(57)【要約】      （修正有）【課題】粒径の大きな結晶粒を得ると共に、粒界に空隙が生じることを防止して膜の絶縁性および圧電特性を向上させた圧電体膜及びこれを用いた圧電体素子を提供する。【解決手段】多結晶体で構成される圧電体膜において、粒径分布のピークを少なくとも２つ有し、前記２つのピークのうち大粒径側の結晶粒の粒径が１０００ｎｍ以上、小粒径側のピークは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。これら結晶粒は柱状結晶であることが望ましい。膜厚方向の電気抵抗は１．０ＭΩ以上である。製造方法は、基板上に圧電体前駆体膜を形成し、この圧電体前駆体膜を結晶化させる工程を複数回繰り返すものであって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、結晶化後に基板全面を被覆しない厚さ（結晶化時に１００ｎｍ以下）とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶体で構成される圧電体膜において、粒径分布のピークを少なくとも２つ有し、前記２つのピークのうち大粒径側の結晶粒の粒径が１０００ｎｍ以上であることを特徴とする圧電体膜。
【請求項２】
請求項１において、前記２つのピークのうち小粒径側の結晶粒の粒径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする圧電体膜。
【請求項３】
多結晶体で構成される圧電体膜において、粒径分布のピークを少なくとも２つ有し、前記２つのピークのうち少なくとも大粒径側の結晶粒は柱状結晶であることを特徴とする圧電体膜。
【請求項４】
多結晶体で構成される圧電体膜において、膜厚方向の電気抵抗が１．０ＭΩ以上であることを特徴とする圧電体膜。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の圧電体膜と、この圧電体膜を挟んで配置される下部電極および上部電極とを備えたことを特徴とする圧電体素子。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力室が形成された圧力室基板と、前記圧力室の一方の面に設けられた振動板と、前記振動板の前記圧力室に対応する位置に設けられ、当該圧力室に体積変化を及ぼすことが可能に構成された前記圧電体素子と、を備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
基板上に圧電体前駆体膜を形成し、この圧電体前駆体膜を結晶化させる工程を複数回繰り返すことによる圧電体膜の製造方法であって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、結晶化後に基板全面を被覆しない厚さとすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項８】
基板上に圧電体前駆体膜を形成して当該圧電体前駆体膜を結晶化させる一連の工程を、複数回繰り返すことによる圧電体膜の製造方法であって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が１００ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、前記複数回の工程のうち２回目以降の工程における前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が２０ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の製造方法で製造した圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法であって、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に前記圧電体膜を成膜する工程と、前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の製造方法で製造した圧電体素子を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、基板の一面に振動板を形成する工程と、前記振動板に前記圧電体素子を形成する工程と、前記基板をエッチングし圧力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電体膜および圧電体素子に係る。特に、多結晶体の圧電体膜において粒界及びこれにより生ずる空隙を減少させ、密度の向上した圧電体膜、およびこれを用いた圧電体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録ヘッドのようなアクチュエータとして用いられる圧電体素子は、電気機械変換機能を呈する圧電体膜を２つの電極で挟んだ素子であり、圧電体膜は結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。この圧電性セラミックスとしては、ペロブスカイト型結晶構造を有し、化学式ＡＢＯ3で示すことのできる複合酸化物が知られている。例えばＡには鉛（Ｐｂ），Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ)は、非常に優れた圧電特性を示す。
【０００３】
この圧電体素子を構成する圧電体膜は、よりよい圧電特性を得るためには結晶性の優れたものが好ましく、結晶粒の大きな圧電体膜を得るための工夫が種々なされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、結晶粒の大きな圧電体膜を得ることはできても、かえってその粒界に空隙が生じ、膜の絶縁性や圧電特性は不十分であった。
【０００５】
ところで、特開平１１−２６８３３号には、粒径の異なる強誘電体微粒子を同一膜内に成長させることにより、膜密度の高い強誘電体膜を提供することが記載されている。しかし、これによって成膜される強誘電体膜の結晶粒は球状であるため、電界方向を横切る向きに粒界が存在することとなり、十分な圧電特性が得られない。
【０００６】
そこで、本発明は、圧電体素子中の圧電体膜において、粒径の大きな結晶粒を得ると共に、粒界に空隙が生じることを防止して膜の絶縁性および圧電特性を向上させた圧電体膜及びこれを用いた圧電体素子を提供することを目的とする。また、かかる圧電体膜及び圧電体素子の製造方法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】
【０００７】
本発明による圧電体膜は、多結晶体で構成される圧電体膜において、粒径分布のピークを少なくとも２つ有し、前記２つのピークのうち大粒径側の結晶粒の粒径が１０００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【０００８】
前記２つのピークのうち小粒径側の結晶粒の粒径は１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
また、多結晶体で構成され、粒径分布のピークを少なくとも２つ有し、前記２つのピークのうち少なくとも大粒径側の結晶粒は柱状結晶であること、多結晶体で構成され、膜厚方向の電気抵抗が１．０ＭΩ以上であることが望ましい。
【００１０】
本発明による圧電体素子は、上記の圧電体膜と、この圧電体膜を挟んで配置される下部電極および上部電極とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、圧力室が形成された圧力室基板と、前記圧力室の一方の面に設けられた振動板と、前記振動板の前記圧力室に対応する位置に設けられ、当該圧力室に体積変化を及ぼすことが可能に構成された前記圧電体素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の圧電体膜の製造方法は、基板上に圧電体前駆体膜を形成し、この圧電体前駆体膜を結晶化させる工程を複数回繰り返すことによる圧電体膜の製造方法であって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、結晶化後に基板全面を被覆しない厚さとすることを特徴とする。
【００１３】
前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が１００ｎｍ以下となるようにすることが望ましい。
【００１４】
また、前記複数回の工程のうち２回目以降の工程における前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が２０ｎｍ以下となるようにすることが望ましい。
【００１５】
本発明の圧電体素子の製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に前記圧電体膜を成膜する工程と、前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、基板の一面に振動板を形成する工程と、前記振動板に前記圧電体素子を形成する工程と、前記基板をエッチングし圧力室を形成する工程と、を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
（インクジェットプリンタの全体構成）
図１は、本実施形態の圧電体素子を有するインクジェット式記録ヘッドが使用されるプリンタの構造を説明する斜視図である。このプリンタには、本体２に、トレイ３、排出口４および操作ボタン９が設けられている。さらに本体２の内部には、インクジェット式記録ヘッド１、供給機構６、制御回路８が備えられている。
【００１９】
インクジェット式記録ヘッド１は、本発明の製造方法で製造された圧電体素子を備えている。インクジェット式記録ヘッド１は、制御回路８から供給される吐出信号に対応して、ノズルからインクを吐出可能に構成されている。
【００２０】
本体２は、プリンタの筐体であって、用紙５をトレイ３から供給可能な位置に供給機構６を配置し、用紙５に印字可能なようにインクジェット式記録ヘッド１を配置している。トレイ３は、印字前の用紙５を供給機構６に供給可能に構成され、排出口４は、印刷が終了した用紙５を排出する出口である。
【００２１】
供給機構６は、モータ６００、ローラ６０１・６０２、その他の図示しない機械構造を備えている。モータ６００は、制御回路８から供給される駆動信号に対応して回転可能になっている。機械構造は、モータ６００の回転力をローラ６０１・６０２に伝達可能に構成されている。ローラ６０１および６０２は、モータ６００の回転力が伝達されると回転するようになっており、回転によりトレイ３に載置された用紙５を引き込み、ヘッド１によって印刷可能に供給するようになっている。
【００２２】
制御回路８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路などを備え、図示しないコネクタを介してコンピュータから供給される印字情報に対応させて、駆動信号を供給機構６に供給したり、吐出信号をインクジェット式記録ヘッド１に供給したりできるようになっている。また、制御回路８は操作パネル９からの操作信号に対応させて動作モードの設定、リセット処理などが行えるようになっている。
【００２３】
（インクジェット式記録ヘッドの構成）
図２は、本実施形態の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドの構造の説明図である。インクジェット式記録ヘッド１は、図に示すように、ノズル板１０、圧力室基板２０および振動板３０を備えて構成されている。このヘッドは、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【００２４】
圧力室基板２０は、キャビティ（圧力室）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２４を備えている。キャビティ２１は、シリコン等の基板をエッチングすることにより形成されたインクなどを吐出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２はキャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リザーバ２３は、インクを共通して各キャビティ２１に充たすための流路となっている。供給口２４は、リザーバ２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に形成されている。なおキャビティ２１などの形状はインクジェット方式によって種々に変形可能である。例えば平面的な形状のカイザー（Kyser）形であっても円筒形のゾルタン（Zoltan）形でもよい。またキャビティが１室形用に構成されていても２室形に構成されていてもよい。
【００２５】
ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けられたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に貼り合わせられている。ノズル板１０を貼り合わせた圧力室基板２０は、さらに筐体２５に納められて、インクジェット式記録ヘッド１を構成している。
【００２６】
振動板３０は圧力室基板２０の他方の面に貼り合わせられている。振動板３０には圧電体素子（図示しない）が設けられている。振動板３０には、インクタンク口（図示せず）が設けられて、図示しないインクタンクに貯蔵されているインクを圧力室基板２０内部に供給可能になっている。
【００２７】
（層構造）
図３に、本実施形態の方法により製造されるインクジェット式記録ヘッドおよび圧電体素子のさらに具体的な構造を説明する断面図を示す。この断面図は、一つの圧電体素子の断面を拡大したものである。図に示すように、振動板３０は、絶縁膜３１および下部電極３２を積層して構成され、圧電体素子４０は圧電体薄膜層４１および上部電極４２を積層して構成されている。特にこのインクジェット式記録ヘッド１は、圧電体素子４０、キャビティ２１およびノズル穴１１が一定のピッチで連設されて構成されている。このノズル間のピッチは、印刷精度に応じて適時設計変更が可能である。例えば４００ｄｐｉ（dot per inch）になるように配置される。
【００２８】
絶縁膜３１は、導電性でない材料、例えばシリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素（ＳｉＯ2）により構成され、圧電体層の変形により変形し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構成されている。
【００２９】
絶縁膜３１上には下部電極３２を形成するが、絶縁膜３１と下部電極３２との間に、２０ｎｍ程度のチタン又は酸化チタンの膜（密着層）を形成しても良い。
【００３０】
下部電極３２は、圧電体層に電圧を印加するための一方の電極であり、導電性を有する材料、例えば、白金（Ｐｔ）などにより構成されている。なお、下部電極３２はこれに限らず、白金と同じＦＣＣ構造を有する金属であるイリジウム（Ｉｒ）で構成しても良い。下部電極３２は、圧力室基板２０上に形成される複数の圧電体素子に共通な電極として機能するように絶縁膜３１と同じ領域に形成される。ただし、圧電体薄膜層４１と同様の大きさに、すなわち上部電極と同じ形状に形成することも可能である。
【００３１】
上部電極４２は、圧電体層に電圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する材料、例えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成されている。
【００３２】
圧電体薄膜層４１は、本発明の製造方法で製造された例えばペロブスカイト構造を持つ圧電性セラミックスの結晶であり、振動板３０上に所定の形状で形成されて構成されている。
【００３３】
圧電体薄膜層４１の組成は、例えばジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ0.56、Ｔｉ0.44）Ｏ3：ＰＺＴ）等の圧電性セラミックスを用いる。その他、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ3）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、ジルコニウム酸チタン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3：ＢＺＴ）などでもよい。
【００３４】
この圧電体薄膜層４１は、多結晶体で構成され、粒径分布は少なくとも２つのピークを有する。これら２つのピークのうち大粒径側の結晶粒の粒径は１０００ｎｍ以上の良好な結晶性を有しているので、良好な圧電特性を示すことができる。また、粒径分布が小粒径側にもピークを有することにより、粒界に間隙が形成されることを防止することができる。この小粒径側のピークは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。さらには１５０ｎｍ以上がより好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。
【００３５】
この実施形態では粒界の間隙が著しく軽減されているので、絶縁性に優れ、電気抵抗は１．０ＭΩ以上の値を示すことができる。
【００３６】
また、上記２つのピークのうち少なくとも大粒径側の結晶粒は、柱状結晶である。これにより、膜厚方向に粒界がないので圧電特性が良好になる。また、上記２つのピークのうち小粒径側の結晶粒も、柱状結晶であることが望ましい。
【００３７】
（印刷動作）
上記インクジェット式記録ヘッド１の構成において、印刷動作を説明する。制御回路８から駆動信号が出力されると、供給機構６が動作し用紙５がヘッド１によって印刷可能な位置まで搬送される。制御回路８から吐出信号が供給されず圧電体素子４０の下部電極３２と上部電極４２との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層４１には変形を生じない。吐出信号が供給されていない圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１には、圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐出されない。
【００３８】
一方、制御回路８から吐出信号が供給され圧電体素子４０の下部電極３２と上部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体薄膜層４１に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１ではその振動板３０が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐出される。ヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出信号を個別に供給することで、任意の文字や図形を印刷させることができる。
【００３９】
（製造方法）
次に、この実施形態による圧電体素子の製造方法を、インクジェット式記録ヘッドの製造方法と併せて説明する。図４及び図５は、本実施形態による圧電体素子及びインクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【００４０】
絶縁膜形成工程（Ｓ１）
絶縁膜形成工程は、シリコン基板２０に絶縁膜３１を形成する工程である。シリコン基板２０の厚みは、側壁の高さが高くなりすぎないように、例えば２００μｍ程度のものを使用する。絶縁膜３１は例えば１μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱酸化法等を用い、二酸化珪素の膜を形成する。なお、絶縁膜３１の上に、好ましくは厚さ５ｎｍ〜４０ｎｍ、更に好ましくは２０ｎｍ程度のチタン膜又は酸化チタン膜（密着層：図示せず）を更に形成しても良い。この密着層は、絶縁膜３１と下部電極３２との密着性を向上させる。
【００４１】
下部電極形成工程（Ｓ２）
この下部電極形成工程は、絶縁膜３１又は密着層の上に下部電極３２を形成する工程である。下部電極３２は、例えば白金層を２００ｎｍの厚みで積層する。これらの層の製造は公知の電子ビーム蒸着法、スパッタ法等を用いる。
【００４２】
更に、白金膜上に、チタン（Ｔｉ）の種層を好ましくは３ｎｍ〜２５ｎｍ、更に好ましくは５ｎｍの厚みで形成する。このチタン種層の形成には、例えば公知の直流スパッタ法等を用いる。この種層は一様の厚みで形成するが、場合によって島状となっても構わない。
【００４３】
圧電体前駆体膜第１層の形成（Ｓ３）
次に、下部電極３２上に圧電体前駆体膜の第１層４１１'を成膜する。圧電体前駆体膜は、後述の処理で結晶化されて圧電体薄膜４１となる以前の、非晶質膜として構成される。本実施例ではＰＺＴ前駆体膜をゾル・ゲル法で成膜する。なお、ＰＺＴの成膜方法はゾル・ゲル法に限定されるわけではなく、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等の溶液塗布法であれば良い。
【００４４】
ゾル・ゲル法とは、金属アルコキシド等の金属有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させるものである。具体的には、まず、基板上に金属有機化合物を含む溶液（ゾル）を塗布し、乾燥させる（Ｓ３）。用いられる金属有機化合物としては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシドやアセテート化合物等が挙げられる。硝酸塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。
【００４５】
本実施形態においては、ＰＺＴ膜の出発原料として、Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ、Ｚｒ（ｔ−ＯＣＨ4Ｈ9）4、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3Ｈ7）4の混合溶液（ゾル）を用意する。
【００４６】
この混合溶液を、結晶化後に基板全面を被覆しない程度の厚さに下部電極上に塗布する。すなわち、結晶化後に塗布面である下部電極の上面の一部が露出する程度の厚さに塗布する。結晶化後に基板全面を被覆しない厚さは、具体的には、結晶化後の膜厚が１００ｎｍ以下になるようにする。結晶化後の膜厚は、ゾルの濃度と塗布膜厚によってほぼ決まる。ここではゾルの濃度を０．３Ｍ（モル／リットル）とし、塗布膜厚を３００ｎｍとする。塗布した段階では、ＰＺＴを構成する各金属原子は有機金属錯体として分散している。
【００４７】
塗布後、一定温度で一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させる。例えば、乾燥温度は例えば１５０℃以上２００℃以下に設定する。好ましくは、１８０℃で乾燥させる。乾燥時間は例えば５分以上１５分以下にする。好ましくは１０分程度乾燥させる。
【００４８】
乾燥後、さらに大気雰囲気下において一定の脱脂温度で一定時間脱脂する。脱脂温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。この範囲より高い温度では結晶化が始まってしまい、この範囲より低い温度では、十分な脱脂が行えないからである。好ましくは３６０℃〜４００℃程度に設定する。脱脂時間は、例えば５分以上９０分以下にする。この範囲より長い時間では結晶化が始まってしまい、この範囲より短い時間では十分に脱脂されないからである。好ましくは１０分程度脱脂させる。脱脂により金属に配位している有機物が金属から解離し酸化燃焼反応を生じ、大気中に飛散する。以上の塗布・乾燥・脱脂の工程により、圧電体前駆体膜の第１層４１１'が形成される。
【００４９】
結晶化工程（Ｓ４）
上記の工程によって得られた圧電体前駆体膜の第１層４１１'を加熱処理することによって結晶化させ、圧電体薄膜の第１層４１１を形成する。焼結温度は材料により異なるが、本実施形態では６５０℃で５分から３０分間加熱を行う。その際の昇温レートは、毎分１０００℃以下の比較的ゆっくりとしたペースとする。加熱装置としては、拡散炉等を使用することができる。
【００５０】
この結晶化により、圧電体薄膜の第１層４１１が形成される。圧電体薄膜の第１層４１１は、基板全面を被覆しておらず、結晶粒の間に空隙が生じるが、各結晶粒の粒径は０．５μｍ程度のかなり大きいものが得られる。
【００５１】
圧電体薄膜の積層（Ｓ５〜Ｓ７）
次に、１回の塗布、乾燥、脱脂、結晶化で得られる膜厚を２０ｎｍ以下として、上記の塗布、乾燥、脱脂、結晶化という工程を、例えば５回繰り返す。すなわち、圧電体前駆体膜の第２層４１２'を成膜し（Ｓ５）、上記と同様に結晶化させる（Ｓ６）。これを５回繰り返した場合、圧電体膜４１全体の膜厚は２００ｎｍとなる。
【００５２】
このようにして形成される圧電体膜４１は、上記の第１層の上に結晶成長するために大粒径でかつ柱状の結晶粒を備える。また、結晶成長は第１層４１１から膜厚方向のみならず膜面方向にも行なわれるので、粒径は１０００ｎｍ以上に成長する。第１層４１１の形成時に形成された結晶粒間の空隙は、第２層４１２以降の成膜によって、比較的結晶粒の小さい柱状結晶によって埋められる（Ｓ７）。その粒径は１０ｎｍから５００ｎｍの間にあり、粒界に空隙が生じないようになっている。
【００５３】
上部電極形成工程（ 図５：Ｓ８）
以上により形成された圧電体薄膜４１上に上部電極４２を形成する。具体的には、上部電極４２として白金（Ｐｔ）を１００ｎｍの膜厚にＤＣスパッタ法で成膜する。
【００５４】
圧電体素子の形成（Ｓ９）
次に、上部電極４２上にレジストをスピンコートした後、インク室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極４２、圧電体薄膜４１をイオンミリング等でエッチングする。以上の工程により、圧電体素子の一例である圧電アクチュエータが形成される。
【００５５】
インクジェット式記録ヘッドの形成（S10、S11）
更に、インク室基板２０にインク室２１を形成し、ノズル板１０を形成する。具体的には、インク室基板２０に、インク室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、例えば平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められた深さまでインク室基板２０をエッチングし、インク室２１を形成する。エッチングされずに残った部分は側壁２２となる。
【００５６】
最後に、樹脂等を用いてノズル板１０をインク室基板２０に接合する。ノズル板１０をインク室基板２０に接合する際には、ノズル１１がインク室２１の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。以上の工程により、インクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００５７】
（実施例）
上記製造方法の実施例として、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂx（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3）からなる圧電体薄膜を製造した。
【００５８】
図６は、上記実施形態による製造方法において圧電体膜の第１層４１１を成膜したときの表面ＳＥＭ写真およびその模写図である。図に示されるように、圧電体膜第１層４１１は基板全面を被覆しておらず、下部電極３２が表面に露出している。圧電体膜第１層４１１の結晶粒の粒径は、約０．５μｍとなっている。
【００５９】
図７は、上記実施形態による製造方法によって製造された圧電体膜４１の表面ＳＥＭ写真およびその模写図である。図に示されるように、圧電体膜４１の粒径分布は１０００ｎｍから２０００ｎｍの範囲にある大粒径群と、１５０ｎｍから５００ｎｍの範囲にある小粒径群からなっている。しかも、粒界には空隙がみられない。
【００６０】
この実施例による圧電体膜の膜厚方向の絶縁性を測定したところ、１．０ＭΩ以上の高い絶縁性を有することがわかった。また、粒径の大きな柱状結晶が得られたため、圧電特性に優れ、例えば圧電体素子として用いた場合に低電圧でも駆動できる。
【００６１】
更に、圧電体膜の第１層の成膜工程において、結晶化後に基板の全面が被覆されないようにしたので、結晶化段階における内部応力の発生を少なくすることができる。
【００６２】
（比較例）
図８は、本発明に対する比較例による方法で成膜されたＰＺＴ膜の平面ＳＥＭ写真及びその模写図である。このＰＺＴ膜の粒径は６０ｎｍから２３０ｎｍの間にあり、比較的小さい。図に示されるように、このＰＺＴ膜の結晶粒の粒界には、明らかな空隙は見られない。
【００６３】
図９は、本発明に対する他の比較例による方法で成膜されたＰＺＴ膜の平面ＳＥＭ写真及びその模写図である。このＰＺＴ膜の粒径は１２００ｎｍから４０００ｎｍの間にあり、かなり大きな結晶粒となっている。図に示されるように、このＰＺＴ膜の結晶粒の粒界には、黒く太い線のような空隙が形成されているのがわかる。一般に大粒径の結晶粒からなる圧電体膜の方が結晶性が優れているため、良好な圧電特性が期待できるが、粒界に空隙が存在すると、膜の絶縁性や圧電特性が不十分となる。
【００６４】
（その他の変形例）
本発明で製造した圧電体素子は上記インクジェット式記録ヘッドの圧力発生源のみならず、圧電ファン、超音波モータ、超音波振動子のような圧電体素子装置及びこの様な装置の製造に適応することができる。
【００６５】
本発明によれば、粒径の大きな結晶粒を得ると共に、粒界に空隙が生じることを防止して膜の絶縁性および圧電特性を向上させた圧電体膜及びこれを用いた圧電体素子を提供することができる。
【００６６】
また、本発明によれば、上記のような圧電体膜及び圧電体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の圧電体素子を有するインクジェット式記録ヘッドが使用されるプリンタの構造を説明する斜視図である。
【図２】本実施形態の圧電体素子を有するインクジェット式記録ヘッドの構造の説明図である。
【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドおよび圧電体素子の具体的な構造を説明する断面図である。
【図４】本実施形態による圧電体素子の製造工程断面図である。
【図５】本実施形態による圧電体素子及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する製造工程断面図である。
【図６】上記実施形態による製造方法において圧電体膜の第１層４１１を成膜したときの表面ＳＥＭ写真およびその模写図である。
【図７】上記実施形態による製造方法によって製造された圧電体膜４１の表面ＳＥＭ写真およびその模写図である。
【図８】本発明に対する比較例による方法で成膜されたＰＺＴ膜の平面ＳＥＭ写真及びその模写図である。
【図９】本発明に対する他の比較例による方法で成膜されたＰＺＴ膜の平面ＳＥＭ写真及びその模写図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…ノズル板、 ２０…圧力室基板、 ３０…振動板、 ３１…絶縁膜、３２…下部電極、 ４０…圧電体素子、 ４１…圧電体薄膜層、 ４２…上部電極、 ２１…キャビティ
【図１】
2008010880.tif 000002
【図２】
2008010880.tif 000003
【図３】
2008010880.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008010880.tif 000007
【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19年9月5日(2007.9.5)
【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】
基板上に圧電体前駆体膜を形成し、この圧電体前駆体膜を結晶化させる工程を複数回繰り返すことによる圧電体膜の製造方法であって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、結晶化後に基板全面を被覆しない厚さとすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項２】
基板上に圧電体前駆体膜を形成して当該圧電体前駆体膜を結晶化させる一連の工程を、複数回繰り返すことによる圧電体膜の製造方法であって、前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が１００ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記複数回の工程のうち２回目以降の工程における前記圧電体前駆体膜の形成時の前記工程１回あたりの膜厚は、当該１回の工程により得られる結晶化後の膜厚が２０ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする圧電体膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の製造方法で製造した圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法であって、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に前記圧電体膜を成膜する工程と、前記圧電体膜上に上部電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法で製造した圧電体素子を備えるインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、基板の一面に振動板を形成する工程と、前記振動板に前記圧電体素子を形成する工程と、前記基板をエッチングし圧力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法。