(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子の圧電体層の大粒化を防止し、しかも圧電体層のパターニングの際のエッチングストップ層としての機能も有する圧電アクチュエーターの製造方法を提供する。【解決手段】下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を具備する圧電素子３００と、振動板と、を備えた圧電アクチュエーターの製造方法であって、ＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）膜からなるＬＮＯ層５６を振動板５０，５５上に形成する工程と、ＬＮＯ層５６上にエッチングを用いてパターニングし、下電極６０を形成する工程と、ＬＮＯ層５６及び下電極６０上にエッチングを用いてパターニングし、圧電体層７０を形成する工程と、圧電体層７０上にエッチングを用いてパターニングし、上電極８０を形成する工程と、を有する。【選択図】図２
2011171335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子と、振動板と、を備えた圧電アク
チュエーターの製造方法であって、
ＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）膜からなるＬＮＯ層を前記振動板上に形成す
る工程と、
前記ＬＮＯ層上にエッチングを用いてパターニングし、前記第１電極を形成する工程と
、
前記ＬＮＯ層及び前記第１電極上にエッチングを用いてパターニングし、前記圧電体層
を形成する工程と、
前記圧電体層上にエッチングを用いてパターニングし、前記第２電極を形成する工程と
、を有することを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記エッチングはリアクティブ・イオン・エッチングで行うことを特徴とする圧電アク
チュエーターの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載する圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記エッチングは前記ＬＮＯ層をアンダーエッチング状態で残存させるようイオンミリ
ングで行うことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する圧電アクチュエーターの製造方法におい
て、
前記第１電極を個別電極、前記第２電極を共通電極として形成することを特徴とする圧
電アクチュエーターの製造方法。
【請求項５】
第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子と、振動板と、を備えた圧電アク
チュエーターであって、
前記振動板と前記第１電極との間に、ＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）からな
るＬＮＯ層を有することを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項６】
請求項５に記載する圧電アクチュエーターを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド
。
【請求項７】
請求項６に記載する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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエーターの製造方法、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及
び液体噴射装置に関し、特に圧電体層の粒径制御のためのＬＮＯ層を設ける場合に適用し
て有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
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、この振動板を下電極と上電極とを有する圧電素子によ
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知られている。
【０００３】
この種のインクジェット式記録ヘッドの一種として、圧力発生室が形成された流路形成
基板の上面に二酸化シリコンからなる酸化膜及び酸化ジルコニウムからなる弾性膜を形成
し、この弾性膜上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を配設したものがある
。ここで、圧電体層としては  鉛、ジルコニウム及びチタンを含んだ、例えばチタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いたものが汎用されている。
【０００４】
しかしながら、酸化ジルコニウムの弾性膜の上に圧電体層（ＰＺＴ）を成膜すると１μ
ｍを超える粒径を持つ圧電体層が形成されてしまい、圧電アクチュエーターとして駆動さ
せた際に破損の起点となり易いという問題がある。
【０００５】
かかる問題に対する解決策を提案する文献として特許文献１乃至特許文献３が挙げられ
る。特許文献１及び特許文献２には、チタン又は酸化チタンを用いることで、ＰＺＴの粒
径を制御する点が開示されている。特許文献３には、酸化アルミニウム層を弾性板と下部
電極との密着層として用いることで、ＰＺＴの粒径を制御する点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８３９３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２８４３号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示する技術では、一層目のＰＺＴと２層
目のＰＺＴとの間にチタン層を設けた場合、圧電体層の中に誘電体層が形成されることに
なり、結果として圧電体層に印加される実効電圧の低下につながるために圧電特性が劣化
してしまうという新たな問題を生起する。
【０００８】
また、特許文献３に開示する技術では、ヤング率の異なるＰＺＴが隣接することになり
、下部電極の端部での駆動／非駆動による応力集中が増大するという新たな問題を発生す
る。すなわち、ＰＺＴが高い圧電特性を示す理由の一つは、酸化アルミニウムや酸化ジル
コニウムなどの誘電体酸化物よりもヤング率が小さいからである。また、ＰＺＴにおいて
比誘電率は平均粒径の減少とともに低下し、ドメイン構造がなくなると比誘電率が大幅に
減少する事が知られている。つまり、比誘電率の減少は圧電体から単なる誘電体への変化
を示しており、誘電体になるとヤング率が増加してしまう。
【０００９】
さらに、パターンを形成するためにエッチングを行うが、エッチング装置内でプラズマ
状態の分布に違いがあるとエッチングレートの面内分布が起こる。この場合、面内を完全
にエッチングしようとすると場所によっては振動板のオーバーエッチング部分が不可避的
に形成されてしまう。オーバーエッチング部分が形成された場合、振動板の機械的強度が
単純に低下するだけでなく、圧電アクチュエーターとして駆動させた際に、オーバーエッ
チングによる不連続部に応力が集中するために破損の起点となり易いという問題も発生す
る。ちなみに、エッチングストップ層として酸化チタン層を利用することも提案されてい
るが、チタンは熱によって拡散するという性質を有しているので、エッチングストップ層
としては有効且つ安定的に機能し得ない場合があると考えられる。
【００１０】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体
を噴射する液体噴射ヘッドにも存在する。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、圧電素子の圧電体層の大粒化を防止し、しか
も圧電体層のパターニングの際のエッチングストップ層としての機能も有する圧電アクチ
ュエーターの製造方法、圧電アクチュエーター、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の態様は、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電
素子と、振動板と、を備えた圧電アクチュエーターの製造方法であって、ＬａＮｉＯｘ（
ｘ＝２．５乃至２．７５）膜からなるＬＮＯ層を前記振動板上に形成する工程と、前記Ｌ
ＮＯ層上にエッチングを用いてパターニングし、前記第１電極を形成する工程と、前記Ｌ
ＮＯ層及び前記第１電極上にエッチングを用いてパターニングし、前記圧電体層を形成す
る工程と、前記圧電体層上にエッチングを用いてパターニングし、前記第２電極を形成す
る工程と、を有することを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法にある。
【００１３】
本態様によれば、酸素欠陥を有するペロブスカイト構造のＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃
至２．７５）膜であるＬＮＯ層上に圧電体層が形成されるので、圧電体層の結晶成長が促
進される（核形成が多くなる）結果、圧電体層の大粒径化を有効に防止して微少な粒径で
圧電体層を形成することができる。すなわち、破損の起点となるような部位の発生を排除
することができるので、圧電アクチュエーターとしての繰り返し使用に対しても長期に亘
り安定な駆動が保証される。
【００１４】
また、ＬＮＯ層を形成しているＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）膜は実質的に
絶縁膜として機能するので、上述のエッチングによるパターニング工程において除去され
ずに残っていても第１乃至第２電極と他の導電部とが短絡等されることはなく、所定の絶
縁状態が維持される。したがって、エッチングの手法乃至条件が緩和される。すなわち、
例えエッチングレートの面内分布が存在する場合でも振動板にオーバーエッチングになる
部位が形成される以前にエッチングを停止することで機械的強度の脆弱部位が形成される
のを未然に防止する等の手段を容易に講じることができる。この結果、エッチングの手法
乃至条件によらず、振動板の不連続部位を完全に除去することができ、かかる不連続部位
における応力集中に起因する当該圧電アクチュエーターの破損を未然に防止することがで
きる。
【００１５】
ここで、前記エッチングはリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ（Reactive Ion
Etching））で行うのが最適である。この場合には、ＬａＮｉＯｘ膜の成分であるＬａ及
びＮｉのハロゲン化物の沸点が相対的に高温であるため、第１乃至第２電極及び圧電体層
に較べてＬａＮｉＯｘ膜のエッチングレートが遅い。すなわち、当該エッチング処理にお
ける選択比が非常に良好であるため、ＬａＮｉＯｘ膜はエッチングストップ層として機能
し、弾性板のオーバーエッチングを完全に防止し得る。
【００１６】
また、前記エッチングは前記ＬＮＯ層をアンダーエッチング状態で残存させるようイオ
ンミリングで行うこともできる。この場合には、エッチング法として一般的なイオンミリ
ングを適用することができ、簡易且つ迅速に所定のパターニングを行うことができる。こ
こで、ＬａＮｉＯｘ膜は絶縁体であるのでアンダーエッチング状態で残存していても所定
の絶縁状態は良好に維持される。
【００１７】
さらに、前記第１電極を個別電極、前記第２電極を共通電極として形成するのが好適で
ある。この場合には第１電極が共通電極で第２電極が個別電極である場合に較べＬａＮｉ
Ｏｘ膜が絶縁膜であり、エッチングストップ層として機能させることができるという性質
がより有効に活かされる。エッチングストップ層として機能させても必要な絶縁は保持さ
れ、しかも第１電極が個別電極である場合の方が広い領域に絶縁膜を形成しておく必要が
あるからである。つまり、前記第１電極が共通電極、前記第２電極が個別電極の場合より
も、前記第１電極が個別電極、前記第２電極が共通電極の場合のほうが、エッチングされ
る前記第１電極の領域が広くなるためである。
【００１８】
本発明の他の態様は、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子と、振動板
と、を備えた圧電アクチュエーターであって、前記振動板と前記第１電極との間に、Ｌａ
ＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）からなるＬＮＯ層を有することを特徴とする圧電ア
クチュエーターにある。
本態様によれば、圧電体層の粒径の大粒径化が有効に防止され、充分微小な粒径となっ
ているばかりでなく、エッチングによる振動板の不連続部分が除去されているので、圧電
アクチュエーターとして繰り返し駆動させても破損し難く、長期期間に亘る安定した駆動
が保証される。
【００１９】
本発明の他の態様は、上記圧電アクチュエーターを具備することを特徴とする液体噴射
ヘッドにある。
本態様によれば、圧電アクチュエーターの長寿命化に伴い、長期に亘り安定した駆動が
保証される液体噴射ヘッドを実現できる。
【００２０】
本発明の他の態様は、上記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。
本態様によれば、液体噴射ヘッドの長寿命化に伴い、長期に亘り安定した駆動が保証さ
れる液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】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】実施形態に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。
【図４】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態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。
【００２３】
図示するように、流路形成基板１０は、本形態では結晶面方位が（１１０）であるシリ
コン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成される
複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００２４】
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画
され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連
通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部
１５は、後述する保護基板３０のリザーバー部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通
のインク室（液体室）となるリザーバー１００の一部を構成する。
【００２５】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成され
ており、連通部１５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。例えば、インク供給路１３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側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されて
いる。なお、本形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、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。各連通路１４は、圧力
発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部
１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００２６】
なお、流路形成基板１０の材料として、本形態ではシリコン単結晶基板を用いているが
、勿論これに限定されず、例えば、ガラス、セラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよ
い。
【００２７】
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、ステンレス鋼などからなる。
【００２８】
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、上述したように弾性膜５
０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁
体膜５５が形成されている。本形態における絶縁体膜５５は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２
）で形成してある。さらに、この絶縁体膜５５上には、ＬＮＯ層５６として酸素欠損をも
つＬａＮｉＯｘ膜が形成されている。このＬａＮｉＯｘ膜はｘが２．５乃至２．７５であ
り、実質的に絶縁体膜として機能させられる。また、ＬＮＯ層５６は、第１電極である下
電極膜６０乃至第２電極である上電極膜８０及び圧電体層７０のエッチングによるパター
ニングの際のエッチングストップ層となり、絶縁体膜５５に不連続部分が形成されないよ
うにすることができる（この点に関しては後に詳述する）。
【００２９】
さらに、ＬＮＯ層５６上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とが、後述
するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３
００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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧
力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。本形態では下電極膜６０が個別電極
、上電極膜８０が共通電極となる、いわゆる共通上電極構造となっている。
【００３０】
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ーと称する。なお、本形態では、弾性膜５０、絶縁体
膜５５、ＬＮＯ層５６及び下電極膜６０が振動板として作用する。
【００３１】
ここで、本形態に係る圧電素子３００の構造について詳しく説明する。図２（ａ）のＢ
−Ｂ′断面図である図３に示すように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧
力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電
素子３００の個別電極を構成している。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方
向一端部側から周壁上まで延設されている。そして下電極膜６０には、圧力発生室１２の
外側の領域で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極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
。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に
対向する領域内に位置している。
【００３２】
圧電体層７０は、下電極膜６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い
幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、
圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち、圧電体層７０は、圧力発生
室１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている
。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の
端部近傍に位置しており、その外側の領域には下電極膜６０がさらに延設されている。
【００３３】
ここで、ＬＮＯ層５６を構成するＬａＮｉＯｘは圧電体層７０と同様のペロブスカイト
構造であるので、ＬＮＯ層５６の上においても圧電体層７０の結晶成長が促進され５０〜
２００ｎｍ程度の微小粒径の圧電体層７０が形成されている。
【００３４】
上電極膜８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成されるとともに
、圧力発生室１２の長手方向の他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、上電
極膜８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を
覆って設けられている。その分、ＬＮＯ層５６との接触領域も共通下電極構造に較べて広
くなる。
【００３５】
上述の如く圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を
上電極膜８０で覆うことにより圧電体層７０への大気中の水分（湿気）の浸透が実質的に
防止される。したがって、水分（湿気）に起因する圧電素子３００（圧電体層７０）の破
壊を防止することができ、圧電素子３００の耐久性を著しく向上させることができる。
【００３６】
また、圧力発生室１２の長手方向の他端部側の上電極膜８０の端部は、圧力発生室１２
に対向する領域内に位置している。この結果、圧電素子３００の実質的な駆動部が圧力発
生室１２に対向する領域内に設けられている。すなわち、圧力発生室１２内に位置する下
電極膜６０の端部と上電極膜８０の端部との間の部分の圧電素子３００が実質的な駆動部
となっている。このため、圧電素子３００を駆動しても、圧力発生室１２の長手方向両端
部近傍の振動板（弾性膜５０、絶縁体膜５５）には大きな変形が生じることはないため、
この部分の振動板に割れが発生するのを防止することができる。なおこのような構成では
、圧力発生室１２に対向する領域内でも圧電体層７０の表面が若干露出されることになる
が、その面積は極めて狭く、また後述するように上電極膜８０の周縁部と下電極膜６０の
間の距離が大きいため、水分に起因する圧電体層７０の破壊を防止することができる。
【００３７】
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に対向する領域
にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３
０が接着剤３５を介して接合されている。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。また、保
護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１５に対応する領域にリザーバー部３２が設
けられている。このリザーバー部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１５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１０
０を構成している。
【００３８】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバー部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、下電極膜６０及びリード電極９
０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら下電極膜
６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００
を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００３９】
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。
【００４０】
保護基板３０上には、さらに、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からなり、こ
の封止膜４１によってリザーバー部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属
等の硬質の材料で形成される。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。
【００４１】
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、図示しない駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応する
それぞれの圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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。
【００４２】
ここで、本形態においては圧電素子３００の粒径の大粒径化が有効に防止され、充分微
小な粒径となっているばかりでなく、絶縁体膜５５の不連続部分が除去されているので、
繰り返し駆動させても破損し難く、長期期間に亘る安定した駆動が保証される。
【００４３】
以下、本発明の実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法を図１乃至図３に示す
インクジェット式記録ヘッドの製造方法とともに、図４乃至図６を参照して説明する。
【００４４】
図４は図２のＢ−Ｂ′線に沿う方向から見た断面図である。まず、図４（ａ）に示すよ
うに、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板
用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。
【００４５】
そして、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、弾性膜５０とは異
なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５を形成する。本形態では酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ２）を形成した。
【００４６】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上にＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２
．７５）膜でＬＮＯ層５６を形成する。かかるＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）
膜は実質的に絶縁膜として機能する膜で、ＬａＮｉＯ３を成膜した後これを還元して形成
する。還元処理は、１）ＣａＨ２やＮａＨ等の還元剤を用いる、２）水素雰囲気（還元雰
囲気）において、例えば５００℃程度の電気炉で加熱処理を行う、３）所定の減圧条件（
例えば１０−４Ｔｏｒｒ程度）で、加熱処理（例えば５００℃程度）する等の方法により
好適に実施し得る。また、このときの膜厚は５〜２００ｎｍが好適である。
【００４７】
次いで、図４（ｄ）に示すように、ＬＮＯ層５６上の全面に下電極膜６０を形成する。
この下電極膜６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料である
ことが望ましい。このため、下電極膜６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用
いられる。また、下電極膜６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）
などにより形成することができる。
【００４８】
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
形態では、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。なお、圧電体層
７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition
）法、スパッタリング法、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等を用いてもよい。
【００４９】
圧電体層７０の具体的な作成手順を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、下電極
膜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、下電極膜６
０が形成された流路形成基板用ウェハー１１０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）。
【００５０】
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
）。例えば、本実施形態の乾燥工程では、流路形成基板用ウェハー１１０上に塗布された
ゾルを１５０〜１７０℃で３〜３０分保持することで乾燥する。
【００５１】
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）。本形態では、乾燥された圧電体前駆体膜７１を３００〜４００
℃に加熱して約３〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体
前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させ
ることであり、圧電体前駆体膜７１が結晶化しない程度に、すなわち、非晶質の圧電体前
駆体膜７１を形成することを言う。
【００５２】
次に、図５（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
持することにより結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。かかる焼成工程に
おいては、脱脂した圧電体前駆体膜７１を５００〜８００℃に加熱して焼成するのが好ま
しい。
【００５３】
次に、図６（ａ）に示すように、下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段
階で、下電極膜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。
【００５４】
ここで、例えば、下電極膜６０をパターニングした後、１層目の圧電体膜７２を形成す
る場合、フォトリソグラフィー工程・エッチング工程・アッシング工程を行い下電極膜６
０をパターニングするため、下電極膜６０の表面や、表面に設けた図示しないチタン等の
結晶種層などが変質してしまう。そうすると変質した面上に圧電体膜７２を形成しても当
該圧電体膜７２の結晶性が良好なものではなくなり、２層目以降の圧電体膜７２も１層目
の圧電体膜７２の結晶状態に影響して結晶成長するため、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。
【００５５】
これに対し本形態の如く、１層目の圧電体膜７２を形成した後に下電極膜６０と同時に
圧電体膜７２をパターニングすれば、１層目の圧電体膜７２はチタン等の結晶種に比べて
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。
【００５６】
そして、上述した前駆体膜形成工程（塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程）と、焼成工程
とを有する圧電体膜形成工程を２回以上繰り返すことで、図６（ｂ）に示すように、２層
目以降、最上層までの圧電体膜７２を積層する。その後、図７（ａ）に示すように、２層
目以降が積層された圧電体膜７２をパターニングして圧電体層７０を形成する。
【００５７】
次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って上電
極膜８０を形成し、所定形状にパターニングする。具体的には、上電極膜８０は、圧力発
生室１２の並設方向に亘って連続的に設け、且つ圧力発生室１２の長手方向端部よりも外
側まで延設するようにする（図２参照）。
【００５８】
さらに、図示はしないが、流路形成基板用ウェハー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、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５９】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであ
り複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハーを接着剤３５によって接合する。なお、
保護基板３０には、リザーバー部３２、圧電素子保持部３１等が予め形成されている。ま
た、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からな
り、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる
。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さにする。
【００６０】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパター
ニングする。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介して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３
００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成
する。
【００６１】
その後は、保護基板用ウェハー上に図示しない駆動回路を実装すると共に、駆動回路と
リード電極９０とを接続配線によって接続する（図２参照）。そして、流路形成基板用ウ
ェハー１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェ
ハー１１０及び保護基板用ウェハー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ー１１０の保護基板用
ウェハー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、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用
ウェハー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
することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドを製造する。
【００６２】
本形態に係る製造方法における下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０のパター
ニングはＲＩＥを適用するのが最適である。ＲＩＥの場合には、ＬａＮｉＯｘ膜の成分で
あるＬａ及びＮｉのハロゲン化物の沸点が相対的に高温であるため、下電極膜６０、圧電
体層７０及び上電極膜８０に較べてＬａＮｉＯｘ膜のエッチングレートが遅い。すなわち
、当該エッチング処理における選択比が非常に良好であるため、ＬａＮｉＯｘ膜はエッチ
ングストップ層として機能させることができるからである。
【００６３】
この結果、所定のパターニングに際しＲＩＥを適用すれば、圧電体層７０の大粒径化を
防止すべくペロブスカイト構造のＬａＮｉＯｘ膜で形成したＬＮＯ層５６を、同時にエッ
チングストップ層としても機能させることができる。ちなみに、この場合には、本形態の
場合酸化ジルコニウムで形成した絶縁体膜５５がオーバーエッチングされて前記絶縁膜５
５の不連続部位が形成され、この部分が応力集中部となるのを回避し得る。
【００６４】
かかる製造方法によれば、ＬＮＯ層５６がエッチングストップ層となるため絶縁体膜５
５が露出することはなく、したがって圧電体層７０は実質的に絶縁膜として機能するペロ
ブスカイト構造のＬＮＯ層５６上に形成されるので、粒径制御のための中間チタンがない
にもかかわらず、ＬＮＯ層５６上の圧電体層７０は下電極膜６０上と同程度の５０〜２０
０ｎｍ程度の微小粒径のものとして形成される。
【００６５】
上記実施形態において、圧電体層７０はＰＺＴで形成し、上下電極膜８０，６０は白金
、イリジウムで形成する場合を例示的に説明したが、ＲＩＥによりパターニングを行う上
記実施形態と同様の効果を得ることができる圧電体層７０の材料としては鉛系圧電体材料
であるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｎ，
Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、非鉛系圧電体材料であるＢｉＦｅＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｋａ
ＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、（Ｂｉ，Ｋ）ＴｉＯ３、（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３及びこれらの
材料を含む固溶体（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３−Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３や、ＢｉＦｅＯ３
−ＫＮｂＯ３等）を挙げることができる。また、電極材料としてはＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｒｕ，Ｗが好適である。ただし、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｂのように難エッチン
グ金属であっても膜厚を薄く（例えば１０ｎｍ程度）すれば良好に使用し得る。
【００６６】
なお、パターニングを行うためのエッチング法としては、ＬａＮｉＯｘ膜をエッチング
ストップ層として機能させることが可能であるため、ＲＩＥが最適であるが、これに限定
するものではない。物理的エッチング法として汎用されているイオンミリング法も適用し
得る。この場合、ＬａＮｉＯｘ膜の膜厚は、例えば５〜２００ｎｍ程度が望ましい。薄す
ぎると下地の絶縁体膜５５までエッチングされてしまう可能性があるからである。ただ、
上記実施形態におけるＬａＮｉＯｘ（ｘ＝２．５乃至２．７５）膜は絶縁膜であるので、
イオンミリング法によりパターニングを行う場合、ＬＮＯ層５６がアンダーエッチング状
態でエッチングを止めることができ、この場合でも所定のパターニングは可能になる。ア
ンダーエッチング状態でも不都合な短絡状態等を生起することがないからである。
【００６７】
また、上記実施形態では、いわゆる共通上電極構造のものを示したが、これに限るもの
ではない。共通下電極構造のものでも同様に適用できる。ただ、共通上電極構造の場合の
方が共通下電極構造の場合に較べ、ＬａＮｉＯｘ膜が絶縁膜であり、エッチングストップ
層として機能させることができるという性質がより有効に活かされる。エッチングストッ
プ層として機能させても必要な絶縁は保持され、しかも共通上電極構造の場合の方がより
広い領域に絶縁膜を形成しておく必要があるからである。つまり、共通下電極の場合より
も、共通上電極の場合のほうが、エッチングされる下電極の領域が広くなるためである。
なお、共通上電極構造の場合は圧電体層７０のパターニング工程と、上電極膜８０のパタ
ーニング工程とを独立に行うようにしたが、共通下電極構造の場合には圧電体層７０のパ
ターニング工程と、上電極膜８０のパターニング工程とを同時に行っても良い。
【００６８】
上記実施形態においては酸化ジルコニウムで形成した絶縁体膜５５上にＬＮＯ層５６を
形成したが、かかる構成に限定するものではない。絶縁体膜５５の酸化ジルコニウムは鉛
の拡散防止層としても機能させているので、圧電体層７０が鉛系圧電材料で形成されてい
る場合には酸化ジルコニウム膜が必要であるが、圧電体層７０が非鉛系圧電材料で形成さ
れている場合には、弾性膜５０である酸化シリコン膜上に直接ＬＮＯ層５６を形成しても
構わない。この場合には、振動板は弾性膜５０とＬＮＯ層５６とで形成される。
【００６９】
上記実施形態で製造されたインクジェット式記録ヘッドは、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
。
【００７０】
図８に示すインクジェット式記録装置において、インクジェット式記録ヘッドを有する
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２
Ｂ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。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、図８に示す例では、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、それぞ
れ１つのインクジェット式記録ヘッドを有するものとしたが、特にこれに限定されず、例
えば、１つのインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ又は１Ｂが２以上のインクジェッ
ト式記録ヘッドを有するようにしてもよい。もちろん、ヘッドユニット１Ａ、１Ｂという
形式を取らずに、インクジェット式記録ヘッドを直接インクジェット式記録装置に搭載し
てもよい。
【００７３】
また、上述したインクジェット式記録装置では、インクジェット式記録ヘッドを有する
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。
【００７４】
なお、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。
【符号の説明】
【００７５】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁膜、  ５６
ＬＮＯ層、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ３００  圧電
体
【図１】
2011171335.tif 000003
【図２】
2011171335.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011171335.tif 000007
【図６】
2011171335.tif 000008
【図７】
2011171335.tif 000009
【図８】
2011171335.tif 000010