(57)【要約】【課題】変位量の向上した圧電素子とすることができる液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射装置の製造方法及び圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１電極を形成する工程と、前記第１電極の上方に、少なくともビスマス及び鉄を含む前駆体溶液を塗布し、膜厚が１００ｎｍ以下の第１塗布膜を形成する工程と、前記第１塗布膜を加熱し、結晶化させて第１圧電体膜を形成する工程と、前記第１圧電体膜の上方に、前記前駆体溶液をさらに塗布して第２塗布膜を形成する工程と、前記第２塗布膜を加熱し、結晶化させて第２圧電体膜を形成する工程と、を具備する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に、少なくともビスマス及び鉄を含む前駆体溶液を塗布し、膜厚が
１００ｎｍ以下の第１塗布膜を形成する工程と、
前記第１塗布膜を加熱し、結晶化させて第１圧電体膜を形成する工程と、
前記第１圧電体膜の上方に、前記前駆体溶液をさらに塗布して第２塗布膜を形成する工
程と、
前記第２塗布膜を加熱し、結晶化させて第２圧電体膜を形成する工程と、
を具備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】
前記前駆体溶液は、さらに、マンガン、バリウム及びチタンを含むことを特徴とする請
求項１記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを形成する工
程を有することを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
【請求項４】
第１電極の上方に、少なくともビスマス及び鉄を含む前駆体溶液を塗布し、膜厚が１０
０ｎｍ以下の第１塗布膜を形成する工程と、
前記第１塗布膜を加熱し、結晶化させて第１圧電体膜を形成する工程と、
前記第１圧電体膜の上方に、前記前駆体溶液をさらに塗布して第２塗布膜を形成する工
程と、
前記第２塗布膜を加熱し、結晶化させて第２圧電体膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とす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、液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射装置の製造方法及び圧電素子の製造方
法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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として吐出させるインクジェット式記録ヘッ
ドがある。インクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換
機能を呈する圧電材料、例えば、圧電セラミックスからなる圧電体層を、２つの電極で挟
んで構成されたものがある。このような圧電素子は、撓み振動モードのアクチュエーター
装置として液体噴射ヘッドに搭載される。
【０００３】
圧電セラミックスとして、高い変位特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用
いた液体噴射ヘッドが知られている。しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛には鉛が含ま
れており、環境問題の観点から、鉛を含有しない圧電材料が求められている。
【０００４】
そこで、鉛を含有しないでＰＺＴに匹敵する高い圧電特性を有する圧電材料が開発され
、例えば、ビスマス及び鉄を含む鉄酸ビスマス系（ＢｉＦｅＯ３系）のペロブスカイト型
構造を有する圧電材料が提案されている。また、特に、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３等の鉄酸
マンガン酸ビスマス（ＢＦ系複合酸化物）とＢａＴｉＯ３等のチタン酸バリウムとの混晶
として表される複合酸化物が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５２７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鉛を含有しない圧電材料として、ＢＦ系複合酸化物、特にＢＦＭ系複合酸化物とチタン
酸バリウムとの混晶として表される複合酸化物がＰＺＴの代替材料として有望であるが、
実際の圧電アクチュエータとしての変位量はＰＺＴと比較すると小さいので、変位量の向
上が求められている。
【０００７】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限定されず、液体噴射ヘッド
共通の問題である。また、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子だけではなく、例えば超
音波デバイス等他のデバイスに用いられる圧電素子に共通の問題である。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、変位量の向上した圧電素子とすることができる液体噴
射ヘッドの製造方法、液体噴射装置の製造方法及び圧電素子の製造方法を提供することを
目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、第１電極を形成する工程と、前記第１電極の上方
に、少なくともビスマス及び鉄を含む前駆体溶液を塗布し、膜厚が１００ｎｍ以下の第１
塗布膜を形成する工程と、前記第１塗布膜を加熱し、結晶化させて第１圧電体膜を形成す
る工程と、前記第１圧電体膜の上方に、前記前駆体溶液をさらに塗布して第２塗布膜を形
成する工程と、前記第２塗布膜を加熱し、結晶化させて第２圧電体膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、所定厚さ以下の第１圧電体膜を形成した後、塗布工程及び結晶化工程
を行って圧電体膜を形成するので、第１圧電体膜がビスマスの拡散を抑制するためか、圧
電特性が向上し、変位量が向上した液体噴射ヘッドが実現できる。
【００１０】
ここで、前記前駆体溶液は、さらに、マンガン、バリウム及びチタンを含むのが好まし
い。これによれば、圧電特性の優れたＢＦＭＯ−ＢＴ系の圧電素子が形成でき、変位量の
優れた液体噴射ヘッドが実現できる。
【００１１】
また、他の態様は、前記態様の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを製造
する工程を有することを特徴とする液体噴射装置の製造方法にある。
かかる態様では、圧電特性が向上し、変位量が向上した液体噴射ヘッドを具備する液体
噴射装置が実現できる。
【００１２】
また、他の態様は、第１電極の上方に、少なくともビスマス及び鉄を含む前駆体溶液を
塗布し、膜厚が１００ｎｍ以下の第１塗布膜を形成する工程と、前記第１塗布膜を加熱し
、結晶化させて第１圧電体膜を形成する工程と、前記第１圧電体膜の上方に、前記前駆体
溶液をさらに塗布して第２塗布膜を形成する工程と、前記第２塗布膜を加熱し、結晶化さ
せて第２圧電体膜を形成する工程と、を具備することを特徴とする圧電素子の製造方法に
ある。
かかる態様では、所定厚さ以下の第１圧電体膜を形成した後、塗布工程及び結晶化工程
を行って圧電体膜を形成するので、第１圧電体膜がビスマスの拡散を抑制するためか、圧
電特性が向上し、変位量が向上した圧電素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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及びその拡大図である。
【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。
【図９】実施例１のＳＥＭ観察写真である。
【図１０】比較例１のＳＥＭ観察写真である。
【図１１】実施例１のＰ−Ｖの関係及びＳ−Ｖの関係を示す図である。
【図１２】比較例１のＰ−Ｖの関係及びＳ−Ｖの関係を示す図である。
【図１３】実施例１及び比較例１のＰｒ／Ｐｍと印加電圧との関係を示す図である。
【図１４】実施例１、比較例１の圧電素子のＥＦＴＥＭ−ＢＦ像である。
【図１５】比較例１の圧電素子のＳＴＥＭ−ＥＤＳマップ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であ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、図１の平面図であり、図３は図２の
Ａ−Ａ′線断面図及びその要部拡大図である。図１〜図３に示すように、本実施形態の流
路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンから
なる弾性膜５０が形成されている。
【００１５】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が並設されている。この方向を並設方向
又は第１の方向という。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の前記並設方向とは交
差する方向である第２の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及び連通路１５を介
して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して
各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。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。なお、本実施形態では、流路の幅を
片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでイン
ク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることで
インク供給路を形成してもよい。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１
２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられているこ
とになる。
【００１６】
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、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、例えば、ガラ
スセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００１７】
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、上述したように弾性膜５
０が形成されている。弾性膜５０としては、例えば二酸化シリコン膜が挙げられる。この
弾性膜５０上には、厚さが１００〜４００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５
が形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが１０〜２０ｎｍの密着層５６が形
成されている。
【００１８】
さらに密着層５６上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが２
μｍ以下、好ましくは１〜０．３μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方
に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお
、ここで言う上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。ここで
、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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、第１電極６０を圧
電素子３００の共通電極とし、第２電極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。また、ここでは、変位可能に設け
られた圧電素子３００をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜
５０、絶縁体膜５５、密着層５６及び第１電極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や密着層５６を設けなくてもよい。また
、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００１９】
密着層５６は、詳しくは後述するが、酸化チタン層からなる。酸化チタン層は、反応性
スパッタリング法などにより成膜するか、スパッタリング法などにより成膜したチタン層
を熱酸化することにより形成できる。酸化チタンからなる密着層５６を設けることで、酸
化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５と第１電極６０との密着性を向上することができ、
また、密着層５６からの圧電体層７０へのＴｉの拡散を防止できる。
【００２０】
第１電極６０は、白金（Ｐｔ）及びイリジウム（Ｉｒ）から選択される少なくとも一種
の材料からなる。また、第１電極６０は、上述した少なくとも２つの材料からなる層が積
層されたものを用いることもできる。
【００２１】
第１電極６０上に形成される圧電体層７０は、鉛を含有せず、ビスマス、鉄、マンガン
、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電セラミ
ックスである。具体的には、鉄酸マンガン酸ビスマス（Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３、以下Ｂ
ＦＭＯと称す）あるいはこれらに各種元素が添加されたものとチタン酸バリウム（例えば
、ＢａＴｉＯ３、以下ＢＴと称す）との混晶などを挙げることができる。
【００２２】
このような圧電素子３００の個別電極である各第２電極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。
【００２３】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、絶縁体膜５５
及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホール
ド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド
部３１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マニホールド１００を構成している。また、流路形
成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみ
をマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみ
を設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、
絶縁体膜５５等）にマニホールド１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１
４を設けるようにしてもよい。
【００２４】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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が設けられている。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。
【００２５】
このような保護基板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。
【００２６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられて
いる。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００２７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。
【００２８】
また、このような保護基板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
材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。
また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホール
ド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、
マニホールド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。
【００２９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部のインク
供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド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１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し
、弾性膜５０、絶縁体膜５５、密着層５６、第１電極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。
【００３０】
このような本実施形態の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〜図８は、圧力発生室の第２の方向の断面図である。
【００３１】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１
０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2）等からなる二酸化シリコン
膜５１を熱酸化等で形成する。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体
膜５５を形成する。絶縁体膜５５は、ジルコニウムをスパッタリング法等により形成後、
加熱することで熱酸化して形成してもよく、酸化ジルコニウムを反応性スパッタリング法
により形成するようにしてもよい。
【００３３】
次に、図５（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に、本実施形態では、ＤＣスパッタ法
でＴｉからなる膜を２０ｎｍの厚さで形成し、７００℃の熱酸化処理にて厚さ４０ｎｍの
ＴｉＯｘからなる密着層５６を作製した。
【００３４】
次いで、図５（ｂ）に示すように、密着層５６上に白金（Ｐｔ）からなる第１電極６０
を形成する。第１電極６０は、スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。
【００３５】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示無し）を
マスクとして例えば第１電極６０及び密着層５６を同時にパターニングする。
【００３６】
次いで、第１電極６０上に、ビスマスを含有する複合酸化物からなるビスマス系圧電セ
ラミックスとして、本実施形態では、鉄酸マンガン酸ビスマス（Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３
）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）との混晶である圧電体層７０を形成する。本実施
形態では、圧電体層７０の製造方法は、例えば、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏ
ｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの化学溶液法やスパッタリング法等
が挙げられる。本実施形態ではＭＯＤ法を用いて圧電体層７０を形成している。
【００３７】
具体的な方法について以下説明する。図６（ａ）に示すように、第１電極６０が形成さ
れた流路形成基板１０上に鉄酸マンガン酸ビスマス（ＢＦＭＯ）とチタン酸バリウム（Ｂ
Ｔ）とを含む塗布溶液を塗布し、圧電体前駆体膜７１をスピンコートにより形成する（塗
布工程）。
【００３８】
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、実施形態では、１５０〜１８０℃で２〜１０分間、好ましくは、２〜５分間
保持することで乾燥させる。
【００３９】
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３００〜４５
０℃程度の温度に加熱して約２〜１０分、好ましくは２〜５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等として脱離させることである。
【００４０】
本実施形態では第１塗布膜である圧電体前駆体膜７１を１００ｎｍ以下とする。ここで
、１００ｎｍ以下とは、複数回の塗布、乾燥及び脱脂を繰り返してもよく、結果的に結晶
化工程に入る前の未結晶化状態の圧電体前駆体膜７１が１００ｎｍ以下であればよく、塗
布段階では１１０ｎｍ以下とすればよい。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば７５０〜８５
０℃程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、第１圧電体膜７２を形成
する（焼成工程）。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガ
ス中でもよい。
【００４２】
なお、乾燥工程、脱脂工程及び結晶化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ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉ
ｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００４３】
本実施形態では、以上の最初に結晶化工程を実施する圧電体前駆体膜７１が１００ｎｍ
以下の膜厚であればよく、これにより、９０ｎｍ以下の厚さの第１圧電体膜７２が形成さ
れる。
【００４４】
次いで、図６（ｃ）に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を行って
圧電体前駆体膜７３を形成し、これを１層毎、又は２、３層積層した毎に結晶化させ、こ
れを複数回繰り返して、図６（ｄ）に示すように、圧電体膜７４を複数層積層し、圧電体
層７０とする。
【００４５】
第１圧電体膜７２上に形成される圧電体前駆体膜７３は、塗布溶液の１回あたりの膜厚
が０．１μｍ程度の場合には、例えば、２層又は３層程度積層したのち、結晶化させて圧
電体膜７４とし、これを複数回繰り返してもよいし、圧電体前駆体膜７３を層ずつ結晶化
させて、これを複数回繰り返してもよい。本実施形態では、１層の第１圧電体膜７２と、
９層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０とし、全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。
【００４６】
このように、９０ｎｍ以下の厚さの第１圧電体膜７２を形成し、その後、通常の手順で
圧電体膜７４を積層する。これにより、第１圧電体膜７２がビスマスの第１電極６０への
拡散を抑制し、圧電体層７０の圧電特性が向上する。また、圧電体膜７４からの鉄など拡
散も抑制され、第１電極６０と圧電体層７０との界面に鉄を含む層状化合物などの異物が
形成されることもない。
【００４７】
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上に
白金等からなる第２電極８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向す
る領域に圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして、第１電極６０と圧電
体層７０と第２電極８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と第２
電極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。第２電極８０を形成する前後で
、必要に応じて、６００℃〜８００℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これに
より、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ
、かつ、圧電体層７０の結晶性を改善することができる。
【００４８】
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー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。
【００４９】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に
、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤
３５を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００５０】
次に、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、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。
【００５１】
そして、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２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、インク供給路１４及び
連通路１５等を形成する。
【００５２】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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
形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面のマスク膜５２を
除去した後にノズル開口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
板用ウェハー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ー１１
０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Ｉとする。
【００５３】
（実施例１）
面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５
０を厚さ１３００ｎｍで形成した。次いで、弾性膜５０上にジルコニウム（Ｚｒ）をスパ
ッタリング法により形成した後、ジルコニウムを約９００℃で加熱することで熱酸化して
厚さが４００ｎｍの酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成した。
【００５４】
次に、上記の絶縁体膜５５上に、ＤＣスパッタ法でＴｉ膜を２０ｎｍ形成し、７００℃
の熱酸化処理にて合計４０ｎｍのＴｉＯｘ膜からなる密着層５６を形成した。さらに、そ
の上にＤＣスパッタ法で１３０ｎｍのＰｔからなる第１電極６０を成膜した。
【００５５】
次に圧電体層７０を作製した。本実施例では、圧電体層はＸ＝Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３
（ＢＦＭＯ）−Ｙ＝ＢａＴｉＯ３（ＢＴ）（以下、ＢＦＭＯ−ＢＴ膜と記述する。）とし
、組成比はＸ：Ｙ  ＝７５：２５とした。すなわち、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム
及びチタンを上記組成比で含有し、溶媒がオクタンである塗布溶液を、スピンコート法で
成膜した。
【００５６】
所定の膜厚のサンプルを作製するため、最初は５００ｒｐｍで５ｓｅｃ、２５００ｒｐ
ｍで２０ｓｅｃのスピンコートを行った（塗布工程）。その後、１８０℃（工程制御上、
±５℃程度の誤差がある。以下同様である）で２分間乾燥を行った後（乾燥工程）、３５
０℃で３分間脱脂を行った（脱脂工程）。このときの膜厚は９０ｎｍであった。
【００５７】
この前駆体膜を、炉内を１００ｃｃｍの酸素でフローしたＲａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎｎｅａｌｉｎｇ（ＲＴＡ）で７５０℃、５分間焼成を行って結晶化させ（結晶化工
程）、第１圧電体膜を形成した。
【００５８】
次に、第１圧電体膜上に、上述した塗布、乾燥及び脱脂の各工程を３回繰り返し、その
後、炉内を１００ｃｃｍの酸素でフローしたＲａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ
ｉｎｇ（ＲＴＡ）で７５０℃、５分間焼成を行って結晶化させた（結晶化工程）。
【００５９】
さらに、塗布、乾燥、脱脂及び結晶化の各工程を３回繰り返し、ＢＦＭＯ−ＢＴ膜を作
製した。
【００６０】
（比較例１）
第１圧電体膜を形成せず、塗布、乾燥及び脱脂の各工程を３回繰り返し、その後結晶化
させ、これを３回繰り返した以外は実施例１と同様に実施した。
すなわち、実施例１と同様な組成の圧電体層７０を以下のように成膜した。
【００６１】
所定の膜厚のサンプルを作製するため、最初は５００ｒｐｍで５ｓｅｃ、２５００ｒｐ
ｍで２０ｓｅｃのスピンコートを行った（塗布工程）。その後、１８０℃で２分間乾燥を
行った後（乾燥工程）、その後、３５０℃で３分間脱脂を行った（脱脂工程）。
【００６２】
塗布、乾燥及び脱脂の各工程を３回繰り返し行った。その後、炉内を１００ｃｃｍの酸
素でフローしたＲａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ（ＲＴＡ）で７５０℃
、５分間焼成を行って結晶化させた（結晶化工程）。
【００６３】
さらに、塗布、乾燥、脱脂及び結晶化の各工程を３回繰り返し、ＢＦＭＯ−ＢＴ膜を作
製した。
【００６４】
（表面モフォロジー）
実施例１及び比較例１の圧電体層の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を図９及び図１
０に示す。
【００６５】
この結果、実施例１の圧電体層では、比較的粒径が小さな圧電体層となるが、比較例１
では、表面モフォロジーが大きいことがわかった。
【００６６】
（ヒステリシス、バタフライ）
実施例１及び比較例１の圧電素子について、東陽テクニカ社製「ＦＣＥ−１Ａ」で、φ
＝４００μｍの電極パターンを使用し、室温で周波数１ｋＨｚの三角波を印加して、Ｐ（
分極量）−Ｖ（電圧）の関係、Ｓ（電界誘起歪（変位量））−Ｖ（電圧）の関係を求めた
。結果を図１１及び図１２に示す。
【００６７】
また、最大分極（Ｐｍ）に対する残留分極量（Ｐｒ）の比、Ｐｒ／Ｐｍと印加電圧との
関係を図１３に示す。
【００６８】
この結果、実施例１の圧電素子は、比較例１と比較してヒステリシスカーブの角型性が
向上し、比較例１の０．４４に対して実施例１では０．５３であった。
【００６９】
（変位量測定）
実施例１及び比較例１の圧電素子について、アグザクト社製の変位測定装置（ＤＢＬＩ
）を用い室温で、φ＝５００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの電圧を印加
して、Ｓ（電界誘起歪（変位量））−Ｖ（電圧）の関係を求めた。印加電圧が３０Ｖのと
きのＤＢＬＩ変位量（ｄ３３）を比較すると、実施例１の変位量は、比較例１に対し、約
１３％向上していることがわかった。
【００７０】
（ＴＥＭ画像）
実施例１及び比較例１の圧電素子の厚さ方向の断面を、ＥＦＴＥＭ（energy-filtering
transmission electron microscope、エネルギフィルタリング透過型電子顕微鏡）を用
いて観察した。得られたＥＦＴＥＭ−ＢＦ（Bright Field）像を図１４に示す。
【００７１】
これによると、実施例１では、第１電極と圧電体層との界面には特に異相は観察されな
いが、比較例１では、異相が観察された。これを別途電子回折図形で分析したところ、層
状化合物であった。
【００７２】
また、比較例１の圧電素子について、厚さ方向の断面を、ＳＴＥＭ−ＨＡＡＤＦ（High
-Angle-Annular-Dark-Field）及びＢｉ，Ｐｔ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｏの各元素に
ついて、ＳＴＥＭ−ＥＤＳ（Scanning Transmission Electron Microscope（走査透過電
子顕微鏡）−Energy-Dispersive-Spectroscopy）で測定した。なお、Ｂｉ，Ｐｔ，Ｂａに
ついてはＬ殻を、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｔｉ，ＯについてはＫ殻を測定した。結果を順に図１５（
ａ）〜（ｈ）に示す。図１５に示すように、層状化合物部は、Ｆｅ、Ｂａ、Ｔｉ及びＯを
含有しており、特に、多量のＦｅを含有していることがわかった。
【００７３】
また、図１５のＳＴＥＭ−ＥＤＳによると、Ｂｉは第１電極の下側まで拡散しているこ
とが観察される。
【００７４】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明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。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン
単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料
を用いるようにしてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド
、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ
ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。
【００７６】
さらに、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載さ
れる圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力セン
サー、焦電センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、
本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  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、  ２
１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  マニホールド部、  ３２  圧電素子保持部
、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ５６  密着層
、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ７２  第１圧電体膜、  ８０  第２電極、  
９０  リード電極、  １００  マニホールド、  １２０  駆動回路、  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１１】
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【図１２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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