圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法
【課題】生産性を向上させた圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子２０を収容する収容部Ｓを、キャビティと対向するようにシリコン基板１１の上方に凹設した。圧電素子２０は、収容部Ｓの深さ方向に積層された一対の電極膜である下部電極２１と上部電極２３と、この一対の電極膜に挟まれた圧電膜２２とを有する。そして、圧電膜２２は、収容部Ｓに埋め込まれて、収容部Ｓの開口における圧電加工面２２ａが研磨抑止面１４ａと面一になる。
【解決手段】圧電素子２０を収容する収容部Ｓを、キャビティと対向するようにシリコン基板１１の上方に凹設した。圧電素子２０は、収容部Ｓの深さ方向に積層された一対の電極膜である下部電極２１と上部電極２３と、この一対の電極膜に挟まれた圧電膜２２とを有する。そして、圧電膜２２は、収容部Ｓに埋め込まれて、収容部Ｓの開口における圧電加工面２２ａが研磨抑止面１４ａと面一になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式の記録装置には、インクを液滴にして吐出する圧電アクチュエータとしての液滴吐出ヘッドが利用されている。圧電アクチュエータに用いられる圧電素子は、一般的に、駆動信号を受けて伸張及び収縮する圧電膜と、圧電膜を挟む一対の電極膜とを含む積層体からなる。この種の積層体を化学的なエッチング法で形成する場合、各層間におけるエッチングの選択比が構成材料で大きく制約されることから、積層体の形状に関して加工精度を得難い問題がある。そこで、圧電アクチュエータの製造工程では、上記加工精度の向上を図るため、積層体のエッチング法としてイオンミリング法等の物理的エッチング法が利用されている。
【０００３】
例えば、上記圧電アクチュエータの製造工程では、まず、図６（ａ）において、基板５１の表面に酸化物膜５２が成膜され、次に、図６（ｂ）において、配向膜５３と下部電極膜５４と圧電膜５５と上部電極膜５６とが順に前記酸化物膜５２へ積層される。続いて、図６（ｃ）において、圧電素子の領域を覆うレジスト膜ＰＲが形成され、図６（ｄ）において、前記レジスト膜ＰＲをマスクにした積層体へのイオンミリング加工が施される。そして、図６（ｅ）において、前記レジスト膜ＰＲが剥離されることにより、配向膜５３と圧電膜５５と一対の電極膜５４，５６とを含む圧電素子が所望の形状で形成される。
【０００４】
一方、上記イオンミリングを用いる場合には、積層体からの被エッチング物の一部がレジスト膜の側面に堆積し、レジスト膜を剥離した後であっても、圧電素子の側面に被エッチング物が残存してしまう。そこで、上記イオンミリング工程では、被エッチング物の堆積を抑制するため、図６（ｄ）の矢印で示すように、イオンビームの入射角度（イオンミリング角度）を基板の法線方向に対して傾斜させ、被エッチング物からなる堆積物をイオンビームで除去している（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】再公表特許公報ＷＯ０１／０４７７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、イオンミリング角度を高い精度の下で制御する必要があることから、イオンビームの方向や積層体の配置位置に高い精度が求められて、圧電素子の製造工程に煩雑化を招いてしまう。さらに、イオンミリング法では、積層体からの被エッチング物がミリング装置の内壁に残膜として堆積し続けることから、上記イオンミリング角度やエッチング量の維持を図るため、こうした残膜を装置内壁から頻繁に除去しなければならない。この結果、製造装置のメンテナンス頻度の増大を招き、圧電アクチュエータの生産性を大幅に損なってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、生産性を向上させる圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータ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】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータであって、前記基体の表面には前記圧電素子を収容する凹状の収容部が前記作動部と対向するように設けられ、前記圧電素子は、前記収容部の深さ方向に積層された一対の電極膜と、前記一対の電極膜の間に挟まれて前
記一対の電極膜間に印加される駆動信号によって前記深さ方向に変位する圧電膜とを有し、前記圧電膜は、前記収容部内に埋め込まれて、前記収容部の開口における表面が基体表面と面一である。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータによれば、圧電素子を形成する際、基板表面に成膜した圧電膜のパターニングに、基板表面の面方向に沿う研磨加工を利用できる。したがって、圧電膜のパターニングにエッチング加工を利用する場合に比べて、量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を向上できる。
【０００９】
この圧電アクチュエータにおいて、前記一対の電極膜は、前記収容部の内面全体を被覆する凹状の第１電極膜と、前記収容部の開口における前記圧電膜の表面に積層された第２電極膜とを有し、前記圧電膜は、前記凹状の第１電極膜内に埋め込まれて、前記第１電極膜は、前記収容部の開口において前記圧電膜を囲う端面が前記基体表面と面一である構成が好ましい。
【００１０】
この圧電アクチュエータによれば、圧電素子を形成する際、基板表面に成膜した第１電極膜のパターニングに、圧電膜のパターニングと共通する研磨加工を利用できる。したがって、第１電極膜と圧電膜とを同時にパターニングできることから、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を、より一層に向上できる。
【００１１】
この圧電アクチュエータにおいて、前記基体は、前記基体表面が絶縁膜からなるシリコン基板であり、前記収容部の内面は、前記基体表面から連続する前記絶縁膜であり、前記作動部は、前記収容部に接続されて液状体を貯留するキャビティであって、前記圧電素子の変位によって前記液状体を振動させる構成でもよい。
【００１２】
この圧電アクチュエータによれば、シリコンキャビティを有する圧電アクチュエータに関して、その生産性を向上できる。
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータの製造方法であって、前記作動部と対向した凹状の収容部を基体表面に形成する工程と、前記収容部の底面に第１電極膜を形成する工程と、前記基体表面に圧電膜を成膜して前記収容部内に圧電膜を埋め込む工程と、前記基体表面の面方向に沿って前記圧電膜を前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜をパターニングする工程と、前記収容部の開口から露出する前記圧電膜の表面に第２電極膜を形成する工程とを備えた。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によれば、基体表面に成膜した圧電膜のパターニングに、基体表面の面方向に沿う研磨加工を利用する。したがって、圧電膜のパターニングにエッチング加工を利用する場合に比べて、量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を向上できる。
【００１４】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記第１電極膜を形成する工程は、前記基体表面と前記収容部の内面全体とを被覆するように前記第１電極膜を成膜し、前記圧電膜を埋め込む工程は、前記第１電極膜を被覆するように前記圧電膜を成膜して前記第１電極膜で被覆された前記収容部内に前記圧電膜を埋め込み、前記圧電膜をパターニングする工程は、前記圧電膜と前記第１電極膜とを前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜と前記第１電極膜とをパターニングする構成が好ましい。
【００１５】
この圧電アクチュエータの製造方法は、基体表面に成膜した第１電極膜のパターニング
に、圧電膜のパターニングと共通する研磨加工を利用する。したがって、第１電極膜と圧電膜とを同時にパターニングできることから、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を、より一層に向上できる。
【００１６】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記収容部を凹設する工程は、前記研磨を抑止する研磨抑止膜を前記基体に成膜して前記研磨抑止膜からなる前記基体表面を形成し、前記圧電膜をパターニングする工程は、前記研磨を前記研磨抑止膜によって抑止する構成が好ましい。
【００１７】
この圧電アクチュエータの製造方法は、圧電膜に対する研磨を基板表面で抑止することから、圧電膜への過剰な研磨を確実に抑えることができ、より高い形状精度の下で圧電膜をパターニングできる。したがって、圧電素子に関わる形状のバラツキを抑えられることから、圧電アクチュエータの生産性を、さらに向上できる。
【００１８】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記収容部を凹設する工程は、前記圧電膜を配向させる配向材料を前記研磨抑止膜に用いる構成が、より好ましい。
この圧電アクチュエータの製造方法によれば、研磨抑止膜を配向膜で構成することから、研磨抑止膜と配向膜とを別途に成膜する場合に比べて、圧電アクチュエータの生産性を、さらに向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の圧電アクチュエータをインクジェット装置に利用される液滴吐出ヘッドに具体化した一実施例について図１〜図５を参照して説明する。図１は液滴吐出ヘッドを示す斜視図であり、図２は液滴吐出ヘッドに設けられた圧電素子を示す断面図である。
【００２０】
図１において、液滴吐出ヘッド１０が有するシリコン基板１１には、基板の厚さ方向を貫通する複数の貫通溝１１ａが右斜め上に向けて延設され、シリコン基板１１の左右方向に沿って所定のピッチで配列されている。各貫通溝１１ａの下側には、シリコン基板１１の下面の全体に広がるノズルプレート１２が貫通溝１１ａの下側を塞ぐように貼り付けられている。ノズルプレート１２には、その厚さ方向を貫通して貫通溝１１ａと連通するノズル孔１２ａが貫通溝１１ａごとに配設されている。
【００２１】
各貫通溝１１ａの上側には、シリコン基板１１の上方へ拡開する凹部１１ｂが貫通溝１１ａの長手方向の全幅にわたり凹設されている。シリコン基板１１の上面には、各凹部１１ｂの内面を被覆して貫通溝１１ａの上方を塞ぐシリコン酸化膜１３が形成され、そのシリコン酸化膜１３の上側には、シリコン酸化膜１３の上側全体を被覆する配向膜１４が積層されている。
【００２２】
凹部１１ｂの内部であって配向膜１４で囲まれた空間には、該空間の全体にわたり圧電素子２０が収容されている。本実施形態では、凹部１１ｂの内部であって配向膜１４で囲まれた空間、すなわち圧電素子２０が収容される空間を、収容部Ｓと言う。圧電素子２０は、外部からの駆動信号を受けるとき、上方及び下方に撓み、その一部を前記収容部Ｓの深さ方向に変位させる。配向膜１４の表面においては、この圧電素子２０が収容部Ｓを満すことにより、収容部Ｓを除いた表面のみが露出される。本実施形態では、配向膜１４の表面であって、収容部Ｓの内面を除いて露出する面を、研磨抑止面１４ａと言う。
【００２３】
なお、上記液滴吐出ヘッド１０においては、上記シリコン基板１１、シリコン酸化膜１３、及び配向膜１４によって基体が構成されている。また、貫通溝１１ａを囲う各部材（シリコン基板１１、ノズルプレート１２及びシリコン酸化膜１３）により、作動部としてのキャビティが構成されている。
【００２４】
前記各キャビティには、液状体Ｌを供給する図示しない供給タンクが連結され、供給タンクから供給される液状体Ｌが一旦貯留される。シリコン酸化膜１３及び配向膜１４は、圧電素子２０が収容部Ｓの深さ方向へ変位するとき、その変位にともなう振動をキャビティ内へ伝播させる。圧電素子２０からの振動を受けるキャビティは、貯留する液状体Ｌを振動させて、その液状体Ｌを液滴にしてノズル孔１２ａから吐出させる。
【００２５】
上記シリコン酸化膜１３としては、例えばシリコン基板１１の熱酸化やＣＶＤ成膜によって形成した厚さが３μｍの酸化膜を用いることができる。また、上記配向膜１４としては、上記圧電素子２０が有する圧電膜に優先的な配向性を与える配向材料を用いることができ、例えばＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＭｇＯからなる膜厚が３μｍの絶縁膜を用いることができる。さらに、本実施形態における配向膜１４には、前記圧電膜の化学機械研磨（以下単に、ＣＭＰと言う。）に対して、その研磨を抑止する材料、すなわち前記圧電膜のＣＭＰ加工において、ＣＭＰストッパ膜として機能する材料が選択されている。
【００２６】
なお、図１においては、説明の便宜上、キャビティの数量及びノズル孔１２ａの数量を省略して示すが、キャビティの数量及びノズル孔１２ａの数量は、液滴を用いて形成するパターンの解像度に応じて、数十個〜数百個の範囲で適宜選択される。また、ノズル孔１２ａの直径は、パターンの解像度に応じて、１０μｍ〜１００μｍの範囲で適宜選択される。また、シリコン基板１１の厚さは、特に限定されないものの、１００〜１０００μｍ程度とするのが好ましい。また、キャビティの容積は、特に限定されないものの、０．１〜１００ｎＬとするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【００２７】
図２において、圧電素子２０は、収容部Ｓの深さ方向に積層された下部電極膜２１と上部電極膜２３とからなる一対の電極膜と、その一対の電極膜の間に挟まれた圧電膜２２とを有している。
【００２８】
下部電極膜２１は、凹部１１ｂに形成された配向膜１４の表面、すなわち収容部Ｓの内面の全体を被覆する導電膜であって、前記研磨抑止面１４ａと面一の端面（以下単に、電極加工面２１ａと言う。）を有する。下部電極膜２１の材料としては、導電性を有し、かつ、配向膜１４が有する配向を維持あるいは増幅する材料を用いることができ、この種の材料としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２等が挙げられる。
【００２９】
圧電膜２２は、前記下部電極膜２１で覆われた収容部Ｓ内を充填する膜であって、前記研磨抑止面１４ａ及び前記電極加工面２１ａと面一の上面（以下単に、圧電加工面２２ａと言う。）を有する。すなわち、圧電膜２２は、研磨抑止面１４ａ及び電極加工面２１ａと協働して、シリコン基板１１の上側の全体にわたる１つの平坦面を形成している。この圧電膜２２は、配向膜１４及び下部電極膜２１の配向力によって、収容部Ｓの深さ方向に変位するように優先的に配向している。所定の駆動信号がこの圧電膜２２に印加されるとき、圧電膜２２の結晶格子は、収容部Ｓの深さ方向、すなわち上下方向に引き伸ばされ、同時に水平方向に圧縮される。この際、圧電加工面２２ａの面内に引っ張り応力が加えられ、この応力によって、圧電素子２０が上方及び下方に撓む。圧電材料としては、高い圧電特性を示すジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系やＬａＮｉＯ３等のペロブスカイト構造を有した複合酸化物を用いることができる。
【００３０】
上部電極膜２３は、前記圧電加工面２２ａの一部を被覆する導電膜であって、下部電極膜２１から離間することによって下部電極膜２１と電気的に絶縁されている。上部電極膜２３の材料としては、導電性を有する材料、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどを用いることができる。
【００３１】
液滴吐出ヘッド１０は、上記下部電極膜２１と上部電極膜２３との間に所定の駆動信号が入力されるとき、圧電膜２２を収容部Ｓの深さ方向に変位させてキャビティに貯留された液状体Ｌを振動させる。圧電膜２２からの振動を受けるキャビティは、貯留する液状体Ｌを振動させて、その液状体Ｌを液滴にしてノズル孔１２ａから吐出させる。
【００３２】
次に、上記液滴吐出ヘッド１０の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ液滴吐出ヘッド１０の製造工程を示す断面図である。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上面にエッチング処理が施され、圧電素子２０を収容するための凹部１１ｂがシリコン基板１１にパターニングされる。次いで、図３（ｂ）に示すように、凹部１１ｂを有するシリコン基板１１に熱酸化法やＣＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、凹部１１ｂを含むシリコン基板１１の上面全体にシリコン酸化膜１３が形成される。続いて、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１３で覆われたシリコン基板１１にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、シリコン酸化膜１３の全体を覆う配向膜１４が形成される。これによって、配向膜１４の一部をなす研磨抑止面１４ａと、配向膜１４で囲まれた前記収容部Ｓとがシリコン基板１１上に形成される。
【００３４】
収容部Ｓが形成されると、図３（ｄ）に示すように、収容部Ｓを有するシリコン基板１１にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、配向膜１４の全体を覆う下部電極膜２１が形成される。次いで、図３（ｅ）に示すように、下部電極膜２１で覆われたシリコン基板１１にゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等を用いた成膜処理と熱処理とが順に施され、上記の配向を有する圧電膜２２が収容部Ｓ内の全体を充填して研磨抑止面１４ａの全体を覆うように形成される。
【００３５】
収容部Ｓに圧電膜２２が充填されると、図４（ａ）に示すように、圧電膜２２で覆われたシリコン基板１１に化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いた研磨処理が施され、シリコン基板１１の上方が平坦化される。この際、シリコン基板１１上に研磨抑止面１４ａが形成されていることから、上記の研磨処理では、この研磨抑止面１４ａがＣＭＰストッパとして露出するときに抑止される。すなわち、この研磨処理においては、研磨抑止面１４ａの上側にある下部電極膜２１及び圧電膜２２が研磨されて、シリコン基板１１の上方には、研磨抑止面１４ａを含む平坦面が自己整合的に形成される。これによって、研磨抑止面１４ａと面一の電極加工面２１ａ及び研磨抑止面１４ａが同時に形成され、圧電素子２０を構成する下部電極膜２１と圧電膜２２とが収容部Ｓ内に同時にパターニングされる。
【００３６】
下部電極膜２１と圧電膜２２とがパターニングされると、図４（ｂ）に示すように、電極加工面２１ａと圧電加工面２２ａとを有するシリコン基板１１にＰＶＤ法やＣＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、これら電極加工面２１ａ、圧電加工面２２ａ及び研磨抑止面１４ａの全体を覆う上部電極膜２３が形成される。次いで、図４（ｃ）に示すように、上部電極膜２３で覆われたシリコン基板１１に、スピンコート法を用いた成膜処理と、フォトリソグラフィー法を用いたパターニング処理とが施され、圧電加工面２２ａ上に積層された上部電極膜２３の一部を覆うレジスト膜ＰＲが形成される。レジスト膜ＰＲが形成されると、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜ＰＲを有するシリコン基板１１にレジスト膜ＰＲをマスクとしたエッチング処理とレジスト膜ＰＲの除去処理とが順に施され、圧電素子２０を構成する上部電極膜２３がパターニングされる。これによって、下部電極膜２１と圧電膜２２と上部電極膜２３とからなる圧電素子２０が収容部Ｓに形成される。
【００３７】
圧電素子２０が形成されると、シリコン基板１１の下面にエッチング処理が施され、その下面から凹部１１ｂにまで延びる貫通溝１１ａがパターニングされる。そして、貫通溝
１１ａを有するシリコン基板１１の下面に上記ノズルプレート１２が貼り付けられることによって、液滴吐出ヘッド１０が形成される。
【００３８】
上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、下部電極膜２１と上部電極膜２３とからなる一対の電極膜と、一対の電極膜に挟まれる圧電膜２２とからなる圧電素子２０を収容部Ｓに収容し、圧電膜２２の圧電加工面２２ａと研磨抑止面１４ａとを面一に構成した。これによって、圧電膜２２をパターニングする工程では、化学機械研磨法を利用できるようになり、液滴吐出ヘッド１０の製造工程における煩雑化の要因となっていたイオンミリングによる加工の工程を削減できる。したがって、液滴吐出ヘッド１０の生産性の向上を図ることができる。
【００３９】
（２）上記実施形態では、収容部Ｓの内面の全体を下部電極膜２１で被覆し、その下部電極膜２１の電極加工面２１ａと研磨抑止面１４ａとを面一に構成した。これによって、下部電極膜２１をパターニングと、圧電膜２２のパターニングとを、共通する一つの研磨工程で具現化できる。したがって、下部電極膜２１と圧電膜２２とを同時にパターニングできることから、液滴吐出ヘッド１０の製造に、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４０】
（３）上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部を研磨抑止面１４ａとして構成し、下部電極膜２１及び圧電膜２２に関する研磨処理を、その研磨抑止面１４ａで抑止させる。したがって、下部電極膜２１及び圧電膜２２に関して過剰な研磨を抑止でき、研磨抑止面１４ａを含む平坦面として、電極加工面２１ａ及び圧電加工面２２ａを自己整合的に形成できる。この結果、より高い形状精度の下で圧電素子２０を形成でき、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４１】
（４）また、配向膜１４の一部を研磨抑止面１４ａとして利用することから、研磨抑止膜を別途形成する場合に比べて、液滴吐出ヘッド１０の生産性を、さらに向上させることができる。
【００４２】
（５）上記実施形態では、圧電膜２２のパターニングを研磨加工で具現化することから、製造工程における圧電膜２２への荷電粒子の照射を軽減できる。さらに、圧電膜２２を収容部Ｓ内に充填したことで、上部電極膜２３のパターニングに際し、圧電膜２２の露出する面積を最小限に抑えることができる。したがって、荷電粒子の衝撃に起因する圧電膜２２の損傷を抑制できることから、圧電素子２０の歩留まりを向上させることができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４３】
（６）また、圧電膜２２の露出する面積を最小限に抑えることができることから、圧電体材料と外気との接触を抑制することができ、圧電膜２２の変質を、より確実に抑制することができる。したがって、圧電素子２０の歩留まりを向上させることができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部を研磨抑止面１４ａとして利用したが、これに限らず、研磨加工を所望の位置で抑止する上では、配向膜１４の上層に研磨抑止膜を別途積層する構成であってもよい。
【００４５】
・上記実施形態では、配向膜１４が有する配向によって、圧電膜２２に優先的な配向を与える構成にしたが、これに限らず、圧電膜２２がその成膜過程において所望の配向を有する場合には、この配向膜１４を省略する構成であってもよい。あるいは、配向膜１４を
研磨抑止膜に変更する構成であってもよい。
【００４６】
・上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部に研磨抑止面１４ａを設けたが、これに限らず、下部電極膜２１や圧電膜２２の研磨量を加工時間等によって十分に再現できる場合には、この研磨抑止面１４ａを割愛する構成であってもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、シリコン基板１１の表面全体をシリコン酸化膜１３で被覆する構成にしたが、これに限らず、シリコン基板１１と下部電極膜２１との間の電気的絶縁性を得る上では、このシリコン酸化膜１３をシリコン窒化膜などの他の絶縁膜に変更してもよい。さらに、絶縁性の基体を用いる場合には、下部電極膜２１と基体との間の電気的絶縁性を得られることから、上記シリコン酸化膜１３を省略する構成であってもよい。
【００４８】
・上記実施形態では、収容部Ｓの内面全体を下部電極膜２１で被覆する構成にしたが、これに限らず、圧電素子２０を収容部Ｓの深さ方向に沿って伸張及び収縮させる上では、収容部Ｓの底面のみに下部電極膜２１を被覆する構成であってもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、電極加工面２１ａ及び圧電加工面２２ａが、基板表面（研磨抑止面１４ａ）と平行の水平面をなす。これに限らず、下部電極膜２１及び圧電膜２２は、研磨加工によって形成される構成上、基板表面（研磨抑止面１４ａ）と同一の平面に略収まる、すなわち実質的に面一となる面であればよく、研磨パッドの押圧によってディッシングされた微視的な凹曲面を有する構成であってもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、収容部Ｓ内に圧電素子２０を収容する上において、凹部１１ｂの形状が、図５（ａ）に示すように、基板表面に向けて拡開した形状であってもよく、あるいは、図５（ｂ）に示すように、基板表面に向けて狭窄した形状であってもよい。拡開した形状の場合、収容部Ｓの内面に対して、下部電極膜２１の被覆性を向上させることができ、また圧電膜２２の充填性を向上させることができる。狭窄した形状の場合、収容部Ｓの内周面に対して、配向膜１４や下部電極膜２１の堆積を抑制させることができ、圧電膜２２へ印加する電場を収容部Ｓの深さ方向へ揃えることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、作動部をキャビティに具体化し、圧電アクチュエータを液滴吐出ヘッド１０に具体化した。これに限らず、例えば圧電アクチュエータは、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）技術を利用した可変容量素子であってもよく、この際、
作動部は、圧電素子２０の下部電極膜２１と対向して該下部電極膜２１との間の静電容量を可変にする対向電極であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】液滴吐出ヘッドを示す斜視図。
【図２】圧電素子を示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの変更例を示す断面図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０…圧電アクチュエータとして液滴吐出ヘッド、１１…基体を構成するシリコン基板、１１ａ…キャビティを構成する貫通溝、１２…キャビティを構成するノズルプレート、１３…キャビティを構成する絶縁膜としてのシリコン酸化膜、１４…研磨抑止膜としての配向膜、１４ａ…研磨抑止面、２０…圧電素子、２１…第１電極膜としての下部電極膜、
２２…圧電膜、２３…第２電極膜としての上部電極膜、５１…基板、５２…酸化物膜、５３…配向膜、５４…下部電極膜、５５…圧電膜、５６…上部電極膜、Ｌ…液状体、ＰＲ…レジスト膜、Ｓ…収容部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式の記録装置には、インクを液滴にして吐出する圧電アクチュエータとしての液滴吐出ヘッドが利用されている。圧電アクチュエータに用いられる圧電素子は、一般的に、駆動信号を受けて伸張及び収縮する圧電膜と、圧電膜を挟む一対の電極膜とを含む積層体からなる。この種の積層体を化学的なエッチング法で形成する場合、各層間におけるエッチングの選択比が構成材料で大きく制約されることから、積層体の形状に関して加工精度を得難い問題がある。そこで、圧電アクチュエータの製造工程では、上記加工精度の向上を図るため、積層体のエッチング法としてイオンミリング法等の物理的エッチング法が利用されている。
【０００３】
例えば、上記圧電アクチュエータの製造工程では、まず、図６（ａ）において、基板５１の表面に酸化物膜５２が成膜され、次に、図６（ｂ）において、配向膜５３と下部電極膜５４と圧電膜５５と上部電極膜５６とが順に前記酸化物膜５２へ積層される。続いて、図６（ｃ）において、圧電素子の領域を覆うレジスト膜ＰＲが形成され、図６（ｄ）において、前記レジスト膜ＰＲをマスクにした積層体へのイオンミリング加工が施される。そして、図６（ｅ）において、前記レジスト膜ＰＲが剥離されることにより、配向膜５３と圧電膜５５と一対の電極膜５４，５６とを含む圧電素子が所望の形状で形成される。
【０００４】
一方、上記イオンミリングを用いる場合には、積層体からの被エッチング物の一部がレジスト膜の側面に堆積し、レジスト膜を剥離した後であっても、圧電素子の側面に被エッチング物が残存してしまう。そこで、上記イオンミリング工程では、被エッチング物の堆積を抑制するため、図６（ｄ）の矢印で示すように、イオンビームの入射角度（イオンミリング角度）を基板の法線方向に対して傾斜させ、被エッチング物からなる堆積物をイオンビームで除去している（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】再公表特許公報ＷＯ０１／０４７７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、イオンミリング角度を高い精度の下で制御する必要があることから、イオンビームの方向や積層体の配置位置に高い精度が求められて、圧電素子の製造工程に煩雑化を招いてしまう。さらに、イオンミリング法では、積層体からの被エッチング物がミリング装置の内壁に残膜として堆積し続けることから、上記イオンミリング角度やエッチング量の維持を図るため、こうした残膜を装置内壁から頻繁に除去しなければならない。この結果、製造装置のメンテナンス頻度の増大を招き、圧電アクチュエータの生産性を大幅に損なってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、生産性を向上させる圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータ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】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータであって、前記基体の表面には前記圧電素子を収容する凹状の収容部が前記作動部と対向するように設けられ、前記圧電素子は、前記収容部の深さ方向に積層された一対の電極膜と、前記一対の電極膜の間に挟まれて前
記一対の電極膜間に印加される駆動信号によって前記深さ方向に変位する圧電膜とを有し、前記圧電膜は、前記収容部内に埋め込まれて、前記収容部の開口における表面が基体表面と面一である。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータによれば、圧電素子を形成する際、基板表面に成膜した圧電膜のパターニングに、基板表面の面方向に沿う研磨加工を利用できる。したがって、圧電膜のパターニングにエッチング加工を利用する場合に比べて、量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を向上できる。
【０００９】
この圧電アクチュエータにおいて、前記一対の電極膜は、前記収容部の内面全体を被覆する凹状の第１電極膜と、前記収容部の開口における前記圧電膜の表面に積層された第２電極膜とを有し、前記圧電膜は、前記凹状の第１電極膜内に埋め込まれて、前記第１電極膜は、前記収容部の開口において前記圧電膜を囲う端面が前記基体表面と面一である構成が好ましい。
【００１０】
この圧電アクチュエータによれば、圧電素子を形成する際、基板表面に成膜した第１電極膜のパターニングに、圧電膜のパターニングと共通する研磨加工を利用できる。したがって、第１電極膜と圧電膜とを同時にパターニングできることから、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を、より一層に向上できる。
【００１１】
この圧電アクチュエータにおいて、前記基体は、前記基体表面が絶縁膜からなるシリコン基板であり、前記収容部の内面は、前記基体表面から連続する前記絶縁膜であり、前記作動部は、前記収容部に接続されて液状体を貯留するキャビティであって、前記圧電素子の変位によって前記液状体を振動させる構成でもよい。
【００１２】
この圧電アクチュエータによれば、シリコンキャビティを有する圧電アクチュエータに関して、その生産性を向上できる。
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータの製造方法であって、前記作動部と対向した凹状の収容部を基体表面に形成する工程と、前記収容部の底面に第１電極膜を形成する工程と、前記基体表面に圧電膜を成膜して前記収容部内に圧電膜を埋め込む工程と、前記基体表面の面方向に沿って前記圧電膜を前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜をパターニングする工程と、前記収容部の開口から露出する前記圧電膜の表面に第２電極膜を形成する工程とを備えた。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によれば、基体表面に成膜した圧電膜のパターニングに、基体表面の面方向に沿う研磨加工を利用する。したがって、圧電膜のパターニングにエッチング加工を利用する場合に比べて、量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を向上できる。
【００１４】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記第１電極膜を形成する工程は、前記基体表面と前記収容部の内面全体とを被覆するように前記第１電極膜を成膜し、前記圧電膜を埋め込む工程は、前記第１電極膜を被覆するように前記圧電膜を成膜して前記第１電極膜で被覆された前記収容部内に前記圧電膜を埋め込み、前記圧電膜をパターニングする工程は、前記圧電膜と前記第１電極膜とを前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜と前記第１電極膜とをパターニングする構成が好ましい。
【００１５】
この圧電アクチュエータの製造方法は、基体表面に成膜した第１電極膜のパターニング
に、圧電膜のパターニングと共通する研磨加工を利用する。したがって、第１電極膜と圧電膜とを同時にパターニングできることから、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては圧電アクチュエータの生産性を、より一層に向上できる。
【００１６】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記収容部を凹設する工程は、前記研磨を抑止する研磨抑止膜を前記基体に成膜して前記研磨抑止膜からなる前記基体表面を形成し、前記圧電膜をパターニングする工程は、前記研磨を前記研磨抑止膜によって抑止する構成が好ましい。
【００１７】
この圧電アクチュエータの製造方法は、圧電膜に対する研磨を基板表面で抑止することから、圧電膜への過剰な研磨を確実に抑えることができ、より高い形状精度の下で圧電膜をパターニングできる。したがって、圧電素子に関わる形状のバラツキを抑えられることから、圧電アクチュエータの生産性を、さらに向上できる。
【００１８】
この圧電アクチュエータの製造方法において、前記収容部を凹設する工程は、前記圧電膜を配向させる配向材料を前記研磨抑止膜に用いる構成が、より好ましい。
この圧電アクチュエータの製造方法によれば、研磨抑止膜を配向膜で構成することから、研磨抑止膜と配向膜とを別途に成膜する場合に比べて、圧電アクチュエータの生産性を、さらに向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の圧電アクチュエータをインクジェット装置に利用される液滴吐出ヘッドに具体化した一実施例について図１〜図５を参照して説明する。図１は液滴吐出ヘッドを示す斜視図であり、図２は液滴吐出ヘッドに設けられた圧電素子を示す断面図である。
【００２０】
図１において、液滴吐出ヘッド１０が有するシリコン基板１１には、基板の厚さ方向を貫通する複数の貫通溝１１ａが右斜め上に向けて延設され、シリコン基板１１の左右方向に沿って所定のピッチで配列されている。各貫通溝１１ａの下側には、シリコン基板１１の下面の全体に広がるノズルプレート１２が貫通溝１１ａの下側を塞ぐように貼り付けられている。ノズルプレート１２には、その厚さ方向を貫通して貫通溝１１ａと連通するノズル孔１２ａが貫通溝１１ａごとに配設されている。
【００２１】
各貫通溝１１ａの上側には、シリコン基板１１の上方へ拡開する凹部１１ｂが貫通溝１１ａの長手方向の全幅にわたり凹設されている。シリコン基板１１の上面には、各凹部１１ｂの内面を被覆して貫通溝１１ａの上方を塞ぐシリコン酸化膜１３が形成され、そのシリコン酸化膜１３の上側には、シリコン酸化膜１３の上側全体を被覆する配向膜１４が積層されている。
【００２２】
凹部１１ｂの内部であって配向膜１４で囲まれた空間には、該空間の全体にわたり圧電素子２０が収容されている。本実施形態では、凹部１１ｂの内部であって配向膜１４で囲まれた空間、すなわち圧電素子２０が収容される空間を、収容部Ｓと言う。圧電素子２０は、外部からの駆動信号を受けるとき、上方及び下方に撓み、その一部を前記収容部Ｓの深さ方向に変位させる。配向膜１４の表面においては、この圧電素子２０が収容部Ｓを満すことにより、収容部Ｓを除いた表面のみが露出される。本実施形態では、配向膜１４の表面であって、収容部Ｓの内面を除いて露出する面を、研磨抑止面１４ａと言う。
【００２３】
なお、上記液滴吐出ヘッド１０においては、上記シリコン基板１１、シリコン酸化膜１３、及び配向膜１４によって基体が構成されている。また、貫通溝１１ａを囲う各部材（シリコン基板１１、ノズルプレート１２及びシリコン酸化膜１３）により、作動部としてのキャビティが構成されている。
【００２４】
前記各キャビティには、液状体Ｌを供給する図示しない供給タンクが連結され、供給タンクから供給される液状体Ｌが一旦貯留される。シリコン酸化膜１３及び配向膜１４は、圧電素子２０が収容部Ｓの深さ方向へ変位するとき、その変位にともなう振動をキャビティ内へ伝播させる。圧電素子２０からの振動を受けるキャビティは、貯留する液状体Ｌを振動させて、その液状体Ｌを液滴にしてノズル孔１２ａから吐出させる。
【００２５】
上記シリコン酸化膜１３としては、例えばシリコン基板１１の熱酸化やＣＶＤ成膜によって形成した厚さが３μｍの酸化膜を用いることができる。また、上記配向膜１４としては、上記圧電素子２０が有する圧電膜に優先的な配向性を与える配向材料を用いることができ、例えばＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＭｇＯからなる膜厚が３μｍの絶縁膜を用いることができる。さらに、本実施形態における配向膜１４には、前記圧電膜の化学機械研磨（以下単に、ＣＭＰと言う。）に対して、その研磨を抑止する材料、すなわち前記圧電膜のＣＭＰ加工において、ＣＭＰストッパ膜として機能する材料が選択されている。
【００２６】
なお、図１においては、説明の便宜上、キャビティの数量及びノズル孔１２ａの数量を省略して示すが、キャビティの数量及びノズル孔１２ａの数量は、液滴を用いて形成するパターンの解像度に応じて、数十個〜数百個の範囲で適宜選択される。また、ノズル孔１２ａの直径は、パターンの解像度に応じて、１０μｍ〜１００μｍの範囲で適宜選択される。また、シリコン基板１１の厚さは、特に限定されないものの、１００〜１０００μｍ程度とするのが好ましい。また、キャビティの容積は、特に限定されないものの、０．１〜１００ｎＬとするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【００２７】
図２において、圧電素子２０は、収容部Ｓの深さ方向に積層された下部電極膜２１と上部電極膜２３とからなる一対の電極膜と、その一対の電極膜の間に挟まれた圧電膜２２とを有している。
【００２８】
下部電極膜２１は、凹部１１ｂに形成された配向膜１４の表面、すなわち収容部Ｓの内面の全体を被覆する導電膜であって、前記研磨抑止面１４ａと面一の端面（以下単に、電極加工面２１ａと言う。）を有する。下部電極膜２１の材料としては、導電性を有し、かつ、配向膜１４が有する配向を維持あるいは増幅する材料を用いることができ、この種の材料としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２等が挙げられる。
【００２９】
圧電膜２２は、前記下部電極膜２１で覆われた収容部Ｓ内を充填する膜であって、前記研磨抑止面１４ａ及び前記電極加工面２１ａと面一の上面（以下単に、圧電加工面２２ａと言う。）を有する。すなわち、圧電膜２２は、研磨抑止面１４ａ及び電極加工面２１ａと協働して、シリコン基板１１の上側の全体にわたる１つの平坦面を形成している。この圧電膜２２は、配向膜１４及び下部電極膜２１の配向力によって、収容部Ｓの深さ方向に変位するように優先的に配向している。所定の駆動信号がこの圧電膜２２に印加されるとき、圧電膜２２の結晶格子は、収容部Ｓの深さ方向、すなわち上下方向に引き伸ばされ、同時に水平方向に圧縮される。この際、圧電加工面２２ａの面内に引っ張り応力が加えられ、この応力によって、圧電素子２０が上方及び下方に撓む。圧電材料としては、高い圧電特性を示すジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系やＬａＮｉＯ３等のペロブスカイト構造を有した複合酸化物を用いることができる。
【００３０】
上部電極膜２３は、前記圧電加工面２２ａの一部を被覆する導電膜であって、下部電極膜２１から離間することによって下部電極膜２１と電気的に絶縁されている。上部電極膜２３の材料としては、導電性を有する材料、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどを用いることができる。
【００３１】
液滴吐出ヘッド１０は、上記下部電極膜２１と上部電極膜２３との間に所定の駆動信号が入力されるとき、圧電膜２２を収容部Ｓの深さ方向に変位させてキャビティに貯留された液状体Ｌを振動させる。圧電膜２２からの振動を受けるキャビティは、貯留する液状体Ｌを振動させて、その液状体Ｌを液滴にしてノズル孔１２ａから吐出させる。
【００３２】
次に、上記液滴吐出ヘッド１０の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ液滴吐出ヘッド１０の製造工程を示す断面図である。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１の上面にエッチング処理が施され、圧電素子２０を収容するための凹部１１ｂがシリコン基板１１にパターニングされる。次いで、図３（ｂ）に示すように、凹部１１ｂを有するシリコン基板１１に熱酸化法やＣＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、凹部１１ｂを含むシリコン基板１１の上面全体にシリコン酸化膜１３が形成される。続いて、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１３で覆われたシリコン基板１１にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、シリコン酸化膜１３の全体を覆う配向膜１４が形成される。これによって、配向膜１４の一部をなす研磨抑止面１４ａと、配向膜１４で囲まれた前記収容部Ｓとがシリコン基板１１上に形成される。
【００３４】
収容部Ｓが形成されると、図３（ｄ）に示すように、収容部Ｓを有するシリコン基板１１にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、配向膜１４の全体を覆う下部電極膜２１が形成される。次いで、図３（ｅ）に示すように、下部電極膜２１で覆われたシリコン基板１１にゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等を用いた成膜処理と熱処理とが順に施され、上記の配向を有する圧電膜２２が収容部Ｓ内の全体を充填して研磨抑止面１４ａの全体を覆うように形成される。
【００３５】
収容部Ｓに圧電膜２２が充填されると、図４（ａ）に示すように、圧電膜２２で覆われたシリコン基板１１に化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いた研磨処理が施され、シリコン基板１１の上方が平坦化される。この際、シリコン基板１１上に研磨抑止面１４ａが形成されていることから、上記の研磨処理では、この研磨抑止面１４ａがＣＭＰストッパとして露出するときに抑止される。すなわち、この研磨処理においては、研磨抑止面１４ａの上側にある下部電極膜２１及び圧電膜２２が研磨されて、シリコン基板１１の上方には、研磨抑止面１４ａを含む平坦面が自己整合的に形成される。これによって、研磨抑止面１４ａと面一の電極加工面２１ａ及び研磨抑止面１４ａが同時に形成され、圧電素子２０を構成する下部電極膜２１と圧電膜２２とが収容部Ｓ内に同時にパターニングされる。
【００３６】
下部電極膜２１と圧電膜２２とがパターニングされると、図４（ｂ）に示すように、電極加工面２１ａと圧電加工面２２ａとを有するシリコン基板１１にＰＶＤ法やＣＶＤ法等を用いた成膜処理が施され、これら電極加工面２１ａ、圧電加工面２２ａ及び研磨抑止面１４ａの全体を覆う上部電極膜２３が形成される。次いで、図４（ｃ）に示すように、上部電極膜２３で覆われたシリコン基板１１に、スピンコート法を用いた成膜処理と、フォトリソグラフィー法を用いたパターニング処理とが施され、圧電加工面２２ａ上に積層された上部電極膜２３の一部を覆うレジスト膜ＰＲが形成される。レジスト膜ＰＲが形成されると、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜ＰＲを有するシリコン基板１１にレジスト膜ＰＲをマスクとしたエッチング処理とレジスト膜ＰＲの除去処理とが順に施され、圧電素子２０を構成する上部電極膜２３がパターニングされる。これによって、下部電極膜２１と圧電膜２２と上部電極膜２３とからなる圧電素子２０が収容部Ｓに形成される。
【００３７】
圧電素子２０が形成されると、シリコン基板１１の下面にエッチング処理が施され、その下面から凹部１１ｂにまで延びる貫通溝１１ａがパターニングされる。そして、貫通溝
１１ａを有するシリコン基板１１の下面に上記ノズルプレート１２が貼り付けられることによって、液滴吐出ヘッド１０が形成される。
【００３８】
上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、下部電極膜２１と上部電極膜２３とからなる一対の電極膜と、一対の電極膜に挟まれる圧電膜２２とからなる圧電素子２０を収容部Ｓに収容し、圧電膜２２の圧電加工面２２ａと研磨抑止面１４ａとを面一に構成した。これによって、圧電膜２２をパターニングする工程では、化学機械研磨法を利用できるようになり、液滴吐出ヘッド１０の製造工程における煩雑化の要因となっていたイオンミリングによる加工の工程を削減できる。したがって、液滴吐出ヘッド１０の生産性の向上を図ることができる。
【００３９】
（２）上記実施形態では、収容部Ｓの内面の全体を下部電極膜２１で被覆し、その下部電極膜２１の電極加工面２１ａと研磨抑止面１４ａとを面一に構成した。これによって、下部電極膜２１をパターニングと、圧電膜２２のパターニングとを、共通する一つの研磨工程で具現化できる。したがって、下部電極膜２１と圧電膜２２とを同時にパターニングできることから、液滴吐出ヘッド１０の製造に、より量産性に優れた製造方法を適用することができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４０】
（３）上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部を研磨抑止面１４ａとして構成し、下部電極膜２１及び圧電膜２２に関する研磨処理を、その研磨抑止面１４ａで抑止させる。したがって、下部電極膜２１及び圧電膜２２に関して過剰な研磨を抑止でき、研磨抑止面１４ａを含む平坦面として、電極加工面２１ａ及び圧電加工面２２ａを自己整合的に形成できる。この結果、より高い形状精度の下で圧電素子２０を形成でき、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４１】
（４）また、配向膜１４の一部を研磨抑止面１４ａとして利用することから、研磨抑止膜を別途形成する場合に比べて、液滴吐出ヘッド１０の生産性を、さらに向上させることができる。
【００４２】
（５）上記実施形態では、圧電膜２２のパターニングを研磨加工で具現化することから、製造工程における圧電膜２２への荷電粒子の照射を軽減できる。さらに、圧電膜２２を収容部Ｓ内に充填したことで、上部電極膜２３のパターニングに際し、圧電膜２２の露出する面積を最小限に抑えることができる。したがって、荷電粒子の衝撃に起因する圧電膜２２の損傷を抑制できることから、圧電素子２０の歩留まりを向上させることができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４３】
（６）また、圧電膜２２の露出する面積を最小限に抑えることができることから、圧電体材料と外気との接触を抑制することができ、圧電膜２２の変質を、より確実に抑制することができる。したがって、圧電素子２０の歩留まりを向上させることができ、ひいては液滴吐出ヘッド１０の生産性を、より一層に向上させることができる。
【００４４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部を研磨抑止面１４ａとして利用したが、これに限らず、研磨加工を所望の位置で抑止する上では、配向膜１４の上層に研磨抑止膜を別途積層する構成であってもよい。
【００４５】
・上記実施形態では、配向膜１４が有する配向によって、圧電膜２２に優先的な配向を与える構成にしたが、これに限らず、圧電膜２２がその成膜過程において所望の配向を有する場合には、この配向膜１４を省略する構成であってもよい。あるいは、配向膜１４を
研磨抑止膜に変更する構成であってもよい。
【００４６】
・上記実施形態では、配向膜１４の表面の一部に研磨抑止面１４ａを設けたが、これに限らず、下部電極膜２１や圧電膜２２の研磨量を加工時間等によって十分に再現できる場合には、この研磨抑止面１４ａを割愛する構成であってもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、シリコン基板１１の表面全体をシリコン酸化膜１３で被覆する構成にしたが、これに限らず、シリコン基板１１と下部電極膜２１との間の電気的絶縁性を得る上では、このシリコン酸化膜１３をシリコン窒化膜などの他の絶縁膜に変更してもよい。さらに、絶縁性の基体を用いる場合には、下部電極膜２１と基体との間の電気的絶縁性を得られることから、上記シリコン酸化膜１３を省略する構成であってもよい。
【００４８】
・上記実施形態では、収容部Ｓの内面全体を下部電極膜２１で被覆する構成にしたが、これに限らず、圧電素子２０を収容部Ｓの深さ方向に沿って伸張及び収縮させる上では、収容部Ｓの底面のみに下部電極膜２１を被覆する構成であってもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、電極加工面２１ａ及び圧電加工面２２ａが、基板表面（研磨抑止面１４ａ）と平行の水平面をなす。これに限らず、下部電極膜２１及び圧電膜２２は、研磨加工によって形成される構成上、基板表面（研磨抑止面１４ａ）と同一の平面に略収まる、すなわち実質的に面一となる面であればよく、研磨パッドの押圧によってディッシングされた微視的な凹曲面を有する構成であってもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、収容部Ｓ内に圧電素子２０を収容する上において、凹部１１ｂの形状が、図５（ａ）に示すように、基板表面に向けて拡開した形状であってもよく、あるいは、図５（ｂ）に示すように、基板表面に向けて狭窄した形状であってもよい。拡開した形状の場合、収容部Ｓの内面に対して、下部電極膜２１の被覆性を向上させることができ、また圧電膜２２の充填性を向上させることができる。狭窄した形状の場合、収容部Ｓの内周面に対して、配向膜１４や下部電極膜２１の堆積を抑制させることができ、圧電膜２２へ印加する電場を収容部Ｓの深さ方向へ揃えることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、作動部をキャビティに具体化し、圧電アクチュエータを液滴吐出ヘッド１０に具体化した。これに限らず、例えば圧電アクチュエータは、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）技術を利用した可変容量素子であってもよく、この際、
作動部は、圧電素子２０の下部電極膜２１と対向して該下部電極膜２１との間の静電容量を可変にする対向電極であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】液滴吐出ヘッドを示す斜視図。
【図２】圧電素子を示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの変更例を示す断面図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ液滴吐出ヘッドの製造工程の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０…圧電アクチュエータとして液滴吐出ヘッド、１１…基体を構成するシリコン基板、１１ａ…キャビティを構成する貫通溝、１２…キャビティを構成するノズルプレート、１３…キャビティを構成する絶縁膜としてのシリコン酸化膜、１４…研磨抑止膜としての配向膜、１４ａ…研磨抑止面、２０…圧電素子、２１…第１電極膜としての下部電極膜、
２２…圧電膜、２３…第２電極膜としての上部電極膜、５１…基板、５２…酸化物膜、５３…配向膜、５４…下部電極膜、５５…圧電膜、５６…上部電極膜、Ｌ…液状体、ＰＲ…レジスト膜、Ｓ…収容部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータであって、
前記基体の表面には前記圧電素子を収容する凹状の収容部が前記作動部と対向するように設けられ、
前記圧電素子は、前記収容部の深さ方向に積層された一対の電極膜と、前記一対の電極膜の間に挟まれて前記一対の電極膜間に印加される駆動信号によって前記深さ方向に変位する圧電膜とを有し、
前記圧電膜は、前記収容部内に埋め込まれて、前記収容部の開口における表面が基体表面と面一であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
前記一対の電極膜は、前記収容部の内面全体を被覆する凹状の第１電極膜と、前記収容部の開口における前記圧電膜の表面に積層された第２電極膜とを有し、
前記圧電膜は、前記凹状の第１電極膜内に埋め込まれて、
前記第１電極膜は、前記収容部の開口において前記圧電膜を囲う端面が前記基体表面と面一であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータであって、
前記基体は、前記基体表面が絶縁膜からなるシリコン基板であり、
前記収容部の内面は、前記基体表面から連続する前記絶縁膜であり、
前記作動部は、前記収容部に接続されて液状体を貯留するキャビティであって、前記圧電素子の変位によって前記液状体を振動させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記作動部と対向した凹状の収容部を基体表面に形成する工程と、
前記収容部の底面に第１電極膜を形成する工程と、
前記基体表面に圧電膜を成膜して前記収容部内に圧電膜を埋め込む工程と、
前記基体表面の面方向に沿って前記圧電膜を前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜をパターニングする工程と、
前記収容部の開口から露出する前記圧電膜の表面に第２電極膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記第１電極膜を形成する工程は、前記基体表面と前記収容部の内面全体とを被覆するように前記第１電極膜を成膜し、
前記圧電膜を埋め込む工程は、前記第１電極膜を被覆するように前記圧電膜を成膜して前記第１電極膜で被覆された前記収容部内に前記圧電膜を埋め込み、
前記圧電膜をパターニングする工程は、前記圧電膜と前記第１電極膜とを前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜と前記第１電極膜とをパターニングすることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記収容部を凹設する工程は、前記研磨を抑止する研磨抑止膜を前記基体に成膜して前記研磨抑止膜からなる前記基体表面を形成し、
前記圧電膜をパターニングする工程は、前記研磨を前記研磨抑止膜によって抑止することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記収容部を凹設する工程は、前記圧電膜を配向させる配向材料を前記研磨抑止膜に用いることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータであって、
前記基体の表面には前記圧電素子を収容する凹状の収容部が前記作動部と対向するように設けられ、
前記圧電素子は、前記収容部の深さ方向に積層された一対の電極膜と、前記一対の電極膜の間に挟まれて前記一対の電極膜間に印加される駆動信号によって前記深さ方向に変位する圧電膜とを有し、
前記圧電膜は、前記収容部内に埋め込まれて、前記収容部の開口における表面が基体表面と面一であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
前記一対の電極膜は、前記収容部の内面全体を被覆する凹状の第１電極膜と、前記収容部の開口における前記圧電膜の表面に積層された第２電極膜とを有し、
前記圧電膜は、前記凹状の第１電極膜内に埋め込まれて、
前記第１電極膜は、前記収容部の開口において前記圧電膜を囲う端面が前記基体表面と面一であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータであって、
前記基体は、前記基体表面が絶縁膜からなるシリコン基板であり、
前記収容部の内面は、前記基体表面から連続する前記絶縁膜であり、
前記作動部は、前記収容部に接続されて液状体を貯留するキャビティであって、前記圧電素子の変位によって前記液状体を振動させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
圧電素子が形成された基体に前記圧電素子の変位によって作動する作動部を備えた圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記作動部と対向した凹状の収容部を基体表面に形成する工程と、
前記収容部の底面に第１電極膜を形成する工程と、
前記基体表面に圧電膜を成膜して前記収容部内に圧電膜を埋め込む工程と、
前記基体表面の面方向に沿って前記圧電膜を前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜をパターニングする工程と、
前記収容部の開口から露出する前記圧電膜の表面に第２電極膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記第１電極膜を形成する工程は、前記基体表面と前記収容部の内面全体とを被覆するように前記第１電極膜を成膜し、
前記圧電膜を埋め込む工程は、前記第１電極膜を被覆するように前記圧電膜を成膜して前記第１電極膜で被覆された前記収容部内に前記圧電膜を埋め込み、
前記圧電膜をパターニングする工程は、前記圧電膜と前記第１電極膜とを前記基体表面まで研磨して前記基体表面を平坦化し、前記収容部内に前記圧電膜と前記第１電極膜とをパターニングすることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記収容部を凹設する工程は、前記研磨を抑止する研磨抑止膜を前記基体に成膜して前記研磨抑止膜からなる前記基体表面を形成し、
前記圧電膜をパターニングする工程は、前記研磨を前記研磨抑止膜によって抑止することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記収容部を凹設する工程は、前記圧電膜を配向させる配向材料を前記研磨抑止膜に用いることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２５３０２７（Ｐ２００９−２５３０２７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９９２９５（Ｐ２００８−９９２９５）
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【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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