(57)【要約】【課題】  圧電素子の耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置、それを備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板の一方面側に設けられる振動板の少なくとも一部として表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層と、この上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とを具備する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面側に設けられる振動板の少なくとも一部として表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層と、この上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とを具備することを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ装置において、前記基板がシリコン単結晶部材からなり、前記酸化ジルコニウム層が当該シリコン単結晶部材の表面に接して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３】
請求項１に記載のアクチュエータ装置において、前記基板がＳＯＩ基板からなり、前記酸化ジルコニウム層の下側の前記ＳＯＩ基板の酸化シリコン膜及びシリコン単結晶層が前記振動板の一部を構成することを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のアクチュエータ装置において、前記酸化ジルコニウム層がスパッタリング法によって形成されたジルコニウム層を熱酸化したものであることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
基板の一方面側に表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層を振動板の少なくとも一部として形成する工程を少なくとも含む振動板形成工程と、前記酸化ジルコニウム層上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程とを少なくとも有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８】
請求項７に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記基板がシリコン単結晶部材からなり、前記酸化ジルコニウム層が当該シリコン単結晶部材の表面に接して設けられてい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】
請求項７に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記基板がＳＯＩ基板からなり、当該ＳＯＩ基板の一方面のシリコン単結晶層を薄膜化し、その上に前記酸化ジルコニウム層を形成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１０】
請求項７〜９の何れかに記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記酸化ジルコニウム層を形成する工程が、ジルコニウム層をスパッタリング法により形成した後、熱酸化したものであ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１１】
請求項１０に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記ジルコニウム層が、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるように形成され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１２】
請求項１０又は１１に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記ジルコニウム層を、成膜温度を室温から３００℃の範囲で、成膜時のスパッタ圧力を１Ｐａ以下とし、スパッタ時のパワー密度を１〜２０ｋＷ／ｍ2として成膜したことを特徴とする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、圧力発生室が形成された流路形成基板の一面に振動板を設け、この振動板を介して設けられる圧電素子を備えたアクチュエータ装置、それを備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法に関する。
【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膜を設け、この酸化ジルコニウム膜上に圧電材料層を設けることで、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】
しかしながら、このような構造にした圧電素子においては、酸化ジルコニウム膜乃至その上の下部電極、圧電体層の異常成長が生じ、先端放電によるリーク電流が発生して、最悪の場合には圧電体層が破壊されることがあり、アクチュエータの信頼性を低下させていた。
【０００６】
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】
【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】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置、それを備えた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置の製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の一方面側に設けられる振動板の少なくとも一部として設けられると共に表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層と、この上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とを具備す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、下電極の下地となる酸化ジルコニウムは表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層となるので、その上に形成される下電極及び圧電体層に生じる異常成長が防止され、圧電素子の信頼性が確保される。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のアクチュエータ装置において、前記基板がシリコン単結晶部材からなり、前記酸化ジルコニウム層が当該シリコン単結晶部材の表面に接して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２の態様では、シリコン単結晶部材上に酸化ジルコニウム層が直接形成されることで、所定の表面粗さを有し、その上に形成された下電極及び圧電体層は異常成長部位を有さないものである。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載のアクチュエータ装置おいて、前記基板がＳＯＩ基板からなり、前記酸化ジルコニウム層の下側の前記ＳＯＩ基板の酸化シリコン膜及びシリコン単結晶層が前記振動板の一部を構成す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３の態様では、ＳＯＩ基板の酸化シリコン膜及びシリコン層上に形成された酸化ジルコニウム層が所定の表面粗さを有し、これら酸化シリコン膜、シリコン単結晶層及び酸化ジルコニウム層は振動板として機能し、この上に形成された下電極及び圧電体層は異常成長部位を有さないものである。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載のアクチュエータ装置において、前記酸化ジルコニウム層がスパッタリング法によって形成されたジルコニウム層を熱酸化したものであ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４の態様では、酸化ジルコニウム層は、ジルコニウム層を熱酸化して形成されたものであり、容易に所定の表面粗さのものが得られる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載のアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板とを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５の態様では、圧電素子の下電極及び圧電体層に生じる異常成長が防止され、アクチュエータ装置さらには液体噴射ヘッドの信頼性が確保される。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第６の態様では、アクチュエータ装置を構成する圧電素子の下電極及び圧電体層に生じる異常成長が防止され、液体噴射ヘッドさらには液体噴射装置の信頼性が確保される。
【００１５】
本発明の第７の態様は、基板の一方面側に表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層を振動板の少なくとも一部として形成する工程を少なくとも含む振動板形成工程と、前記酸化ジルコニウム層上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程とを少なくとも有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７の態様では、下電極の下地となる酸化ジルコニウム層は表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である層であるため、その上に形成される下電極及び圧電体層を形成するので、その際の異常成長が防止され、圧電素子の信頼性が確保される。
【００１６】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記基板がシリコン単結晶部材からなり、前記酸化ジルコニウム層が当該シリコン単結晶部材の表面に接して設けられてい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、シリコン単結晶部材上に酸化ジルコニウム層を直接形成するので、容易に所定の表面粗さを有するようにすることができ、その上に形成された下電極及び圧電体層は異常成長部位を有さないものとすることができる。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第７の態様に記載のアクチュエータ装置の製造方法おいて、前記流路形成基板がＳＯＩ基板からなり、当該ＳＯＩ基板の一方面の単結晶シリコン層を薄膜化し、その上に前記酸化ジルコニウム層を形成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９の態様では、ＳＯＩ基板の酸化シリコン膜及びシリコン単結晶層上に酸化ジルコニウム層を形成するので、容易に所定の表面粗さを有するように形成でき、また、これら酸化シリコン膜、シリコン単結晶層及び酸化ジルコニウム層は振動板として機能するようになり、この上に形成された下電極及び圧電体層は異常成長部位を有さないように形成できる。
【００１８】
本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れかの態様に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記酸化ジルコニウム層を形成する工程が、ジルコニウム層をスパッタリング法により形成した後、熱酸化したものであ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１０の態様では、酸化ジルコニウム層を、ジルコニウム層を熱酸化して形成するので、容易に所定の表面粗さのものが得られる。
【００１９】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記ジルコニウム層が、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるように形成され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１１の態様では、ジルコニウム層を所定の表面粗さに形成することにより、酸化ジルコニウム層を所定の表面粗さに形成することができる。
【００２０】
本発明の第１２の態様は、第１０又は１１の態様に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記ジルコニウム層を、成膜温度を室温から３００℃の範囲で、成膜時のスパッタ圧力を１Ｐａ以下とし、スパッタ時のパワー密度を１〜２０ｋＷ／ｍ2として成膜した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１２の態様では、ジルコニウム層を所定の条件下で形成するので、比較的容易に所定の表面粗さとすることができ、所定の表面粗さの酸化ジルコニウム層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】
【００２１】
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備えたインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。図示するように、本発明の基板の一例である流路形成基板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る。かかるシリコン単結晶基板は本発明のシリコン単結晶部材の一例である。流路形成基板１０には、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。
【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、後述するマスク膜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不錆鋼などからなる。
【００２３】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば、約０．５〜１．５μｍ、本実施形態では、１．０μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５が当該シリコン単結晶基板の表面に接するように形成されている。なお、詳しくは後述するが、本発明の絶縁体膜５５は、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるような表面状態を有しており、この結果、後述するようにこの上に形成される下電極膜６０及び圧電体層７０も異常成長がないものとなる。
【００２４】
また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約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。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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子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、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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圧電アクチュエータと称する。なお、本実施形態では、絶縁体膜及び下電極膜が振動板として作用するが、勿論、絶縁体膜のみが振動板として作用するようにしてもよい。
【００２５】
そして、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、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。
【００２６】
ここで、本発明では、絶縁体膜５５に上述したように異常成長がなく、非常に平滑な表面状態を有しているため、この上に形成される下電極膜６０にも異常成長がなく、また、さらにこの上に形成される圧電体層７０にも異常成長が見られない。この結果、従来のように、圧電素子３００の駆動の際に異常成長部位での先端放電が発生せず、圧電素子３００の耐久性及び信頼性が向上する。
【００２７】
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、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。
【００２８】
また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２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、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００２９】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。
【００３０】
また、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。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３２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。
【００３１】
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、図示しない駆動ＩＣ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、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。
【００３２】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（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の表面に酸化シリコンが生じない条件を保ちながら、例えば、窒素ガスなどの雰囲気下において、図３（ｂ）に示すように、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、まず、流路形成基板用ウェハ１１０上に、スパッタリング法、例えば、本実施形態では、ＤＣスパッタリング法によりジルコニウム層を形成する。このとき、所定のスパッタ条件でジルコニウム層を形成して、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるような表面状態となるように形成する。また、ジルコニウム層は（００２）優先配向した柱状結晶となり、その表面の（００２）面配向度が８０％以上、好ましくは９０％以上となるようにするのが好ましい。
【００３３】
ここで、「配向度」とは、Ｘ線回折広角法によってジルコニウム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、ジルコニウム層を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。
【００３４】
上述したような表面状態を有するジルコニウム層を得るためには、ＤＣスパッタリングするに際し、成膜温度を室温から３００℃の範囲で、成膜時のスパッタ圧力を１Ｐａ以下とし、スパッタ時のパワー密度を１〜２０ｋＷ／ｍ2という条件で成膜するのが好ましい。このような条件を適宜選択してＤＣスパッタリングすることにより、比較的容易に上述したような表面状態のジルコニウム層が形成できる。
【００３５】
また、さらに、（００２）面配向度が８０％以上であるジルコニウム層を得るためには、出力を５００Ｗ以下とし、スパッタ時の加熱温度は１００℃〜３００℃とし、スパッタ圧力を０．５Ｐａ以下とするのが好ましい。このように成膜条件を適宜選択してＤＣスパッタリング法によりジルコニウム層を形成することにより、表面の（００２）面配向度が８０％以上であるジルコニウム層を比較的容易に形成することができる。
【００３６】
なお、このように形成したジルコニウム層を形成した後は、例えば、８５０〜１０００℃に加熱した拡散炉内に、例えば、３００ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは５００ｍｍ／ｍｉｎ以上のスピードで流路形成基板用ウェハ１１０を挿入してジルコニウム層を熱酸化させる。これにより、表面状態並びに結晶状態が良好な絶縁体膜５５を得ることができる。すなわち、絶縁体膜５５を構成する酸化ジルコニウムの結晶が、下面から上面まで連続的な柱状結晶となり且つ表面状態が平滑となる。
【００３７】
なお、このような絶縁体膜５５を形成した後は、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次いで、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。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−ゲル法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成している。
【００３８】
次いで、図４（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、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。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図４（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）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００３９】
次に、図４（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。
【００４０】
次いで、図４（ｄ）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、更に弗化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。次いで、図５（ａ）に示すように、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５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００４１】
なお、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。
【００４２】
ここで、表面粗さＲａが１．７ｎｍであり且つ表面粗さＲｍａｘが３ｎｍであり、ＲｍａｘとＲａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下である酸化ジルコニウム層の表面ＳＥＭ像を図６に示す。図６は５万倍（５０ｋ倍）のＳＥＭ像であり、酸化ジルコニウム層の柱状結晶の表面に見える粒径がほぼ均一に並んだものが観察でき、異常成長は観察できず、表面状態は平滑なものである。
【００４３】
比較のため、従来のようにシリコン単結晶基板からなる流路形成基板上に熱酸化により酸化シリコン膜を形成した上に、上述したようにジルコニウム層を形成した際の表面のＳＥＭ像を図７に示す。この場合、ジルコニウムの柱状結晶の表面で観察される粒径はほぼ同様であるが、図中、２箇所に盛り上がった異常成長部位が観察される。なお、このジルコニウム層の表面状態は、表面粗さＲａが１．７ｎｍであり且つ表面粗さＲｍａｘが６５ｎｍであった。なお、このような表面に異常成長が見られるジルコニウム層を酸化した酸化ジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図８、酸化ジルコニウム層上に形成した下電極膜の表面のＳＥＭ像を図９に示すが、何れにおいても異常成長部位が観察された。
【００４４】
一方、上述した本実施形態のジルコニウム膜を酸化して形成した酸化ジルコニウム層の表面状態は、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるものであり、異常成長部位は全く観察されなかった。勿論、この上に形成した下電極膜６０及び圧電体層７０の表面を同様に観察しても、異常部位は観察されなかった。
【００４５】
（実施形態２）
上述の実施形態では、シリコン単結晶基板を用いてシリコン単結晶上に絶縁体膜５５を形成するようにしたが、本実施形態では、ＳＯＩ基板を用いてシリコン単結晶上に絶縁体膜を設けるようにしたものである。
【００４６】
図１０は、本発明の実施形態２に係るアクチュエータ装置を備えたインクジェット式記録ヘッドの要部断面図、図１１はその製造プロセスの一部を示す断面図である。同図に示すように、本発明のシリコン単結晶部材の一例であるＳＯＩ基板１２０は、酸化シリコン膜１２１を挟んでシリコン単結晶層１２２及び１２３を有するものであり、一方のシリコン単結晶層１２３を異方性エッチング等により薄膜化してシリコン単結晶層１２４とする。このシリコン単結晶層１２４は、後述するように、その下層の酸化シリコン膜１２１と、その上に形成される酸化ジルコニウム層５５Ａと共に振動板として機能するものである。よって、シリコン単結晶層１２４の膜厚は、０．０５〜０．４μｍとするのが好ましい。
【００４７】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、酸化シリコン膜１２１、シリコン単結晶層１２４、酸化ジルコニウム層５５Ａの上に、上述した実施形態１と同様に、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を設けて圧電素子３００を構成するものである。また、圧電素子３００に対応する領域のシリコン単結晶層１２２に圧力発生室１２Ａが形成される点も同様である。なお、これらの点についての重複する説明は省略する。
【００４８】
本実施形態において、上述した酸化ジルコニウム層５５Ａは、上述した実施形態１と同様に、表面粗さＲａが２ｎｍ以下であり且つ表面粗さＲｍａｘと前記Ｒａとの差の絶対値｜Ｒｍａｘ−Ｒａ｜が２ｎｍ以下であるものである点が重要であり、この結果、下電極膜６０及び圧電体層７０に異常成長部位が全く観察されることがないという利点を有するものである。
【００４９】
このような酸化ジルコニウム層５５Ａの形成方法は上述した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略するが、本実施形態では、酸化シリコン膜１２１及びシリコン単結晶層１２４と共に振動板を構成するので、０．１〜０．５μｍの厚さとするのが好ましい。
【００５０】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態では、圧力発生室が形成された流形成基板に圧電素子を設けたアクチュエータ装置を説明したが、圧力発生室を有しないアクチュエータ装置としても適用できる。また、上述した各実施形態では、酸化ジルコニウム層は、ジルコニウム層をスパッタリング法により形成して熱酸化したものであるが、酸化ジルコニウム層を直接スパッタリング法により形成してもよい。なお、上述した実施形態ではＤＣスパッタリングを例に挙げて説明したが、ＲＦスパッタリング法でもよいことはいうまでもない。
【００５１】
また、上述した各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１２は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００５２】
図１２に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ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。この記録ヘッドユニット１Ａ及び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。そして、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、記録ヘッドユニット１Ａ及び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。一方、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。
【００５３】
さらに、上述した各実施形態においては、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例示して本発明を説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの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もの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。
【００５４】
また、本発明は、液体噴射ヘッド（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】
【００５５】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【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。
【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。
【図６】本発明の実施例に係る酸化ジルコニウム層の表面を示すＳＥＭ像。
【図７】本発明の比較例に係るジルコニウム層の表面を示すＳＥＭ像。
【図８】本発明の比較例に係る酸化ジルコニウム層の表面を示すＳＥＭ像。
【図９】本発明の比較例に係る下電極膜の表面を示すＳＥＭ像。
【図１０】実施形態２に係る記録ヘッドの要部断面図。
【図１１】実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１２】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５５，５５Ａ  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体膜、  ８０  上電極膜、  １００  リザーバ、  ３００  圧電素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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