(57)【要約】【課題】圧電体層の膜厚を均一化して、圧電特性が均一化されると共に信頼性を向上した液体噴射ヘッド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】液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板１１０の一方面側に、下電極６０を形成する工程と、該下電極６０上に有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に、該圧電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化して圧電体膜７２を形成する圧電体膜形成工程を行うことによって前記圧電体膜７２によって構成される圧電体層７０を形成する工程と、該圧電体層７０上に上電極を形成する工程とを具備し、前記上電極を形成する工程の前に、前記上電極に接する前記圧電体層７０の表面を化学的機械研磨することによって平坦化する工程を具備する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に、下電極を形成する工程と、該下電極上に有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に、該圧電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化して圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程を行うことによって前記圧電体膜によって構成される圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、
前記上電極を形成する工程の前に、前記上電極に接する前記圧電体層の表面を化学的機械研磨することによって平坦化する工程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】
前記圧電体層を形成する工程では、前記圧電体膜形成工程を繰り返し行って、複数層の前記圧電体膜からなる前記圧電体層を形成する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】
前記圧電体層を形成する工程では、１層目の前記圧電体膜を形成した後、当該１層目の圧電体膜の表面を化学的機械研磨することによって平坦化してから、２層目以降の前記圧電体膜を形成することを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記圧電体層を形成する工程では、１層目の前記圧電体膜を形成した後、前記下電極及び前記圧電体膜をパターニングすることを特徴とする請求項２又は３記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記圧電体膜を形成した後、当該圧電体膜毎にその表面を化学的機械研磨することによって平坦化することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記流路形成基板が複数個一体的に形成された流路形成基板用ウェハに、前記圧電素子を形成後、各流路形成基板毎に分割する工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項７】
基板の一方面側に、下電極膜を形成する工程と、該下電極膜上に有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に、該圧電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化して圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程を行うことによって前記圧電体膜によって構成される圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、
前記上電極を形成する工程の前に、前記上電極に接する前記圧電体層の表面を化学的機械研磨することによって平坦化する工程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、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法及び圧電素子の製造方法に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる誘電体膜を２つの電極で挟んだ素子であり、誘電体膜は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。また、このような圧電素子は、液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射させる圧力発生手段として用いられる。
【０００３】
このような圧電素子の製造方法としては、基板（流路形成基板）の一方面側に下電極膜をスパッタリング法等により形成した後、下電極膜上に圧電体層をゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等により形成すると共に、圧電体層上に上電極膜をスパッタリング法により形成し、圧電体層及び上電極膜をパターニングすることで圧電素子を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、圧電体層を製造するゾル−ゲル法では、下電極を形成した基板上に有機金属化合物のゾルを塗布して乾燥およびゲル化（脱脂）させて圧電体の前駆体膜を形成する工程を少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる。そして、これらの工程を複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層（圧電体薄膜）を製造している。
【０００５】
また、圧電体層を製造するＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法では、一般的に、金属アルコキシド等有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７４４７２号公報（第５〜６頁、第６〜７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、流路形成基板等の基板上にゾル−ゲル法又はＭＯＤ法により圧電体層を形成すると、圧電体層には、凹凸の縞模様、すなわち、ストライエーション（striation）が発生し、平坦な圧電体層を形成することができないという問題がある。
【０００８】
そして、このように圧電体層に凹凸の縞模様（複数の突起）が形成されると、圧電体層の厚さにばらつきが発生することになり、厚い領域と薄い領域とで圧電特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。特に、シリコンウェハ等の基板に、複数のインクジェット式記録ヘッドを同時に形成した際に、インクジェット式記録ヘッド間で圧電素子の圧電特性、すなわちインク吐出特性の差に大きな影響を与えてしまうという問題がある。
【０００９】
また、圧電体層に凹凸の縞模様が形成されると、圧電体層上に形成される上電極との密着性が悪く、圧電体層と上電極との間で層間剥離が発生してしまう虞があるという問題がある。
【００１０】
なお、圧電体層に凹凸の縞模様が形成されるのは、ゾルが乾燥する際の対流によって形成される。また、ゾルをスピンコート法で塗布した場合には、放射状の凹凸の縞模様となり、また、スリットコート法のような塗布方法では、所定の間隔で凹凸の縞模様が形成される。
【００１１】
また、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圧電素子だけでなく、勿論、その他のあらゆる装置で用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の膜厚を均一化して、圧電特性が均一化されると共に信頼性を向上した液体噴射ヘッド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】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に、下電極を形成する工程と、該下電極上に有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に、該圧電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化して圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程を行うことによって前記圧電体膜によって構成される圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記上電極を形成する工程の前に、前記上電極に接する前記圧電体層の表面を化学的機械研磨することによって平坦化する工程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、圧電体層に形成される凹凸の縞模様を除去して厚さを均一化することができ、圧電体層の厚い領域と薄い領域とで圧電特性にばらつきが生じるのを防止することができ、液体の噴射特性を均一化することができる。また、圧電体層に形成された凹凸の縞模様（複数の突起）を除去することで、圧電体層と上電極との密着性を向上して層間剥離を確実に防止することができる。
【００１４】
ここで、前記圧電体層を形成する工程では、前記圧電体膜形成工程を繰り返し行って、複数層の前記圧電体膜からなる前記圧電体層を形成することが好ましい。これによれば、圧電特性が良好な圧電体層を所望の厚さで形成することができる。
【００１５】
また、前記圧電体層を形成する工程では、１層目の前記圧電体膜を形成した後、当該１層目の圧電体膜の表面を化学的機械研磨することによって平坦化してから、２層目以降の前記圧電体膜を形成することが好ましい。これによれば、２層目以降の圧電体膜が、平坦化された１層目の圧電体膜上に形成されることで、２層目以降の圧電体膜を構成する柱状結晶を垂直に且つ段差が発生することなく形成することができ、優れた配向性を有する圧電体層を形成することができる。
【００１６】
また、前記圧電体層を形成する工程では、１層目の前記圧電体膜を形成した後、前記下電極及び前記圧電体膜をパターニングすることが好ましい。これによれば、１層目の圧電体膜をパターニングされていない下電極上に良好な結晶性で形成することができる。
【００１７】
また、前記圧電体膜を形成した後、当該圧電体膜毎にその表面を化学的機械研磨することによって平坦化することが好ましい。これによれば、各圧電体膜が、平坦化された下地となる圧電体膜上に形成されることで、各圧電体膜を構成する柱状結晶を垂直に且つ段差が発生することなく形成することができ、優れた配向性を有する圧電体層を形成することができる。
【００１８】
また、前記流路形成基板が複数個一体的に形成された流路形成基板用ウェハに、前記圧電素子を形成後、各流路形成基板毎に分割する工程をさらに有することが好ましい。これによれば、液体噴射ヘッドを同時に複数個形成することができ、製造コストを低減することができると共に、複数の液体噴射ヘッド間で圧電素子の圧電特性、すなわち、液体噴射特性のばらつきを防止することができる。
【００１９】
さらに、本発明の他の態様は、基板の一方面側に、下電極膜を形成する工程と、該下電極膜上に有機金属化合物のゾルを塗布して圧電体前駆体膜を形成すると共に、該圧電体前駆体膜を加熱焼成して結晶化して圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程を行うことによって前記圧電体膜によって構成される圧電体層を形成する工程と、該圧電体層上に上電極を形成する工程とを具備し、前記上電極を形成する工程の前に、前記上電極に接する前記圧電体層の表面を化学的機械研磨することによって平坦化する工程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、圧電体層に形成される凹凸の縞模様を除去して厚さを均一化することができ、圧電体層の厚い領域と薄い領域とで圧電特性にばらつきが生じるのを防止することができる。また、圧電体層に形成された凹凸の縞模様（複数の突起）を除去することで、圧電体層と上電極との密着性を向上して層間剥離を確実に防止することができる。
【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の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
【００２１】
図示するように、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り、その一方の面には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。
【００２２】
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リザーバ部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。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。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００２３】
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又はステンレス鋼などからなる。
【００２４】
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、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、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、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１．１μｍ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。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アクチュエータ装置と称する。なお、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。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。
【００２５】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成されるペロブスカイト構造の結晶膜である。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。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）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、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）等を用いることができる。圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。なお、このような圧電体層７０は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等によって形成されたものである。
【００２６】
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。
【００２７】
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、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０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を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバ部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リザーバ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、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。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）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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２００が固定されている。この駆動回路２００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２００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２１０を介して電気的に接続されている。
【００３２】
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（例えば、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、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。
【００３３】
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と接続したインク導入口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２００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。
【００３４】
以下、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８を参照して説明する。なお、図３〜図７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製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図であり、図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す上面図である。
【００３５】
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の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００３６】
次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）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５１）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、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。
【００３７】
次いで、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金及びイリジウムからなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に亘って形成する。下電極膜６０は、例えば、スパッタリング法などにより形成することができる。
【００３８】
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、有機金属化合物を溶媒に溶解・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の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法を用いてもよい。ここでは、ＭＯＤ法で塗布するものをゾル−ゲル法と合わせて「ゾル」と呼ぶことにする。また、ゾルの塗布方法としては、スピンコーティング法やスリットコーティング法などが挙げられる。
【００３９】
以下では、ゾル−ゲル法においてスピンコーティング法を用いた態様について説明するが、勿論、スピンコーティング法以外の塗布方法、例えば、スリットコーティング法であってもよい。
【００４０】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ａ）及び図８（ａ）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上に有機金属化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。ゾルの塗布方法は、特に限定されないが、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０を回転しながら、流路形成基板用ウェハ１１０の中心付近にゾルを滴下する、いわゆるスピンコート法により行った。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）。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）。なお、ここで言う脱脂とは、乾燥工程よりも高温の温度領域であって、約４００℃〜５００℃程度の温度で、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。次に、図４（ｂ）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）。ここで言う焼成とは、約７００℃付近の温度領域で結晶化されていない圧電体前駆体膜７１を結晶化させることを言う。この焼成工程では、焼成された圧電体膜７２には、図８（ｂ）に示すように、凹凸の縞模様、すなわち、複数の突起７２ａが形成されてしまう。このような複数の突起７２ａは、流路形成基板用ウェハ１１０にゾルを塗布した際に、圧電体前駆体膜７１を乾燥させた際の対流によって形成される。ちなみに、スピンコート法により流路形成基板用ウェハ１１０上にゾルを塗布すると、塗布している間にもゾルの乾燥が進み、乾燥時の対流によっても突起７２ａが形成される。
【００４１】
なお、このような乾燥工程、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、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜７２の表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによって平坦化する。すなわち、焼成後に圧電体膜７２の表面に縞状に形成された複数の突起７２ａを化学的機械研磨することによって除去して圧電体膜７２の表面を平坦化する。
【００４３】
次に、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段階で、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。なお、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
【００４４】
そして、パターニング後、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により、図５（ｂ）に示すように複数層の圧電体膜７２を積層形成する。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。
【００４５】
このように、１層目の圧電体膜７２の表面を化学的機械研磨することによって平坦化した後、２層目以降の圧電体膜７２を形成することで、２層目以降の圧電体膜７２を構成する柱状結晶を垂直に形成することができ、優れた配向性を有する圧電体層７０を形成することができる。すなわち、１層目の圧電体膜７２に複数の突起７２ａが形成された場合、２層目以降の圧電体膜７２は、突起７２ａ上に形成された柱状結晶が傾斜した状態で成長する場合や、突起７２ａが形成されていない領域に形成された柱状結晶との間で段差が形成される場合があり、配向性が低下してしまうからである。
【００４６】
また、２層目以降の圧電体膜７２を形成した際には、１層目の圧電体膜７２と同様に、複数の突起が形成されるが、１層目の圧電体膜７２に突起７２ａが形成されていると、この突起７２ａの影響によって２層目以降の圧電体膜７２の突起が徐々に大きくなることがあり、好ましくない。
【００４７】
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層目以降の圧電体膜７２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。
【００４８】
そして、このように複数層の圧電体膜７２を積層形成して圧電体層７０を形成すると、図５（ｂ）に示すように、その表面には凹凸の縞模様、すなわち、複数の突起７２ｂが形成される。これは、上述した１層目の圧電体膜７２の突起７２ａと同様に、ゾルをスピンコート法により塗布した際に、圧電体前駆体膜７１を乾燥させた際の対流によって形成される。
【００４９】
次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層７０の表面を化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによって平坦化する。すなわち、圧電体層７０の表面に形成された複数の突起７２ｂを化学的機械研磨することによって除去して圧電体層７０の表面を平坦化する。特に、塗布後の熱処理である、乾燥−脱脂−焼成の熱処理後に行うことが好ましい。ここで、圧電体層７０の表面とは、後の工程で上電極膜８０が形成された際に、上電極膜８０が接する最上層の圧電体膜７２の表面のことである。
【００５０】
次に、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を形成すると共に、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。圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニングとしては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００５１】
このように、上電極膜８０を形成する工程の前に、上電極膜８０が接する圧電体層７０の表面を化学的機械研磨することによって平坦化することで、上電極膜８０と圧電体層７０との密着性を向上させて、圧電体層７０と上電極膜８０との間で層間剥離が発生するのを防止することができる。また、圧電体層７０に複数の突起７２ｂが形成されていないので、流路形成基板１０の表面の面内で複数の圧電素子３００の圧電特性を均一化することができる。すなわち、圧電体層７０に複数の突起７２ｂが形成されていないため、圧電体層７０の厚さにばらつきが発生することがなく、厚い領域と薄い領域とで圧電特性にばらつきが生じることがなく、安定した圧電特性を得て、インク（液体）の吐出特性（噴射特性）を向上することができる。
【００５２】
特に、本実施形態のように、流路形成基板用ウェハ１１０に複数のインクジェット式記録ヘッドＩを同時に形成した際に、複数のインクジェット式記録ヘッドＩの間で圧電素子３００の圧電特性、すなわち、インク吐出特性のばらつきを防止することができる。これは、複数の突起７２ａ、７２ｂが、流路形成基板用ウェハ１１０のスピンコート法による回転方向に対応した方向、すなわち、回転中心から放射状に縞状に形成されるため、流路形成基板用ウェハ１１０から取り出されるインクジェット式記録ヘッドＩの位置によって、縞状に形成された複数の突起７２ａ、７２ｂの位置及び方向が異なってしまうからである。したがって、本実施形態のように、突起７２ｂを除去して圧電体層７０を平坦化することによって、圧電特性のばらつき、特に、複数のインクジェット式記録ヘッドＩの間での圧電特性（インク吐出特性）のばらつきを防止することができる。
【００５３】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（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ことで形成される。
【００５４】
次に、図６（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。
【００５５】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０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。そして、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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１では、１層目の圧電体膜７２の表面と最終層の圧電体膜７２の表面とを化学的機械研磨することによって平坦化するようにしたが、少なくとも、圧電体層７０の上電極膜８０に接する表面を化学的機械研磨を行うようにすれば、圧電体層７０の厚さを均一化して圧電特性を均一化することができる。すなわち、１層目の圧電体膜７２の表面を化学的機械研磨する工程を行わなくてもよい。勿論、２層目以降の各圧電体膜７２の表面を化学的機械研磨することによって、平坦化するようにしてもよい。これにより、各圧電体膜７２で突起上に柱状結晶が形成されることがなく、柱状結晶を垂直に形成して、優れた配向性を得ることができる。
【００５８】
また、上述した実施形態１では、下電極膜６０として、白金及びイリジウムを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、下電極膜６０の絶縁体膜５５側の最下層に密着性を向上するチタン（Ｔｉ）等の密着層を設けるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、絶縁体膜５５側から白金とイリジウムとを積層した構成としても、絶縁体膜５５側からイリジウムと白金とを積層した構成としても、絶縁体膜５５側からイリジウムと白金とイリジウムとを積層した構成としてもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態１の下電極膜６０の表面に、厚さが、３．５〜５．５ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなる種チタン層を設けた後、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てもよい。このように種チタン層を設けることで、下電極膜６０上に種チタン層を介して１層目の圧電体膜７２を形成する際に、圧電体膜７２の優先配向方位を（１００）又は（１１１）に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層７０を得ることができる。なお、種チタン層は、圧電体膜７２が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体膜７２の焼成後には圧電体膜７２内に拡散するものである。
【００６０】
さらに、上述した実施形態１では、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂した後、焼成して圧電体膜７２を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、２回繰り返し行った後、焼成することで圧電体膜７２を形成するようにしてもよい。勿論、上述した実施形態１では、複数層の圧電体膜７２を有する圧電体層７０を例示したが、圧電体層７０は、圧電体膜７２が１層で構成されていてもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面の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、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００６２】
なお、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（電界放出ディスプレー）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。
【００６３】
また、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の製造方法に限られず、他の装置に搭載される圧電素子の製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態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】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す上面図である。
【符号の説明】
【００６５】
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、  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、  ７０  圧電体層、  ７１  圧電体前駆体膜、  ７２  圧電体膜、  ７２ａ、７２ｂ  突起、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  ２００  駆動回路、  ２１０  接続配線、  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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