圧電素子およびその製造方法、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッド
【課題】第１基体から第２基体へ転写され、かつ、簡易な配線方法によって配線されることができる圧電素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子３００の製造方法は、第１基板１１０の上方に第１電極１３２、圧電体層１３５、第２電極１３６および絶縁層１３８をこの順で形成し、第２電極１３６の少なくとも一部が露出し、かつ、絶縁層１３８が第２電極１３６に対し上方に突出する突出部１３８ｘを有するように、絶縁層１３８をエッチングする。そして、第２基板２１１と突出部１３８ｘとが接し、かつ、第２電極１３６と第３電極２１２とが接するように、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させる。
【解決手段】圧電素子３００の製造方法は、第１基板１１０の上方に第１電極１３２、圧電体層１３５、第２電極１３６および絶縁層１３８をこの順で形成し、第２電極１３６の少なくとも一部が露出し、かつ、絶縁層１３８が第２電極１３６に対し上方に突出する突出部１３８ｘを有するように、絶縁層１３８をエッチングする。そして、第２基板２１１と突出部１３８ｘとが接し、かつ、第２電極１３６と第３電極２１２とが接するように、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電素子に用いられるＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む酸化物からなるＰＺＴ系のような圧電体材料は、その結晶化のために、７００℃程度以上の高温で加熱する必要がある。その結果、基板材料がシリコン基板などの高温材料に限定されてしまう。基板材料として、例えば、ガラスや水晶などの透明基板を用いる場合、直接それらの基板上に圧電体などのデバイスを形成することは困難である。そのため、例えば、特開平１０−１２５９２９号公報には、あらかじめ耐熱性に優れた基板上に被剥離物を形成し、被剥離物に対して加熱処理を行った後に、基板から被剥離物を離脱させて、被剥離物を耐熱性に劣る別の基板に転写する方法が開示されている。
【０００３】
ここで、別基板に転写された被剥離物を圧電素子として駆動させるためには、被剥離物を配線することが必要となる。しかしながら、上記文献には、被剥離物を配線する方法が、開示されていない。
【特許文献１】特開平１０−１２５９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、特に第１基体から第２基体へ転写され、かつ、簡易な配線方法によって配線されることができる圧電素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の目的は、本発明の圧電素子を含む、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
被転写体を有する第１基体を形成する工程と、
第２基体を形成する工程と、
前記被転写体を前記第１基体から前記第２基体に転写する工程と、を含み、
前記被転写体を形成する工程は、
第１基板の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、
前記圧電体層を結晶化する工程と、
少なくとも前記第２電極の上方に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２電極の少なくとも一部が露出し、かつ、前記絶縁層が前記第２電極に対し上方に突出する突出部を有するように、前記絶縁層をエッチングする工程と、を有し、
前記第２基体を形成する工程は、
第２基板の上方に第３電極を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、
前記第２基板と前記突出部とが接し、かつ、前記第２電極と前記第３電極とが接するように、前記被転写体と前記第２基体とを接合させることができる。
【０００７】
本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、特に第１基体から第２基体へ転写され、かつ、簡易な配線方法によって配線されることができる圧電素子を得ることができる。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００９】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
さらに、前記第２基板の上方に第４電極を形成する工程と、
配線層によって、前記第１電極と前記第４電極とを電気的に接続する工程と、を有し、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していないことができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記配線層は、インクジェットにより形成されることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記圧電体層を形成する工程は、前記第１電極が、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接していることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングにより行われることができる。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第１基体を形成する工程は、さらに、前記第１基板と前記被転写体との間に犠牲層を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、さらに、前記第１基板を剥離する工程を有することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極の上方に形成され、前記第３電極と接する第２電極と、
前記基体の上方に形成された絶縁層であって、前記第２電極に対して下方に突出した突出部を有し、該突出部が前記基体と接している前記絶縁層と、
前記第２電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第１電極と、を含むことができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、配線層によって、前記基板の上方に形成された第４電極と電気的に接続され、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していないことができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接していることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電素子において、
少なくとも前記第３電極と、前記絶縁層との間に空洞部を有することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、前記第２電極から前記第１電極に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状であることができる。
【００１９】
本発明に係るアクチュエータは、
前記圧電素子を含み、
前記基板が振動板を有することができる。
【００２０】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
前記アクチュエータと、
前記基板に形成された流路と、
前記基板の下方に形成された、前記流路に連続するノズル穴を有するノズルプレートと、を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
１．圧電素子
図１は、本実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す断面図である。
【００２３】
圧電素子３００は、図１に示すように、基板２１０と、基板２１０の上方に形成された第３電極２１２と、基板２１０および第３電極２１２の上方に形成された被転写体１３０と、を含む。ここで、被転写体１３０は、第３電極２１２と接する第２電極１３６と、基板２１０の上方に形成された絶縁層１３８であって、第２電極１３６に対して下方に突出した突出部１３８ｂを有し、突出部１３８ｂが基板２１０と接している絶縁層１３８と、第２電極１３６および絶縁層１３８の上方に形成された圧電体層１３５と、圧電体層１３５の上方に形成された第１電極１３２と、を有する。
【００２４】
基板２１０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。基板２１０は、例えば、振動板を含んで構成されてもよい。基板２１０の材質は、例えば、半導体、絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。具体的には、基板２１０としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、石英基板などとすることができる。
【００２５】
第３電極２１２は、基板２１０の上に形成される。第３電極２１２の上には、被転写体１３０の第２電極１３６が形成される。第３電極２１２は、被転写体１３０の第２電極１３６と、電気的に接続される配線としての機能を有する。第３電極２１２の幅は、第２電極１３６の幅と、同じであってもよいし、異なってもよい。第３電極２１２は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第３電極２１２は、金属、導電性酸化物などの材料で形成される。第３電極２１２の材質は、例えば、金などを用いることができる。第３電極２１２の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度することができ、特に限定されない。
【００２６】
第２電極１３６は、第３電極２１２の上に接して形成される。第２電極１３６は、第１電極１３２と対になり、圧電体層１３５を挟む一方の電極として機能する。第２電極１３６の材質は、例えば、イリジウム、白金、チタンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを用いることができる。第２電極１３６は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。第２電極１３６の下面の材質は、下方の第３電極２１２の上面との接合の形態によって選択されてもよい。例えば、金属の熱溶着によって接合される場合には金などが好ましく、表面活性化接合によって接合される場合には、白金なども選択できる。第２電極１３６の厚みは、例えば、２００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。
【００２７】
圧電体層１３５は、第２電極１３６の上に設けられる。圧電体層１３５には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層１３５は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層１３５としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層１３５の厚みは、圧電素子３００の用途によるが、例えば、５００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。
【００２８】
圧電体層１３５は、例えば、第１圧電体層１３３と第２圧電体層１３４とを有することができる。第１圧電体層１３３の側面は、例えば、第１電極１３２の側面と連続するように形成されることができる。第１圧電体層１３３および第１電極１３２は、平面的にみて、第２圧電体層１３４の内側になるように形成されることができる。すなわち、圧電体層１３５は、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分と、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分と、を有することができる。第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分は、例えば、後述する配線２１６による外乱などから、圧電体として主に駆動する第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分を、保護する機能を有する。なお、図示はしないが、圧電体層１３５は、例えば、単層から構成されてもよいし、３層以上の積層から構成されてもよい。また圧電体層１３５は、第２電極１３６から第１電極１３２に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状とすることができる。
【００２９】
第１電極１３２は、第１圧電体層１３３の上に形成される。第１電極１３２は、第２電極１３６と対になり、圧電体層１３５を挟む一方の電極として機能する。第１電極１３２の材質は、例えば、イリジウム、白金、チタンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを用いることができる。第１電極１３２は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。第２電極１３６の厚みは、例えば、２００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。
【００３０】
絶縁層１３８は、基板２１０の上に形成される。絶縁層１３８は、第２電極１３６に対して、下方に突出した突出部１３８ｂを有する。突出部１３８ｂの厚さは、例えば、第３電極２１２の厚さと、同じにすることができる。また、突出部１３８ｂは、基板２１０と接することができる。突出部１３８ｂと基板２１０とが接することにより、例えば、第３電極２１２と、後述する配線２１６とが接することを防止できる。すなわち、絶縁層１３８は、配線２１６と、第２電極１３６および第３電極２１２とを、絶縁する機能を有する。絶縁層１３８の側面は、例えば、圧電体層１３５の側面と、連続するように形成されることができる。絶縁層１３８の材質は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いることができる。
【００３１】
絶縁層１３８は、例えば、第３電極２１２との間に、空洞部１３９を有するように形成されることができる。空洞部１３９は、第３電極２１２と配線２１６との配線容量を小さくし、第３電極２１２と配線２１６とをより確実に絶縁する機能を有する。空洞部１３９は、例えば、絶縁層１３８と、第２電極１３６および第３電極２１２と、の間に形成されてもよい。
【００３２】
圧電素子３００は、さらに、基板２１０の上に第４電極２１４を有し、第１電極１３２は、配線層２１６によって、第４電極２１４と電気的に接続されることができる。
【００３３】
第４電極２１４は、配線層２１６によって、第１電極１３２と電気的に接続される。第４電極２１４は、金属、導電性酸化物等の材料で形成される。第４電極２１４は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第４電極２１４の材質は、例えば、金などを用いることができる。第４電極２１４の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度することができ、特に限定されない。
【００３４】
配線層２１６は、第１電極１３２と第４電極２１４とを、電気的に接続するように形成される。配線層２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。すなわち、配線層２１６は、絶縁層１３８によって、第２電極１３６および第３電極２１２と絶縁されている。このため、配線２１６の形状の自由度を高めることができる。配線層２１６は、図示はしないが、例えば、被転写体１３０の全体を覆うように形成されてもよい。配線層２１６は、例えば、圧電体層１３５と接することができる。また、配線層２１６は、例えば、絶縁層１３８と接することができる。配線層２１６は、金属、導電性酸化物等の材料で形成される。配線層２１６の材質は、例えば、金などを用いることができる。
【００３５】
本実施形態に係る圧電素子３００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３６】
本実施形態に係る圧電素子３００は、配線層２１６が、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および前記第３電極２１２と接していない。これにより、配線層２１６と、第２電極１３６および第３電極２１２とを、絶縁することができ、配線層２１６の形状の自由度を高めることができる。
【００３７】
本実施形態に係る圧電素子３００は、第１電極１３２が、平面的にみて、圧電体層１３５の内側になるように形成され、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない圧電体層１３５の一部が、配線層２１６と接するように形成されることができる。これにより、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分は、配線層２１６による外乱などから、圧電体として主に駆動する第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分を保護する機能を有し、圧電体層３００は、高い信頼性を有することができる。
【００３８】
本実施形態に係る圧電素子３００は、第３電極２１２と、絶縁層１３８との間に空洞部１３９を有することができる。これにより、第３電極２１２と配線層２１６との配線容量を小さくでき、圧電体層３００は、良好な特性を有することができる。また第３電極２１２と配線２１６とをより確実に絶縁することができる。
【００３９】
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図１２は、本実施形態に係る圧電素子の製造工程を概略的に示す断面図である。
【００４０】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、被転写体１３０を有する第１基体１００を形成する工程と、第２基体２００を形成する工程と、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写する工程と、を含む。
【００４１】
（１）まず、被転写体１３０を有する第１基体１００を形成する工程について、説明する。
【００４２】
図２に示すように、第１基板１１０を準備し、第１基板１１０の上に、犠牲層１２０ａ、第１電極１３２ａ、第１圧電体層１３３ａを、この順番で形成する。
【００４３】
第１基板１１０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第１基板１１０の材質は、例えば、半導体、絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。具体的には、第１基板１１０としては、シリコン基板などとすることができる。
【００４４】
犠牲層１２０ａの材質は、後述するドライエッチングの際のエッチングレートが被転写体１３０や第１基板１１０のエッチングレートより、大きくなるように選ばれる。犠牲層１２０ａは、単層構造であっても多層構造であってもよい。犠牲層１２０ａの材質は、例えば、シリコンの同素体、すなわち、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることができる。犠牲層１２０ａの厚みは、例えば、１００ｎｍ〜２０μｍとすることができる。犠牲層１２０ａは、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。
【００４５】
第１電極１３２ａ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。
【００４６】
第１圧電体層１３３ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ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。
【００４７】
図３に示すように、第１圧電体層１３３ａと第１電極１３２ａとをパターニングし、第１圧電体層１３３と第１電極１３２とを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。パターニングは、各層ごとに行ってもよいし、各層を一括して行ってもよい。
【００４８】
図４に示すように、犠牲層１２０ａおよび第１圧電体層１３３の上に第２圧電体層１３４ａを形成し、第２圧電体層１３４ａの上に第２電極１３６ａを形成する。
【００４９】
第２圧電体層１３４ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ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。
【００５０】
第２電極１３６ａ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。
【００５１】
図５に示すように、第２電極１３６ａをパターニングし、第２電極１３６を形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。第２圧電体層１３４ａは、例えば、パターニング時のオーバーエッチングにより、上面がエッチングされてもよい。
【００５２】
第２電極１３６を形成した後、第１圧電体層１３３および第２圧電体層１３４ａを結晶化させるために、焼結を行うことができる。この焼結により、非晶状態または不十分な結晶状態にある圧電体層を、より十分に結晶化させることができる。焼結は、例えば、５００℃〜１１００℃の温度で行われる。なお、結晶化させるための焼結は、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写する前に行えばよく、例えば、図４に示す第２電極１３６ａを形成した後に行ってもよいし、図２に示す第１圧電体層１３３ａの形成後と図４に示す第２圧電体層１３４ａの形成後とに、それぞれ行ってもよい。
【００５３】
図６に示すように、第２電極１３６および第２圧電体層１３４ａの上に、絶縁層１３８ａを形成する。絶縁層１３８ａは、例えば、ＣＶＤ法などにより形成される。
【００５４】
図７に示すように、エッチングにより、第２電極１３６を露出させる。第２電極１３６は、上面の全てが露出されてもよいし、上面の一部のみが露出されてもよい。また第２電極１３６は、側面が露出されてもよい。エッチングは、第２電極１３６に対し、絶縁層１３８ａが上方に突出した突出部１３８ｂを有するように行われる。エッチングは、例えば、ウェットエッチングなどの等方性エッチングにより行われてもよいし、ドライエッチングなどの異方性エッチングにより行われてもよい。ただし、プロセスのコストおよび容易性を考慮すると、エッチングは、ウェットエッチングにより行われるのが好ましい。ウェットエッチングなどの等方性エッチングにより、絶縁層１３８ａは、曲線部１３８ｃを有することができる。曲線部１３８ｃは、図１１に示すように、被転写体１３０が第２基体２００に接合された際、空洞部１３９の一面を形成することができる。
【００５５】
図８に示すように、絶縁層１３８ａと第２圧電体層１３４ａとをパターニングし、絶縁層１３８と第２圧電体層１３４とを形成する。ここで、第１圧電体層１３３と第２圧電体層１３４とは、圧電体層１３５を構成する。パターニングは、平面的にみて、第１電極１３３が第２圧電体層１３４の内側になるように形成される。絶縁層１２０ａは、図示のようにパターニングされなくてもよいし、されてもよい。パターニングは、例えば、第２圧電体層１３４が、第２電極１３６から第１電極１３２に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状となるように行われることができる。パターニングは、例えば、公知のダイシング技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより行われる。パターニングは、各層ごとに行ってもよいし、各層を一括して行ってもよい。なお、図示はしないが、圧電体層１３５は、例えば、単層から構成されてもよいし、３層以上の積層から構成されてもよい。
【００５６】
以上の工程により、被転写体１３０を有する第１基体１００が形成される。
【００５７】
（２）次に、第２基体２００を形成する工程について、説明する。
【００５８】
図９に示すように、第２基板２１０を準備し、第２基板２１０の上に第３電極２１２および第４電極２１４を形成する。第２基板２１０は、図１に示す基板２１０に相当する。第３電極２１２および第４電極２１４は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法などにより、形成される。なお、第３電極２１２と第４電極２１４とは、同時に形成されてもよいし、別々に形成されてもよい。
【００５９】
以上の工程により、第２基体２００が形成される。
【００６０】
（３）次に、被転写体１３０を、第１基体１００から第２基体２００に転写する工程について、説明する。
【００６１】
図１０に示すように、第１基体１００において、前述した犠牲層１２０ａの密着性を小さくした犠牲層１２０を形成する。犠牲層１２０を形成することにより、例えば、外力やレーザー光線などによって、簡単に第１基板１１０から被転写体１３０を剥離することができる。犠牲層１２０は、例えば、犠牲層１２０ａを、フッ化キセノンをエッチャントに用いたドライケミカルエッチングなどと反応させることにより、形成することができる。
【００６２】
図１１に示すように、第２基板２１０と絶縁層１３８の突出部１３８ｂとが接し、かつ、第２電極１３６と第３電極２１２とが接するように、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させる。図１１には、図１０に示した第１基体１００の上下を反転して第２基体２００の上に重ねた断面図が描かれている。突出部１３８ｂと第２基板２１０とが接することにより、例えば、第３電極２１２と、後述する配線２１６とが接することを防止できる。また、第２電極１３６と第３電極２１２とは、例えば、熱溶着法、表面活性化接合法などによって接着され、機械的にも電気的にも接続される。なお、図１０に示した犠牲層１２０ａの密着性を小さくして犠牲層１２０を形成する工程は、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させた後に行ってもよい。
【００６３】
図１２に示すように、第１基板１１０を被転写体１３０から剥離する。前述のとおり、犠牲層１２０は密着性が小さいため、例えば、外力やレーザー光線などによって、簡単に第１基板１１０から被転写体１３０を剥離することができる。
【００６４】
以上の工程により、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写することができる。
【００６５】
（４）図１に示すように、本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、さらに、配線層２１６によって、第１電極１３２と第４電極２１４とを電気的に接続する工程と、を有することができる。
【００６６】
配線２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。すなわち、配線２１６は、絶縁層１３８によって、第２電極１３６および第３電極２１２と絶縁されている。そのため、配線層２１６の製法の自由度を高めることができる。配線層２１６は、例えば、インクジェットなどの簡易な方法で形成されることができる。
【００６７】
以上の工程によって、図１に示すような本実施形態に係る圧電素子３００を製造することができる。
【００６８】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００６９】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、配線２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。これにより、配線層２１６の製法の自由度を高めることができる。例えば、ボンディングに比べ、機械的衝撃が少なく、位置精度が良好なインクジェットなどで、配線層２１６を形成することができ、簡易なプロセスで圧電素子３００を製造することができる。
【００７０】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、ウェットエッチングにより絶縁層１３８をエッチングし、第２電極１３６の一部を露出させることができる。これにより、簡易なプロセスで圧電素子３００を製造することができる。
【００７１】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、圧電体層１３５を結晶化させるための焼結を、転写する前に行うことができる。これにより、例えば、耐熱性に劣る基板上に圧電素子３００を形成することができる。
【００７２】
３．液体噴射ヘッド
次に、本発明に係る圧電素子がアクチュエータとして機能している液体噴射ヘッドについて説明する。
【００７３】
図１３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の要部を概略的に示す断面図である。図１４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の分解斜視図である。なお、図１４は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００７４】
液体噴射ヘッド１０００は、図１３に示すように、ノズルプレート２４と、基板２１と、アクチュエータ３５０と、を含む。アクチュエータ３５０は、基板２１の上に形成された振動板２３と、振動板２３の上に形成された第３電極２１２と、振動板２３および第３電極２１２の上に形成された被転写体１３０と、振動板２３の上に形成された第４電極２１４と、被転写体１３０と第４電極２１４とを接続する配線層２１６と、を有する。被転写体１３０は、第１電極１３２と、圧電体層１３５と、第２電極１３６と、絶縁層１３８と、を有する。なお、図１４において、被転写体１３０の各層、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６の図示は、省略されている。
【００７５】
液体噴射ヘッド１０００は、図１４に示すように、さらに、筐体２８を有する。筐体２８に、ノズルプレート２４、基板２１、振動板２３、第３電極２１２および被転写体１３０が収納される。筐体２８は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００７６】
ノズルプレート２４は、例えば、ステンレス製の圧延プレート等で構成されたものである。ノズルプレート２４には、液滴を吐出するための多数のノズル穴２５が一列に配置されている。ノズルプレート２４には、基板２１が固定されている。基板２１は、ノズルプレート２４と振動板２３との間の空間を区画して、リザーバ２６、供給口２７および複数の流路２２を形成する。リザーバ２６は、液体カートリッジ（図示せず）から供給される液体を一時的に貯留する。供給口２７によって、リザーバ２６から各流路２２へ液体が供給される。
【００７７】
流路２２は、図１３および図１４に示すように、各ノズル穴２５に対応して配設されている。ノズル穴２５は、流路２２と連続している。流路２２は、振動板２３の振動によってそれぞれ容積可変になっている。この容積変化によって、流路２２から液体が吐出される。
【００７８】
振動板２３の所定位置には、図１４に示すように、振動板２３の厚さ方向に貫通した貫通孔２９が形成されている。貫通孔２９によって、液体カートリッジからリザーバ２６へ液体が供給される。
【００７９】
被転写体１３０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板２３は、被転写体１３０の振動（たわみ）によって振動し、流路２２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００８０】
アクチュエータ３５０の製造方法および液体噴射ヘッド１０００の製造方法において、被転写体１３０、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６のそれぞれは、上述した実施形態に係る被転写体１３０、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６の製造方法を用いて形成される。また、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、基板２１上に振動板２３を形成する工程と、基板２１に流路２２を形成する工程と、基板２１の下にノズルプレート２４を形成する工程と、を含む。振動板２３、流路２２およびノズルプレート２４は、公知の方法により形成される。
【００８１】
本実施形態に係る圧電素子３００は、上述のように、簡易なプロセスで製造されることができる。従って、簡易なプロセスで製造されるアクチュエータ３５０および液体噴射ヘッド１０００を提供することができる。
【００８２】
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、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係る圧電素子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を模式的に示す断面図。
【図１４】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。
【符号の説明】
【００８４】
２１ 基板、２２ 流路、２３ 振動板、２４ ノズルプレート、２５ ノズル穴、２６ リザーバ、２７ 供給口、２８ 筐体、２９ 貫通孔、１００ 第１基体、１１０ 第１基板、１２０ 犠牲層、１３０ 被転写体、１３２ 第１電極、１３３ 第１圧電体層、１３４ 第２圧電体層、１３５ 圧電体層、１３６ 第２電極、１３８ 絶縁層、１３８ｘ 突出部、１３９ 空洞部、２００ 第２基体、２１０ 基板、２１０ 第２基板、２１２ 第３電極、２１４ 第４電極、２１６ 配線層、３００ 圧電素子、３５０ アクチュエータ、１０００ 液体噴射ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電素子に用いられるＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む酸化物からなるＰＺＴ系のような圧電体材料は、その結晶化のために、７００℃程度以上の高温で加熱する必要がある。その結果、基板材料がシリコン基板などの高温材料に限定されてしまう。基板材料として、例えば、ガラスや水晶などの透明基板を用いる場合、直接それらの基板上に圧電体などのデバイスを形成することは困難である。そのため、例えば、特開平１０−１２５９２９号公報には、あらかじめ耐熱性に優れた基板上に被剥離物を形成し、被剥離物に対して加熱処理を行った後に、基板から被剥離物を離脱させて、被剥離物を耐熱性に劣る別の基板に転写する方法が開示されている。
【０００３】
ここで、別基板に転写された被剥離物を圧電素子として駆動させるためには、被剥離物を配線することが必要となる。しかしながら、上記文献には、被剥離物を配線する方法が、開示されていない。
【特許文献１】特開平１０−１２５９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、特に第１基体から第２基体へ転写され、かつ、簡易な配線方法によって配線されることができる圧電素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の目的は、本発明の圧電素子を含む、アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
被転写体を有する第１基体を形成する工程と、
第２基体を形成する工程と、
前記被転写体を前記第１基体から前記第２基体に転写する工程と、を含み、
前記被転写体を形成する工程は、
第１基板の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、
前記圧電体層を結晶化する工程と、
少なくとも前記第２電極の上方に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２電極の少なくとも一部が露出し、かつ、前記絶縁層が前記第２電極に対し上方に突出する突出部を有するように、前記絶縁層をエッチングする工程と、を有し、
前記第２基体を形成する工程は、
第２基板の上方に第３電極を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、
前記第２基板と前記突出部とが接し、かつ、前記第２電極と前記第３電極とが接するように、前記被転写体と前記第２基体とを接合させることができる。
【０００７】
本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、特に第１基体から第２基体へ転写され、かつ、簡易な配線方法によって配線されることができる圧電素子を得ることができる。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００９】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
さらに、前記第２基板の上方に第４電極を形成する工程と、
配線層によって、前記第１電極と前記第４電極とを電気的に接続する工程と、を有し、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していないことができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記配線層は、インクジェットにより形成されることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記圧電体層を形成する工程は、前記第１電極が、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接していることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングにより行われることができる。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第１基体を形成する工程は、さらに、前記第１基板と前記被転写体との間に犠牲層を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、さらに、前記第１基板を剥離する工程を有することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極の上方に形成され、前記第３電極と接する第２電極と、
前記基体の上方に形成された絶縁層であって、前記第２電極に対して下方に突出した突出部を有し、該突出部が前記基体と接している前記絶縁層と、
前記第２電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第１電極と、を含むことができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、配線層によって、前記基板の上方に形成された第４電極と電気的に接続され、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していないことができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接していることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電素子において、
少なくとも前記第３電極と、前記絶縁層との間に空洞部を有することができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、前記第２電極から前記第１電極に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状であることができる。
【００１９】
本発明に係るアクチュエータは、
前記圧電素子を含み、
前記基板が振動板を有することができる。
【００２０】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
前記アクチュエータと、
前記基板に形成された流路と、
前記基板の下方に形成された、前記流路に連続するノズル穴を有するノズルプレートと、を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
１．圧電素子
図１は、本実施形態に係る圧電素子３００を模式的に示す断面図である。
【００２３】
圧電素子３００は、図１に示すように、基板２１０と、基板２１０の上方に形成された第３電極２１２と、基板２１０および第３電極２１２の上方に形成された被転写体１３０と、を含む。ここで、被転写体１３０は、第３電極２１２と接する第２電極１３６と、基板２１０の上方に形成された絶縁層１３８であって、第２電極１３６に対して下方に突出した突出部１３８ｂを有し、突出部１３８ｂが基板２１０と接している絶縁層１３８と、第２電極１３６および絶縁層１３８の上方に形成された圧電体層１３５と、圧電体層１３５の上方に形成された第１電極１３２と、を有する。
【００２４】
基板２１０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。基板２１０は、例えば、振動板を含んで構成されてもよい。基板２１０の材質は、例えば、半導体、絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。具体的には、基板２１０としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、石英基板などとすることができる。
【００２５】
第３電極２１２は、基板２１０の上に形成される。第３電極２１２の上には、被転写体１３０の第２電極１３６が形成される。第３電極２１２は、被転写体１３０の第２電極１３６と、電気的に接続される配線としての機能を有する。第３電極２１２の幅は、第２電極１３６の幅と、同じであってもよいし、異なってもよい。第３電極２１２は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第３電極２１２は、金属、導電性酸化物などの材料で形成される。第３電極２１２の材質は、例えば、金などを用いることができる。第３電極２１２の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度することができ、特に限定されない。
【００２６】
第２電極１３６は、第３電極２１２の上に接して形成される。第２電極１３６は、第１電極１３２と対になり、圧電体層１３５を挟む一方の電極として機能する。第２電極１３６の材質は、例えば、イリジウム、白金、チタンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを用いることができる。第２電極１３６は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。第２電極１３６の下面の材質は、下方の第３電極２１２の上面との接合の形態によって選択されてもよい。例えば、金属の熱溶着によって接合される場合には金などが好ましく、表面活性化接合によって接合される場合には、白金なども選択できる。第２電極１３６の厚みは、例えば、２００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。
【００２７】
圧電体層１３５は、第２電極１３６の上に設けられる。圧電体層１３５には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層１３５は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層１３５としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層１３５の厚みは、圧電素子３００の用途によるが、例えば、５００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。
【００２８】
圧電体層１３５は、例えば、第１圧電体層１３３と第２圧電体層１３４とを有することができる。第１圧電体層１３３の側面は、例えば、第１電極１３２の側面と連続するように形成されることができる。第１圧電体層１３３および第１電極１３２は、平面的にみて、第２圧電体層１３４の内側になるように形成されることができる。すなわち、圧電体層１３５は、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分と、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分と、を有することができる。第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分は、例えば、後述する配線２１６による外乱などから、圧電体として主に駆動する第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分を、保護する機能を有する。なお、図示はしないが、圧電体層１３５は、例えば、単層から構成されてもよいし、３層以上の積層から構成されてもよい。また圧電体層１３５は、第２電極１３６から第１電極１３２に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状とすることができる。
【００２９】
第１電極１３２は、第１圧電体層１３３の上に形成される。第１電極１３２は、第２電極１３６と対になり、圧電体層１３５を挟む一方の電極として機能する。第１電極１３２の材質は、例えば、イリジウム、白金、チタンなどの各種の金属、それらの導電性酸化物、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを用いることができる。第１電極１３２は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。第２電極１３６の厚みは、例えば、２００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。
【００３０】
絶縁層１３８は、基板２１０の上に形成される。絶縁層１３８は、第２電極１３６に対して、下方に突出した突出部１３８ｂを有する。突出部１３８ｂの厚さは、例えば、第３電極２１２の厚さと、同じにすることができる。また、突出部１３８ｂは、基板２１０と接することができる。突出部１３８ｂと基板２１０とが接することにより、例えば、第３電極２１２と、後述する配線２１６とが接することを防止できる。すなわち、絶縁層１３８は、配線２１６と、第２電極１３６および第３電極２１２とを、絶縁する機能を有する。絶縁層１３８の側面は、例えば、圧電体層１３５の側面と、連続するように形成されることができる。絶縁層１３８の材質は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いることができる。
【００３１】
絶縁層１３８は、例えば、第３電極２１２との間に、空洞部１３９を有するように形成されることができる。空洞部１３９は、第３電極２１２と配線２１６との配線容量を小さくし、第３電極２１２と配線２１６とをより確実に絶縁する機能を有する。空洞部１３９は、例えば、絶縁層１３８と、第２電極１３６および第３電極２１２と、の間に形成されてもよい。
【００３２】
圧電素子３００は、さらに、基板２１０の上に第４電極２１４を有し、第１電極１３２は、配線層２１６によって、第４電極２１４と電気的に接続されることができる。
【００３３】
第４電極２１４は、配線層２１６によって、第１電極１３２と電気的に接続される。第４電極２１４は、金属、導電性酸化物等の材料で形成される。第４電極２１４は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第４電極２１４の材質は、例えば、金などを用いることができる。第４電極２１４の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度することができ、特に限定されない。
【００３４】
配線層２１６は、第１電極１３２と第４電極２１４とを、電気的に接続するように形成される。配線層２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。すなわち、配線層２１６は、絶縁層１３８によって、第２電極１３６および第３電極２１２と絶縁されている。このため、配線２１６の形状の自由度を高めることができる。配線層２１６は、図示はしないが、例えば、被転写体１３０の全体を覆うように形成されてもよい。配線層２１６は、例えば、圧電体層１３５と接することができる。また、配線層２１６は、例えば、絶縁層１３８と接することができる。配線層２１６は、金属、導電性酸化物等の材料で形成される。配線層２１６の材質は、例えば、金などを用いることができる。
【００３５】
本実施形態に係る圧電素子３００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３６】
本実施形態に係る圧電素子３００は、配線層２１６が、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および前記第３電極２１２と接していない。これにより、配線層２１６と、第２電極１３６および第３電極２１２とを、絶縁することができ、配線層２１６の形状の自由度を高めることができる。
【００３７】
本実施形態に係る圧電素子３００は、第１電極１３２が、平面的にみて、圧電体層１３５の内側になるように形成され、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない圧電体層１３５の一部が、配線層２１６と接するように形成されることができる。これにより、第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれていない部分は、配線層２１６による外乱などから、圧電体として主に駆動する第１電極１３２と第２電極１３６とに挟まれている部分を保護する機能を有し、圧電体層３００は、高い信頼性を有することができる。
【００３８】
本実施形態に係る圧電素子３００は、第３電極２１２と、絶縁層１３８との間に空洞部１３９を有することができる。これにより、第３電極２１２と配線層２１６との配線容量を小さくでき、圧電体層３００は、良好な特性を有することができる。また第３電極２１２と配線２１６とをより確実に絶縁することができる。
【００３９】
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図１２は、本実施形態に係る圧電素子の製造工程を概略的に示す断面図である。
【００４０】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、被転写体１３０を有する第１基体１００を形成する工程と、第２基体２００を形成する工程と、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写する工程と、を含む。
【００４１】
（１）まず、被転写体１３０を有する第１基体１００を形成する工程について、説明する。
【００４２】
図２に示すように、第１基板１１０を準備し、第１基板１１０の上に、犠牲層１２０ａ、第１電極１３２ａ、第１圧電体層１３３ａを、この順番で形成する。
【００４３】
第１基板１１０は、単層構造であっても多層構造であってもよい。第１基板１１０の材質は、例えば、半導体、絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。具体的には、第１基板１１０としては、シリコン基板などとすることができる。
【００４４】
犠牲層１２０ａの材質は、後述するドライエッチングの際のエッチングレートが被転写体１３０や第１基板１１０のエッチングレートより、大きくなるように選ばれる。犠牲層１２０ａは、単層構造であっても多層構造であってもよい。犠牲層１２０ａの材質は、例えば、シリコンの同素体、すなわち、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることができる。犠牲層１２０ａの厚みは、例えば、１００ｎｍ〜２０μｍとすることができる。犠牲層１２０ａは、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。
【００４５】
第１電極１３２ａ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。
【００４６】
第１圧電体層１３３ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ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。
【００４７】
図３に示すように、第１圧電体層１３３ａと第１電極１３２ａとをパターニングし、第１圧電体層１３３と第１電極１３２とを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。パターニングは、各層ごとに行ってもよいし、各層を一括して行ってもよい。
【００４８】
図４に示すように、犠牲層１２０ａおよび第１圧電体層１３３の上に第２圧電体層１３４ａを形成し、第２圧電体層１３４ａの上に第２電極１３６ａを形成する。
【００４９】
第２圧電体層１３４ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ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。
【００５０】
第２電極１３６ａ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。
【００５１】
図５に示すように、第２電極１３６ａをパターニングし、第２電極１３６を形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。第２圧電体層１３４ａは、例えば、パターニング時のオーバーエッチングにより、上面がエッチングされてもよい。
【００５２】
第２電極１３６を形成した後、第１圧電体層１３３および第２圧電体層１３４ａを結晶化させるために、焼結を行うことができる。この焼結により、非晶状態または不十分な結晶状態にある圧電体層を、より十分に結晶化させることができる。焼結は、例えば、５００℃〜１１００℃の温度で行われる。なお、結晶化させるための焼結は、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写する前に行えばよく、例えば、図４に示す第２電極１３６ａを形成した後に行ってもよいし、図２に示す第１圧電体層１３３ａの形成後と図４に示す第２圧電体層１３４ａの形成後とに、それぞれ行ってもよい。
【００５３】
図６に示すように、第２電極１３６および第２圧電体層１３４ａの上に、絶縁層１３８ａを形成する。絶縁層１３８ａは、例えば、ＣＶＤ法などにより形成される。
【００５４】
図７に示すように、エッチングにより、第２電極１３６を露出させる。第２電極１３６は、上面の全てが露出されてもよいし、上面の一部のみが露出されてもよい。また第２電極１３６は、側面が露出されてもよい。エッチングは、第２電極１３６に対し、絶縁層１３８ａが上方に突出した突出部１３８ｂを有するように行われる。エッチングは、例えば、ウェットエッチングなどの等方性エッチングにより行われてもよいし、ドライエッチングなどの異方性エッチングにより行われてもよい。ただし、プロセスのコストおよび容易性を考慮すると、エッチングは、ウェットエッチングにより行われるのが好ましい。ウェットエッチングなどの等方性エッチングにより、絶縁層１３８ａは、曲線部１３８ｃを有することができる。曲線部１３８ｃは、図１１に示すように、被転写体１３０が第２基体２００に接合された際、空洞部１３９の一面を形成することができる。
【００５５】
図８に示すように、絶縁層１３８ａと第２圧電体層１３４ａとをパターニングし、絶縁層１３８と第２圧電体層１３４とを形成する。ここで、第１圧電体層１３３と第２圧電体層１３４とは、圧電体層１３５を構成する。パターニングは、平面的にみて、第１電極１３３が第２圧電体層１３４の内側になるように形成される。絶縁層１２０ａは、図示のようにパターニングされなくてもよいし、されてもよい。パターニングは、例えば、第２圧電体層１３４が、第２電極１３６から第１電極１３２に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状となるように行われることができる。パターニングは、例えば、公知のダイシング技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより行われる。パターニングは、各層ごとに行ってもよいし、各層を一括して行ってもよい。なお、図示はしないが、圧電体層１３５は、例えば、単層から構成されてもよいし、３層以上の積層から構成されてもよい。
【００５６】
以上の工程により、被転写体１３０を有する第１基体１００が形成される。
【００５７】
（２）次に、第２基体２００を形成する工程について、説明する。
【００５８】
図９に示すように、第２基板２１０を準備し、第２基板２１０の上に第３電極２１２および第４電極２１４を形成する。第２基板２１０は、図１に示す基板２１０に相当する。第３電極２１２および第４電極２１４は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法などにより、形成される。なお、第３電極２１２と第４電極２１４とは、同時に形成されてもよいし、別々に形成されてもよい。
【００５９】
以上の工程により、第２基体２００が形成される。
【００６０】
（３）次に、被転写体１３０を、第１基体１００から第２基体２００に転写する工程について、説明する。
【００６１】
図１０に示すように、第１基体１００において、前述した犠牲層１２０ａの密着性を小さくした犠牲層１２０を形成する。犠牲層１２０を形成することにより、例えば、外力やレーザー光線などによって、簡単に第１基板１１０から被転写体１３０を剥離することができる。犠牲層１２０は、例えば、犠牲層１２０ａを、フッ化キセノンをエッチャントに用いたドライケミカルエッチングなどと反応させることにより、形成することができる。
【００６２】
図１１に示すように、第２基板２１０と絶縁層１３８の突出部１３８ｂとが接し、かつ、第２電極１３６と第３電極２１２とが接するように、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させる。図１１には、図１０に示した第１基体１００の上下を反転して第２基体２００の上に重ねた断面図が描かれている。突出部１３８ｂと第２基板２１０とが接することにより、例えば、第３電極２１２と、後述する配線２１６とが接することを防止できる。また、第２電極１３６と第３電極２１２とは、例えば、熱溶着法、表面活性化接合法などによって接着され、機械的にも電気的にも接続される。なお、図１０に示した犠牲層１２０ａの密着性を小さくして犠牲層１２０を形成する工程は、被転写体１３０と第２基体２００とを接合させた後に行ってもよい。
【００６３】
図１２に示すように、第１基板１１０を被転写体１３０から剥離する。前述のとおり、犠牲層１２０は密着性が小さいため、例えば、外力やレーザー光線などによって、簡単に第１基板１１０から被転写体１３０を剥離することができる。
【００６４】
以上の工程により、被転写体１３０を第１基体１００から第２基体２００に転写することができる。
【００６５】
（４）図１に示すように、本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、さらに、配線層２１６によって、第１電極１３２と第４電極２１４とを電気的に接続する工程と、を有することができる。
【００６６】
配線２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。すなわち、配線２１６は、絶縁層１３８によって、第２電極１３６および第３電極２１２と絶縁されている。そのため、配線層２１６の製法の自由度を高めることができる。配線層２１６は、例えば、インクジェットなどの簡易な方法で形成されることができる。
【００６７】
以上の工程によって、図１に示すような本実施形態に係る圧電素子３００を製造することができる。
【００６８】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００６９】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、配線２１６は、絶縁層１３８を介して、第２電極１３６および第３電極２１２と接しないように形成される。これにより、配線層２１６の製法の自由度を高めることができる。例えば、ボンディングに比べ、機械的衝撃が少なく、位置精度が良好なインクジェットなどで、配線層２１６を形成することができ、簡易なプロセスで圧電素子３００を製造することができる。
【００７０】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、ウェットエッチングにより絶縁層１３８をエッチングし、第２電極１３６の一部を露出させることができる。これにより、簡易なプロセスで圧電素子３００を製造することができる。
【００７１】
本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、圧電体層１３５を結晶化させるための焼結を、転写する前に行うことができる。これにより、例えば、耐熱性に劣る基板上に圧電素子３００を形成することができる。
【００７２】
３．液体噴射ヘッド
次に、本発明に係る圧電素子がアクチュエータとして機能している液体噴射ヘッドについて説明する。
【００７３】
図１３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の要部を概略的に示す断面図である。図１４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の分解斜視図である。なお、図１４は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００７４】
液体噴射ヘッド１０００は、図１３に示すように、ノズルプレート２４と、基板２１と、アクチュエータ３５０と、を含む。アクチュエータ３５０は、基板２１の上に形成された振動板２３と、振動板２３の上に形成された第３電極２１２と、振動板２３および第３電極２１２の上に形成された被転写体１３０と、振動板２３の上に形成された第４電極２１４と、被転写体１３０と第４電極２１４とを接続する配線層２１６と、を有する。被転写体１３０は、第１電極１３２と、圧電体層１３５と、第２電極１３６と、絶縁層１３８と、を有する。なお、図１４において、被転写体１３０の各層、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６の図示は、省略されている。
【００７５】
液体噴射ヘッド１０００は、図１４に示すように、さらに、筐体２８を有する。筐体２８に、ノズルプレート２４、基板２１、振動板２３、第３電極２１２および被転写体１３０が収納される。筐体２８は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００７６】
ノズルプレート２４は、例えば、ステンレス製の圧延プレート等で構成されたものである。ノズルプレート２４には、液滴を吐出するための多数のノズル穴２５が一列に配置されている。ノズルプレート２４には、基板２１が固定されている。基板２１は、ノズルプレート２４と振動板２３との間の空間を区画して、リザーバ２６、供給口２７および複数の流路２２を形成する。リザーバ２６は、液体カートリッジ（図示せず）から供給される液体を一時的に貯留する。供給口２７によって、リザーバ２６から各流路２２へ液体が供給される。
【００７７】
流路２２は、図１３および図１４に示すように、各ノズル穴２５に対応して配設されている。ノズル穴２５は、流路２２と連続している。流路２２は、振動板２３の振動によってそれぞれ容積可変になっている。この容積変化によって、流路２２から液体が吐出される。
【００７８】
振動板２３の所定位置には、図１４に示すように、振動板２３の厚さ方向に貫通した貫通孔２９が形成されている。貫通孔２９によって、液体カートリッジからリザーバ２６へ液体が供給される。
【００７９】
被転写体１３０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板２３は、被転写体１３０の振動（たわみ）によって振動し、流路２２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００８０】
アクチュエータ３５０の製造方法および液体噴射ヘッド１０００の製造方法において、被転写体１３０、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６のそれぞれは、上述した実施形態に係る被転写体１３０、第３電極２１２、第４電極２１４および配線層２１６の製造方法を用いて形成される。また、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、基板２１上に振動板２３を形成する工程と、基板２１に流路２２を形成する工程と、基板２１の下にノズルプレート２４を形成する工程と、を含む。振動板２３、流路２２およびノズルプレート２４は、公知の方法により形成される。
【００８１】
本実施形態に係る圧電素子３００は、上述のように、簡易なプロセスで製造されることができる。従って、簡易なプロセスで製造されるアクチュエータ３５０および液体噴射ヘッド１０００を提供することができる。
【００８２】
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、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】本実施形態に係る圧電素子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を模式的に示す断面図。
【図１４】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。
【符号の説明】
【００８４】
２１ 基板、２２ 流路、２３ 振動板、２４ ノズルプレート、２５ ノズル穴、２６ リザーバ、２７ 供給口、２８ 筐体、２９ 貫通孔、１００ 第１基体、１１０ 第１基板、１２０ 犠牲層、１３０ 被転写体、１３２ 第１電極、１３３ 第１圧電体層、１３４ 第２圧電体層、１３５ 圧電体層、１３６ 第２電極、１３８ 絶縁層、１３８ｘ 突出部、１３９ 空洞部、２００ 第２基体、２１０ 基板、２１０ 第２基板、２１２ 第３電極、２１４ 第４電極、２１６ 配線層、３００ 圧電素子、３５０ アクチュエータ、１０００ 液体噴射ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転写体を有する第１基体を形成する工程と、
第２基体を形成する工程と、
前記被転写体を前記第１基体から前記第２基体に転写する工程と、を含み、
前記被転写体を形成する工程は、
第１基板の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、
前記圧電体層を結晶化する工程と、
少なくとも前記第２電極の上方に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２電極の少なくとも一部が露出し、かつ、前記絶縁層が前記第２電極に対し上方に突出する突出部を有するように、前記絶縁層をエッチングする工程と、を有し、
前記第２基体を形成する工程は、
第２基板の上方に第３電極を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、
前記第２基板と前記突出部とが接し、かつ、前記第２電極と前記第３電極とが接するように、前記被転写体と前記第２基体とを接合させる、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記第２基板の上方に第４電極を形成する工程と、
配線層によって、前記第１電極と前記第４電極とを電気的に接続する工程と、を有し、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していない、圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記配線層は、インクジェットにより形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記圧電体層を形成する工程は、前記第１電極が、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接している、圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングにより行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１基体を形成する工程は、さらに、前記第１基板と前記被転写体との間に犠牲層を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、さらに、前記第１基板を剥離する工程を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項７】
基板と、
前記基板の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極の上方に形成され、前記第３電極と接する第２電極と、
前記基板の上方に形成された絶縁層であって、前記第２電極に対して下方に突出した突出部を有し、該突出部が前記基板と接している前記絶縁層と、
前記第２電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第１電極と、を含む、圧電素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１電極は、配線層によって、前記基板の上方に形成された第４電極と電気的に接続され、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していない、圧電素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１電極は、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接している、圧電素子。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかにおいて、
少なくとも前記第３電極と、前記絶縁層との間に空洞部を有する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記圧電体層は、前記第２電極から前記第１電極に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状である、圧電素子。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載の圧電素子を含み、
前記基板が振動板を有する、アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のアクチュエータと、
前記基板に形成された流路と、
前記基板の下方に形成された、前記流路に連続するノズル穴を有するノズルプレートと、を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項１】
被転写体を有する第１基体を形成する工程と、
第２基体を形成する工程と、
前記被転写体を前記第１基体から前記第２基体に転写する工程と、を含み、
前記被転写体を形成する工程は、
第１基板の上方に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に第２電極を形成する工程と、
前記圧電体層を結晶化する工程と、
少なくとも前記第２電極の上方に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２電極の少なくとも一部が露出し、かつ、前記絶縁層が前記第２電極に対し上方に突出する突出部を有するように、前記絶縁層をエッチングする工程と、を有し、
前記第２基体を形成する工程は、
第２基板の上方に第３電極を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、
前記第２基板と前記突出部とが接し、かつ、前記第２電極と前記第３電極とが接するように、前記被転写体と前記第２基体とを接合させる、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記第２基板の上方に第４電極を形成する工程と、
配線層によって、前記第１電極と前記第４電極とを電気的に接続する工程と、を有し、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していない、圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記配線層は、インクジェットにより形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記圧電体層を形成する工程は、前記第１電極が、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接している、圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングにより行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記第１基体を形成する工程は、さらに、前記第１基板と前記被転写体との間に犠牲層を形成する工程を有し、
前記転写する工程は、さらに、前記第１基板を剥離する工程を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項７】
基板と、
前記基板の上方に形成された第３電極と、
前記第３電極の上方に形成され、前記第３電極と接する第２電極と、
前記基板の上方に形成された絶縁層であって、前記第２電極に対して下方に突出した突出部を有し、該突出部が前記基板と接している前記絶縁層と、
前記第２電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第１電極と、を含む、圧電素子。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１電極は、配線層によって、前記基板の上方に形成された第４電極と電気的に接続され、
前記配線層は、前記絶縁層を介して、前記第２電極および前記第３電極と接していない、圧電素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１電極は、平面的にみて、前記圧電体層の内側になるように形成され、
前記第１電極と前記第２電極とに挟まれていない前記圧電体層の一部が、前記配線層と接している、圧電素子。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかにおいて、
少なくとも前記第３電極と、前記絶縁層との間に空洞部を有する、圧電素子。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記圧電体層は、前記第２電極から前記第１電極に向かうに従って、徐々に幅が広くなるテーパー形状である、圧電素子。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載の圧電素子を含み、
前記基板が振動板を有する、アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のアクチュエータと、
前記基板に形成された流路と、
前記基板の下方に形成された、前記流路に連続するノズル穴を有するノズルプレートと、を含む、液体噴射ヘッド。
【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１４】
【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１４】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−５４７８６（Ｐ２００９−５４７８６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９９３３（Ｐ２００７−２１９９３３）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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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