(57)【要約】【課題】圧電体層にクラックが生じることを防止して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】流路形成基板用ウェハ１１０の一方面側に、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を形成する工程と、下電極膜６０上に、圧電材料を塗布し、焼成してダミー層７４を形成する工程と、ダミー層７４を除去することにより下電極膜６０を露出させる工程と、露出した下電極膜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７１を形成すると共に、圧電体前駆体膜７１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、圧電体層７０上に上電極膜８０を形成する工程とを具備する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出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と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板の一方面側に、金属を含む下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成してダミー層を形成する工程と、
前記ダミー層を除去することにより前記下電極膜を露出させる工程と、
露出した前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成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から構成される圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に上電極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】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記圧電体膜形成工程で用いられる圧電材料は、鉛を含む有機金属化合物のゾルであり、
前記ダミー層を形成する工程で用いられる圧電材料は、前記圧電体膜形成工程で用いられる圧電材料に含まれる鉛よりも少ない量の鉛を含むか、又は鉛を含まない有機金属化合物のゾルである
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記下電極膜は、前記流路形成基板上に設けられた密着層と、該密着層上に形成された白金層と、該白金層上に設けられて前記鉛の拡散を防止する拡散防止層とからなる
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記下電極膜を形成する工程後、チタンからなる保護膜を前記拡散防止層上に形成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５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記ダミー層を除去した後、前記下電極膜上に種チタン層を形成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６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
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
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
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、前記下電極膜及び前記圧電体膜をパターニングする
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子の製造方法であって、
基板の一方面側に金属を含む下電極膜を形成する工程と、
前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成してダミー層を形成する工程と、
前記ダミー層を除去することにより前記下電極膜を露出させる工程と、
露出した前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成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から構成される圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に上電極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、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】
圧電体層を製造するゾル−ゲル法では、下電極膜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、高温で焼成して結晶化させる。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】
一方、圧電素子を構成する下電極膜として、チタンからなる密着層と、密着層上に設けられた白金からなる白金層と、白金層上に設けられたイリジウムからなるイリジウム層とを設けたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２７４４７２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧電体前駆体膜を焼成する際に、基板及び基板上の各層の線膨張係数の違いから基板に反りが生じ、この反りにより圧電体層に応力がかかる。また、特許文献２に例示したように下電極膜が複数層からなる場合、焼成の熱により各層間における相互拡散によって下電極膜に応力が生じる。この下電極膜での応力の発生に伴って、圧電体層に応力がかかる。更に、特許文献２のように、例えば、下電極膜を構成する金属の一例としてイリジウムが下電極膜に含まれていると、イリジウムが焼成の熱により酸化して酸化イリジウムになり、この酸化により下電極が膨張し、この膨張による下電極膜の反りで圧電体層に応力がかかる。このように圧電体層に応力がかかることで圧電体層にクラックが生じてしまうという問題がある。
【０００７】
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。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層にクラックが生じることを防止して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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出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と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の一方面側に、金属を含む下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成してダミー層を形成する工程と、前記ダミー層を除去することにより前記下電極膜を露出させる工程と、露出した前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成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から構成される圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極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、下電極膜の金属が酸化して酸化物となることで膨張し、この膨張によって下電極膜に反りが生じるが、ダミー層の除去後においても、下電極膜は反った状態のままとなる。したがって、この状態の下電極膜上に圧電体層を形成することにより、圧電体層の形成工程における熱によっても、下電極膜の反りが更に増すことはないので、圧電体層に応力がかかることはない。このため、この応力に起因するクラックが圧電体層に発生することを防止できる。これにより、信頼性に優れた圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００１０】
ここで、前記圧電体膜形成工程で用いられる圧電材料は、鉛を含む有機金属化合物のゾルであり、前記ダミー層を形成する工程で用いられる圧電材料は、前記圧電体膜形成工程で用いられる圧電材料に含まれる鉛よりも少ない量の鉛を含むか、又は鉛を含まない有機金属化合物のゾルであることが好ましい。これによれば、圧電体層に含まれる鉛が下電極膜に拡散することを防止することができる。
【００１１】
また、前記下電極膜は、前記流路形成基板上に設けられた密着層と、該密着層上に形成された白金層と、該白金層上に設けられて前記鉛の拡散を防止する拡散防止層とからなることが好ましい。これによれば、下電極膜の拡散防止層を構成する金属が酸化され、圧電体層に含まれる鉛が下電極膜に拡散することをより確実に防止することができる。
【００１２】
また、前記下電極膜を形成する工程後、チタンからなる保護膜を前記拡散防止層上に形成する工程を具備することが好ましい。これによれば、拡散防止層の形成後、ダミー層を形成する前までに、下電極膜の最上層にある拡散防止層が、例えば大気に晒されることにより中途半端に酸化することが防止される。この結果、後の工程で圧電体層の結晶を良好に成長させることができる。
【００１３】
また、前記ダミー層を除去した後、前記下電極膜上に種チタン層を形成する工程を具備することが好ましい。これによれば、圧電体層の結晶を良好に成長させることができる。
【００１４】
また、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、前記下電極膜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、２層目の圧電体膜の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層を形成することができる。
【００１６】
さらに、本発明の他の態様は、下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子の製造方法であって、基板の一方面側に金属を含む下電極膜を形成する工程と、前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成してダミー層を形成する工程と、前記ダミー層を除去することにより前記下電極膜を露出させる工程と、露出した前記下電極膜上に、圧電材料を塗布し、焼成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から構成される圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に上電極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、下電極膜上に圧電材料を塗布し、焼成してダミー層を形成し、その後、ダミー層を除去して圧電体層を下電極膜上に形成することにより、下電極膜は膨張して下電極膜に反りが生じるが、ダミー層の除去後においても、下電極膜を反った状態のままとすることができる。そして、この状態の下電極膜上に圧電体層を形成するので、圧電体層の形成工程における熱によっても、下電極膜は更に膨張することはないので、圧電体層に応力がかかることはない。このため、この応力に起因するクラックが圧電体層７０に発生することを防止できる。これにより、信頼性に優れた圧電素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態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。
【００１８】
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、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
【００１９】
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、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。
【００２０】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有しており、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。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、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、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
【００２１】
すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手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の短手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。
【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、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。
【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、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と、圧電体層７０と、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。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。
【００２４】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、絶縁体膜５５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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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９を参照して説明する。なお、図３〜図９は、本発明の実施形態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る。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。この酸化膜５１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウェハ１１０を拡散炉等で熱酸化することにより形成すればよい。次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３５】
次に、図４（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、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、チタン（Ｔｉ）からなる密着層６２を形成した。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）からなる白金層６３を形成する。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。
【００３６】
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の鉛成分が下電極膜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、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金属又はこれらの酸化物が挙げられる。本実施形態では、拡散防止層６４として、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。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、チタンからなる保護膜６１を拡散防止層６４上に形成する。このような保護膜６１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。このように、下電極膜６０の最上層のイリジウムからなる拡散防止層６４の上に保護膜６１を設けることによって、イリジウムが中途半端に酸化されてしまうことが防止される。これにより、後の工程で形成される圧電体層７０の結晶が良好に成長する。例えば、チャンバ内で流路形成基板用ウェハ１１０に下電極膜６０を形成した後、ダミー層を形成する工程までの間に、流路形成基板用ウェハ１１０が大気に晒されると、イリジウムが中途半端に酸化されてしまう虞がある。
【００３８】
次に、ダミー層７４を保護膜６１上に形成する。具体的には、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなるダミー層７４を形成する。本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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ダミー層を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いてダミー層を形成する。なお、ダミー層の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法を用いてもよい。
【００３９】
ダミー層７４の具体的な形成手順としては、まず、図４（ｃ）に示すように、保護膜６１上に圧電体前駆体膜７３を成膜する。すなわち、保護膜６１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７３を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。そして、乾燥した圧電体前駆体膜７３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、圧電体前駆体膜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。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体前駆体膜７３を焼成する。かかる焼成により、圧電体前駆体膜７３は結晶化して圧電体膜となる。すなわち、この圧電体膜がダミー層７４となる。このとき、圧電体前駆体膜７３を焼成したときの熱でイリジウム（Ｉｒ）からなる拡散防止層６４は酸化され、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）となる。なお、拡散防止層６４は、全てが酸化イリジウム（ＩｒＯ２）となっていなくてもよく、酸化されないイリジウム（Ｉｒ）が残留してもよい。また、保護膜６１は、圧電体前駆体膜７３が焼成され、結晶化して圧電体膜となる際に、この圧電体膜内に拡散する。
【００４１】
上述のように圧電体前駆体膜７３を焼成したときの熱によって、流路形成基板用ウェハ１１０の線膨張係数と流路形成基板用ウェハ１１０上に形成された弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及びダミー層（圧電体膜）７４の線膨張係数との差から、流路形成基板用ウェハ１１０に反りが生じ、この反りによりダミー層７４及びその他の層に応力がかかる。また、イリジウムが酸化して酸化イリジウムとなることで下電極膜６０が膨張し、この膨張による下電極膜６０の反りによりダミー層７４に応力がかかる。更に、各層６２〜６４における相互拡散によっても下電極膜６０に応力が生じ、この応力に伴いダミー層７４にも応力がかかる。
【００４２】
次いで、図５（ａ）に示すように、ダミー層７４を除去する。具体的には、塩酸（ＨＣｌ）でダミー層７４を除去し、下電極膜６０を露出させる。このとき、ダミー層７４を除去しても、下電極膜６０は、そのまま反った状態となっている。このため、詳細は後述するが、この反った状態の下電極膜６０上に圧電体層７０を形成すれば、圧電体層７０に応力がかからず、圧電体層７０にクラックが発生することを防止できる。
【００４３】
なお、下電極膜６０の形成後（図４（ａ）参照）に、下電極膜６０を単独で加熱すると、下電極膜６０が反った状態が維持されない。下電極膜６０の反った状態が維持されないと、後に下電極膜６０上に圧電体層７０を形成したときに、下電極膜６０に反りが生じて、圧電体層７０に応力が加わってしまう。
【００４４】
ここで、ダミー層７４または後述する工程で形成される圧電体層７０に含まれる鉛が、下電極膜６０に拡散することを防止するためには、拡散防止層６４は酸化イリジウムとなっていることが望ましいが、下電極膜６０の形成後（図４（ａ）参照）に、下電極膜６０を加熱しても拡散防止層６４のイリジウムは膜状に酸化イリジウムが成長しない、という知見が得られている。したがって、拡散防止層上に、イリジウムに酸素を与えてイリジウムを酸化し得るダミー層が形成されていると、その後ダミー層を加熱するときの熱でイリジウムが酸化イリジウムになると考えられる。そのようなダミー層としては、圧電材料を塗布し、焼成して形成した圧電体膜を用いることが好ましい。上述したダミー層７４は、このような知見に基づき形成されたものであり、圧電材料を塗布し、焼成して圧電体膜をダミー層７４として拡散防止層上に形成すれば、酸化イリジウムとなった拡散防止層６４を確実に得ることができる。
【００４５】
次いで、図５（ｂ）に示すように、下電極膜６０上にチタン（Ｔｉ）からなる種チタン層６５を形成する。種チタン層６５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。また、種チタン層６５は非晶質であることが好ましい。このような種チタン層６５を形成することで、後の工程で下電極膜６０上に種チタン層６５を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配向方位を（１００）または（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６５は、圧電体層７０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、圧電体層７０の焼成後には圧電体層７０内に拡散するものである。
【００４６】
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、ダミー層７４と同様に、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、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法を用いてもよい。
【００４７】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図５（ｃ）に示すように、下電極膜６０（種チタン層６５）上に圧電体前駆体膜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。
【００４８】
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５〜１０分間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。
【００４９】
次に、図５（ｄ）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、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。
【００５０】
このとき、圧電体前駆体膜７１の焼成の熱により下電極膜６０は加熱されることとなるが、下電極膜６０の反りが更に増すことは実質的にない。これは、圧電体前駆体膜７３を焼成してダミー層７４を形成する時に、下電極膜６０を構成する拡散防止層６４であるイリジウムが酸化されて酸化イリジウムとなったことで下電極膜６０は既に膨張したので、この圧電体前駆体膜７１の焼成時の熱によっては下電極膜６０は酸化して膨張しないからである。つまり、圧電体前駆体膜７１の焼成によって下電極膜６０の反りが更に増すことがない。したがって、圧電体膜７２に応力はかからず、この応力に起因するクラックが圧電体膜７２に生じることが防止される。
【００５１】
なお、ダミー層７４を形成する際に用いる圧電材料に含まれる鉛は、上述の圧電体層７０を形成する際に用いる圧電材料に含まれる鉛よりも少なくするか、ダミー層７４を形成する圧電材料に鉛を含まないようにしておくことが好ましい。ダミー層７４に含まれる鉛を極力少なくするか含まないようにすれば、下電極膜６０に鉛が拡散することを防止できるからである。
【００５２】
また、下電極膜６０に拡散防止層６４が設けられていることにより、圧電体層７０の鉛成分が下電極膜６０に拡散することがより確実に防止される。これにより、圧電体層７０の圧電特性を一層良好なものとすることができる。なお、必ずしも下電極膜には拡散防止層が含まれている必要はなく、下電極膜に拡散防止層がない場合は、ダミー層７４に含まれる鉛を少なくしておくか、鉛を含まないようにすることが好ましい。
【００５３】
次に、図６（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。これにより、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。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。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、１層目の圧電体膜７２上を含む流路形成基板用ウェハ１１０上に、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行うことにより、２層目の圧電体膜７２が形成される。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、２層目の圧電体膜７２の上に、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繰り返し行うことにより、複数層の圧電体膜７２が形成される。
【００５６】
次に、図７（ａ）に示すように、複数層の圧電体膜７２からなる圧電体層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。
【００５７】
次に、図７（ｂ）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。圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニング方法としては、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。
【００５８】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図７（ｃ）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ことで形成される。
【００５９】
次に、図８（ａ）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。
【００６０】
次に、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さにする。
【００６１】
次いで、図９（ａ）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９（ｂ）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。
【００６２】
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。
【００６３】
以上に説明したように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、下電極膜６０上に圧電材料を塗布し、焼成してダミー層７４を形成し、その後、ダミー層７４を除去して圧電体層７０を下電極膜６０上に形成した。これにより、下電極膜６０のイリジウムが酸化して酸化イリジウムとなることで膨張し、この膨張によって下電極膜６０に反りが生じるが、ダミー層７４の除去後においても、下電極膜６０は反った状態のままとなる。したがって、この状態の下電極膜６０上に圧電体層７０を形成することにより、圧電体層７０の形成工程における熱によっても、下電極膜６０の反りが更に増すことはないので、圧電体層７０に応力がかかることはない。このため、この応力に起因するクラックが圧電体層７０に発生することを防止できる。これにより、信頼性に優れた圧電素子３００を有するインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。
【００６４】
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、下電極膜６０の最上層にイリジウムからなる拡散防止層６４を形成したが、必ずしも最上層にイリジウムを形成する必要はない。最上層にイリジウムを形成しない場合は、保護膜６１を設ける必要はない。また、ダミー層７４として１層の圧電体膜を形成したが、特にこれに限定されず、複数層の圧電体膜を形成してもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態では、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。
【００６６】
なお、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。
【００６７】
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】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態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】本発明の実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
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  保護膜、  ６２  密着層、  ６３  白金層、  ６４  拡散防止層、  ６５  種チタン層、  ７０  圧電体層、  ７１、７３  圧電体前駆体膜、  ７２  圧電体膜、  ７４  ダミー層、  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】
2009190351.tif 000009
【図８】
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【図９】
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