JP2015056636A - 圧電体アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、インクジェット記録装置、及び圧電体アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い圧電体アクチュエータを提供する。【解決手段】本実施形態の圧電体アクチュエータは、第１の電極と、下面が第１の電極に接して形成され、側面が外側へ凸に湾曲し、下面が上面より広い圧電体と、上面に接し、第１の電極と対向して形成される第２の電極と、第１の電極及び第２の電極を被覆する第１の保護膜と、第１の保護膜及び側面を被覆する第２の保護膜と、を有することにより上記課題を解決する。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電体アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、インクジェット記録装置、及び圧電体アクチュエータの製造方法に関する。

インクジェット記録装置、液体カートリッジ及び液滴吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する加圧液室と、加圧液室内のインクを加圧する圧電体アクチュエータとを有するものが知られている。圧電体アクチュエータは、例えば、下部電極上に圧電体及び上部電極が積層され、これらが保護膜で被覆される構造を有する。

圧電素子の上面と側面とが接する角部を、面取り形状とすることにより、配線不良を抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

圧電体アクチュエータの信頼性を高めるためには、製造時、各工程において発生する不具合を、できるだけ低減させることが望まれる。

例えば、電極形成時のエッチング工程において生成する導電性残渣物（図１参照）が、圧電体表面（電極非形成面）に付着すると、電極間にリーク電流が発生してしまう。

又、例えば、圧電体形成時のエッチング工程において生成するエッチングダメージ層（図１参照）が、圧電体側面（傾斜面）に残存すると、圧電体の素子性能が劣化してしまう。

特許文献１において、圧電素子は、連続する保護膜（ＳｉＯｘ膜）で覆われる。このため、例えば、配線及び層間絶縁膜形成時のエッチング工程において、保護膜に欠損が生じ易くなるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い圧電体アクチュエータを提供することを目的とする。

本実施の形態の圧電体アクチュエータは、第１の電極と、下面が第１の電極に接して形成され、側面が外側へ凸に湾曲し、下面が上面より広い圧電体と、上面に接し、第１の電極と対向して形成される第２の電極と、第１の電極及び第２の電極を被覆する第１の保護膜と、第１の保護膜及び側面を被覆する第２の保護膜と、を有することを要件とする。

本実施の形態によれば、信頼性の高い圧電体アクチュエータを提供することができる。

従来の圧電素子を例示する模式図である。 実施の形態１に係る圧電体アクチュエータを例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。 実施の形態２に係る圧電体アクチュエータの製造方法を例示する図である。 実施の形態２に係る圧電体アクチュエータの製造方法を例示する図である。 実施の形態２に係る圧電体アクチュエータの製造方法を例示する図である。 実施の形態２に係る圧電体を例示する写真である。 実施の形態２に係る圧電体アクチュエータを例示する図である。 実施の形態３に係る液体カートリッジを例示する図である。 実施の形態４に係るインクジェット記録装置を例示する斜視図である。 実施の形態４に係るインクジェット記録装置の、機構部を例示する側面図である。

以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、図２乃至図５を用いて、本実施の形態に係る圧電体アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドの構成の一例について説明する。圧電体アクチュエータは、インクジェット記録装置等において使用される液滴吐出ヘッドの構成部品として用いられる。

なお、圧電体アクチュエータは、例えば、圧電スピーカ、μポンプ、２軸ミラー、ＨＤＤヘッド用微調整装置、強誘電体メモリ素子、加速度センサ、偏向ミラー、角速度センサ等の構成部品として用いることもできる。

［圧電体アクチュエータの構成］
図２は、圧電体アクチュエータ１００の構成の一例を示す断面図である。図２に示す様に、圧電体アクチュエータ１００は、圧電体１０１、上部電極１０２、下部電極１０３、第１の保護膜１０４、第２の保護膜１０５を含む。

下部電極１０３に接して圧電体１０１が形成され、圧電体１０１に接して上部電極１０２が形成され、下部電極１０３と上部電極１０２とは対向して形成される。圧電体１０１の下面Ｓ１と下部電極１０３とは接し、圧電体１０１の上面Ｓ２と上部電極１０２とは接する。上部電極１０２及び下部電極１０３を被覆する様に、第１の保護膜１０４が形成され、圧電体１０１の側面Ｓ３及び第１の保護膜１０４を被覆する様に、第２の保護膜１０５が形成される。

圧電体１０１は、上部電極１０２及び下部電極１０３より印加される電位に基づき、圧力を発生し、機械的に変位する。圧電体１０１の機械的変位に伴って、振動板３０３が駆動し、加圧液室（インク流路、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある）内のインクが加圧され、液滴吐出ヘッドは、ノズル孔よりインク滴を吐出する。

圧電体１０１は、側面Ｓ３が外側へ凸に湾曲し、下面Ｓ１が上面Ｓ２より広い形状を有する。詳細は後述するが、圧電体１０１を該形状とする際に、等方性エッチングを行う。該エッチングにより、電極形成時のエッチング工程において生成する圧電体の側面Ｓ３に付着する導電性残渣物、及び圧電体形成時のエッチング工程において生成する圧電体の傾斜面に残存するエッチングダメージ層を除去することが可能である。

圧電体１０１は、側面Ｓ３が外側へ凸に湾曲するため、圧電体１０１の側面Ｓ３を被覆する第２の保護膜１０５に欠損が生じ難い。又、圧電体１０１は、第１の保護膜１０４、及び第２の保護膜１０５により被覆されるため、配線及び層間絶縁膜形成時のエッチング工程において、これらの保護膜に欠損が生じ難く、該工程後であっても、圧電体１０１は、第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５により完全に保護される。更に、圧電体１０１は、側面Ｓ３を介して２つの保護膜により被覆されるため、圧電体１０１は、比較的自由に駆動（機械的変位）することができる。

圧電体１０１は、スパッタ法、ゾルゲル法等の溶液塗布法を用いて形成される圧電体層に対して、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を施し、該工程を経て形成される順テーパ形状の圧電体に対して、等方性エッチング工程を施すことで、形成できる。

圧電体１０１の膜厚は、約０．５μｍ〜５μｍであることが好ましく、約１μｍ〜２μｍであることが、より好ましい。この範囲より小さいと圧電体１０１は、十分に変位することができない。この範囲より大きいと工程数が煩雑化し、工程時間が長くなる。

圧電体１０１の比誘電率は、６００以上２０００以下であることが好ましく、２００以上１６００以下であることが、より好ましい。

圧電体１０１の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等を用いることができる。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体である。例えば、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ_０．５３、Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴを使用しても良い。ＰＺＴは、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率によって特性が変化する。

圧電体１０１としてＰＺＴを使用する場合、出発材料に酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を使用しても良い。これらの出発材料を、共通溶媒に溶解させることで、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液を作製する。酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のＰＺＴの組成（ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率）に応じて、当業者が適宜選択できるものである。なお、金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に分解する。そのため、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液に、安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を添加してもよい。

圧電体１０１の材料として、チタン酸バリウム等を用いても構わない。この場合、バリウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体ゾルゲル溶液を作製することが可能である。又、チタン酸バリウムとビスマスペロブスカイトの固溶体等を用いても構わない。

これら材料は一般式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として（Ｐｂ_１−ｘ、Ｂａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ_１−ｘ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、と表され、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合である。このような置換は２価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。

上部電極１０２は、ＩＣチップ等から個別に電位が供給される個別電極となっている。下部電極１０３は、電気的に接地される共通電極となっている。

上部電極１０２及び下部電極１０３の材料としては、低抵抗材料を用いることが好ましく、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）等が挙げられる。

上部電極１０２の膜厚は、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍであることが好ましく、約１２０ｎｍ〜約１６０ｎｍであることが、より好ましい。下部電極１０３の膜厚は、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍであることが好ましく、約１２０ｎｍ〜約１６０ｎｍであることが、より好ましい。

上部電極１０２及び下部電極１０３は、金属膜と酸化物膜とが積層される積層構造を有していても良い。金属膜及び酸化物膜は、スパッタ法や真空蒸着法等の真空成膜法を用いて形成することができる。

この場合、金属材料としては、高い耐熱性を有し、低い反応性を有するルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料等を用いることができる。酸化物材料としては、具体的に、化学式Ｓｒ_（ｘ）Ａ_{（１−ｘ）}Ｒｕ_{（ｙ（１−ｙ））}で記述され、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、 Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、 （ｙ＝０〜０．５）等の材料を用いることができる。又、化学式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、 Ｂ＝Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、を主成分とする複合酸化物があり、ＳｒＲｕＯ_３やＣａＲｕＯ_３、これらの固溶体である（Ｓｒ_１−ｘ Ｃａ_ｘ）Ｏ_３のほか、ＬａＮｉＯ_３やＳｒＣｏＯ_３、更には、これらの固溶体である（Ｌａ， Ｓｒ）（Ｎｉ_１−ｙ Ｃｏ_ｙ）Ｏ_３ （ｙ＝１でも良い）等の材料を用いることができる。又、これら以外の酸化物材料として、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２等も挙げられる。

第１の保護膜１０４は、圧電体１０１の側面Ｓ３を介して隔離し、上部電極１０２及び下部電極１０３を被覆する。第２の保護膜１０５は、連続して第１の保護膜１０４及び圧電体１０１の側面Ｓ３を被覆する。即ち、第１の保護膜１０４の下部電極１０３の被覆箇所と第１の保護膜１０４の上部電極１０２の被覆箇所とが圧電体１０１の側面Ｓ３を介して隔離している。

第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５の材料としては、大気中の水分が透過し難く、緻密な無機材料等を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、成膜工程、及びエッチング工程中における、圧電体１０１へのダメージを防ぐことができる。又、高い保護性能を有する酸化物、窒化物、炭化物、等の材料を用いることが好ましい。例えば、酸化物材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等が挙げられる。酸化物材料を用いることで、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による工程中のダメージを抑制し、膜密度の高い保護膜を形成できる。

第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５の膜厚は、圧電体１０１の保護膜としての機能を、十分に確保できる程度に厚くする必要があり、且つ、圧電体１０１及び振動板の機械的変位を阻害しない程度に薄くする必要がある。このため、膜厚は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍであることが好ましく、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍであることがより好ましい。

本実施の形態に係る圧電体アクチュエータ１００によれば、圧電体１０１の側面が外側へ凸に湾曲するため、該側面を被覆する第２の保護膜１０５に欠損が生じ難い。又、圧電体１０１の側面には、導電性残渣物が付着していないため、電極間に発生するリーク電流を低減できる。又、圧電体１０１の側面には、エッチングダメージ層が残存していないため、圧電体１０１の性能を高められる。従って、信頼性の高い圧電体アクチュエータ１００を実現できる。

［液滴吐出ヘッドの構成］
次に、本実施の形態に係る圧電体アクチュエータ１００を構成部品として用いる液滴吐出ヘッドについて説明する。図３は、液滴吐出ヘッド２００の構成の一例を示す斜視図である。図４は、図３における鎖線Ａ−Ａ矢視断面を反転させた図である。

図３及び図４に示す様に、液滴吐出ヘッド２００は、ノズルカバー２０１、ノズル板２０２、アクチュエータ基板２０３、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）２０４、バッキンプレート２０５、ダンパープレート２０６、フレーム２０７等を含む。アクチュエータ基板２０３は、保護基板３０１、圧電素子３０２、振動板３０３、流路基板３０４、ＩＣチップ３０５等を含む。

圧電素子３０２は、アクチュエータ基板２０３に多数形成され、マトリクス状に配置される。ノズル孔２０８（インク滴２１４を吐出する微細孔）は、ノズル板２０２に多数形成され、各圧電素子（各加圧液室２１０の先端部分）に対応して配置される。ノズル孔２０８の径は、１０μｍ〜３５μｍであることが好ましい。ノズル板２０２の材料としては、例えば、ポリイミド等の樹脂フィルム、Ｎｉ等の金属材料、シリコン等を用いることができる。樹脂フィルムを用いる場合、レーザー加工等の方法により、ノズル孔２０８を形成することができる。又、金属材料を用いる場合、電鋳工法等の方法により、ノズル孔２０８を形成することができる。なお、ノズル板２０２におけるインク吐出面Ｓには、撥水性の表面処理膜を成膜することが好ましい。

図４に示す矢印は、インク２０９の流路を示している。インクジェット記録装置から供給されるインク２０９は、フレーム２０７、ダンパープレート２０６、バッキンプレート２０５、アクチュエータ基板２０３等を経由し、インク供給孔２１３へと流れる。更に、インク２０９は、インク供給部２１２、流体抵抗２１１を経由して、加圧液室２１０へ流入する。加圧液室２１０内に充填されたインク２０９は、圧電体１０１の機械的変位に伴って、ノズル孔２０８から、インク滴２１４として吐出する。

保護基板３０１は、アクチュエータ基板に形成される圧電素子３０２を保護する。保護基板３０１には、インク供給孔２１３が形成される。保護基板３０１は、接着剤等により、圧電素子３０２に固定される。

保護基板３０１は、公知のフォトリソグラフィ工程、及びＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング等のエッチング工程を組み合わせることにより形成できる。例えば、ＩＣＰドライエッチング装置により、Ｆ系ガスを使用して、Ｓｉ基板をエッチングすることで、保護基板３０１を形成できる。

保護基板３０１の材料としては、例えば、Ｓi、ＳｉＯ_２等が挙げられる。保護基板３０１の厚さは、約３００μｍ〜約６００μｍであることが好ましく、約４００μｍであることがより好ましい。

振動板３０３は、圧電体１０１に発生する圧力を加圧液室２１０内のインク２０９に加える。振動板３０３の駆動に依存して、加圧液室２１０内のインク２０９の圧力は制御される。

振動板３０３は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法等の方法により形成できる。振動板３０３の厚さは、約０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、約０．５μｍ〜３．０μｍであることが、より好ましい。なお、振動板３０３の表面に、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、これらの積層膜等を形成し、絶縁処理してもよい。

振動板３０３の材料としては、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ポリシリコン等が挙げられる。又、熱膨張係数を考慮して、適宜、材料を選択しても良い。具体的には、熱膨張係数が１．０×１０^−７[１／Ｋ]〜９．０×１０^−５[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることが好ましく、１．０×１０^−６[１／Ｋ]〜５．０×１０^−５[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることがより好ましい。これらの材料として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が挙げられる。

流路基板３０４は、インク２０９の流路の壁面の一部となっており、流路基板３０４には、ノズル孔２０８に連通する個別の加圧液室２１０、流体抵抗２１１、インク供給部２１２が形成される。

流路基板３０４は、アクチュエータ基板２０３表面に、圧電素子３０２を形成した後に、アクチュエータ基板２０３の裏面を研磨し、研磨面に対して、公知のフォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を施すことにより形成できる。なお、流路基板３０４は、保護基板３０１と同様の方法により形成しても良い。

流路基板３０４の材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ_２等が挙げられる。流路基板３０４の厚さは、約１００μｍであることが好ましい（約１００μｍとなるまで、アクチュエータ基板２０３の裏面を研磨することが好ましい）。

ＩＣチップ３０５は、通電制御のために備えられる。ＩＣチップ３０５は、ＦＰＣ２０４を介して、外部とコンタクトする。ＩＣチップ３０５から出力する電位は、配線を介して上部電極１０２に印加される。下部電極１０３が接地される場合、該電位に基づき、圧電体アクチュエータ１００は、駆動するため、該電位を適宜制御することが好ましい。ＩＣチップ３０５は、例えば、スタッドバンプ方式により、アクチュエータ基板２０３に実装することが可能である。

［圧電素子］
図５は、図３及び図４に示す液滴吐出ヘッド２００に含まれる圧電素子の構成の一例を、詳細に示す断面図である。図５は、図３におけるノズル板２０２及びアクチュエータ基板２０３の鎖線Ｂ−Ｂ矢視断面を反転させた図である。

図５に示す様に、圧電素子３０２は、圧電体アクチュエータ１００、層間絶縁膜１０６、配線１０７、パッシベーション膜１０８を含む。

層間絶縁膜１０６は、配線１０７と下部電極１０３とを電気的に絶縁し、圧電体１０１を保護する。

層間絶縁膜１０６には、配線１０７と上部電極１０２とを電気的に接続するためのコンタクトホール１０９が形成される。コンタクトホール１０９における上部電極１０２と配線１０７との接触抵抗は、１０Ω以下であることが好ましく、５Ω以下であることがより好ましい。

なお、圧電体１０１が駆動しない領域（機械的変位が発生しない領域）において、層間絶縁膜１０６は、ドライエッチング等の方法により除去される。例えば、圧電体１０１の側面Ｓ３に対応して形成される層間絶縁膜１０６は、外側へ凸に湾曲する。このため、層間絶縁膜１０６は、均等に除去され、層間絶縁膜１０６に接する第２の保護膜１０５に欠損は生じない。

層間絶縁膜１０６は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法により形成することができる。電極形成面と電極非形成面との間に生じる段差を考慮した場合、等方的な成膜が可能であるＣＶＤ法を用いることが、より好ましい。

層間絶縁膜１０６の材料としては、酸化物、窒化物、炭化物、又はこれらの複合化合物等を用いることができる。特に、酸化シリコンを用いることが好ましい。層間絶縁膜１０６の膜厚は、約０．３μｍ〜約１．５μｍであることが好ましく、約０．５μｍ〜約１．０μｍであることが、より好ましい。

配線１０７は、コンタクトホール１０９を介して上部電極１０２と電気的に接続し、ＩＣチップ等から出力される電位を上部電極１０２に供給する。

配線１０７は、スパッタ法、スピンコート法等の方法により形成することができる。

配線１０７の材料としては、安価且つ導電性の高い金属材料を用いることが好ましい。具体的には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属や、銀（Ａｇ）を含む合金材料、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金材料等が挙げられる。配線１０７の膜厚は、約０．５μｍ〜約５．０μｍであることが好ましく、約１．０μｍ〜約３．０μｍであることが、より好ましい。なお、膜厚が、薄すぎると配線抵抗が大きくなり、液滴吐出ヘッド２００の吐出信頼性を低下させてしまうため、十分な電流を流すことができる程度に、適宜、膜厚を調整することが好ましい。

パッシベーション膜１０８は、上部電極１０２、下部電極１０３、配線１０７等を被覆し保護する。又、パッシベーション膜１０８は、アクチュエータ基板２０３を、外気より遮断する。なお、パッシベーション膜１０８により、上部電極１０２及び下部電極１０３が保護されるため、電極材料として、安価なＡｌ、Ａｌを主成分とする合金材料等を選択することが可能になる。

パッシベーション膜１０８は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法により形成することができる。

パッシベーション膜１０８の材料としては、透湿性の低い、無機材料又は有機材料を用いることができる。膜厚が薄い場合であっても、十分な配線保護機能を有する無機材料を用いることが、より好ましい。無機材料として、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。特に、Ｓｉ_３Ｎ_４を用いることが好ましい。有機材料として、具体的には、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。

パッシベーション膜１０８の膜厚は、約０．５μｍ〜約３．０μｍであることが好ましく、約０．７μｍ〜約１．５μｍであることが、より好ましい。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、図６乃至図１０を用いて、第１の実施の形態に示す圧電体アクチュエータ１００の製造方法の一例について説明する。

まず、図６（Ａ）に示す様に、下部電極１０３に接する様に圧電体１０１ｋを形成し、圧電体１０１ｋに接する様に上部電極１０２を形成する。

下部電極１０３は、スパッタ法や真空蒸着法等の真空成膜法を用いて形成される導電層に対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施すことにより形成される。

圧電体１０１ｋは、スパッタ法、ゾルゲル法等の溶液塗布法を用いて形成される圧電体層に対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施すことにより形成される。

圧電体１０１ｋを形成する際に行うドライエッチング工程におけるエッチングレートは、圧電体層とレジスト層との、選択比（エッチングしたい層のエッチング速度／エッチングしたくない層のエッチング速度）により定まる。圧電体層のエッチング速度は、レジスト層のエッチング速度と比較して速い。このため、圧電体１０１ｋの側面の形状は、順テーパ形状（下面が上面より広い形状）となる。

なお、圧電体１０１ｋを形成する際に行うドライエッチング工程において、エッチング速度を速くするためにバイアス電圧を印加する。この際、エッチング面に対する垂直方向のエッチングが強くなるため、圧電体１０１ｋの傾斜面に、エッチングダメージ層５０１が、残存してしまう。エッチングダメージ層５０１は、層間絶縁層の絶縁特性を劣化させる、保護膜に欠損を生じさせる、圧電体の性能を低下させる等、圧電体アクチュエータ１００の信頼性を低下させる原因となる。しかし、本実施の形態に係る製造方法によれば、エッチングダメージ層５０１は、後の工程（図６（Ｃ）参照）である等方性エッチング工程により除去されるため、このような不具合を低減させることができる。

上部電極１０２は、下部電極１０３と同様に、スパッタ法や真空蒸着法等の真空成膜法を用いて形成される導電層に対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施すことにより形成される。

下部電極１０３、圧電体１０１ｋ、及び上部電極１０２形成後、図６（Ａ）に示す様に、圧電体１０１ｋの表面（電極非形成面）には、電極形成時のエッチング工程により生成する導電性残渣物５００が、付着する。導電性残渣物５００は、電極間（上部電極１０２と下部電極１０３との間）にリーク電流を生じさせる原因となる。しかし、本実施の形態に係る製造方法によれば、導電性残渣物５００は、後の工程（図６（Ｃ）参照）である等方性エッチング工程により除去されるため、このような不具合を低減させることができる。

次に、図６（Ｂ）に示す様に、保護膜１０４ｋを形成する。保護膜１０４ｋは、例えば、蒸着法、ＡＬＤ法等の方法を用いて、圧電体１０１ｋの表面、上部電極１０２及び下部電極１０３を被覆する様に形成される。

次に、図６（Ｃ）に示す様に、保護膜１０４ｋ及び圧電体１０１ｋに対して、バイアス電圧を印加しない等方性エッチング工程を施す。等方性エッチング工程により、側面が外側へ凸に湾曲する圧電体１０１が形成され、又、圧電体１０１の側面を介して隔離する第１の保護膜１０４が形成される。この工程により、圧電体１０１の電極非形成面に付着する導電性残渣物５００、及び圧電体１０１の傾斜面に残存するエッチングダメージ層５０１が除去される。なお、等方性エッチング工程では、エッチングダメージ層を生成する原因となるバイアス電圧を印加しないため、圧電体１０１ｋに対して等方性エッチング工程を施しても圧電体１０１に新たなエッチングダメージ層が形成されることは無い。

等方性エッチング工程のエッチング条件は、圧電体１０１及び第１の保護膜１０４を形成できる様に、適宜、調整することが好ましい。等方性エッチング工程のエッチング条件としては、例えば、圧力０．５Ｐａ、ＲＦ(Radio Frequency)パワー３００Ｗ、Ａｒ流量３０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍとすることができる。

なお、圧電体１０１ｋ及び保護膜１０４ｋに対して、等方性エッチング工程を施す際、同一のマスク膜を使用することが可能である。従って、専用装置が不要であり、工程を簡略化できる。又、フォトリソグラフィ工程を、省略できるため、低コスト化が図れる。

図８を用いて、図６（Ｃ）に示す等方性エッチング工程について説明する。図８に示す矢印は、擬似的なエッチングの方向を示している。

図８（Ａ）に示す様に、領域α、領域γにおいて、エッチングは、エッチング面に対して、垂直方向に進行する。一方、領域βにおいて、エッチングは、エッチング面に対して、あらゆる方向（例えば、垂直方向、水平方向等）に進行する。つまり、領域α、領域γに形成される保護膜１０４ｋに施されるエッチングの速度は、領域βに形成される保護膜１０４ｋに施されるエッチングの速度と比較して遅くなる。従って、図８（Ｂ）に示す様に、領域βでは、保護膜１０４ｋがエッチングされるだけでなく、圧電体１０１ｋもエッチングされる。これにより、保護膜１０４ｋが隔離する。

更に、領域βでは、保護膜１０４ｋのエッチング速度と圧電体１０１ｋのエッチング速度との差に基づき、圧電体１０１ｋが、エッチングされる。保護膜１０４ｋのエッチング速度は、圧電体１０１ｋのエッチング速度と比較して遅い。従って、図８（Ｂ）に示す様に、領域βでは、側面が外側へ凸に湾曲する圧電体１０１が形成される。

一方、図８（Ｂ）に示す様に、領域α、領域γでは、保護膜１０４ｋのみ、エッチングされる。領域α、領域γにおける保護膜１０４ｋは、エッチングされることにより薄くされ、第１の保護膜１０４が形成される。

この結果、圧電体１０１ｋ及び保護膜１０４ｋから、圧電体１０１及び第１の保護膜１０４が形成される。圧電体１０１は、側面が圧電体１０１の外側へ凸に湾曲し、下面が上面より広くなる（図９参照）。

次に、図７（Ａ）に示す様に、第２の保護膜１０５を形成する。第２の保護膜１０５は、例えば、蒸着法、ＡＬＤ法等の方法を用いて、圧電体１０１の側面、及び第１の保護膜１０４を被覆する様に形成される。

次に、図７（Ｂ）に示す様に、層間絶縁膜１０６ｋを形成する。層間絶縁膜１０６ｋは、例えば、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の方法を用いて、第２の保護膜１０５を被覆する様に形成される。次に、層間絶縁膜１０６ｋを被覆する様に配線層１０７ｋを形成する。配線層１０７ｋは、例えば、スパッタ法等の方法を用いて、層間絶縁膜１０６を被覆する様に形成される。次に、配線層１０７ｋに対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施すことにより、配線１０７を形成する（図７（Ｄ）参照）。

次に、図７（Ｃ）に示す様に、圧電体１０１が駆動する領域に形成される層間絶縁膜１０６ｋに対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施すことにより、層間絶縁膜１０６ｋの一部を除去し、層間絶縁膜１０６を形成する（図７（Ｄ）参照）。

圧電体１０１の側面に対応して形成される層間絶縁膜１０６ｋは、外側へ凸に湾曲する。層間絶縁膜１０６ｋの湾曲面に対してドライエッチング工程を施すと、均等な方向にエッチングが進行する。このため、第２の保護膜１０５に欠損が生じ難い。又、圧電体１０１の側面以外の面に対応して形成される層間絶縁膜１０６ｋに対してドライエッチング工程を施すと、垂直方向にエッチングが進行する。圧電体１０１の側面以外の面には、保護膜が２層（第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５）で形成されるため、積層される保護膜にも欠損が生じ難い。

なお、圧電体１０１が駆動しない領域に形成される層間絶縁膜１０６は、除去する必要がない。従って、この場合は、図７（Ｄ）に示す様に、層間絶縁膜１０６形成後、第１の保護膜１０４、第２の保護膜１０５及び層間絶縁膜１０６に対して、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチング工程を施し、一部を除去することにより、コンタクトホール１０９を形成し、その後、配線１０７を形成すれば良い。

ここで、図１０を用いて第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５について説明する。図１０（Ａ）は、図６（Ｃ）の工程後に対応する断面図及び上面図を模式的に示す図である。図１０（Ｂ）は、図７（Ｃ）の工程後に対応する断面図及び上面図を模式的に示す図である。

図１０（Ａ）に示す上面図より、第１の保護膜１０４は、圧電体１０１の側面Ｓ３を介して隔離し、図１０（Ａ）に示す断面図より、第１の保護膜１０４は、上部電極１０２及び下部電極１０３を被覆することがわかる。つまり、第１の保護膜１０４は、圧電体１０１の側面Ｓ３に形成されず、側面Ｓ３を介して隔離することがわかる。

図１０（Ｂ）に示す上面図より、第２の保護膜１０５は、圧電体１０１全体を連続して被覆し、図１０（Ｂ）に示す断面図より、第２の保護膜１０５は、圧電体１０１の側面Ｓ３、及び第１の保護膜１０４を被覆することがわかる。

第１の保護膜１０４は、圧電体１０１の側面Ｓ３を介して隔離し、第２の保護膜１０５は、圧電体１０１の側面Ｓ３を被覆する。このため、圧電体１０１の駆動は、阻害され難く、圧電体アクチュエータチュータ１００の駆動特性は、向上する。又、第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５という２つの保護膜により、圧電体１０１を被覆することで、製造時の各種エッチング工程において、第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５に生じる欠損を低減できる（圧電体１０１は、完全に第１の保護膜１０４及び第２の保護膜１０５により保護される）。

以上の工程を経ることにより、圧電体アクチュエータ１００が完成する。該工程を経て形成される圧電体アクチュエータ１００は、信頼性が高い。従って、圧電体アクチュエータ１００適用した液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、インクジェット記録装置等の性能を高めることができる。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、液滴吐出ヘッド２００（図３乃至図５参照）を搭載した液体カートリッジ５００の一例について、図１１を用いて説明する。

図１１に示す様に、液体カートリッジ５００は、ノズル５０１、液滴吐出ヘッド２００、液体タンク５０２を含む。

液体カートリッジ５００は、液滴吐出ヘッド２００と液体タンク５０２とが一体化された、一体型の液体カートリッジである。なお、液体カートリッジ５００は、一体型に特に限定されるものではない。

液体タンク５０２は、液滴吐出ヘッド２００へインクを供給する。液体タンク５０２から供給されるインクは、液滴吐出ヘッド２００に備えられるフレーム、ダンパープレート、バッキンプレート、アクチュエータ基板等を経由し、インク供給孔へと流れる。その後、加圧液室へ流入し、加圧液室には、インクが充填される。

アクチュエータ基板に実装されたＩＣチップ等から、圧電体アクチュエータ１００の上部電極に、配線等を経由して電位が供給される。下部電極の電位を、例えばＧＮＤとすると、該電極間に電位差が生じる。該電位差に基づき、圧電体１０１に機械的変位が発生し、加圧液室内のインクに圧力が加わり、液滴吐出ヘッド２００は、ノズル孔から、インクを吐出する。

一体型の液体カートリッジ５００においては、液滴吐出ヘッド２００の性能が、液体カートリッジ５００の性能に直結する。信頼性の高い圧電体アクチュエータ１００を、液滴吐出ヘッド２００に適用することで、液滴吐出ヘッド２００の吐出信頼性を高めることができる。吐出信頼性の高い液滴吐出ヘッド２００を、一体型の液体カートリッジ５００に適用することで、液体カートリッジ５００の性能を高めることができる。従って、高画質、及び高速駆動が可能であり、且つ低コストな液体カートリッジ５００を実現できる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、液滴吐出ヘッド２００（図３乃至図５参照）を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図１２は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図１３は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。

図１２及び図１３を参照するに、インクジェット記録装置４は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した液滴吐出ヘッド２００の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４、インクジェット記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納する。

記録装置本体８１の下方部には、多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット８４（或いは給紙トレイでもよい）を抜き差し自在に装着することができる。又、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド９４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。又、キャリッジ９３は、インクジェット記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド９４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド９４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。

キャリッジ９３は、用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト６００を張装し、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。タイミングベルト６００は、キャリッジ９３に固定されている。

又、インクジェット記録装置４は、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ６０１、フリクションパッド６０２、用紙８３を案内するガイド部材６０３、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ６０４、この搬送ローラ６０４の周面に押し付けられる搬送コロ６０５、搬送ローラ６０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ６０６、を設けている。これにより、給紙カセット８４にセットした用紙８３を、インクジェット記録ヘッド９４の下方側に搬送される。搬送ローラ６０４は副走査モータ６０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

用紙ガイド部材である印写受け部材６０９は、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ６０４から送り出された用紙８３をインクジェット記録ヘッド９４の下方側で案内する。この印写受け部材６０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ６１１、拍車６１２を設けている。更に、用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ６１３及び拍車６１４と、排紙経路を形成するガイド部材６１５、６１６とを配設している。

画像記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。

キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェット記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置６１７を有する。回復装置６１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有する。キャリッジ９３は、印字待機中に回復装置６１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。又、記録途中等に、記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェット記録ヘッド９４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。又、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。更に、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、インクジェット記録装置４においては、上述の製造方法により製造された圧電体アクチュエータ１００を適用した液滴吐出ヘッド２００の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られるため、画像品質を向上できる。又、インクジェット記録装置４は、圧電体アクチュエータ１００を適用することで、高画質、高速での記録を行うことができ、この結果、インクジェット記録装置４全体の消費電力の低減化を図れる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

４ インクジェット記録装置
１００ 圧電体アクチュエータ
１０１ 圧電体
１０２ 第２の電極（上部電極）
１０３ 第１の電極（下部電極）
１０４ 第１の保護膜
１０５ 第２の保護膜
２００ 液滴吐出ヘッド
５００ 液体カートリッジ

特開２００６−２５６０４８号公報

Claims (7)

1. 第１の電極と、
   下面が前記第１の電極に接して形成され、側面が外側へ凸に湾曲し、前記下面が上面より広い圧電体と、
   前記上面に接し、前記第１の電極と対向して形成される第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極を被覆する第１の保護膜と、
   前記第１の保護膜及び前記側面を被覆する第２の保護膜と、を有する圧電体アクチュエータ。
2. 前記第１の保護膜の前記第１の電極の被覆箇所と前記第１の保護膜の前記第２の電極の被覆箇所とが前記側面を介して隔離している、請求項１記載の圧電体アクチュエータ。
3. 請求項１又は２記載の圧電体アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド。
4. 請求項３記載の液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジ。
5. 請求項３記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
6. 基板に接して、第１の電極を形成する工程と、
   下面が前記第１の電極に接し、前記下面が上面より広い圧電体を形成する工程と、
   前記上面に接して、第２の電極を形成する工程と、
   前記第１の電極、前記圧電体、及び前記第２の電極を被覆する第１の保護膜を形成する工程と、
   前記圧電体及び前記第１の保護膜に対して等方性エッチングを施すことにより、前記圧電体の側面を介して隔離する前記第１の保護膜を形成し、前記側面を外側へ凸に湾曲させる等方性エッチング工程と、
   前記側面及び前記第１の保護膜を被覆する第２の保護膜を形成する工程と、を有する圧電体アクチュエータの製造方法。
7. 前記等方性エッチング工程にて前記圧電体の側面の導電性残渣物を除去することを特徴とする請求項６記載の圧電体アクチュエータの製造方法。