JP2010167570A

JP2010167570A - 液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

Info

Publication number: JP2010167570A
Application number: JP2009009620A
Authority: JP
Inventors: Eiji Osawa; 栄治大澤; Koji Ohashi; 幸司大橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】結晶性に優れ、圧電特性を向上することができる液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、該圧力発生室１２に圧力変化を生じさせると共に、第１電極６０と該第１電極６０上に設けられた圧電体層７０と該圧電体層７０の前記第１電極６０とは反対側に設けられた第２電極８０とを有する圧電素子３００と、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、流路形成基板１０の上方に圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜上にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなり、前記第２電極８０の少なくとも一部を構成する電極層を形成する工程と、前記電極層を形成後、前記圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化させ、前記圧電体層７０を形成する工程と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。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圧電素子としては、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ー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（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１６３３８７号公報

しかしながら、圧電体層の製造時に、熱処理により結晶化させた際に、結晶性が悪く、所望の圧電特性を得ることができないという問題がある。

なお、このような問題は、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ー装置の製造方法だけではなく、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置の製造方法においても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、結晶性に優れ、圧電特性を向上することができる液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と該第１電極上に設けられた圧電体層と該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極とを有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、流路形成基板の上方に圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜上にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなり、前記第２電極の少なくとも一部を構成する電極層を形成する工程と、前記電極層を形成後、前記圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化させ、前記圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、圧電体前駆体膜上に電極層を形成してから、圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化することで、圧電体前駆体膜を、ペロブスカイト型構造を有する電極層を下地としてエピタキシャル成長により結晶化させることができる。このため、電極層と圧電体層との結晶構造が一致し、圧電体層と第２電極との密着性を向上することができ、第２電極と圧電体層との剥離を抑制して、耐久性を向上することができる。

ここで、前記電極層が、ランタンニッケル酸化物であることが好ましい。これによれば、ランタンニッケル酸化物は、加熱されることによって結晶性が向上すると共に電気抵抗率を小さくすることができるため、さらに圧電体層の結晶性を向上することができ、且つ比較的薄く形成することができる。したがって、圧電体層の第２電極の拘束による変位低下を抑制することができる。

また、前記圧電体前駆体膜を形成する工程と、該圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化して前記圧電体層を形成する工程と、を具備する圧電体層形成工程を繰り返し行って、複数層の前記圧電体層を形成すると共に、前記圧電体層の前記第２電極側の前記圧電体前駆体膜を形成した後、当該圧電体前駆体膜上に前記電極層を形成する工程を行うことが好ましい。これによれば、比較的厚い圧電体層をゾル−ゲル法やＭＯＤ法等により破壊することなく形成することができる。

さらに本発明の他の態様は、上記態様に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。かかる態様では、液体噴射特性を向上することができる液体噴射ヘッドを実現できる。

また、本発明の他の態様は、上記態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、印刷品質を向上した液体噴射装置を実現できる。

また、本発明の他の態様は、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備する圧電素子を具備するアクチュエーター装置の製造方法であって、圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜上にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなり、前記第２電極の少なくとも一部を構成する電極層を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化して前記圧電体膜を形成し、該圧電体膜で構成される前記圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法にある。
かかる態様では、圧電体前駆体膜上に電極層を形成してから、圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化することで、圧電体前駆体膜を、ペロブスカイト型構造を有する電極層を下地としてエピタキシャル成長により結晶化させることができる。このため、電極層と圧電体層との結晶構造が一致し、圧電体層と第２電極との密着性を向上することができ、第２電極と圧電体層との剥離を抑制して、耐久性を向上することができる。

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平面図及び断面図である。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。一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。

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。

本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅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の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。インク供給路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１３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。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。

なお、本実施形態では、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ことになる。

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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

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、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生素子）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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、図１及び図２に示すように、第１電極６０を複数の圧力発生室１２に相対向する領域に亘って連続して設けることで、複数の圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０及び圧電体層７０を各圧電素子３００毎に切り分けることで、第２電極８０を各圧電素子３００の個別電極としている。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極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。

また、本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２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。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ー装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極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を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。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。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を呈する圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。

圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。圧電体層７０は、１〜５μｍ前後の厚さが好ましく、本実施形態では、１．３μｍで形成した。

第２電極８０は、少なくとも圧電体層７０側にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなる電極層を具備する。本実施形態では、第２電極８０全体を、ペロブスカイト型結晶構造を有する金属酸化物で形成した。もちろん、第２電極８０はこれに限定されず、例えば、圧電体層７０側のみを電極層で構成し、電極層上に他の金属層を設けるようにしてもよい。

ここで、ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物としては、Ｌａ_２ＮｉＯ_４、Ｌａ_３Ｎｉ_２Ｏ_７、Ｌａ_４Ｎｉ_３Ｏ_１０、Ｌａ_３Ｎｉ_２Ｏ_６等のランタンニッケル酸化物や、ＲｅＯ_３、ＳｒＲｅＯ_３、ＢａＲｅＯ_３、ＬａＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_３、ＳｒＶＯ_３、ＣａＣｒＯ_３、ＳｒＣｒ_３、ＳｒＦｅＯ_３、Ｌａ_１−ＸＳｒ_ＸＣｏＯ_３（０＜Ｘ＜０．５)、ＣａＲｕＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＰｂＯ_３等が挙げられる。

特に、第２電極８０としては、ランタンニッケル酸化物を用いるのが好適である。第２電極８０は、詳しくは後述するが、圧電体層７０の最上層である圧電体前駆体膜７１を熱処理して結晶化させる際に同時に加熱されるが、ランタンニッケル酸化物は、加熱されることにより、結晶性が向上し、且つ金属酸化物の比較的高い電気抵抗率を熱処理により低下させることができるからである。このように第２電極８０の結晶性を向上することができれば、圧電体前駆体膜を結晶成長させる際に、第２電極８０を下地として良好にエピタキシャル成長させることができ、圧電体層７０の結晶性を向上することができる。また、第２電極８０の電気抵抗率を低くすることができれば、第２電極８０を比較的薄く形成することができ、第１電極８０の拘束力を低減して、圧電素子３００の変位量の向上、すなわち、低い駆動電圧で大きな変位量を得ることができる。

なお、上述した電極層とは、導電性を有し、圧電素子３００の電極として利用可能なものを指している。すなわち、電極層としては、ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなるＰＺＴなどは除外している。

このような第２電極８０を設けることにより、詳しくは後述する製造方法によって、圧電素子３００を形成した際に、圧電体層７０の結晶性を向上することができる。また、圧電体層７０と第２電極８０との界面に酸素が圧電体層７０の他の領域よりも欠損した酸素欠損領域が形成されるのを抑制することができる。

さらに、圧電素子３００の個別電極である各第２電極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。

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、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１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ー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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が設けられている。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。

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、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。

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が設けられている。そして、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、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

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１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

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からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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、図示しない外部の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、リザーバー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１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極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。

以下、このような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７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、圧力発生室の長手方向の断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウエハーである流路形成基板用ウエハー１１０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５１を形成する。次いで、図３（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。

次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金及びイリジウムからなる第１電極６０を絶縁体膜５５の全面に亘って形成する。第１電極６０は、例えば、スパッタリング法などにより形成することができる。

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。また、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）法やスパッタリング法等を用いてもよい。つまり、圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化して圧電体層７０を形成する工程を有する成膜方法であることが好ましい。

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、第１電極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、第１電極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）。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）。次に、図４（ｂ）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、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。

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。

そして、図４（ｃ）に示すように、第１電極６０上に圧電体膜７２の１層目を形成した段階で、第１電極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。

このように、１層目の圧電体膜７２を形成した後に第１電極６０と同時にパターニングすれば、１層目の圧電体膜７２は２層目以降の圧電体膜７２を良好に結晶成長させる種（シード）としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても２層目以降の圧電体膜７２の結晶成長に大きな影響を与えない。

そして、パターニング後、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、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。ちなみに、本実施形態では、圧電体層７０が複数層の圧電体膜７２で構成されたものを例示したが、一層の圧電体膜７２を圧電体層７０と言い換えることも可能である。すなわち、一層の圧電体膜７２を圧電体層７０と言い換えることで、本実施形態の圧電体層７０は、複数層の圧電体層７０（圧電体膜７２）が積層されて構成されていることになる。そして本実施形態では、図４（ｄ）に示すように、複数の圧電体膜７２を形成した後、最上層の圧電体膜７２となる圧電体前駆体膜７１を形成した状態、すなわち、最上層の圧電体膜７２を焼成する前に、図５（ａ）に示すように、最上層の圧電体前駆体膜７１上に第２電極８０を形成する。

特に、第２電極８０としては、ランタンニッケル酸化物を用いるのが好適である。第２電極８０は、詳しくは後述するが、圧電体層７０の最上層である圧電体前駆体膜７１を熱処理して結晶化させる際に同時に加熱されるが、ランタンニッケル酸化物は、加熱されることにより、結晶性が向上し、且つ金属酸化物の比較的高い電気抵抗率を熱処理により低下させることができるからである。このように第２電極８０の結晶性を向上することができれば、圧電体前駆体膜７１を結晶成長させる際に、第２電極８０を下地として良好にエピタキシャル成長させることができ、圧電体層７０の結晶性を向上することができる。また、第２電極８０の電気抵抗率を低くすることができれば、第２電極８０を比較的薄く形成することができ、第２電極８０の拘束力を低減して、圧電素子３００の変位量の向上、すなわち、低い駆動電圧で大きな変位量を得ることができる。

そして、図５（ｂ）に示すように、最上層の圧電体前駆体膜７１を熱処理することにより圧電体膜７２とし、複数層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成する（焼成工程）。また、このとき、第２電極８０も同時に加熱されるが、第２電極８０としてランタンニッケル酸化物を用いることで、第２電極８０の結晶性を向上し、且つ電気抵抗率を下げることができる。

このように、圧電体前駆体膜７１上に第２電極８０を形成してから、圧電体前駆体膜７１を熱処理して結晶化すると、圧電体前駆体膜７１は、流路形成基板用ウエハー１１０側の圧電体膜７２と、流路形成基板用ウエハー１１０とは反対側に形成されたペロブスカイト型構造を有する第２電極８０との両方を下地としてエピタキシャル成長により結晶化する。このため、第２電極８０と圧電体層７０との結晶構造が一致し、圧電体層７０と第２電極８０との密着性を向上することができる。これにより、第２電極８０と圧電体層７０との剥離を抑制して、耐久性を向上することができる。また、最上層の圧電体前駆体膜７１を形成する際に、圧電体膜７２上に異物が存在した状態で、圧電体前駆体膜７１を圧電体膜７２側からエピタキシャル成長させると、圧電体前駆体膜７１を良好に結晶化させることができない。しかしながら、圧電体前駆体膜７１を第２電極８０側からエピタキシャル成長させて結晶化させることで、異物による結晶性の悪化を抑制することができる。

また、ランタンニッケル酸化物からなる第２電極８０を用いて、圧電体前駆体膜７１と同時に熱処理されることで、第２電極８０の結晶性が向上する。このため、第２電極８０を下地としてエピタキシャル成長した圧電体層７０の結晶性を向上することができる。

さらに、ランタンニッケル酸化物からなる第２電極８０を用いて、圧電体前駆体膜７１と同時に熱処理されることで、第２電極８０の電気抵抗率を下げることができる。このため、電極としての第２電極８０を比較的薄く形成することができ、第２電極８０の拘束力を低減して、圧電素子３００の変位量の向上、すなわち、低い駆動電圧で大きな変位量を得ることができる。

ここで、最上層の圧電体膜７２を形成する前、すなわち熱処理する前のランタンニッケル酸化物からなる第２電極８０の結晶性及び電気抵抗率を測定した。また、最上層の圧電体膜７２を形成した後、すなわち、熱処理した後の第２電極８０の結晶性及び電気抵抗率を測定した。これらの結果を下記表１に示す。なお、第２電極８０の結晶性については、Ｘ線回折広角法（ＸＲＤ）により測定した。

表１に示すように、ランタンニッケル酸化物は、加熱することによって、理想的なペロブスカイト構造の結晶性（２θが約４７度）に近づき、電気抵抗率が１／１０程度となる。したがって、上述したように、ランタンニッケル酸化物からなる第２電極８０を用いることで、圧電体層７０の結晶性を向上することができると共に、電極として利用することができる。

ちなみに、例えば、圧電体層７０を形成してから、圧電体層７０上に第２電極８０を形成すると、圧電体層７０の表面（第２電極８０との界面）に酸素が他の領域よりも少ない酸素欠損領域が形成される場合がある。本実施形態では、圧電体前駆体膜７１上に第２電極８０を形成した後、圧電体前駆体膜７１を熱処理することにより、酸素欠損領域が形成されていたとしても、熱処理によって酸素欠損領域の酸素を補い、酸素欠損領域が形成されるのを抑制することができる。このように圧電体層７０と第２電極８０との界面に酸素欠損領域が形成されなくすることで、圧電素子３００を繰り返し駆動した際に、酸素欠損領域が要因となる耐久性の低下を抑制することができる。

なお、上述のように第１電極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、第１電極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、第１電極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、第１電極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、第１電極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。

そして、圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。

次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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。

次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウエハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウエハー１３０を接着剤３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウエハー１３０は、例えば、数百μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウエハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウエハー１１０の剛性は著しく向上することになる。そして、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０を所定の厚さとする。

次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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、流路形成基板用ウエハー１１０及び保護基板用ウエハー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、流路形成基板用ウエハー１１０の保護基板用ウエハー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、保護基板用ウエハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウエハー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を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、複数の圧電体膜７２のうち、最上層の圧電体膜７２を焼成する前に、圧電体前駆体膜７１の上に第２電極８０を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆体膜７１をスパッタリング法により形成する場合には、第１電極６０上には、厚さ方向に連続した圧電体前駆体膜７１を形成することができるため、この圧電体前駆体膜７１上に第２電極８０を形成すればよい。すなわち、最上層の圧電体前駆体膜７１の下層として圧電体膜７２が形成されていなくてもよい。

また、上述した実施形態１では、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂した後、焼成して圧電体膜７２を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、２回繰り返し行った後、２層の圧電体前駆体膜７１を同時に焼成することで圧電体膜７２を形成するようにしてもよい。この場合であっても、２層の圧電体前駆体膜７１の上に第２電極８０を形成した後、２層の圧電体前駆体膜７１を同時に熱処理すればよい。

さらに、例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面、（１１０）面等のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

また、これらのインクジェット式記録ヘッドＩは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図８に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び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。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およ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及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。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ーなど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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

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、プリンター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ー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。

さらに、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ー装置に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置にも適用することができる。

Ｉインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 II インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１０流路形成基板、１２圧力発生室、１３連通部、１４インク供給路、１５連通路、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、３１リザーバー部、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、５５絶縁体膜、６０第１電極、７０圧電体層、７１圧電体前駆体膜、７２圧電体膜、８０第２電極、９０リード電極、１００リザーバー、１２０駆動回路、３００圧電素子

Claims

ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と該第１電極上に設けられた圧電体層と該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極とを有する圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
流路形成基板の上方に圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜上にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなり、前記第２電極の少なくとも一部を構成する電極層を形成する工程と、
前記電極層を形成後、前記圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化させ、前記圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
前記電極層が、ランタンニッケル酸化物であることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
前記圧電体前駆体膜を形成する工程と、該圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化して前記圧電体層を形成する工程と、を具備する圧電体層形成工程を繰り返し行って、複数層の前記圧電体層を形成すると共に、前記圧電体層の前記第２電極側の前記圧電体前駆体膜を形成した後、当該圧電体前駆体膜上に前記電極層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項４記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備する圧電素子を具備するアクチュエーター装置の製造方法であって、
圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜上にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物からなり、前記第２電極の少なくとも一部を構成する電極層を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜を熱処理して結晶化して前記圧電体膜を形成し、該圧電体膜で構成される前記圧電体層を形成する工程と、を具備することを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。