(57)【要約】【課題】電気機械変換素子上に保護膜を形成した後の工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合に、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜がオーバーエッチングされることによる電気機械変換膜の損傷を防止することができる電気機械変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板１４又は下地膜上に共通電極１６１を形成するステップと、共通電極１６２上に圧電膜１６２を形成するステップと、圧電膜１６２上に個別電極１６３を形成するステップと、個別電極１６３の上面と圧電膜１６２及び個別電極１６３の側壁面とを保護するように第１の絶縁保護膜１７を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、第１の絶縁保護膜１７のうち圧電膜１６２及び個別電極１６３の側壁面を保護している部分に第２の絶縁保護膜１８を選択的に形成するステップを、更に含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又は下地膜上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に電気機械変換膜を形成するステップと、
前記電気機械変換膜上に第２の電極とを形成するステップと、
前記第２の電極の上面と前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面とを保護するように第１の保護膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、
前記第１の保護膜のうち前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面を保護している部分に第２の保護膜を選択的に形成するステップを、更に含むことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜を層間膜として形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜はＳｉＯ２からなる膜であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜の膜厚は１０［ｎｍ］以上及び５００［ｎｍ］以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜をＡＬＤ（原子層堆積）法により形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜はＡｌ２Ｏ３からなる膜であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜の膜厚は３０［ｎｍ］以上及び８０［ｎｍ］以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記基板又は前記下地膜の表面と前記第１の保護膜の側面とのなす角度が、該基板又は該下地膜の表面と前記電気機械変換膜の側面とのなす角度よりも小さいことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの電気機械交換素子の製造方法により製造された電気機械交換素子。
【請求項１０】
液滴を吐出するノズルと、該ノズルが連通する加圧室と、該加圧室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧力発生手段は、前記加圧室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板上に設けられた請求項９の電気機械変換素子と、を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の上に配置された前記電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜が、前記加圧室を形成する壁の位置よりも内側になるように配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
インク滴吐出装置として請求項１０又は１１の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子の製造方法、電気機械変換素子、その電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、及び、その液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成用の液体であるインクからなる液滴を記録媒体に向けて吐出する液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置が知られている。この液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、液室、吐出室、液室等とも称される。）と、加圧室内のインクに圧力を発生させる圧力発生手段とを備えている。この圧力発生手段として、加圧室の壁部に設けられ、圧電体からなる電気機械変換膜を、下部電極（第１の電極）と上部電極（第２の電極）とで挟んだ構造を有し、それらの電極間に印加される駆動電圧により変形可能な電気機械変換素子が知られている。
【０００３】
特許文献１には、下部電極と電気機械変換膜（圧電体膜）と上部電極とを有する電気機械変換素子（圧電素子）を形成した後、その電気機械変換素子の少なくとも側壁面を覆うように酸化アルミニウムや酸化シリコンからなる保護膜を形成する製造方法が開示されている。この特許文献１の製造方法では、後工程で水素や酸素等の気体雰囲気中や薬液中に置かれた場合に、電気機械変換膜の側壁面を保護膜で保護できるため、上記気体雰囲気による電気機械変換膜の結晶の損傷を防止できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の製造方法で電気機械変換素子上に保護膜を形成した後の後工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合、次のような課題がある。すなわち、後工程としてレジストパターンを形成するとき、電気機械変換素子の上面に対するテーパー角度が大きい側壁面のレジスト膜の厚さが薄くなりやすい。そのため、そのレジスト膜のエッチング耐性が低下し、電気機械変換膜の側壁面に残しておきたい保護膜がエッチングされてなくなってしまうオーバーエッチングが発生するおそれがある。このように保護膜がエッチングされてしまうと、上記後工程における気体雰囲気による電気機械変換膜の結晶の損傷が発生するおそれがある。
また、上記電気機械変換素子に保護膜を作成する場合、その保護膜の膜厚が厚くなっていくと電気機械変換素子の変形量が低下していく傾向がある。特に、電気機械変換素子の上面部分に形成される保護膜の膜厚が厚いと電気機械変換素子の変形量が低下しやすい。そのため、保護膜の形成にあたっては電気機械変換素子の第２の電極の上面部分に形成される保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制したいという要請がある。
【０００５】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制するとともに、電気機械変換素子上に保護膜を形成した後の工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合に、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜がオーバーエッチングされることによる電気機械変換膜の損傷を防止することができる電気機械変換素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板又は下地膜上に第１の電極を形成するステップと、前記第１の電極上に電気機械変換膜を形成するステップと、前記電気機械変換膜上に第２の電極とを形成するステップと、前記第２の電極の上面と前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面とを保護するように第１の保護膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、前記第１の保護膜のうち前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面を保護している部分に第２の保護膜を選択的に形成するステップを、更に含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制するとともに、電気機械変換素子を形成した後の工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合に、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜がオーバーエッチングされることによる電気機械変換膜の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部の概略構成を示す上面図及び断面図。
【図２】同液滴吐出部における基板上の振動板及び圧電素子の層構造の一例を示す断面図。
【図３】液滴吐出部の製造プロセスの一例を説明するためのフローチャート。
【図４】圧電膜がＨ２雰囲気の還元作用によってダメージを受けている状態を説明するための断面図。
【図５】圧電膜の薬液による膜浮きを説明するための断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部の概略構成を示す上面図及び断面図。
【図７】サンプルＡの断面のＳＥＭ像を示す図。
【図８】サンプルＡについて加熱処理の前後に測定した圧電素子の電界強度Ｅと分極量Ｐとの関係を示す特性のヒステリシスループ曲線を示すグラフ。
【図９】サンプルＢについて加熱処理の前後に測定した圧電素子の電界強度Ｅと分極量Ｐとの関係を示す特性のヒステリシスループ曲線を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成の一例を示す断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す斜視図。
【図１２】同画像形成装置の機構部の側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部１０の概略構成を示す構成例を示す概略構成図である。図１（ａ）は液滴吐出部１０の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ’断面図である。また、図２は、液滴吐出部１０における液室基板上の振動板及び圧電素子の層構造の一例を示す断面図であり、図１（ａ）中の矢視Ａ−Ａ’と直交する方向の断面図である。
【００１０】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、液滴吐出部１０は、インクなどの液体の液滴を吐出するノズル１１を有するノズル基板１２と、ノズル１１に連通し液体を収容した液室１３が形成された液室基板１４とを備えている。更に、液室基板（以下、単に「基板」という。）１４上には、振動板１５と、振動板１５を介して液室１３内の液体を加圧するための電気機械変換素子としての圧電素子１６が設けられている。また、圧電素子１６を覆うように第１の保護膜としての第１の絶縁保護膜１７、第２の絶縁保護膜１８、第３の絶縁保護膜１９及びサブフレーム２０が設けられている。
【００１１】
圧電素子１６は、基板１４側の第１の電極としての下部電極である共通電極１６１と、電気機械変換膜としてのＰＺＴなどからなる圧電膜１６２と、圧電膜１６２の基板１４側とは反対側の第２の電極としての上部電極である個別電極１６３とが積層されている。共通電極１６１は、第１の絶縁保護膜１７に形成されたコンタクトホール（不図示）により配線２１に接続されており、この配線２１を介して外部接続用の第１の端子電極としての共通電極用のパッド電極（不図示）に接続されている。また、個別電極１６３は、第２の絶縁保護膜１８に形成されたコンタクトホール１８ａにより配線２２に接続されており、この配線２２を介して外部接続用の第２の端子電極としての個別電極用のパッド電極（不図示）に接続されている。
【００１２】
上記構成の液滴吐出部１０において、共通電極用のパッド電極と配線２１及び個別電極用のパッド電極と配線２２を介してそれぞれ圧電素子１６の共通電極１６１と個別電極１６３との間に所定の周波数及び振幅の駆動電圧が印加される。この駆動電圧が印加された圧電素子１６が、基板１４と圧電素子１６との間にある振動板１５を変形させるように振動し、その振動板１５の変形により液室１３内の液体が加圧され、ノズル１１から液滴を吐出させることができる。
【００１３】
次に、液滴吐出ヘッドを構成する構成要素である各部及び部材などの材料及び工法について、より具体的に説明する。
【００１４】
〔基板〕
基板１４としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００［μｍ］以上６００［μｍ］以下の範囲の厚みを持つことが好ましい。面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）、（１１１）が広く使用されており、本構成例においては、主に（１００）の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。また、図１に示すような液室（圧力室）１３を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していく。この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本構成例としては（１１０）の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ２もエッチングされてしまうため、この点も留意して利用することが好ましい。
【００１５】
〔振動板〕
図１に示すように電気機械変換素子としての圧電素子１６によって発生した力を受けて、その下地の振動板１５が変形して、液室（圧力室）１３のインクなどの液体の液滴を吐出させる。そのため、振動板１５としては所定の強度を有したものであることが好ましい。材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などを例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法により作製したものが挙げられる。さらに図１に示すような共通電極（下部電極）１６１及び圧電膜１６２の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、圧電膜１６２としては、一般的に材料としてＰＺＴが使用される場合が多い。従って、振動板１５の材料は、ＰＺＴの線膨張係数８×１０−６（１／Ｋ）に近い５×１０−６（１／Ｋ）以上１０×１０−６（１／Ｋ）以下の範囲の線膨張係数を有した材料が好ましい。さらには７×１０−６（１／Ｋ）以上９×１０−６（１／Ｋ）以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。具体的な材料としては、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。これらの材料を、例えばスパッタ法又はゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては０．１［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲が好ましく、０．５［μｍ］以上３［μｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと、図１に示すような液室（圧力室）１３の加工が難しくなる。また、上記範囲より大きいと振動板１５が変形しにくくなり、インク滴などの液滴の吐出が不安定になる。
【００１６】
［共通電極（第１の電極）］
共通電極（第１の電極）１６１としては、金属もしくは金属と酸化物からなっていることが好ましい。ここで、どちらの材料も振動板１５と共通電極１６１を構成する金属膜との間に密着層を入れて剥がれ等を抑制するように工夫している。以下に密着層含めて金属電極膜及び酸化物電極膜の詳細について記載する。
【００１７】
［密着層］
密着層は、例えば次のように形成する。Ｔｉをスパッタ成膜後、成膜したチタン膜をＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて熱酸化して酸化チタン膜にする。熱酸化の条件は、例えば、６５０［℃］以上８００［℃］以下の範囲の温度、１［分］以上３０［分］以下の範囲の処理時間、及びＯ２雰囲気である。酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいがチタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる作製では、シリコン基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方がチタン酸化膜の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いＲＴＡによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。また、Ｔｉ以外の材料としては、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ等の材料を用いることもできる。密着層の膜厚としては、１０［ｎｍ］以上５０［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、１５［ｎｍ］以上３０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念がある。また、この範囲以上になってくると、下部電極の表面粗さが大きくなり圧電膜との密着性が低下し、圧電膜の結晶性に悪影響を及ぼしインク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生する。
【００１８】
〔金属電極膜〕
金属電極膜の金属材料としては、従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これらの合金膜も挙げられる。また、白金を使用する場合には下地（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、前述の密着層を先に積層することが好ましい。作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。膜厚としては、８０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、１００［ｎｍ］以上１５０［ｎｍ］以下の範囲がより好ましい。この範囲より薄い場合においては、共通電極１６１として十分な電流を供給することができなくなり、液滴の吐出をする際に不具合が発生する。さらに、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる。また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、その上に作製する酸化物電極膜やＰＺＴの表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生する。
【００１９】
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料としてはＴｉを用いることが好ましい。成膜方法についてはスパッタ法により作製される。酸化方法としては密着層と同様にＲＴＡ装置を用いて、例えば、６５０［℃］以上８００［℃］以下の範囲の温度、１［分］以上３０［分］以下の範囲の処理時間、及びＯ２雰囲気で酸化処理を行う。その理由も密着層の項で述べたものと同様である。成膜されるＴｉＯＸ膜厚としては、３［ｎｍ］以上１５［ｎｍ］以下の範囲が好ましい。またスパッタ成膜材料として、上記Ｔｉ以外にもＴｉ／Ｉｒ、ＰｂＯ／ＴｉＯＸ、ＬＮＯなどが好ましい。
【００２０】
〔圧電膜（電気機械変換膜）〕
圧電膜１６２の材料としては、ＰＺＴを主に使用した。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般ＰＺＴ（５３／４７）と示される。ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、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溶液を作製することも可能である。これら材料は一般式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、  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（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、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。
【００２１】
圧電膜１６２の作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。ＰＺＴをゾルゲル法により作製した場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ることで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体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などの安定化剤を適量、添加してもよい。
【００２２】
基板１４の全面に圧電膜（ＰＺＴ膜）１６２を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
【００２３】
圧電膜１６２の膜厚としては０．５［μｍ］以上５［μｍ］以下の範囲が好ましく、１［μｍ］以上２［μｍ］以下の範囲がより好ましい。この範囲より小さいと十分な変形（変位）を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。
また、圧電膜１６２の比誘電率としては６００以上２０００以下の範囲になっていることが好ましく、さらに１２００以上１６００以下の範囲になっていることが好ましい。このとき、この範囲よりも小さいときには十分な変形（変位）特性が得られず、この範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する。
【００２４】
〔個別電極（第２の電極）〕
個別電極（第２の電極）１６３としては、金属もしくは酸化物と金属からなっていることが好ましい。以下に酸化物電極膜及び金属電極膜の詳細について記載する。
【００２５】
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料としては、ＳｒＲｕＯ３（以下、適宜「ＳＲＯ」と略す。）を用いることが好ましい。ＳｒＲｕＯ３以外にも、Ｓｒｘ（Ａ）（１−ｘ）Ｒｕｙ（１−ｙ）、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、ｘ、ｙ＝０〜０．５で記述されるような材料も挙げられる。酸化物電極膜は例えばスパッタ法等の成膜方法により作製することができる。酸化物電極膜（ＳＲＯ膜）の膜厚としては、２０［ｎｍ］以上８０［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、４０［ｎｍ］以上６０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変形（変位）や変形（変位）の劣化特性については十分な特性が得られない。また、この範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜（ＰＺＴ膜）の絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。
【００２６】
〔金属電極膜〕
金属電極膜の材料等については、前述の共通電極（第１の電極）１６１で使用した金属電極膜について記載したものと同様なものを挙げることができる。金属電極膜の膜厚としては３０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、５０［ｎｍ］以上１２０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、個別電極１６３として十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出する際に不具合が発生する。また、上記範囲より厚いと、白金族元素の高価な材料を使用する場合にコストアップとなる。また、白金を材料とした場合に膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、絶縁保護膜を介して配線などを作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生しやすくなる。
【００２７】
〔第１の絶縁保護膜〕
成膜・エッチングの工程による圧電素子へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要があるため、第１の絶縁保護膜１７の材料は緻密な無機材料とする必要がある。また、第１の絶縁保護膜１７として有機材料を用いる場合は、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるため、適さない。第１の絶縁保護膜１７を厚い膜とした場合、振動板１５の振動を著しく阻害してしまうため、吐出性能の低い液滴吐出ヘッドになってしまう。薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物，窒化物，炭化膜を用いるのが好ましいが、第１の絶縁保護膜１７の下地となる電極材料、圧電体材料及び振動板材料と密着性が高い材料を選定する必要がある。また、第１の絶縁保護膜１７の成膜法も、圧電素子１６を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマＣＶＤ法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。第１の絶縁保護膜１７の好ましい成膜方法としては、蒸着法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積）法などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いＡＬＤ法が好ましい。好ましい材料としては、Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，ＴｉＯ２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。特にＡＬＤ法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制することができる。
【００２８】
第１の絶縁保護膜１７の膜厚は、圧電素子１６の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板１５の変形（変位）を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。第１の絶縁保護膜１７の膜厚は、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲が好ましい。１００［ｎｍ］より厚い場合は、振動板１５の変形（変位）量が低下するため、吐出効率の低い液滴吐出ヘッドとなる。一方、２０［ｎｍ］より薄い場合は、圧電素子１６の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子１６の性能が前述の通り低下してしまう。
【００２９】
〔第２の絶縁保護膜〕
第２の絶縁保護膜１８としては、任意の酸化物，窒化物，炭化物又はこれらの複合化合物を用いることができ、また、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２を用いることもできる。第２の絶縁保護膜１８の成膜は任意の手法を用いることができ、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等が例示できる。電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるＣＶＤ法を用いることが好ましい。第２の絶縁保護膜１８の膜厚は共通電極（下部電極）１６１と個別電極の配線２１との間に印加される電圧で絶縁破壊されない膜厚とする必要がある。すなわち第１の絶縁保護膜１８に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらに、第２の絶縁保護膜１８の下地の表面性やピンホール等を考慮すると、第２の絶縁保護膜１８の膜厚は２００［ｎｍ］以上必要であり、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。
【００３０】
〔配線、パッド電極〕
配線２１、２２及びパッド電極（不図示）の材料は、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかから成る金属電極材料であることが好ましい。これらの電極の作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。膜厚としては、０．１［μｍ］以上２０［μｍ］以下の範囲が好ましく、０．２［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができなくなりヘッド吐出が不安定になる。一方、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。また、共通電極１６１及び個別電極１６３に接続されるコンタクトホール部（例えば１０［μｍ］×１０［μｍ］）での接触抵抗としては、共通電極１６１に対して１０［Ω］以下、個別電極１６３に対して１［Ω］以下が好ましい。さらに好ましくは、共通電極１６１に対して５［Ω］以下、個別電極１６３に対して０．５［Ω］以下である。この範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出をする際に不具合が発生する。
【００３１】
〔第３の絶縁保護膜〕
第３の絶縁保護膜１９としての機能は、共通電極用の第１の配線２１や個別電極用の第２の配線２２の保護層としての機能を有するパシベーション層である。前述の図１に示したように、個別電極１６３の引き出し部（不図示）と共通電極１６１の引き出し部（コンタクトホール１８ａ）とを除き、個別電極１６３及び共通電極１６１を被覆する。これにより、電極材料に安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高い液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）とすることができる。第３の絶縁保護膜１９の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。ただし、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、パターニングに適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料とすることが好ましい。特に、Ａｌ配線上にＳｉ３Ｎ４を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であるため好ましい。また、膜厚は２００［ｎｍ］以上とすることが好ましく、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。膜厚が薄い場合は十分なパシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、インクジェットの信頼性を低下させてしまう。
【００３２】
また、圧電素子１６上とその周囲の振動板１５上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第１の絶縁保護膜１７の個別液室に対応した領域を薄くしていることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）とすることが可能になる。第１，第２の絶縁保護膜１７，１８で圧電素子１６が保護されているため、第３の絶縁保護膜１９の開口部の形成には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることができる。また、図示しないパッド電極の面積については、５０×５０［μｍ２］以上になっていることが好ましく、さらに１００×３００［μｍ２］以上になっていることが好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなり、連続駆動後の変形（変位）劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する。
【００３３】
次に、液滴吐出部１０のより具体的な製造方法の一例について説明する。
図３は、液滴吐出部の製造プロセスの一例を説明するためのフローチャートである。
【００３４】
まず、基板１４上に、振動板１５を形成する（ステップＳ１）。基板１４としては、例えば６２５［μｍ］厚のシリコンウェハが用いられる。この基板１４上に、振動板１５が、熱酸化膜や、例えばＣＶＤ法によって形成されるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの所望の構成にて形成されている。
【００３５】
次に、振動板１５上に圧電素子１６を形成する。圧電素子１６は、共通電極１６１である下部電極の成膜（ステップＳ２）、圧電膜１６２であるＰＺＴ膜の成膜（ステップＳ３）、個別電極１６３である上部電極の成膜（ステップＳ４）の順に形成される。
【００３６】
上記ステップＳ２の下部電極の成膜は、具体的にはまず、密着膜として、チタン膜（膜厚３０［ｎｍ］）をスパッタ装置にて成膜した後にＲＴＡを用いて７５０［℃］にて熱酸化した。そして、引き続き金属膜として白金膜（膜厚１００［ｎｍ］）、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚６０［ｎｍ］)をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については５５０［℃］にて成膜を実施した。
【００３７】
上記ステップＳ３では、ゾルゲル法によってＰＺＴ膜が所望の厚みに成膜される。
【００３８】
上記ステップＳ４の上部電極の成膜は、具体的には、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚４０［ｎｍ］)を、金属膜としてＰｔ膜（膜厚１２５［ｎｍ］）を、それぞれスパッタ成膜した。
【００３９】
その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した。その後、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合方式）エッチング装置（サムコ株式会社製）を用いてＰＺＴ膜、上部電極をエッチングにより個別化し、パターンを作製した（ステップＳ５）。これにより、上部電極は個別電極として機能し、下部電極は、個別化されたＰＺＴ膜及び上部電極に対して共通電極として機能する。
【００４０】
次に、第１の絶縁保護膜１７として、ＡＬＤ法によりＡｌ２Ｏ３膜を成膜した（ステップＳ６）。この第１の絶縁保護膜１７は、水素等のプロセスダメージから圧電素子１６を保護するバリア層として機能する。第１の絶縁保護膜１７（バリア層）としてＡＬＤ法により成膜したＡｌ２Ｏ３を用いることにより、透湿性の低い良質なバリア層を得ることができる。
【００４１】
また、バリア層として機能する第１の絶縁保護膜１７の膜厚は、３０［ｎｍ］以上、８０［ｎｍ］以下の範囲であることが好ましい。これにより、第１の絶縁保護膜１７がバリア層として十分なバリア性を有しつつ、圧電素子１６のアクチュエータとしての機能を維持することができる。
【００４２】
また、基板１４表面と第１の絶縁保護膜１７（バリア層）の側壁とのなす角度であるテーパ角は、基板１４表面と圧電素子１６の側壁面とのなすテーパ角よりも小さいことが望ましい。これにより、圧電素子１６の端部における応力の集中が緩和され、長寿命化を図ることができ、信頼性が向上する。
【００４３】
次に、第２の絶縁保護膜１８としてＳｉＯ２層間膜を成膜した（ステップＳ７）。このように層間膜であるＳｉＯ２を利用することで、新たな工程を加えることなく、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のうち圧電素子１６の側壁面を覆っている部分に更に第２の保護膜を形成することができる。従って、生産効率の低下や製造コストの上昇を防ぐことができる。また、後工程のフォトリソ・エッチング工程で、圧電素子１６の側壁面をレジストでマスクした状態でエッチング処理することにより、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のうち圧電素子１６の側壁面を覆っている部分にＳｉＯ２層間膜を残留させる。これにより、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のオーバーエッチングをより確実に防ぐことができる。
【００４４】
上記ＳｉＯ２層間膜の膜厚は、１０［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下の範囲が好ましい。１０［ｎｍ］よりも薄いと十分なエッチング耐性を確保できない。一方、５００［ｎｍ］よりも厚いと圧電素子１６が変形し難くなり、アクチュエータとしての機能を維持できなくなるおそれがある。
【００４５】
その後、エッチングによりコンタクトホール部１８ａを形成した（ステップＳ８）。そして、配線を形成するためにＡｌをスパッタにより成膜した（ステップＳ９）。また、上記ステップＳ８で成膜したＡｌをエッチングしてパターニング形成した（ステップＳ１０）。
【００４６】
さらにその後、第３の絶縁保護膜１９としてＳｉＮパッシベーション層を成膜し、エッチング処理を行った（ステップＳ１１，１２）
【００４７】
最後に、インク供給部の貫通孔をエッチングにより形成した（ステップＳ１３）。
【００４８】
以上の工程により、エッチングプロセスは終了する。
【００４９】
上記構成の液滴吐出部１０の駆動部分においては、圧電素子１６の変形（表面変位）の低下を避けるために、配線のエッチング処理と第２の絶縁保護膜１８のエッチング処理とを行っている。しかし、そのエッチング処理時に第１の絶縁保護膜１７であるＡｌ２Ｏ３膜のオーバーエッチングが進行し、バリア層としての機能が不十分になってしまう。バリア層としての機能が不十分になると、その後の後工程において、図４の断面図に示すように、水素（Ｈ２）の還元作用によって圧電膜（ＰＺＴ層）１６２にダメージを与えるおそれがある。また、図５の断面図に示すように、共通電極１６１と圧電膜１６２との間の膜界面に薬液等が侵入して膜浮きの発生原因となってしまうおそれがある。これは、上記エッチング工程において圧電膜（ＰＺＴ層）１６２の側壁部のレジスト膜厚が薄くなり、これによりバリア層である第１の絶縁保護膜１７のオーバーエッチングが進行することが原因である。
【００５０】
そこで、本実施形態では、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のうち圧電膜１６２及び個別電極１６３の側壁面を保護している部分に第２の絶縁保護膜１８を選択的に形成している。
【００５１】
図６は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部１０の概略構成を示す構成例を示す概略構成図である。図６（ａ）は液滴吐出部１０の上面図であり、図６（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ’断面図である。図６に示すように、バリア層である第１の絶縁保護膜１７を成膜した後に行う第２の絶縁保護膜１８であるＳｉＯ２層間膜成膜後のエッチングプロセスにおいて、圧電膜１６２の側壁部にＳｉＯ２層間膜層を残留させる。このようにＳｉＯ２層間膜層を残留させた部分を、圧電膜１６２の側壁面に対するバリア層としての機能を高めるための追加の第２に保護膜とした。
【００５２】
次に、圧電膜１６２の側壁部にＳｉＯ２層間膜層を残留させてバリア層のための第２の保護膜とした構成と、バリア層のための第２の保護膜を形成しない比較例の構成とを比較した実験結果について説明する。
【００５３】
ＳｉＯ２層間膜をエッチングする際のマスクパターンを２種類用意した。そして、図６に示すようなＳｉＯ２層間膜を圧電膜１６２の側壁部に残して配置した液滴吐出部（サンプルＡ）と、図１に示すようなＳｉＯ２層間膜を圧電膜１６２の側壁部に残さない液滴吐出部（サンプルＢ）とを作成した。
【００５４】
図７はサンプルＡの断面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を示す図である。図７に示すように、サンプルＡでは、第２の絶縁保護膜１８であるＳｉＯ２層間膜が圧電膜１６２の側壁部に残って配置されている。
【００５５】
また、上記二つのサンプルＡ，Ｂに対し、プロセス耐性の差を調べるために、１［％］程度の水素を含んだ窒素雰囲気中で３００［℃］、３０分の加熱を行った。
【００５６】
図８及び図９はそれぞれ、サンプルＡ及びサンプルＢについて上記加熱処理の前後に測定した圧電素子の電界強度Ｅ［ｋＶ／ｃｍ］と分極量Ｐ［μＣ／ｃｍ２］との関係を示す特性のヒステリシスループ曲線を示すグラフである。各図中の曲線Ｃが上記加熱処理の前に測定したヒステリシスループ曲線であり、曲線Ｄが上記加熱処理の後に測定したヒステリシスループ曲線である。
【００５７】
サンプルＡでは、図８のヒステリシスループ曲線に示すように上記加熱処理の前後で特性がほとんど変化していない。これに対して、サンプルＢでは、図９のヒステリシスループ曲線に示すように、ダブルヒステリシスとなり、かつ加熱処理後の分極量が減少し特性劣化が生じている。この理由として、サンプルＢでは圧電体側壁部のバリア層がオーバーエッチングされ消失し、そこからＨ２が侵入し、圧電体の特性劣化を引き起こしたものと考えられる。
【００５８】
次に、上記構成のサンプルＡ，Ｂをそれぞれ５サンプルずつ用意し、その連続駆動時の故障耐性を調べた。下部電極に０［Ｖ］、上部電極に３０［Ｖ］を印加し、周波数３００［ｋＨｚ］にて駆動した。
【００５９】
表１は、各サンプルの圧電素子（アクチュエータ）が故障するまでの駆動回数を示している。表１の結果に示すように、サンプルＢよりもサンプルＡの方が破壊耐性に優れることが分かった。この理由として、アクチュエータの駆動時において、ＰＺＴ膜の端部（側壁部）に最も大きな応力がかかるが、そのＰＺＴ膜の端部（側壁部）に上記ＳｉＯ２層間膜層を配置することで応力が緩和されるためだと考えられる。
【００６０】
【表１】
2015116696.tif 000003
【００６１】
なお、本実施形態では１つのノズルからなる液滴吐出部について説明したが、係る形態に限定されるものではなく、図１０に示すように複数の液滴吐出部を備えた構成とすることもできる。図１０においては、図１の液滴吐出部を複数個直列に並べた液滴吐出ヘッドを示したものであり、同じ部材には同じ番号を付している。なお、図１０に示すように、振動板１５と共通電極（下部電極）１６１との間に密着層２３を設けてもよい。また、図１０では、液体供給手段、流路、流体抵抗等については記載を省略したが、液滴吐出ヘッドに設けることのできる付帯設備を当然に設けることができる。
【００６２】
次に、上記構成の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置としての画像形成装置の構成例について説明する。画像形成装置の形態としては特に限定されるものではないが、ここではインクジェット記録装置を例に説明する。
【００６３】
図１１はインクジェット記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、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を備えている。また、このキャリッジ９３に搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。また、記録装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、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。そして、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。
【００６４】
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している。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ヘッドからなる記録ヘッド９４を備えている。この記録ヘッド９４は、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される。また、キャリッジ９３には記録ヘッド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。
【００６５】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド９４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個のヘッドでもよい。
【００６６】
ここで、キャリッジ９３は後方側（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、前方側（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１００を張装している。このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、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。
【００６７】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３とを設けている。また、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６８】
そして、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１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９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１１１、拍車１１２を設けている。さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００６９】
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。
【００７０】
また、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、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド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。また、記録途中など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。
【００７１】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）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。これにより、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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００７２】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、ノズルの詰まりやノズル面に固形分が付着しないので、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て、画像品質が向上する。
【００７３】
以上のように、本実施形態に係る画像形成装置においては、上記構成の液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、小型化、低コスト化を図るとともに吐出ヘッドサイズが同等で吐出可能なノズル数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。
【００７４】
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、本発明は、例えば、プリンタ、ファックス及びコピアの各機能を備えた複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、本発明は、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置の液滴吐出ヘッドを構成する圧電素子１６などの電気機械変換素子にも適用することができる。また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【００７５】
また、本発明は、画像形成装置以外の液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドを構成する電気機械変換素子にも適用することができる。例えば、本発明は、画像形成用の液滴を着弾させて付与する媒体が、用紙以外の媒体（記録媒体、転写材、記録紙）、例えば糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体である場合も同様に適用することができる。また、本発明は、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与すること場合だけでなく、文字等の意味を持たないパターンを媒体に付与する（単に液滴を吐出する）装置にも適用することができる。また、本発明は、パターニング用の液体レジストを吐出して被着弾媒体上に着弾させる装置にも適用することができる。また、本発明は、遺伝子分析試料を吐出して被着弾媒体上に着弾させる液滴吐出装置や、三次元造型用の液滴吐出装置などにも適用することができる。
【００７６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
基板１４又は下地膜上に共通電極１６１などの第１の電極を形成するステップと、第１の電極上に圧電膜１６２などの電気機械変換膜を形成するステップと、電気機械変換膜上に個別電極１６３などの第２の電極を形成するステップと、第２の電極の上面と電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面とを保護するように第１の絶縁保護膜１８などの第１の保護膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、第１の保護膜のうち電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面を保護している部分に第２の絶縁保護膜１８などの第２の保護膜を選択的に形成するステップを、更に含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の保護膜を形成した後、その第１の保護膜のうち電気機械変換膜の側壁面を保護している部分の上にさらに第２の保護膜を形成している。これにより、電気機械変換膜の側壁面を保護している部分の保護膜の膜厚を厚くすることができる。従って、電気機械変換素子上に保護膜を形成した後の後工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合、電気機械変換膜の側壁面に残しておきたい保護膜がエッチングされてなくなるオーバーエッチングの発生を防止できる。
しかも、上記第２の保護膜は、第１の保護膜のうち電気機械変換膜の側壁面を保護している部分に選択的に形成され、電気機械変換素子の変形量に影響が出やすい電気機械変換素子の第２の電極の上面部分には第２の保護膜が形成されない。従って、第２の電極の上面と電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面とを保護するように第１の保護膜を形成するときに第１の保護膜の全体を厚めに形成する場合とは異なり、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制することができる。
よって、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制するとともに、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜がオーバーエッチングされることによる電気機械変換膜の損傷を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、第２の保護膜を層間膜として形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、層間膜を形成する工程で第２の保護膜を形成することができるので、新たな工程を加えることなく第２の保護膜を形成できる。よって、生産効率の低下や製造コストの上昇を防ぐことができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、第２の保護膜はＳｉＯ２からなる膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ＳｉＯ２からなる膜はエッチングされ難いため、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜のオーバーエッチングをより確実に防止することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、第２の保護膜の膜厚は１０［ｎｍ］以上及び５００［ｎｍ］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第２の保護膜のエッチング耐性を確保して電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜のオーバーエッチングを確実に防止するとともに、電気機械変換素子のアクチュエータとしての機能を維持することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、第１の保護膜をＡＬＤ（原子層堆積）法により形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、カバレッジの優れた第１の保護膜を形成することができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、第１の保護膜はＡｌ２Ｏ３からなる膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、透湿性の低い良質な第１の保護膜を得ることができる。
（態様Ｇ）
上記態様Ａ乃至Ｆのいずれかにおいて、第１の保護膜の膜厚は３０［ｎｍ］以上及び８０［ｎｍ］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の保護膜における十分な保護機能（バリア性）を確保しつつ、電気機械変換素子のアクチュエータとしての機能を維持することができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ａ乃至Ｇのいずれかにおいて、基板１４又は下地膜の表面と第１の保護膜の側面とのなす角度が、基板又は下地膜の表面と電気機械変換膜の側面とのなす角度よりも小さい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換素子の端部における応力の集中が緩和され、長寿命化を図ることができ、信頼性が向上する。
（態様Ｉ）
上記態様Ａ乃至Ｈのいずれかの電気機械交換素子の製造方法により得られた電気機械交換素子である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械交換膜の損傷や膜浮きがない電気機械変換素子が得られる。
（態様Ｊ）
液滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する液室１３と、液室１３内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出部１０などの液滴吐出ヘッドにおいて、圧力発生手段として、液室１３の壁の一部を構成する振動板１５と、振動板１５上に設けられた上記態様Ｉの電気機械変換素子とを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械交換膜の損傷や膜浮きがない電気機械変換素子によって液室１３内の液体に圧力を発生させることができるので、安定した液滴吐出特性が得られる。
（態様Ｋ）
上記態様Ｊにおいて、振動板１５上に配置された電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜が、液室１３を形成する壁の位置よりも内側になるように配置されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板１５の十分な変形（表面変位）を得ることができ、より安定した液滴吐出特性が得られる。
（態様Ｌ）
インク滴吐出装置として上記態様Ｊ又Ｋの液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、安定した液滴吐出特性により、高品質な画像が得られる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  液滴吐出部
１１  ノズル
１２  ノズル基板
１３  液室（圧力室）
１４  基板（液室基板）
１５  振動板
１６  圧電素子
１６１  共通電極（下部電極）
１６２  圧電膜（圧電体）
１６３  個別電極（上部電極）
１７  第１の絶縁保護膜
１８  第２の絶縁保護膜
１８ａ  コンタクトホール
１９  第３の絶縁保護膜
２０  サブフレーム
２１，２２  配線
２３  密着層
１０７  記録ヘッド
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１３−０７７８２７号公報
【図１】
2015116696.tif 000004
【図３】
2015116696.tif 000005
【図４】
2015116696.tif 000006
【図５】
2015116696.tif 000007
【図６】
2015116696.tif 000008
【図１０】
2015116696.tif 000009
【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又は下地膜上に第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に電気機械変換膜を形成するステップと、
前記電気機械変換膜上に第２の電極とを形成するステップと、
前記第２の電極の上面と前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面とを保護するように第１の保護膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、
前記第１の保護膜のうち前記電気機械変換膜及び前記第２の電極の側壁面を保護している部分に第２の保護膜を選択的に形成するステップを、更に含むことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜を層間膜として形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２の電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜はＳｉＯ２からなる膜であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第２の保護膜の膜厚は１０［ｎｍ］以上及び５００［ｎｍ］以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜をＡＬＤ（原子層堆積）法により形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜はＡｌ２Ｏ３からなる膜であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記第１の保護膜の膜厚は３０［ｎｍ］以上及び８０［ｎｍ］以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかの電気機械変換素子の製造方法において、
前記基板又は前記下地膜の表面と前記第２の保護膜の外側面とのなす角度が、該基板又は該下地膜の表面と前記電気機械変換膜の側面とのなす角度よりも小さいことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの電気機械変換素子の製造方法により製造された電気機械変換素子。
【請求項１０】
液滴を吐出するノズルと、該ノズルが連通する加圧室と、該加圧室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧力発生手段は、前記加圧室の壁の一部を構成する振動板と、該振動板上に設けられた請求項９の電気機械変換素子と、を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の上に配置された前記電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜が、前記加圧室を形成する壁の位置よりも内側になるように配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
インク滴吐出装置として請求項１０又は１１の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
次に、第２の絶縁保護膜１８としてＳｉＯ２層間膜を成膜した（ステップＳ７）。このように層間膜であるＳｉＯ２を利用することで、新たな工程を加えることなく、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のうち圧電素子１６の側壁面を覆っている部分に更に第２の保護膜を形成することができる。従って、生産効率の低下や製造コストの上昇を防ぐことができる。また、後工程のフォトリソ・エッチング工程で、圧電素子１６の側壁面をレジストでマスクした状態でエッチング処理することにより、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のうち圧電素子１６の側壁面を覆っている部分にＳｉＯ２層間膜を残留させる。これにより、第１の絶縁保護膜１７（バリア層）のオーバーエッチングをより確実に防ぐことができる。
また、基板１４表面と第２の絶縁保護膜１８の外側面とのなす角度であるテーパ角は、基板１４表面と圧電素子１６の側壁面とのなすテーパ角よりも小さいことが望ましい。これにより、圧電素子１６の端部における応力の集中が緩和され、長寿命化を図ることができ、信頼性が向上する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
基板１４又は下地膜上に共通電極１６１などの第１の電極を形成するステップと、第１の電極上に圧電膜１６２などの電気機械変換膜を形成するステップと、電気機械変換膜上に個別電極１６３などの第２の電極を形成するステップと、第２の電極の上面と電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面とを保護するように第１の絶縁保護膜１８などの第１の保護膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、第１の保護膜のうち電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面を保護している部分に第２の絶縁保護膜１８などの第２の保護膜を選択的に形成するステップを、更に含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の保護膜を形成した後、その第１の保護膜のうち電気機械変換膜の側壁面を保護している部分の上にさらに第２の保護膜を形成している。これにより、電気機械変換膜の側壁面を保護している部分の保護膜の膜厚を厚くすることができる。従って、電気機械変換素子上に保護膜を形成した後の後工程としてレジストパターン形成及びエッチング処理を行う場合、電気機械変換膜の側壁面に残しておきたい保護膜がエッチングされてなくなるオーバーエッチングの発生を防止できる。
しかも、上記第２の保護膜は、第１の保護膜のうち電気機械変換膜の側壁面を保護している部分に選択的に形成され、電気機械変換素子の変形量に影響が出やすい電気機械変換素子の第２の電極の上面部分には第２の保護膜が形成されない。従って、第２の電極の上面と電気機械変換膜及び第２の電極の側壁面とを保護するように第１の保護膜を形成するときに第１の保護膜の全体を厚めに形成する場合とは異なり、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制することができる。
よって、保護膜による電気機械変換素子の変形量の低下を抑制するとともに、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜がオーバーエッチングされることによる電気機械変換膜の損傷を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、第２の保護膜を層間膜として形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、層間膜を形成する工程で第２の保護膜を形成することができるので、新たな工程を加えることなく第２の保護膜を形成できる。よって、生産効率の低下や製造コストの上昇を防ぐことができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、第２の保護膜はＳｉＯ２からなる膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ＳｉＯ２からなる膜はエッチングされ難いため、電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜のオーバーエッチングをより確実に防止することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、第２の保護膜の膜厚は１０［ｎｍ］以上及び５００［ｎｍ］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第２の保護膜のエッチング耐性を確保して電気機械変換膜の側壁面を保護する保護膜のオーバーエッチングを確実に防止するとともに、電気機械変換素子のアクチュエータとしての機能を維持することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、第１の保護膜をＡＬＤ（原子層堆積）法により形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、カバレッジの優れた第１の保護膜を形成することができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、第１の保護膜はＡｌ２Ｏ３からなる膜である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、透湿性の低い良質な第１の保護膜を得ることができる。
（態様Ｇ）
上記態様Ａ乃至Ｆのいずれかにおいて、第１の保護膜の膜厚は３０［ｎｍ］以上及び８０［ｎｍ］以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の保護膜における十分な保護機能（バリア性）を確保しつつ、電気機械変換素子のアクチュエータとしての機能を維持することができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ａ乃至Ｇのいずれかにおいて、基板１４又は下地膜の表面と第２の保護膜の外側面とのなす角度が、基板１４又は下地膜の表面と電気機械変換膜の側面とのなす角度よりも小さい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換素子の端部における応力の集中が緩和され、長寿命化を図ることができ、信頼性が向上する。
（態様Ｉ）
上記態様Ａ乃至Ｈのいずれかの電気機械変換素子の製造方法により得られた電気機械変換素子である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜の損傷や膜浮きがない電気機械変換素子が得られる。
（態様Ｊ）
液滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する液室１３と、液室１３内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出部１０などの液滴吐出ヘッドにおいて、圧力発生手段として、液室１３の壁の一部を構成する振動板１５と、振動板１５上に設けられた上記態様Ｉの電気機械変換素子とを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜の損傷や膜浮きがない電気機械変換素子によって液室１３内の液体に圧力を発生させることができるので、安定した液滴吐出特性が得られる。
（態様Ｋ）
上記態様Ｊにおいて、振動板１５上に配置された電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜が、液室１３を形成する壁の位置よりも内側になるように配置されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、振動板１５の十分な変形（表面変位）を得ることができ、より安定した液滴吐出特性が得られる。
（態様Ｌ）
インク滴吐出装置として上記態様Ｊ又Ｋの液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、安定した液滴吐出特性により、高品質な画像が得られる。