JP2010099986A - 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 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子に水分の浸入を防止する保護膜を形成した場合、圧電素子の駆動部分の重量が保護膜によって大きくなることから、振動板に十分な変位量が得られない問題が生じてしまう。
【解決手段】基板の一方面側に振動板５６を形成する工程と、振動板５６上に下電極６０を形成する工程と、下電極６０上にバンク７５を形成する工程と、バンク７５によって形成される凹部に圧電体層７０を形成する工程と、少なくとも圧電体層７０の上面を覆うように上電極８０を形成する工程と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】基板の一方面側に振動板５６を形成する工程と、振動板５６上に下電極６０を形成する工程と、下電極６０上にバンク７５を形成する工程と、バンク７５によって形成される凹部に圧電体層７０を形成する工程と、少なくとも圧電体層７０の上面を覆うように上電極８０を形成する工程と、を有する。
【選択図】図３
Description
本発明は、圧電素子を有するアクチュエータ装置の製造方法、及び液体を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
インクジェット式記録ヘッドとして、ノズル開口に連通する圧力発生室の列を備えた流路形成基板と、この流路形成基板に設けられた圧電素子側に接合されて且つ圧電素子を駆動させる駆動ＩＣが実装される接合基板と、を有する構造が知られている。
圧電素子は、上電極、圧電体層、下電極から構成されている。ここで、圧電体層は数μｍと薄く形成されており、圧電体層の側面への水分の付着、あるいは圧電体層への水分の浸入により、上電極と下電極との短絡等の問題が生じ絶縁破壊の原因になることがある。
このため、圧電素子に水分の浸入を防止する保護膜を形成することによって圧電素子の絶縁破壊を防止し、且つ振動板の変位量の低下を抑えるために上電極部分の保護膜に凹部を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
圧電素子は、上電極、圧電体層、下電極から構成されている。ここで、圧電体層は数μｍと薄く形成されており、圧電体層の側面への水分の付着、あるいは圧電体層への水分の浸入により、上電極と下電極との短絡等の問題が生じ絶縁破壊の原因になることがある。
このため、圧電素子に水分の浸入を防止する保護膜を形成することによって圧電素子の絶縁破壊を防止し、且つ振動板の変位量の低下を抑えるために上電極部分の保護膜に凹部を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、圧電素子に上記の特許文献１のような保護膜を形成した場合、保護膜に凹部を設けたとしても圧電素子の駆動部分の重量が保護膜によって大きくなることから、振動板に十分な変位量が得られない問題が生じてしまう。
なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
基板の一方面側に振動板を形成する工程と、前記振動板上に下電極を形成する工程と、前記下電極上にバンクを形成する工程と、前記バンクによって形成される凹部に圧電体層を形成する工程と、少なくとも前記圧電体層の上面を覆うように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。
基板の一方面側に振動板を形成する工程と、前記振動板上に下電極を形成する工程と、前記下電極上にバンクを形成する工程と、前記バンクによって形成される凹部に圧電体層を形成する工程と、少なくとも前記圧電体層の上面を覆うように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。
この適用例によれば、形成した下電極上にバンクを形成し、圧電体層をこのバンクによって形成される凹部に形成する。そして、上電極を少なくとも圧電体層の上面を覆うように形成する。これにより、圧電体層は、周りをバンクに囲まれて上面が上電極に覆われているので、圧電体層への水分の付着及び浸入を確実に防止でき、短絡等の不良が低減したアクチュエータ装置が得られる。
また、アクチュエータ装置は、水分の浸入を防止するための保護膜等を用いない構造であることから、保護膜等によって振動板の変位を阻害されることなく、圧電素子の変位特性の低下を抑制することができる。
また、アクチュエータ装置は、水分の浸入を防止するための保護膜等を用いない構造であることから、保護膜等によって振動板の変位を阻害されることなく、圧電素子の変位特性の低下を抑制することができる。
［適用例２］
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電体層を形成する工程において、液滴吐出法により前記凹部に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成し、前記圧電体前駆体膜に乾燥と脱脂と焼成とを行うことにより前記圧電体層を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、液滴吐出法によって圧電材料を凹部に容易に且つ正確に塗布することができ、圧電体前駆体膜を乾燥・脱脂・焼成して精度の高い圧電体層を形成することができる。
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電体層を形成する工程において、液滴吐出法により前記凹部に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成し、前記圧電体前駆体膜に乾燥と脱脂と焼成とを行うことにより前記圧電体層を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、液滴吐出法によって圧電材料を凹部に容易に且つ正確に塗布することができ、圧電体前駆体膜を乾燥・脱脂・焼成して精度の高い圧電体層を形成することができる。
［適用例３］
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電体層を形成する前に前記凹部に撥水処理を施すことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、凹部に撥水処理を施すことにより、圧電体層への水分の付着及び浸入をさらに確実に防止できる。
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記圧電体層を形成する前に前記凹部に撥水処理を施すことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、凹部に撥水処理を施すことにより、圧電体層への水分の付着及び浸入をさらに確実に防止できる。
［適用例４］
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記バンクは二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、耐湿性を有するＳｉＯ2をバンクの材料とすることにより、圧電体層への水分の付着及び浸入をさらに確実に防止できる。
上記アクチュエータ装置の製造方法であって、前記バンクは二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
この適用例では、耐湿性を有するＳｉＯ2をバンクの材料とすることにより、圧電体層への水分の付着及び浸入をさらに確実に防止できる。
［適用例５］
上記に記載の製造方法により、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面に前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
上記に記載の製造方法により、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面に前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
この適用例によれば、短絡等の不良が低減して、且つ変位特性の低下を抑制した圧電素子により、信頼性及び液体の噴射特性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
以下、実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを備えている。この記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ，２Ｂが着脱可能に設けられ、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
図１は、本実施形態における液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを備えている。この記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ，２Ｂが着脱可能に設けられ、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、例えば、それぞれがブラックインク組成物及びカラーインク組成物を噴射する。そして、駆動モータ６の駆動力が、図示しない複数の歯車及びタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを搭載したキャリッジ３がキャリッジ軸５に沿って移動する。
一方、装置本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ等により給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送される。
また、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。
一方、装置本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ等により給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送される。
また、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。
図２は、インクジェット式記録ヘッド１を示す分解部分斜視図である。ここで、図２は、インクジェット式記録ヘッド１の長手方向（図中の白抜き矢印方向）に直交する面で切断した分解部分斜視図となっている。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッド１の形状は略直方体となっている。図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０と、ノズルプレート２０と、接合基板３０と、コンプライアンス基板４０と、図示しない駆動ＩＣとを備えている。流路形成基板１０とノズルプレート２０と接合基板３０とは、流路形成基板１０をノズルプレート２０と接合基板３０とで挟むように積み重ねられ、接合基板３０上に、コンプライアンス基板４０が形成されている。
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板１０には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室１２が、隔壁１１によって仕切られてインクジェット式記録ヘッド１の長手方向に列をなすように形成されている。圧力発生室１２の当該長手方向に直交する断面形状は台形状で、圧力発生室１２は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向に長く形成されている。
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の幅方向の一方端にはインク供給路１３が形成され、インク供給路１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられた連通部１４を介して連通されている。連通部１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１４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。
一方、ノズルプレート２０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が穿設されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１ｍｍ〜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または不錆鋼等からなる。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、圧力発生室１２を異方性エッチングで形成する際のマスクとして用いられた絶縁保護膜５２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。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、圧力発生室１２を異方性エッチングで形成する際のマスクとして用いられた絶縁保護膜５２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。
一方、流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された面と対向する面には、弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。流路形成基板１０の弾性膜５０上には、酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。
絶縁体膜５５上には、図３（ｂ）に示すように、白金（Ｐｔ）等の金属やルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物からなる下電極６０と、ペロブスカイト構造の圧電体層７０と、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等の酸化膜あるいは窒化膜からなるバンク７５と、例えばＡｕ、Ｉｒ等の金属からなる上電極８０とが形成され、圧電素子３００を構成している。
絶縁体膜５５上には、図３（ｂ）に示すように、白金（Ｐｔ）等の金属やルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物からなる下電極６０と、ペロブスカイト構造の圧電体層７０と、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等の酸化膜あるいは窒化膜からなるバンク７５と、例えばＡｕ、Ｉｒ等の金属からなる上電極８０とが形成され、圧電素子３００を構成している。
圧電体層７０となる圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他に、例えば、強誘電性圧電性材料にニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまた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。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。
バンク７５は、四角形状の枠体であり、圧電体層７０の外周側面に沿って形成されている。即ち、バンク７５の枠体の内側に圧電体層７０が形成されている。
下電極６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。また、下電極６０は、圧力発生室１２の列の外側まで延設されている。
上電極８０は、圧電体層７０の上面とバンク７５の枠体の上面を覆うように形成されている。また、上電極８０の一端部近傍には、例えば金（Ａｕ）等からなる上電極用リード電極９０が接続されている。そして、駆動ＩＣと各圧電素子３００から延設された上電極用リード電極９０とは、例えばボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる図示しない接続配線によってそれぞれ電気的に接続されている。また、同様に、駆動ＩＣと下電極６０とは、図示しない接続配線によって電気的に接続されている。
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を各圧力発生室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いずれか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。
なお、本実施形態では、下電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極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。いずれの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と、当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜５０及び絶縁体膜５５（弾性膜５０と絶縁体膜５５とで振動板５６を構成する）とを合わせてアクチュエータ装置と称する。
なお、本実施形態では、下電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極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。いずれの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と、当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる弾性膜５０及び絶縁体膜５５（弾性膜５０と絶縁体膜５５とで振動板５６を構成する）とを合わせてアクチュエータ装置と称する。
一方、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を駆動するための駆動ＩＣが実装される接合基板３０が接合されている。
接合基板３０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確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する。圧電素子保持部３１は、圧力発生室１２の列に対応して設けられている。
接合基板３０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確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する。圧電素子保持部３１は、圧力発生室１２の列に対応して設けられている。
なお、本実施形態では、圧電素子保持部３１は、圧力発生室１２の列に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。
接合基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
接合基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
また、接合基板３０には、流路形成基板１０のインク供給路１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、接合基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列に沿って設けられており、流路形成基板１０のインク供給路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、接合基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、接合基板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６０の一部及び上電極用リード電極９０の先端部が露出され、この下電極６０及び上電極用リード電極９０には、駆動ＩＣから延設される図示しない接続配線の一端が接続される。
また、接合基板３０上には、図示しない外部配線が接続されて駆動信号が供給される配線パターンが設けられている。そして、配線パターン上に、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣがそれぞれ実装されている。
駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ＩＣを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号（ＳＩ）等の各種制御系信号を含み、配線パターンは、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。
一方、接合基板３０上には、封止膜４１と固定板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３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ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のみである。
次に、インクジェット式記録ヘッド１の製造方法について述べる。
インクジェット式記録ヘッド１は、ウェハ状態で複数のインクジェット式記録ヘッド１を形成した後に、各インクジェット式記録ヘッド１を切り離すことによって得られる。
図４、図８及び図９は、インクジェット式記録ヘッド１の各製造工程を示す断面図である。図５及び図６は、圧電体層７０の各製造工程を示す断面図である。図７は、バンク７５を示す斜視図である。なお、各工程における断面図は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図に相当する。
インクジェット式記録ヘッド１は、ウェハ状態で複数のインクジェット式記録ヘッド１を形成した後に、各インクジェット式記録ヘッド１を切り離すことによって得られる。
図４、図８及び図９は、インクジェット式記録ヘッド１の各製造工程を示す断面図である。図５及び図６は、圧電体層７０の各製造工程を示す断面図である。図７は、バンク７５を示す斜視図である。なお、各工程における断面図は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図に相当する。
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。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０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、まず、弾性膜５０上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層を形成し、このジルコニウム層を熱酸化することによって酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することによって下電極膜６１を形成後、この下電極膜６１を下電極６０の形状にパターニングする。
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極６０上及び絶縁体膜５５上にバンク７５を形成し、このバンク７５の内側の領域に圧電体層７０を形成する。
バンク７５を形成して圧電体層７０を形成する手順について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、下電極６０上及び絶縁体膜５５上に、バンク７５となる例えばＳｉＯ2からなるバンク膜７６を形成する。このバンク膜７６は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成する。
まず、図５（ａ）に示すように、下電極６０上及び絶縁体膜５５上に、バンク７５となる例えばＳｉＯ2からなるバンク膜７６を形成する。このバンク膜７６は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、バンク膜７６上にレジスト７７を塗布する。このレジスト７７は、例えばスピンコート法等により塗布する。次いで、図５（ｃ）に示すように、露光及び現像により、レジスト７７をバンク７５の枠形状となるようにパターニングする。
次に、図６（ａ）に示すように、バンク膜７６を四角形状の枠体を残すようにエッチングすることによってバンク７５を形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、バンク７５上のレジスト７７を剥離する。図７は、エッチングによって形成されたバンク７５を示す斜視図である。同図では、２つの四角形状の枠体となるバンク７５が示されており、それぞれのバンク７５の内側には凹部７８が形成されている。
次に、図６（ｃ）に示すように、バンク７５の内側の凹部７８にゾルゲル法によって圧電体層７０を形成する。
具体的には、圧電体層７０を形成するために、まず、例えば液滴吐出法（インクジェット法）等により、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルを凹部７８内に塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の温度で一定時間脱脂し、金属に配位している有機配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。
この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば、２回繰り返して２層からなる圧電体前駆体膜を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶媒中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。なお、ここでの工程は、ゾルゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法等を用いてもよい。また、インクジェット法に限定されず、印刷によるパターニングを用いてもよい。
具体的には、圧電体層７０を形成するために、まず、例えば液滴吐出法（インクジェット法）等により、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルを凹部７８内に塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の温度で一定時間脱脂し、金属に配位している有機配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。
この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば、２回繰り返して２層からなる圧電体前駆体膜を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶媒中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。なお、ここでの工程は、ゾルゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法等を用いてもよい。また、インクジェット法に限定されず、印刷によるパターニングを用いてもよい。
次に、圧電体前駆体膜の形成後、焼成して圧電体前駆体膜を結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜は、アモルファス状態から結晶構造をとるようになり、電気機械変換作用を示す圧電体層７０へと変化する。
圧電体層７０を形成した後、図８（ａ）に示すように、例えばイリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８１を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図８（ｂ）に示すように、上電極膜８１を、バンク７５及び圧電体層７０の上面を覆う領域のみとなるようにパターニングして上電極８０を形成する。
次に、上電極用リード電極９０を形成する。具体的には、図８（ｃ）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）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えばレジスト等からなる図示しないマスクパターンを介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることで、上電極用リード電極９０が形成される。
次に、上電極用リード電極９０を形成する。具体的には、図８（ｃ）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）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えばレジスト等からなる図示しないマスクパターンを介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることで、上電極用リード電極９０が形成される。
次に、図８（ｄ）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接合基板となる接合基板用ウェハ１３０を接合する。ここで、接合基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が予め形成されている。
次いで、図９（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、更に弗化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。次いで、図９（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）からなる絶縁保護膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、この絶縁保護膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、インク供給路１３及び連通部１４等を形成する。
なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び接合基板用ウェハ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の接合基板用ウェハ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、接合基板用ウェハ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２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１が製造される。
上述した実施形態によれば、下電極６０上及び絶縁体膜５５上にバンク７５を形成し、このバンク７５の凹部７８内に圧電体層７０を形成する。そして、凹部７８内に形成された圧電体層７０の上面を上電極８０によって覆うようにする。これにより、圧電体層７０の全体が覆われることになり、圧電体層７０への水分（湿気）の浸入を確実に防止することができる。
また、圧電素子３００は、圧電体層７０の全周側面にバンク７５を設ける簡易な構造であることから、振動板５６の変位への影響を抑制することができ、圧電素子の変位特性の低下を抑制することができる。
また、凹部７８内に有機金属アルコキシド溶液からなるゾルを塗布して、乾燥・脱脂・焼成することによって圧電体層７０を形成している。このため、従来のように、下電極６０上及び絶縁体膜５５上の全面に圧電体層７０を形成してからエッチングによってパターニングする必要がなくなる。これにより、絶縁体膜５５の表面のオーバーエッチングにより、圧電素子の変位特性にばらつきが生じるのを避けることができる。
さらに、インクジェット法を用いることにより、凹部７８内にゾルを容易に且つ正確に塗布することができ、精度の高い圧電体層７０を形成することができる。
さらに、インクジェット法を用いることにより、凹部７８内にゾルを容易に且つ正確に塗布することができ、精度の高い圧電体層７０を形成することができる。
また、バンク７５の材料として耐湿性を有するＳｉＯ2を用いることにより、バンク７５の厚さを薄くしても圧電体層７０への水分（湿気）の浸入を防止することができる。これにより、バンク７５の厚さを薄くして、振動板５６の変位への影響をさらに抑制することができ、圧電素子の変位特性の低下をさらに抑制することができる。
以上、実施形態を説明したが、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１では、圧電素子３００を構成する下電極６０は、複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。しかし、これに限定されず、例えば、図１０に示す圧電素子３００ａのように、下電極６０ａが、複数の圧力発生室１２に対応する領域に櫛歯状に設けられていてもよい。
例えば、上述した実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１では、圧電素子３００を構成する下電極６０は、複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。しかし、これに限定されず、例えば、図１０に示す圧電素子３００ａのように、下電極６０ａが、複数の圧力発生室１２に対応する領域に櫛歯状に設けられていてもよい。
この場合、上記した図４（ｃ）の製造工程において、下電極膜６１を櫛歯形状にパターニングすることになる。また、図６（ａ），（ｂ）の製造工程におけるバンク膜７６のエッチング及びレジスト７７の剥離により、図１１の斜視図に示すようなバンク７５が形成されることになる。
また、上述した実施形態では、バンク７５を形成し、その内側となる凹部７８に圧電体層７０を形成したが、圧電体層７０を形成する前に凹部７８に対して、例えば、フッ素樹脂コーティングや撥水処理剤等によって撥水処理を施してもよい。この撥水処理を施すことで、圧電体層７０への水分（湿気）の浸入をさらに防止することができる。
また、上述した実施形態では、圧電素子３００が接合基板３０の圧電素子保持部３１内に形成されているが、これに限定されず、圧電素子３００は露出されていてもよい。この場合でも、圧電体層７０は、下電極６０、絶縁体膜５５、バンク７５及び上電極８０によって囲まれているので、水分（湿気）に起因する圧電体層７０の破壊は、確実に防止される。
また、圧力発生室１２の列が２列設けられ、実施形態のインクジェット式記録ヘッド１の上電極用リード電極９０を内側にして対称になるように圧電素子３００等が二組設けられている構造であってもよい。
また、上述した実施形態では、接合基板として圧電素子保持部３１を有する接合基板３０を例示したが、接合基板は、駆動ＩＣが実装される基板であれば特に限定されるものではない。
また、上述した実施形態では、接合基板として圧電素子保持部３１を有する接合基板３０を例示したが、接合基板は、駆動ＩＣが実装される基板であれば特に限定されるものではない。
また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録へッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
１…インクジェット式記録ヘッド、１Ａ，１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１３…インク供給路、１４…連通部、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…接合基板、３１…圧電素子保持部、３２…リザーバ部、３３…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５１…二酸化シリコン膜、５２…絶縁保護膜、５５…絶縁体膜、５６…振動板、６０，６０ａ…下電極、６１…下電極膜、７０…圧電体層、７５…バンク、７６…バンク膜、７７…レジスト、７８…凹部、８０…上電極、８１…上電極膜、９０…上電極用リード電極、９１…金属層、１００…リザーバ、１１０…流路形成基板用ウェハ、１３０…接合基板用ウェハ、３００，３００ａ…圧電素子、１０００…インクジェット式記録装置。
Claims (5)
- 基板の一方面側に振動板を形成する工程と、
前記振動板上に下電極を形成する工程と、
前記下電極上にバンクを形成する工程と、
前記バンクによって形成される凹部に圧電体層を形成する工程と、
少なくとも前記圧電体層の上面を覆うように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。 - 前記圧電体層を形成する工程において、液滴吐出法により前記凹部に圧電材料を塗布して圧電体前駆体膜を形成し、前記圧電体前駆体膜に乾燥と脱脂と焼成とを行うことにより前記圧電体層を形成す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。
- 前記圧電体層を形成する前に前記凹部に撥水処理を施す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。
- 前記バンクは二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法により、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面に前記アクチュエータ装置を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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