(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、
前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、
を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する第１強誘電体膜を形成する工程と、
前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、レジスト膜をマスクとして前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状にパターニングする工程と、
前記レジスト膜を残した状態で、前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、
前記レジスト膜上に形成された前記結晶種とともに前記レジスト膜を前記流路形成基板から除去する工程と、
前記第１強誘電体膜を含む前記流路形成基板上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、
前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、
前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、
を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する前記第１強誘電体膜を形成する工程と、
前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、第１レジスト膜をマスクとして前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状にパターニングする工程と、
前記第１レジスト膜を除去したあと、前記流路形成基板上に新たなレジスト膜を塗布し、前記第１強誘電体膜を含む領域を覆う第２レジスト膜を形成する工程と、
前記第２レジスト膜を残した状態で、前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、
前記第２レジスト膜上に形成された前記結晶種とともに前記第２レジスト膜を除去する工程と、
前記第１強誘電体膜を含む前記流路形成基板上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、
前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記第２レジスト膜を形成する工程は、前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状に前記第２レジスト膜を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、
前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、
前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、
を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する前記第１強誘電体膜を形成する工程と、
前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、レジスト膜をマスクとして前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状にパターニングする工程と、
前記レジスト膜を除去したあと、前記流路形成基板の上方に前記第１強誘電体膜を含む領域に相当する領域以外が開口するマスクを配置する工程と、
前記マスクと前記流路形成基板との位置を合わせた状態で、前記第１強誘電体膜を含む領域以外の前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、
前記流路形成基板上から前記マスクを取り除く工程と、
前記第１強誘電体膜上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、
前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記結晶種を形成する工程は、スパッタ法で前記結晶種を形成することを特徴とすることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、圧電素子の変位によりインクを吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記した液体噴射ヘッドは、インク滴を吐出するノズル開口孔と、ノズル開口孔と連通する圧力発生室と、圧力発生室の一部に設けられた振動板とを有する。液体噴射ヘッドは、この振動板を圧電素子により変形させ、圧力発生室のインクを加圧することにより、ノズル開口孔からインク滴を吐出させている。また、液体噴射ヘッドは、圧電素子の軸方向に伸長または収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの、２種類が実用化されている。
【０００３】
たわみ振動モードの圧電アクチュエータを利用した液体噴射ヘッドの製造方法は、例えば、特許文献１に記載のように、まず、成膜技術によって振動板上の全体に下電極膜を形成する。次に、下電極膜上に複数の強誘電体膜からなる圧電体層を形成する。圧電体層を形成する方法として、下電極膜上に結晶種を形成し、この結晶種を基に第１強誘電体膜を形成する。同じようにして、第１強誘電体膜上に結晶種を形成し、この結晶種を基に第２強誘電体膜を形成する。そのあと、第２強誘電体膜上に、残りの強誘電体膜を形成することにより、圧電体層を有する圧電素子が完成する。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２６５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、結晶種を形成するのにスパッタ法を用いた場合、スパッタのプラズマによって、予め形成されている第１強誘電体膜の表面がダメージ（例えば、結晶欠陥）を受ける場合がある。第１強誘電体膜がダメージを受けることによって、その上に形成された第２強誘電体膜の膜質（結晶性）との整合性が悪くなり、その結果、圧電素子の性能が低下するという問題があった。
【０００６】
また、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛の圧電体膜では、圧電性能を高く示すＭＰＢ（モルフォトロピック相境界）組成近傍の組成幅は非常に狭く、例えば、チタンからなる結晶種を第１強誘電体膜上に形成した場合、その部分だけ良好な組成から外れた組成になることが考えられる。これにより、圧電素子の性能が低下するという問題が考えられる。
【０００７】
本発明は、圧電体層の結晶の整合性を良好に保ち、圧電素子の性能が低下することを抑えることができる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ために、本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する第１強誘電体膜を形成する工程と、前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、レジスト膜をマスクとして所定形状にパターニングする工程と、前記レジスト膜を残した状態で、前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、前記レジスト膜上に形成された前記結晶種とともに前記レジスト膜を前記流路形成基板から除去する工程と、前記第１強誘電体膜を含む前記流路形成基板上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、流路形成基板上に結晶種を形成する際、第１強誘電体膜上にレジスト膜を残しておくことにより、レジスト膜によって第１強誘電体膜を外部から保護することができる。よって、結晶種の形成に伴って第１強誘電体膜の表面にダメージ（例えば、結晶欠陥）を受けることが抑えられ、第１強誘電体膜の膜質（例えば、結晶性）とその上に形成する第２強誘電体膜の膜質（例えば、結晶性）との整合性を良好に保つことができる。その結果、圧電素子の性能が低下することを抑えることができる。更に、第１強誘電体膜上に結晶種が形成されないことから、第１強誘電体膜の組成の比率を良好に保つことが可能となり、ＭＰＢ（モルフォトロピック相境界）組成近傍の高い圧電性能を示すことができる。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する前記第１強誘電体膜を形成する工程と、前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、第１レジスト膜をマスクとして所定形状にパターニングする工程と、前記第１レジスト膜を除去したあと、前記流路形成基板上に新たなレジスト膜を塗布し、前記第１強誘電体膜を含む領域を覆う第２レジスト膜を形成する工程と、前記第２レジスト膜を残した状態で、前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、前記第２レジスト膜上に形成された前記結晶種とともに前記第２レジスト膜を除去する工程と、前記第１強誘電体膜を含む前記流路形成基板上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、流路形成基板上に結晶種を形成する際、第１強誘電体膜上に第２レジスト膜を形成したことから、第２レジスト膜によって第１強誘電体膜を外部から保護することができる。よって、結晶種の形成に伴って第１強誘電体膜の表面にダメージを受けることが抑えられ、第１強誘電体膜の膜質とその上に形成する第２強誘電体膜の膜質との整合性を良好に保つことができる。その結果、圧電素子の性能が低下することを抑えることができる。更に、第１強誘電体膜上に結晶種が形成されないことから、第１強誘電体膜の組成の比率を良好に保つことが可能となり、ＭＰＢ（モルフォトロピック相境界）組成近傍の高い圧電性能を示すことができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法では、前記第２レジスト膜を形成する工程は、前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状に前記第２レジスト膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、結晶種を形成する際、第２レジスト膜によって第１強誘電体膜の端面が覆われているので、外部から端面を保護することが可能となる。よって、結晶種を形成した際、第１強誘電体膜の端面にダメージが加わらないことから、第１強誘電体膜の上面から端面に亘る膜質と第２強誘電体膜の膜質との整合性を向上させることができる。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、液体を噴射するノズル開口孔に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極膜と、前記下電極膜上に設けられ複数層の強誘電体膜で構成される圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた上電極膜と、を有する圧電素子が備えられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を脱脂及び焼成することで前記圧電体層を構成する前記第１強誘電体膜を形成する工程と、前記下電極膜及び前記第１強誘電体膜を、レジスト膜をマスクとして所定形状にパターニングする工程と、前記レジスト膜を除去したあと、前記流路形成基板の上方に前記第１強誘電体膜を含む領域に相当する領域以外が開口するマスクを配置する工程と、前記マスクと前記流路形成基板との位置を合わせた状態で、前記第１強誘電体膜を含む領域以外の前記流路形成基板上に結晶種を形成する工程と、前記流路形成基板上から前記マスクを取り除く工程と、前記第１強誘電体膜上に強誘電体前駆体を形成し、それを脱脂及び焼成することで第２強誘電体膜を形成する工程と、前記第２強誘電体膜上に強誘電体前駆体膜を形成しそれを脱脂及び焼成して前記強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより前記第２強誘電体膜上に残りの強誘電体膜を形成して前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に前記上電極膜を形成後、前記上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、流路形成基板上に結晶種を形成する際、第１強誘電体膜の上方にマスクを配置することにより、マスクによって第１強誘電体膜を外部から保護することができる。よって、第１強誘電体膜の表面にダメージが加わることが抑えられ、第１強誘電体膜の膜質とその上に形成する第２強誘電体膜の膜質との整合性を良好に保つことができる。その結果、圧電素子の性能が低下することを抑えることができる。更に、第１強誘電体膜上に結晶種が形成されないことから、第１強誘電体膜の組成の比率を良好に保つことが可能となり、ＭＰＢ（モルフォトロピック相境界）組成近傍の高い圧電性能を示すことができる。
【００１６】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法では、前記マスクは、前記第１強誘電体膜の端面を含む領域が覆われる形状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、結晶種を形成する際、マスクによって第１強誘電体膜の端面が覆われているので、外部から端面を保護することが可能となる。よって、第１強誘電体膜の端面にダメージが加わることが抑えられ、第１強誘電体膜の上面から端面に亘る膜質と第２強誘電体膜の膜質との整合性を向上させることができる。
【００１８】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法では、前記結晶種を形成する工程は、スパッタ法で前記結晶種を形成することを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、スパッタ法で結晶種を形成した場合、スパッタのプラズマによって、第１強誘電体膜がダメージを受けることが考えられるが、レジスト膜、第２レジスト膜、マスクのいずれかによって第１強誘電体膜が保護されているので、プラズマによるダメージを抑えることができる。よって、第１強誘電体膜の膜質とその上に形成する第２強誘電体膜の膜質との整合性を良好に保つことができる。その結果、圧電素子の性能が低下することを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドの構造を模式的に示す分解斜視図である。図２は、インクジェット式記録ヘッドの構造を示す模式図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は模式断面図である。図３は、圧電素子の層構造を示す模式断面図である。以下、インクジェット式記録ヘッドの構造を、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２２】
図１及び図２に示すように、流路形成基板１０は、例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板で構成されている。流路形成基板１０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からなる弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０の厚みは、例えば、１〜２μｍである。また、流路形成基板１０には、その幅方向に複数の圧力発生室１２が並設されている。また、流路形成基板１０における圧力発生室１２の長手方向の外側には、連通部１３が形成されている。連通部１３は、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して、各圧力発生室１２と連通されている。
【００２３】
なお、連通部１３は、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入する液体としてのインクの流路抵抗が一定になるように保持している。
【００２４】
圧力発生室１２などは、弾性膜５０とは反対側の面から流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって形成されている。異方性エッチングは、例えば、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。詳しくは、流路形成基板１０が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、面方位（１１０）と比較して面方位（１１１）のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。すなわち、シリコン単結晶基板をＫＯＨなどのアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現する。
【００２５】
異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度で配列することができる。本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることによって形成されている。なお、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に浸される量がきわめて小さい。
【００２６】
このような圧力発生室１２などが形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが望ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが望ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【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１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口孔２１が穿設されたノズルプレート２０が、マスク膜５１を介して、接着剤や熱溶着フィルムなどによって固着されている。
【００２８】
ノズルプレート２０の厚みは、例えば、０．１〜１ｍｍである。また、ノズルプレート２０は、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、不錆鋼などからなる。インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口孔２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口孔２１は、数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００２９】
流路形成基板１０における開口面と反対側には、上記したように、弾性膜５０が形成されており、この弾性膜５０上には、厚みが例えば０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。
【００３０】
絶縁体膜５５上には、図２（ｂ）に示すように、例えば、厚みが０．２μｍの下電極膜６０と、厚みが１．０μｍの圧電体層７０と、厚みが０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。
【００３１】
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。詳しくは、例えば、圧電素子３００の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。また、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という。本実施形態では、下電極膜６０を共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としている。なお、駆動回路や配線の都合でこれを逆としても支障はない。いずれの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、圧電素子３００と、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と称する。また、下電極膜６０がパターニングされた弾性膜５０及び絶縁体膜５５が振動板として作用する。
【００３２】
下電極膜６０は、圧力発生室１２の両端部近傍でそれぞれパターニングされ、圧力発生室１２の並設方向に沿って連続的に設けられている。また、圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の端面は、絶縁体膜５５に対して所定角度で傾斜する傾斜面となっている（図３参照）。
【００３３】
圧電体層７０は、各圧力発生室１２毎に独立して設けられ、図３に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電材料からなる複数層の強誘電体膜７１（７１ａ〜７１ｆ）で構成されている。また、強誘電体膜７１のうち最下層である第１強誘電体膜７１ａは、下電極膜６０上のみに設けられている。この第１強誘電体膜７１ａの端面は、下電極膜６０の端面に連続する傾斜面となっている。そして、第１強誘電体膜７１ａ上に形成される第２強誘電体膜７１ｂ〜第６強誘電体膜７１ｆは、第１強誘電体膜７１ａ上から絶縁体膜５５上までを覆って設けられている（図３参照）。
【００３４】
上電極膜８０は、圧電体層７０と同様に各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなる絶縁体膜５５上まで延設されるリード電極９０がそれぞれ接続されている。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確保した状態で、その空間を密封することが可能な圧電素子保持領域３１を有する封止基板３０が接合されている。そして、上記したように、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成するリザーバ部３２が設けられている。さらに、封止基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料で形成される封止膜４１と、金属などの硬質の材料で形成される固定板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。なお、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に除去された開口部４３となっており、リザーバ１００の一方面は、封止膜４１のみで封止されている。
【００３５】
以上のようなインクジェット式記録ヘッドは、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からノズル開口孔２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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、絶縁体膜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、ノズル開口孔２１からインク滴が吐出される。
【００３６】
図４〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の形成方法を工程順に示す模式断面図である。以下、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコンウエハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を全面に形成する。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成し、そのあと、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、白金、イリジウムなどが好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸化雰囲気下で６００℃〜１０００℃程度の温度で焼結して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から、白金、イリジウムなどが好適である。
【００４０】
次に、下電極膜６０上に圧電体層７０（図７（ｂ）参照）を形成する。圧電体層７０は、上記したように、複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆを積層することによって形成されている。強誘電体膜７１ａ〜７１ｆは、例えば、ゾル−ゲル法を用いて形成している。詳しくは、金属有機物を触媒に溶解および分散し、ゾルを塗布乾燥しゲル化して強誘電体前駆体膜７２を形成し、更に、この強誘電体前駆体膜７２を脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各強誘電体膜７１ａ〜７１ｆを得ている。
【００４１】
詳しくは、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に、チタン又は酸化チタンからなる結晶種（層）６５をスパッタ法により形成する。結晶種６５は、圧電体層７０の結晶の核となる。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１強誘電体膜７１ａを形成する。まず、例えば、スピンコート法などの塗布法により、未結晶の強誘電体前駆体膜７２ａを形成する。強誘電体前駆体膜７２ａの厚さは、一層当たりの焼成後の厚みが０．１μｍ程度になるように形成する。詳しくは、強誘電体前駆体膜７２ａを、一度の塗布によって約０．１５μｍ程度の厚さで形成する。そのあと、この強誘電体前駆体膜７２ａを所定の温度と時間で乾燥させて溶媒を蒸発させる。強誘電体前駆体膜７２ａを乾燥させる温度は、例えば、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましく、好適には１８０℃程度である。また、乾燥させる時間は、例えば、５分以上１５分以下であることが好ましく、好適には１０分程度である。
【００４３】
そのあと、乾燥した強誘電体前駆体膜７２ａを所定温度で脱脂する。なお、ここでいう脱脂とは、強誘電体前駆体膜７２ａの有機成分、例えば、ＮＯ2（二酸化窒素）、ＣＯ2（二酸化炭素）、Ｈ2Ｏ（水）等を離脱させることである。また、脱脂時のシリコンウエハ１１０の加熱温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。これは、温度が高すぎると、強誘電体前駆体膜７２ａの結晶化が始まってしまい、温度が低すぎると、十分な脱脂が行えないためである。本実施形態では、ホットプレートによってシリコンウエハ１１０を４００℃程度に加熱して、強誘電体前駆体膜７２ａの脱脂を行う。これにより、強誘電体前駆体膜７２ａに結晶核を多く発生させることができるため、後述する焼成工程を経て得られる第１強誘電体膜７１ａの緻密性及び配向性が向上する。このように、強誘電体前駆体膜７２ａの脱脂を行った後、シリコンウエハ１１０を所定の拡散炉に挿入し、強誘電体前駆体膜７２ａを約７００℃の高温で焼成して結晶化することにより、最下層の強誘電体膜である第１強誘電体膜７１ａが完成する。
【００４４】
次に、図５（ｃ）に示すように、下電極膜６０と第１強誘電体膜７１ａとを同時にパターニングする。まず、第１強誘電体膜７１ａ上にレジストを塗布する。レジストは、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により塗布して形成する。次に、マスクを用いてレジストを露光、現像、ベークを行うことにより、所定のパターンのレジスト膜２００を形成する。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いるようにしてもよい。また、レジスト膜２００の端面２０１が所定角度で傾斜するように形成する。このレジスト膜２００の端面２０１の傾斜角度は、ポストベークの時間が長いほど小さくなる。また、過剰に露光することによっても傾斜角度を調整することができる。
【００４５】
そのあと、図６（ａ）に示すように、レジスト膜２００をマスクとして、第１強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０をイオンミリングによってパターニングする。これにより、第１強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０は、レジスト膜２００の傾斜した端面２０１に沿ってパターニングされる。また、これらの端面は、振動板に対して所定角度で傾斜する傾斜面となる。
【００４６】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜２００を除去しない状態で、第２強誘電体膜７１ｂ（図７（ａ）参照）を形成するための結晶の核となる結晶種（層）６５Ａを、シリコンウエハ１１０上の全面に形成する。結晶種６５Ａは、例えば、チタン又は酸化チタンからなり、スパッタ法により形成する。これにより、露出している絶縁体膜５５の上面、下電極膜６０の斜面、第１強誘電体膜７１ａの斜面、及びレジスト膜２００上に、結晶種６５Ａが形成される。
【００４７】
次に、図６（ｃ）に示すように、レジスト膜２００上の結晶種６５Ａとともにレジスト膜２００を除去する。レジスト膜２００を除去することにより、第１強誘電体膜７１ａの上面が露出する。結晶種６５Ａを形成した工程（図６（ｂ）参照）において、第１強誘電体膜７１ａ上にレジスト膜２００を残した状態で形成していることから、第１強誘電体膜７１ａの上面をレジスト膜２００で保護することが可能となり、スパッタのプラズマによって第１強誘電体膜７１ａにダメージ（例えば、酸素が抜けることによる結晶欠陥）を受けることが抑えられている。また、レジスト膜２００で第１強誘電体膜７１ａの上面が保護されていることから、第１強誘電体膜７１ａと結晶種６５Ａとの接触が抑えられ、第１強誘電体膜７１ａの組成の崩れが抑えられている。
【００４８】
次に、図７（ａ）に示すように、第１強誘電体膜７１ａ上を含むシリコンウエハ１１０上の全面に、第２強誘電体膜７１ｂを形成する。まず、スピンコート法等により強誘電体前駆体膜７２ｂを所定厚さ、例えば、約０．１５μｍの厚さで形成する。そのあと、この強誘電体前駆体膜７２ｂを乾燥、脱脂、焼成することにより、第２強誘電体膜７１ｂを形成する。第１強誘電体膜７１ａ上には、第１強誘電体膜７１ａの結晶性が反映された第２強誘電体膜７１ｂが形成される。また、絶縁体膜５５上には、第１強誘電体膜７１ａの結晶性と同様である、結晶種６５Ａの結晶性が反映された第２強誘電体膜７１ｂが形成される。つまり、下電極膜６０上（第１強誘電体膜７１ａ上）の領域から絶縁体膜５５上の領域に亘って、結晶核が略均等に形成された第２強誘電体膜７１ｂを得ることができる。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示すように、第２強誘電体膜７１ｂ上に、第３強誘電体膜７１ｃ〜第６強誘電体膜７１ｆを形成する。まず、第２強誘電体膜７１ｂ上に、強誘電体前駆体膜７２ｃを所定の厚さ、例えば、焼成後で０．２μｍの厚さとなるように形成する。一度の塗布による強誘電体前駆体膜７２ｃの厚さは、約０．１５μｍ程度であり、本実施形態では、二度の塗布により所望の厚さの強誘電体前駆体膜７２ｃを得ている。次に、この強誘電体前駆体膜７２ｃを乾燥、脱脂をしたあと、焼成して結晶化することにより第３強誘電体膜７１ｃが完成する。このように、二度の塗布によって強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを形成する工程と、この強誘電体前駆体膜７２ｃ〜７２ｆを乾燥、脱脂したあと焼成する工程とを、例えば、４回繰り返すことにより、第３強誘電体膜７１ｃ〜第６強誘電体膜７１ｆを形成する。以上により、複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆからなり、厚さが約１μｍの圧電体層７０が完成する。
【００５０】
このように形成される圧電体層７０（強誘電体膜７１）の材料として、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いたが、インクジェット式記録ヘッドに使用する材料としては、良好な変位特性を得られればチタン酸ジルコン酸鉛系の材料に限定されない。
【００５１】
そのあと、図７（ｃ）に示すように、複数層の強誘電体膜７１ａ〜７１ｆからなる圧電体層７０上に、上電極膜８０を積層形成する。上電極膜８０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）である。
【００５２】
次に、図８（ａ）に示すように、圧電素子３００を完成させる。詳しくは、形成した圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２（図２（ｂ）参照）に対向する領域内にパターニングすることにより、圧電素子３００が完成する。
【００５３】
次に、図８（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。まず、例えば金（Ａｕ）からなる金属層を流路形成基板１０の全面に亘って形成する。次に、例えばレジスト等からなるマスクパターン（図示せず）を介して、この金属層を各圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０を形成する。
【００５４】
そのあと、図８（ｃ）に示すように、インクジェット式記録ヘッドを完成させる。まず、膜形成を行ったあとのシリコンウエハ１１０に封止基板３０を接合する。次に、所定形状にパターニングしたマスク膜５１を介して、シリコンウエハ１１０をエッチングすることにより、圧力発生室１２などを形成する。なお実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって、一枚のシリコンウエハ１１０上に多数のチップを同時に形成し、このプロセスを終了したあと、上述したノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０（図１、図２（ｂ）参照）を接着して一体化し、その後、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毎に分割することによって、インクジェット式記録ヘッドを完成させる。
【００５５】
以上のように、第１強誘電体膜７１ａ上に第２強誘電体膜７１ｂを形成する際、第１強誘電体膜７１ａ上にレジスト膜２００を残した状態で結晶種６５Ａを形成することから、第１強誘電体膜７１ａの表面にダメージが加わったり、第１強誘電体膜７１ａの組成が崩れたりすることを抑えることが可能となる。これにより、第１強誘電体膜７１ａの結晶性と第２強誘電体膜７１ｂの結晶性との整合性を向上させることができるとともに、第１強誘電体膜７１ａの組成を良好な状態に維持することができる。その結果、圧電素子３００の性能が低下することを抑えることができる。
【００５６】
図９は、インクジェット式記録装置の構造を示す概略斜視図である。以下、インクジェット式記録装置の構造を、図９を参照しながら説明する。
【００５７】
図９に示すように、インクジェット式記録装置は、上記したインクジェット式記録ヘッドを備えた記録ヘッドユニットが搭載されている。記録ヘッドユニットは、記録ヘッドユニット１Ａ及び記録ヘッドユニット１Ｂを有し、インクカートリッジ等と連通するインク流路がそれぞれに形成されている。
【００５８】
記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及びカートリッジ２Ｂが着脱可能に設けられている。また、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂは、キャリッジ３に搭載されている。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。また、装置本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられている。記録ヘッドユニット１Ａ，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。
【００５９】
インクジェット式記録装置の動作としては、まず、駆動モータ６の駆動力が、図示しない複数の歯車及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。これにより、記録ヘッドユニット１Ａ，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。そして、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙などの記録シートＳが、キャリッジ軸５に沿って設けられたプラテン８上に搬送される。
【００６０】
以上詳述したように、本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、以下に示す効果が得られる。
【００６１】
（１）本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、第１強誘電体膜７１ａ上に第２強誘電体膜７１ｂを形成するための結晶種６５Ａをスパッタによって形成する際、第１強誘電体膜７１ａ上にレジスト膜２００を残した状態で形成することから、第１強誘電体膜７１ａの表面をスパッタのプラズマから保護することができ、ダメージ（結晶欠陥）を受けることを抑えることができる。よって、第１強誘電体膜７１ａ上に、第１強誘電体膜７１ａの結晶性が反映された第２強誘電体膜７１ｂが形成されるとともに、絶縁体膜５５上に、結晶種６５Ａの結晶性が反映された第２強誘電体膜７１ｂを形成することができる。これにより、第１強誘電体膜７１ａと第２強誘電体膜７１ｂとの結晶の整合性を向上させることが可能となり、その結果、圧電素子３００の性能が低下することを抑えることができる。
【００６２】
（２）本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法によれば、第１強誘電体膜７１ａ上に第２強誘電体膜７１ｂを形成するための結晶種６５Ａを形成する際、第１強誘電体膜７１ａ上にレジスト膜２００を残した状態で形成することから、第１強誘電体膜７１ａと結晶種６５Ａとの接触を防ぐことが可能となる。よって、第１強誘電体膜７１ａの組成が崩れることを抑えることが可能となり、第１強誘電体膜７１ａの組成を良好な状態に維持することができ、その結果、高い圧電性能を示すことができる。
【００６３】
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
【００６４】
（変形例１）上記したように、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを例に説明したが、これに限定されず、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。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（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
【００６５】
（変形例２）上記したように、第１強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０をパターニングする際に用いたレジスト膜２００をマスクとして用いることにより、第１強誘電体膜７１ａの上面に結晶種６５Ａを形成させないようにすることに限定されず、以下のような方法で形成するようにしてもよい。例えば、パターニングに使用したレジスト膜２００（第１レジスト膜）を除去したあと、新しいレジストをシリコンウエハ１１０上に形成し、第１強誘電体膜７１ａの端面（斜面）を含む領域上にレジストが残るような第２レジスト膜を形成する。そして、第２レジスト膜がある状態のシリコンウエハ１１０上に結晶種６５Ａを形成する。これによれば、第１強誘電体膜７１ａの上面のみでなく第１強誘電体膜７１ａの斜面にも結晶種６５Ａが形成されないようにできることから、第１強誘電体膜７１ａの斜面にスパッタのプラズマによるダメージが加わったり、斜面の組成が崩れたりすることが抑えられる。よって、第１強誘電体膜７１ａと第２強誘電体膜７１ｂとの結晶の整合性をより向上させることができる。加えて、第１強誘電体膜７１ａの組成を、より広範囲に亘って良好な状態に維持することができる。なお、新しく形成した第２レジスト膜は、第１強誘電体膜７１ａの斜面のみでなく、下電極膜６０の斜面を含むように覆ってもよい。
【００６６】
（変形例３）上記したように、第１強誘電体膜７１ａ及び下電極膜６０をパターニングした際に用いたレジスト膜２００を残した状態で結晶種６５Ａを形成したり、新たな第２レジスト膜を形成してから結晶種６５Ａを形成したりすることに限定されず、以下のような方法で形成するようにしてもよい。例えば、パターニングに使用したレジスト膜２００を除去した後、第１強誘電体膜７１ａの上方にマスクとしてのハードマスクを配置することにより、ハードマスクをマスクとして第１強誘電体膜７１ａ上に結晶種６５Ａが形成されないようにしてもよい。なお、ハードマスクによって第１強誘電体膜７１ａの斜面上にも結晶種６５Ａが形成されないことが望ましい。また、下電極膜６０の斜面上まで結晶種６５Ａが形成されないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの構造を模式的に示す分解斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの構造を示す模式図であり、（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの構造を示す模式平面図、（ｂ）はインクジェット式記録ヘッドの構造を示す模式断面図。
【図３】圧電素子の構造を示す模式断面図。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す模式断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、製造方法を工程順に示す模式断面図。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す模式断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、製造方法を工程順に示す模式断面図。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す模式断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、製造方法を工程順に示す模式断面図。
【図７】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す模式断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、製造方法を工程順に示す模式断面図。
【図８】インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す模式断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、製造方法を工程順に示す模式断面図。
【図９】インクジェット式記録装置の構造を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ…記録ヘッドユニット、１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ…カートリッジ、２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モータ、７…タイミングベルト、８…プラテン、１０…流路形成基板、１１…隔壁、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…ノズル開口孔、３０…封止基板、３１…圧電素子保持領域、３２…リザーバ部、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…振動板を構成する弾性膜、５１…マスク膜、５２…二酸化シリコン膜、５５…振動板を構成する絶縁体膜、６０…下電極膜、６５Ａ…結晶種、７０…圧電体層、７１…強誘電体膜、７１ａ…第１強誘電体膜、７１ｂ…第２強誘電体膜、７１ｃ…第３強誘電体膜、７１ｄ…第４強誘電体膜、７１ｅ…第５強誘電体膜、７１ｆ…第６強誘電体膜、７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆ…強誘電体前駆体膜、８０…上電極膜、９０…リード電極、１００…リザーバ、１１０…シリコンウエハ、２００…レジスト膜、２０１…端面、３００…圧電素子。
【図１】
0004802836.tif 000002
【図２】
0004802836.tif 000003
【図３】
0004802836.tif 000004
【図４】
0004802836.tif 000005
【図５】
0004802836.tif 000006
【図６】
0004802836.tif 000007
【図７】
0004802836.tif 000008
【図８】
0004802836.tif 000009
【図９】
0004802836.tif 000010