JP2011124405A - アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 - Google Patents
アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011124405A JP2011124405A JP2009281295A JP2009281295A JP2011124405A JP 2011124405 A JP2011124405 A JP 2011124405A JP 2009281295 A JP2009281295 A JP 2009281295A JP 2009281295 A JP2009281295 A JP 2009281295A JP 2011124405 A JP2011124405 A JP 2011124405A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric layer
- manufacturing
- piezoelectric
- lower electrode
- actuator device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 76
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 20
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 230
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 35
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 17
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J titanic acid Chemical compound O[Ti](O)(O)O LLZRNZOLAXHGLL-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
【課題】安定した変位特性を有し、信頼性の低下を抑えたアクチュエーター装置の製造方法、このアクチュエーター装置を備えた液体噴射ヘッドの製造方法およびこの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の製造方法を得ること。
【解決手段】フォトリソエッチ工程の段階で、下電極６０が形成される領域を残して、振動板５２上の第１圧電体層７１が除去されるが、フォトリソエッチ工程後に、第１圧電体層７１、下電極６０および振動板５２にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層７２を形成する。第２圧電体層７２が、下電極６０に形成された第１圧電体層７１および第２圧電体層７２上に形成される第３圧電体層７３と同じチタン酸ジルコン酸鉛なので、第１圧電体層７１と第２圧電体層７２との界面付近および第２圧電体層７２と第３圧電体層７３との界面付近で組成不安定相を生じにくくできる。
【選択図】図７
【解決手段】フォトリソエッチ工程の段階で、下電極６０が形成される領域を残して、振動板５２上の第１圧電体層７１が除去されるが、フォトリソエッチ工程後に、第１圧電体層７１、下電極６０および振動板５２にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層７２を形成する。第２圧電体層７２が、下電極６０に形成された第１圧電体層７１および第２圧電体層７２上に形成される第３圧電体層７３と同じチタン酸ジルコン酸鉛なので、第１圧電体層７１と第２圧電体層７２との界面付近および第２圧電体層７２と第３圧電体層７３との界面付近で組成不安定相を生じにくくできる。
【選択図】図７
Description
本発明は、アクチュエーター装置の製造方法、アクチュエーター装置を備えた液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の製造方法に関する。
アクチュエーター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、結晶化した強誘電体材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）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したものがある。
このような圧電素子と振動板とを備えたアクチュエーター装置は、撓み振動モードのアクチュエーター装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されている。
また、液体噴射ヘッドは、液体噴射装置に搭載されて、記録媒体等に対して走査され、例えば画像形成に利用されている。
このような圧電素子と振動板とを備えたアクチュエーター装置は、撓み振動モードのアクチュエーター装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されている。
また、液体噴射ヘッドは、液体噴射装置に搭載されて、記録媒体等に対して走査され、例えば画像形成に利用されている。
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部をアクチュエーター装置の振動板で構成し、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噴射させるインクジェット式記録ヘッド等が知られている。また、このようなインクジェット式記録ヘッドを搭載した液体噴射装置として、インクジェット式記録装置が知られている。
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ー装置としては、例えば、振動板の表面全体にわたって成膜技術により圧電体層を形成し、この圧電体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形成された圧電素子を備えたものが知られている。
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ー装置としては、例えば、振動板の表面全体にわたって成膜技術により圧電体層を形成し、この圧電体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形成された圧電素子を備えたものが知られている。
チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層は、例えば次のように形成される。
まず、下電極上にスパッタ等によりチタン結晶を形成し、このチタン結晶上にゾル−ゲル法により１層目の圧電体前駆体膜を形成する。その後、この圧電体前駆体膜を焼成して１層目の圧電体膜を形成する。そして、１層目の圧電体膜上にチタン結晶をさらに形成し、このチタン結晶上に２層目以降の圧電体膜を順次積層することで所定の厚さの圧電体層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
まず、下電極上にスパッタ等によりチタン結晶を形成し、このチタン結晶上にゾル−ゲル法により１層目の圧電体前駆体膜を形成する。その後、この圧電体前駆体膜を焼成して１層目の圧電体膜を形成する。そして、１層目の圧電体膜上にチタン結晶をさらに形成し、このチタン結晶上に２層目以降の圧電体膜を順次積層することで所定の厚さの圧電体層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような圧電体層には、下電極と１層目の圧電体膜との界面近傍、１層目の圧電体膜と２層目の圧電体膜との界面近傍にチタン濃度の高い領域である組成不安定相が形成される。圧電体膜はチタン濃度が高いと歪み難いという性質を有しているので、圧電体層の歪みは組成不安定相により阻害される。したがって、安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法、このアクチュエーター装置を備えた液体噴射ヘッドの製造方法およびこの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の製造方法を得ることが困難である。
また、圧電体層は、界面近傍の組成不安定相では歪み難く、組成不安定相以外の他の領域では歪み易くなっているため、組成不安定相と他の領域との間に応力差が生じる。この結果、圧電体層にクラック等が発生し、信頼性の低下を招く。
また、圧電体層は、界面近傍の組成不安定相では歪み難く、組成不安定相以外の他の領域では歪み易くなっているため、組成不安定相と他の領域との間に応力差が生じる。この結果、圧電体層にクラック等が発生し、信頼性の低下を招く。
本発明は、上述の課題のうち少なくとも一つ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］
振動板上に、下電極、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体層、上電極を順に積層した圧電素子を備えたアクチュエーター装置の製造方法であって、前記振動板上に下電極膜を形成する下電極膜形成工程と、前記下電極膜上に種層を形成する種層形成工程と、前記種層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層を形成する第１圧電体層形成工程と、前記下電極膜と前記第１圧電体層とを前記振動板までエッチングして、前記下電極膜から前記下電極を形成するフォトリソエッチ工程と、前記第１圧電体層、前記下電極および前記振動板にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層を形成する第２圧電体層形成工程と、前記第２圧電体層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第３圧電体層を形成する第３圧電体層形成工程と、前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および前記第３圧電体層を含む前記圧電体層を形成する圧電体層形成工程とを含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
振動板上に、下電極、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体層、上電極を順に積層した圧電素子を備えたアクチュエーター装置の製造方法であって、前記振動板上に下電極膜を形成する下電極膜形成工程と、前記下電極膜上に種層を形成する種層形成工程と、前記種層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層を形成する第１圧電体層形成工程と、前記下電極膜と前記第１圧電体層とを前記振動板までエッチングして、前記下電極膜から前記下電極を形成するフォトリソエッチ工程と、前記第１圧電体層、前記下電極および前記振動板にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層を形成する第２圧電体層形成工程と、前記第２圧電体層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第３圧電体層を形成する第３圧電体層形成工程と、前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および前記第３圧電体層を含む前記圧電体層を形成する圧電体層形成工程とを含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例によれば、フォトリソエッチ工程の段階で、下電極が形成される領域を残して、振動板上の第１圧電体層および種層が除去されるが、フォトリソエッチ工程後に、第１圧電体層、下電極および振動板にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層を形成する。ここで、第２圧電体層が、下電極に形成された第１圧電体層および第２圧電体層上に形成される第３圧電体層と同じチタン酸ジルコン酸鉛なので、第１圧電体層と第２圧電体層との界面付近および第２圧電体層と第３圧電体層との界面付近で組成不安定相が生じにくい。また、振動板上に形成された第２圧電体層がその上に形成される第３圧電体層の種として働き、振動板上の第３圧電体層および圧電体層の結晶粒径の大粒化が抑制され、配向も揃いやすい。したがって、組成不安定相による圧電体層の歪みへの阻害が少なく、安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
また、大粒化した結晶粒から加わる応力および組成不安定相による応力が減少し、信頼性の向上したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
ここで、第２圧電体層が４ｎｍ以上であれば成長する結晶粒径が抑制され、２０ｎｍ以下であれば第２圧電体層の形成時間が短縮され、アクチュエーター装置の製造コストが低減する。
また、大粒化した結晶粒から加わる応力および組成不安定相による応力が減少し、信頼性の向上したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
ここで、第２圧電体層が４ｎｍ以上であれば成長する結晶粒径が抑制され、２０ｎｍ以下であれば第２圧電体層の形成時間が短縮され、アクチュエーター装置の製造コストが低減する。
［適用例２］
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第２圧電体層を、高周波スパッタ法で形成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。
この適用例では、誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛は、高周波スパッタ法によって容易に成膜されるので、製造に要する時間が短縮され製造コストの低減したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第２圧電体層を、高周波スパッタ法で形成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。
この適用例では、誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛は、高周波スパッタ法によって容易に成膜されるので、製造に要する時間が短縮され製造コストの低減したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
［適用例３］
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第２圧電体層のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であることを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、第２圧電体層のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であるので、第１圧電体層と第２圧電体層との界面付近および第２圧電体層と第３圧電体層との界面付近での組成変化が小さく組成不安定相がより生じにくい。したがって、組成不安定相による圧電体層の歪みへの阻害がより少なく、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第２圧電体層のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であることを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、第２圧電体層のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であるので、第１圧電体層と第２圧電体層との界面付近および第２圧電体層と第３圧電体層との界面付近での組成変化が小さく組成不安定相がより生じにくい。したがって、組成不安定相による圧電体層の歪みへの阻害がより少なく、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
［適用例４］
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記下電極膜を金属で形成し、前記種層は、チタンを含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、金属の下電極膜上に形成される種層が金属のチタンなので、下電極膜と種層の密着性が、金属酸化物と比較してよい。この種層をもとに下電極膜（下電極）上の圧電体層が形成されるので、下電極と圧電体層との密着性が良好になる。したがって、下電極と圧電体層との剥離が減少し、信頼性のより向上したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記下電極膜を金属で形成し、前記種層は、チタンを含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、金属の下電極膜上に形成される種層が金属のチタンなので、下電極膜と種層の密着性が、金属酸化物と比較してよい。この種層をもとに下電極膜（下電極）上の圧電体層が形成されるので、下電極と圧電体層との密着性が良好になる。したがって、下電極と圧電体層との剥離が減少し、信頼性のより向上したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
［適用例５］
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記種層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、種層が、第１圧電体層、第２圧電体層および第３圧電体層を含む圧電体層と同様にチタン酸ジルコン酸鉛を含むので、組成不安定相がより生じにくく、組成不安定相による圧電体層の歪みへの阻害がより少なく、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記種層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。
この適用例では、種層が、第１圧電体層、第２圧電体層および第３圧電体層を含む圧電体層と同様にチタン酸ジルコン酸鉛を含むので、組成不安定相がより生じにくく、組成不安定相による圧電体層の歪みへの阻害がより少なく、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
［適用例６］
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第１圧電体層および前記第３圧電体層を液相法で形成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。
この適用例では、液相法によれば、誘電体をスパッタによって成膜する成膜方法と比較して、厚い膜厚のチタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層および第３圧電体層を短時間で形成できるので、製造コストの低減したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
上記アクチュエーター装置の製造方法において、前記第１圧電体層および前記第３圧電体層を液相法で形成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。
この適用例では、液相法によれば、誘電体をスパッタによって成膜する成膜方法と比較して、厚い膜厚のチタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層および第３圧電体層を短時間で形成できるので、製造コストの低減したアクチュエーター装置の製造方法が得られる。
［適用例７］
上記に記載のアクチュエーター装置の製造方法を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
上記に記載のアクチュエーター装置の製造方法を含む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、前述の効果を有する液体噴射ヘッドの製造方法が得られる。
［適用例８］
上記に記載の液体噴射ヘッドの製造方法を含むことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
上記に記載の液体噴射ヘッドの製造方法を含むことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置の製造方法が得られる。
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。なお、図面では、説明を分かりやすくするために、一部を省略したり、各構成等を誇張したりして図示している。
以下の説明は、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が、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００に搭載される場合を例に挙げて行う。
図１は、インクジェット式記録装置１０００の概略構成を示す図である。図１中、Ｘ方向は、キャリッジ１０４が移動する主走査方向を示し、Ｙ方向は、記録媒体Ｐが移送される副走査方向を示している。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、インクジェット式記録ヘッド１と、キャリッジ１０４と、キャリッジ移動機構１０５と、プラテンローラー１０６と、インクカートリッジ１０７とを備えている。
インクジェット式記録ヘッド１は、キャリッジ１０４の記録媒体Ｐ側（図１中Ｚ方向下面）に取付けられ、記録媒体Ｐの表面にインクを液滴として噴射する。
キャリッジ移動機構１０５は、タイミングベルト１０８と、駆動プーリー１１１と、従動プーリー１１２と、モーター１０９とを備えている。タイミングベルト１０８は、キャリッジ１０４が係止されており、駆動プーリー１１１と従動プーリー１１２とに張設されている。駆動プーリー１１１は、モーター１０９の出力軸に接続されている。
モーター１０９が作動すると、キャリッジ１０４は、インクジェット式記録装置１０００に架設されたガイドロッド１１０に案内されて、主走査方向であるＸ方向に往復移動する。
キャリッジ移動機構１０５は、タイミングベルト１０８と、駆動プーリー１１１と、従動プーリー１１２と、モーター１０９とを備えている。タイミングベルト１０８は、キャリッジ１０４が係止されており、駆動プーリー１１１と従動プーリー１１２とに張設されている。駆動プーリー１１１は、モーター１０９の出力軸に接続されている。
モーター１０９が作動すると、キャリッジ１０４は、インクジェット式記録装置１０００に架設されたガイドロッド１１０に案内されて、主走査方向であるＸ方向に往復移動する。
プラテンローラー１０６は、モーター１０３から駆動力を受け、記録媒体Ｐを副走査方向であるＹ方向に移送する。インクカートリッジ１０７は、インクを貯留し、キャリッジ１０４に着脱可能に装着される。インクカートリッジ１０７は、インクジェット式記録ヘッド１にインクを供給する。
インクジェット式記録装置１０００は、キャリッジ１０４をキャリッジ移動機構１０５によりＸ方向に往復移動させるとともに、記録媒体Ｐをプラテンローラー１０６によりＹ方向に移送させながら、キャリッジ１０４に取付けられたインクジェット式記録ヘッド１からインクを液滴として噴射することによって、記録用紙等の記録媒体Ｐ上に画像等の記録を行うことができる。
図２は、インクジェット式記録ヘッド１の分解部分斜視図である。図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図、図３（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図２には、図１と同様にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示した。
図２および図３において、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と保護基板３０とを備えている。
図２および図３において、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と保護基板３０とを備えている。
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。その一方の面には、予め熱酸化により形成された厚さ０．５μｍ〜２．０μｍの二酸化シリコンが形成されている。
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が、Ｙ方向に並設されている。
圧力発生室１２のＸ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の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２が、Ｙ方向に並設されている。
圧力発生室１２のＸ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の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。
インク供給路１４は、圧力発生室１２のＸ方向一端部側に連通し、Ｘ方向の断面積が、圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、インク供給路１４は、リザーバー１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路の幅を絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。
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、Ｘ方向の断面積が、インク供給路１４より大きい断面積を有する。図２では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で描いてある。
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、Ｘ方向の断面積が、インク供給路１４より大きい断面積を有する。図２では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で描いてある。
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。
ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍで、３００℃以下の線膨張係数が、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ステンレス鋼などからなる。
ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１ｍｍ〜１．００ｍｍで、３００℃以下の線膨張係数が、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ステンレス鋼などからなる。
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、上述したように、厚さが例えば約１．００μｍの二酸化シリコン膜５１が形成され、この上には、厚さが例えば、約０．４０μｍの絶縁体膜５４が形成されている。
さらに、この絶縁体膜５４上には、厚さが例えば、約０．２０μｍの下電極６０と、厚さが例えば、約１．１０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが、後述する製造方法で積層形成されて、圧電素子３００を構成している。
ここで、圧電素子３００は、下電極６０、圧電体層７０および上電極８０を含む部分をいう。
さらに、この絶縁体膜５４上には、厚さが例えば、約０．２０μｍの下電極６０と、厚さが例えば、約１．１０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが、後述する製造方法で積層形成されて、圧電素子３００を構成している。
ここで、圧電素子３００は、下電極６０、圧電体層７０および上電極８０を含む部分をいう。
圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を圧力発生室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および圧電体層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。
図２および図３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。
図２および図３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。
また、圧電素子３００と圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板５２とを合わせてアクチュエーター装置４００と称する。
なお、実施形態では、二酸化シリコン膜５１、絶縁体膜５４および下電極６０が振動板５２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、二酸化シリコン膜５１と絶縁体膜５４単独でもよい。また、圧力発生室１２の一部を構成し、その変位により圧力発生室１２内の圧力に変化を生じさせるものであれば、振動板５２は二酸化シリコン膜５１、絶縁体膜５４および下電極６０に限らない。
なお、実施形態では、二酸化シリコン膜５１、絶縁体膜５４および下電極６０が振動板５２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、二酸化シリコン膜５１と絶縁体膜５４単独でもよい。また、圧力発生室１２の一部を構成し、その変位により圧力発生室１２内の圧力に変化を生じさせるものであれば、振動板５２は二酸化シリコン膜５１、絶縁体膜５４および下電極６０に限らない。
圧電体層７０は、分極構造を有する酸化物の強誘電体材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜であるチタン酸ジルコン酸鉛を含む。
また、圧電体層７０は、菱面体晶系（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）の結晶構造を有するものである。このようなチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層７０は、ゾル−ゲル法またはＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により複数層の圧電体膜が積層されて形成される。
また、圧電体層７０は、菱面体晶系（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）の結晶構造を有するものである。このようなチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層７０は、ゾル−ゲル法またはＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により複数層の圧電体膜が積層されて形成される。
さらに、圧電素子３００の個別電極である各上電極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５４上にまで延設されている、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、振動板５２とリード電極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が接合されている。リザーバー部３１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、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、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。
さらに、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。
さらに、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。
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、保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。
また、保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。
インクジェット式記録ヘッド１では、図１に示したインクカートリッジ１０７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す。その後、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下電極６０と上電極８０との間に電圧を印加し、振動板５２、下電極６０および圧電体層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、アクチュエーター装置４００、インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の製造方法について、アクチュエーター装置４００およびインクジェット式記録ヘッド１の製造方法を中心に説明する。
図４に、アクチュエーター装置４００の製造方法を示すフローチャート図を示した。インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の製造方法は、アクチュエーター装置４００の製造方法を含む。
図４に、アクチュエーター装置４００の製造方法を示すフローチャート図を示した。インクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００の製造方法は、アクチュエーター装置４００の製造方法を含む。
図４において、アクチュエーター装置４００の製造方法は、振動板形成工程としてのステップ１（Ｓ１）と、下電極膜形成工程としてのステップ２（Ｓ２）と、種層形成工程としてのステップ３（Ｓ３）と、第１圧電体層形成工程としてのステップ４（Ｓ４）と、フォトリソエッチ工程としてのステップ５（Ｓ５）と、第２圧電体層形成工程としてのステップ６（Ｓ６）と、第３圧電体層形成工程としてのステップ７（Ｓ７）と、圧電体層形成工程としてのステップ８（Ｓ８）と、上電極形成工程としてのステップ９（Ｓ９）と、を含む。
図５（ａ）〜図８（ｌ）は、アクチュエーター装置４００の製造方法を示す圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
図５（ａ）および（ｂ）は振動板形成工程（Ｓ１）を、図５（ｃ）は下電極膜形成工程（Ｓ２）を、図６（ｄ）は種層形成工程（Ｓ３）を、図６（ｅ）および（ｆ）は第１圧電体層形成工程（Ｓ４）を、図７（ｇ）はフォトリソエッチ工程（Ｓ５）を、図７（ｈ）は第２圧電体層形成工程（Ｓ６）を、図７（ｉ）は第３圧電体層形成工程（Ｓ７）を、図７（ｊ）は圧電体層形成工程（Ｓ８）を、図８（ｋ）および（ｌ）は上電極形成工程（Ｓ９）を表している。
図５（ａ）および（ｂ）は振動板形成工程（Ｓ１）を、図５（ｃ）は下電極膜形成工程（Ｓ２）を、図６（ｄ）は種層形成工程（Ｓ３）を、図６（ｅ）および（ｆ）は第１圧電体層形成工程（Ｓ４）を、図７（ｇ）はフォトリソエッチ工程（Ｓ５）を、図７（ｈ）は第２圧電体層形成工程（Ｓ６）を、図７（ｉ）は第３圧電体層形成工程（Ｓ７）を、図７（ｊ）は圧電体層形成工程（Ｓ８）を、図８（ｋ）および（ｌ）は上電極形成工程（Ｓ９）を表している。
図５（ａ）および（ｂ）において、振動板形成工程（Ｓ１）では、シリコンウェハーから形成される流路形成基板１０の表面に、二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、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５４を形成する。二酸化シリコン膜５１と絶縁体膜５４とで振動板５２が構成される。
図５（ｃ）において、下電極膜形成工程（Ｓ２）では、白金（Ｐｔ）の単層またはこの白金（Ｐｔ）層にイリジウム（Ｉｒ）層を積層し合金化した下電極膜６５を形成する。
図６（ｄ）において、種層形成工程（Ｓ３）では、下電極膜６５上にチタン（Ｔｉ）からなる種層６１を形成する。例えば、種層６１の膜厚は約４ｎｍ程度でよい。また、種層６１は非晶質であることが好ましい。
具体的には、種層６１のＸ線回折強度、特に、（００２）面のＸ線回折強度（ＸＲＤ強度）が実質的に零となっていることが好ましい。このように種層６１が非晶質であると、種層６１の膜密度が高まり表層に形成される酸化層の厚みが薄く抑えられ、その結果、図２および図３に示した圧電体層７０の結晶をさらに良好に成長させることができる。
具体的には、種層６１のＸ線回折強度、特に、（００２）面のＸ線回折強度（ＸＲＤ強度）が実質的に零となっていることが好ましい。このように種層６１が非晶質であると、種層６１の膜密度が高まり表層に形成される酸化層の厚みが薄く抑えられ、その結果、図２および図３に示した圧電体層７０の結晶をさらに良好に成長させることができる。
また、このように下電極膜６５の上に種層６１を設けることにより、後の工程で下電極膜６５上に種層６１を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配向方位を（１００）または（１１１）に制御することができ、圧電素子として好適な圧電体層７０を得ることができる。なお、種層６１は、圧電体層が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層の焼成後には圧電体層７０内に拡散するものである。
なお、このような下電極膜６５および種層６１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。
また、種層６１としてチタン酸ジルコン酸鉛からなる層を形成してもよい。
なお、このような下電極膜６５および種層６１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。
また、種層６１としてチタン酸ジルコン酸鉛からなる層を形成してもよい。
図６（ｅ）および（ｆ）において、第１圧電体層形成工程（Ｓ４）では、チタン酸ジルコン酸鉛からなる第１圧電体層７１を形成する。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第１圧電体層７１を得る、液相法であるいわゆるゾル−ゲル法を用いて第１圧電体層７１を形成している。
なお、第１圧電体層７１の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ法を用いてもよい。
なお、第１圧電体層７１の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ法を用いてもよい。
図６（ｅ）において、第１圧電体層７１の具体的な形成手順としては、下電極膜６５および種層６１上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７４を成膜する。圧電体前駆体膜７４の成膜は、下電極膜６５が形成された流路形成基板１０上にチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）および鉛（Ｐｂ）を含むゾル（溶液）を塗布し（塗布工程）、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、圧電体前駆体膜７４を１５０℃〜１７０℃で５分〜１０分間保持することで乾燥することができる。乾燥後、さらに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、３００℃〜４００℃程度の温度に加熱して約５分〜１０分間保持することで脱脂する。
なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７４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。また、脱脂工程では、昇温レートを１５℃／ｓｅｃ以上とするのが好ましい。
なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７４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。また、脱脂工程では、昇温レートを１５℃／ｓｅｃ以上とするのが好ましい。
次に、図６（ｆ）において、圧電体前駆体膜７４と種層６１とを所定温度に加熱して一定時間保持することによって焼成して結晶化させ（焼成工程）、第１圧電体層７１を形成する。
焼成工程では、１層目の圧電体前駆体膜７４を６３０℃〜６８０℃に加熱し、昇温レートを９０℃〜１１０℃／ｓｅｃとすることが好ましい。
焼成工程では、１層目の圧電体前駆体膜７４を６３０℃〜６８０℃に加熱し、昇温レートを９０℃〜１１０℃／ｓｅｃとすることが好ましい。
また、塗布工程において種層６１上に塗布される１層目の圧電体前駆体膜７４の膜厚は特に限定されないが、焼成工程後の第１圧電体層７１の厚さが、後述する３層目以降の各第３圧電体層７３よりも薄くなるように１層目の圧電体前駆体膜７４を塗布することが好ましい。例えば、焼成工程後の第１圧電体層７１の厚さが種層６１の厚さの５倍〜４０倍となるようにゾルを塗布して１層目の圧電体前駆体膜７４を形成する。
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用い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。
図７（ｇ）において、フォトリソエッチ工程（Ｓ５）では、下電極膜６５および第１圧電体層７１をそれらの側面が傾斜するように振動板５２までエッチングしてパターンニングし、下電極６０を形成する。なお、下電極膜６５および第１圧電体層７１のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
ここで、例えば、下電極膜６５の上に種層６１を形成した後にパターニングしてから１層目の第１圧電体層７１を形成すると、フォト工程、イオンミリング、アッシングして下電極膜６５をパターニングするために種層６１が変質してしまう。変質した種層６１上に第１圧電体層７１を形成しても当該第１圧電体層７１の結晶性が良好なものではなくなる。１層目の第１圧電体層７１の上に形成される２層目以降の第２圧電体層７２も、１層目の第１圧電体層７１の結晶状態に影響して結晶成長するため、最終で良好な結晶性を有する圧電体層７０を形成することができない。
また、下電極膜６５をパターニングしてから１層目の第１圧電体層７１を焼成する際に、下地として下電極膜６５が存在する領域と存在しない領域とが混在し、下地の違いから１層目の第１圧電体層７１の加熱を面内で均一化することができず、結晶性にばらつきが生じてしまう。したがって、下電極膜６５がパターンニングによって狭くなると、下電極膜６５が存在しない領域が広がり、下電極膜６５上の配向性がよくない。
それに比べて、下電極膜６５上に１層目の第１圧電体層７１を形成してから、同時にパターニングすれば、良好な結晶性を有する圧電体層７０を形成することができる。
また、下電極膜６５をパターニングしてから１層目の第１圧電体層７１を焼成する際に、下地として下電極膜６５が存在する領域と存在しない領域とが混在し、下地の違いから１層目の第１圧電体層７１の加熱を面内で均一化することができず、結晶性にばらつきが生じてしまう。したがって、下電極膜６５がパターンニングによって狭くなると、下電極膜６５が存在しない領域が広がり、下電極膜６５上の配向性がよくない。
それに比べて、下電極膜６５上に１層目の第１圧電体層７１を形成してから、同時にパターニングすれば、良好な結晶性を有する圧電体層７０を形成することができる。
図７（ｈ）において、第２圧電体層形成工程（Ｓ６）では、第１圧電体層７１、下電極６０および振動板５２にわたって、チタン酸ジルコン酸鉛からなる第２圧電体層７２を形成する。第２圧電体層７２は、高周波スパッタ法によって形成する。
第２圧電体層７２の厚みは、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。また、第２圧電体層７２のチタン酸ジルコン酸鉛の組成は、ＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であるのが好ましい。
第２圧電体層７２の厚みは、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下が好ましい。また、第２圧電体層７２のチタン酸ジルコン酸鉛の組成は、ＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であるのが好ましい。
図７（ｉ）において、第３圧電体層形成工程（Ｓ７）では、第２圧電体層７２上に、上述したゾル−ゲル法の塗布工程、乾燥工程、脱脂工程および焼成工程からなる圧電体膜形成工程を行うことにより、３層目の圧電体膜が形成される。この３層目の圧電体膜が第３圧電体層７３となる。
ここで、第２圧電体層７２は、第３圧電体層７３に取り込まれ、第３圧電体層７３と一体になる。
ここで、第２圧電体層７２は、第３圧電体層７３に取り込まれ、第３圧電体層７３と一体になる。
また、この焼成工程では、図６（ｅ）に示した１層目の圧電体前駆体膜７４と同様に焼成する。具体的には、６３０℃〜６８０℃に加熱し、昇温レートを９０℃〜１１０℃／ｓｅｃとすることが好ましい。
また、塗布工程において第２圧電体層７２上に塗布される圧電体前駆体膜７４の膜厚は特に限定されないが、図６（ｅ）に示した１層目の圧電体前駆体膜７４と同様に、焼成工程後の第３圧電体層７３の厚さが第２圧電体層７２の厚さの５倍〜４０倍となるようにゾルを塗布する。
図７（ｊ）において、第３圧電体層７３（第２圧電体層７２を含む）の上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程および焼成工程からなる圧電体膜形成工程を繰り返し行うことにより、複数層の第３圧電体層７３を形成する。この焼成工程では、１層目の圧電体前駆体膜７４の焼成温度よりも高い温度で焼成する。具体的には、６８０℃〜８５０℃に加熱することが好ましい。また、焼成工程では、昇温レートを９０℃／ｓｅｃ〜１１０℃／ｓｅｃとすることが好ましい。なお、塗布工程における４層目以降の各圧電体前駆体膜７４の膜厚は、０．１０μｍとした。
以上の工程により、第１圧電体層７１と、第３圧電体層７３（第２圧電体層７２を含む）と第３圧電体層７３の積層とを合わせて、圧電体層７６を形成する。
以上の工程により、第１圧電体層７１と、第３圧電体層７３（第２圧電体層７２を含む）と第３圧電体層７３の積層とを合わせて、圧電体層７６を形成する。
図８（ｋ）および（ｌ）において、上電極形成工程（Ｓ９）では、まず圧電体層７６上にわたって、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８１を形成する。次に、圧電体層７６および上電極膜８１を、図２および図３に示した各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、下電極６０、圧電体層７０および上電極８０を含む圧電素子３００を形成する。
圧電体層７０および上電極膜８１のパターニング方法としては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
ここで、圧電素子３００と振動板５２とを合わせたアクチュエーター装置４００が得られる。
圧電体層７０および上電極膜８１のパターニング方法としては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
ここで、圧電素子３００と振動板５２とを合わせたアクチュエーター装置４００が得られる。
図８（ｍ）、図９および図１０は、インクジェット式記録ヘッド１の製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
図８（ｍ）において、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極膜９１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）を介して圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０を形成する。
図８（ｍ）において、リード電極９０を形成する。具体的には、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極膜９１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）を介して圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０を形成する。
図９（ｎ）において、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、シリコンからなる保護基板３０を接合する。
次に、図９（ｏ）において、流路形成基板１０を所定の厚みにまで、研磨または化学機械研磨（ＣＭＰ）などにより、薄くする。
次いで、図１０（ｐ）において、流路形成基板１０の裏面にエッチング用のマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
そして、図１０（ｑ）において、流路形成基板１０を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）を行なうことにより、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および連通路１５等を形成する。なお、図には示されていないが、この時、保護基板３０、リザーバー部３１、貫通孔３３は、エッチングされないように保護されている。
次に、図９（ｏ）において、流路形成基板１０を所定の厚みにまで、研磨または化学機械研磨（ＣＭＰ）などにより、薄くする。
次いで、図１０（ｐ）において、流路形成基板１０の裏面にエッチング用のマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
そして、図１０（ｑ）において、流路形成基板１０を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）を行なうことにより、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および連通路１５等を形成する。なお、図には示されていないが、この時、保護基板３０、リザーバー部３１、貫通孔３３は、エッチングされないように保護されている。
その後は、流路形成基板１０および保護基板３０のウェーハー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１０の保護基板３０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３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板１０等を図２および図３に示すような一つのチップサイズのインクジェット式記録ヘッド１とする。
インクジェット式記録装置１０００は、図１に示した各部品を組み立て、インクジェット式記録ヘッド１を組み込み搭載することで製造する。
以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）フォトリソエッチ工程の段階で、下電極６０が形成される領域を残して、振動板５２上の第１圧電体層７１（種層６１は第１圧電体層７１に吸収されている）が除去されるが、フォトリソエッチ工程後に、第１圧電体層７１、下電極６０および振動板５２にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層７２を形成する。ここで、第２圧電体層７２が、下電極６０に形成された第１圧電体層７１および第２圧電体層７２上に形成される第３圧電体層７３と同じチタン酸ジルコン酸鉛なので、第１圧電体層７１と第２圧電体層７２との界面付近および第２圧電体層７２と第３圧電体層７３との界面付近で組成不安定相を生じにくくできる。また、振動板５２上に形成された第２圧電体層７２がその上に形成される第３圧電体層７３の種として働き、振動板５２上の第３圧電体層７３および圧電体層７０の結晶粒径の大粒化を抑制でき、配向を揃えることができる。したがって、組成不安定相による圧電体層７０の歪みへの阻害が少なく、安定した変位特性を有するアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
また、大粒化した結晶粒から加わる応力および組成不安定相による応力を減少でき、信頼性の向上したアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
ここで、第２圧電体層７２が４ｎｍ以上であれば成長する結晶粒径を抑制でき、２０ｎｍ以下であれば第２圧電体層７２の形成時間を短縮でき、アクチュエーター装置４００の製造コストを低減できる。
（１）フォトリソエッチ工程の段階で、下電極６０が形成される領域を残して、振動板５２上の第１圧電体層７１（種層６１は第１圧電体層７１に吸収されている）が除去されるが、フォトリソエッチ工程後に、第１圧電体層７１、下電極６０および振動板５２にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層７２を形成する。ここで、第２圧電体層７２が、下電極６０に形成された第１圧電体層７１および第２圧電体層７２上に形成される第３圧電体層７３と同じチタン酸ジルコン酸鉛なので、第１圧電体層７１と第２圧電体層７２との界面付近および第２圧電体層７２と第３圧電体層７３との界面付近で組成不安定相を生じにくくできる。また、振動板５２上に形成された第２圧電体層７２がその上に形成される第３圧電体層７３の種として働き、振動板５２上の第３圧電体層７３および圧電体層７０の結晶粒径の大粒化を抑制でき、配向を揃えることができる。したがって、組成不安定相による圧電体層７０の歪みへの阻害が少なく、安定した変位特性を有するアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
また、大粒化した結晶粒から加わる応力および組成不安定相による応力を減少でき、信頼性の向上したアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
ここで、第２圧電体層７２が４ｎｍ以上であれば成長する結晶粒径を抑制でき、２０ｎｍ以下であれば第２圧電体層７２の形成時間を短縮でき、アクチュエーター装置４００の製造コストを低減できる。
（２）誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛は、高周波スパッタ法によって容易に成膜できるので、製造に要する時間を短縮でき製造コストの低減したアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
（３）第２圧電体層７２のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４であるので、第１圧電体層７１と第２圧電体層７２との界面付近および第２圧電体層７２と第３圧電体層７３との界面付近での組成変化を小さくでき、組成不安定相をより生じにくくできる。したがって、組成不安定相による圧電体層７０の歪みへの阻害をより少なくでき、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
（４）金属の下電極膜６５上に形成される種層６１が金属のチタンなので、金属酸化物と比較して下電極膜６５と種層６１の密着性をよくすることができる。この種層６１をもとに下電極膜６５（下電極６０）上の圧電体層７０が形成されるので、下電極６０と圧電体層７０との密着性を良好にできる。したがって、下電極６０と圧電体層７０との剥離を減少でき、信頼性のより向上したアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
（５）種層６１が、第１圧電体層７１、第２圧電体層７２および第３圧電体層７３を含む圧電体層７０と同様にチタン酸ジルコン酸鉛を含むので、組成不安定相がより生じにくく、組成不安定相による圧電体層７０の歪みへの阻害をより少なくでき、より安定した変位特性を有するアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
また、種層６１としてチタン酸ジルコン酸鉛を用いると、チタンと同様に優先配向方位の制御ができ、結晶化を促進させる種として機能する。
また、種層６１としてチタン酸ジルコン酸鉛を用いると、チタンと同様に優先配向方位の制御ができ、結晶化を促進させる種として機能する。
（６）液相法によれば、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層７１および第３圧電体層７３を他の成膜方法と比較して、短時間で厚い膜厚が形成できるので、製造コストの低減したアクチュエーター装置４００の製造方法を得ることができる。
（７）前述の効果を有するインクジェット式記録ヘッド１の製造方法を得ることができる。また、インクの噴射量の安定したインクジェット式記録ヘッド１の製造方法を得ることができる。
（８）前述の効果を有するインクジェット式記録装置１０００の製造方法を得ることができる。また画質の安定したインクジェット式記録装置１０００の製造方法を得ることができる。
上述した実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、下電極膜６５が金属でなく導電性を有する金属酸化膜であってもよい。例えば、導電性酸化物（例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、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。この場合、種層６１をチタン酸ジルコン酸鉛で形成すれば、下電極６０との密着性も向上する。
例えば、下電極膜６５が金属でなく導電性を有する金属酸化膜であってもよい。例えば、導電性酸化物（例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、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。この場合、種層６１をチタン酸ジルコン酸鉛で形成すれば、下電極６０との密着性も向上する。
また、上述した実施形態では、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１を挙げて説明したが、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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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…記録ヘッド、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、３２…圧電素子保持部、３３…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、５１…二酸化シリコン膜、５２…振動板、５４…絶縁体膜、６０…下電極、６１…種層、６５…下電極膜、７０…圧電体層、７１…第１圧電体層、７２…第２圧電体層、７３…第３圧電体層、７６…圧電体層、８０…上電極、９０…リード電極、９１…リード電極膜、１００…リザーバー、１０３…モーター、１０４…キャリッジ、１０５…キャリッジ移動機構、１０６…プラテンローラー、１０７…インクカートリッジ、１０８…ダイミングベルト、１０９…モーター、１１０…ガイドロッド、１１１…駆動プーリー、１１２…従動プーリー、１２０…駆動回路、１２１…接続配線、３００…圧電素子、４００…アクチュエーター装置、１０００…記録装置。
１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、５２…振動板、６０…下電極、６１…種層、６２…第２圧電体層、７０…圧電体層、７１…第１圧電体層、７２…第３圧電体層、８０…上電極、４００…アクチュエーター装置、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置、３００…圧電素子。
１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、５２…振動板、６０…下電極、６１…種層、６２…第２圧電体層、７０…圧電体層、７１…第１圧電体層、７２…第３圧電体層、８０…上電極、４００…アクチュエーター装置、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置、３００…圧電素子。
Claims (8)
- 振動板上に、下電極、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体層、上電極を順に積層した圧電素子を備えたアクチュエーター装置の製造方法であって、
前記振動板上に下電極膜を形成する下電極膜形成工程と、
前記下電極膜上に種層を形成する種層形成工程と、
前記種層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第１圧電体層を形成する第１圧電体層形成工程と、
前記下電極膜と前記第１圧電体層とを前記振動板までエッチングして、前記下電極膜から前記下電極を形成するフォトリソエッチ工程と、
前記第１圧電体層、前記下電極および前記振動板にわたって、４ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みのチタン酸ジルコン酸鉛を含む第２圧電体層を形成する第２圧電体層形成工程と、
前記第２圧電体層上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む第３圧電体層を形成する第３圧電体層形成工程と、
前記第１圧電体層、前記第２圧電体層および前記第３圧電体層を含む前記圧電体層を形成する圧電体層形成工程とを含む
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１に記載のアクチュエーター装置の製造方法において、
前記第２圧電体層を、高周波スパッタ法で形成する
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１および請求項２に記載のアクチュエーター装置の製造方法において、
前記第２圧電体層のＺｒとＴｉとの比率が、４８：５２〜５６：４４である
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置の製造方法において、
前記下電極膜を金属で形成し、前記種層は、チタンを含む
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置の製造方法において、
前記種層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置の製造方法において、
前記第１圧電体層および前記第３圧電体層を液相法で形成する
ことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法。 - 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のアクチュエーター装置の製造方法を含む
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項７に記載の液体噴射ヘッドの製造方法を含む
ことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009281295A JP2011124405A (ja) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009281295A JP2011124405A (ja) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011124405A true JP2011124405A (ja) | 2011-06-23 |
Family
ID=44287999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009281295A Withdrawn JP2011124405A (ja) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011124405A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154014A (ja) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社ユーテック | 強誘電体膜及びその製造方法 |
| JP2015154037A (ja) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、及び圧電アクチュエーターの製造方法 |
-
2009
- 2009-12-11 JP JP2009281295A patent/JP2011124405A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154014A (ja) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社ユーテック | 強誘電体膜及びその製造方法 |
| JP2015154037A (ja) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、及び圧電アクチュエーターの製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5251031B2 (ja) | 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、センサー | |
| JP5187489B2 (ja) | 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 | |
| JP2009113419A (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法 | |
| JP5105040B2 (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP5578311B2 (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP5152461B2 (ja) | 圧電素子及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2008172100A (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド | |
| JP2007173691A (ja) | 圧電素子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 | |
| US8491105B2 (en) | Production method of piezoelectric element, piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus | |
| JP2010214800A (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法 | |
| JP5104609B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 | |
| JP5376107B2 (ja) | 圧電素子及びその製造方法、アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 | |
| JP2011124405A (ja) | アクチュエーター装置の製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法および液体噴射装置の製造方法 | |
| JP5304976B2 (ja) | 積層膜の製造方法及びアクチュエータ装置の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法、アクチュエータ装置 | |
| JP2008016586A (ja) | 誘電体膜の製造方法及び圧電素子の製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2010199265A (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法及びアクチュエーター装置の製造方法 | |
| JP5365793B2 (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2007173605A (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2008205048A (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2012199445A (ja) | 圧電素子の製造方法、圧電素子、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP5716939B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置 | |
| JP2007152912A (ja) | 圧電素子の製造方法及び圧電素子並びに液体噴射ヘッド | |
| JP2006019513A (ja) | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2023121050A (ja) | 圧電デバイスの製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2011077197A (ja) | 液体噴射ヘッド、アクチュエーター装置及び液体噴射装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130305 |