(57)【要約】【課題】圧電素子の変位による剥離及び破壊を防止して耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】基板１０上に変位可能に設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００を具備すると共に、前記下電極６０の長手方向端部が前記圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向端部を規定しており、且つ前記圧電体能動部３２０の長手方向端部を規定する前記下電極６０長手方向の端部に当該下電極６０とは別物質のイオンが注入された高抵抗部６１を設ける。【選択図】図３
2007266272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に変位可能に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備すると共に、前記下電極の長手方向端部が前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向端部を規定しており、且つ前記圧電体能動部の長手方向端部を規定する前記下電極の長手方向端部には、当該下電極とは別物質のイオンが注入された高抵抗部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記高抵抗部が、酸素イオンが注入されたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記高抵抗部が、窒素、ホウ素、炭素、フッ素、リン及び硫黄から選択される少なくとも一種のイオンが注入されたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記下電極の長手方向の長さが前記下電極の底面から前記下電極の上面側に向かって漸小して設けられ、この側面が傾斜面となっていると共に、前記傾斜面に前記高抵抗部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記高抵抗部のイオン濃度が、前記下電極の長手方向端部から当該下電極の中央部に向かって漸小して設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記下電極が、複数層積層されて構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか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。
【請求項８】
基板上に下電極を形成する工程と、前記下電極をパターニングする工程と、前記下電極の長手方向端部に当該下電極とは別物質のイオンを注入して当該長手方向端部に高抵抗部を形成する工程と、前記基板上及び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、前記圧電体層及び前記上電極をパターニングして圧電素子を形成する工程とを具備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９】
前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に酸素イオンを注入することを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に当該下電極とは別物質で且つ酸素イオン以外のイオンを注入することを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記高抵抗部を形成する工程では、窒素、ホウ素、炭素、フッ素、リン及び硫黄から選択される少なくとも一種のイオンを注入することを特徴とする請求項１０記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記高抵抗部を形成する工程では、前記基板上の前記下電極が形成された領域以外の領域に保護膜を設けることを特徴とする請求項１０又は１１記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に相対向する領域に開口するレジストを介してイオンを注入することを特徴とする請求項８〜１２の何れかに記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記下電極をパターニングする工程では、レジストを用いたフォトリソグラフィ法により所定形状にパターニングすると共に、前記高抵抗部を形成する工程で使用するレジストとして、前記下電極をパターニングする際に使用したレジストを用いることを特徴とする請求項１３記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記下電極をパターニングする工程では、前記下電極上に前記圧電体層となる圧電体膜を形成後、前記下電極と前記圧電体膜とを同時にパターニングすると共に、前記圧電体層を形成する工程では、パターニングされた圧電体膜上に複数層の圧電体膜を形成することを特徴とする請求項８〜１４の何れかに記載のアクチュエータ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有するアクチュエータ装置及びその製造方法並びにアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ装置に用いられる圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体層を、下電極と上電極との２つの電極で挟んで構成されたものがある。このようなアクチュエータ装置は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエータ装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されている。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出する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等がある。また、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置としては、例えば、振動板の表面全体に亘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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、圧電素子は、下電極の端部及び上電極の端部によって実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部が規定されており、この圧電体能動部の端部で変位による応力集中が発生し、圧電体層及び振動板等にクラックが生じてしまうと共に、圧電体層と各電極とが剥離してしまうという問題がある。
【０００４】
このため、アクチュエータ装置として、圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の外側に所定距離離れた上電極とは電気的に接続されていないフローティング電極が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
この特許文献２では、上電極をイオンミリングにより除去してフローティング電極を形成した際のイオンミリングや分子又は原子を衝突させることによって圧電体層に低活性部を形成している。
【０００６】
しかしながら、イオンミリングでは、一般的に８００ｅＶ位の加速電圧でアルゴン（Ａｒ）イオンを衝突させて行うため、イオンミリングのような低い加速電圧ではアルゴンは化合物形成までは行えず、仮に表面付近にアルゴンが残った場合にも、アルゴンは物質中に残らず単独で揮発して不活性部がなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、イオンミリングや分子又は原子を衝突させることで物理的ダメージを加えて形成した不活性部は、後のスパッタリング工程などで圧電体層が加熱された場合、イオンが飛散し低活性部がなくなってしまうという問題がある。
【０００８】
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。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報（第３図、段落［００１３］等）
【特許文献２】特開平１１−１１５１８４号公報（第２図、第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の変位による剥離及び破壊を防止して耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上に変位可能に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備すると共に、前記下電極の長手方向端部が前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向端部を規定しており、且つ前記圧電体能動部の長手方向端部を規定する前記下電極の長手方向端部には、当該下電極とは別物質のイオンが注入された高抵抗部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、圧電体能動部の長手方向端部を規定する下電極の長手方向端部に高抵抗部を設けることによって、圧電体能動部の長手方向端部に印加される電界を弱めて、圧電素子が変位した際の圧電体能動部の長手方向端部での応力集中が分散される。これにより、圧電素子にクラック等の破壊が発生するのを防止することができると共に圧電素子の各層の剥離を防止することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、前記高抵抗部が、酸素イオンが注入されたものであることを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、酸素イオンを注入することで下電極の長手方向端部に他の領域よりも抵抗の高い高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記高抵抗部が、窒素、ホウ素、炭素、フッ素、リン及び硫黄から選択される少なくとも一種のイオンが注入されたものであることを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第３の態様では、所定のイオンを注入することで下電極の長手方向端部に他の領域よりも抵抗の高い高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記下電極の長手方向の長さが前記下電極の底面から前記下電極の上面側に向かって漸小して設けられ、この側面が傾斜面となっていると共に、前記傾斜面に前記高抵抗部が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、圧電体能動部の長手方向端部の応力集中をさらに分散することができ、圧電素子の破壊及び剥離を防止することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、前記高抵抗部のイオン濃度が、前記下電極の長手方向端部から当該下電極の中央部に向かって漸小して設けられていることを特徴とする第１〜４の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第５の態様では、圧電体能動部の長手方向端部の応力集中をさらに分散することができ、圧電素子の破壊及び剥離を防止することができる。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記下電極が、複数層積層されて構成されていることを特徴とする第１〜５の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか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７の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１８】
本発明の第８の態様は、基板上に下電極を形成する工程と、前記下電極をパターニングする工程と、前記下電極の長手方向端部に当該下電極とは別物質のイオンを注入して当該長手方向端部に高抵抗部を形成する工程と、前記基板上及び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、前記圧電体層及び前記上電極をパターニングして圧電素子を形成する工程とを具備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８の態様では、下電極の長手方向端部に高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができると共に、圧電素子の構造を変更することなく、高抵抗部を形成することができ、設計自由度を向上して製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００１９】
本発明の第９の態様は、前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に酸素イオンを注入することを特徴とする第８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９の態様では、酸素イオンを注入することで下電極の長手方向端部に他の領域よりも抵抗の高い高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができると共に、酸素イオンを用いることで、酸素イオンによる基板への影響を減少させることができ、基板側の保護が不要となって、製造コストを低減することができる。また、酸素イオンの注入された高抵抗部が圧電体層を形成する際に加熱されると、高抵抗部が酸化金属となり易く他の領域よりも抵抗が高い状態で維持できる。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に当該下電極とは別物質で且つ酸素イオン以外のイオンを注入することを特徴とする第８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１０の態様では、酸素イオン以外のイオンを注入することで、下電極の長手方向端部に他の領域よりも抵抗の高い高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができると共に、下電極として酸化し難い金属を用いても容易に高抵抗部を形成することができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様は、前記高抵抗部を形成する工程では、窒素、ホウ素、炭素、フッ素、リン及び硫黄から選択される少なくとも一種のイオンを注入することを特徴とする第１０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１１の態様では、所定のイオンを注入することで、下電極の長手方向端部に他の領域よりも抵抗の高い高抵抗部を容易に且つ確実に形成することができると共に、下電極として酸化し難い金属を用いても容易に高抵抗部を形成することができる。
【００２２】
本発明の第１２の態様は、前記高抵抗部を形成する工程では、前記基板上の前記下電極が形成された領域以外の領域に保護膜を設けることを特徴とする第１０又は１１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１２の態様では、保護膜によって基板側の振動板等にイオンが注入されるのを防止して、振動板の変位特性の低下を防止できる。
【００２３】
本発明の第１３の態様は、前記高抵抗部を形成する工程では、前記下電極の長手方向端部に相対向する領域に開口するレジストを介してイオンを注入することを特徴とする第８〜１２の何れか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１３の態様では、レジストを介して所望の領域に容易に且つ確実に高抵抗部を形成することができる。
【００２４】
本発明の第１４の態様は、前記下電極をパターニングする工程では、レジストを用いたフォトリソグラフィ法により所定形状にパターニングすると共に、前記高抵抗部を形成する工程で使用するレジストとして、前記下電極をパターニングする際に使用したレジストを用いることを特徴とする第１３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１４の態様では、高抵抗部を形成するための新たなレジストが不要となって、製造工程を簡略化することができると共に、製造コストを低減することができる。また、新たなレジストを用いるのに比べて、レジストの位置決めが不要となって高抵抗部を高精度に形成することができる。
【００２５】
本発明の第１５の態様は、前記下電極をパターニングする工程では、前記下電極上に前記圧電体層となる圧電体膜を形成後、前記下電極と前記圧電体膜とを同時にパターニングすると共に、前記圧電体層を形成する工程では、パターニングされた圧電体膜上に複数層の圧電体膜を形成することを特徴とする第８〜１４の何れか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１５の態様では、圧電体層を良好に結晶成長させることができ、圧電特性に優れた圧電素子を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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′断面図及びその要部拡大断面図である。
【００２７】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では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の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２８】
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、後述するマスク膜５１を介して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。
【００２９】
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、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜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０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
また、本実施形態では、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、上電極膜８０の圧力発生室１２の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、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。
【００３２】
また、ここでは、圧電素子３００を所定の基板上に設け、当該圧電素子３００を駆動させた装置をアクチュエータ装置と称する。なお、本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。また、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜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、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。
【００３３】
また、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、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。
【００３４】
さらに、本実施形態の圧電素子３００の下電極膜６０の圧電体能動部３２０の長手方向端部を規定する長手方向端部（本実施形態では圧力発生室１２の長手方向の端部）には、下電極膜６０とは別物質（不純物）のイオンが注入された高抵抗部６１が設けられている。なお、本実施形態では、下電極膜６０の長手方向端部が傾斜面となっているため、高抵抗部６１は、下電極膜６０の傾斜した端面に沿って設けられている。
【００３５】
ここで、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。そして、高抵抗部６１は、下電極膜６０を構成する物質とは別物質の不純物で且つ下電極膜６０の抵抗を高くすることができるもの、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）からなる群から選択される少なくとも１つのイオンが下電極膜６０に注入されて形成されたものである。
【００３６】
このような高抵抗部６１は、不純物のイオンが注入されて、下電極膜６０のその他の領域に比べて低効が高くなっているため、高抵抗部６１に相対向する領域の圧電体層７０に印加する電界を低下させて、圧電体層７０の下電極膜６０の長手方向端部での変位を小さくすることができる。すなわち、下電極膜６０と上電極膜８０との間で、圧電体層７０に印加する電界は、高抵抗部６１が設けられた下電極膜６０の長手方向端部において、その他の領域よりも小さくすることができる。これにより、圧電体能動部３２０の全体の変位を小さくすることなく、圧電体能動部３２０の長手方向の端部近傍での変位を小さくして、圧電体能動部３２０の長手方向の端部への応力集中を分散させることができ、圧電素子３００及び振動板にクラックなどの破壊が発生するのを防止することができると共に、圧電素子３００の各層の剥離を防止することができる。
【００３７】
また、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、絶縁体膜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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、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２１からインク滴が吐出する。
【００４４】
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４〜図８を参照して説明する。なお、図４及び図５は、圧力発生室の幅（短手）方向の断面図であり、図６〜図８は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図４（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５２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。
【００４５】
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、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００４６】
次に、図５（ａ）に示すように、密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４からなる下電極膜６０を形成する。具体的には、まず、絶縁体膜５５上に、密着層６２を形成する。密着層６２としては、例えば、厚さが１０〜５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、密着層６２として、厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）を設けた。このように下電極膜６０の最下層に密着層６２を設けることによって、絶縁体膜５５と下電極膜６０との密着力を高めることができる。次いで、密着層６２上に白金（Ｐｔ）からなり厚さが５０〜５００ｎｍの白金層６３を形成する。本実施形態では、白金層６３を１３０ｎｍの厚さで形成した。そして、白金層６３上に拡散防止層６４を形成する。これにより、密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４からなる下電極膜６０が形成される。なお、拡散防止層６４は、後の工程で圧電体層７０を焼成して結晶化させて形成する際に、密着層６２の成分が圧電体層７０に拡散するのを防止すると共に圧電体層７０の成分が下電極膜６０に拡散するのを防止するためのものである。このような拡散防止層６４としては、厚さが例えば、５〜２０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｂ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びオスミウム（Ｏｓ）からなる群から選択される少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、拡散防止層６４として、厚さ１０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）を用いた。なお、このような下電極膜６０の各層６２〜６４は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって形成することができる。
【００４７】
次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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。なお、圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されず、例えば、リラクサ強誘電体（例えば、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ-ＰＴ、ＰＮＮ-ＰＴ等）の他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電体層７０の製造方法は、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。
【００４８】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図５（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を含むゾル（溶液）を塗布する（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）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を１７０〜１８０℃で８〜３０分保持することで乾燥することができる。
【００４９】
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）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。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。
【００５０】
次に、図５（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）。焼成工程では、圧電体前駆体膜７１を６８０〜９００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、６８０℃で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した。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ＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置やホットプレート等が挙げられる。なお、このように圧電体膜７２を焼成して形成することによって、下電極膜６０の各層６２〜６４も同時に加熱され、密着層６２、白金層６３及び拡散防止層６４が合金化された下電極膜６０が形成される。
【００５１】
次に、図６（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。このようなレジスト４００は、例えば、成膜及びフォトリソグラフィ法により所定形状に形成することができる。なお、本実施形態では、下電極膜６０の端面を傾斜した傾斜面で形成するため、レジスト４００の開口の側面も傾斜した傾斜面で形成した。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト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。これにより、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部が下電極膜６０の長手方向の端部によって規定される。
【００５３】
このように、本実施形態では、流路形成基板１０上の全面に亘って下電極膜６０を形成した後、下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７２を形成するようにしたため、１層目の圧電体膜７２を形成する際に、圧電体膜７２の下地を同一にして、焼成ムラをなくし、均一な圧電特性の圧電体膜７２を得ることができる。すなわち、例えば、下電極膜６０をパターニングした後に流路形成基板１０の全面に亘って圧電体膜７２を形成する場合、圧電体前駆体膜７１を焼成した際に、下電極膜６０の形成領域と、下電極膜６０の非形成領域（絶縁体膜５５が露出した領域）との熱吸収の差、より詳細には、赤外線吸収の差が大きくなってしまい、圧電体前駆体膜７１の焼成ムラが生じ、圧電体膜７２の結晶性にばらつきが生じてしまう。この結果、後の工程で１層目の圧電体膜７２上に複数層の圧電体膜７２を積層形成して圧電体層７０を形成しても、積層された圧電体膜７２にも結晶性のばらつきが発生して、耐電圧が低下してしまうからである。
【００５４】
また、例えば、下電極膜６０上に圧電体膜７２の結晶を良好に成長させる種チタン（Ｔｉ）を設けた場合、下電極膜６０の上に種チタンを形成した後にパターニングしてから１層目の圧電体膜７２を形成すると、フォト工程・イオンミリング・アッシングして下電極膜６０をパターニングするために種チタンが変質してしまい、変質した種チタン上に１層目の圧電体膜７２を形成しても当該圧電体膜７２の結晶性が良好なものではなくなり、１層目の圧電体膜７２の上に形成される他の圧電体膜７２も、１層目の圧電体膜７２の結晶状態に影響して結晶成長するため、良好な結晶性を有する圧電体膜７２が形成されない。
【００５５】
それに比べ、１層目の圧電体膜７２を形成した後に下電極膜６０と同時にパターニング
すれば、１層目の圧電体膜７２は種チタンに比べて２層目以降の圧電体膜７２を良好に結晶成長させる種（シード）としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても２層目以降の圧電体膜７２の結晶成長に大きな影響を与えないからである。
【００５６】
このように、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２をパターニングした後、図６（ｃ）に示すように、下電極膜６０の傾斜した傾斜面に下電極膜６０を構成する物質とは別物質の不純物からなるイオンを照射して、下電極膜６０の端部に下電極膜６０を構成する物質と注入されたイオンとで化合物（不純物）を生成し、化合物からなる高抵抗部６１を形成する。なお、高抵抗部６１を形成するイオンとしては、下電極膜６０を構成する物質とは別物質の不純物で且つ下電極膜６０の抵抗を高くすることができるもの、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）からなる群から選択される少なくとも１つのイオンが挙げられる。また、下電極膜６０へのイオン照射は、例えば、打ち込み電圧が２０〜５００［ＫｅＶ］で、ドーズ量が１×１０19〜５×１０21［個／ｃｍ2］である。このような高電圧によるイオン注入では、低い加速電圧でイオンを衝突させるイオンミリングとは異なり、打ち込まれたイオンは物質深く入るためトラップされ、活性な物質はその場で化合物となる。そして、後のスパッタリング工程などで加熱されたとしても、イオンが物質深く入っているため飛散することがなく、また、化学反応が進み効果が持続する。
【００５７】
また、このとき、下電極膜６０の長手方向の端面は傾斜した傾斜面となっていると共に、レジスト４００の開口の側面も傾斜面となっているため、下電極膜６０の長手方向端部側にはイオンが多く注入され、下電極膜６０の中心側には下電極膜６０の長手方向端部に比べてイオンが少なく注入されて、下電極膜６０の傾斜した端面に亘って高抵抗部６１が形成される。すなわち、下電極膜６０の長手方向の端部側ほどイオン濃度が濃く、下電極膜６０の中心側ほどイオン濃度が漸小した高抵抗部６１を形成することができる。このようにイオン濃度の変化した高抵抗部６１を形成することにより、高抵抗部６１の抵抗をばらつかせて、圧電体能動部３２０の長手方向の端部での変位特性をばらつかせることができ、圧電体能動部３２０の長手方向の端部での応力集中をさらに緩和させることができる。
【００５８】
なお、下電極膜６０に酸素（Ｏ）イオンを注入して高抵抗部６１を形成する場合、下電極膜６０以外の領域の絶縁体膜５５にも酸素イオンが注入されるが、絶縁体膜５５は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなるため、酸素イオンが注入されても性質に変化が現われない。このように、高抵抗部６１を下電極膜６０に酸素イオンを注入することで形成すれば、絶縁体膜５５を保護する必要がなく、製造工程を簡略化してコストを低減することができると共に、振動板の弾性変形を阻害することがなく、優れた吐出特性を有する圧電素子３００及び振動板を形成することができる。
【００５９】
また、下電極膜６０に酸素以外のイオンを注入して高抵抗部６１を形成する場合、下電極膜６０の長手方向の端部の表面側のみにイオンを注入すれば、絶縁体膜５５に注入されるイオン濃度を低減して、絶縁体膜５５にイオン注入による影響を少なくすることができるが、絶縁体膜５５にイオンが注入されるのを確実に防止するために、イオン注入する前に絶縁体膜５５上に保護膜を形成するようにしてもよい。これにより、下電極膜６０の長手方向端部のみに高抵抗部６１を形成することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、下電極膜６０をパターニングするために用いたレジスト４００を用いて、下電極膜６０の長手方向端部にイオンを注入して高抵抗部６１を形成するようにしたため、高抵抗部６１を形成するための新たなレジストを形成する工程が不要となって製造コストを低減することができる。また、下電極膜６０をパターニングするために用いたレジスト４００を用いて、下電極膜６０の長手方向端部に高抵抗部６１を形成するため、高抵抗部６１を形成するための新たなレジストを形成する場合に比べて、レジスト４００の位置合わせが不要となり、高精度に高抵抗部６１を形成することができる。勿論、下電極膜６０をパターニングしたレジスト４００を除去し、新たなレジストを形成した後に下電極膜６０の長手方向端部にイオンを注入して高抵抗部６１を形成するようにしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した後に、イオンを注入して高抵抗部６１を形成するようにしたため、１層目の圧電体膜７２の長手方向端部にもイオンが注入されて圧電特性の低下した低活性部が形成されるが、この圧電体膜７２の長手方向端部は、圧電体能動部３２０の長手方向端部となるため、さらに低活性部によって圧電体能動部３２０の長手方向の端部で応力集中を分散することができる。
【００６２】
次に、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すことで、図６（ｄ）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回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。また、例えば、下電極膜６０に酸素イオンを注入して高抵抗部６１を形成した後で、圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことによって、注入された酸素イオンと下電極膜６０を構成する材料とが反応して高抵抗部６１は、酸化金属となり、下電極膜６０の他の領域に比べて高抵抗部６１の抵抗は高い状態となる。
【００６３】
なお、上述のように下電極膜６０上に圧電体膜７２の１層目を形成した段階でこれらを同時にパターニングして、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２の側面を傾斜させることで、２層目の圧電体膜７２を形成する際に、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２が形成された部分とそれ以外の部分との境界近傍において、下地の違いによる２層目の圧電体膜７２の結晶性への悪影響を小さく、すなわち、緩和することができる。これにより、下電極膜６０とそれ以外の部分との境界近傍において、２層目の圧電体膜７２の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層７０を形成することができる。また、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２の側面を傾斜させることで、２層目以降の圧電体前駆体膜７１を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、密着性及び信頼性に優れた圧電体層７０を形成することができる。
【００６４】
このように圧電体層７０を形成した後は、図７（ａ）に示すように、圧電体層７０上の全面に亘って白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０を形成後、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子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ことで、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。
【００６５】
次に、図７（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。
【００６６】
次に、図７（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、４００μｍ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。
【００６７】
次に、図８（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研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。また、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
【００６８】
そして、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５１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及びインク供給路１４等を形成する。
【００６９】
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。
【００７０】
このように、本実施形態では、下電極膜６０を所定形状にパターニングした後、下電極膜６０の長手方向端部にイオンを注入して高抵抗部６１を形成したため、圧電素子３００の構造を変更することなく、容易に高抵抗部６１を形成することができる。また、高抵抗部６１を設けることによって、圧電体能動部３２０の長手方向の端部近傍に変位による応力集中を緩和させて、圧電素子３００及び振動板のクラック等の破壊及び圧電素子３００の各層の剥離を防止することができる。
【００７１】
（他の実施形態）
以上、本発明の１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、下電極膜６０にイオン注入を１回行って高抵抗部６１を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、打ち込み電圧及びドーズ量を変化させたイオン注入を複数回行うようにしてもよい。高抵抗部６１を形成するイオン注入を２回行う場合には、例えば、３００［ｅＫＶ］の打ち込み電圧で、１×１０20［個／ｃｍ2］のドーズ量で行う高電圧打ち込みと、６０［ｅＫＶ］の打ち込み電圧で、５×１０20［個／ｃｍ2］のドーズ量で行う低電圧圧打ち込みとの２回で行うようにすれば、下電極膜６０の長手方向の端面の表面側のイオン濃度を濃く、下電極膜６０の中心側のイオン濃度を低くすることができる。また、例えば、高抵抗部６１を形成する際に、レジスト４００の開口を変化させることで、高抵抗部６１のイオン濃度を調整するようにしてもよい。すなわち、上述した実施形態１のように、下電極膜６０をパターニングしたレジスト４００の開口をそのまま利用してイオン注入した後、レジスト４００の開口を広げて再度イオン注入するようにすれば、２回イオン注入された領域と１回イオン注入された領域とに分割することができ、高抵抗部６１のイオン濃度の調整を容易に行うことができる。勿論、レジスト４００の開口の調整は、２回に限定されず、複数回行うようにすれば、高抵抗部６１のさらに細かなイオン濃度の調整を行うことができる。
【００７２】
また、上述した実施形態１では、圧電体能動部３２０の長手方向の端部を構成する下電極膜６０の長手方向端部にイオンが注入された高抵抗部６１を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、さらに圧電体能動部３２０の短手方向の端部を規定する上電極膜８０の短手方向端部（圧力発生室１２の短手方向の端部）に高抵抗部を形成するようにしてもよい。このような上電極膜８０の高抵抗部は、所定領域に開口するレジストを介してイオン注入することで形成することができる。勿論、上電極膜８０及び圧電体層７０を同時にパターニングする際に用いたレジストを用いてイオン注入すれば、製造コストを低減すると共に、レジストの位置決めが不要となって高抵抗部を高精度に形成することができる。
【００７３】
さらに、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（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】
【００７４】
【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断面図である。
【図４】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５】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６】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。
【符号の説明】
【００７５】
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、  ６１  高抵抗部、  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
【図１】
2007266272.tif 000003
【図２】
2007266272.tif 000004
【図３】
2007266272.tif 000005
【図４】
2007266272.tif 000006
【図５】
2007266272.tif 000007
【図６】
2007266272.tif 000008
【図７】
2007266272.tif 000009
【図８】
2007266272.tif 000010