スパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッド
【課題】 基板上に薄膜を均一な厚さで良好に形成することができるスパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】 白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られるスパッタリングターゲットを、その結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であるようにする。
【解決手段】 白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られるスパッタリングターゲットを、その結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成する際に用いられる白金からなるスパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドには、液滴の吐出のための圧力を付与するために圧電素子を用いたものがある。また、近年の液体噴射ヘッドの高性能化及び小型化等に伴って、このような圧電素子は薄膜を積層することによって形成されてきている。例えば、このような圧電素子の電極としては、スパッタリング法によって形成した白金等からなる薄膜が、一般的に採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような白金等からなる薄膜をスパッタリング法により形成する際に用いられるスパッタリングターゲットとしては、例えば、金属材料（インゴット）を圧延することによって形成されたものが、一般的に用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、このようなスパッタリングターゲットを用いて基板上に薄膜を形成した場合、膜の厚さを均一にするのが難しいという問題がある。具体的には、圧延により形成したスパッタリングターゲットは、結晶組織が異方性となってしまう。このため、例えば、スパッタリングターゲットの結晶方位に対して基板を水平又は垂直に配置するかで、スパッタリングレートが変化してしまう。また、スパッタリングターゲットは、薄膜の形成により消耗するが、その消耗量はターゲットの面内方向において一定にはならないため、結晶組織が異方性であると、スパッタリングレートの経時的な変化が起こりやすい。このため、同一のスパッタリングターゲットを用いていてスパッタ条件を同一としても、基板上に形成される膜の厚さが均一にならず、その結果、シート抵抗がばらついてしまうという問題がある。
【０００５】
また、例えば、液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子の変位特性は、圧電材料からなる圧電体層の結晶性、例えば、結晶粒径、結晶配向等によって決まる部分が大きいが、このような圧電体層の結晶性は、下電極の膜厚あるいは膜質等によって変化する。このため、良好な変位特性を有する圧電素子を形成するためには、下電極を均一な膜厚・膜質で形成する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８８２９４号公報（第１０図、第１０頁等）
【特許文献２】特開平６−３３０２９８号公報（段落［０００２］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、基板上に薄膜を均一な厚さで良好に形成することができるスパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られ、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第１の態様では、このようなスパッタリングターゲットを実際に用いることで、薄膜を形成する際のスパッタリングレートの変化が小さく抑えられる。したがって、常に均一な厚さの薄膜が得られ、結果的にシート抵抗のばらつきも防止される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、ビッカース硬度の最小値が５０以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第２の態様では、スパッタリングターゲットの硬度のばらつきが小さいため、スパッタリングレートの変化がより小さく抑えられる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、圧延により形成された集合組織が残留していないことを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第３の態様では、スパッタリングレートの変化がさらに確実に抑えられる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様のスパッタリングターゲットが固定されたカソードと、前記スパッタリングターゲットに対向するように配置される基板を保持する保持手段とを具備することを特徴とするスパッタリング装置にある。
かかる第４の態様では、薄膜を形成する際のスパッタリングレートの変化が小さく抑えられるため、常に均一な厚さの薄膜を形成することができる。また、結果的に、薄膜のシート抵抗のばらつきも防止することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記スパッタリングターゲットが、前記保持手段に保持された前記基板の中心に対して偏心する位置に配置されていることを特徴とするスパッタリング装置にある。
かかる第５の態様では、基板上に形成される薄膜の厚さをさらに均一化することができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜３の何れかの態様のスパッタリングターゲット若しくは請求項４又は５のスパッタリング装置により形成された白金膜を含む下電極を有する圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、下電極上に結晶性の良好な圧電体層が形成されるため、圧電素子の駆動による液体の吐出特性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、白金からなる金属材料を圧延することによって所定の厚さの金属板を形成する圧延工程と、該金属板を加熱して再結晶化させ、当該金属板を構成する結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下となるようにする再加熱工程とを有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
かかる第７の態様では、結晶構造が良好であり、スパッタリングレートの変化の少ないスパッタリングターゲットを形成することができる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記再加熱工程での前記金属板の加熱温度が、８００℃以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
かかる第８の態様では、金属板を確実に再結晶化させることができ、結晶構造の良好なスパッタリングターゲットをより確実に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。本実施形態に係るスパッタリング装置１は、マグネトロン方式のスパッタリング装置であり、図１に示すように、例えば、ＤＣ電源２に接続されると共にスパッタリングターゲット３が固定されるマグネトロンカソード４と、スパッタリングターゲット３に対向するように設けられて所定の基板５を保持する保持部材６とを有する。なお、図示しないが、これらマグネトロンカソード４及び保持部材６は、真空チャンバ内に配置されている。また、本実施形態では、スパッタリングターゲット３は、基板５の中心から偏心した位置に設けられている。この際、基板を回転させることが好ましい。基板上に形成される薄膜の厚さをさらに均一化させることができるためである。また、複数のマグネトロンカソードを配置するために真空チャンバの大きさに応じて、マグネトロンカソードを傾けても構わない。勿論、スパッタリングターゲット３は、その中心が基板５の中心と一致するように配置されていてもよい。
【００１８】
なお、スパッタリングターゲット３と基板５との間隔は、例えば、１００ｍｍ以上と比較的広くしておくのが望ましい。これにより、基板５上に比較的均一な厚さで薄膜を形成することができるからである。また、図示しないが、保持部材６は、例えば、モータ等の駆動手段に接続されており、薄膜を形成する際には、約３０ｒｐｍ程度の回転数で回転されるようになっている。
【００１９】
ここで、本発明に係るスパッタリングターゲット３は、白金からなる金属材料を圧延することによって形成した金属板を再結晶化させることによって形成されている。具体的には、まず、白金からなる金属材料（インゴット）を圧延することにより、所定の厚さ、例えば、３〜１０ｍｍ程度の厚さの金属板を形成する。その後、所定温度の窒素（Ｎ２）雰囲気下で、この金属板を再結晶化させることによって形成されている。
【００２０】
なお、金属板を再結晶化する際の温度は、金属板（白金）の融点の１／２以上の温度であることが好ましい。すなわち、およそ８００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは９００℃以上である。ただし、再結晶化の温度を上げすぎるのは、金属板が雰囲気の影響を受けてしまうため好ましくない。例えば、本実施形態では、約９００℃の窒素（Ｎ２）雰囲気下で約１時間、金属板を再結晶化させるようにした。
【００２１】
そして、このように形成された本発明に係るスパッタリングターゲット３は、圧延によって形成された金属板に残留している集合組織が再結晶化され、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性となっている。また、スパッタリングターゲット３は、全体が、比較的均一な粒径の結晶によって構成されている。ここで、結晶組織が等方性とは、金属組織が面内方向および板厚方向において、短軸と長軸が存在する矩形の結晶粒ではないことを意味する。白金の場合、結晶構造が面心立方晶のため、圧延によって生じる結晶粒は、白金の＜１１１＞方向を長軸とする組織となる。
【００２２】
ここで、図２に、白金からなる金属材料を圧延後、再結晶化することにより形成した本発明に係るスパッタリングターゲット３の結晶状態を模式的に示す。また、図３に、白金からなる金属材料を圧延することによって形成した従来のスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す。また、これら図２及び図３は、図４に示すように、圧延方向に対して直交する方向の断面領域Ｓ１における結晶状態を示す図である。
【００２３】
本発明に係るスパッタリングターゲット３の断面領域Ｓ１において結晶状態を観察したところ、図２に示すように、圧延によって生じる集合組織は全く残っておらず、全体が、比較的な均一な粒径を有する結晶によって構成されていることが分かる。また、図示しないが、圧延方向に対して平行な方向の断面領域Ｓ２及び平面領域Ｓ３（図４参照）においても、同様の観察結果が得られた。そして、これらの観察結果から明らかなように、本発明に係るスパッタリングターゲット３では、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性となっている。
【００２４】
一方、圧延のみによって形成した従来のスパッタリングターゲットの断面領域Ｓ１において結晶状態を観察したところ、図３に示すように、厚さ方向の少なくとも中央部に集合組織が残留していた。この集合組織は、圧延の加工度が高い部分に発生するものであるが、ターゲットの中央部に限らず発生するものである。また、他の領域についても同様の観察を行ったところ、断面領域Ｓ２においてもこのような集合組織が残留していた。そして、この観察結果からも分かるように、従来のスパッタリングターゲットの結晶組織は異方性となっていた。
【００２５】
さらに、本発明に係るスパッタリングターゲットは、結晶組織が等方性となっていると共に、ビッカース硬度の最大値が比較的低くなっている。例えば、本実施形態では、スパッタリングターゲットの表面、あるいは断面の何れの位置においても、ビッカース硬度は６０以下であった。例えば、図２に示した断面領域Ｓ１において、１０ヶ所でビッカース硬度を測定したところ、その値は何れも５０〜６０の範囲内であった。すなわち、本実施形態に係るスパッタリングターゲット３は、ビッカース硬度が比較的低く且つ全体に亘って極めて均一となっている。なお、図３に示した従来のスパッタリングターゲットの断面領域Ｓ１においても同様にビッカース硬度を測定したところ、最大値は７２と比較的高く、また各測定箇所におけるビッカース硬度の範囲も５０〜７５と比較的広く、硬さにばらつきがあった。また、集合組織が多いほどビッカース硬度が大きくなる傾向にある。
【００２６】
そして、このような本発明に係るスパッタリングターゲット３を用いて薄膜を形成することにより、基板５上に常に均一な厚さで緻密な薄膜を形成することができる。すなわち、スパッタリングターゲット３に対する基板５の配置方向に拘わらず、スパッタリングレートは略一定となる。また、結晶組織が等方性であることで、スパッタリングターゲット３の消耗に伴う経時的なスパッタリングレートの変化も小さく抑えられる。特に、本実施形態では、スパッタリングターゲット３の硬度のばらつきが極めて小さく抑えられているため、スパッタリングレートの変化も極めて小さく抑えられている。したがって、白金からなる緻密な薄膜を基板上に常に均一な厚さで形成することができ、結果的にそのシート抵抗も均一となる。
【００２７】
なお、このようなスパッタリングターゲットを用いて圧電素子を構成する下電極膜を形成した場合には、圧電素子の変位特性を向上することができるという効果もある。以下、圧電素子を用いた装置の一例として、インクジェット式記録ヘッドについて説明する。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図６は、図５の平面図及び断面図である。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、その一方の面には予め熱酸化によって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。
【００２９】
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、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２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１００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。
【００３０】
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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］である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。
【００３１】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、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１．０μｍ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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子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。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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圧電アクチュエータと称する。
【００３２】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００３３】
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述した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。保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００３４】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。
【００３５】
さらに、保護基板３０のリザーバ部３２に対応する領域上には、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍの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３２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、厚さが３０μｍのステンレス鋼（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。
【００３６】
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、図示しない駆動ＩＣ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、圧電素子３００及び振動板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からインクが吐出する。
【００３７】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の製造方法について、図７〜図１０を参照して説明する。なお、図７〜図１０は、圧力発生室の長手方向の断面を示す図である。
【００３８】
まず、図７（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を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００３９】
次に、図７（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、スパッタリング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、５００〜１２００℃の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。
【００４０】
次いで、図７（ｃ）に示すように、この絶縁体膜５５上に、例えば、白金とイリジウムとをスパッタリング法によって形成することにより、薄膜である下電極膜６０を形成する。このとき、本実施形態では、上述したスパッタリングターゲットを具備するスパッタリング装置（図１参照）を用いて下電極膜６０を形成するようにした。これにより、下電極膜６０を均一な膜厚で形成することができる。
【００４１】
次に、図７（ｄ）に示すように、下電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）を、例えば、スパッタリング法により塗布して所定の厚さの種チタン層６５を形成する。なお、種チタン層６５は、下電極膜６０に連続して積層することが好ましい。また、この種チタン層６５は、後述する工程で形成する圧電体層７０の結晶の核となるものであり、圧電体層７０の結晶粒径及び結晶配向は、この種チタン層６５の厚さによって変化する。圧電体層７０の結晶粒径は、例えば、２００ｎｍ以下と比較的小さいことが望ましい。そして、このような結晶粒径の圧電体層７０を得るためには、およそ２ｎｍ以上の厚さで種チタン層６５を形成しておく必要がある。
【００４２】
次に、このように形成した種チタン層６５上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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。
【００４３】
なお、圧電体層７０の製造方法としては、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。また、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００４４】
この圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図８（ａ）に示すように、種チタン層６５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、流路形成基板用ウェハ１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、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、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する。なお、ここでいう脱脂とは、ゾル膜の有機成分を酸化させ、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００４５】
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、本実施形態では、２回繰り返すことで、図８（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜７１を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜７２を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜７１を焼成することで種チタン層６５を核として結晶が成長して圧電体膜７２が形成される。例えば、本実施形態では、約７００℃で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、このように形成した圧電体膜７２の結晶は（１００）面に優先配向する。また、このように下電極膜６０上に圧電体膜７２を形成した後、圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングする。なお、本実施形態では、２層の圧電体前駆体膜７１からなる圧電体膜７２を形成後に、これら圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングするようにしたが、１層の圧電体前駆体膜からなる圧電体膜を形成して、圧電体膜及び下電極膜をパターニングするようにしてもよい。
【００４６】
次いで、図８（ｃ）に示すように、パターニングされた圧電体膜７２及び絶縁体膜５５上に亘って、再び、種チタン層６５Ａを形成し、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図８（ｄ）に示すように、複数層、本実施形態では、５層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、ゾルの塗布１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、圧電体層７０全体の膜厚は約１μｍとなる。
【００４７】
このように形成された圧電体層７０の特性は、上述したように下電極膜６０の膜厚等によって変化するが、上述したように本発明に係るスパッタリングターゲットを用いて下電極膜６０を形成することで、下電極膜６０の膜厚を均一に形成することができる。したがって、下電極膜６０上に形成する種チタン層の膜厚を制御することで、良好な結晶性、すなわち、結晶粒径が比較的小さく且つ結晶が（１００）面に良好に配向した圧電体層７０を形成することができる。さらに、このように圧電体層７０が良好に形成されることにより、圧電素子３００を形成後の流路形成基板１０の反り量が小さく抑えられるという効果もある。
【００４８】
なお、このように圧電体層７０を形成した後は、図９（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図９（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。
【００４９】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図９（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）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００５０】
次に、図９（ｄ）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。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５１】
次いで、図１０（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ化硝酸等によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図１０（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図１０（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００５２】
なお、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５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。
【００５３】
そして、上述したように、このようなインクジェット式記録ヘッドを製造する際、すなわち、下電極膜を形成する際に、本発明の白金からなるスパッタリングターゲットを用いることで、下電極膜の抵抗値が安定すると共に、ヤング率・応力の値も安定させることができる。これにより、安定したインク吐出特性を有するインクジェット式記録ヘッドを得ることができる。また、下電極膜と酸化ジルコニウムの密着性も向上し、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを得ることができる。
【００５４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上述した実施形態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、圧電素子の下電極膜を本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成した例を説明したが、勿論、本発明のスパッタリングターゲットは、あらゆる薄膜の形成に適用することができる。また、上述した実施形態では、マグネトロン方式のスパッタリング装置を例示したが、勿論、他の方式のスパッタリング装置にも採用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。
【図２】本発明に係るスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す図である。
【図３】従来のスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す図である。
【図４】スパッタリングターゲットの観察位置を説明する図である。
【図５】一実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図６】一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７】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ スパッタリング装置、 ２ ＤＣ電源、 ３ スパッタリングターゲット、 ４ マグネトロンカソード、 ５ 基板、 ６ 保持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成する際に用いられる白金からなるスパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドには、液滴の吐出のための圧力を付与するために圧電素子を用いたものがある。また、近年の液体噴射ヘッドの高性能化及び小型化等に伴って、このような圧電素子は薄膜を積層することによって形成されてきている。例えば、このような圧電素子の電極としては、スパッタリング法によって形成した白金等からなる薄膜が、一般的に採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような白金等からなる薄膜をスパッタリング法により形成する際に用いられるスパッタリングターゲットとしては、例えば、金属材料（インゴット）を圧延することによって形成されたものが、一般的に用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、このようなスパッタリングターゲットを用いて基板上に薄膜を形成した場合、膜の厚さを均一にするのが難しいという問題がある。具体的には、圧延により形成したスパッタリングターゲットは、結晶組織が異方性となってしまう。このため、例えば、スパッタリングターゲットの結晶方位に対して基板を水平又は垂直に配置するかで、スパッタリングレートが変化してしまう。また、スパッタリングターゲットは、薄膜の形成により消耗するが、その消耗量はターゲットの面内方向において一定にはならないため、結晶組織が異方性であると、スパッタリングレートの経時的な変化が起こりやすい。このため、同一のスパッタリングターゲットを用いていてスパッタ条件を同一としても、基板上に形成される膜の厚さが均一にならず、その結果、シート抵抗がばらついてしまうという問題がある。
【０００５】
また、例えば、液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子の変位特性は、圧電材料からなる圧電体層の結晶性、例えば、結晶粒径、結晶配向等によって決まる部分が大きいが、このような圧電体層の結晶性は、下電極の膜厚あるいは膜質等によって変化する。このため、良好な変位特性を有する圧電素子を形成するためには、下電極を均一な膜厚・膜質で形成する必要がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８８２９４号公報（第１０図、第１０頁等）
【特許文献２】特開平６−３３０２９８号公報（段落［０００２］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、基板上に薄膜を均一な厚さで良好に形成することができるスパッタリングターゲットとその製造方法及びスパッタリング装置並びに液体噴射ヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られ、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第１の態様では、このようなスパッタリングターゲットを実際に用いることで、薄膜を形成する際のスパッタリングレートの変化が小さく抑えられる。したがって、常に均一な厚さの薄膜が得られ、結果的にシート抵抗のばらつきも防止される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、ビッカース硬度の最小値が５０以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第２の態様では、スパッタリングターゲットの硬度のばらつきが小さいため、スパッタリングレートの変化がより小さく抑えられる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、圧延により形成された集合組織が残留していないことを特徴とするスパッタリングターゲットにある。
かかる第３の態様では、スパッタリングレートの変化がさらに確実に抑えられる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様のスパッタリングターゲットが固定されたカソードと、前記スパッタリングターゲットに対向するように配置される基板を保持する保持手段とを具備することを特徴とするスパッタリング装置にある。
かかる第４の態様では、薄膜を形成する際のスパッタリングレートの変化が小さく抑えられるため、常に均一な厚さの薄膜を形成することができる。また、結果的に、薄膜のシート抵抗のばらつきも防止することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記スパッタリングターゲットが、前記保持手段に保持された前記基板の中心に対して偏心する位置に配置されていることを特徴とするスパッタリング装置にある。
かかる第５の態様では、基板上に形成される薄膜の厚さをさらに均一化することができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜３の何れかの態様のスパッタリングターゲット若しくは請求項４又は５のスパッタリング装置により形成された白金膜を含む下電極を有する圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、下電極上に結晶性の良好な圧電体層が形成されるため、圧電素子の駆動による液体の吐出特性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、白金からなる金属材料を圧延することによって所定の厚さの金属板を形成する圧延工程と、該金属板を加熱して再結晶化させ、当該金属板を構成する結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下となるようにする再加熱工程とを有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
かかる第７の態様では、結晶構造が良好であり、スパッタリングレートの変化の少ないスパッタリングターゲットを形成することができる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記再加熱工程での前記金属板の加熱温度が、８００℃以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
かかる第８の態様では、金属板を確実に再結晶化させることができ、結晶構造の良好なスパッタリングターゲットをより確実に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。本実施形態に係るスパッタリング装置１は、マグネトロン方式のスパッタリング装置であり、図１に示すように、例えば、ＤＣ電源２に接続されると共にスパッタリングターゲット３が固定されるマグネトロンカソード４と、スパッタリングターゲット３に対向するように設けられて所定の基板５を保持する保持部材６とを有する。なお、図示しないが、これらマグネトロンカソード４及び保持部材６は、真空チャンバ内に配置されている。また、本実施形態では、スパッタリングターゲット３は、基板５の中心から偏心した位置に設けられている。この際、基板を回転させることが好ましい。基板上に形成される薄膜の厚さをさらに均一化させることができるためである。また、複数のマグネトロンカソードを配置するために真空チャンバの大きさに応じて、マグネトロンカソードを傾けても構わない。勿論、スパッタリングターゲット３は、その中心が基板５の中心と一致するように配置されていてもよい。
【００１８】
なお、スパッタリングターゲット３と基板５との間隔は、例えば、１００ｍｍ以上と比較的広くしておくのが望ましい。これにより、基板５上に比較的均一な厚さで薄膜を形成することができるからである。また、図示しないが、保持部材６は、例えば、モータ等の駆動手段に接続されており、薄膜を形成する際には、約３０ｒｐｍ程度の回転数で回転されるようになっている。
【００１９】
ここで、本発明に係るスパッタリングターゲット３は、白金からなる金属材料を圧延することによって形成した金属板を再結晶化させることによって形成されている。具体的には、まず、白金からなる金属材料（インゴット）を圧延することにより、所定の厚さ、例えば、３〜１０ｍｍ程度の厚さの金属板を形成する。その後、所定温度の窒素（Ｎ２）雰囲気下で、この金属板を再結晶化させることによって形成されている。
【００２０】
なお、金属板を再結晶化する際の温度は、金属板（白金）の融点の１／２以上の温度であることが好ましい。すなわち、およそ８００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは９００℃以上である。ただし、再結晶化の温度を上げすぎるのは、金属板が雰囲気の影響を受けてしまうため好ましくない。例えば、本実施形態では、約９００℃の窒素（Ｎ２）雰囲気下で約１時間、金属板を再結晶化させるようにした。
【００２１】
そして、このように形成された本発明に係るスパッタリングターゲット３は、圧延によって形成された金属板に残留している集合組織が再結晶化され、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性となっている。また、スパッタリングターゲット３は、全体が、比較的均一な粒径の結晶によって構成されている。ここで、結晶組織が等方性とは、金属組織が面内方向および板厚方向において、短軸と長軸が存在する矩形の結晶粒ではないことを意味する。白金の場合、結晶構造が面心立方晶のため、圧延によって生じる結晶粒は、白金の＜１１１＞方向を長軸とする組織となる。
【００２２】
ここで、図２に、白金からなる金属材料を圧延後、再結晶化することにより形成した本発明に係るスパッタリングターゲット３の結晶状態を模式的に示す。また、図３に、白金からなる金属材料を圧延することによって形成した従来のスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す。また、これら図２及び図３は、図４に示すように、圧延方向に対して直交する方向の断面領域Ｓ１における結晶状態を示す図である。
【００２３】
本発明に係るスパッタリングターゲット３の断面領域Ｓ１において結晶状態を観察したところ、図２に示すように、圧延によって生じる集合組織は全く残っておらず、全体が、比較的な均一な粒径を有する結晶によって構成されていることが分かる。また、図示しないが、圧延方向に対して平行な方向の断面領域Ｓ２及び平面領域Ｓ３（図４参照）においても、同様の観察結果が得られた。そして、これらの観察結果から明らかなように、本発明に係るスパッタリングターゲット３では、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性となっている。
【００２４】
一方、圧延のみによって形成した従来のスパッタリングターゲットの断面領域Ｓ１において結晶状態を観察したところ、図３に示すように、厚さ方向の少なくとも中央部に集合組織が残留していた。この集合組織は、圧延の加工度が高い部分に発生するものであるが、ターゲットの中央部に限らず発生するものである。また、他の領域についても同様の観察を行ったところ、断面領域Ｓ２においてもこのような集合組織が残留していた。そして、この観察結果からも分かるように、従来のスパッタリングターゲットの結晶組織は異方性となっていた。
【００２５】
さらに、本発明に係るスパッタリングターゲットは、結晶組織が等方性となっていると共に、ビッカース硬度の最大値が比較的低くなっている。例えば、本実施形態では、スパッタリングターゲットの表面、あるいは断面の何れの位置においても、ビッカース硬度は６０以下であった。例えば、図２に示した断面領域Ｓ１において、１０ヶ所でビッカース硬度を測定したところ、その値は何れも５０〜６０の範囲内であった。すなわち、本実施形態に係るスパッタリングターゲット３は、ビッカース硬度が比較的低く且つ全体に亘って極めて均一となっている。なお、図３に示した従来のスパッタリングターゲットの断面領域Ｓ１においても同様にビッカース硬度を測定したところ、最大値は７２と比較的高く、また各測定箇所におけるビッカース硬度の範囲も５０〜７５と比較的広く、硬さにばらつきがあった。また、集合組織が多いほどビッカース硬度が大きくなる傾向にある。
【００２６】
そして、このような本発明に係るスパッタリングターゲット３を用いて薄膜を形成することにより、基板５上に常に均一な厚さで緻密な薄膜を形成することができる。すなわち、スパッタリングターゲット３に対する基板５の配置方向に拘わらず、スパッタリングレートは略一定となる。また、結晶組織が等方性であることで、スパッタリングターゲット３の消耗に伴う経時的なスパッタリングレートの変化も小さく抑えられる。特に、本実施形態では、スパッタリングターゲット３の硬度のばらつきが極めて小さく抑えられているため、スパッタリングレートの変化も極めて小さく抑えられている。したがって、白金からなる緻密な薄膜を基板上に常に均一な厚さで形成することができ、結果的にそのシート抵抗も均一となる。
【００２７】
なお、このようなスパッタリングターゲットを用いて圧電素子を構成する下電極膜を形成した場合には、圧電素子の変位特性を向上することができるという効果もある。以下、圧電素子を用いた装置の一例として、インクジェット式記録ヘッドについて説明する。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図６は、図５の平面図及び断面図である。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、その一方の面には予め熱酸化によって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。
【００２９】
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、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２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１００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。
【００３０】
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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］である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。
【００３１】
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、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１．０μｍ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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子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。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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圧電アクチュエータと称する。
【００３２】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００３３】
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述した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。保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００３４】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。
【００３５】
さらに、保護基板３０のリザーバ部３２に対応する領域上には、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍの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３２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、厚さが３０μｍのステンレス鋼（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。
【００３６】
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、図示しない駆動ＩＣ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、圧電素子３００及び振動板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からインクが吐出する。
【００３７】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、圧電素子の製造方法について、図７〜図１０を参照して説明する。なお、図７〜図１０は、圧力発生室の長手方向の断面を示す図である。
【００３８】
まず、図７（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を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００３９】
次に、図７（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、スパッタリング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、５００〜１２００℃の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。
【００４０】
次いで、図７（ｃ）に示すように、この絶縁体膜５５上に、例えば、白金とイリジウムとをスパッタリング法によって形成することにより、薄膜である下電極膜６０を形成する。このとき、本実施形態では、上述したスパッタリングターゲットを具備するスパッタリング装置（図１参照）を用いて下電極膜６０を形成するようにした。これにより、下電極膜６０を均一な膜厚で形成することができる。
【００４１】
次に、図７（ｄ）に示すように、下電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）を、例えば、スパッタリング法により塗布して所定の厚さの種チタン層６５を形成する。なお、種チタン層６５は、下電極膜６０に連続して積層することが好ましい。また、この種チタン層６５は、後述する工程で形成する圧電体層７０の結晶の核となるものであり、圧電体層７０の結晶粒径及び結晶配向は、この種チタン層６５の厚さによって変化する。圧電体層７０の結晶粒径は、例えば、２００ｎｍ以下と比較的小さいことが望ましい。そして、このような結晶粒径の圧電体層７０を得るためには、およそ２ｎｍ以上の厚さで種チタン層６５を形成しておく必要がある。
【００４２】
次に、このように形成した種チタン層６５上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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。
【００４３】
なお、圧電体層７０の製造方法としては、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。また、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００４４】
この圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図８（ａ）に示すように、種チタン層６５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、流路形成基板用ウェハ１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、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、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する。なお、ここでいう脱脂とは、ゾル膜の有機成分を酸化させ、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００４５】
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、本実施形態では、２回繰り返すことで、図８（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜７１を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜７２を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜７１を焼成することで種チタン層６５を核として結晶が成長して圧電体膜７２が形成される。例えば、本実施形態では、約７００℃で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、このように形成した圧電体膜７２の結晶は（１００）面に優先配向する。また、このように下電極膜６０上に圧電体膜７２を形成した後、圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングする。なお、本実施形態では、２層の圧電体前駆体膜７１からなる圧電体膜７２を形成後に、これら圧電体膜７２と下電極膜６０とを所定形状にパターニングするようにしたが、１層の圧電体前駆体膜からなる圧電体膜を形成して、圧電体膜及び下電極膜をパターニングするようにしてもよい。
【００４６】
次いで、図８（ｃ）に示すように、パターニングされた圧電体膜７２及び絶縁体膜５５上に亘って、再び、種チタン層６５Ａを形成し、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図８（ｄ）に示すように、複数層、本実施形態では、５層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、ゾルの塗布１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、圧電体層７０全体の膜厚は約１μｍとなる。
【００４７】
このように形成された圧電体層７０の特性は、上述したように下電極膜６０の膜厚等によって変化するが、上述したように本発明に係るスパッタリングターゲットを用いて下電極膜６０を形成することで、下電極膜６０の膜厚を均一に形成することができる。したがって、下電極膜６０上に形成する種チタン層の膜厚を制御することで、良好な結晶性、すなわち、結晶粒径が比較的小さく且つ結晶が（１００）面に良好に配向した圧電体層７０を形成することができる。さらに、このように圧電体層７０が良好に形成されることにより、圧電素子３００を形成後の流路形成基板１０の反り量が小さく抑えられるという効果もある。
【００４８】
なお、このように圧電体層７０を形成した後は、図９（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図９（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。
【００４９】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図９（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）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００５０】
次に、図９（ｄ）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。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５１】
次いで、図１０（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ化硝酸等によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図１０（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図１０（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００５２】
なお、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５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。
【００５３】
そして、上述したように、このようなインクジェット式記録ヘッドを製造する際、すなわち、下電極膜を形成する際に、本発明の白金からなるスパッタリングターゲットを用いることで、下電極膜の抵抗値が安定すると共に、ヤング率・応力の値も安定させることができる。これにより、安定したインク吐出特性を有するインクジェット式記録ヘッドを得ることができる。また、下電極膜と酸化ジルコニウムの密着性も向上し、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを得ることができる。
【００５４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上述した実施形態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、圧電素子の下電極膜を本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成した例を説明したが、勿論、本発明のスパッタリングターゲットは、あらゆる薄膜の形成に適用することができる。また、上述した実施形態では、マグネトロン方式のスパッタリング装置を例示したが、勿論、他の方式のスパッタリング装置にも採用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施形態に係るスパッタリング装置の概略図である。
【図２】本発明に係るスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す図である。
【図３】従来のスパッタリングターゲットの結晶状態を模式的に示す図である。
【図４】スパッタリングターゲットの観察位置を説明する図である。
【図５】一実施形態に係る記録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図６】一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７】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ スパッタリング装置、 ２ ＤＣ電源、 ３ スパッタリングターゲット、 ４ マグネトロンカソード、 ５ 基板、 ６ 保持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られ、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１において、ビッカース硬度の最小値が５０以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項３】
請求項１又は２において、圧延により形成された集合組織が残留していないことを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかのスパッタリングターゲットが固定されたカソードと、前記スパッタリングターゲットに対向するように配置される基板を保持する保持手段とを具備することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項５】
請求項４において、前記スパッタリングターゲットが、前記保持手段に保持された前記基板の中心に対して偏心する位置に配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかのスパッタリングターゲット若しくは請求項４又は５のスパッタリング装置により形成された白金膜を含む下電極を有する圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
白金からなる金属材料を圧延することによって所定の厚さの金属板を形成する圧延工程と、該金属板を加熱して再結晶化させ、当該金属板を構成する結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下となるようにする再加熱工程とを有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記再加熱工程での前記金属板の加熱温度が、８００℃以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１】
白金からなる金属材料を圧延することによって形成された所定厚さの金属板を加熱して再結晶化することによって得られ、結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１において、ビッカース硬度の最小値が５０以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項３】
請求項１又は２において、圧延により形成された集合組織が残留していないことを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかのスパッタリングターゲットが固定されたカソードと、前記スパッタリングターゲットに対向するように配置される基板を保持する保持手段とを具備することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項５】
請求項４において、前記スパッタリングターゲットが、前記保持手段に保持された前記基板の中心に対して偏心する位置に配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかのスパッタリングターゲット若しくは請求項４又は５のスパッタリング装置により形成された白金膜を含む下電極を有する圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
白金からなる金属材料を圧延することによって所定の厚さの金属板を形成する圧延工程と、該金属板を加熱して再結晶化させ、当該金属板を構成する結晶組織が面内方向及び厚さ方向の何れにおいても等方性であり且つビッカース硬度の最大値が６０以下となるようにする再加熱工程とを有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記再加熱工程での前記金属板の加熱温度が、８００℃以上であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１６１０６６（Ｐ２００６−１６１０６６Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５００３８（Ｐ２００４−３５００３８）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【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１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【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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