設けられている。振動板２０には、厚さ方向に貫通した貫通孔１６が設けられている。リザーバ１４は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔１６を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口１５によって、リザーバ１４から各キャビティ１２へインクが供給される。

キャビティ１２は、前述のように基板１０の開口部１２から構成されている。キャビティ１２は、各ノズル孔１３に対して１つずつ配設されている。キャビティ１２は、振動板２０の変形により容積可変になっている。この容積変化により、ノズル孔１３からインクが吐出される。

圧電素子４０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板２０は、圧電素子４０の変形によって変形し、キャビティ１２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００は、例えば、以下のような特徴を有する。

液体噴射ヘッド２００は、アクチュエータ１１０を有することができる。アクチュエータ１１０は、上述のように、信頼性が高く、変位特性が良好である。従って、信頼性が高く、良好な特性を有する液体噴射ヘッド２００を得ることができる。

なお、上述した例では、液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイなど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ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）などの電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施形態に係るアクチュエータを模式的に示す断面図。 本実施形態に係るアクチュエータを模式的に示す平面図。 本実施形態に係るアクチュエータの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るアクチュエータの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係るアクチュエータの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係るアクチュエータの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に変形例に係るアクチュエータを模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係るアクチュエータの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に変形例に係るアクチュエータを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。

符号の説明

１０ 基板、１１ ノズル板、１２ 開口部（キャビティ）、１３ ノズル孔、
１４ リザーバ、１５ 供給口、１６ 貫通孔、１７ 筐体、２０ 振動板、
３０ バッファ層、３２ 第１部分、３４ 第２部分、４０ 圧電素子、
４２ 下部電極層、４４ 圧電体層、４４ａ 第１圧電体層、４４ｂ 第２圧電体層、
４６ 上部電極層、５０ マスク層、６０ 第１エッチングガス、
６２ 第２エッチングガス、６４ 第３エッチングガス、１００ アクチュエータ、
１１０ アクチュエータ、１２０ アクチュエータ、２００ 液体噴射ヘッド

Claims (10)

1. 基板の上方に振動板を成膜する工程と、
   前記振動板の上方にバッファ層を成膜する工程と、
   前記バッファ層の上方に下部電極層を成膜する工程と、
   前記下部電極層をパターニングする工程と、
   前記パターニングにより残された下部電極層の上方、および前記パターニングにより露出された前記バッファ層の上方に、圧電体層を成膜する工程と、
   前記圧電体層の上方に上部電極層を成膜する工程と、
   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工程と、を含み、
   前記下部電極層をパターニングする工程は、前記下部電極層を、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガスを用いてエッチングする工程を有する、アクチュエータの製造方法。
2. 基板の上方に振動板を成膜する工程と、
   前記振動板の上方にバッファ層を成膜する工程と、
   前記バッファ層の上方に下部電極層を成膜する工程と、
   前記下部電極層の上方に第１圧電体層を成膜する工程と、
   前記第１圧電体層をパターニングする工程と、
   前記下部電極層をパターニングする工程と、
   前記パターニングにより残された第１圧電体層の上方、および前記パターニングにより露出された前記バッファ層の上方に、第２圧電体層を成膜する工程と、
   前記第２圧電体層の上方に上部電極層を成膜する工程と、
   前記第２圧電体層および前記上部電極層をパターニングする工程と、を含み、
   前記下部電極層をパターニングする工程は、前記下部電極層を、塩素系ガスと酸素系ガスとを含む混合エッチングガスを用いてエッチングする工程を有する、アクチュエータの製造方法。
3. 請求項１または２において、
   前記バッファ層は、チタン、または酸化チタンからなる、アクチュエータの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記塩素系ガスと前記酸素ガスとの合計に対する前記塩素系ガスの流量比は、２０％〜６０％である、アクチュエータの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記塩素系ガスは、三塩化ホウ素、または塩素からなり、酸素系ガスは、酸素からなる、アクチュエータの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記下部電極層をパターニングする工程は、
   前記混合エッチングガスを用いてエッチングする工程の前に、前記混合エッチングガスとは別のエッチングガスを用いて、前記下部電極層の一部をエッチングする工程を有する、アクチュエータの製造方法。
7. 請求項６において、
   前記別のエッチングガスは、三塩化ホウ素または塩素からなる塩素系ガスと、アルゴンガスと、を含む、アクチュエータの製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記圧電体層を成膜する工程の前に、前記混合エッチングガスとは別のエッチングガスを用いて、前記露出されたバッファ層の膜厚を小さくするようにエッチングする工程を有し、
   エッチングされた前記露出されたバッファ層の厚さは、前記下部電極層により覆われている前記バッファ層の厚さより小さくなる、アクチュエータの製造方法。
9. 請求項８に記載のアクチュエータの製造方法によって、製造されたアクチュエータであって、
   エッチングされた前記露出されたバッファ層の厚さは、前記下部電極層により覆われている前記バッファ層の厚さより小さい、アクチュエータ。
10. 請求項９に記載のアクチュエータと、
    前記基板に形成された圧力室と、
    前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有する、液体噴射ヘッド。

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