(57)【要約】    【課題】  １００面配向度の高い圧電体膜を備えた圧電アクチュエータを安定して得ることのできる製造方法を提供する。    【解決手段】  基板１０上に下部電極３３を形成する工程と、この下部電極上に種チタン層をスパッタ法により形成する工程と、この種チタン層上に圧電体膜４３を形成する工程と、この圧電体膜上に上部電極４４を形成する工程とを備える。前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ時間は、前記スパッタ法に用いるスパッタ装置によりチタンの連続膜が形成される所要スパッタ時間の２％以上２０％以下の時間である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に種チタン層をスパッタ法により形成する工程と、この種チタン層上に圧電体膜を形成する工程と、この圧電体膜上に上部電極を形成する工程とを備える圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ時間は、前記スパッタ法に用いるスパッタ装置によりチタンの連続膜が形成される所要スパッタ時間の２％以上２０％以下の時間である、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ装置内の圧力は、２Ｐａ以上５Ｐａ以下である、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタパワーは、５０Ｗ以上１００Ｗ以下である、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ時間は、１秒以上１２秒以下である、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
前記種チタン層を形成する工程において、前記種チタン層を平均０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに形成する、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、
前記圧電体膜はＰＺＴ又はこれを主成分とする固溶体からなる、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の製造方法により圧電アクチュエータを形成する工程と、
前記圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室を形成する工程と、
当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口を形成する工程と、を備える、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の製造方法により製造された圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエータと、当該圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換機能を有する圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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がある。このインクジェット式記録ヘッドは、プリンタのインク吐出の駆動源として圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータは、一般に、インク滴を吐出するノズル開口（吐出口）と連通する圧力発生室と、圧力発生室の一面を画成する振動板と、この振動板上に形成され、かつ下部電極、圧電体膜及び上部電極を有する圧電体素子と、を備えて構成されている。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、安定した液滴吐出特性が得られ、信頼性を向上することを目的とした様々な改善がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００１−８８２９４号公報には、イリジウムを含む下部電極上に２ｎｍ〜１０ｎｍのチタン層を積層し、その上に強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を形成し、当該非晶質膜を熱処理することで（１００）面優先配向の結晶化した強誘電体薄膜とすることが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−８８２９４号公報
【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、従来の成膜方法においても、諸条件により１００面配向度が異なることがあり、目的とする配向性をより安定して得ることが必要であった。特に、１００面配向度の高い圧電体膜を安定して得ることが必要である。
【０００５】
本発明は、１００面配向度の高い圧電体膜を備えた圧電アクチュエータを安定して得ることのできる製造方法、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、液体噴射装置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】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明は、基板上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に種チタン層をスパッタ法により形成する工程と、この種チタン層上に圧電体膜を形成する工程と、この圧電体膜上に上部電極を形成する工程とを備える圧電アクチュエータの製造方法であって、前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ時間を、前記スパッタ法に用いるスパッタ装置によりチタンの連続膜が形成される所要スパッタ時間の２％以上２０％以下の時間としたものである。
【０００７】
これにより、種チタン層を良好な島状に形成することができ、その後に形成する圧電体膜の１００面配向度を安定して高くすることができる。
【０００８】
上記製造方法において、前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ装置内の圧力は、２Ｐａ以上５Ｐａ以下であることが望ましい。これにより、スパッタされたＴｉ粒子を適度に減速させて下部電極上に到達させ、良好な島状に堆積させることができる。
【０００９】
上記製造方法において、前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタパワーは、５０Ｗ以上１００Ｗ以下であることが望ましい。これにより、装置内の圧力を高くしてもＴｉ元素を良好にスパッタすることができる。また、スパッタ時間を短くしても効率よく種チタン層を堆積させることができる。
【００１０】
上記製造方法において、前記種チタン層を形成する工程におけるスパッタ時間は、１秒以上１２秒以下であることが望ましい。これにより、種チタン層を一層良好な島状にすることができ、圧電体膜の１００面配向度を安定して高くすることができる。
【００１１】
上記製造方法において、前記種チタン層を形成する工程において、前記種チタン層を平均０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに形成することが望ましい。これにより、種チタン層を一層良好な島状にすることができ、圧電体膜の１００面配向度を安定して高くすることができる。
【００１２】
上記製造方法において、前記圧電体膜はＰＺＴ又はこれを主成分とする固溶体からなることが望ましい。ＰＺＴ又はこれを主成分とする固溶体は特に圧電特性に優れ、チタンを含んでいるので上記種チタン層を核として良好に結晶成長することができる。
【００１３】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記の製造方法により圧電アクチュエータを形成する工程と、前記圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室を形成する工程と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口を形成する工程と、を備えている。これにより、圧電アクチュエータの構成要素である圧電体膜の１００面配向度が高く良好な圧電特性を有するため、高性能であり、且つ高い信頼性を有する液体噴射ヘッドを得ることができる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータは、上記の製造方法により製造されたことを特徴とする。この圧電アクチュエータは、１００面配向度が高く良好な圧電特性を有する圧電体膜を備えるため、高性能であり、且つ高い信頼性を有している。
【００１５】
そしてまた、本発明は、前述した本発明にかかる圧電アクチュエータと、当該アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッドを提供するものである。
【００１６】
この構成を備えた液体噴射ヘッドは、前記圧電アクチュエータの構成要素である圧電体膜の１００面配向度が高く良好な圧電特性を得られるため、高性能であり、且つ高い信頼性を有している。
【００１７】
さらにまた、本発明は、前述した本発明にかかる液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置を提供するものである。
【００１８】
この構成を備えた液体噴射装置は、液体噴射ヘッドの構成要素である圧電アクチュエータにおいて、圧電体膜の１００面配向度が高く良好な圧電特性を得られるため、高性能であり、且つ高い信頼性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の好適な実施形態にかかる圧電アクチュエータ、これを用いた液体噴射ヘッド、及びこれらの製造方法について図面を参照して説明する。
【００２０】
なお、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００２１】
図１は、本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図、図２は、図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は、図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図、図４は、図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図、図５は、図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図、図６及び図７は、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかるプリンタ１は、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０（図２参照）を有するヘッドユニット２００を備え、このヘッドユニット２００には、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられている。なお、本実施の形態では、カートリッジ１Ａは１室からなり、ブラックインク組成物が収容されている。また、カートリッジ１Ｂは例えば３つの部屋に仕切られており、各々の部屋には、シアンインク組成物、マゼンタインク組成物、イエロインク組成物が各々収容されている。これらのカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられたヘッドユニット２００は、キャリッジ３に搭載されており、このキャリッジ３は、プリンタ本体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。
【００２３】
また、プリンタ本体４には、キャリッジ３を駆動するための駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００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。
【００２４】
さらに、プリンタ本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。そして、ヘッドユニット２００から、所望のインク組成物が、所望のタイミングで記録シートＳに吐出されることで、文字や画像等が印刷される。
【００２５】
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、図２〜図５に示すようにノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられた圧電体素子３００を備えて構成されている。そして、振動板５０及び圧電体素子３００により、圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させるための駆動源としての圧電アクチュエータを構成している。
【００２６】
流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板から構成されており、この流路形成基板１０の一方側に形成されている振動板５０は、流路形成基板１０を予め熱酸化して形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる酸化膜５１と、この酸化膜５１上に形成した拡散防止膜５２から構成されている。（図４及び図５参照）。この拡散防止膜５２は、本実施の形態では、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成されており、後述する圧電体膜４３に含有されている鉛（Ｐｂ）が、酸化膜５１に拡散されることを防止する機能を備えている。
【００２７】
また、この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁２２によって区画された圧力発生室１２が複数形成されている。各圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部に各々連通されている。
【００２８】
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とは反対側で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を介して固着されている。すなわち、本実施の形態では、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。
【００２９】
振動板５０上には、所定の形状にパターニングされた下部電極３３と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜４３と、上部電極４４と、を備えた圧電体素子３００が形成されている。この圧電体素子３００では、下部電極３３がパターニングされていることから、圧電体膜４３と拡散防止膜５２とが密着する（接触する）密着領域５３が形成されている。
【００３０】
このような圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施の形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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。
【００３１】
なお、このようなリザーバ形成基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料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。
【００３２】
さらに、リザーバ形成基板３０上には、各圧電体素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電体素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。
【００３３】
また、このようなリザーバ形成基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４５が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４５以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４６となっており、リザーバ１００は、可撓部４６により封止されている。そして、この可撓部４６により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
【００３４】
このように、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４５に連通すると共に、図示しないカートリッジケースのインク連通路に連通して、カートリッジケースからのインクをインク導入口４５に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４６に対向する領域に、図示しない凹部が形成され、可撓部４６の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。
【００３５】
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジから供給されるインクをインク導入口４５から取り込み、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ＩＣ１１０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圧電体素子３００に電圧を印加し、振動板５０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させる。
【００３６】
次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。
【００３７】
（振動板の形成工程：Ｓ１）
シリコン単結晶基板（例えば、厚さ２００μｍ程度）からなる流路形成基板１０を、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、流路形成基板１０に、二酸化シリコン膜からなる酸化膜５１（例えば、厚さ１μｍ程度）を形成する。この工程には通常用いる熱酸化法の他、ＣＶＤ法を使用することもできる。
【００３８】
次に、酸化膜５１上に、酸化ジルコニウム膜からなる拡散防止膜５２（例えば、厚さ２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度）を形成する。この拡散防止膜５２は、例えば、スパッタ法または真空蒸着法等によりジルコニウムの層を形成し、酸素雰囲気中で高温処理して得られる。また、酸化ジルコニウムターゲットを用いてＲＦスパッタを行い、酸化ジルコニウムを直接形成してもよい。このようにして、酸化膜５１及び拡散防止膜５２からなる振動板５０を形成する。
【００３９】
（下部電極形成用膜の形成工程：Ｓ２）
次に、拡散防止膜５２上に、後に説明する工程で、パターニングにより下部電極３３を形成するための下部電極形成用膜３３ａを形成する。この下部電極形成用膜３３ａは、本実施の形態では、例えば、スパッタ法等でイリジウム（Ｉｒ）を含む層を形成する工程と、該Ｉｒ層上に、スパッタ法等で白金（Ｐｔ）を含む層を形成する工程と、該Ｐｔ層上にスパッタ法等でイリジウムを含む層を形成する工程を行うことで形成した。なお、拡散防止膜５２上には、下部電極形成用の膜３３ａの形成に先立ち、チタンからなる密着層（図示せず）をスパッタ法又は真空蒸着法により形成してもよい。
【００４０】
下部電極形成用膜３３ａを形成した後、これに連続して下部電極形成用膜３３ａ上に図示しないチタン（Ｔｉ）層を形成する。このチタン層は、後に形成される圧電体前駆体膜４３ａを結晶化させるための核となる機能を有するものであり、チタン結晶を核として圧電体前駆体膜４３ａを結晶化させることにより、結晶成長が下部電極形成用膜３３ａ側から起こり、緻密で柱状の結晶を得ることができる。このチタン層は、例えばスパッタ法等により形成することが好ましい。
【００４１】
チタン層は、下部電極形成用膜３３ａ上に膜が連続的に形成されておらず部分的に存在する状態である島状に形成されていることが好ましい。特に、当該スパッタ装置によりチタンの連続膜を形成できる所要スパッタ時間に対して、２％以上２０％以下のスパッタ時間で成膜することが好ましい。かかるスパッタ時間とすることにより、最適な島状のチタン層を形成することができる。例えば、チタンの連続膜を形成するための所要スパッタ時間が１分であり、そのときの膜厚が５ｎｍとなるとき、同じ条件下で１秒〜１２秒のスパッタ時間とすることで、膜厚が平均０．１ｎｍ〜１ｎｍの島状のチタン層を形成することができる。従って、この範囲のスパッタ時間および平均膜厚が好ましい。
【００４２】
また、チタン層の形成におけるスパッタ装置内の雰囲気は、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気とし、圧力は２Ｐａ以上５Ｐａ以下とするのが好ましく、３Ｐａ以上４Ｐａ以下とするのがより好ましい。このように雰囲気内の圧力を高くすることは、スパッタされたチタン粒子を適度に減速させて下部電極上に到達させ、適切な島状のチタン層を形成することに寄与するものと考えられる。また、スパッタパワーを高く設定し、５０Ｗ以上１００Ｗ以下とすることが好ましい。これにより、装置内の圧力を高くしてもチタン粒子を下部電極上に飛ばすことができ、短いスパッタ時間でも効率よく種チタン層を堆積させることができる。
【００４３】
（第１の圧電体膜の形成工程：Ｓ３及びＳ４）
次に、下部電極形成用膜３３ａ上に、最終的に形成されるべき圧電体膜４３の所望の厚さ以下、好ましくは所望の厚さの半分以下の厚さで圧電体前駆体膜４３ａを形成する。例えば、全体の膜厚１．５μｍの圧電体膜４３を７層で構成する場合、この第１工程では少なくとも１層からなる０．１μｍ〜０．２μｍの圧電体前駆体膜４３ａを形成する。（Ｓ３参照）。
【００４４】
具体的には、ゾル・ゲル法により、下部電極形成用膜３３ａ上に、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して圧電体前駆体膜４３ａを積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。
【００４５】
次に、圧電体前駆体膜４３ａを焼成して結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜４３ａは、アモルファス状態から菱面体結晶構造をとるようになり、電気機械変換作用を示す膜へと変化する。以上の圧電体前駆体膜４３ａの形成および焼成の工程を１回行うことにより、１層からなる第１の圧電体膜４３ｂが形成される。（Ｓ４参照）。
【００４６】
こうして形成された第１の圧電体膜４３ｂは、下部電極形成用膜３３ａの組成および前記チタン層の影響を受け、Ｘ線回折広角法により測定した（１００）面配向度が９０％以上となる。そして、（１１０）面配向度は５％以下、（１１１）面配向度が残部となる。ここで（１００）面配向度とは、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を１００とした時の（１００）面の回折強度の割合を示すものとする。また、前記焼成に伴い、下部電極形成用膜３３ａも一部酸化し、及び圧電体膜の成分が一部拡散することにより膜厚が増加する。ここで、下部電極形成用膜をパターニングしてから圧電体膜を形成する方法では、下部電極形成用膜のパターニング境界付近の膜厚の増加が他の部分より少ないため膜厚が不均一となるが、本実施の形態の方法によれば、下部電極形成用膜３３ａをパターニングする前に第１の圧電体膜４３ｂを形成するので、下部電極形成用膜３３ａの膜厚は全体的に増加し、不均一となることがない。
【００４７】
（下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜のパターニング工程：Ｓ５）
次に、第１の圧電体膜４３ｂ上に所望の形状のマスクを形成し、マスク領域以外をエッチングすることで第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａのパターニングを行い、下部電極３３及び配線用電極３３ｂを形成する。具体的には、まずスピンナー法、スプレー法等により均一な厚みのレジスト材料を第１の圧電体膜４３ｂ上に塗布し（図示せず）、次いで、このレジスト材料を所定の形状にパターニングした後、露光・現像して、レジストパターンを形成し（図示せず）、これをマスクとして第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａを、通常用いるイオンミリング又はドライエッチング法等によりエッチング除去し、拡散防止膜５２を露出させる。
【００４８】
（第２の圧電体膜の形成工程：Ｓ６）
次いで、第１の圧電体膜４３ｂ上及び露出された拡散防止膜５２上に、前記第１の圧電体膜の形成工程と同様の工程を例えば６回繰り返して第２の圧電体膜を形成し、合計１．５μｍの圧電体膜４３を形成する。この第２の圧電体膜の形成工程では、第１の圧電体膜の形成工程と同様に圧電体前駆体膜を形成しこれを焼成して結晶化させる工程が行われる。なお、第２の圧電体膜の形成前に、第１の圧電体膜４３ｂ上及び露出された拡散防止膜５２上に、１ｎｍ以下の極薄の種チタン層をスパッタ法等により形成しても良い。
【００４９】
第２の圧電体膜の焼成時には、拡散防止膜５２上の圧電体前駆体膜に含有されている鉛が、拡散防止膜５２に拡散しようとするが、酸化拡散防止膜５２の機能により、前記鉛が酸化膜５１にまで到達することはない。この拡散防止膜５２は、その膜厚が例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度と薄くても、十分な拡散防止機能を発揮することができる。
【００５０】
下部電極３３は、前記第１の圧電体膜の形成工程における焼成で既に酸化および拡散され、全体的に膜厚が増加しているので、第２の圧電体膜の形成工程で膜厚が更に増加することはない。したがって下部電極３３の膜厚が不均一になることはないし、下部電極３３のパターニング境界付近に存在している圧電体膜４３に、下部電極３３の膜厚変化によるクラックが入ったり結晶が膜面方向に不連続となったりすることはない。さらに、第１の圧電体膜の形成工程で得られた第１の圧電体膜４３ｂと、第２の圧電体膜の形成工程で得られた第２の圧電体膜との間で結晶構造が膜厚方向に連続し、層間剥離が起こりにくいため信頼性の高い圧電体膜４３を得ることができる。
【００５１】
図８は、下部電極上に形成する種チタン層の平均膜厚を種々変えて圧電体膜を成膜し、そのＸ線回折パターンを測定した結果を示す図である。図８（Ａ）は種チタン層が平均厚さ０．５ｎｍの場合、図８（Ｂ）は種チタン層が平均厚さ１ｎｍの場合、図８（Ｃ）は種チタン層が平均厚さ２ｎｍの場合、図８（Ｄ）は種チタン層が平均厚さ３ｎｍの場合をそれぞれ示している。スパッタ装置内の圧力は４．０Ｐａ、スパッタパワーは５０Ｗ、基板温度は１００℃とした。ここで形成した種チタン層は、使用するスパッタ装置により連続膜を形成できる所要スパッタ時間Ｔと、そのときの膜厚Ｌに基づき、所望の種チタン層の厚さＬｘを形成するためのスパッタ時間Ｔｘを
Ｔｘ＝Ｔ×Ｌｘ／Ｌ
により求めてスパッタ時間を設定し、形成したものである。
【００５２】
図８（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、種チタン層の厚さが２ｎｍ以上ではＰＺＴの１００面配向度が高くはなく、更に１１１面のピークも見られる。これに対し、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、種チタン層の平均厚さが１ｎｍ以下では１００面配向度が極めて高く、１００面配向度がほぼ１００％のＰＺＴを得ることができた。
【００５３】
本実施形態では、種チタン層の厚さが０．１μｍ〜１μｍと極めて薄いので、種チタン層上に圧電体膜を成膜したときに圧電体膜の組成中に種チタン層からのＴｉ元素が入り込むとしても極めて少なくて済む。従って、圧電体膜の成膜時の原料組成は、目的とする圧電体膜の組成に合わせればよく、種チタン層から圧電体膜に入り込むＴｉ元素の量を考慮する必要がない。例えば、圧電体膜としてＰｂ（Ｚｒ0.56Ｔｉ0.44）Ｏ3のＰＺＴをゾル・ゲル法で成膜する場合には、調整するゾルのＺｒ／Ｔｉ比は５６／４４とすれば良く、ゾルにおけるＴｉの比率をこれより下げる必要はない。
【００５４】
（上部電極形成用膜の形成工程：Ｓ７）
次に、圧電体膜４３上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により上部電極形成用膜４４ａを形成する。この上部電極形成用膜４４ａとしては、白金、イリジウム、あるいはその他の金属等を用い、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００５５】
（圧電体膜及び上部電極の形成工程：Ｓ８）
次に、圧電体膜４３及び上部電極形成用膜４４ａを、形成すべき圧電体素子３００の所定形状にパターニングする。具体的には、上部電極形成用膜４４ａ上にレジスト材料をスピンコートした後、圧力発生室１２が形成されるべき位置に合わせてパターニングする。残ったレジスト材料をマスクとして上部電極形成用膜４４ａ及び圧電体膜４３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３００が形成される。
【００５６】
（細帯電極形成工程：Ｓ９）
次に、上部電極４４と配線用電極３３ｂを導通する細帯電極５５を形成する。細帯電極５５の材質は剛性が低く、電気抵抗が低い金から形成することが好ましいが、他に、アルミニウム、銅等も好適である。細帯電極５５は、約０．２μｍの膜厚で形成し、その後各上部電極４４と配線用電極３３ｂとの導通部が残るようにパターニングする。
【００５７】
（圧力発生室の形成工程：Ｓ１０）
次に、圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０の他方の面に、異方性エッチングまたは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異方性エッチングを施し、圧力発生室１２を形成する。エッチングされずに残された部分が隔壁２２（図５参照）になる。
【００５８】
（ノズルプレートの貼り合わせ工程：Ｓ１１）
最後に、エッチング後の流路形成基板１０にノズルプレート２０を接着剤で貼り合わせる。貼り合わせの時に各ノズル開口２１が圧力発生室１２の各々の空間に配置されるよう位置合わせする。ノズルプレート２０が貼り合わせられた流路形成基板１０をヘッドケース２３０に取り付け、インクジェット式記録ヘッド２２０を完成させる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、拡散防止膜５２を酸化ジルコニウム膜から構成した場合について説明したが、これに限らず、拡散防止膜５２は、拡散防止機能を備えていれば、例えば、酸化アルミニウムや、酸化チタン等、他の材料から構成してもよく、また、所望により、添加物等が加えられていてもよい。
【００６０】
そしてまた、本実施の形態では、圧電体膜４３をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した場合について説明したが、これに限らず、圧電体膜４３は、圧電性セラミックスの結晶であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したものから構成してもよい。また、圧電体膜４３の組成は、圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等が好適に用いられる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することにより、圧電特性に優れた膜を得ることができる。
【００６１】
そしてまた、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明したが、これに限らず、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置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。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図である。
【図２】図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図である。
【図４】図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図である。
【図６】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図８】下部電極上に形成する種チタン層の平均膜厚を種々変えて圧電体膜を成膜し、そのＸ線回折パターンを測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・プリンタ、１０・・・流路形成基板、１２・・・圧力発生室、３３・・・下部電極、４３・・・圧電体膜、４４・・・上部電極、５０・・・振動板、５１・・・酸化膜、５２・・・拡散防止膜、５３・・・密着領域、２２０・・・インクジェット式記録ヘッド、３００・・・圧電体素子
【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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