JPWO2015076135A1 - 薄膜圧電アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
薄膜圧電アクチュエータの製造方法は、基板（２）の一方の面上に圧電素子（７）をパターニング形成する工程と、基板（２）の一方の面側に第１の分割溝（１１）をドライエッチングによってパターニング形成する工程と、基板（２）の一方の面上に、圧電素子（７）および第１の分割溝（１１）を覆って表面を平坦化する第１のレジスト（１２）を形成する工程と、第１のレジスト（１２）上にフィルム基材を貼り付ける工程と、基板（２）の他方の面上に第２のレジストを形成する工程と、第２のレジストをマスクとして、基板（２）を他方の面側からドライエッチングすることにより、振動板と、第１の分割溝（１１）とつながって貫通する第２の分割溝とを同時に形成する工程とを有している。
Description
本発明は、基板を分割して個々の薄膜圧電アクチュエータを製造する薄膜圧電アクチュエータの製造方法と、その製造方法によって製造された薄膜圧電アクチュエータと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容積が変化し、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。シリコン基板において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。
薄肉部を有するウェハを分割する技術については、例えば特許文献１および２に開示されている。特許文献１では、ウェハの薄肉部にレジストを介して保護フィルムを貼り付け、その後、ウェハに切り込みを入れてダイシング装置により切断、分割するようにしている。また、特許文献２では、ウェハと硬質基板とをレジストで貼り合わせ、ドライエッチングによって薄肉部と分割溝とを同時に形成した後、分割溝に残ったウェハ部分、つまり、分割溝の下部を鋭利な刃物（例えばカミソリ）で破断し、その後、アセトンに浸してレジストを除去し、硬質基板と各チップとを回収するようにしている。
ところが、インクジェットヘッドのアクチュエータにおいて、厚さ数ミクロンしかないシリコン薄肉からなる振動板の機械的強度は非常に弱い。このため、上記した特許文献１または２の方法をアクチュエータの製造にそのまま利用すると、ウェハを分割して個片化する際に、振動板が破損し、歩留りが低下するという問題が生ずる。より詳しくは、特許文献１の方法を利用すると、ダイシング装置を用いてウェハを切断する際に、ブレードからの振動や切削水の水圧によって、薄肉部である振動板が破損する。また、特許文献２の方法を利用すると、分割溝に残ったウェハ部分を鋭利な刃物で機械的に切断する際の振動により、振動板が破損する。
また、特許文献２では、ウェハと硬質基板とを貼り合わせるレジストは、放熱を考慮して薄くすることが望ましいことが開示されている。しかし、インクジェットヘッドのアクチュエータにおいては、基板の一方の面側、すなわち、圧電素子が形成される側に、圧電素子の厚み分の段差が生じる。このため、レジストの厚さを薄くすると、レジストの表面に圧電素子の厚さに対応する段差が生じる。この場合、レジストに硬質基板を貼り合わせる際に空気（気泡）を巻き込み、薄肉部形成時のドライエッチングにおいてウェハに熱分布が生じる。その結果、ドライエッチングの精度が低下し、薄肉部を精度よく形成することが困難となる。
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、基板を分割して個々の薄膜圧電アクチュエータを製造するにあたり、振動板の破損を低減して歩留りを向上させるとともに、振動板を精度よく形成することができる薄膜圧電アクチュエータの製造方法と、その製造方法によって製造された薄膜圧電アクチュエータと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、基板を分割して個々の薄膜圧電アクチュエータを製造する薄膜圧電アクチュエータの製造方法であって、前記基板の一方の面上に、電極および圧電薄膜を含む圧電素子をパターニング形成する工程と、前記基板の一方の面側に、前記基板を分割するための第１の分割溝をドライエッチングによってパターニング形成する工程と、前記基板の一方の面上に、前記圧電素子および前記第１の分割溝を覆って表面を平坦化する第１のレジストを形成する工程と、前記第１のレジスト上に、フィルム基材を貼り付ける工程と、前記基板における一方の面とは反対側の他方の面上に、前記圧電素子に対応して位置する振動板と、前記第１の分割溝に対応して位置する第２の分割溝とをパターニングするための第２のレジストを形成する工程と、前記第２のレジストをマスクとして、前記基板を他方の面側からドライエッチングすることにより、前記振動板と、前記第１の分割溝とつながって貫通する前記第２の分割溝とを同時に形成する工程とを有している。
ドライエッチングによって基板に第１および第２の分割溝を形成して基板を分割するため、ダイシング等による機械的加工によるダメージを振動板に与えることなく基板を分割できる。これにより、基板分割時の振動板の破損を低減して歩留りを向上させることができる。また、第１のレジスト上にフィルム基材を貼り付ける際に、第１のレジストの表面が平坦であるため、気泡を巻き込むことなく貼り付けることができる。これにより、振動板形成時のドライエッチングにおいて、上記気泡によって基板に熱分布が生じてドライエッチングの精度が低下するのを抑えることができ、振動板を精度よく形成することができる。
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
〔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、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。
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、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。
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、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、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（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２および図３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（１）〜（１６）の工程を経て製造される。なお、（２）〜（７）の工程は、圧電素子７をパターニング形成する工程に対応する。また、（２）〜（１０）の工程は、基板２に対して一方の面側で行われ、（１１）〜（１４）の工程は、基板２に対して他方の面側で行われる。
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２および図３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（１）〜（１６）の工程を経て製造される。なお、（２）〜（７）の工程は、圧電素子７をパターニング形成する工程に対応する。また、（２）〜（１０）の工程は、基板２に対して一方の面側で行われ、（１１）〜（１４）の工程は、基板２に対して他方の面側で行われる。
（１）基板準備工程
（２）下部電極層形成工程
（３）圧電薄膜層形成工程
（４）上部電極層形成工程
（５）上部電極パターニング工程
（６）圧電薄膜パターニング工程
（７）下部電極パターニング工程
（８）第１の分割溝形成工程
（９）第１のレジスト形成工程
（１０）フィルム基材貼付工程
（１１）第２のレジスト形成工程
（１２）ドライエッチング工程１
（１３）ドライエッチング工程２
（１４）第２のレジスト除去工程
（１５）フィルム基材剥離工程
（１６）第１のレジスト除去工程
（２）下部電極層形成工程
（３）圧電薄膜層形成工程
（４）上部電極層形成工程
（５）上部電極パターニング工程
（６）圧電薄膜パターニング工程
（７）下部電極パターニング工程
（８）第１の分割溝形成工程
（９）第１のレジスト形成工程
（１０）フィルム基材貼付工程
（１１）第２のレジスト形成工程
（１２）ドライエッチング工程１
（１３）ドライエッチング工程２
（１４）第２のレジスト除去工程
（１５）フィルム基材剥離工程
（１６）第１のレジスト除去工程
以下、上記（１）〜（１６）の各工程の詳細について説明する。
（１）基板準備工程
まず、基板２を用意する。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（Ｓｉ）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（Silicon on Insulator）構造のものを用いる。Ｓｉ基板２ｃは支持シリコン基板とも呼ばれ、酸化膜２ｄは中間酸化膜とも呼ばれ、Ｓｉ基板２ｅはシリコンデバイス層とも呼ばれる。
まず、基板２を用意する。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（Ｓｉ）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（Silicon on Insulator）構造のものを用いる。Ｓｉ基板２ｃは支持シリコン基板とも呼ばれ、酸化膜２ｄは中間酸化膜とも呼ばれ、Ｓｉ基板２ｅはシリコンデバイス層とも呼ばれる。
Ｓｉ基板２ｃ、酸化膜２ｄ、Ｓｉ基板２ｅのそれぞれの厚さは、アクチュエータの設計により変更することが可能である。本実施形態では、Ｓｉ基板２ｃの厚さは例えば６００μｍであり、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。なお、基板２は、単結晶シリコンからなる半導体基板であってもよい。
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、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）下部電極層形成工程
熱酸化膜３の表面に下部電極４の元となる下部電極層４ａを形成する。下部電極層４ａは、熱酸化膜３側から、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て構成されている。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、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。
熱酸化膜３の表面に下部電極４の元となる下部電極層４ａを形成する。下部電極層４ａは、熱酸化膜３側から、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て構成されている。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、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
下部電極層４ａ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）に配向していることが望ましい。
下部電極層４ａ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）に配向していることが望ましい。
なお、圧電薄膜層５ａと下部電極層４ａ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）上部電極層形成工程
圧電薄膜層５ａ上に、スパッタ法により、上部電極層６ａを形成する。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、圧電薄膜層５ａ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。
圧電薄膜層５ａ上に、スパッタ法により、上部電極層６ａを形成する。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、圧電薄膜層５ａ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。
（５）上部電極パターニング工程
上部電極層６ａの上に、レジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、上部電極６のマスクパターンを形成した後、上部電極層６ａをウェットエッチングし、上部電極６のパターンを形成する。
上部電極層６ａの上に、レジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、上部電極６のマスクパターンを形成した後、上部電極層６ａをウェットエッチングし、上部電極６のパターンを形成する。
（６）圧電薄膜パターニング工程
圧電薄膜層５ａの上にレジストパターンを形成し、フッ硝酸、過酸化水素水、フッ酸等の混合エッチング液で圧電薄膜層５ａをウェットエッチングして、ＰＺＴからなる圧電薄膜５のパターンを形成する。上記のレジストパターンは、圧力室に対応する位置に、直径１８０〜２５０μｍの円形部を有しており、この円形部に対応した大きさの圧電薄膜５がパターニング形成されることになる。
圧電薄膜層５ａの上にレジストパターンを形成し、フッ硝酸、過酸化水素水、フッ酸等の混合エッチング液で圧電薄膜層５ａをウェットエッチングして、ＰＺＴからなる圧電薄膜５のパターンを形成する。上記のレジストパターンは、圧力室に対応する位置に、直径１８０〜２５０μｍの円形部を有しており、この円形部に対応した大きさの圧電薄膜５がパターニング形成されることになる。
（７）下部電極パターニング工程
下部電極層４ａ上に、レジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、下部電極４のマスクパターンを形成した後、下部電極層４ａをウェットエッチングまたはドライエッチングし、下部電極４のパターンを形成する。これにより、下部電極４、圧電薄膜５および上部電極６からなる圧電素子７が形成される。
下部電極層４ａ上に、レジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、下部電極４のマスクパターンを形成した後、下部電極層４ａをウェットエッチングまたはドライエッチングし、下部電極４のパターンを形成する。これにより、下部電極４、圧電薄膜５および上部電極６からなる圧電素子７が形成される。
（８）第１の分割溝形成工程
基板２上にレジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、チップ分割溝のマスクパターンを形成する。その後、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッチングにより、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等のガスを用いて最表面の熱酸化膜３をエッチングし、次いで六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のガスを用いてＳｉ基板２ｅをエッチングする。これにより、基板２の所定の分割位置に、第１の分割溝１１が形成される。第１の分割溝１１の深さは、熱酸化膜３とＳｉ基板２ｅの厚さに応じた深さであり、例えば４〜７μｍである。
基板２上にレジストをスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行い、チップ分割溝のマスクパターンを形成する。その後、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッチングにより、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等のガスを用いて最表面の熱酸化膜３をエッチングし、次いで六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のガスを用いてＳｉ基板２ｅをエッチングする。これにより、基板２の所定の分割位置に、第１の分割溝１１が形成される。第１の分割溝１１の深さは、熱酸化膜３とＳｉ基板２ｅの厚さに応じた深さであり、例えば４〜７μｍである。
（９）第１のレジスト形成工程
基板２上に、圧電素子７および第１の分割溝１１を覆って表面を平坦化する第１のレジスト１２を形成する。第１のレジスト１２は、スピンコート法やスプレー法などで基板２上に塗布することができる。圧電素子７および第１の分割溝１１の形成によって基板２の表面には凹凸（段差）が形成されるが、第１のレジスト１２は、上記凹凸を覆って表面を平坦化するために、ある程度の厚み（例えば２０μｍ以上）を有していることが望ましい。第１のレジスト１２としては、例えばシプレー社Ｓ１８３０などが適している。
基板２上に、圧電素子７および第１の分割溝１１を覆って表面を平坦化する第１のレジスト１２を形成する。第１のレジスト１２は、スピンコート法やスプレー法などで基板２上に塗布することができる。圧電素子７および第１の分割溝１１の形成によって基板２の表面には凹凸（段差）が形成されるが、第１のレジスト１２は、上記凹凸を覆って表面を平坦化するために、ある程度の厚み（例えば２０μｍ以上）を有していることが望ましい。第１のレジスト１２としては、例えばシプレー社Ｓ１８３０などが適している。
（１０）フィルム基材貼付工程
第１のレジスト１２上に、フィルム基材１３を貼り付ける。フィルム基材１３としては、基体１３ａの片面に粘着層１３ｂが付いた粘着層付きフィルム基材（粘着フィルム）を用いることができ、例えばダイシングテープやバックグラインドテープなどが適している。フィルム基材１３の余分な部分（基板２からはみ出た部分）は、カッターなどでカットすればよい。また、予め基板２の大きさに合わせてフィルム基材１３をカットしておいてもよい。
第１のレジスト１２上に、フィルム基材１３を貼り付ける。フィルム基材１３としては、基体１３ａの片面に粘着層１３ｂが付いた粘着層付きフィルム基材（粘着フィルム）を用いることができ、例えばダイシングテープやバックグラインドテープなどが適している。フィルム基材１３の余分な部分（基板２からはみ出た部分）は、カッターなどでカットすればよい。また、予め基板２の大きさに合わせてフィルム基材１３をカットしておいてもよい。
ここで、第１のレジスト１２とフィルム基材１３の粘着層１３ｂとの密着性が良好であると、その後、フィルム基材１３の剥離がしにくくなるため、フィルム基材１３としては、剥離時に、加熱または紫外線（ＵＶ）などの光照射によって剥離前よりも低粘着化する粘着層１３ｂを有するものを用いることが望ましい。このようなフィルム基材１３としては、例えばデンカアドテックス製のＵＤＴ−１００５Ｍ３を用いることができる。
また、第１のレジスト１２上にフィルム基材１３を貼り付ける方法としては、例えば、特開２００４−２６６１８３号公報に記載のように、基板の端部からローラー等で押圧しながらフィルム基材を貼り付ける方法や、特開２００１−２１０７０１号公報に記載のように、真空雰囲気下でフィルム基材を貼り付ける方法が適している。これらの方法により、第１のレジスト１２とフィルム基材１３との間に空気（気泡）が巻き込まれるのを低減することができる。
（１１）第２のレジスト形成工程
基板２における圧電素子７の形成側とは反対側の面上に、圧電素子７に対応して位置する振動板２ｂと、第１の分割溝１１に対応して位置する第２の分割溝２１とをパターニングするための第２のレジスト２２を形成する。つまり、上記面上に、第２のレジスト２２をスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行うことにより、振動板２ｂおよび第２の分割溝２１をパターニング形成するためのレジストパターンを形成する。このとき、第２のレジスト２２は、インク流路のパターンを含んでいてもよい。
基板２における圧電素子７の形成側とは反対側の面上に、圧電素子７に対応して位置する振動板２ｂと、第１の分割溝１１に対応して位置する第２の分割溝２１とをパターニングするための第２のレジスト２２を形成する。つまり、上記面上に、第２のレジスト２２をスピンコート法やスプレー法等で塗布して、露光、現像を行うことにより、振動板２ｂおよび第２の分割溝２１をパターニング形成するためのレジストパターンを形成する。このとき、第２のレジスト２２は、インク流路のパターンを含んでいてもよい。
なお、圧電素子７に対応して振動板２ｂが位置するとは、圧電素子７（特に圧電薄膜５）の下方に振動板２ｂが位置することを意味し、第１の分割溝１１に対応して第２の分割溝２１が位置するとは、第１の分割溝１１の下方に第２の分割溝２１が位置する（基板２の面内方向においてほぼ同じ位置である）ことを意味する。
次に、基板２を上記面側からドライエッチングすることにより、振動板２ｂと、第１の分割溝１１とつながって貫通する第２の分割溝２１とを同時に形成する。この工程は、以下の（１２）および（１３）の２段階の工程で行われる。
（１２）ドライエッチング工程１
第２のレジスト２２をマスクとして、Ｓｉ基板２ｃをドライエッチングする。つまり、中間酸化膜（酸化膜２ｄ）をエッチングストッパー層として利用し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置等のボッシュプロセス（エッチングガスとしてＳＦ6、Ｃ4Ｆ8を使用）により、Ｓｉ基板２ｃを深堀エッチング加工する。
第２のレジスト２２をマスクとして、Ｓｉ基板２ｃをドライエッチングする。つまり、中間酸化膜（酸化膜２ｄ）をエッチングストッパー層として利用し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置等のボッシュプロセス（エッチングガスとしてＳＦ6、Ｃ4Ｆ8を使用）により、Ｓｉ基板２ｃを深堀エッチング加工する。
（１３）ドライエッチング工程２
露出した中間酸化膜（酸化膜２ｄ）を、ＣＨＦ3等のガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングによって除去する。これにより、直径２００μｍ程度の圧力室２ａが形成される。このとき、圧力室２ａの上壁を構成するＳｉ基板２ｅが振動板２ｂ（可動部）となる。
露出した中間酸化膜（酸化膜２ｄ）を、ＣＨＦ3等のガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングによって除去する。これにより、直径２００μｍ程度の圧力室２ａが形成される。このとき、圧力室２ａの上壁を構成するＳｉ基板２ｅが振動板２ｂ（可動部）となる。
また、エッチングによって圧力室２ａおよび振動板２ｂを形成すると同時に、第２の分割溝２１も形成される。このとき、第１の分割溝１１は、Ｓｉ基板２ｅをエッチングして形成されており、除去されたＳｉ基板２ｅの部分に第１のレジスト１２が埋められているため、第２の分割溝２１の形成の際に酸化膜２ｄがエッチングによって除去されると、第１の分割溝１１を埋める第１のレジスト１２が表出する。すなわち、Ｓｉ基板２ｃおよび酸化膜２ｄのエッチングによって第２の分割溝２１が形成されると、第２の分割溝２１は第１の分割溝１１とつながり、基板厚さ方向に貫通する。これにより、基板２が個片化される。なお、この時点では、個片化された各々の基板２は第１のレジスト１２を介してフィルム基材１３で支持されているため、ばらけることはない。
（１４）第２のレジスト除去工程
分割された個々の基板２を、第１のレジスト１２を介してフィルム基材１３に貼り付けたまま、第２のレジスト２２を、Ｏ2等のガスを用いたドライエッチングによって除去する。
分割された個々の基板２を、第１のレジスト１２を介してフィルム基材１３に貼り付けたまま、第２のレジスト２２を、Ｏ2等のガスを用いたドライエッチングによって除去する。
（１５）フィルム基材剥離工程
第１のレジスト１２に貼り付けられたフィルム基材１３を剥離する。上述したように、フィルム基材１３として、ＵＶ照射などによって低粘着化するものを用いていれば、そのようなＵＶ照射によってフィルム基材１３を容易に剥離することができる。フィルム基材１３を剥離しても、第１のレジスト１２によって圧電素子７が保護されているため、剥離時に圧電素子７に傷が付いたり、フィルム基材１３の粘着層１３ｂの粘着剤が圧電素子７に付着し、残ることはない。
第１のレジスト１２に貼り付けられたフィルム基材１３を剥離する。上述したように、フィルム基材１３として、ＵＶ照射などによって低粘着化するものを用いていれば、そのようなＵＶ照射によってフィルム基材１３を容易に剥離することができる。フィルム基材１３を剥離しても、第１のレジスト１２によって圧電素子７が保護されているため、剥離時に圧電素子７に傷が付いたり、フィルム基材１３の粘着層１３ｂの粘着剤が圧電素子７に付着し、残ることはない。
（１６）第１のレジスト除去工程
第１のレジスト１２を、Ｏ2等のガスを用いたドライエッチングによって除去する。これにより、個々の基板２に対応する薄膜圧電アクチュエータ１が完成することになる。このとき、ドライエッチング装置（例えばＩＣＰ装置）の基台で、分割された個々の基板２を支持した状態で、第１のレジスト１２がドライエッチングされるため、ドライエッチング後に、個々の基板２に対応する薄膜圧電アクチュエータ１がばらけて干渉することはない。
第１のレジスト１２を、Ｏ2等のガスを用いたドライエッチングによって除去する。これにより、個々の基板２に対応する薄膜圧電アクチュエータ１が完成することになる。このとき、ドライエッチング装置（例えばＩＣＰ装置）の基台で、分割された個々の基板２を支持した状態で、第１のレジスト１２がドライエッチングされるため、ドライエッチング後に、個々の基板２に対応する薄膜圧電アクチュエータ１がばらけて干渉することはない。
以上のように、本実施形態では、ドライエッチングにより、基板２に第１の分割溝１１および第２の分割溝２１を形成して基板２を分割するため、ダイシング等による機械的な加工によって基板２を分割する場合に比べて、振動板２ｂに振動等のダメージを与えることなく基板２を分割できる。これにより、基板分割時の振動板２ｂの破損を低減して歩留りを向上させることができ、製造コストの削減が見込める。
また、第１のレジスト１２上にフィルム基材１３を貼り付ける際に、第１のレジスト１２の表面が平坦であるため、気泡を巻き込むことなくフィルム基材１３を貼り付けることができる。第１のレジストとフィルム基材１３との間に気泡が介在した状態では、その後の（１２）および（１３）の工程でのドライエッチング時に基板２に熱分布が生じるため、エッチングの精度が悪化してしまう。しかし、本実施形態では、第１のレジスト１２の表面が平坦で、フィルム基材１３の貼り付け時に気泡の巻き込みがないため、エッチングの精度が良好でかつ安定し、振動板２ｂを精度よく形成することができる。
また、第１のレジスト１２からフィルム基材１３を剥離した後、第１のレジスト１２をドライエッチングによって除去するので、上述したように、ドライエッチング装置の基台で個々の基板２を支持しながら、第１のレジスト１２を除去できる。したがって、第１のレジスト１２の除去時または除去後に、分割した個々の基板２に対応するチップがばらけてチップ同士が干渉し、これによって振動板２ｂが破損するのを低減することができる。また、各チップがばらけないため、各チップのハンドリングも容易となる。さらに、フィルム基材１３の剥離後の第１のレジスト１２の除去をドライプロセスで行うことにより、振動板２ｂにストレスがかからず、第１のレジスト１２の除去時に振動板２ｂが破損することもない。
また、フィルム基材１３として、剥離時に、加熱または光照射によって剥離前よりも低粘着化する粘着層１３ｂを有する粘着フィルムを用いているため、第１のレジスト１２からフィルム基材１３を剥離しやすくなり、製造時の作業性を向上させることができる。
〔フィルム基材の他の例〕
図４は、薄膜圧電アクチュエータ１の製造工程の一部であって、用いるフィルム基材１３の他の構成を示す断面図である。フィルム基材１３は、基体１３ａの片面に付いた粘着層１３ｂが熱発泡体３１を含有しており、剥離時に、加熱によって熱発泡体３１が発泡することで剥離前よりも粘着層１３ｂが低粘着化する熱発泡シートであってもよい。このようなフィルム基材１３（熱発泡シート）としては、例えばスミロン社製のＴＧ−０３３０−６、ＴＧ−０３３０−４を使用することができる。
図４は、薄膜圧電アクチュエータ１の製造工程の一部であって、用いるフィルム基材１３の他の構成を示す断面図である。フィルム基材１３は、基体１３ａの片面に付いた粘着層１３ｂが熱発泡体３１を含有しており、剥離時に、加熱によって熱発泡体３１が発泡することで剥離前よりも粘着層１３ｂが低粘着化する熱発泡シートであってもよい。このようなフィルム基材１３（熱発泡シート）としては、例えばスミロン社製のＴＧ−０３３０−６、ＴＧ−０３３０−４を使用することができる。
上記の粘着層１３ｂは２層構造となっている。粘着層１３ｂの１層目（基体１３ａ側から数えて第１層目）には、熱発泡体３１が散在しており、２層目（基体１３ａ側から数えて第２層目）には、粘着層１３ｂの全体の厚さに対して十分に薄い非粘着層３２（界面活性剤を配合したオレフィン系樹脂層）が１０〜７５ｗｔ％の配合率で点在している。なお、非粘着層３２の配合率は、上記のスミロン社製のＴＧ−０３３０−６やＴＧ−０３３０−４における配合率より多くても構わない。
図４で示したフィルム基材１３を第１のレジスト１２から剥離する際、加熱によって熱発泡体３１が発泡することで粘着層１３ｂが低粘着化し、粘着力がほぼゼロとなるため、フィルム基材１３を剥離しやすくなり、製造時の作業性を向上させることができる。特に、熱発泡体３１が発泡することで、基板２に対してフィルム基材１３が相対的に押し上げられるため、基板２に負荷をかけることなくフィルム基材１３を容易に剥離することが可能となる。また、粘着層１３ｂにおける第１のレジスト１２との接触側には、非粘着層３２が散在しているため、第１のレジスト１２と粘着層１３ｂとが強固に固着するのを防止して、フィルム基材１３の剥離をさらに容易にすることができる。
このように、粘着層１３ｂ中に熱発泡体３１が存在し、粘着層１３ｂの表層部に非粘着層３２が散在しているフィルム基材１３を使用することで、フィルム基材１３をストレスフリーで（チップにストレスを与えることなく）剥離できる。
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。
以上で説明した本実施形態の薄膜圧電アクチュエータの製造方法は、以下のように表現することができ、これによって以下の作用効果を奏する。
本実施形態の薄膜圧電アクチュエータの製造方法は、基板を分割して個々の薄膜圧電アクチュエータを製造する薄膜圧電アクチュエータの製造方法であって、前記基板の一方の面上に、電極および圧電薄膜を含む圧電素子をパターニング形成する工程と、前記基板の一方の面側に、前記基板を分割するための第１の分割溝をドライエッチングによってパターニング形成する工程と、前記基板の一方の面上に、前記圧電素子および前記第１の分割溝を覆って表面を平坦化する第１のレジストを形成する工程と、前記第１のレジスト上に、フィルム基材を貼り付ける工程と、前記基板における一方の面とは反対側の他方の面上に、前記圧電素子に対応して位置する振動板と、前記第１の分割溝に対応して位置する第２の分割溝とをパターニングするための第２のレジストを形成する工程と、前記第２のレジストをマスクとして、前記基板を他方の面側からドライエッチングすることにより、前記振動板と、前記第１の分割溝とつながって貫通する前記第２の分割溝とを同時に形成する工程とを有している。
上記の製造方法によれば、基板の一方の面側に圧電素子が形成され、さらに第１の分割溝がドライエッチングによって形成される。そして、基板を他方の面側からドライエッチングすることにより、振動板と第２の分割溝とが同時に形成される。このとき、第２の分割溝は第１の分割溝とつながって基板を貫通するため、結局、振動板および第２の分割溝の形成と同時に、基板が第１および第２の分割溝に沿って個々の薄膜圧電アクチュエータ（チップ）に分割される。
このように、従来のようにダイシング装置や刃物などを用いて機械的に基板を分割するのではなく、ドライエッチングによって基板を分割するため、分割時に機械的加工によるダメージ（振動や切削水の水圧）を振動板に与えることがない。これにより、基板分割時の振動板の破損を低減することができ、チップ製造時の歩留りを向上させることができる。
また、基板の一方の面上に、圧電素子および第１の分割溝を覆うように第１のレジストが形成される。この第１のレジストの表面は平坦であるため、この第１のレジスト上にフィルム基材を貼り付ける際に、気泡を巻き込むことなく貼り付けることができる。これにより、振動板形成時のドライエッチングにおいて基板に熱分布が生じてドライエッチングの精度が低下するのを抑えることができ、振動板を精度よく形成することができる。
上記の製造方法は、ドライエッチングによって前記振動板と前記第２の分割溝とを同時に形成した後に、前記フィルム基材を剥離する工程と、その後、前記第１のレジストをドライエッチングによって除去する工程とをさらに有していてもよい。
基板に振動板および第２の分割溝を形成した後、フィルム基材を剥離し、第１のレジストを除去することにより、個々のチップが得られる。このとき、第１のレジストをドライエッチングによって除去するため、個々のチップをドライエッチング装置の基台で支持しながら、第１のレジストを除去することが可能となる。これにより、個々のチップがばらけることがないため、チップ同士の干渉（接触）による振動板の破損を低減でき、また、各チップのハンドリングも容易となる。
前記フィルム基材として、剥離時に、加熱または光照射によって剥離前よりも低粘着化する粘着層を有する粘着フィルムを用いてもよい。この場合、加熱または光照射によって粘着層が低粘着化するため、フィルム基材（粘着フィルム）を剥離しやすくなり、作業性が向上する。
前記フィルム基材として、剥離時に、加熱によって熱発泡体が発泡することで剥離前よりも低粘着化する粘着層を有する熱発泡シートを用いてもよい。この場合、加熱によって粘着層が低粘着化するため、フィルム基材（熱発泡シート）を剥離しやすくなり、作業性が向上する。特に、熱発泡体が発泡することで、基板に対してフィルム基材が相対的に押し上げられるため、基板に負荷をかけることなくフィルム基材を容易に剥離することが可能となる。
以上で説明した本実施形態の薄膜圧電アクチュエータは、上述した製造方法によって製造されるものである。
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 基板
２ｂ 振動板
４ 下部電極
５ 圧電薄膜
６ 上部電極
７ 圧電素子
１１ 第１の分割溝
１２ 第１のレジスト
１３ フィルム基材（粘着フィルム、熱発泡シート）
１３ｂ 粘着層
２１ 第２の分割溝
２２ 第２のレジスト
３１ 熱発泡体
２ 基板
２ｂ 振動板
４ 下部電極
５ 圧電薄膜
６ 上部電極
７ 圧電素子
１１ 第１の分割溝
１２ 第１のレジスト
１３ フィルム基材（粘着フィルム、熱発泡シート）
１３ｂ 粘着層
２１ 第２の分割溝
２２ 第２のレジスト
３１ 熱発泡体
Claims (5)
- 基板を分割して個々の薄膜圧電アクチュエータを製造する薄膜圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記基板の一方の面上に、電極および圧電薄膜を含む圧電素子をパターニング形成する工程と、
前記基板の一方の面側に、前記基板を分割するための第１の分割溝をドライエッチングによってパターニング形成する工程と、
前記基板の一方の面上に、前記圧電素子および前記第１の分割溝を覆って表面を平坦化する第１のレジストを形成する工程と、
前記第１のレジスト上に、フィルム基材を貼り付ける工程と、
前記基板における一方の面とは反対側の他方の面上に、前記圧電素子に対応して位置する振動板と、前記第１の分割溝に対応して位置する第２の分割溝とをパターニングするための第２のレジストを形成する工程と、
前記第２のレジストをマスクとして、前記基板を他方の面側からドライエッチングすることにより、前記振動板と、前記第１の分割溝とつながって貫通する前記第２の分割溝とを同時に形成する工程とを有している、薄膜圧電アクチュエータの製造方法。 - ドライエッチングによって前記振動板と前記第２の分割溝とを同時に形成した後に、前記フィルム基材を剥離する工程と、
その後、前記第１のレジストをドライエッチングによって除去する工程とをさらに有している、請求項１に記載の薄膜圧電アクチュエータの製造方法。 - 前記フィルム基材として、剥離時に、加熱または光照射によって剥離前よりも低粘着化する粘着層を有する粘着フィルムを用いる、請求項２に記載の薄膜圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記フィルム基材として、剥離時に、加熱によって熱発泡体が発泡することで剥離前よりも低粘着化する粘着層を有する熱発泡シートを用いる、請求項２に記載の薄膜圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項１から４のいずれかに記載の製造方法によって製造された薄膜圧電アクチュエータ。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2013239517 | 2013-11-20 | ||
| JP2013239517 | 2013-11-20 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2015076135A1 true JPWO2015076135A1 (ja) | 2017-03-16 |
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP2007196431A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Fuji Xerox Co Ltd | 液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出ヘッドの製造方法 |
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-
2014
- 2014-11-10 WO PCT/JP2014/079724 patent/WO2015076135A1/ja active Application Filing
- 2014-11-10 JP JP2015549077A patent/JPWO2015076135A1/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015076135A1 (ja) | 2015-05-28 |
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