(57)【要約】【課題】下部電極層が配置されていない非被覆部における圧電体層の配向性を向上させる。【解決手段】配向補助層５５は、振動板５８上の全面に積層されている。配向補助層５５の材料としては、絶縁性を有し、かつ、圧電体５４を配向させることの可能な圧電体５４と同一結晶系の材料、例えば、ＳｒＴｉＯ３やＰｂＴｉＯ３を用いることができる。下部電極５６の配置されていない部分（非被覆部５４Ｅ）については、圧電体５４と同一結晶系の材料を用いることにより、圧電体５４の配向性を向上させることができる。【選択図】図７
2009196163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に積層された絶縁性の配向補助層と、
前記配向補助層上に、前記配向補助層が覆われない非被覆部が少なくとも一部に構成されるように積層された下部電極層と、
前記下部電極層及び前記配向補助層の前記非被覆部上に積層された圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された上部電極層と、
を備え、
前記配向補助層と前記圧電体層とが、同一結晶系の材料を含んで形成されていること、を特徴とする圧電素子基板。
【請求項２】
前記下部電極層と前記圧電体層とが、同一結晶系の材料を含んで形成されていること、を特徴とする圧電素子基板。
【請求項３】
前記圧電体層は、前記非被覆部の少なくとも一部において、隣接する部分と分離されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電素子基板。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板を備えた液滴吐出ヘッドであって、
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルと連通し、液滴が充填される圧力室と、
を有し、
前記圧力室の少なくとも前記圧力室と逆側が前記圧電素子基板の支持基板を含んで構成され、
前記支持基板が前記圧電素子基板の前記圧電体層の変位によって振動されることにより、前記ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする、液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧電素子基板の、前記圧電体層または上部電極層の上面に、表面が平坦な平坦化層が形成されていること、を特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板の製造方法であって、
支持基板上に圧電素子層と同一結晶系の材料を含む配向補助層を積層する配向補助層積層処理と、
前記配向補助層上に前記下部電極層、前記圧電体層、前記上部電極層を積層する圧電素子層積層処理と、
を有し、
少なくとも前記下部電極層がエッチング処理を含んでパターニングされることを特徴とする、圧電素子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子基板、この圧電素子基板を用いて構成されインク等の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、及び、前記圧電素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液滴吐出ヘッドの一例としてのインクジェット記録ヘッドの複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、記録用紙等の記録媒体に画像（文字を含む）等を記録するインクジェット記録装置（液滴吐出装置）は知られている。このようなインクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドは、圧力室を構成する振動板を圧電素子によって変位させることによって、その圧力室内に充填されているインクをノズルから吐出させるようになっている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、一般的に、振動板を変位させる各圧電素子は、圧電体層と、圧電体層を挟んで上下に配置される電極層で構成されている。このように各層を積層させる場合、特に圧電体層の配向性を高くすることが重要となる。そこで、特許文献２、３では、電極層と圧電体層との間に配向補助層を形成している。
【０００４】
しかしながら、電極層上に配向補助層を形成した場合、電極層の形成されていない部分については、圧電体層の配向性が低下して、圧電体層の剥離、クラック発生の原因となることが考えられる。
【特許文献１】特開２００５−１５３３６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８４２８号公報
【特許文献３】特開２００３−１８８４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、配向補助層が形成されず支持基板上に薄膜形成法により圧電体層が積層される場合と比較して、非被覆部における圧電体層の配向性を向上させることの可能な、圧電素子基板、この圧電素子基板を用いて構成されインク等の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、及び、前記圧電素子基板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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の圧電素子基板は、支持基板と、前記支持基板上に積層された絶縁性の配向補助層と、前記配向補助層上に、前記配向補助層が覆われない非被覆部が少なくとも一部に構成されるように積層された下部電極層と、前記下部電極層上及び前記配向補助層の前記非被覆部上に積層された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された上部電極層と、を備え、前記配向補助層と前記圧電体層とが、同一結晶系の材料を含んで形成されていること、を特徴としている。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の圧電素子基板は、前記下部電極層と前記圧電体層とが、同一結晶系の材料を含んで形成されていること、を特徴としている。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の圧電素子基板は、前記圧電体層が、前記非被覆部の少なくとも一部において、隣接する部分と分離されていること、を特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の液滴吐出ヘッドは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板を備えた液滴吐出ヘッドであって、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、液滴が充填される圧力室と、を有し、前記圧力室の少なくとも前記圧力室と逆側が前記圧電素子基板の支持基板を含んで構成され、前記支持基板が前記圧電素子基板の前記圧電体層の変位によって振動されることにより、前記ノズルから液滴が吐出されることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子基板の、前記圧電体層または上部電極層の上面に、表面が平坦な平坦化層が形成されていること、を特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の液滴吐出装置は、請求項４または請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを備えている。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の圧電素子基板の製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電素子基板の製造方法であって、支持基板上に圧電素子層と同一結晶系の材料を含む配向補助層を積層する配向補助層積層処理と、前記配向補助層上に前記下部電極層、前記圧電体層、前記上部電極層を積層する圧電素子層積層処理と、を有し、少なくとも前記下部電極層がエッチング処理を含んでパターニングされることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、配向補助層が形成されず支持基板上に薄膜形成法により圧電体層が積層される場合と比較して、非被覆部における圧電体層の配向性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２によれば、下部電極層上に積層される圧電体層の配向性を、向上させることができる。
【００１５】
請求項３によれば、圧電体の圧電特性を向上させることができる。
【００１６】
請求項４によれば、非被覆部における圧電体の配向性が高いので、当該部分における圧電体層の剥離やクラックの発生が抑制され、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１７】
請求項５によれば、圧電体層の表面または上部電極層の表面に積層される保護膜などを良好に形成することができる。
【００１８】
請求項６によれば、本発明を採用しない場合と比べ、信頼性の高い液滴吐出装置を得ることができる。
【００１９】
請求項７によれば、配向補助層が支持基板上に積層されているので、下部電極層がエッチングされた場合でも、支持基板がエッチングされるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、液滴吐出装置としてはインクジェット記録装置１０を例に採って説明する。したがって、液体はインク１００とし、液滴吐出ヘッドはインクジェット記録ヘッド３２として説明をする。
【００２１】
インクジェット記録装置１０は、図１で示すように、記録用紙Ｐを送り出す用紙供給部１２と、記録用紙Ｐの姿勢を制御するレジ調整部１４と、インク滴を吐出して記録用紙Ｐに画像形成する記録ヘッド部１６及び記録ヘッド部１６のメンテナンスを行うメンテナンス部１８を備える記録部２０と、記録部２０で画像形成された記録用紙Ｐを排出する排出部２２とから基本的に構成されている。
【００２２】
用紙供給部１２は、記録用紙Ｐが積層されてストックされているストッカー２４と、ストッカー２４から１枚ずつ取り出してレジ調整部１４に搬送する搬送装置２６とから構成されている。レジ調整部１４は、ループ形成部２８と、記録用紙Ｐの姿勢を制御するガイド部材２９とを有しており、記録用紙Ｐは、この部分を通過することによって、そのコシを利用してスキューが矯正されるとともに、搬送タイミングが制御されて記録部２０に供給される。そして、排出部２２は、記録部２０で画像が形成された記録用紙Ｐを、排紙ベルト２３を介してトレイ２５に収納する。
【００２３】
記録ヘッド部１６とメンテナンス部１８の間には、記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路２７が構成されている（用紙搬送方向を矢印ＰＦで示す）。用紙搬送路２７は、スターホイール１７と搬送ロール１９とを有し、このスターホイール１７と搬送ロール１９とで記録用紙Ｐを挟持しつつ連続的に（停止することなく）搬送する。そして、この記録用紙Ｐに対して、記録ヘッド部１６からインク滴が吐出され、記録用紙Ｐに画像が形成される。メンテナンス部１８は、インクジェット記録ユニット３０に対して対向配置されるメンテナンス装置２１を有しており、インクジェット記録ユニット３０に対するキャッピングや、ワイピング、更には、ダミージェットやバキューム等の処理を行う。
【００２４】
図２で示すように、各インクジェット記録ユニット３０は、矢印ＰＦで示す用紙搬送方向と直交する方向に配置された支持部材３４を備えており、この支持部材３４に複数のインクジェット記録ヘッド３２が取り付けられている。インクジェット記録ヘッド３２には、マトリックス状に複数のノズル５６が形成されており、記録用紙Ｐの幅方向には、インクジェット記録ユニット３０全体として一定のピッチでノズル５６が並設されている。
【００２５】
そして、用紙搬送路２７を連続的に搬送される記録用紙Ｐに対し、ノズル５６からインク滴を吐出することで、記録用紙Ｐ上に画像が記録される。なお、インクジェット記録ユニット３０は、例えば、いわゆるフルカラーの画像を記録するために、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応して、少なくとも４つ配置されている。
【００２６】
図３で示すように、それぞれのインクジェット記録ユニット３０のノズル５６による印字領域幅は、このインクジェット記録装置１０での画像記録が想定される記録用紙Ｐの用紙最大幅ＰＷよりも長くされており、インクジェット記録ユニット３０を紙幅方向に移動させることなく、記録用紙Ｐの全幅にわたる画像記録が可能とされている。
【００２７】
ここで、印字領域幅とは、記録用紙Ｐの両端から印字しないマージンを引いた記録領域のうち最大のものが基本となるが、一般的には印字対象となる用紙最大幅ＰＷよりも大きくとっている。これは、記録用紙Ｐが搬送方向に対して所定角度傾斜して（スキューして）搬送されるおそれがあるためと、縁無し印字の要望が高いためである。
【００２８】
以上のような構成のインクジェット記録装置１０において、次にインクジェット記録ヘッド３２について詳細に説明する。図４はインクジェット記録ヘッド３２の全体構成を示す概略平面図である。また、図５は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド３２を部分的に取り出して主要部分が明確になるように示した概略断面図である。
【００２９】
図５に示すように、インクジェット記録ヘッド３２は、天板部材４０、圧電素子部材５０、振動板５８、及び、流路部材６０を備えている。
【００３０】
天板部材４０は、天板４２、個別配線４４、及び、ＧＮＤ配線４６を含んで構成されている。天板４２は板状とされ、例えばガラス、セラミックス、シリコン、樹脂等、インクジェット記録ヘッド３２の支持体になり得る強度を有する絶縁体で構成することができる。ここでは、ガラス製の天板４２として説明する。個別配線４４及びＧＮＤ配線４６は、天板４２の表面４２Ａに配線されている。
【００３１】
天板４２には、図６に示すように、マトリクス状に第１貫通穴４３Ａ、及び第２貫通穴４３Ｂが構成されている。第１貫通穴４３Ａと第２貫通穴４３Ｂとは、交互に列状に配置されている。個別配線４４は、一端が第１貫通穴４３Ａに充填された第１導電性部材４５Ａを介して後述する圧電素子部材５０の下部電極５６に接続されている。個別配線４４の他端は、図４に示すように、第１貫通穴４３Ａから天板４２の端部付近へ引き出され、接続端子４４Ｃとされている。個別配線４４とフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）７２の一端とは、接続端子４４Ｃで接続され、フレキシブルプリント基板７２の他端は、駆動ＩＣ７４に接続されている。
【００３２】
ＧＮＤ配線４６は、第２貫通穴４３Ｂに充填された第２導電性部材４５Ｂを介して後述する圧電体５４の上部電極５２に接続されると共に、基準電位端子４６Ｃと接続されている。表面４２Ａに配線された個別配線４４及びＧＮＤ配線４６は、樹脂保護膜４７で被覆保護されている。
【００３３】
圧電素子部材５０は、上部電極５２、圧電体５４、下部電極５６、振動板５８、がこの順に積層されて構成されている。圧電素子部材５０は、上部電極５２側が天板部材４０と離間して対向するように配置されている。圧電体５４は、後述する圧力室６２Ａ毎に対応する位置に、隣接する圧電体５４と離間するように分離されて個別に配置されている。圧電体５４の材料としては、ＰＺＴなどを用いることができる。
【００３４】
上部電極５２は、各圧電体５４の、天板部材４０側に積層されている。下部電極５６は、各圧電体５４の、上部電極５２と逆側に積層されている。下部電極５６は、後述する圧力室６２Ａ毎に対応する位置に個別に配置され、隣接する下部電極５６間は、離間されている。下部電極５６の材料としては、圧電体５４と同一結晶系のイリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）などを用いることができる。圧電体５４と同一結晶系の材料を用いることにより、積層される圧電体５４の配向性を向上させることができる。
【００３５】
圧電素子部材５０の下側には、支持基板としての振動板５８が配置され、振動板５８と下部電極５６との間には、配向補助層５５が形成されている。配向補助層５５の詳細については後述する。
【００３６】
振動板５８は、Ｐｌａｓｍａ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（Ｐ−ＣＶＤ）法により、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）５８Ｂの上下に、不純物が何も添加されていないＳｉＯ２膜５８Ａ、５８Ｃが積層されて構成された３層構造とされ、少なくとも上下方向に弾性を有し、圧電体５４に通電されると（電圧が印加されると）、上下方向に撓み変形する（変位する）構成になっている。なお、振動板５８の厚さは、安定した剛性を得るために、１μｍ以上２０μｍ以下（１μｍ〜２０μｍ）とされている。振動板５８は、後述する圧力室６２Ａの１つの面を構成している。
【００３７】
図７（Ａ）には、圧電素子部材５０、配向補助層５５、及び、振動板５８の拡大構成図が示されている。配向補助層５５は、振動板５８上の全面に積層されている。配向補助層５５の材料としては、絶縁性を有し、かつ、圧電体５４を配向させることの可能な圧電体５４と同一結晶系の材料、例えば、ＳｒＴｉＯ３やＰｂＴｉＯ３を用いることができる。下部電極５６の配置されていない部分（非被覆部５４Ｅ）については、圧電体５４と同一結晶系の材料を用いることにより、圧電体５４の配向性を向上させることができる。
【００３８】
なお、配向補助層５５が形成されていない場合には、図７（Ｂ）に示すように、非被覆部５４Ｅにおいて振動板５８上に圧電体５４が配置されることになり、圧電体５４の絶縁破壊、クラックの発生、剥離などが起こりやすくなる。
【００３９】
上部電極５２の上側は、低透水性絶縁膜（以下「ＳｉＯｘ５１」という）で被覆され、圧電素子部材５０と天板部材４０との間に隔壁部材４８が配置されている。隔壁部材４８は、各圧電体５４及び下部電極５６を区画すると共に圧電体５４に対応する部分と天板部材４０との間に空間が構成されるように構成されている。
【００４０】
また、隔壁部材４８には第１貫通穴４３Ａと第２貫通穴４３Ｂに対応する位置に、第１導電性部材４５Ａと下部電極５６を接続させるための第１隔壁穴４８Ａ、第２導電性部材４５Ｂと上部電極５２を接続させるための第２隔壁穴４８Ｂが構成されている。第１導電性部材４５Ａは、第１貫通穴４３Ａ及び第１隔壁穴４５Ａ内に充填され、個別配線４４と下部電極５６とを電気的に接続している。第２導電性部材４５Ｂは、第２貫通穴４３Ｂ及び第２隔壁穴４５Ｂ内に充填され、ＧＮＤ配線４６と上部電極５２とを電気的に接続している。
【００４１】
流路部材６０は、圧力室基板６２、連通路基板６４、及び、ノズル基板６６を含んで構成されている。圧力室基板６２は振動板５８の下側に配置され、各圧電体５４に対応する位置が貫通されて、振動板５８と圧力室基板６２の貫通壁とで区画された圧力室６２Ａが構成されている。圧力室６２Ａには、後述するインク供給口６５Ａから供給されたインク１００が充填される。
【００４２】
連通路基板６４は、圧力室基板６２の下側に積層され、連通路基板６４には、圧力室６２Ａと後述するノズル６６Ａとを連通する連通路６４Ａが構成されている。連通路６４Ａの下側には、ノズル基板６６が積層されている。ノズル基板６６には、インク滴を吐出するためのノズル６６Ａがマトリクス状に構成されており、各ノズル６６Ａは各連通路６４Ａと連通されている。振動板５８の振動によって圧力室６２Ａの容積を増減させて圧力波を発生させることで、ノズル６６Ａからのインク滴の吐出が可能になっている。
【００４３】
連通路基板６４の周端辺には、圧電素子部材５０の面方向に沿って突出された位置に、インク供給口６５Ａを構成するインク供給部６５が形成されている。インク供給部６５には、天板部材４０及び圧電素子部材５０を覆うと共に、インク供給口６５Ａの延長上にインク通路７６Ａを構成するマニホールド７６が設けられている。インク通路７６Ａは、不図示のインクタンクと連結されており、インク１００は、インク通路７６Ａ、インク供給口６５Ａを経て、圧力室６２Ａへ供給される。
【００４４】
以上のような構成のインクジェット記録ヘッド３２において、次に、その製造工程（製造プロセス）について、図８乃至図１１−５を基に詳細に説明する。
【００４５】
図８に示すように、このインクジェット記録ヘッド３２は、流路部材６０を構成する基板としての圧力室基板６２の上面に圧電素子部材５０を作製し、その後、圧力室基板６２の上面に天板部材４０を配置すると共に、圧力室基板６２の下面に連通路基板６４及びノズル基板６６を接合（貼着）することによって製造される。
【００４６】
図９−１（Ａ）に示すように、圧力室基板６２を用意し、その上面に振動板５８の一部となる薄膜、即ち不純物が何も添加されていないＳｉＯ２膜５８Ｃ（膜厚０．４μｍ）をＰ−ＣＶＤ法により成膜し、次いで、振動板５８の一部となる他の薄膜、即ちＧｅが添加されたＳｉＯ２膜５８Ｂ（膜厚９．２μｍ）をＰ−ＣＶＤ法により成膜し、更に、図８−１（Ｂ）で示すように、振動板５８の一部となる他の薄膜、即ち不純物が何も添加されていないＳｉＯ２膜５８Ａ（膜厚０．４μｍ）をＰ−ＣＶＤ法により成膜する。
【００４７】
具体的には、酸素（Ｏ２）及びシリコン（Ｓｉ）原料を含むガス、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、シラン（ＳｉＨ４）の何れかを含むガスに、アルコキシド系のガスであるテトラメチルゲルマニウム（ＴＭＧｅ）を添加することにより成膜する。なお、このとき、Ｇｅが添加されたＳｉＯ２膜５８Ｂの厚さが、振動板５８全体の厚さの１／２以上となるようにする。
【００４８】
こうして、ＳｉＯ２膜５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃを連続して成膜したら、窒素（Ｎ２）雰囲気下で１時間、これ以降の工程における最高温度よりも高い温度、例えば７００℃でアニール（熱処理）する。７００℃でアニールすると、振動板５８の応力値が数十ＭＰａ増加するが、一度アニールすることにより、それ以上に応力（ストレス）が変化しないようにできる。なお、アニール温度は７００℃に限定されるものではなく、６００℃以上１１００℃以下（６００℃〜１１００℃）であればよい。
【００４９】
ＳｉＯ２膜５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃを成膜してアニールし、３層構造の振動板５８を形成したら、図９−１（Ｃ）で示すように、振動板５８の層の上に配向補助層５５を形成する。配向補助層５５は、例えばスパッタ法により形成することができる。
【００５０】
次に、図９−１（Ｄ）で示すように、スパッタ法により、例えば厚み０．５μｍ程度のＩｒとＴｉとの積層膜、即ち下部電極５６を振動板５８（ＳｉＯ２膜５８Ａ）の上面に成膜する。そして、図９−２（Ｅ）で示すように、振動板５８の上面に積層された下部電極５６をパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング、ＲＩＥ法による（Ｃｌ２系のガスを用いた）ドライエッチング、酸素プラズマによるレジスト剥離である。この下部電極５６のパターニングでは、振動板５８が、ＳｉＯ２膜５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃで構成されているため、ドライエッチングによって、深く削り込まれることがあるが、本実施形態では、配向補助層５５が形成されているため、振動板５８の削り込みを抑制することができる。
そして、図９−１（Ｆ）で示すように、パターニングされた下部電極５６の上面に、圧電体５４の材料であるＰＺＴ膜と、上部電極５２となるＩｒ膜を順に薄膜形成法であるスパッタ法で積層（成膜）し、パターニングして、圧電体５４及び上部電極５２とする。
【００５１】
具体的には、ＰＺＴ膜スパッタ（膜厚５μｍ）、Ｉｒ膜スパッタ（膜厚０．５μｍ）、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング（Ｃｌ２系又はＦ系のガスを用いたドライエッチング）、酸素プラズマによるレジスト剥離である。下部及び上部の電極材料としては、圧電体であるＰＺＴ材料との親和性が高く、耐熱性がある、例えばＩｒ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｔａ、ＰｔＯ２、ＴａＯ４、ＩｒＯ２等が挙げられる。また、ＰＺＴ膜５４Ｆの成膜温度は５５０℃であり、ＰＺＴ膜５４Ｆの積層（成膜）には、ＡＤ法、ゾルゲル法等も用いることが可能である。
【００５２】
次に、図９−２（Ｇ）で示すように、上面に露出している下部電極５６と、上部電極５２（圧電体５４）と、一部削り込まれた配向補助層５５の上面に、保護膜としてのＳｉＯｘ膜５１を積層する。そして、上部電極５２と第２導電性部材４５Ｂとを接続するための開口８０Ａ（コンタクト孔）を形成する。具体的には、Ｐ−ＣＶＤ法にてＳｉＯｘ膜５１の成膜、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング（濃度２０％のＨＦ溶液によるウェットエッチング又はＨＦを含むガスによるドライエッチング）、酸素プラズマによるレジスト剥離である。
【００５３】
また、ここでは保護膜としてＳｉＯｘ膜５１（シリコン酸化膜）を用いたが、ＳｉＮｘ膜（シリコン窒化膜）、ＳｉＯｘＮｙ膜等であってもよい。また、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）や、Ｔａ、Ｔｉ等の金属膜、ＴａＯ２、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化膜、樹脂膜等でもよく、更にはそれらの単層膜ではなく、それらを組み合わせた複数層膜にしてもよい。酸化膜、窒化膜、ＳＯＧ、金属膜、金属酸化膜は、絶縁性、耐湿性、膜層間の段差抑制（緩和）に優れ、中でも酸化膜、窒化膜、ＳＯＧ、金属膜は、耐薬品（インク）性においても優れる。また、樹脂膜も段差抑制に優れ、酸化膜、窒化膜、ＳＯＧは、ＳｉＯ２膜８２に添加されたＧｅ（不純物）の拡散防止にも優れる。
【００５４】
次いで、図９−２（Ｈ）で示すように、隔壁部材４８を形成する。隔壁部材４８には、後述する天板４２の第１貫通穴４３Ａの裏面４２Ｂ側の径と略同径の第１隔壁穴４８Ａ、及び、第２貫通穴４３Ｂの裏面４２Ｂ側の径と略同径の第２隔壁穴４８Ｂを構成する。具体的には、ＳｉＯｘ膜に、隔壁部材４８を構成する感光性樹脂を塗布し、露光・現像することでパターンを形成し、最後にキュアする。隔壁部材４８を構成する感光性樹脂としては、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、シリコーン系等を用いることができる。
【００５５】
こうして、圧力室基板６２の上面に振動板５８及び圧電素子部材５０が作製される。
【００５６】
天板部材４０の製造は、図１０で示すように、支持体となる程度の強度を確保できる厚み（０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ）の天板４２を用意し、天板４２に、第１貫通穴４３Ａ、及び、第２貫通穴４３Ｂを構成する。
【００５７】
具体的には、ホトリソグラフィー法で感光性ドライフィルムのレジストをパターニングし、このレジストをマスクとしてサンドブラスト処理を行って開口を形成した後、そのレジストを酸素プラズマにて剥離する。なお、第１貫通穴４３Ａ、及び、第２貫通穴４３Ｂは、断面視で内面が下方に向かって（表面４２Ａ側から裏面４２Ｂ側に向かって）次第に小径となるテーパー状（漏斗状）に形成されている。
【００５８】
次に、図１１−１（Ａ）で示すように、圧電素子部材５０の上面に、天板部材４０を接合する。このとき、第１貫通穴４３Ａと第１隔壁穴４８Ａとが重なり合い、第２貫通穴４３Ｂと第２隔壁穴４８Ｂが重なり合うように配置する。
【００５９】
次に、図１１−１（Ｂ）で示すように、第１貫通穴４３Ａ、第１隔壁穴４８Ａ、及び、第２貫通穴４３Ｂ、第２隔壁穴４８Ｂに導電性ペーストを充填して、第１導電性部材４５Ａ、第２導電性部材４５Ｂとする。特に、第２貫通穴４３Ｂから第２隔壁穴４８Ｂにかけての導電性ペーストは、リフローすることにより、裏面４２Ｂ側へ回り込んでＧＮＤ裏部材４６Ｂと確実に接触させるようにする。導電性ペーストとしては、半田、溶融金属、金属ペースト、導電性接着剤等を用いることができる。これらの材料に求められる抵抗率は、素子に要求される特性に応じて異なって来るため、コストや工程マッチング（耐熱温度等）を考慮して適宜選択すればよい。
【００６０】
次に、図１１−１（Ｃ）で示すように、天板部材４０の上側、即ち、天板４２、第１導電性部材４５Ａ、第２導電性部材４５Ｂの上側を研磨して、導電性部材との段差を平らにする。
【００６１】
次に、図１１−２（Ｄ）で示すように、天板部材４０の上側に配線膜を形成して、個別配線４４、及び、ＧＮＤ配線４６を形成する。そして、図１１−２（Ｅ）で示すように、個別配線４４、及び、ＧＮＤ配線４６の上側を覆うように、保護膜としてのＳｉＯｘ膜４７を形成する。
【００６２】
次に、図１１−３（Ｆ）で示すように、天板部材４０の上側に、中間層Ｍを介して、製造工程用の支持板Ｓを接着させる。そして、図１１−３（Ｇ）で示すように、圧力室基板６２の下面を研磨して、パターニング用のアルミ層ＡＬを形成する。アルミ層ＡＬは、スパッタリングなどの蒸着法により形成することができる。
【００６３】
次に、図１１−４（Ｈ）で示すように、アルミ層ＡＬ及び圧力室基板６２をエッヂングして、圧力室６２Ａ、及び、各圧力室６２Ａを連通させる通路（不図示）を形成し、その後、アルミ層ＡＬを取り除き（図１１−４（Ｉ））、中間層Ｍと共に支持板Ｓを取り除く（図１１−５（Ｊ）参照）。
【００６４】
次に、図１１−５（Ｋ）で示すように、駆動ＩＣ７４と個別配線４４とを、フレキシブルプリント基板７２を介して接続する。そして、図１１−６（Ｌ）で示すように、圧力室基板６２の下側に、連通路６４Ａの形成された連通路基板６４を接合し、その下側に、ノズル６６Ａの形成されたノズル基板６６を接合する。
【００６５】
そして、図１１−６（Ｍ）で示すように、天板部材４０及び圧電素子部材５０を覆うように、かつ、インク通路７６Ａが連通路基板６４のインク供給口６５Ａの延長上に配置されるように、連通路基板６４の上側外周部にマニホールド７６を接合する。フレキシブルプリント基板７２の他端に接続されている駆動ＩＣ７４は、マニホールド７６の上部から外側へ引き出される。
【００６６】
以上のようにして製造されるインクジェット記録ヘッド３２を備えたインクジェット記録装置１０において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置１０に印刷を指令する電気信号が送られると、ストッカー２４から記録用紙Ｐが１枚ピックアップされ、搬送装置２６により搬送される。
【００６７】
一方、インクジェット記録ユニット３０では、すでにインクタンクからインク供給ポートを介してインクジェット記録ヘッド３２のインク供給口６５Ａからインク１００が注入され、圧力室６２Ａへ供給（充填）されている。そして、このとき、ノズル６６Ａの先端（吐出口）では、インク１００の表面が圧力室６２Ａ側に僅かに凹んだメニスカスが形成されている。
【００６８】
そして、記録用紙Ｐを搬送しながら、複数のノズル６６Ａから選択的にインク滴を吐出することにより、記録用紙Ｐに、画像データに基づく画像の一部を記録する。すなわち、駆動ＩＣ７４により、所定のタイミングで、所定の圧電体５４に電圧を印加し、振動板５８を上下方向に撓み変形させて（面外振動させて）、圧力室６２Ａ内のインク１００を加圧し、所定のノズル６６Ａからインク滴として吐出させる。こうして、記録用紙Ｐに、画像データに基づく画像が完全に記録されたら、排紙ベルト２３により記録用紙Ｐをトレイ２５に排出する。これにより、記録用紙Ｐへの印刷処理（画像記録）が完了する。
【００６９】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド３２では、振動板５８上に配向補助層５５が形成されているので、下部電極５６が配置されていない非被覆部５４Ｅにおいても、圧電体５４を配向させることができる。したがって、配向補助層が形成されずに圧電体層が積層される場合と比較して、非被覆部５４Ｅにおける圧電体５４の配向性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、各圧電体５４は、隣接する圧電体５４と離間するように分離され個別に配置されている例について説明したが、各圧電体５４は必ずしも分離する必要はなく、図１２に示すように、隣接する圧電体と連続された構成の圧電体５４としてもよい。特に、本実施形態のように、分離することにより、圧電体の圧電特性を向上させることができる。
【００７１】
また、図１３（Ａ）で示すように、本実施形態の配向補助層５５と下部電極５６との間に、密着層Ｍ１を設けてもよい。密着層Ｍ１を設けることにより、下部電極５６と配向補助層５５との接合を良好にすることができる。密着層Ｍ１としては、ＴｉやＮｉの酸化物などを用いることができる。
【００７２】
また、図１３（Ｂ）で示すように、本実施形態の配向補助層５５と振動板５８との間に、密着層Ｍ２を設けてもよい。密着層Ｍ２を設けることにより、振動板５８と配向補助層５５との接合を良好にすることができる。密着層Ｍ２としては、ＴｉやＮｉの酸化物などを用いることができる。
【００７３】
さらに、図１３（Ｃ）で示すように、密着層Ｍ１と密着層Ｍ２の双方を設けても良い。
【００７４】
また、本実施形態の変形例としての、圧電体５４を構成した場合にも、図１４（Ａ）で示すように密着層Ｍ１を設けたり、図１４（Ｂ）で示すように密着層Ｍ２を設けたり、図１４（Ｃ）で示すように密着層Ｍ１及びＭ２を設けたりすることができる。
【００７５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、平坦化膜５３を設ける点以外については、第１実施形態と同一である。第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付して図示し、詳細な説明は省略する。
【００７６】
図１５（Ａ）には、圧電体５４となるＰＺＴ膜５４Ｍを成膜した後に、更に上部電極５２となる上部電極膜５２Ｍを成膜した後の上部電極膜上の表面Ｄ１の段差（図１６（Ａ）参照）を測定した結果が示されている。また、図１５（Ｂ）には、上部電極膜５２Ｍ上に更に保護膜５１を成膜した後の保護膜５１上の表面Ｄ２の段差（図１６（Ｂ）参照）を測定した結果が示されている。図１５（Ａ）のグラフで示されているように、上部電極膜５２Ｍの表面には最大０．１５μｍ程度の段差の凹凸が構成されている。また、保護膜５１の表面にも、段差が最大０．１５μｍ程度の凹凸が構成され、凹凸のピッチは上部電極膜５２Ｍの表面よりも細かくなっている。
【００７７】
一方、図１６（Ｂ）に示すように、上部電極膜５２Ｍ、ＰＺＴ膜５４Ｍをパターニングして除去した部分については、下部電極５６上、ＰＺＴ膜の側壁部分共に、表面の平坦な保護膜５１が形成されていることがわかった。したがって、保護膜５１の表面の凹凸は、上部電極膜５２Ｍの表面の凹凸に起因していることがわかる。
【００７８】
このように、上部電極膜５２Ｍ、ＰＺＴ膜５４Ｍの表面に凹凸ができると、上部電極膜５２Ｍ、ＰＺＴ膜５４Ｍのパターニングに用いるホトレジスト膜の線幅ばらつきが発生して、レジストパターンを正確に形成できないという問題が生じうる。また、ＰＺＴ膜５４Ｍ上のレジスト剥離性も低下する。そして、ＰＺＴ膜上の保護膜の異常成長の原因ともなると考えられる。また、保護膜５１の表面に凹凸ができると、保護膜５１による保護効果が低下し、保護膜のエッチング、ホトレジスト除去工程などにおいて、レジスト膜の剥離性が低下したり、残渣が残りやすくなったりする。また、保護膜５１の上に樹脂膜（隔壁部材４８）を形成する場合に、パターニングに用いるホトレジスト膜の線幅ばらつきが発生して（下地の反射）、レジストパターンが正確に形成できなかったり、レジスト剥離性も低下したりする。そこで、本実施形態では、平坦化膜５３を形成する。
【００７９】
図１７で示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド８２は、天板部材４０、圧電素子部材５０、振動板５８、及び、流路部材６０を備えている。圧電素子部材５０の上部電極５２の上面には、平坦化膜５３が形成されている。平坦化膜５３としては、ＳＯＧ（感光性塗布ガラス材料）、不純物をドープしたＳｉＯ２、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧなどの材料を用いることができる。平坦化膜５３の表面は、リフローなどにより平坦化されており、その上に保護膜５１が積層されている。平坦化膜５３は、段差を緩和するための最低限の膜厚とすればよい。なお、上部電極５２上には、反射防止機能を有する反射防止膜や密着性を高める密着膜や、その両方の機能を有する膜を薄く積層しておくこともできる。
【００８０】
なお、保護膜５１は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮなどを、スパッタ、ＣＶＤなどを用いて形成することができる。
【００８１】
次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッド３２の製造工程（製造プロセス）について、図１８−１乃至図１８−５を基に詳細に説明する。
【００８２】
まず、図１８−１（Ａ）で示すように、圧力室基板６２の上に、振動板５８、配向補助層５５、下部電極５６、ＰＺＴ膜５４Ｍ、上部電極膜５２Ｍを順次形成する。ＰＺＴ層はスパッタ法で着膜することができるが、ゾルゲル、エアロゾルデ゛ポジションで形成してもよい。また、上部電極膜５２Ｍの材料としては、Ｉｒ、Ｐｔなどを用いることができる。
【００８３】
なお、上部電極膜５２Ｍの上には、図示していないが、反射防止効果、及び、密着効果を有するＴｉＯ２を１０〜５０ｎｍ程度の膜厚で成膜することが好ましい。
【００８４】
次に、図１８−１（Ｂ）で示すように、上部電極４２の上に平坦化膜５３を形成する。平坦化膜５３は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法によって形成することができる。具体的には、ケイ酸化合物を有機溶剤に溶解した溶液を回転塗布、焼成して形成する。ＳＯＧは１回塗布でもよいし、複数回に分けて塗布してもよい。平坦化膜５３の膜厚としては、段差が解消される程度の厚みであればよく、０．１〜０．５μｍ程度が好ましい。
【００８５】
次に、図１８−１（Ｃ）で示すように、上部電極５２及び圧電体５４（ＰＺＴ層）をエッチングするためのレジストＲを回転塗布する。
【００８６】
そして、図１８−２（Ｄ）で示すように、露光、現像工程でレジストパターンを形成する。このとき、上部電極５２の上に反射防止膜としてのＴｉＯ２を形成しておけば、レジストのパターンに不具合が生じるのを防止することができる。
【００８７】
次に、図１８−２（Ｅ）で示すように、上部電極膜５２Ｍ及びＰＺＴ膜５４Ｍをドライエッチングによりパターニングする。レジスト剥離は、アミン系の有機溶剤によるウエットレジスト剥離、及び、アッシング（Ｏ２プラズマ）装置により除去することができる。本実施形態では、平坦化膜５３が配置されているので、容易にレジストＲの剥離を行うことができる。これにより、上部電極５２、圧電体５４が構成される。
【００８８】
次に、図１８−２（Ｆ）で示すように、振動板５８の上面に積層された下部電極５６をパターニングする。具体的には、ホトリソグラフィー法によるレジスト形成、パターニング、ＲＩＥ法による（Ｃｌ２系のガスを用いた）ドライエッチング、酸素プラズマによるレジスト剥離で行うことができる。
【００８９】
次に、図１８−２（Ｇ）で示すように、保護膜５１を形成する。本実施形態では、平坦化膜５３が形成されているので、保護膜５１にボイドなどの発生はなく、良好な保護膜５１を形成することができる。
【００９０】
次に、図１８−３（Ｈ）で示すように、ホトリソ工程により、上部電極５２との電気接続を行うためのコンタクト穴Ｈを開口する。
【００９１】
次に、図１８−３（Ｉ）で示すように、隔壁部材４８を構成する樹脂膜４８Ｍを形成する。樹脂膜４８Ｍは、感光性のポリイミド、あるいは、エポキシ樹脂を回転塗布することにより形成することができる。樹脂膜４８Ｍの膜厚としては、５〜１０μｍ程度とすることが好ましい。
【００９２】
次に、図１８−４（Ｊ）で示すように、露光、現像工程を経て、樹脂膜４８Ｍをパターニングする。本実施形態では、平坦化膜５３が形成されているので、保護膜５１上についても平坦とされており、パターンくずれもなく良好なパターンを形成することができる。
【００９３】
次に、図１８−４（Ｋ）で示すように、天板４２を隔壁部材４８上に配置し、図１８−４（Ｌ）で示すように、天板４２上に個別配線４４及びＧＮＤ配線４６のパターンを形成し、第１導電性部材４５Ａ（不図示）、第２導電性部材４５Ｂを供給して、個別配線４４と下部電極５６、ＧＮＤ配線４６と上部電極５２とを各々接続する。
【００９４】
次に、図１８−５（Ｍ）で示すように、圧力室基板６２に圧力室６２Ａを構成し、図１８−５（Ｎ）で示すように、連通路基板６４、ノズル基板６６を接合する。
【００９５】
本実施形態によれば、平坦化膜５３により、保護膜５１の形成される面が平坦化されるので、保護膜５１を良好に形成することができ、その後のプロセスにおいて残渣やレジスト剥離の困難性などの不都合を抑制することができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、隔壁部材４８を形成して天板４２をその上に積層し、天板４２の上面に配線パターンを形成した例について説明したが、図１９に示すように、圧電素子部材５０の上に、フレキシブルプリント基板７２を配置して、個別配線４４、及び、ＧＮＤ配線４６と、直接接続してもよい。
【００９７】
また、本実施形態では、上部電極５２の上に平坦化膜５３を形成したが、図２０で示すように、平坦化膜５３は、圧電体５４の上に形成しても良い。
【００９８】
また、本実施形態では、配向補助層５５が形成されている例について説明したが、図２１に示すように、配向補助層５５なしの構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】インクジェット記録装置を示す概略正面図
【図２】インクジェット記録ヘッドの配列を示す説明図
【図３】記録媒体の幅と印字領域の幅との関係を示す説明図
【図４】インクジェット記録ヘッドの全体構成を示す概略平面図
【図５】第１実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図
【図６】天板部材の一部の概略構成平面図、及び、概略断面図
【図７】圧電素子部材の一部の拡大断面図
【図８】インクジェット記録ヘッドを製造する全体工程の説明図
【図９−１】第１実施形態に係る圧力室基板上に圧電素子部材を製造する工程（Ａ）〜（Ｅ）を示す説明図
【図９−２】第１実施形態に係る圧力室基板上に圧電素子部材を製造する工程（Ｆ）〜（Ｈ）を示す説明図
【図１０】第１実施形態に係る天板部材を製造する工程を示す説明図
【図１１−１】第１実施形態に係る圧電素子部材上に天板部材を接合した後の工程（Ａ）〜（Ｃ）を示す説明図
【図１１−２】第１実施形態に係る圧電素子部材上に天板部材を接合した後の工程（Ｄ）〜（Ｅ）を示す説明図
【図１１−３】第１実施形態に係る圧電素子基板に天板部材を接合した後の工程（Ｆ）〜（Ｇ）を示す説明図
【図１１−４】第１実施形態に係る圧電素子基板に天板部材を接合した後の工程（Ｈ）〜（Ｉ）を示す説明図
【図１１−５】第１実施形態に係る圧電素子基板に天板部材を接合した後の工程（Ｊ）〜（Ｋ）を示す説明図
【図１１−６】第１実施形態に係る圧電素子基板に天板部材を接合した後の工程（Ｌ）〜（Ｍ）を示す説明図
【図１２】第１実施形態の変形例に係る圧電体を示す概略図
【図１３】第１実施形態の他の変形例に係る圧電体（Ａ）〜（Ｃ）を示す概略図
【図１４】第１実施形態の他の変形例に係る圧電体（Ａ）〜（Ｃ）を示す概略図
【図１５】ＰＺＴ膜の表面の段差を示すグラフ（Ａ）及び保護膜の表面の段差を示すグラフ（Ｂ）
【図１６】上部電極層が積層された状態、及び、保護膜が積層された状態の概略図
【図１７】第２実施形態のインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図
【図１８−１】第２実施形態に係る圧力室基板上に圧電素子部材を製造する工程（Ａ）〜（Ｃ）を示す説明図
【図１８−２】第２実施形態に係る圧力室基板上に圧電素子部材を製造する工程（Ｄ）〜（Ｆ）を示す説明図
【図１８−３】第２実施形態に係る圧力室基板上に圧電素子部材を製造する工程（Ｇ）〜（Ｉ）を示す説明図
【図１８−４】第２実施形態に係る圧電素子部材上に天板部材を接合する前後の工程（Ｊ）〜（Ｌ）を示す説明図
【図１８−５】第２実施形態に係る圧電素子部材上に天板部材を接合する前後の工程（Ｊ）〜（Ｌ）を示す説明図
【図１９】第２実施形態の変形例に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図
【図２０】第２実施形態の他の変形例に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図
【図２１】第２実施形態の他の変形例に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す概略断面図
【符号の説明】
【０１００】
１０   インクジェット記録装置
３０   インクジェット記録ユニット
３２   インクジェット記録ヘッド
３４   支持部材
４０   天板部材
４２   上部電極
４２   天板
４４   個別配線
４６   ＧＮＤ配線
４７   樹脂保護膜
４８   隔壁部材
５０   圧電素子部材
５１   保護膜
５２   上部電極
５３   平坦化膜
５４   圧電体
５４Ｅ 非被覆部
５５   配向補助層
５６   ノズル
５６   下部電極
５８   振動板
６０   流路部材
６２Ａ 圧力室
６２   圧力室基板
６６Ａ ノズル
６６   ノズル基板
【図１】
2009196163.tif 000003
【図２】
2009196163.tif 000004
【図３】
2009196163.tif 000005
【図４】
2009196163.tif 000006
【図５】
2009196163.tif 000007
【図６】
2009196163.tif 000008
【図７】
2009196163.tif 000009
【図８】
2009196163.tif 000010
【図９−１】
2009196163.tif 000011
【図９−２】
2009196163.tif 000012
【図１０】
2009196163.tif 000013
【図１１−１】
2009196163.tif 000014
【図１１−２】
2009196163.tif 000015
【図１１−３】
2009196163.tif 000016
【図１１−４】
2009196163.tif 000017
【図１１−５】
2009196163.tif 000018
【図１１−６】
2009196163.tif 000019
【図１２】
2009196163.tif 000020
【図１３】
2009196163.tif 000021
【図１４】
2009196163.tif 000022
【図１５】
2009196163.tif 000023
【図１６】
2009196163.tif 000024
【図１７】
2009196163.tif 000025
【図１８−１】
2009196163.tif 000026
【図１８−２】
2009196163.tif 000027
【図１８−３】
2009196163.tif 000028
【図１８−４】
2009196163.tif 000029
【図１８−５】
2009196163.tif 000030
【図１９】
2009196163.tif 000031
【図２０】
2009196163.tif 000032
【図２１】
2009196163.tif 000033