アクチュエーターの製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法
【課題】信頼性の高いアクチュエーターを製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るアクチュエーター１００の製造方法は、第１領域１２５の上方の少なくとも一部における被覆層１３０を除去して第１開口部１５０を形成し、かつ第２領域１２７の上方の少なくとも一部における被覆層１３０を除去して第２開口部１５２を形成する工程と、第１領域１２５の上方、第２領域１２７の上方、および被覆層１３０の上方に第１金属層１４２を成膜する工程と、第１金属層１４２の上方に第２金属層１４４を成膜する工程と、第１金属層１４２および第２金属層１４４をパターニングして、第２開口部１５２を介して第２導電層１４６と電気的に接続するリード配線１４０を形成する工程と、第１領域１２５の上方に成膜された第２金属層１４４を除去して第３導電層１２８を形成する工程と、を含む。
【解決手段】本発明に係るアクチュエーター１００の製造方法は、第１領域１２５の上方の少なくとも一部における被覆層１３０を除去して第１開口部１５０を形成し、かつ第２領域１２７の上方の少なくとも一部における被覆層１３０を除去して第２開口部１５２を形成する工程と、第１領域１２５の上方、第２領域１２７の上方、および被覆層１３０の上方に第１金属層１４２を成膜する工程と、第１金属層１４２の上方に第２金属層１４４を成膜する工程と、第１金属層１４２および第２金属層１４４をパターニングして、第２開口部１５２を介して第２導電層１４６と電気的に接続するリード配線１４０を形成する工程と、第１領域１２５の上方に成膜された第２金属層１４４を除去して第３導電層１２８を形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーターの製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等の液体噴射装置において、例えば、インク等の液滴を噴射するために、アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッドが用いられている。このような液体噴射ヘッドは、駆動信号等によって圧電素子の圧電体層を変形させることによって、アクチュエーターの下方に形成された圧力室内の圧力を変化させることができる。これにより、ノズル孔から圧力室内に供給されたインク等の液滴を噴射させることができる。
【０００３】
このような圧電素子を備えたアクチュエーターでは、例えば、湿気等により劣化してしまう圧電体層を保護するために、圧電素子の上部電極の上面および圧電体層の側面を覆う酸化アルミニウム等からなる保護膜を有する圧電素子が用いられる。しかしながら、このような保護膜を有する圧電素子では、保護膜が圧電体層の変形を妨げるため、インク等の吐出特性が損なわれてしまう場合がある。したがって、例えば、特許文献１では、上部電極の上面上の保護膜に開口部を形成して、圧電体層の変形の規制を緩和している。
【０００４】
しかしながら、このような保護膜に開口部を有する圧電素子では、その製造工程において、保護膜に開口部を形成することにより、上部電極がオーバーエッチングされてしまう場合がある。一般に圧電素子では、上部電極に白金やイリジウムのような貴金属が用いられているが、コストダウンのために上部電極は薄いことが望ましい。このような薄い上部電極においては、上部電極上に保護膜を形成した時、開口部でのオーバーエッチングの影響が大きく、この開口部で上部電極がさらに薄くなることで高抵抗になったり、極端な場合、上部電極が断線してしまったりすることがある。したがって、圧電素子の信頼性が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高いアクチュエーターを製造する方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上述のアクチュエーターの製造方法を含む液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法は、
基板の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層を覆う圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に、前記圧電体層の厚み方向から見て、前記第１導電層と重なる第１領域と、前記第１導電層とは重ならない第２領域と、を有する第２導電層を形成する工程と、
前記圧電体層の側方と、前記第２導電層の側方および上方と、に被覆層を成膜する工程と、
前記第１領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第１開口部を形成し、かつ前記第２領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第２開口部を形成する工程と、
前記第１領域の上方、前記第２領域の上方、および前記被覆層の上方に第１金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層の上方に第２金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層および前記第２金属層をパターニングして、前記第２開口部を介して前記第２導電層と電気的に接続するリード配線を形成する工程と、
前記第１領域の上方に成膜された前記第２金属層を除去して第３導電層を形成する工程と、
を含む。
【０００８】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第１領域の上方に前記第３導電層が形成されるため、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【０００９】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法において、
前記第１金属層は、少なくともニッケル−クロム合金を含む層であり、
前記第２金属層は、少なくとも金を含む層であることができる。
【００１０】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第１金属層を前記第２金属層を密着させるための層として機能させることができ、前記第２金属層が高い導電性を有することができる。
【００１１】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法において、
前記第２金属層を除去して前記第３導電層を形成する工程は、ウエットエッチングによって行われることができる。
【００１２】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第２金属層を選択的に除去することができる。
【００１３】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、
本発明に係るアクチュエーターを形成する工程と、
ノズル孔と連通し、前記アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室を有する流路形成板を形成する工程と、
を含む。
【００１４】
このような液体噴射ヘッドの製造方法によれば、本発明に係るアクチュエーターの製造方法を含むため、信頼性の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
１． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００について説明する。ここでは、アクチュエーター１００の例として、アクチュエーター１００を液体噴射ヘッド１０００に用いた場合について説明する。なお、アクチュエーター１００の用途は、液体噴射ヘッドに限定されない。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るアクチュエーター１００を用いた液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、液体噴射ヘッド１０００の要部である流路形成板１０、アクチュエーター１００を模式的に示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００１９】
液体噴射ヘッド１０００は、図１から図４に示すように、アクチュエーター１００と、圧力室１１を有する流路形成板１０と、ノズル孔２１を有するノズル板２０と、を含む。液体噴射ヘッド１０００は、例えば、さらに、封止板４０、を含むことができる。アクチュエーター１００は、振動板１１０と、圧電素子１２０と、を含むことができる。圧電素子１２０は、第１導電層１２２と、圧電体層１２４と、第２導電層１２６と、第３導電層１２８と、被覆層１３０と、リード配線１４０と、を含むことができる。
【００２０】
流路形成板１０は、圧力室１１を有する。流路形成板１０は、図１に示すように、圧力室１１の側壁を構成する壁部１２を有する。また、流路形成板１０は、圧力室１１と供給路１３および連通路１４を介して連通したリザーバー１５を有していてもよい。リザーバー１５には、貫通孔１６を通って外部からリザーバー１５内に液体が供給されてもよい。リザーバー１５に液体を供給することによって、供給路１３および連通路１４を介して圧力室１１に液体を供給することができる。圧力室１１の形状は、特に限定されない。圧力室１１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室１１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。流路形成板１０の材質は、特に限定されない。流路形成板１０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス、各種樹脂材料等から形成されてもよい。
【００２１】
ノズル板２０は、図１に示すように、流路形成板１０の下方に形成される。ノズル板２０は、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。ノズル孔２１は、圧力室１１に連通するように形成される。ノズル孔２１の形状は、液体を吐出することができれば、特に限定されない。ノズル孔２１を介することで、圧力室１１内の液体を、例えば、ノズル板２０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔２１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板２０の材質は、特に限定されない。ノズル板２０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス、各種樹脂材料等から形成されてもよい。
【００２２】
アクチュエーター１００は、図１に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。アクチュエーター１００では、圧電素子１２０は、外部駆動回路５０に電気的に接続され、外部駆動回路５０の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１１０は、圧電素子１２０の動作によって変位し、圧力室１１の内部圧力を適宜変形させることができる。圧電素子１２０は、圧力室１１ごとに形成されている。圧電素子１２０は、図２に示すように、第２導電層１２６の長手方向に直交する第１方向Ａに複数配列されている。圧電素子１２０は、第２導電層１２６の長手方向に交差する方向に複数配列されていてもよい。例えば、圧力室１１の長手方向を第２方向Ｂとすると、図示の例では、第２導電層１２６の長手方向は、第２方向Ｂと同じ方向である。すなわち、第１方向Ａは、図示の例では、第２方向Ｂに直交する方向である。
【００２３】
振動板１１０は、図３および図４に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。振動板１１０は、例えば、プレート状の部材である。振動板１１０は、例えば、第１層１１２と、第２層１１４と、からなる積層構造であることができる。第１層１１２としては、例えば、酸化シリコンを用いることができる。第２層１１４としては、例えば、酸化ジルコニウムを用いることができる。振動板１１０としては、これに限定されず、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる単層構造または複数の材料を積層した構造であってもよい。振動板１１０は、圧電素子１２０の圧電体層１２４が変形することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力室１１の体積を変化させることができる。振動板１１０には、リザーバー１５と連通する貫通孔１６が形成される。貫通孔１６の形状は、リザーバー１５に液体を供給でき得る限り特に限定されない。貫通孔１６の周囲には、例えば、第１金属層１４２および第２金属層１４４からなる積層体１７が形成されていてもよい。
【００２４】
第１導電層１２２は、振動板１１０の上方に形成されている。第１導電層１２２は、圧電体層１２４に電圧を印加するための一方の電極（圧電体層１２４の下部に形成された下部電極）である。第１導電層１２２は、図２に示すように、例えば、複数の圧電素子１２０の共通電極である。第１導電層１２２の材質としては、例えば、タングステン、ニッケル、イリジウム、パラジウム、金、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１導電層１２２は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。また、第１導電層１２２と振動板１１０との間には、たとえば、密着層（図示しない）等が形成されていてもよい。この場合の密着層としては、たとえばチタン層などが挙げられる。第１導電層１２２の厚みは、たとえば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。
【００２５】
圧電体層１２４は、第１導電層１２２を覆うように形成されている。圧電体層１２２は、図３に示すように、少なくとも第１導電層１２２の側面および上面を覆っている。圧電体層１２４と第１導電層１２２との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、たとえば圧電体層１２４の結晶の配向を制御するための配向制御層（たとえばチタン層）などが挙げられる。圧電体層１２４の厚さは、たとえば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層１２４の厚みが前記範囲を外れると、振動板１１０を変形させるために必要な伸縮が得られなくなる場合がある。
【００２６】
圧電体層１２４は、図４に示すように、上面１２４ａと、上面１２４ａに接続する側面１２４ｂと、を有する。図４の例では、圧電体層１２４の上面１２４ａは、平坦な面（平面）であり、振動板１１０の上面と略平行となっている。圧電体層１２４の上面１２４ａは、必ずしも平坦な面には限定されず、下地の第１導電層１２２の形状を反映した凸形状を有してもよい。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、圧電体層１２４の上面１２４ａと、振動板１１０の上面とを接続する面である。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、一つの平坦な面で構成されてもよいし、複数の平坦な面によって構成されてもよい。また、圧電体層１２４の側面１２４ｂは、曲面を含んで構成されてもよい。
【００２７】
圧電体層１２４は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体層１２４は、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１１０は、たわんだり振動したりすることができる。圧電体層１２４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、「ＰＺＴ」と略記することがある）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。これらのうち、圧電体層１２４の材質としてＰＺＴは、圧電特性が良好であるため特に好適である。
【００２８】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方に形成されている。第２導電層１２６は、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第２導電層１２６は、図２および図３に示すように、圧電体層１２４の厚み方向から見て（平面視において）、第１導電層１２２と重なる第１領域１２５と、第１導電層１２２と重ならない第２領域１２７と、を有する。図示の例では、第２領域１２７は、第２導電層１２６の第１領域１２５以外の領域である。第２導電層１２６の厚みは、たとえば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第２導電層１２６は、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）である。第２導電層１２６の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、パラジウム、金、白金、タングステンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳＲＯ、ＬＮＯなどを例示することができる。また、第２導電層１２６は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
【００２９】
第３導電層１２８は、第２電極１２６の第１領域１２５の上方に形成されている。第３導電層１２８は、図３および図４に示すように、第１開口部１５０を覆うように形成されている。第３導電層１２８は、図示の例では、第２導電層１２６と接している。図示はしないが、例えば、第１開口部１５０が第２導電層１２４ａを貫通して、第３導電層１２８が圧電体層１２４と接していてもよい。第３導電層１２８は、第２導電層１２６と同様に、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）として機能することができる。第３導電層１２８は、リード配線１４０を構成する第１金属層１４２からなることができる。第３導電層１２８（第１金属層１４２）は、後述するように膜厚が薄いため、圧電体層１２４の変形を妨げないことができる。
【００３０】
被覆層１３０は、図３および図４に示すように、圧電体層１２４の側方１２４ｂと、第２導電層１２６の上方の開口部１５０，１５２を除いた領域と、第２導電層１２６の側方１２６ｂに形成されている。被覆層１３０は、耐湿性の高い絶縁材料からなり、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコンを用いることができる。被覆層１３０としては、より耐湿性の高い酸化アルミニウムを用いることが好ましい。被覆層１３０には、第１開口部１５０および第２開口部１５２が形成されている。図示の例では、第１開口部１５０は、第２導電層１２６の第１領域１２５の上方に形成され、第１領域１２５の一部を露出させている。第２開口部１５２は、第２導電層１２６の第２領域１２７の上方に形成され、第２領域１２７の一部を露出させている。図示はしないが、第１開口部１５０は、第２導電層１２６の第１領域１２５の少なくとも一部を除去して、圧電体層１２４と第３導電層１２８とを接触させていてもよい。第２開口部１５２は、第２導電層１２６の第２領域１２７の少なくとも一部を除去して、圧電体層１２４と第３導電層１２８とを接触させていてもよい。アクチュエーター１００では、被覆層１３０に第１開口部１５０が形成されているため、被覆層１３０によって圧電体層１２４の変形が妨げられることを抑制することができる。
【００３１】
リード配線１４０は、第２開口部１５２を介して、第２導電層１２６と電気的に接続されている。リード配線１４０は、第２導電層１２６と外部駆動回路５０とを電気的に接続するための配線であることができる。リード配線１４０は、例えば、第１金属層１４２と、第２金属層１４４と、で構成されている。第１金属層１４２の材質としては、第２金属層１４４と下地層（例えば、被覆層１３０）との間の密着性を確保できれば特に限定されず、例えば、ニッケル−クロム合金、チタン、チタンタングステン合金、ニッケル、クロム、が挙げられる。第２金属層１４４の材質としては、導電性の高い材質であればよく、例えば、金、白金、アルミニウム、銅、が挙げられる。リード配線１４０は、第１金属層１４２および第２金属層１４４以外の層を有していてもよい。第１金属層１４２の厚さは、例えば、５０ｎｍ程度である。第２金属層１４４の厚さは、例えば、１μｍである。
【００３２】
封止板４０は、圧電素子１２０を封止することができる。封止板４０は、圧電素子１２０を封止するための領域４１を有している。封止板４０の領域４１は、圧電素子１２０（圧電体層１２４）の変形を妨げなければ、その大きさおよび形状は特に限定されない。封止板４０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミック、各種樹脂材料等から形成されていてもよい。
【００３３】
液体噴射ヘッド１０００は、さらに、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体（図示しない）を有していてもよい。
【００３４】
アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３５】
アクチュエーター１００では、被覆膜１３０に第１開口部１５０を形成することができる。これにより、圧電体層１２４を湿気等から保護しつつ、被覆膜１３０が圧電体層１２４の変形を妨げることを抑制または防止することができる。したがって、圧電体層１２４の変形を妨げることなく、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００３６】
アクチュエーター１００は、上述のような特徴を有する。したがって、アクチュエーター１００を含む液体噴射ヘッド１０００によれば、吐出特性が良く、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
２． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５から図１３は、アクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００３８】
まず、図５に示すように、シリコン基板１上に振動板１１０を形成する。振動板１１０は、例えば、スパッタ法などの公知の成膜技術によって形成される。振動板１１０が酸化シリコンからなる場合、例えば、シリコン基板１を熱酸化することにより形成してもよい。振動板１１０は、例えば、複数の層（第１層１１２，第２層１１４）を成膜して形成してもよい。
【００３９】
図６に示すように、振動板１１０上に第１導電層１２２を形成する。第１導電層１２２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。より具体的には、振動板１１０上の全面に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、第１導電層１２２を形成することができる。ここで、第１導電層１２２を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上にエッチング保護膜（図示しない）を形成してもよい。エッチング保護膜は、後述される圧電体層１２４と同じ圧電材料から形成された圧電体層であってもよい。エッチング保護膜は、少なくとも、第１導電層１２２が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１導電層１２２をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１導電層１２２の表面を保護することができる。
【００４０】
図７に示すように、第１導電層１２２を覆う圧電体膜１２４ｄを形成する。圧電体膜１２４ｄは、圧電体層１２４と同じ材料からなることができる。圧電体膜１２４ｄは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体膜１２４ｄの材質が、たとえばＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことにより、圧電体膜１２４ｄを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体膜１２４ｄをパターニングした後に行ってもよい。なお、エッチング保護膜が圧電体膜１２４ｄと同じ材料で形成されている場合、アニールを行うことにより圧電体膜１２４ｄと一体化させることができる。次に、圧電体膜１２４ｄの上の全面に第２導電膜１２６ｄを形成する。第２導電膜１２６ｄは、例えば、第２導電層１２６と同じ材料からなる。第２導電膜１２６ｄは、たとえば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。
【００４１】
図８に示すように、第２導電膜１２６ｄおよび圧電体膜１２４ｄをパターニングする。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術によって行うことができる。これにより、圧電体層１２４および第２導電層１２６が形成される。第２導電層１２６は、圧電体層１２４の厚み方向から見て、第１導電層１２２と重なる第１領域１２５と、第１導電層１２２と重ならない第２領域１２７と、を有することができる。なお、第２導電膜１２６ｄおよび圧電体膜１２４ｄをパターニングして、圧電体層１２４を形成した後、第２導電膜１２６ｄをさらにパターニングすることで、第２導電層１２６を形成してもよい。
【００４２】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、圧電体層１２４の側面１２４ｂと、第２導電層１２６の側面１２６ｂおよび上面１２６ａと、に被覆層１３０を成膜する。すなわち、圧電素子１２０を覆うように被覆層１３０を成膜する。被覆層１３０は、さらに振動板１１０上に形成されていてもよい。被覆層１３０は、例えば、スパッタ法により成膜されることができる。
【００４３】
図１０に示すように、第２導電層１２６の第１領域１２５上の一部における被覆層１３０を除去して第１開口部１５０を形成し、かつ第２導電層１２６の第２領域１２７上の一部における被覆層１３０を除去して第２開口部１５２を形成する。具体的には、まず、被覆層１３０を覆うレジスト層（図示しない）を成膜し、該レジスト層をパターニングする。次に、このレジスト層をマスクとして、被覆層１３０をエッチングすることにより、開口部１５０，１５２を形成することができる。
【００４４】
次に、貫通孔１６を形成してもよい（図１参照）。具体的には、例えば、貫通孔１６の形成される領域の振動板１１０をエッチングにより除去することで形成することができる。
【００４５】
図１１に示すように、第２導電層１２６の第１領域１２５上、第２導電層１２６の第２領域１２７上、および被覆層１３０上に、第１金属層１４２を成膜する。さらに、貫通孔１６を覆うように第１金属層１４２を成膜してもよい。第１金属層１４２は、例えば、スパッタ法により成膜することができる。次に、第１金属層１４２上に第２金属層１４４を成膜する。第２導電層１４４は、例えば、スパッタ法により成膜することができる。
【００４６】
図１２に示すように、第１金属層１４２および第２金属層１４４をパターニングする。これにより、第２開口部１５２を介して第２導電層１２６と電気的に接続するリード配線１４０を形成することができる。具体的には、パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術（例えばウエットエッチング）により行うことができる。第１金属層１４２がニッケル−クロム合金を主成分とする場合、エッチング液としては、例えば、硝酸セリウムアンモニウムを用いることができる。第２導電層１４４が金を主成分とする場合、エッチング液としては、ヨウ化カリウムを用いることができる。なお、本行程において、第１領域１２５上に成膜された第１金属層１４２および第２金属層１４４は、除去しない。
【００４７】
次に、第１領域１２５上の第２金属層１４４を除去する。これにより、第３導電層１２８を形成することができる。第２金属層１４４は、例えば、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術により除去することができる。エッチングは、例えば、ウエットエッチングにより行うことができる。これにより、選択的に第２導電層１２６を除去することができる。第２導電層１４４が金を主成分とする場合、エッチング液としては、ヨウ化カリウムを用いることができる。なお、第１領域１２５上の第２金属層１４４を除去する工程で、貫通孔１６が形成されている領域の周囲の第２金属層１４４を除去してもよい。これにより、インク等と第２金属層１４４とが反応して、第２金属層１４４が熔解することにより、圧電素子１２０が形成された領域までインク等が侵入することを防止することができる。
【００４８】
以上の工程により、アクチュエーター１００を製造することができる。
【００４９】
図１３に示すように、封止板４０をアクチュエーター１００上に搭載する。これにより、圧電素子１２０を封止することができる。封止板４０は、例えば、接着剤により固定されることができる。次に、シリコン基板１を所定の厚さになるように薄くする、次に、シリコン基板１に圧力室１１、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を形成する（図１および図１３参照）。例えば、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を振動板１１０が形成された面とは反対側の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室１１、壁部１２、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を区画することができる。以上の工程により、圧力室１１を有する流路形成板１０を形成することができる。次に、ノズル孔２１を有したノズル板２０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔２１は、圧力室１１と連通する。
【００５０】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１０００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。例えば、流路形成板１０およびノズル板２０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【００５１】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、被覆膜１３０に第１開口部１５０を形成することができる。これにより、圧電体層１２４を湿気等から保護しつつ、被覆膜１３０が圧電体層１２４の変形を妨げることを抑制または防止することができる。したがって、圧電体層１２４の変形を妨げることなく、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００５２】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第１領域１２５上に形成されることができる。第２導電層１２６は、例えば、第１金属層１４２を成膜する工程における逆スパッタ、および図１０に示す開口部１５０，１５２を形成する工程において、オーバーエッチングされて、薄膜化してしまう、あるいは断線してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第２導電層１２６（圧電素子１２０の一方の電極）として機能することができるため、第２導電層１２６の薄膜化および断線による高抵抗化を抑制または防止することができる。したがって、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。特に、第２導電層１２６に貴金属を適用した際、コストを下げるために第２導電層１２６の厚みを薄くするが、そのような際に上述の効果が顕著に発生する。
【００５３】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第１金属層１４２で形成されることができる。すなわち、リード配線１４０を形成するための第１金属層１４２を用いて、第３導電層１２８を形成することができる。したがって、簡易な工程で、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００５４】
本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法によれば、本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法を含むことができる。したがって、上述のとおり、信頼性の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【００５５】
なお、ここでは、液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、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（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００５６】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００５７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１ シリコン基板、１０ 流路形成板、１１ 圧力室、１２ 壁部、１３ 供給路、
１４ 連通路、１５ リザーバー、１６ 貫通孔、１７ 積層体、２０ ノズル板、
２１ ノズル孔、４０ 封止板、４１ 領域、５０ 外部駆動回路、
１００ アクチュエーター、１１０ 振動板、１１２ 第１層、１１４ 第２層、
１２０ 圧電素子、１２２ 第１導電層、１２４ 圧電体層、１２４ａ 上面、
１２４ｂ 側面、１２４ｄ 圧電体膜、１２５ 第１領域、１２６ 第２導電層、
１２６ａ 上面、１２６ｂ 側面、１２６ｄ 第２導電膜、１２７ 第２領域、
１２８ 第３導電層、１３０ 被覆層、１４０ リード配線、１４２ 第１金属層、
１４４ 第２金属層、１５０ 第１開口部、１５２ 第２開口部、
１０００ 液体噴射ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーターの製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等の液体噴射装置において、例えば、インク等の液滴を噴射するために、アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッドが用いられている。このような液体噴射ヘッドは、駆動信号等によって圧電素子の圧電体層を変形させることによって、アクチュエーターの下方に形成された圧力室内の圧力を変化させることができる。これにより、ノズル孔から圧力室内に供給されたインク等の液滴を噴射させることができる。
【０００３】
このような圧電素子を備えたアクチュエーターでは、例えば、湿気等により劣化してしまう圧電体層を保護するために、圧電素子の上部電極の上面および圧電体層の側面を覆う酸化アルミニウム等からなる保護膜を有する圧電素子が用いられる。しかしながら、このような保護膜を有する圧電素子では、保護膜が圧電体層の変形を妨げるため、インク等の吐出特性が損なわれてしまう場合がある。したがって、例えば、特許文献１では、上部電極の上面上の保護膜に開口部を形成して、圧電体層の変形の規制を緩和している。
【０００４】
しかしながら、このような保護膜に開口部を有する圧電素子では、その製造工程において、保護膜に開口部を形成することにより、上部電極がオーバーエッチングされてしまう場合がある。一般に圧電素子では、上部電極に白金やイリジウムのような貴金属が用いられているが、コストダウンのために上部電極は薄いことが望ましい。このような薄い上部電極においては、上部電極上に保護膜を形成した時、開口部でのオーバーエッチングの影響が大きく、この開口部で上部電極がさらに薄くなることで高抵抗になったり、極端な場合、上部電極が断線してしまったりすることがある。したがって、圧電素子の信頼性が低下してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高いアクチュエーターを製造する方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上述のアクチュエーターの製造方法を含む液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法は、
基板の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層を覆う圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に、前記圧電体層の厚み方向から見て、前記第１導電層と重なる第１領域と、前記第１導電層とは重ならない第２領域と、を有する第２導電層を形成する工程と、
前記圧電体層の側方と、前記第２導電層の側方および上方と、に被覆層を成膜する工程と、
前記第１領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第１開口部を形成し、かつ前記第２領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第２開口部を形成する工程と、
前記第１領域の上方、前記第２領域の上方、および前記被覆層の上方に第１金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層の上方に第２金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層および前記第２金属層をパターニングして、前記第２開口部を介して前記第２導電層と電気的に接続するリード配線を形成する工程と、
前記第１領域の上方に成膜された前記第２金属層を除去して第３導電層を形成する工程と、
を含む。
【０００８】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第１領域の上方に前記第３導電層が形成されるため、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【０００９】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法において、
前記第１金属層は、少なくともニッケル−クロム合金を含む層であり、
前記第２金属層は、少なくとも金を含む層であることができる。
【００１０】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第１金属層を前記第２金属層を密着させるための層として機能させることができ、前記第２金属層が高い導電性を有することができる。
【００１１】
本発明に係るアクチュエーターの製造方法において、
前記第２金属層を除去して前記第３導電層を形成する工程は、ウエットエッチングによって行われることができる。
【００１２】
このようなアクチュエーターの製造方法によれば、前記第２金属層を選択的に除去することができる。
【００１３】
本発明に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、
本発明に係るアクチュエーターを形成する工程と、
ノズル孔と連通し、前記アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室を有する流路形成板を形成する工程と、
を含む。
【００１４】
このような液体噴射ヘッドの製造方法によれば、本発明に係るアクチュエーターの製造方法を含むため、信頼性の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
１． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００について説明する。ここでは、アクチュエーター１００の例として、アクチュエーター１００を液体噴射ヘッド１０００に用いた場合について説明する。なお、アクチュエーター１００の用途は、液体噴射ヘッドに限定されない。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るアクチュエーター１００を用いた液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、液体噴射ヘッド１０００の要部である流路形成板１０、アクチュエーター１００を模式的に示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００１９】
液体噴射ヘッド１０００は、図１から図４に示すように、アクチュエーター１００と、圧力室１１を有する流路形成板１０と、ノズル孔２１を有するノズル板２０と、を含む。液体噴射ヘッド１０００は、例えば、さらに、封止板４０、を含むことができる。アクチュエーター１００は、振動板１１０と、圧電素子１２０と、を含むことができる。圧電素子１２０は、第１導電層１２２と、圧電体層１２４と、第２導電層１２６と、第３導電層１２８と、被覆層１３０と、リード配線１４０と、を含むことができる。
【００２０】
流路形成板１０は、圧力室１１を有する。流路形成板１０は、図１に示すように、圧力室１１の側壁を構成する壁部１２を有する。また、流路形成板１０は、圧力室１１と供給路１３および連通路１４を介して連通したリザーバー１５を有していてもよい。リザーバー１５には、貫通孔１６を通って外部からリザーバー１５内に液体が供給されてもよい。リザーバー１５に液体を供給することによって、供給路１３および連通路１４を介して圧力室１１に液体を供給することができる。圧力室１１の形状は、特に限定されない。圧力室１１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室１１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。流路形成板１０の材質は、特に限定されない。流路形成板１０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス、各種樹脂材料等から形成されてもよい。
【００２１】
ノズル板２０は、図１に示すように、流路形成板１０の下方に形成される。ノズル板２０は、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。ノズル孔２１は、圧力室１１に連通するように形成される。ノズル孔２１の形状は、液体を吐出することができれば、特に限定されない。ノズル孔２１を介することで、圧力室１１内の液体を、例えば、ノズル板２０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔２１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板２０の材質は、特に限定されない。ノズル板２０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス、各種樹脂材料等から形成されてもよい。
【００２２】
アクチュエーター１００は、図１に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。アクチュエーター１００では、圧電素子１２０は、外部駆動回路５０に電気的に接続され、外部駆動回路５０の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１１０は、圧電素子１２０の動作によって変位し、圧力室１１の内部圧力を適宜変形させることができる。圧電素子１２０は、圧力室１１ごとに形成されている。圧電素子１２０は、図２に示すように、第２導電層１２６の長手方向に直交する第１方向Ａに複数配列されている。圧電素子１２０は、第２導電層１２６の長手方向に交差する方向に複数配列されていてもよい。例えば、圧力室１１の長手方向を第２方向Ｂとすると、図示の例では、第２導電層１２６の長手方向は、第２方向Ｂと同じ方向である。すなわち、第１方向Ａは、図示の例では、第２方向Ｂに直交する方向である。
【００２３】
振動板１１０は、図３および図４に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。振動板１１０は、例えば、プレート状の部材である。振動板１１０は、例えば、第１層１１２と、第２層１１４と、からなる積層構造であることができる。第１層１１２としては、例えば、酸化シリコンを用いることができる。第２層１１４としては、例えば、酸化ジルコニウムを用いることができる。振動板１１０としては、これに限定されず、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる単層構造または複数の材料を積層した構造であってもよい。振動板１１０は、圧電素子１２０の圧電体層１２４が変形することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力室１１の体積を変化させることができる。振動板１１０には、リザーバー１５と連通する貫通孔１６が形成される。貫通孔１６の形状は、リザーバー１５に液体を供給でき得る限り特に限定されない。貫通孔１６の周囲には、例えば、第１金属層１４２および第２金属層１４４からなる積層体１７が形成されていてもよい。
【００２４】
第１導電層１２２は、振動板１１０の上方に形成されている。第１導電層１２２は、圧電体層１２４に電圧を印加するための一方の電極（圧電体層１２４の下部に形成された下部電極）である。第１導電層１２２は、図２に示すように、例えば、複数の圧電素子１２０の共通電極である。第１導電層１２２の材質としては、例えば、タングステン、ニッケル、イリジウム、パラジウム、金、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１導電層１２２は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。また、第１導電層１２２と振動板１１０との間には、たとえば、密着層（図示しない）等が形成されていてもよい。この場合の密着層としては、たとえばチタン層などが挙げられる。第１導電層１２２の厚みは、たとえば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。
【００２５】
圧電体層１２４は、第１導電層１２２を覆うように形成されている。圧電体層１２２は、図３に示すように、少なくとも第１導電層１２２の側面および上面を覆っている。圧電体層１２４と第１導電層１２２との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、たとえば圧電体層１２４の結晶の配向を制御するための配向制御層（たとえばチタン層）などが挙げられる。圧電体層１２４の厚さは、たとえば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層１２４の厚みが前記範囲を外れると、振動板１１０を変形させるために必要な伸縮が得られなくなる場合がある。
【００２６】
圧電体層１２４は、図４に示すように、上面１２４ａと、上面１２４ａに接続する側面１２４ｂと、を有する。図４の例では、圧電体層１２４の上面１２４ａは、平坦な面（平面）であり、振動板１１０の上面と略平行となっている。圧電体層１２４の上面１２４ａは、必ずしも平坦な面には限定されず、下地の第１導電層１２２の形状を反映した凸形状を有してもよい。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、圧電体層１２４の上面１２４ａと、振動板１１０の上面とを接続する面である。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、一つの平坦な面で構成されてもよいし、複数の平坦な面によって構成されてもよい。また、圧電体層１２４の側面１２４ｂは、曲面を含んで構成されてもよい。
【００２７】
圧電体層１２４は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体層１２４は、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１１０は、たわんだり振動したりすることができる。圧電体層１２４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、「ＰＺＴ」と略記することがある）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。これらのうち、圧電体層１２４の材質としてＰＺＴは、圧電特性が良好であるため特に好適である。
【００２８】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方に形成されている。第２導電層１２６は、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第２導電層１２６は、図２および図３に示すように、圧電体層１２４の厚み方向から見て（平面視において）、第１導電層１２２と重なる第１領域１２５と、第１導電層１２２と重ならない第２領域１２７と、を有する。図示の例では、第２領域１２７は、第２導電層１２６の第１領域１２５以外の領域である。第２導電層１２６の厚みは、たとえば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第２導電層１２６は、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）である。第２導電層１２６の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、パラジウム、金、白金、タングステンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳＲＯ、ＬＮＯなどを例示することができる。また、第２導電層１２６は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
【００２９】
第３導電層１２８は、第２電極１２６の第１領域１２５の上方に形成されている。第３導電層１２８は、図３および図４に示すように、第１開口部１５０を覆うように形成されている。第３導電層１２８は、図示の例では、第２導電層１２６と接している。図示はしないが、例えば、第１開口部１５０が第２導電層１２４ａを貫通して、第３導電層１２８が圧電体層１２４と接していてもよい。第３導電層１２８は、第２導電層１２６と同様に、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）として機能することができる。第３導電層１２８は、リード配線１４０を構成する第１金属層１４２からなることができる。第３導電層１２８（第１金属層１４２）は、後述するように膜厚が薄いため、圧電体層１２４の変形を妨げないことができる。
【００３０】
被覆層１３０は、図３および図４に示すように、圧電体層１２４の側方１２４ｂと、第２導電層１２６の上方の開口部１５０，１５２を除いた領域と、第２導電層１２６の側方１２６ｂに形成されている。被覆層１３０は、耐湿性の高い絶縁材料からなり、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコンを用いることができる。被覆層１３０としては、より耐湿性の高い酸化アルミニウムを用いることが好ましい。被覆層１３０には、第１開口部１５０および第２開口部１５２が形成されている。図示の例では、第１開口部１５０は、第２導電層１２６の第１領域１２５の上方に形成され、第１領域１２５の一部を露出させている。第２開口部１５２は、第２導電層１２６の第２領域１２７の上方に形成され、第２領域１２７の一部を露出させている。図示はしないが、第１開口部１５０は、第２導電層１２６の第１領域１２５の少なくとも一部を除去して、圧電体層１２４と第３導電層１２８とを接触させていてもよい。第２開口部１５２は、第２導電層１２６の第２領域１２７の少なくとも一部を除去して、圧電体層１２４と第３導電層１２８とを接触させていてもよい。アクチュエーター１００では、被覆層１３０に第１開口部１５０が形成されているため、被覆層１３０によって圧電体層１２４の変形が妨げられることを抑制することができる。
【００３１】
リード配線１４０は、第２開口部１５２を介して、第２導電層１２６と電気的に接続されている。リード配線１４０は、第２導電層１２６と外部駆動回路５０とを電気的に接続するための配線であることができる。リード配線１４０は、例えば、第１金属層１４２と、第２金属層１４４と、で構成されている。第１金属層１４２の材質としては、第２金属層１４４と下地層（例えば、被覆層１３０）との間の密着性を確保できれば特に限定されず、例えば、ニッケル−クロム合金、チタン、チタンタングステン合金、ニッケル、クロム、が挙げられる。第２金属層１４４の材質としては、導電性の高い材質であればよく、例えば、金、白金、アルミニウム、銅、が挙げられる。リード配線１４０は、第１金属層１４２および第２金属層１４４以外の層を有していてもよい。第１金属層１４２の厚さは、例えば、５０ｎｍ程度である。第２金属層１４４の厚さは、例えば、１μｍである。
【００３２】
封止板４０は、圧電素子１２０を封止することができる。封止板４０は、圧電素子１２０を封止するための領域４１を有している。封止板４０の領域４１は、圧電素子１２０（圧電体層１２４）の変形を妨げなければ、その大きさおよび形状は特に限定されない。封止板４０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミック、各種樹脂材料等から形成されていてもよい。
【００３３】
液体噴射ヘッド１０００は、さらに、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体（図示しない）を有していてもよい。
【００３４】
アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３５】
アクチュエーター１００では、被覆膜１３０に第１開口部１５０を形成することができる。これにより、圧電体層１２４を湿気等から保護しつつ、被覆膜１３０が圧電体層１２４の変形を妨げることを抑制または防止することができる。したがって、圧電体層１２４の変形を妨げることなく、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００３６】
アクチュエーター１００は、上述のような特徴を有する。したがって、アクチュエーター１００を含む液体噴射ヘッド１０００によれば、吐出特性が良く、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
２． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５から図１３は、アクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００３８】
まず、図５に示すように、シリコン基板１上に振動板１１０を形成する。振動板１１０は、例えば、スパッタ法などの公知の成膜技術によって形成される。振動板１１０が酸化シリコンからなる場合、例えば、シリコン基板１を熱酸化することにより形成してもよい。振動板１１０は、例えば、複数の層（第１層１１２，第２層１１４）を成膜して形成してもよい。
【００３９】
図６に示すように、振動板１１０上に第１導電層１２２を形成する。第１導電層１２２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。より具体的には、振動板１１０上の全面に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、第１導電層１２２を形成することができる。ここで、第１導電層１２２を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上にエッチング保護膜（図示しない）を形成してもよい。エッチング保護膜は、後述される圧電体層１２４と同じ圧電材料から形成された圧電体層であってもよい。エッチング保護膜は、少なくとも、第１導電層１２２が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１導電層１２２をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１導電層１２２の表面を保護することができる。
【００４０】
図７に示すように、第１導電層１２２を覆う圧電体膜１２４ｄを形成する。圧電体膜１２４ｄは、圧電体層１２４と同じ材料からなることができる。圧電体膜１２４ｄは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体膜１２４ｄの材質が、たとえばＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことにより、圧電体膜１２４ｄを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体膜１２４ｄをパターニングした後に行ってもよい。なお、エッチング保護膜が圧電体膜１２４ｄと同じ材料で形成されている場合、アニールを行うことにより圧電体膜１２４ｄと一体化させることができる。次に、圧電体膜１２４ｄの上の全面に第２導電膜１２６ｄを形成する。第２導電膜１２６ｄは、例えば、第２導電層１２６と同じ材料からなる。第２導電膜１２６ｄは、たとえば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。
【００４１】
図８に示すように、第２導電膜１２６ｄおよび圧電体膜１２４ｄをパターニングする。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術によって行うことができる。これにより、圧電体層１２４および第２導電層１２６が形成される。第２導電層１２６は、圧電体層１２４の厚み方向から見て、第１導電層１２２と重なる第１領域１２５と、第１導電層１２２と重ならない第２領域１２７と、を有することができる。なお、第２導電膜１２６ｄおよび圧電体膜１２４ｄをパターニングして、圧電体層１２４を形成した後、第２導電膜１２６ｄをさらにパターニングすることで、第２導電層１２６を形成してもよい。
【００４２】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、圧電体層１２４の側面１２４ｂと、第２導電層１２６の側面１２６ｂおよび上面１２６ａと、に被覆層１３０を成膜する。すなわち、圧電素子１２０を覆うように被覆層１３０を成膜する。被覆層１３０は、さらに振動板１１０上に形成されていてもよい。被覆層１３０は、例えば、スパッタ法により成膜されることができる。
【００４３】
図１０に示すように、第２導電層１２６の第１領域１２５上の一部における被覆層１３０を除去して第１開口部１５０を形成し、かつ第２導電層１２６の第２領域１２７上の一部における被覆層１３０を除去して第２開口部１５２を形成する。具体的には、まず、被覆層１３０を覆うレジスト層（図示しない）を成膜し、該レジスト層をパターニングする。次に、このレジスト層をマスクとして、被覆層１３０をエッチングすることにより、開口部１５０，１５２を形成することができる。
【００４４】
次に、貫通孔１６を形成してもよい（図１参照）。具体的には、例えば、貫通孔１６の形成される領域の振動板１１０をエッチングにより除去することで形成することができる。
【００４５】
図１１に示すように、第２導電層１２６の第１領域１２５上、第２導電層１２６の第２領域１２７上、および被覆層１３０上に、第１金属層１４２を成膜する。さらに、貫通孔１６を覆うように第１金属層１４２を成膜してもよい。第１金属層１４２は、例えば、スパッタ法により成膜することができる。次に、第１金属層１４２上に第２金属層１４４を成膜する。第２導電層１４４は、例えば、スパッタ法により成膜することができる。
【００４６】
図１２に示すように、第１金属層１４２および第２金属層１４４をパターニングする。これにより、第２開口部１５２を介して第２導電層１２６と電気的に接続するリード配線１４０を形成することができる。具体的には、パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術（例えばウエットエッチング）により行うことができる。第１金属層１４２がニッケル−クロム合金を主成分とする場合、エッチング液としては、例えば、硝酸セリウムアンモニウムを用いることができる。第２導電層１４４が金を主成分とする場合、エッチング液としては、ヨウ化カリウムを用いることができる。なお、本行程において、第１領域１２５上に成膜された第１金属層１４２および第２金属層１４４は、除去しない。
【００４７】
次に、第１領域１２５上の第２金属層１４４を除去する。これにより、第３導電層１２８を形成することができる。第２金属層１４４は、例えば、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術により除去することができる。エッチングは、例えば、ウエットエッチングにより行うことができる。これにより、選択的に第２導電層１２６を除去することができる。第２導電層１４４が金を主成分とする場合、エッチング液としては、ヨウ化カリウムを用いることができる。なお、第１領域１２５上の第２金属層１４４を除去する工程で、貫通孔１６が形成されている領域の周囲の第２金属層１４４を除去してもよい。これにより、インク等と第２金属層１４４とが反応して、第２金属層１４４が熔解することにより、圧電素子１２０が形成された領域までインク等が侵入することを防止することができる。
【００４８】
以上の工程により、アクチュエーター１００を製造することができる。
【００４９】
図１３に示すように、封止板４０をアクチュエーター１００上に搭載する。これにより、圧電素子１２０を封止することができる。封止板４０は、例えば、接着剤により固定されることができる。次に、シリコン基板１を所定の厚さになるように薄くする、次に、シリコン基板１に圧力室１１、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を形成する（図１および図１３参照）。例えば、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を振動板１１０が形成された面とは反対側の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室１１、壁部１２、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を区画することができる。以上の工程により、圧力室１１を有する流路形成板１０を形成することができる。次に、ノズル孔２１を有したノズル板２０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔２１は、圧力室１１と連通する。
【００５０】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１０００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。例えば、流路形成板１０およびノズル板２０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【００５１】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、被覆膜１３０に第１開口部１５０を形成することができる。これにより、圧電体層１２４を湿気等から保護しつつ、被覆膜１３０が圧電体層１２４の変形を妨げることを抑制または防止することができる。したがって、圧電体層１２４の変形を妨げることなく、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００５２】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第１領域１２５上に形成されることができる。第２導電層１２６は、例えば、第１金属層１４２を成膜する工程における逆スパッタ、および図１０に示す開口部１５０，１５２を形成する工程において、オーバーエッチングされて、薄膜化してしまう、あるいは断線してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第２導電層１２６（圧電素子１２０の一方の電極）として機能することができるため、第２導電層１２６の薄膜化および断線による高抵抗化を抑制または防止することができる。したがって、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。特に、第２導電層１２６に貴金属を適用した際、コストを下げるために第２導電層１２６の厚みを薄くするが、そのような際に上述の効果が顕著に発生する。
【００５３】
本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法によれば、第３導電層１２８が第１金属層１４２で形成されることができる。すなわち、リード配線１４０を形成するための第１金属層１４２を用いて、第３導電層１２８を形成することができる。したがって、簡易な工程で、信頼性の高いアクチュエーターを得ることができる。
【００５４】
本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法によれば、本実施形態に係るアクチュエーターの製造方法を含むことができる。したがって、上述のとおり、信頼性の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【００５５】
なお、ここでは、液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、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（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００５６】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００５７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１ シリコン基板、１０ 流路形成板、１１ 圧力室、１２ 壁部、１３ 供給路、
１４ 連通路、１５ リザーバー、１６ 貫通孔、１７ 積層体、２０ ノズル板、
２１ ノズル孔、４０ 封止板、４１ 領域、５０ 外部駆動回路、
１００ アクチュエーター、１１０ 振動板、１１２ 第１層、１１４ 第２層、
１２０ 圧電素子、１２２ 第１導電層、１２４ 圧電体層、１２４ａ 上面、
１２４ｂ 側面、１２４ｄ 圧電体膜、１２５ 第１領域、１２６ 第２導電層、
１２６ａ 上面、１２６ｂ 側面、１２６ｄ 第２導電膜、１２７ 第２領域、
１２８ 第３導電層、１３０ 被覆層、１４０ リード配線、１４２ 第１金属層、
１４４ 第２金属層、１５０ 第１開口部、１５２ 第２開口部、
１０００ 液体噴射ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層を覆う圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に、前記圧電体層の厚み方向から見て、前記第１導電層と重なる第１領域と、前記第１導電層とは重ならない第２領域と、を有する第２導電層を形成する工程と、
前記圧電体層の側方と、前記第２導電層の側方および上方と、に被覆層を成膜する工程と、
前記第１領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第１開口部を形成し、かつ前記第２領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第２開口部を形成する工程と、
前記第１領域の上方、前記第２領域の上方、および前記被覆層の上方に第１金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層の上方に第２金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層および前記第２金属層をパターニングして、前記第２開口部を介して前記第２導電層と電気的に接続するリード配線を形成する工程と、
前記第１領域の上方に成膜された前記第２金属層を除去して第３導電層を形成する工程と、
を含む、アクチュエーターの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１金属層は、少なくともニッケル−クロム合金を含む層であり、
前記第２金属層は、少なくとも金を含む層である、アクチュエーターの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２金属層を除去して前記第３導電層を形成する工程は、ウエットエッチングによって行われる、アクチュエーターの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載されたアクチュエーターを形成する工程と、
ノズル孔と連通し、前記アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室を有する流路形成板を形成する工程と、
を含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
基板の上方に振動板を形成する工程と、
前記振動板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記第１導電層を覆う圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に、前記圧電体層の厚み方向から見て、前記第１導電層と重なる第１領域と、前記第１導電層とは重ならない第２領域と、を有する第２導電層を形成する工程と、
前記圧電体層の側方と、前記第２導電層の側方および上方と、に被覆層を成膜する工程と、
前記第１領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第１開口部を形成し、かつ前記第２領域の上方の少なくとも一部における前記被覆層を除去して第２開口部を形成する工程と、
前記第１領域の上方、前記第２領域の上方、および前記被覆層の上方に第１金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層の上方に第２金属層を成膜する工程と、
前記第１金属層および前記第２金属層をパターニングして、前記第２開口部を介して前記第２導電層と電気的に接続するリード配線を形成する工程と、
前記第１領域の上方に成膜された前記第２金属層を除去して第３導電層を形成する工程と、
を含む、アクチュエーターの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１金属層は、少なくともニッケル−クロム合金を含む層であり、
前記第２金属層は、少なくとも金を含む層である、アクチュエーターの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２金属層を除去して前記第３導電層を形成する工程は、ウエットエッチングによって行われる、アクチュエーターの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載されたアクチュエーターを形成する工程と、
ノズル孔と連通し、前記アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室を有する流路形成板を形成する工程と、
を含む、液体噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−８８３１１（Ｐ２０１１−８８３１１Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４２２１９（Ｐ２００９−２４２２１９）
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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