(57)【要約】【課題】製造歩留まりの向上を図ることができる圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電素子の製造方法は，基板１０の上方に弾性板１２を形成する工程と、弾性板の上方に下部電極２２を形成する工程と、下部電極の上方に圧電体層２４を形成する工程と、圧電体層の上方に上部電極２６を形成する工程と、基板に開口部を形成する工程と、下部電極、圧電体層、および上部電極を有する積層部２０と、弾性板と、開口部の形成された基板と、を含む圧電素子部品１２０の共振周波数を測定する工程と、圧電素子部品１２０の共振周波数の測定後、基板を被覆するように基板の下面側から調整層を形成する工程と，を含む。【選択図】図４
2008188851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に弾性板を形成する工程と、
前記弾性板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記基板に開口部を形成する工程と、
前記下部電極、前記圧電体層、および前記上部電極を有する積層部と、前記弾性板と、前記開口部の形成された前記基板と、を含む圧電素子部品の共振周波数を測定する工程と、
前記圧電素子部品の共振周波数の測定後、前記基板を被覆するように該基板の下面側から調整層を形成する工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記開口部および前記調整層の下方にノズル板を設けて、圧力室を形成する工程を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記基板の上方にエッチングストッパ層を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層の少なくとも一部、前記弾性板の一部、および前記調整層の一部を除去して貫通孔を形成する工程と、を有し、
前記開口部を形成する工程では、前記基板を前記エッチングストッパ層が露出するまでエッチングして、他の開口部を形成し、
前記圧力室を形成する工程では、前記他の開口部の下方に前記ノズル板を設けて、液体貯留部を形成する、圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記調整層は、酸化タンタルからなるように形成される、圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インクジェットプリンタなどには、例えば特許文献１に開示されているようなインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）が用いられている。例えばこのような液体噴射ヘッドを形成する場合には、製造条件の意図せぬ変化などによって、液体噴射ヘッドの共振周波数や変位量などにばらつきが生じ、製造歩留まりが低下する場合がある。
【特許文献１】特開２００３−１５２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、製造歩留まりの向上を図ることができる圧電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板の上方に弾性板を形成する工程と、
前記弾性板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記基板に開口部を形成する工程と、
前記下部電極、前記圧電体層、および前記上部電極を有する積層部と、前記弾性板と、前記開口部の形成された前記基板と、を含む圧電素子部品の共振周波数を測定する工程と、
前記圧電素子部品の共振周波数の測定後、前記基板を被覆するように該基板の下面側から調整層を形成する工程と、を含む。
【０００５】
本発明に係る圧電素子の製造方法では、前記圧電素子部品の共振周波数を測定した後に、前記調整層を形成する。これにより、前記圧電素子部品の共振周波数の測定結果に応じて前記調整層の膜厚を決定することができる。前記調整層の膜厚に応じて、前記圧電素子部品の共振周波数は変化するため、本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、前記調整層を形成した後の前記圧電素子部品の共振周波数が所望の値となるような膜厚の設定で前記調整層を形成することができる。つまり、前記調整層は、前記圧電素子部品の共振周波数を調整することができる。その結果、最終的に得られる圧電素子の共振周波数のばらつきを低減させることができ、延いては製造歩留まりの向上を図ることができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００７】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記開口部および前記調整層の下方にノズル板を設けて、圧力室を形成する工程を有することができる。
【０００８】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記基板の上方にエッチングストッパ層を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層の少なくとも一部、前記弾性板の一部、および前記調整層の一部を除去して貫通孔を形成する工程と、を有し、
前記開口部を形成する工程では、前記基板を前記エッチングストッパ層が露出するまでエッチングして、他の開口部を形成し、
前記圧力室を形成する工程では、前記他の開口部の下方に前記ノズル板を設けて、液体貯留部を形成することができる。
【０００９】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記調整層は、酸化タンタルからなるように形成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
１．  まず、本実施形態に係る圧電素子１００について説明する。ここでは、本実施形態に係る圧電素子１００が、インクジェットプリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド（液体噴射ヘッド）である場合について説明する。
【００１２】
図１は、圧電素子１００を概略的に示す断面図であり、図２は、圧電素子１００を概略的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図２では、便宜上、基板１０上の部材および調整層１６の記載を省略している。
【００１３】
圧電素子１００は、図１および図２に示すように、ノズル板１８と、基体１と、弾性板１２と、下部電極２２と、圧電体層２４と、上部電極２６と、を含む。基体１は、調整層１６と、基板１０と、を有する。
【００１４】
ノズル板１８としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製の圧延プレートなどを用いることができる。ノズル板１８は、圧力室６４に通じるノズル孔（開口部）６０を有する。圧力室６４は、ノズル板１８の上に設けられている。ノズル孔６０からは液滴が吐出されることができる。ノズル孔６０は、図２に示すように、例えば複数設けられている。複数のノズル孔６０は、例えば一列に配置されている。ノズル板１８の上には、基体１が固定されている。ノズル板１８と基体１との間には、例えば接着剤（図示せず）が設けられている。
【００１５】
調整層１６は、圧力室６４を覆っている。調整層１６は、例えば、圧力室６４と基板１０との間、圧力室６４と弾性板１２との間、および、ノズル板１８と基板１０との間に設けられている。調整層１６は、例えば酸化タンタル（ＴａＯｘ）などからなることができる。調整層１６は、圧力室６４に充填される液体（インク）と基板１０との反応を防ぐことができる。調整層１６の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。
【００１６】
基板１０は、圧力室６４の側方に調整層１６を介して設けられている。基板１０は、ノズル板１８の上方に設けられている。基板１０は、液体貯留部（リザーバ）６６の側方に調整層１６を介して設けられている。基板１０としては、例えば面方位（１１０）のシリコン基板を用いることができる。基板１０は、ノズル板１８と弾性板１２との間の空間を、液体貯留部（リザーバ）６６、複数の供給口６５、および、複数の圧力室６４として区画することができる。
【００１７】
液体貯留部６６は、液体カートリッジ（図示せず）から供給される液体を、一時的に貯留することができる。液体貯留部６６の上方に位置する調整層１６、弾性板１２、およびエッチングストッパ層１４には、厚さ方向に貫通した貫通孔６７が設けられている。この貫通孔６７によって、液体カートリッジから液体貯留部６６へ液体が供給される。そして、液体貯留部６６から、各供給口６５を通じて、各圧力室６４へ液体が供給される。複数の圧力室６４は、各ノズル孔６０に対して１つずつ配設されている。ノズル孔６０は、圧力室６４と連続している。圧力室６４の容積は、弾性板１２の変形により可変である。この容積変化によって、圧力室６４から液体が吐出される。
【００１８】
弾性板１２は、調整層１６および基板１０の上に形成されている。弾性板１２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）をこの順に積層したものなどからなることができる。弾性板１２の厚さは、例えば１μｍ程度である。
【００１９】
弾性板１２の上には、下部電極２２が形成されている。下部電極２２は、圧電体層２４に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極２２は、例えば、白金（Ｐｔ）、Ｉｒ（イリジウム）などやこれらの積層体からなることができる。下部電極２２の厚さは、例えば１５０ｎｍ程度である。
【００２０】
下部電極２２の上には、圧電体層２４が形成されている。圧電体層２４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛固溶体などの圧電材料からなることができる。チタン酸ジルコン酸鉛固溶体としては、例えばニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などが挙げられる。圧電体層２４の厚さは、例えば１μｍ程度である。
【００２１】
圧電体層２４の上には、上部電極２６が形成されている。上部電極２６は、圧電体層２４に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極２６は、例えば、白金（Ｐｔ）、Ｉｒ（イリジウム）などやこれらの積層体からなることができる。上部電極２６の厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。
【００２２】
下部電極２２、圧電体層２４、および上部電極２６は、図１に示すように、例えば柱状の堆積体（積層部）２０を構成することができる。積層部２０は、下部電極２２と、圧電体層２４と、上部電極２６と、を有する。積層部２０の露出面には、圧電体層２４を外部雰囲気から保護する保護膜（図示せず）を形成することができる。また、積層部２０には、駆動回路（図示せず）と積層部２０を電気的に接続する配線(図示せず)が接続されている。積層部２０は、駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。弾性板１２は、積層部２０の変形によって変形し（たわみ）、圧力室６４の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００２３】
圧電素子１００は、さらに、筐体（図示せず）を含むことができる。筐体は、上述した各部材を収納することができる。筐体は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料などを用いて形成される。
【００２４】
２．  次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について説明する。図３、図４、図６は、本実施形態の圧電素子１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、図５は、本実施形態の圧電素子１００の一製造工程を概略的に示す平面図である。なお、図３、図６は、それぞれ図１に示す断面図に対応している。また、図４は、図５のIV−IV線断面図である。また、図５では、便宜上、基板１０上の部材の記載を省略している。
【００２５】
（１）まず、基板１０上に弾性板１２を形成する（図３参照）。弾性板１２は、例えば、基板１０を熱酸化して酸化シリコン層を形成後、スパッタ法によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化して酸化ジルコニウム層を形成することにより得られる。
【００２６】
次に、弾性板１２上に下部電極２２を形成する。下部電極２２は、例えば、スパッタ法などにより形成される。
【００２７】
次に、下部電極２２上に圧電体層２４を形成する。圧電体層２４は、例えば、溶液法（ゾルゲル法）、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。
【００２８】
次に、圧電体層２４上に上部電極２６を形成する。上部電極２６は、例えば、スパッタ法などにより形成される。
【００２９】
下部電極２２、圧電体層２４、および上部電極２６は、各層の形成ごとにパターニングされることもできるし、複数層の形成ごとに一括してパターニングされることもできる。
【００３０】
次に、弾性板１２に開口部を形成し、この開口部を埋め込むようにエッチングストッパ層１４を形成する。エッチングストッパ層１４は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングされる。エッチングストッパ層１４は、例えば金（Ａｕ）などからなるように形成される。
【００３１】
次に、基板１０の裏面（弾性板１２側とは逆側の面）を研磨することにより基板１０の膜厚を減少させる。
【００３２】
次に、後述する開口部（第１開口部）４０および他の開口部（第２開口部）４２の形成工程において、エッチングマスクとして用いられるマスク層１１を形成する。マスク層１１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）などからなるように形成される。
【００３３】
（２）次に、図４および図５に示すように、基板１０をエッチングして開口部（第１開口部）４０を形成する。また、本工程では、基板１０をエッチングストッパ層１４が露出するまでエッチングして、他の開口部（第２開口部）４２を形成することができる。即ち、エッチングストッパ層１４は、本エッチング工程において、エッチングストッパとして機能することができる。本エッチング工程では、マスク層１１をエッチングマスクとして用いることができる。基板１０のエッチングは、例えば水酸化カリウム水溶液などを用いて行われる。基板１０をエッチングした後、マスク層１１を除去する。
【００３４】
（３）以上の工程によって、図４および図５に示すように、下部電極２２、圧電体層２４、および上部電極２６を有する積層部２０と、弾性板１２と、第１開口部４０の形成された基板１０と、を含む圧電素子部品１２０を形成することができる。複数の圧電素子部品１２０は、図５に示すように、各第１開口部４０に対して１つずつ配設されている。
【００３５】
次に、圧電素子部品１２０の共振周波数を測定する。圧電素子部品１２０の共振周波数は、例えば、図４に示すように、電源７０およびインピーダンスアナライザ７２を下部電極２２および上部電極２６に電気的に接続して測定されることができる。なお、図中の矢印Ｖは、測定中の弾性板１２および積層部２０の振動方向を概略的に示している。
【００３６】
複数の圧電素子部品１２０に対しては、少なくとも１つの圧電素子部品１２０の共振周波数を測定することができる。例えば、複数の圧電素子部品１２０のすべての共振周波数を測定することもできるし、複数配列された圧電素子部品１２０のうち、特定のものの共振周波数だけを測定することもできる。
【００３７】
（４）次に、図６に示すように、基板１０を被覆するように基板１０の下面側から調整層１６を形成する。調整層１６は、基板１０の下面側から全面に形成され、弾性板１２の下面を被覆することができる。調整層１６は、例えば酸化タンタル（ＴａＯｘ）などからなるように形成される。調整層１６は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法などにより形成される。特にＣＶＤ法は、良好なカバレッジで成膜可能なため、基板１０の側面を調整層１６により被覆して液体（インク）から基板１０を保護するためには好ましい成膜方法である。
【００３８】
（５）次に、図１に示すように、エッチングストッパ層１４の一部、弾性板１２の一部、および調整層１６の一部を除去して貫通孔６７を形成することができる。なお、図示しないが、例えばウェットエッチング法などにより、エッチングストッパ層１４の全部を除去することもできる。
【００３９】
（６）次に、図１に示すように、第１開口部４０（図４参照）および調整層１６の下の所定の位置にノズル板１８を設けて、圧力室６４を形成する。また、本工程では、第２開口部４２（図４参照）および調整層１６の下の所定の位置にノズル板１８を設けて、液体貯留部６６を形成することができる。ノズル板１８は、接着剤などを用いて調整層１６の下面に貼り付けられることができる。
【００４０】
（７）以上の工程によって、本実施形態に係る圧電素子１００を製造することができる。
【００４１】
３．  本実施形態の圧電素子１００の製造方法では、圧電素子部品１２０の共振周波数を測定した後に、調整層１６を形成する。これにより、圧電素子部品１２０の共振周波数の測定結果に応じて調整層１６の膜厚を決定することができる。調整層１６の膜厚に応じて、圧電素子部品１２０の共振周波数は変化するため、本実施形態の圧電素子１００の製造方法によれば、調整層１６を形成した後の圧電素子部品１２０の共振周波数が所望の値となるような膜厚の設定で調整層１６を形成することができる。つまり、調整層１６は、圧電素子部品１２０の共振周波数を調整することができる。その結果、最終的に得られる圧電素子１００の共振周波数のばらつきを低減させることができ、延いては製造歩留まりの向上を図ることができる。
【００４２】
また、圧電素子１００の共振周波数と、圧電素子１００の変位量（弾性板１２の変位量）とは、相関関係にある。このため、本実施形態の圧電素子１００の製造方法によれば、圧電素子１００の共振周波数のばらつきを低減させることができるとともに、圧電素子１００の変位量のばらつきを低減させることができる。
【００４３】
また、例えば、１枚のウェハ（基板１０）に対して複数の圧電素子部品１２０が作り込まれる場合には、少なくとも２つの圧電素子部品１２０の共振周波数を測定した結果の平均値に応じて調整層１６の膜厚を決定することができる。調整層１６は、ウェハ全面に成膜されることができ、１枚のウェハにおける共振周波数の平均値を調整することができる。その結果、複数枚のウェハに対して圧電素子部品１２０が作り込まれる場合に、各ウェハを用いて製造される圧電素子１００の共振周波数のウェハごとのばらつきを低減させることができる。
【００４４】
また、本実施形態の圧電素子１００の製造方法によれば、共振周波数の調整層１６は、耐液体（インク）性を有する保護層として兼用されることができる。
【００４５】
４．  上述した例では、本実施形態に係る圧電素子がインクジェットプリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド（液体噴射ヘッド）である場合について説明した。しかしながら、本実施形態の圧電素子は、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材（液体）噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料（液体）噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物（液体）噴射ヘッドなどであることもできる。
【００４６】
また、本実施形態の圧電素子は、例えば、発振器や周波数フィルタなどに用いられる圧電振動子であることもできる。この場合には、上述した液体貯留部やノズル板などを設けないことができる。また、この場合には、液体（インクなど）を用いることがないため、上述した調整層としては、液体に対して耐性のあるもの以外のものを用いても問題はない。
【００４７】
５．  上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態の圧電素子を概略的に示す断面図。
【図２】本実施形態の圧電素子を概略的に示す平面図。
【図３】本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図４】本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【図５】本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す平面図。
【図６】本実施形態の圧電素子の一製造工程を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１  基体、１０  基板、１１  マスク層、１２  弾性板、１４  エッチングストッパ層、１６  調整層、１８  ノズル板、２０  積層部、２２  下部電極、２４  圧電体層、２６  上部電極、４０  第１開口部、４２  第２開口部、６０  ノズル孔、６４  圧力室、６５  供給口、６６  液体貯留部、６７  貫通孔、７０  電源、７２  インピーダンスアナライザ、１００  圧電素子，１２０  圧電素子部品
【図１】
2008188851.tif 000003
【図２】
2008188851.tif 000004
【図３】
2008188851.tif 000005
【図４】
2008188851.tif 000006
【図５】
2008188851.tif 000007
【図６】
2008188851.tif 000008