(57)【要約】      （修正有）【課題】下電極や下地と酸化ジルコニウム層との密着力に優れたアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】基板の一方面側にＺｒ層４０１を形成する工程と、このＺｒ層４０１を酸化してＺｒＯ２層５５を形成する工程と、前記ＺｒＯ２層５５上に下電極を形成する工程と、前記下電極上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記Ｚｒ層４０１を形成する工程では、Ｚｒを結晶成長させて形成すると共に、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで突出した特別結晶領域４０２を、前記基板とは反対側の表面に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で有するＺｒ層４０１となるように成膜する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面側にＺｒ層を形成する工程と、このＺｒ層を酸化してＺｒＯ２層を形成する工程と、前記ＺｒＯ２層上に下電極を形成する工程と、前記下電極上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、
前記Ｚｒ層を形成する工程では、Ｚｒを結晶成長させて形成すると共に、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで突出した特別結晶領域を、前記基板とは反対側の表面に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で有するＺｒ層となるように成膜することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項２】
前記Ｚｒ層を形成する工程では、Ｚｒを結晶成長させて形成すると共に、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍで突出した特別結晶領域を、前記基板とは反対側の表面に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で有するＺｒ層となるように成膜することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項３】
前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記基板上にＳｉＯ２層を形成した後、前記ＳｉＯ２層上に前記Ｚｒ層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項４】
前記基板の前記一方面側が金属酸化物からなり、前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記基板上に直接前記Ｚｒ層を形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記Ｚｒ層をスパッタリング法により形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の製造方法により形成されたことを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記ＺｒＯ２層は、前記下電極側の表面に、前記特別結晶領域が酸化されることにより形成された突出部を有し、前記突出部は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、前記ＺｒＯ２層上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記突出部は、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍであり、前記ＺｒＯ２層上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記下電極は、前記圧電体層側の表面に、前記ＺｒＯ２層の前記突出部によって突出した凸部を有し、前記凸部は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、前記下電極上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする請求項７又は８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記凸部は、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍであり、前記下電極上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
請求項６〜１０の何れか一項に記載のアクチュエータ装置を液体を噴射させるための液体吐出手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動板上に、下電極、圧電材料からなる圧電体層及び上電極で構成される圧電素子を有するアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載され、このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、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知られている。そして、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装置を搭載したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。また、後者の不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料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て各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。
【０００４】
このような圧電素子を構成する圧電材料層の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。この場合、圧電材料層を焼成する際に、圧電材料層の鉛成分が、シリコン（Ｓｉ）からなる流路形成基板の表面に設けられて振動板を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜に拡散してしまう。そして、この鉛成分の拡散によって酸化シリコンの融点が降下し、圧電材料層の焼成時の熱により溶融してしまうという問題がある。このような問題を解決するために、例えば、酸化シリコン膜上に振動板を構成する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層を設けることで、圧電材料層から酸化シリコン膜への鉛成分の拡散を防止したものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０４８４９号公報（第１図、第２図、第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構造のアクチュエータ装置では、酸化ジルコニウム層とその上に設けられた下電極との密着力や、酸化ジルコニウム層の下地である酸化シリコン膜と酸化ジルコニウム層との密着力が十分ではなく、アクチュエータ装置を駆動してたわみ振動させた際に下電極や下地が酸化ジルコニウム層から剥離してしまうことがあるという問題があった。なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、下電極や下地と酸化ジルコニウム層との密着力に優れたアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の一方面側にＺｒ層を形成する工程と、このＺｒ層を酸化してＺｒＯ２層を形成する工程と、前記ＺｒＯ２層上に下電極を形成する工程と、前記下電極上に圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記Ｚｒ層を形成する工程では、Ｚｒを結晶成長させて形成すると共に、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで突出した特別結晶領域を、前記基板とは反対側の表面に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で有するＺｒ層となるように成膜することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第１の態様では、下電極側の表面に所定の特別結晶領域を有するように成膜したＺｒ層を酸化してＺｒＯ２層を形成するので、基板等の下地とＺｒＯ２層との密着力や下電極とＺｒＯ２層との密着力が優れたアクチュエータ装置を製造することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記Ｚｒ層を形成する工程では、Ｚｒを結晶成長させて形成すると共に、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍで突出した特別結晶領域を、前記基板とは反対側の表面に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で有するＺｒ層となるように成膜することを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第２の態様では、所定の特別結晶領域を有するように成膜したＺｒ層を酸化してＺｒＯ２層を形成するので、基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力が確実に優れたアクチュエータ装置を製造することができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記基板上にＳｉＯ２層を形成した後、前記ＳｉＯ２層上に前記Ｚｒ層を形成することを特徴とする第１又は２の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第３の態様では、ＺｒＯ２層の下地であるＳｉＯ２層や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置を製造することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、前記基板の前記一方面側が金属酸化物からなり、前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記基板上に直接前記Ｚｒ層を形成することを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第４の態様では、ＺｒＯ２層の下地である基板や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置を製造することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、前記Ｚｒ層を形成する工程では、前記Ｚｒ層をスパッタリング法により形成することを特徴とする第１〜４の何れか一つの態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第５の態様では、スパッタリング法により、所定の特別結晶領域を有するように成膜したＺｒ層を酸化してＺｒＯ２層を形成するので、下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置を製造することができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか一つの態様の製造方法により形成されたことを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、下電極側の表面に所定の特別結晶領域を有するように成膜したＺｒ層を酸化して形成されたＺｒＯ２層を有するので、基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置となる。したがって、アクチュエータ装置を駆動した際のＺｒＯ２層からの下電極や下地の剥れを防止できる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、前記ＺｒＯ２層は、前記下電極側の表面に、前記特別結晶領域が酸化されることにより形成された突出部を有し、前記突出部は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、前記ＺｒＯ２層上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする第６の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第７の態様では、ＺｒＯ２層は前駆体であるＺｒ層の特別結晶領域に応じた所定の突出部を有し、基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置となる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、前記突出部は、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍであり、前記ＺｒＯ２層上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする第７の態様に記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第８の態様では、ＺｒＯ２層は前駆体であるＺｒ層の特別結晶領域に応じた所定の突出部を有し、確実に下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置となる。
【００１６】
本発明の第９の態様は、前記下電極は、前記圧電体層側の表面に、前記ＺｒＯ２層の前記突出部によって突出した凸部を有し、前記凸部は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、前記下電極上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする第７又は８の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第９の態様では、下電極はＺｒＯ２層の突出部上に凸部を有し、基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置となる。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、前記凸部は、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍであり、前記下電極上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在することを特徴とする第９の態様に記載のアクチュエータ装置にある。
かかる第１０の態様では、下電極はＺｒＯ２層の突出部上に凸部を有し、確実に下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置となる。
【００１８】
本発明の第１１の態様は、第６〜１０の何れか一つの態様のアクチュエータ装置を液体を噴射させるための液体吐出手段として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１１の態様では、基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との密着力に優れたアクチュエータ装置を用いるため、アクチュエータ装置の駆動による基板等の下地や下電極とＺｒＯ２層との剥れが防止されるので、耐久性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータ装置を有す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、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図、図４は図３の要部拡大図、図５は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層の前駆体であるジルコニウム（Ｚｒ）層の要部拡大断面図、図６はＺｒＯ２層の前駆体であるＺｒ層の要部拡大平面図である。
【００２０】
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り形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、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１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
【００２１】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ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、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４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。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きく圧力発生室１２と同等の断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００２２】
また、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。
【００２３】
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍのＺｒＯ2層５５が積層形成されている。
【００２４】
また、ＺｒＯ2層５５上には、厚さが例えば約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば約１０〜２００ｎｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。
【００２５】
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３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子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１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。なお、本実施形態では、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図３に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。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アクチュエータ装置と称する。上述した例では、弾性膜５０、ＺｒＯ2層５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、弾性膜５０を設けずに、ＺｒＯ2層５５及び下電極膜６０が振動板として作用するようにしてもよい。
【００２６】
本発明において、上記ＺｒＯ2層５５は、流路形成基板１０上の弾性膜５０上に設けられたジルコニウム（Ｚｒ）からなるＺｒ層４０１を酸化することにより形成されたものである。そして、このＺｒ層４０１は、図５の要部拡大断面図及び図６の要部拡大平面図に示すように、Ｚｒの結晶を成長させて形成され、流路形成基板１０上とは反対側の表面、即ち、下電極膜６０が設けられる側に突出した特別結晶領域４０２が形成されるように成膜されたものである。この特別結晶領域４０２は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで突出し、Ｚｒ層４０１表面に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で、好ましくは、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍで突出しＺｒ層４０１表面に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で形成されている。この特別結晶領域４０２は、Ｚｒの結晶を弾性膜５０側から成長させてＺｒ層４０１を形成する際に、Ｚｒ層４０１の厚さ方向に、他の領域のＺｒの結晶よりも高く成長したＺｒの結晶で構成されたものである。したがって、平坦なＺｒ層を形成した後このＺｒ層上に部分的にＺｒ結晶を積層することにより突出した領域を形成したものや、平坦なＺｒ層を形成した後その表面をパターニング等することにより突出した領域を形成したものとは異なる。なお、本実施形態では、特別結晶領域４０２は、平面視の粒径が２０〜１００ｎｍ程度の柱状結晶で（００２）面配向度が７０％以上であるＺｒの結晶群で構成されている。ここで、「配向度」とは、Ｘ線回折広角法によってＺｒ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、Ｚｒ層をＸ線回折広角法により測定すると、（１００）面、（００２）面及び（１０１）面に相当する回折強度のピークが発生するが、「（００２）面配向度」とは、これら各面に相当するピーク強度の和に対する（００２）面に相当するピーク強度の比率を意味する。
【００２７】
このようなＺｒＯ２層５５を有すると、ＺｒＯ２層５５の下地であるＳｉＯ２からなる弾性膜５０とＺｒＯ２層５５との密着力が優れる。また、ＺｒＯ２層５５上に設けられた下電極膜６０とＺｒＯ２層５５との密着力が優れる。したがって、アクチュエータ装置を駆動した際のＺｒＯ２層５５からの弾性膜５０や下電極膜６０の剥れを防止できる。
【００２８】
なお、ＺｒＯ２層５５は、表面から突出した特別結晶領域４０２を有するＺｒ層４０１を酸化して形成されたものであるため、図４に示すように、ＺｒＯ２層５５には下電極膜６０側の表面に特別結晶領域４０２が酸化されることによって形成された突出部４０３を有する。このＺｒＯ２層５５の突出部４０３は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、ＺｒＯ２層５５上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で、好ましくは、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍでありＺｒＯ２層５５上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在する。また、本実施形態では、ＺｒＯ２層５５は、粒径２０〜１００ｎｍ程度の柱状結晶で（−１１１）面が優先配向している。
【００２９】
そして、下電極膜６０は、突出部４０３を有するＺｒＯ２層５５上に設けられたものであるため、図４に示すように、圧電体層７０側の表面に、ＺｒＯ２層５５の突出部４０３によって突出した凸部４０４を有する。この下電極膜６０の凸部４０４は、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、下電極膜６０上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で、好ましくは、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍであり下電極膜６０上に１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で存在する。
【００３０】
本実施形態の下電極膜６０としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）等の各種金属や、これらの合金等が挙げられる。また、本実施形態では圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料（圧電材料）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。その組成としては、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。また、上電極膜８０としては、Ｉｒ，Ｐｔ，タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属の何れでもよく、また、これらの合金や、酸化イリジウム等の金属酸化物が挙げられる。
【００３１】
そして、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、ＺｒＯ2層５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。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。
【００３２】
さらに、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、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００３３】
また、保護基板３０には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられており、このリザーバ部３１は、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。また、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１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ている。
【００３４】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための図示しない駆動回路が固定されており、駆動回路とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線を介して電気的に接続されている。
【００３５】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、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。
【００３６】
保護基板３０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。ここで、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３１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。
【００３７】
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、駆動回路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、弾性膜５０、ＺｒＯ2層５５、下電極膜６０及び圧電体層７０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。本実施形態では、下電極膜６０や弾性膜５０とＺｒＯ2層５５との密着力が高いので、アクチュエータ装置を駆動してたわみ変形させても下電極膜６０や弾性膜５０がＺｒＯ2層５５から剥離しないため、耐久性に優れたものとなる。
【００３８】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図７〜図１１を参照して説明する。なお、図７〜図１１は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図７（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、膜厚が約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。
【００３９】
次に、図７（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、Ｚｒ層４０１を形成する。このＺｒ層４０１は、Ｚｒを結晶成長させることにより形成し、下電極膜６０が形成される側の表面に、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで突出した特別結晶領域４０２が、１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で、好ましくは、高さが１６．０〜４０．６ｎｍで平面視の大きさが直径０．３〜０．５μｍで突出した特別結晶領域４０２が１．１１×１０７〜１．２５×１０７個／ｃｍ２の密度で形成されるように成膜する。この特別結晶領域４０２は、Ｚｒの結晶を弾性膜５０側から成長させてＺｒ層４０１を形成する際に、例えば、通常のＺｒの結晶よりもＺｒ層４０１の厚さ方向に優先的にＺｒの結晶が成長する領域が発生するように成膜して、通常のＺｒの結晶よりも高く成長したＺｒの結晶群で構成することができる。
【００４０】
具体的には、ＤＣスパッタリング法を用い、成膜温度：室温（２３℃）〜３００℃、成膜時のＡｒ圧力：１Ｐａ以下、出力のパワー密度：３〜３０ｋＷ／ｍ２、ターゲット（Ｚｒ）と弾性膜５０との距離：６０〜１８０ｍｍの範囲内で、各条件のバランスを調整することで、上記特別結晶領域４０２が形成されたＺｒ層４０１を成膜することができる。例えば、他の条件にも依存するが、成膜温度が高いほうが平面視の大きさが大きな特別結晶領域４０２が得られ易く、Ａｒ圧力が低いほうが特別結晶領域４０２を形成しやすくなる。また、他の条件にも依存するが、Ｚｒ層４０１の（００２）面配向度が高いほうが、例えば７０％以上のほうが、特別結晶領域４０２が形成されやすくなる。
【００４１】
Ｚｒ層４０１を形成した後は、Ｚｒ層４０１を酸化することにより、図７（ｃ）に示すように、ＺｒＯ2層５５を形成する。本実施形態では、Ｚｒ層４０１を、例えば５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより、ＺｒＯ2層５５を形成した。なお、本実施形態ではドライ酸化によりＺｒ層４０１を酸化したが、ウェット酸化でＺｒ層４０１を酸化してもよい。このように形成されたＺｒＯ2層５５は、Ｚｒ層４０１の特別結晶領域４０２が酸化されることにより、図４に示すような突出部４０３が形成される。なお、ＺｒＯ2層５５の突出部４０３の高さ・大きさ・密度は、Ｚｒ層４０１の特別結晶領域４０２に応じたものとなり、高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍで、ＺｒＯ2層５５表面に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で形成される。
【００４２】
その後、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とをＺｒＯ2層５５上にスパッタリング法等により積層することにより、図８（ａ）に示すように、下電極膜６０を形成する。このように形成された下電極膜６０は、図４に示すように、ＺｒＯ２層５５の突出部４０３上に凸部４０４が形成される。なお、この下電極膜６０の凸部４０４の高さ・大きさ・密度は、下電極膜６０の成膜条件やＺｒＯ2層５５の突出部４０３に依存するものであり、例えば、ＤＣスパッタリング法を用い、成膜温度：２３〜１００℃、成膜時のＡｒ圧力：０．３〜１Ｐａ、出力のパワー密度：３〜３０ｋＷ／ｍ２で下電極膜６０を成膜すると、凸部４０４は高さが１０〜１００ｎｍで平面視の大きさが直径０．１〜１μｍであり、下電極膜６０上に１．０×１０６〜１．０×１０８個／ｃｍ２の密度で形成される。
【００４３】
次に、下電極膜６０上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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。また、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、この他のスパッタリング法を用いてもよい。
【００４４】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図８（ｂ）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６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物（チタン酸ジルコン酸鉛）を含むゾル（溶液）をスピンコート法等で塗布して圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。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）。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）。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る。
【００４５】
次に、図８（ｃ）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って結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。なお、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００４６】
次に、図９（ａ）に示すように、圧電体膜７２上に所定形状のレジスト４００を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、レジスト４００をマスクとして下電極膜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。
【００４７】
次いで、レジスト４００を剥離した後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返して複数の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成することで、図９（ｃ）に示すように複数層の圧電体膜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１回あたりの膜厚を非常に薄くして複数層の圧電体膜からなる圧電体層７０全体の膜厚を約１〜３μｍ程度とする。本実施形態では、圧電体膜７２を積層して設けたが、圧電体膜７２の１層分の膜厚を厚くして１層のみで構成してもよい。このようにして得られた圧電体層７０は、平滑であり突出した領域は存在しない。
【００４８】
圧電体層７０を形成した後は、図１０（ａ）に示すように、圧電体層７０上の全面に亘ってＩｒからなる上電極膜８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と上電極膜８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。そして、このようなドライエッチングでは、レジストの側面を予め傾斜させておくと、圧電体層７０及び上電極膜８０が、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面が傾斜面となる。
【００４９】
次に、図１０（ｂ）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）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００５０】
次に、図１０（ｃ）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を接着剤３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、数百μｍ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。
【００５１】
次に、図１１（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薄くする。また、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、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。
【００５２】
そして、図１１（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５２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３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００５３】
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とは反対側の面の二酸化シリコン膜５１を除去した後にノズル開口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。
【００５４】
以下、実施例及び比較例に基づいてさらに詳細に説明する。
（実施例１）
上記実施形態に基づき、アクチュエータ装置を製造した。詳述すると、シリコン基板に厚さ１μｍのＳｉＯ２膜を設けた。このＳｉＯ２膜上に、ＤＣスパッタ法で、成膜時のＡｒ圧力：０．５Ｐａ、出力のパワー密度：１５ｋＷ／ｍ２、成膜温度：室温（２３℃。表中「ＲＴ」表記する。）、ターゲット（Ｚｒ）とＳｉＯ２膜との距離（Ｔ／Ｓ）：６５ｍｍの条件で、厚さ２７０ｎｍのＺｒ層を成膜した。得られたＺｒ層は、シリコン基板とは反対側の表面に、特別結晶領域を有し、また、結晶が緻密な膜だった。特別結晶領域の高さ、平面視の大きさ（直径）及び密度や、Ｚｒ層の（００２）面配向度を表１に示す。
【００５５】
その後、Ｚｒ層を９００℃の拡散炉で熱酸化してＺｒＯ2層を形成した。このＺｒＯ2層はＺｒ層の特別結晶領域と同じ高さ、大きさ及び密度の突出部を、シリコン基板とは反対側の面に有し、また、結晶が緻密な膜だった。
【００５６】
次いで、ＺｒＯ2層上に、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜、厚さ２０ｎｍのＩｒ膜、厚さ６０ｎｍのＰｔ膜、厚さ２０ｎｍのＩｒ膜を順にスパッタリング法で積層形成して下電極膜６０を形成した。なお、各金属膜のスパッタリング条件は、成膜時のＡｒ圧力、出力のパワー密度、成膜温度の順に、Ｔｉ膜は０．４Ｐａ，９ｋＷ／ｍ２，室温、Ｔｉ膜上のＩｒ膜は０．４Ｐａ，３０ｋＷ／ｍ２，室温、Ｐｔ膜は０．４Ｐａ，３０ｋＷ／ｍ２，室温、Ｐｔ膜上のＩｒ膜は０．４Ｐａ，３０ｋＷ／ｍ２，室温とした。得られた下電極膜は、シリコン基板とは反対側の表面に、凸部を有していた。下電極膜の凸部の高さ等を表３に示す。表３に示すように、Ｚｒ層の特別結晶領域が同じでも下電極膜の成膜条件により、下電極膜の凸部の大きさは異なっていた。
【００５７】
その後、ＰＺＴからなる厚さ１．１μｍ圧電体層と厚さ５０ｎｍのＩｒからなる上電極膜８０を設けて、アクチュエータ装置を製造した。
【００５８】
（実施例２〜６）
実施例２〜４については下電極膜を形成する際の各金属膜の成膜条件を表２に示す条件とした以外は実施例１と同様にして、また、実施例５及び６については、Ｚｒ層を形成する際の成膜条件を表１に示す条件とした以外は実施例１と同様にして、アクチュエータ装置を作成した。得られた各実施例２〜６のＺｒ層は、シリコン基板とは反対側の表面に、特別結晶領域を有し、また、結晶が緻密な膜だった。特別結晶領域の高さ等や、Ｚｒ層の（００２）面配向度を表１に示す。また、各実施例２〜６のＺｒＯ2層は、各実施例２〜６のＺｒ層の特別結晶領域と同じ高さ、大きさ及び密度の突出部を、シリコン基板とは反対側の面に有し、また、結晶が緻密な膜だった。そして、各実施例２〜６の下電極膜は、シリコン基板とは反対側の面に凸部を有していた。下電極膜の凸部の高さ等を表１に示す。
【００５９】
（比較例１〜３）
Ｚｒ層を形成する際の成膜条件を表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして、アクチュエータ装置を製造した。得られたＺｒ膜の表面は平坦で、特別結晶領域は存在せず、ＺｒＯ2層も下電極膜も平坦だった。
【００６０】
【表１】
2008098381.tif 000003
【００６１】
【表２】
2008098381.tif 000004
【００６２】
【表３】
2008098381.tif 000005
【００６３】
（試験例）密着力の測定
実施例１〜６及び比較例１〜３のアクチュエータ装置について、スクラッチ装置でスクラッチ試験を行って、ＳｉＯ2とＺｒＯ2層との密着力を測定した。結果を表１に示す。
【００６４】
この結果、特別結晶領域を有するＺｒ層を酸化したＺｒＯ2層を有する実施例１〜６では、ＳｉＯ2とＺｒＯ2層との密着力が良好だった。一方、特別結晶領域を有さないＺｒ層を酸化したＺｒＯ2層を有する比較例１〜３では、実施例１〜６と比較して、顕著に密着力が低かった。また、スクラッチ試験の際に実施例１〜６の下電極膜がＺｒＯ2層から剥離しなかったことから、実施例１〜６のＺｒＯ2層と下電極膜との密着力が良好であることも確認された。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述した実施形態１に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、基板上にＳｉＯ２層とＺｒ層を順に設けたが、金属酸化物からなる基板を用い、この基板上にＺｒ層を直接設けてもよい。金属酸化物の金属としては、Ｍｇ等が挙げられる。このような構成にすると、下電極膜や基板とＺｒＯ２層との密着性に優れたアクチュエータ装置となる。なお、Ｚｒ層が設けられる一方面側が金属酸化物からなる基板であればよく、例えば、基板本体のＺｒ層が設けられる側に金属酸化膜が設けられている基板を用いてもよい。
【００６６】
また、上述した実施形態１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、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。なお、本発明は、液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド等）に搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施形態１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１に係る記録ヘッドの要部平面図である。
【図３】実施形態１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１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。
【図５】Ｚｒ層の要部拡大断面図である。
【図６】Ｚｒ層の要部拡大平面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１０】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１１】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  リザーバ部、  ３２  圧電素子保持部、  ４０  コンプライアンス基板、  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、  ３００  圧電素子、  ３２０  圧電体能動部、４０１  Ｚｒ層、４０２  特別結晶領域、４０３  突出部、４０４  凸部
【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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【図９】
2008098381.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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