JP2008147233A - アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置の製造方法及びその製造方法によって形成されたアクチュエータ装置を備えた液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】シリコン基板の一方面側に設けられた酸化シリコン膜及びこの上に設けられた酸化ジルコニウム層を含む振動板と、この振動板を介して、下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置の製造方法において、前記酸化シリコン膜の表層部を３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さだけ除去する表層部除去処理する処理工程と、処理後の酸化シリコン膜上にジルコニウム層を設け、これを熱酸化して酸化ジルコニウム層とする酸化工程とを備える。
【選択図】なし

Description

本発明は、圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面に振動板を設け、この振動板を介して設けられる圧電素子を備えたアクチュエータ装置の製造方法及びそれを備えた液体噴射ヘッドに関する。

電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載され、このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。そして、インクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。

前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。また、後者の不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。

このような圧電素子を構成する圧電材料層の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。この場合、圧電材料層を焼成する際に、圧電材料層の鉛成分が、シリコン（Ｓｉ）からなる流路形成基板の表面に設けられて振動板を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜に拡散してしまう。そして、この鉛成分の拡散によって酸化シリコンの融点が降下し、圧電材料層の焼成時の熱により溶融してしまうという問題がある。このような問題を解決するために、例えば、酸化シリコン膜上に振動板を構成する酸化ジルコニウム膜を設け、この酸化ジルコニウム膜上に圧電材料層を設けることで、圧電材料層から酸化シリコン膜への鉛成分の拡散を防止したものがある。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２０４８４９号公報（第１図、第２図、第５頁）

しかしながら、上述した構造にした圧電素子においては、酸化ジルコニウム膜乃至その上の下電極の異常成長が生じ、この異常成長部でリーク電流または先端放電が発生して、最悪の場合には圧電体層が破壊されることがあり、アクチュエータの信頼性を低下させていた。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置の製造方法及びその製造方法によって形成されたアクチュエータ装置を備えた液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の一の態様は、シリコン基板の一方面側に設けられた酸化シリコン膜及びこの上に設けられた酸化ジルコニウム層を含む振動板と、この振動板を介して、下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置の製造方法において、前記酸化シリコン膜の表層部を３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さだけ除去する表層部除去処理する処理工程と、処理後の酸化シリコン膜上にジルコニウム層を設け、これを熱酸化して酸化ジルコニウム層とする酸化工程と、を備えたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる本発明では、酸化シリコン膜の表層部を所定の厚さだけ除去する表層部除去処理の処理工程を行うことにより、酸化シリコン膜の表層部にある微細な気泡や異物など、ジルコニウム層の異常成長部の要因となる欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層とすることができる。

ここで、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃での加熱処理、及び逆スパッタ処理の少なくとも一方を行う処理であるのが好ましい。
かかる処理工程により、酸化シリコン膜の表層部の欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を形成することができる。

また、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、その後、逆スパッタ処理を行うものであるのが好ましい。
かかる減圧下での加熱処理及び逆スパッタ処理により表層部の気泡や異物が除去されて酸化シリコン膜の表層部の欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を形成することができる。

また、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、逆スパッタ処理をし、その後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、さらに逆スパッタ処理を行うものであるのが好ましい。
かかる超音波洗浄及び逆スパッタにより特に表面の異物が除去され、また、加熱処理により水分等が除去された後、逆スパッタすることにより、酸化シリコン膜の表層部の欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を形成することができる。

また、前記加熱処理が、スパッタ装置内での処理であるのが好ましい。
かかる加熱処理は、逆スパッタと連続的に行うことができ、効率的である。

また、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、フッ酸溶液を用いたエッチングを行うものであるのが好ましい。
かかるエッチングによって、表層部の気泡や異物が除去され、酸化シリコン膜の表層部の欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を形成することができる。

また、前記酸化シリコン膜が、熱酸化により１０００ｎｍ以上の膜厚に形成されたものであるのが好ましい。
このように酸化シリコン膜を１０００ｎｍ以上の膜厚に形成し、この表層部を除去することにより、酸化シリコン膜の表層部の欠陥が除去され、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を形成することができる。

また、前記ジルコニウム層の形成が、成膜温度が室温から１００℃までの範囲で、成膜時のスパッタ圧力が０．２〜１．０Ｐａであり、パワー密度３〜３０ｋＷ／ｍ^２の出力でのＤＣスパッタリング法によるものであるのが好ましい。
かかる条件でジルコニウム層を形成することにより、異常成長部のないジルコニウム層を比較的容易に形成することができる。

一方、本発明の他の態様は、本発明のアクチュエータ装置の製造方法によるアクチュエータ装置を具備し、その変位によって、前記基板に設けられた圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を吐出させることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる液体噴射ヘッドは、異常成長部のない酸化ジルコニウム層を振動板の一部とした圧電素子を用いたアクチュエータ装置を具備するので、信頼性の高いものである。

本発明によれば、酸化シリコン膜に表層部除去処理を施した後、この酸化シリコン膜上に酸化ジルコニウム層を形成するようにしたので、圧電素子の耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置の製造方法及びその製造方法によって形成されたアクチュエータ装置を備えた液体噴射ヘッドを提供することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るアクチュエータ装置を備えた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２は、図１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り形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。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、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設してインク供給路１４と連通部１３との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の幅方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、後述するマスク膜を介して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不錆鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、２５０〜１５００ｎｍ、本実施形態では、約４００ｎｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５が形成されている。なお、詳しくは後述するが、本発明の絶縁体膜５５は、所定の製造工程で成膜されたジルコニウム層を熱酸化することにより形成されて、弾性膜５０との密着性が向上されている。

また、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アクチュエータ装置と称する。なお、本実施形態では、弾性膜、絶縁体膜及び下電極膜が振動板として作用するが、勿論、弾性膜及び絶縁体膜のみが振動板として作用するようにしてもよい。

そして、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極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。

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に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。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。

ここで、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３２のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、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。

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。

また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。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。

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、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

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について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（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。ここで、二酸化シリコン膜５１は、所定の表層部除去処理を施すことにより、処理後二酸化シリコン膜５２とした後、図３（ｂ）に示すように、酸化ジルコニウム層からなる絶縁体膜５５を形成する。この手順については図４を参照しながら詳細に説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、熱酸化処理により、１０００ｎｍ以上、本実施形態では、約１１００ｎｍの厚さの二酸化シリコン膜５１を形成し、その後、図４（ｂ）に示すように、表層部除去処理により３０〜１００ｎｍの厚さだけ表層部を除去して処理後二酸化シリコン膜５２とする。

ここで、表層部除去処理の方法は特に限定されず、二酸化シリコン膜５１の表層部に含まれる気泡や異物を除去し、その上に形成されるジルコニウム層５４に異常成長部を形成しないように表層部を３０〜１００ｎｍの厚さで除去する処理であればよい。

具体的な表層部除去処理としては、例えば、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃での加熱処理、及び逆スパッタ処理の少なくとも一方を行う処理を挙げることができる。純水を用いた超音波処理により、表面に付着した異物を除去し、また、減圧下での加熱処理により付着した水分等を完全に除去でき、さらに、所定の厚さだけ逆スパッタにより除去することにより、気泡や異物が含有される表層部を除去できるからである。

好適には、表層部除去処理として、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、その後、逆スパッタ処理を行う処理を挙げることができる。

純水を用いた超音波処理により、表面に付着した異物を除去し、その後、減圧下での加熱処理により付着した水分等を完全に除去し、最後に所定の厚さだけ逆スパッタにより除去することにより、気泡や異物が含有される表層部を除去できるからである。

また、好適には、表層部除去処理が、純水を用いた超音波洗浄の後、逆スパッタ処理をし、その後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、さらに逆スパッタ処理を行う処理を挙げることができる。

純水を用いた超音波洗浄の後の逆スパッタ処理を二回に分けることにより、さらに欠陥のない膜とすることができる。なお、それぞれの逆スパッタによる処理量は合計の厚さが上述した範囲となるようにすればよいが、それぞれの処理を３０ｎｍ以上とするのが逆スパッタ処理の効果を顕著にする上でさらに好ましい。

また、上述した減圧下での加熱処理は、スパッタ装置内で行えばよい。加熱処理を逆スパッタ処理と連続的に行うことができ、効率的に行うことができるからである。勿論、別の加熱処理装置で行ってもよいことはいうまでもない。

さらに、好適な表層部除去処理としては、純水を用いた超音波洗浄の後、フッ酸溶液を用いたエッチングを行う処理を挙げることができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、表層部除去処理を施した処理後二酸化シリコン膜５２上に、ジルコニウム層５４を成膜し、これを酸化して図４（ｄ）に示すように、酸化ジルコニウム層からなる絶縁体膜５５とする。

ここで、ジルコニウム層５４を成膜する成膜工程は、例えば、スパッタリング法により行えばよいが、上述したとおり、処理後二酸化シリコン膜５２上に成膜するので、異常成長部のないジルコニウム層５４が成膜できる。また、スパッタ条件は特に限定されないが、例えば、成膜温度を室温から１００℃以下とし、パワー密度が３〜３０ｋＷ／ｍ^２の範囲とし、スパッタ圧力は、０．２〜１Ｐａの範囲とするのが好ましい。信頼性のあるアクチュエータ装置に適した酸化ジルコニウム層を得るために適した条件であるからである。

このように形成したジルコニウム層５４を形成した後は、図４（ｄ）に示すように、例えば、８５０〜１０００℃に加熱した拡散炉内に、例えば、３００ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは５００ｍｍ／ｍｉｎ以上のスピードで流路形成基板用ウェハ１１０を挿入してジルコニウム層５４を熱酸化させ、酸化ジルコニウム層からなる絶縁体膜５５とする。これにより、異常成長部のない結晶状態が良好な絶縁体膜５５を得ることができる。すなわち、絶縁体膜５５を構成する酸化ジルコニウムの結晶に異常成長部がない結晶となり、振動板の信頼性を向上させることができる。

これにより、振動板の剥離等の発生を防止することができ、耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置及びそれを備えたインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。

上述したように、絶縁体膜５５を形成した後は、図３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。次いで、下電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）をスパッタリング法、例えば、ＤＣスパッタリング法で種チタン層６５を形成する。種チタン層６５を形成することにより、後述する工程で形成される圧電体層７０の結晶性を向上させることができるからである。

次いで、図３（ｄ）に示すように、種チタン層６５上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成している。そして、このように圧電体層７０を形成すると、焼成時に圧電体層７０の鉛成分が弾性膜５０に拡散する虞があるが、圧電体層７０の下側には酸化ジルコニウム層からなる絶縁体膜５５が設けられているため、圧電体層７０の鉛成分が弾性膜５０に拡散することはない。なお、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法でもよく、また、スパッタリング法によってもよい。

次いで、図５（ａ）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に対向する領域毎にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（ｂ）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。

次に、図５（ｃ）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、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。

次いで、図５（ｄ）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薄くする。

次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、マスク膜５３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５３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６（ｂ）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、インク供給路１４、及び連通路１５等を形成する。

その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

（実施例）
ここで、二酸化シリコン膜５１に表層部除去処理を施し、ジルコニウム層５４を成膜した具体的な実施例及び比較例を示す。以下に示す実施例及び比較例から、上述したような表層部除去処理を施した処理後二酸化シリコン膜５２上にジルコニウム層５４を成膜することにより、異常成長部のない、信頼性の高いジルコニウム層を形成できることがわかる。

（実施例１）
シリコンウェハを熱酸化して約１１００ｎｍの二酸化シリコン膜を形成し、このウェハを、純水を用いて超音波洗浄した後、ＤＣスパッタ装置に導入し、１×１０^-5Ｐａ以下の減圧下４００℃で１０分間加熱処理した。その後、厚さ５０ｎｍだけ逆スパッタし、処理後二酸化シリコン膜を形成した。

この処理後二酸化シリコン膜上に、スパッタ圧力０．５Ｐａ、パワー密度１５ｋＷ／ｍ^２、室温の条件で２７０ｎｍのジルコニウム層を形成した。

かかるジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図７に示す。この表面を観察すると、異常成長部がない結晶であることが明らかとなった。

（実施例２）
熱酸化により約１１００ｎｍの二酸化シリコン膜を形成したウェハを、純水を用いて超音波洗浄した後、ＤＣスパッタ装置に導入し、厚さ５０ｎｍだけ逆スパッタし、その後、１×１０^-5Ｐａ以下の減圧下４００℃で１０分間加熱処理した。その後、厚さ５０ｎｍだけ逆スパッタし、処理後二酸化シリコン膜を形成した。

この処理後二酸化シリコン膜上に、実施例１と同じ条件のスパッタリング法によりジルコニウム層を形成した。

かかるジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図８に示す。この表面を観察すると、異常成長部がない結晶であることが明らかとなった。

（実施例３）
シリコンウェハを熱酸化して約１１００ｎｍの二酸化シリコン膜を形成し、このウェハを、純水を用いて超音波洗浄した後、ＤＣスパッタ装置に導入し、１×１０^-5Ｐａ以下の減圧下１８０℃で１０分間加熱処理し、その後、厚さ５０ｎｍだけ逆スパッタした。続いて、１×１０^-5Ｐａ以下の減圧下４００℃で１０分間加熱処理し、さらに、厚さ５０ｎｍだけ逆スパッタし、処理後二酸化シリコン膜を形成した。

この処理後二酸化シリコン膜上に、実施例１と同じ条件のスパッタリング法によりジルコニウム層を形成した。

かかるジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図９に示す。この表面を観察すると、異常成長部がない結晶であることが明らかとなった。

（実施例４）
シリコンウェハを熱酸化して約１１００ｎｍの二酸化シリコン膜を形成し、このウェハを、純水を用いて超音波洗浄した後、フッ酸（ＨＦ）溶液で洗浄し、表面を１００ｎｍエッチングし、処理後二酸化シリコン膜を形成した。

この処理後二酸化シリコン膜上に、実施例１と同じ条件のスパッタリング法によりジルコニウム層を形成した。

かかるジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図１０に示す。この表面を観察すると、異常成長部がない結晶であることが明らかとなった。

（比較例１）
シリコンウェハを熱酸化して約１１００ｎｍの二酸化シリコン膜を形成し、この上に、実施例１と同じ条件のスパッタリング法によりジルコニウム層を形成した。

かかるジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を図１１に示す。この表面を観察すると、異常成長部である膨らみが観察された。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、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、上述の実施形態では、弾性膜５０上に絶縁体膜５５を形成するようにしたが、絶縁体膜５５は、弾性膜５０よりも圧電体層７０側に設けられていればよく、例えば、弾性膜５０と絶縁体膜５５との間に他の層が設けられていてもよい。この場合でも、弾性膜５０の表面状態が他の層を介して絶縁体膜５５に影響し、上述した効果を得ることができる。また、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

また、本発明の製造方法は、液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用できることは言うまでもない。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 表層部除去処理及びジルコニウム層の成膜工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施例１に係るジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を示す図である。 実施例２に係るジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を示す図である。 実施例３に係るジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を示す図である。 実施例４に係るジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を示す図である。 比較例１に係るジルコニウム層の表面のＳＥＭ像を示す図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体膜、 ８０ 上電極膜、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. シリコン基板の一方面側に設けられた酸化シリコン膜及びこの上に設けられた酸化ジルコニウム層を含む振動板と、この振動板を介して、下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置の製造方法において、
   前記酸化シリコン膜の表層部を３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さだけ除去する表層部除去処理する処理工程と、処理後の酸化シリコン膜上にジルコニウム層を設け、これを熱酸化して酸化ジルコニウム層とする酸化工程と、
   を備えたことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
2. 請求項１に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃での加熱処理、及び逆スパッタ処理の少なくとも一方を行う処理であることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、その後、逆スパッタ処理を行うものであることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、逆スパッタ処理をし、その後、減圧下で１５０℃〜５００℃で加熱処理し、さらに逆スパッタ処理を行うものであることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
5. 請求項３又は４に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記加熱処理が、スパッタ装置内での処理であることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
6. 請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記処理工程が、純水を用いた超音波洗浄の後、フッ酸溶液を用いたエッチングを行うものであることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記酸化シリコン膜が、熱酸化により１０００ｎｍ以上の膜厚に形成されたものであることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法において、前記ジルコニウム層の形成が、成膜温度が室温から１００℃までの範囲で、成膜時のスパッタ圧力が０．２〜１．０Ｐａであり、パワー密度３〜３０ｋＷ／ｍ^２の出力でのＤＣスパッタリング法によるものであることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のアクチュエータ装置の製造方法によるアクチュエータ装置を具備し、その変位によって、前記基板に設けられた圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を吐出させることを特徴とする液体噴射ヘッド。