JP2015099864A - 薄膜圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱環境下での反りおよびハンドリング時の衝撃による薄ウェハ基板の破損を十分に低減し、ウェットエッチング時の薄ウェハ基板へのパーティクル付着を低減する製造方法を提供する。【解決手段】薄膜圧電アクチュエータの製造方法は、研削、研磨された薄ウェハ基板２の一方の面にフィルム基板１０を貼り付ける工程と、フィルム基板１０を貼り付けた状態で、薄ウェハ基板２の他方の面に、半導体加工プロセスにより圧電素子７をパターニング形成する工程とを有する。フィルム基板１０は、粘着層を介して積層される２層以上のフィルムを有している。このうち、最内層のフィルム１２は、熱収縮率が３％以下で、かつ、剛性を有している。最外層のフィルム１４は、最外層のフィルムよりも薄ウェハ基板２側に位置するフィルム１２を、半導体加工プロセスに含まれるウェットエッチング時に使用する薬品から保護する耐薬品性を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、薄膜圧電アクチュエータの製造方法に関するものである。

従来から、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。用紙や布などの記録メディアに対してインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの吐出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。

圧電式のアクチュエータには、バルク状の圧電体を用いたものと、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたものとがある。前者は出力が大きいため、大きな液滴を吐出することができるが、大型でコストが高い。これに対して、後者は出力が小さいため、液滴量は大きくできないが、小型でコストが低い。高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、圧電薄膜を用いてアクチュエータを構成することが適していると言える。

アクチュエータに圧電薄膜を用いたインクジェットヘッドでは、厚さ数ミクロンのシリコン薄肉（振動板）上に、上部電極と下部電極とで圧電薄膜を挟んだ構造の圧電素子が形成される。この圧電素子にｋＨｚオーダーの高周波の電界を印加し、圧電薄膜が逆圧電効果により振動板の面内方向に伸縮することで振動板が変位する。これにより、振動板に接する圧力室の堆積が変化し、圧力室内のインクを吐出することが可能となる。

上記の圧電薄膜は、シリコン基板上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相成長、などの成膜プロセスを用いて形成される。圧電薄膜の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）と呼ばれる鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）からなるペロブスカイト構造の結晶を用いることが多い。

アクチュエータにおけるシリコン基板の一方の面側には、圧電薄膜および電極（上部電極、下部電極）が形成され、他方の面側には、インク流路および圧力室などの機能部が形成される。これらは、フォトリソグラフィーなどの半導体プロセス技術を用いた高精度な加工プロセスによりそれぞれ形成される。シリコン基板における圧力室の上壁をなす部分は、上述した振動板を構成する。

このとき、直径６インチや直径８インチといった比較的大きなシリコンウェハ上に複数の圧電素子を高密度に配置し、複数のアクチュエータを一括して形成した後、シリコンウェハを分割して個片化すれば、アクチュエータを個別に製造する枚葉製造に比べて、コストを大幅に低減することができる。

ところで、一般のアクチュエータの製造においては、半導体ウェハ上で圧電薄膜層の成膜、電極層の成膜、およびこれらのパターニングが行われるが、成膜およびパターニングが行われるまでは、ハンドリング性の確保および割れ防止などの点から、半導体ウェハは一定の厚さを有している。そして、成膜およびパターニングの後、半導体ウェハの裏面に機械研削を施し、半導体ウェハを所定の厚さまで薄型化する工程、さらに薄型化した半導体ウェハを切断によりチップ化する工程が行われる。

圧電薄膜層がパターニングされた後の圧電薄膜は、機械的ダメージに弱く、圧電薄膜層の成膜およびパターニングの後に半導体ウェハを機械研削すると、圧電薄膜のエッジが剥離しやすくなって、特性が劣化しやすくなる。このため、圧電薄膜をパターニング形成する前に、先に半導体ウェハを研削、研磨して薄型化しておき、薄型ウェハのままでパターニング、エッチングなどのプロセス処理を行うことが、圧電薄膜の特性劣化を抑制できる点で望ましいと言える。

一方、大型化、薄型化した半導体ウェハは、加工中のハンドリングにおいて割れやすい。そこで、薄型化した半導体ウェハ（薄ウェハ）のハンドリング性を向上させるために、薄ウェハを支持基板（補強板）に貼り付けて用いることがある。薄ウェハを補強板に貼り付ける際には、真空チャンバ内において、ワックスを塗布した薄ウェハと、エアチャックした補強板とを向かい合わせて、互いに離反させた状態に配置し、薄ウェハを加熱してワックスに粘着力を持たせた上で薄ウェハを補強板に貼り付けるウェハ貼付装置（マウンター）が用いられる。また、ワックスを除去し、薄ウェハを支持基板から剥離する装置（デマウンター）も用いられる。しかし、貼り付けにワックスを用いる場合、製造過程での酸系エッチング時にワックスが溶け出し、コンタミネーション（汚染物質）による製品不良の原因となる。また、素子の生産数がそれほど多くない場合、上記装置に必要とされる大幅な設備投資が難しい場合もある。

ワックスを用いずに半導体ウェハに貼り付けることができ、また剥離も可能な支持基板としては、例えば特許文献１に開示された再剥離型粘着シートがある。この再剥離型粘着シートは、基材フィルムと粘着剤層との間に、少なくとも１層の中間層を有している。中間層は、２３℃における貯蔵弾性率（Ｇ’）が３．０×１０⁴〜１．０×１０⁸Ｐａであり、かつ２００℃における貯蔵弾性率（Ｇ’）が１．０×１０³〜８．０×１０⁴Ｐａである。このような中間層により、基材フィルムの熱収縮応力を緩和することができるため、加熱環境下におかれた場合でも半導体ウェハの反りを低減して、半導体ウェハの割れを低減できるというものである。

特開２００５−５３９９８号公報（請求項１、段落〔０００５〕、〔０００８〕、〔００２０〕、図１等参照）

ところが、薄ウェハに貼り付けるシートが、弾性のある材料を含む場合、ハンドリング時に薄ウェハに衝撃が加わると、薄ウェハが撓んでしまい、薄ウェハが割れてしまう可能性がある。この点、特許文献１の再剥離型粘着シートには、弾性のある中間層が含まれているため、衝撃による薄ウェハの割れを低減する点では不十分であった。

また、特許文献１の再剥離型粘着シートでは、基材フィルムに、強酸性の薬品に浸食される材料（例えばポリエチレンテレフタレート）が含まれているが、この基材フィルムが耐薬品性を有する層で保護されていないため、強酸性の薬品を用いてエッチング処理（ウェットエッチング）を行うと、薬品によって基材フィルムが浸食され、浸食された成分が薬品中に浮遊して薄ウェハ表面に付着し（パーティクル付着）、コンタミネーションによる製品不良の原因となってしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、加熱環境下での反りおよびハンドリング時の衝撃による薄ウェハ（薄ウェハ基板）の破損を十分に低減できるとともに、ウェットエッチング時の薄ウェハ基板へのパーティクル付着を低減できる薄膜圧電アクチュエータの製造方法を提供することにある。

本発明の一側面に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法は、研削、研磨された薄ウェハ基板の一方の面にフィルム基板を貼り付ける工程と、前記フィルム基板を貼り付けた状態で、前記薄ウェハ基板の他方の面に、半導体加工プロセスにより圧電素子をパターニング形成する工程とを有し、前記半導体加工プロセスは、前記薄ウェハ基板の前記他方の面に成膜される圧電薄膜層の上に、レジストを加熱環境下でパターニングする工程と、パターニングされた前記レジストをマスクとして、前記圧電薄膜層をウェットエッチングによってパターニングする工程とを含み、前記フィルム基板は、粘着層を介して積層される２層以上のフィルムを有しており、前記フィルム基板における前記粘着層以外の前記２層以上のフィルムのうち、貼り付け時に前記薄ウェハ基板に最も近い位置にある最内層のフィルムは、熱収縮率が３％以下で、かつ、剛性を有しており、貼り付け時に前記薄ウェハ基板から最も離れた位置にある最外層のフィルムは、該最外層のフィルムよりも前記薄ウェハ基板側に位置するフィルムを、前記ウェットエッチング時に使用する薬品から保護する耐薬品性を有している。

研削、研磨された薄ウェハ基板の一方の面にフィルム基板を貼り付けた状態で、他方の面に圧電素子が半導体加工プロセスによりパターニング形成される。上記のフィルム基板は、粘着層を介して積層される２層以上のフィルムを有している。このうち、最内層のフィルムは、熱収縮率が３％以下であるので、半導体加工プロセスにおける加熱環境下において、最外層のフィルムが熱収縮しようとしても、最内層のフィルムによってその収縮が十分に抑えられるため、フィルム基板が貼り付けられた薄ウェハ基板の反りを十分に低減できる。また、最内層のフィルムは剛性を有しているため、薄ウェハ基板のハンドリング時に衝撃が加わった場合でも、薄ウェハ基板が撓むのを十分に低減できる。したがって、薄ウェハ基板の加熱環境下での反りおよびハンドリング時の衝撃による破損を十分に低減することができる。

また、最外層のフィルムは、それ自体が耐薬品性を有しており、半導体加工プロセスのウェットエッチング時に使用する薬品から、該最外層のフィルムよりも内側の（薄ウェハ基板側の）フィルムを保護するので、ウェットエッチング時に内側のフィルムが上記薬品で浸食されるのを低減できる。これにより、浸食成分が薄ウェハ基板の表面に付着するパーティクル付着を低減することができる。

前記最内層のフィルムのヤング率は、２．４ＧＰａ〜４．５ＧＰａであることが望ましい。ヤング率が２．４ＧＰａ以上と高いため、最内層のフィルムに剛性を確実に持たせることができる。また、ヤング率が４．５ＧＰａ以下に抑えられているため、圧電素子をパターニング形成した後に、フィルム基板を剥離する場合でも、その剥離が容易となる。

前記最内層のフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンのいずれかを含んでいてもよい。この場合、熱収縮率が３％以下で、かつ、剛性を有する最内層のフィルムを容易に実現できる。

前記最外層のフィルムは、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、メチルペンテン樹脂、白金、金、ニッケルのいずれかを含んでいてもよい。この場合、耐薬品性を有する最外層のフィルムを容易に実現できる。

上述した製造方法は、ウェハを研削、研磨して前記薄ウェハ基板を作製する工程と、前記フィルム基板を貼り付ける前に、前記薄ウェハ基板上に前記圧電薄膜層を成膜する工程とを有していてもよい。圧電薄膜層の成膜前に、先にウェハを研削、研磨して薄ウェハ基板を作製しておくことにより、研削時の機械的なダメージによる圧電薄膜の特性劣化を確実に回避することができる。

上述した製造方法は、ウェハ上に前記圧電薄膜層を成膜する工程と、その後、前記ウェハにおける前記圧電薄膜層の成膜側とは反対側の面を研削、研磨して前記薄ウェハ基板を作製する工程とを有していてもよい。ウェハ上に圧電薄膜層を成膜してからウェハを研削、研磨して薄ウェハ基板を作製すると、圧電薄膜層のエッジが機械的な研削時のダメージによって剥離しやすくなる。しかし、この部分（圧電薄膜層のエッジ）はその後の圧電薄膜層のパターニングによって除去される可能性が高い。したがって、圧電薄膜層を成膜してからウェハを薄型化する手法であっても、圧電薄膜の特性劣化を回避しながら、薄膜圧電アクチュエータを製造することは可能である。

前記レジストを加熱環境下でパターニングする工程は、前記レジストを加熱環境下で塗布する工程および加熱環境下で現像する工程を含んでいてもよい。このように加熱環境下でレジストの塗布および現像を行う場合でも、フィルム基板の最内層のフィルムの熱収縮率が十分に小さいため、薄ウェハ基板の反りを十分に低減して、薄ウェハ基板の破損を十分に低減することができる。

前記半導体加工プロセスは、前記薄ウェハ基板上に、前記圧電薄膜層のパターニングによって形成される圧電薄膜を覆うように電極層を形成する工程と、前記電極層の上に、別のレジストを加熱環境下でパターニングする工程と、パターニングされた前記別のレジストをマスクとして、前記電極層をエッチングによってパターニングする工程とを含んでいてもよい。圧電薄膜を覆う電極層の上に、加熱環境下で別のレジストをパターニングし、電極層をエッチングしてパターニングする場合でも、フィルム基板の最内層のフィルムの熱収縮率が十分に小さいため、薄ウェハ基板の反りを十分に低減して、薄ウェハ基板の破損を十分に低減することができる。

上記の製造方法によれば、加熱環境下での反りおよびハンドリング時の衝撃による薄ウェハ基板の破損を十分に低減できるとともに、ウェットエッチング時の薄ウェハ基板へのパーティクル付着を低減できる。

本発明の実施の一形態に係る薄膜圧電アクチュエータの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。 上記薄膜圧電アクチュエータの製造時に薄ウェハ基板に貼り付けられるフィルム基板の断面図である。 上記薄膜圧電アクチュエータの製造方法に係る製造工程を示す断面図である。 上記製造方法に係る製造工程を示す断面図である。 上記製造方法に係る製造工程を示す断面図である。 上記薄膜圧電アクチュエータの他の製造方法に係る製造工程を示す断面図である。

〔薄膜圧電アクチュエータの構成〕
図１は、本実施形態の薄膜圧電アクチュエータ（以下、単にアクチュエータまたはチップとも称する）の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。本実施形態の薄膜圧電アクチュエータ１は、薄ウェハ基板２上に、熱酸化膜３、下部電極４、圧電薄膜５、上部電極６をこの順で積層して構成されている。

薄ウェハ基板２は、シリコン（Ｓｉ）またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板からなるウェハを研削、研磨して薄型化したものであり、その厚さは例えば１５０μｍである。この薄ウェハ基板２には、インクを収容するための圧力室２ａが形成されている。そして、薄ウェハ基板２において圧力室２ａの上壁をなす部分が、振動板２ｂを構成している。熱酸化膜３は、薄ウェハ基板２の保護および絶縁の目的で形成されている。下部電極４、圧電薄膜５および上部電極６は、圧電素子７を構成している。

下部電極４および上部電極６に、図示しない駆動回路から駆動信号（駆動電圧）が供給されると、圧電薄膜５が、下部電極４と上部電極６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（薄ウェハ基板２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜５と振動板２ｂとの長さの違いにより、振動板２ｂに曲率が生じ、振動板２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。

したがって、圧力室２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２ｂの振動により、圧力室２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２ａ内のインクが吐出孔（図示せず）からインク滴として外部に吐出される。

〔薄膜圧電アクチュエータの製造時に用いるフィルム基板について〕
次に、薄膜圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する前に、その製造時に用いるフィルム基板について説明する。

図２は、薄膜圧電アクチュエータ１の製造時に用いるフィルム基板１０の断面図である。フィルム基板１０は、粘着層を介して積層される２層以上のフィルムを有しており、本実施形態では、薄ウェハ基板２への貼り付け側から、粘着層１１、第１のフィルム１２、粘着層１３、第２のフィルム１４をこの順で積層して構成されている。

粘着層１１・１３を構成する粘着剤としては、一般的に使用されている感圧性粘着剤を使用でき、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等の粘着剤を用いることができる。特に、フィルム基板１０が加熱環境に置かれる場合は、耐熱性などの観点から、アクリル系ポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤を用いることが好ましい。

第１のフィルム１２は、薄ウェハ基板２への貼り付け時に、粘着層１１を除いて薄ウェハ基板２に最も近い位置にある最内層のフィルムである。この第１のフィルム１２の熱収縮率は３％以下である。なお、上記の熱収縮率は、例えば１３０℃で１０分程度の熱環境下での値であり、第１のフィルム１２を搬送しながら製膜するときの搬送方向であるＭＤ方向（Machine Direction）および幅手方向であるＴＤ方向（Transverse Direction）のいずれについても３％以下である。

また、第１のフィルム１２は、剛性を有している。第１のフィルム１２の剛性は、薄ウェハ基板２を支持するために高いほうが好ましいが、高すぎると薄ウェハ基板２からフィルム基板１０を剥離することが困難となる。このことから、第１のフィルム１２の剛性を示すヤング率は、２．４ＧＰａ〜４．５ＧＰａに設定されることが望ましい。

上記の熱収縮率および剛性をともに満足するような第１のフィルム１２の材料としては、特に制限なく使用することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（アクリル）、ポリアミド６６（ナイロン６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のいずれかを使用することにより、上記特性を有する第１のフィルム１２を容易にかつ確実に実現することができる。

第１のフィルム１２の厚さは、材質の種類に応じて適宜決定されればよいが、例えば５０〜２２０μｍ程度、好ましくは７０〜２００μｍ程度である。

第２のフィルム１４は、薄ウェハ基板２への貼り付け時に、薄ウェハ基板２から最も離れた位置にある最外層のフィルムである。この第２のフィルム１４は、後述する薄膜圧電アクチュエータ１の製造過程で（特に半導体加工プロセスのウェットエッチング時に）使用する薬品から、第１のフィルム１２を（浸食されないように）保護する耐薬品性（耐酸性）を有している。上記の薬品には、弗酸、硝酸、過酸化水素水などが含まれる。

耐薬品性を有する第２のフィルム１４の材料としては、特に制限なく使用することができる。例えば、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、塩化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂、メチルペンテン樹脂（ＴＰＸ）、金属箔（白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）など）のいずれかを使用することにより、耐薬品性を有する第２のフィルム１４を容易にかつ確実に実現することができる。上記のフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）を使用することができる。

第２のフィルム１４の厚みは、材質の種類に応じて適宜決定されればよいが、例えば１０〜１００μｍ程度、好ましくは２０〜５０μｍ程度である。

フィルム基板１０は、粘着層１１付きの第１のフィルム１２と、粘着層１３付きの第２のフィルム１４とを貼り合わせて構成されてもよく、両面に粘着層１１・１３が付いた第１のフィルム１２と第２のフィルム１４とを貼り合わせて構成されてもよい。また、粘着層１１付きの第１のフィルム１２の薄ウェハ基板２への貼り付けと、粘着層１３付きの第２のフィルム１４の第１のフィルム１２への貼り付けとによって、薄ウェハ基板２へのフィルム基板１０の貼り付けを実現してもよい。

また、フィルム基板１０は、粘着層を介して３層以上のフィルムが積層された構成であってもよい。この場合、粘着層を除く上記３層以上のフィルムのうち、フィルム基板１０を薄ウェハ基板２に貼り付けた状態で、薄ウェハ基板２に最も近い位置にある最内層フィルムが、上記した第１のフィルム１２と同様の特性を有し、薄ウェハ基板２から最も離れた位置にある最外層のフィルムが、上記した第２のフィルム１４と同様の特性を有していればよい。この場合、最外層のフィルムは、第１のフィルム１２のみならず、該最外層のフィルムよりも内側（薄ウェハ基板２側）に位置する全てのフィルム（粘着層を除く）を、半導体加工プロセスのウェットエッチング時に使用する薬品から保護する耐薬品性を有することになる。

〔薄膜圧電アクチュエータの製造方法〕
次に、薄膜圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。図３〜図５は、薄膜圧電アクチュエータ１の製造工程を示す断面図である。薄膜圧電アクチュエータ１は、大まかに以下の工程を経て製造される。なお、（５）〜（９）の工程は、薄ウェハ基板２の一方の面にフィルム基板１０を貼り付けた状態で、薄ウェハ基板２の他方の面に、半導体加工プロセスにより圧電素子７をパターニング形成する工程に対応する。

（１）基板準備工程
（２）下部電極形成工程
（３）圧電薄膜層形成工程
（４）フィルム基板貼り付け工程
（５）第１のレジスト塗布工程
（６）圧電薄膜パターニング工程
（７）上部電極層形成工程
（８）第２のレジスト塗布工程
（９）上部電極パターニング工程
（１０）フィルム基板剥離工程
（１１）第３のレジスト塗布工程
（１２）圧力室形成工程
（１３）ノズル基板接合工程

以下、上記（１）〜（１３）の各工程の詳細について説明する。

（１）基板準備工程
薄ウェハ基板２を用意する。この工程では、厚みのあるウェハを研削、研磨し、薄ウェハ基板２を作製して用意してもよいし、予め研削、研磨した薄ウェハ基板２を用意するだけでもよい。薄ウェハ基板２の材料は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコンであり、ここでは、ＳｉＯ₂からなる酸化膜２ｄを介して２枚のＳｉ基板２ｃ・２ｅが接合されたＳＯＩ構造のものを用いる。薄ウェハ基板２は、所定の厚み（例えば１５０μｍ）に仕上げてある。なお、研削、研磨を行う前のＳｉ基板２ｃの厚さは例えば６００μｍである。また、酸化膜２ｄの厚さは例えば０．５μｍであり、Ｓｉ基板２ｅの厚さは例えば５μｍであるが、これらの厚さは研削、研磨の前後で変わらない。

薄ウェハ基板２のＳｉ基板２ｅの上には、さらにＳｉＯ₂からなる熱酸化膜３が形成されている。この熱酸化膜３は、薄ウェハ基板２の表面を熱酸化することによって形成される。熱酸化膜３の厚さは例えば０．１μｍである。

（２）下部電極形成工程
熱酸化膜３の表面にチタン（Ｔｉ）の層と白金（Ｐｔ）の層とをスパッタによって順に成膜し、下部電極４を形成する。Ｔｉ層は、Ｐｔ層と熱酸化膜３との密着性を向上させるために設けられた密着層であり、例えば膜厚１０ｎｍ程度である。なお、密着層は、酸化チタン（ＴｉＯｘ）の層で構成されてもよい。Ｐｔ層は、自己配向性を有しており、薄ウェハ基板２に対して（１１１）方向に配向している。Ｐｔ層の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。なお、下部電極層４ａは、Ｔｉ（例えば厚さ２０ｎｍ）、Ｐｔ（例えば厚さ１００ｎｍ）、Ｔｉ（例えば厚さ１０ｎｍ）の３層で構成されていてもよい。

（３）圧電薄膜層形成工程
下部電極４上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電薄膜層５ａをスパッタ法により６００℃の温度で成膜する。圧電薄膜層５ａの厚さは、例えば４〜５μｍである。このとき、ＰＺＴを構成するＺｒとＴｉの比は、ＭＰＢ（Morphotropic Phase Boundary）組成を構成する５２：４８付近であることが望ましい。また、圧電薄膜層５ａを構成するＰＺＴ膜は、高い圧電特性が得られるペロブスカイト層の（１００）に配向した１軸配向膜であることが望ましい。

なお、圧電薄膜層５ａと下部電極４との間に、圧電薄膜層５ａの結晶配向性を制御するためのバッファ層を形成してもよい。バッファ層としては、ペロブスカイト型のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）や、酸化ストロンチウムルテニウム（ＳＲＯ）、酸化ストロンチウムチタン（ＳＴＯ）等があり、基板面（積層面）に対して平行な（１００）方向に配向していることが望ましい。これにより、（１００）配向のＰＺＴ膜の成長を容易にでき、（１００）配向のＰＺＴ膜をより安定して得ることができる。このようにして形成される圧電薄膜層５ａは、圧電定数ｄ₃₁において、−１８０ｐｍ／Ｖと非常に高い値が得られる。

（４）フィルム基板貼り付け工程
第１のフィルム１２として、熱収縮率が３％以下で剛性を有するＰＥＴ製の粘着層付きフィルム（日東電工製 ＮＢＤ−３１９０Ｋ）を用い、これをローラーで薄ウェハ基板２における圧電薄膜層５ａの成膜側とは反対側の面に貼り付け、その後、上記フィルムをカッターで薄ウェハ基板２よりも１ｍｍ大きいサイズにカットした。次に、第２のフィルム１４として、耐薬品性（耐強酸性）を有するポリプロピレン製の粘着層付きフィルム（スミロン製 ＥＣ−７９９５）を用い、これをＰＥＴフィルムの上からローラーで貼り付け、その後、上記フィルムをカッターで薄ウェハ基板２よりも１ｍｍ大きいサイズにカットした。これにより、図２と同様の構成のフィルム基材１０が薄ウェハ基板２に貼り付けられたことになる。なお、図３および図４では、便宜上、図２の粘着層１１・１３に相当する粘着層の図示を省略している。

ローラーを用いてフィルムを貼り付けることにより、フィルムとその貼り付け面との間に気泡を巻き込まずにフィルムを貼り付けることができる。例えば、特開２００４−２６６１８３号公報では、基板の端部からローラー等で押圧しながらフィルム基板を貼り付ける方法が開示されており、特開２００１−２１０７０１号公報では、真空雰囲気下でフィルム基板を貼り付ける方法が開示されているが、これらの方法は本実施形態でのフィルムの貼り付けに適している。

また、フィルムの余分な部分（薄ウェハ基板２からはみ出た部分）は、上記のようにカッターなどでカットすればよいが、薄ウェハ基板２よりも数ミリ程度大きい形状にフィルムをカットすることにより、薄ウェハ基板２の側面に力が加わったときに、薄ウェハ基板２に直接力が伝わらないので、薄ウェハ基板２の破損に対して効果的である。なお、予め薄ウェハ基板２の大きさに合わせてフィルムをカットしておき、これを薄ウェハ基板２に貼り付けてもよい。

（５）第１のレジスト塗布工程
薄ウェハ基板２の圧電薄膜層５ａ上に、感光性樹脂材料からなる第１のレジスト２１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像し、パターニングする。つまり、第１のレジスト２１の不要な部分をエッチングで除去し、必要な圧電薄膜５の形状を転写する。このときの第１のレジスト２１の塗布および現像は、１３０℃、１０分程度の加熱環境下で行われる。

（６）圧電薄膜パターニング工程
パターニングされた第１のレジスト２１をマスクとし、弗酸、硝酸、過酸化水素水等の混合エッチング液（薬品）を用いて、圧電薄膜層５ａをウェットエッチングによってパターニングし、不要な部分を除去する。これにより、ＰＺＴからなる圧電薄膜５のパターンが形成される。

（７）上部電極層形成工程
薄ウェハ基板２上に、圧電薄膜５を覆うように上部電極層６ａをスパッタ法により形成する。上部電極層６ａは、Ｔｉ層と金（Ａｕ）の層とを積層して構成される。Ｔｉ層は、圧電薄膜５とＡｕ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０１μｍであり、Ａｕ層の厚さは例えば０．２μｍである。

（８）第２のレジスト塗布工程
上部電極層６ａの上に、感光性樹脂材料からなる第２のレジスト２２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像し、パターニングする。つまり、第２のレジスト２２の不要な部分をエッチングで除去し、必要な上部電極６の形状を転写する。このときの第２のレジスト２２の塗布および現像は、１３０℃、１０分程度の加熱環境下で行われる。

（９）上部電極パターニング工程
パターニングされた第２のレジスト２２をマスクとし、反応性イオンエッチングによって上部電極層６ａをパターニングし、不要な部分を除去する。これにより、上部電極６のパターンが形成されるとともに、下部電極４、圧電薄膜５、上部電極６からなる圧電素子７が形成される。

（１０）フィルム基板剥離工程
薄ウェハ基板２からフィルム基板１０を剥離する。ここでは、薄ウェハ基板２に対して圧電素子７側の全てのパターンが形成された後にフィルム基板１０を剥離しているが、各レイヤーの成膜ごとにフィルム基板１０を貼り替えてもよい。

（１１）第３のレジスト塗布工程
薄ウェハ基板２の裏面（フィルム基板１０を剥離した側の面）に感光性樹脂材料としての第３のレジスト２３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像し、エッチングで不要な部分を除去することにより、圧力室２ａの形状を転写する。

（１２）圧力室形成工程
第３のレジスト２３をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて薄ウェハ基板２（特にＳｉ基板２ｃ）の除去加工を行い、圧力室２ａおよび振動板２ｂを形成する。その後、第３のレジスト２３を除去することにより、薄膜圧電アクチュエータ１が完成する。

（１３）ノズル基板接着工程
インクの吐出孔となるノズル孔３１ａを有するノズル基板３１を別途作製しておき、このノズル基板３１を接着剤等によって薄ウェハ基板２と接合する。これにより、薄膜圧電アクチュエータ１を有するインクジェットヘッド１ａが完成する。

以上のように、本実施形態では、薄ウェハ基板２の一方の面にフィルム基板１０を貼り付けた状態で、薄ウェハ２の他方の面に、圧電素子７が半導体加工プロセスによりパターニング形成される。このとき、フィルム基板１０の最も薄ウェハ基板２側に位置する第１のフィルム１２は、熱収縮率が３％以下であるので、半導体加工プロセスにおける加熱環境下（例えば第１のレジスト２１の塗布、現像時）において、第２のフィルム１４が熱収縮しようとしても、第１のフィルム１２によってその収縮が十分に抑えられる。これにより、加熱環境下における薄ウェハ基板２の反りを十分に低減できる。また、第１のフィルム１２は剛性を有しているため、薄ウェハ基板２のハンドリング時に衝撃が加わった場合でも、薄ウェハ基板２が撓むのを十分に低減できる。したがって、薄ウェハ基板２の加熱環境下での反りおよびハンドリング時の衝撃による破損（割れ）を十分に低減することができる。

また、フィルム基材の第２のフィルム１４は、耐薬品性を有して第１のフィルム１２を保護しているため、半導体加工プロセスのウェットエッチング時（圧電薄膜層５ａのウェットエッチング時）に使用する薬品によって第１のフィルム１２が浸食されるのを低減できる。これにより、浸食成分が薄ウェハ基板２の表面に付着する、いわゆるパーティクル付着を低減することができ、コンタミネーションによる製品不良が生じるのを低減することができる。

また、圧電薄膜層５ａの成膜前に、先にウェハを研削、研磨して薄ウェハ基板２を作製しておくことにより、研削時の機械的なダメージによって圧電薄膜５のエッジが剥離して特性が劣化するのを確実に回避することができる。

また、第１のレジスト２１を加熱環境下で塗布、現像する場合でも、フィルム基板１０の第１のフィルム１２の熱収縮率が十分に小さいため、薄ウェハ基板２の反りを十分に低減して、薄ウェハ基板２の破損を十分に低減することができる。

また、圧電薄膜５を覆う上部電極層６ａの上に、加熱環境下で第２のレジスト２２を塗布、現像してパターニングし、第２のレジスト２２をマスクとして上部電極層６ａをエッチングしてパターニングする場合でも、フィルム基板１０の第１のフィルム１２の熱収縮率が十分に小さいため、加熱環境下での薄ウェハ基板２の反りを十分に低減して、薄ウェハ基板２の破損を十分に低減することができる。

〔薄膜圧電アクチュエータの他の製造方法〕
図６は、薄膜圧電アクチュエータ１の他の製造方法に係る製造工程の一部を示す断面図である。同図に示すように、研削、研磨する前のウェハ２’の一方の面上に、熱酸化膜３、下部電極４、圧電薄膜層５ａをこの順で形成し（工程（１）、（２ａ）、（２ｂ）参照）、その後、ウェハ２’の他方の面、すなわち、圧電薄膜層５ａの成膜側とは反対側の面を研削、研磨して薄ウェハ基板２を作製するようにしてもよい（工程（３）参照）。なお、その後の工程は、図３の（４）以降の工程と同様である。

ウェハ２’上に圧電薄膜層５ａを成膜してから、ウェハ２’を研削、研磨して薄ウェハ基板２を作製すると、圧電薄膜層５ａのエッジが機械的な研削によるダメージを受けて剥離しやすくなる。しかし、この剥離しやすくなったエッジ部分は、その後の圧電薄膜層５ａのパターニングによって除去される可能性が高い。したがって、圧電薄膜層５ａを成膜してからウェハ２’を研削、研磨して薄型化する手法であっても、（その後の圧電薄膜層５ａのパターニングによるエッジの除去によって）圧電薄膜５の特性劣化を回避しながら、薄膜圧電アクチュエータ１を製造することが可能であり、有効である。

なお、以上では、インクジェットヘッドに適用可能な薄膜圧電アクチュエータの製法について説明したが、本実施形態の製法は、圧電素子を用いたデバイスの製造に種々適用することができ、例えば熱センサや超音波センサなどのデバイスの製造にも適用することができる。

本発明は、例えばインクジェットヘッドのアクチュエータや、熱センサ、超音波センサなどのデバイスの製造に利用可能である。

１ 薄膜圧電アクチュエータ
２ 薄ウェハ基板
２’ ウェハ
５ 圧電薄膜
５ａ 圧電薄膜層
６ａ 上部電極層
７ 圧電素子
１０ フィルム基板
１１ 粘着層
１２ 第１のフィルム
１３ 粘着層
１４ 第２のフィルム
２１ 第１のレジスト
２２ 第２のレジスト

Claims (8)

1. 研削、研磨された薄ウェハ基板の一方の面にフィルム基板を貼り付ける工程と、
   前記フィルム基板を貼り付けた状態で、前記薄ウェハ基板の他方の面に、半導体加工プロセスにより圧電素子をパターニング形成する工程とを有し、
   前記半導体加工プロセスは、
   前記薄ウェハ基板の前記他方の面に成膜される圧電薄膜層の上に、レジストを加熱環境下でパターニングする工程と、
   パターニングされた前記レジストをマスクとして、前記圧電薄膜層をウェットエッチングによってパターニングする工程とを含み、
   前記フィルム基板は、粘着層を介して積層される２層以上のフィルムを有しており、
   前記フィルム基板における前記粘着層以外の前記２層以上のフィルムのうち、
   貼り付け時に前記薄ウェハ基板に最も近い位置にある最内層のフィルムは、熱収縮率が３％以下で、かつ、剛性を有しており、
   貼り付け時に前記薄ウェハ基板から最も離れた位置にある最外層のフィルムは、該最外層のフィルムよりも前記薄ウェハ基板側に位置するフィルムを、前記ウェットエッチング時に使用する薬品から保護する耐薬品性を有していることを特徴とする薄膜圧電アクチュエータの製造方法。
2. 前記最内層のフィルムのヤング率は、２．４ＧＰａ〜４．５ＧＰａであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電アクチュエータの製造方法。
3. 前記最内層のフィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンのいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜圧電アクチュエータ。
4. 前記最外層のフィルムは、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、メチルペンテン樹脂、白金、金、ニッケルのいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の薄膜圧電アクチュエータ。
5. ウェハを研削、研磨して前記薄ウェハ基板を作製する工程と、
   前記フィルム基板を貼り付ける前に、前記薄ウェハ基板上に前記圧電薄膜層を成膜する工程とを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の薄膜圧電アクチュエータ。
6. ウェハ上に前記圧電薄膜層を成膜する工程と、
   その後、前記ウェハにおける前記圧電薄膜層の成膜側とは反対側の面を研削、研磨して前記薄ウェハ基板を作製する工程とを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の薄膜圧電アクチュエータ。
7. 前記レジストを加熱環境下でパターニングする工程は、前記レジストを加熱環境下で塗布する工程および加熱環境下で現像する工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の薄膜圧電アクチュエータ。
8. 前記半導体加工プロセスは、
   前記薄ウェハ基板上に、前記圧電薄膜層のパターニングによって形成される圧電薄膜を覆うように電極層を形成する工程と、
   前記電極層の上に、別のレジストを加熱環境下でパターニングする工程と、
   パターニングされた前記別のレジストをマスクとして、前記電極層をエッチングによってパターニングする工程とを含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の薄膜圧電アクチュエータ。

Images