(57)【要約】【課題】基板上に薄膜を良好且つ均一な膜厚に形成することができるスパッタリング方法、スパッタリング装置、圧電素子の製造方法及び圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】  ターゲット４０２に対向して配置された基板１１０の表面に、ターゲット４０２をスパッタリングすることによって薄膜を形成する際、ターゲット４０２の表面と基板１１０の表面との間隔（ＴＳ）が１００ｍｍ以上となるようにする。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに対向して配置された基板の表面に、前記ターゲットをスパッタリングすることによって薄膜を形成する際、前記ターゲットの表面と前記基板の表面との間隔が１００ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項２】
請求項１において、前記薄膜の成膜レートが、１ｎｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記ターゲットの中心に対して偏心した位置に、前記基板を配置することを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記薄膜をマグネトロン方式のスパッタリングによって前記基板の表面に形成することを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかのスパッタリング方法を用いて前記基板の一方面側に下電極膜である前記薄膜を形成する工程と、該下電極膜上に圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記圧電体層を形成する工程の前に、前記下電極膜上に、チタン（Ｔｉ）からなる種チタン層を形成する工程をさらに有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記圧電体層を形成する工程が、前記下電極膜上に強誘電材料を塗布して強誘電体前駆体膜を形成する塗布工程と、該強誘電体前駆体膜を乾燥する乾燥工程と、前記強誘電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程と、前記強誘電体前駆体膜を焼成して強誘電体膜とする焼成工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかの製造方法によって製造された圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
ターゲットが取り付けられたカソードと、該ターゲットに対向するように配置された基板を保持する保持部材とを具備し、これらターゲットと保持部材とが、当該ターゲットの表面と前記保持部材に保持される前記基板の表面との間隔が１００ｍｍ以上となるように配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に金属材料等からなる薄膜を形成するスパッタリング方法、スパッタリング装置、このスパッタリング方法を用いた圧電素子の製造方法及び圧電素子を具備する液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスからなり電気機械変換機能を呈する圧電体層と、この圧電体層を挟む複数の電極とで構成される。
【０００３】
また、このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、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がある。インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板上に、成膜技術により下電極、圧電体層及び上電極を順次積層すると共に、これらの各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ることによって、圧力発生室毎に独立する圧電素子を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
例えば、このような圧電素子を構成する下電極等の薄膜を形成する場合、一般的に、スパッタリング法が用いられている。ここで、スパッタリング法を用いることにより薄膜は比較的容易に形成することはできる。しかしながら、膜厚や膜質等を高精度に制御するのは難しく、例えば、同一基板内であっても膜厚等にばらつきが生じてしまう場合がある。
【０００５】
また、圧電素子の変位特性は、下電極上に形成される圧電体層の結晶性、例えば、結晶粒径、結晶配向等によって決まる部分が大きい。例えば、特許文献１に記載されているように、圧電体層の結晶性は、下電極（下部電極）の上に形成するチタン層の膜厚で、ある程度制御することはできる。しかしながら、圧電体層の結晶性は、このチタン層の膜厚だけでは、圧電体層の結晶性を十分に制御することは難しかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８８２９４号公報（図１１、特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板上に薄膜を良好且つ均一な膜厚に形成することができるスパッタリング方法、スパッタリング装置、圧電素子の製造方法及び圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ターゲットに対向して配置された基板の表面に、前記ターゲットをスパッタリングすることによって薄膜を形成する際、前記ターゲットの表面と前記基板の表面との間隔が１００ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とするスパッタリング方法にある。
かかる第１の態様では、基板の面内方向に亘って薄膜を略均一な厚さで形成することができ、且つその膜質も向上することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記薄膜の成膜レートが、１ｎｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とするスパッタリング方法にある。
かかる第２の態様では、成膜レートを比較的低くすることで、薄膜の膜厚、膜質等をさらに均一化することができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記ターゲットの中心に対して偏心した位置に、前記基板を配置することを特徴とするスパッタリング方法にある。
かかる第３の態様では、薄膜の膜厚、膜質等をさらに均一化することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記薄膜をマグネトロン方式のスパッタリングによって前記基板の表面に形成することを特徴とするスパッタリング方法にある。
かかる第４の態様では、均一な膜厚及び膜質の薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様のスパッタリング方法を用いて前記基板の一方面側に下電極膜である前記薄膜を形成する工程と、該下電極膜上に圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
かかる第５の態様では、下電極膜を均一な膜厚及び膜質で形成することで、下電極膜上に形成する圧電体層の結晶性も向上させることができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記圧電体層を形成する工程の前に、前記下電極膜上に、チタン（Ｔｉ）からなる種チタン層を形成する工程をさらに有することを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる第５の態様では、種チタン層の膜厚を制御することで、より結晶性に優れた圧電体層を形成することができる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、第５又は６の態様において、前記圧電体層を形成する工程が、前記下電極膜上に強誘電材料を塗布して強誘電体前駆体膜を形成する塗布工程と、該強誘電体前駆体膜を乾燥する乾燥工程と、前記強誘電体前駆体膜を脱脂する脱脂工程と、前記強誘電体前駆体膜を焼成して強誘電体膜とする焼成工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる第７の態様では、結晶の配向性、結晶粒径等の結晶性に優れた圧電体層を形成することができる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第５〜７の何れかの態様の製造方法によって製造された圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、圧電素子の変位特性が向上し、液滴を良好に吐出することができる液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１６】
本発明の第９の態様は、ターゲットが取り付けられたカソードと、該ターゲットに対向するように配置された基板を保持する保持部材とを具備し、これらターゲットと保持部材とが、当該ターゲットの表面と前記保持部材に保持される前記基板の表面との間隔が１００ｍｍ以上となるように配置されていることを特徴とするスパッタリング装置にある。
かかる第９の態様では、基板の面内方向に亘って薄膜を略均一な厚さで形成することができ、且つその膜質も向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電素子を具備するインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１８】
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、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４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のリザーバ部３２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。
【００１９】
流路形成基板１０の保護膜１５が形成された面側には、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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍ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又はステンレス鋼などからなる。
【００２０】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜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。何れの場合においても、各圧力発生室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振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００２１】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００２２】
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部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、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述した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１００を構成している。保護基板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、保護基板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内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００２３】
なお、保護基板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した。
【００２４】
さらに、保護基板３０のリザーバ部３２に対応する領域上には、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。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のみで封止されている。
【００２５】
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、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ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ＩＣ２１０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膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００及び振動板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からインクが吐出する。
【００２６】
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、特に、圧電素子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６は、圧力発生室の長手方向の断面を示す図であり、図７は、スパッタリング装置の概略を示す図である。
【００２７】
まず、図３（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を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００２８】
次に、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。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００２９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、この絶縁体膜５５上に、例えば、白金とイリジウムとをスパッタ法により積層形成することにより、薄膜である下電極膜６０を形成する。
【００３０】
ここで、本発明では、下電極膜６０をスパッタリングによって形成する際、スパッタリング装置のターゲットの表面と流路形成基板ウェハ１１０（絶縁体膜５５）の表面との間隔が１００ｍｍ以上となるようにした。例えば、本実施形態に係るスパッタリング装置は、マグネトロン方式のスパッタ装置であり、図７に示すように、ＤＣ電源４０１に接続されると共にターゲット４０２が固定されるマグネトロンカソード４０３と、ターゲット４０２に対向するように設けられて流路形成基板用ウェハ１１０を保持する保持部材４０４とを有する。なお、これらマグネトロンカソード４０３及び保持部材４０４は、図示しない真空チャンバ内に配置されている。
【００３１】
そして、本発明では、ターゲット４０２と保持部材４０４とが、流路形成基板用ウェハ１１０の表面とターゲット４０２の表面との間隔ＴＳが１００ｍｍ以上になるように配置されている。そして、このように流路形成基板用ウェハ１１０の表面とターゲット４０２の表面との間隔ＴＳが１００ｍｍ以上離れた状態でスパッタリングすることにより、流路形成基板用ウェハ１１０の表面、すなわち、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成する。また、このように下電極膜６０を形成する際の成膜レートは、１ｎｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。さらに、膜厚の基板面内分布を均一にさせるために、基板を３０ｒｐｍ程度で回転させることが好ましい。
【００３２】
これにより、均一な膜厚の下電極膜６０を形成することができ、膜質も向上することができる。さらに、このように下電極膜６０の膜厚の均一性、膜質等が向上することで、詳しくは後述するが、この下電極膜６０上に形成される圧電体層７０の膜質、例えば、結晶粒径、結晶の配向性も良好に制御することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ターゲット４０２は、流路形成基板用ウェハ１１０の中心から偏心した位置に設けられており、これにより下電極膜６０の膜厚等をより均一にすることができる。勿論、ターゲット４０２は、流路形成基板用ウェハ１１０の中心に一致する位置に設けられていてもよい。
【００３４】
次に、図３（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン（Ｔｉ）を、例えば、スパッタ法により塗布して所定の厚さの種チタン層６５を形成する。種チタン層６５は、下部電極６０上に連続して積層するのが好ましい。なお、この種チタン層６５は、後述する工程で形成する圧電体層７０の結晶の核となるものであり、圧電体層７０の結晶粒径及び結晶配向は、この種チタン層６５の厚さによって変化する。圧電体層７０の結晶粒径は、例えば、２００ｎｍ以下と比較的小さいことが望ましい。そして、このような結晶粒径の圧電体層７０を得るためには、およそ２ｎｍ以上の厚さで種チタン層６５を形成しておく必要がある。
【００３５】
次に、このように形成した種チタン層６５上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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。
【００３６】
なお、圧電体層７０の製造方法としては、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。また、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又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が、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００３７】
この圧電体層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、種チタン層６５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、流路形成基板用ウェハ１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、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、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を離脱させることである。
【００３８】
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、本実施形態では、２回繰り返すことで、図４（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜７１を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜７２を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜７１を焼成することで種チタン層６５を核として結晶が成長して圧電体膜７２が形成される。例えば、本実施形態では、約７００℃で３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した。なお、このように形成した圧電体膜７２の結晶は（１００）面に優先配向する。また、このように下電極膜６０上に圧電体膜７２を形成した後、圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングする。なお、本実施形態では、２層の圧電体前駆体膜７１からなる圧電体膜７２を形成後に、これら圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングするようにしたが、１層の圧電体前駆体膜からなる圧電体膜を形成して、圧電体膜及び下電極膜をパターニングするようにしてもよい。
【００３９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、パターニングされた圧電体膜７２及び絶縁体膜５５上に亘って、再び、種チタン層６５Ａを形成後、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図４（ｄ）に示すように、複数層、本実施形態では、５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。例えば、ゾルの塗布１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、圧電体層７０全体の膜厚は約１μｍとなる。
【００４０】
そして、本発明では、上述したように流路形成基板用ウェハ１１０とターゲット４０２との間隔（ＴＳ）を１００ｍｍ以上とした状態でスパッタリングすることにより下電極膜６０を形成するようにしたので、下電極膜６０上に形成する種チタン層の膜厚を制御することで、良好な結晶性、すなわち、結晶粒径が比較的小さく且つ結晶が（１００）面に良好に配向した圧電体層７０を形成することができる。
【００４１】
（試験例）
ここで、流路形成基板用ウェハの表面とターゲットの表面との間隔（ＴＳ）を下記表１のように変化させて下電極膜を形成し、この下電極膜上に膜厚の異なる種チタン層を介して圧電体層を一定条件で形成した実施例１，２及び比較例の複数のサンプルを作成した。なお、下電極膜の成膜レートは、実施例１及び実施例２のサンプルの場合、約０．１〜０．２ｎｍ／ｓｅｃ程度であり、実施例のサンプルの場合、約２〜３ｎｍ／ｓｅｃであった。
【００４２】
【表１】
2006144090.tif 000003
【００４３】
そして、これらの各実施例１，２及び比較例のサンプルについて、種チタン層の厚さと圧電体層の（１００）強度及び（１００）配向度との関係について調べた。その結果を図８に示す。なお、ここで言う「配向度」とは、Ｘ線回折広角法によって圧電体層を測定した際に生じる回折強度の比率をいう。具体的には、圧電体層をＸ線回折広角法により測定すると、（１００）面を含む複数の結晶面に相当する回折強度のピークが発生する。そして、「（１００）配向度」とは、これら各面に相当するピーク強度の和に対する（１００）面に相当するピーク強度の比率を意味する。
【００４４】
図８に示すように、流路形成基板用ウェハとターゲットとの間隔（ＴＳ）を１００ｍｍ以上として下電極膜を形成した実施例１及び２のサンプルは何れも、圧電体層の（１００）強度及び（１００）配向度のピークが、種チタン層の厚さがおよそ４〜５ｎｍの位置に発生していた。また、圧電体層の（１００）強度のピーク値は、実施例１のサンプルと実施例２のサンプルとで若干の差があるものの、何れも十分高い値を示していた。また、圧電体層の（１００）配向度のピーク値は、実施例１及び２のサンプルの何れにおいても８５〜９０％と極めて高い値を示していた。すなわち、実施例１及び２では、種チタン層の膜厚を制御することで、結晶が良好に配向し且つ結晶粒径も極めて小さい圧電体層が得られることが分かった。
【００４５】
一方、流路形成基板用ウェハとターゲットとの間隔（ＴＳ）を１００ｍｍ以下として下電極膜を成膜した比較例のサンプルでは、圧電体層の（１００）強度及び（１００）配向強度のピーク値は、実施例１及び２のサンプルと同等、若しくはそれ以上であった。すなわち、比較例のサンプルでも、種チタン層の厚さを比較的薄く制御することで、圧電体層の結晶を良好に配向させることができる。しかしながら、圧電体層の（１００）強度及び（１００）配向強度のピークは、実施例１及び２のサンプルとは異なり、種チタン層の厚さが１ｎｍ以下の位置に発生していた。上述したように圧電体層の結晶粒径は２００ｎｍ以下と比較的小さいことが望ましく、そのためには２ｎｍ以上の厚さで種チタン層を形成しておく必要がある。すなわち、比較例では、種チタン層の厚さを比較的薄く制御することで、圧電体層の結晶を良好に配向させることはできるものの、そのときの結晶粒径は、２００ｎｍよりも大幅に大きくなってしまうことが分かった。
【００４６】
このような結果から明らかなように、流路形成基板用ウェハとターゲットとの間隔（ＴＳ）を１００ｍｍ以上として下電極膜を形成することで、その上に形成される圧電体層の結晶を良好に配向させることができ且つ結晶粒径も２００ｎｍ以下と極めて小さくすることができる。すなわち、本発明のスパッタリング方法により下電極膜を形成することで、圧電特性に優れた圧電体層を形成することができる。これは、ＴＳが小さい場合、白金やイリジウムなどの高融点材料が成膜時にターゲット近傍のプラズマの影響を受け、種チタン層が圧電体層の結晶化に与える作用が異なると考えられる。
【００４７】
なお、このように圧電体層７０を形成した後は、図５（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜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。
【００４８】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（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マスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００４９】
次に、図５（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保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５０】
次いで、図６（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、さらにフッ化硝酸等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。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図６（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、このマスク膜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６（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、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００５１】
なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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の保護基板用ウェハ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、保護基板用ウェハ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。
【００５２】
以上、圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを例示して本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。勿論、本発明のスパッタリング方法及びスパッタリング装置は、圧電素子の製造だけでなく、あらゆる薄膜の製造に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概略を示す図である。
【図８】種チタン層の厚さと圧電体層の結晶配向との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  １１０  流路形成基板用ウェハ、  １３０  保護基板用ウェハ、  ３００  圧電素子、  ４０２  ターゲット、  ４０４  保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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