(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜形成用基板の一方の面に、第２の電極を形成し、次に第２の電極の表面に圧電材料層を形成し、圧電材料層の表面に、第１の電極を形成した後、前記薄膜形成用基板を第２の電極から除去するものであって、前記薄膜形成用基板を第２の電極から除去する工程は、前記第２の電極がエッチングされない程度の濃度を有するエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板を途中までエッチングした後、前記薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去する電子部品の製造方法。
【請求項２】
薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去する工程は、前記薄膜形成用基板はＭｇＯ、エッチング液は燐酸で、この濃度の低い方の燐酸の体積濃度は１５％以下である請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去する工程は、エッチング液にこのエッチング液よりも粘度の大きいほぼ中性の粘度増加用液体を添加してなる請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
粘度増加用液体はグリセリンである請求項３記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
圧電材料層の一方の面に第１の電極を形成するとともに、他方の面に前記圧電材料層側から第２の電極、犠牲層、および薄膜形成用基板を順番に形成し、前記薄膜形成用基板および犠牲層を第２の電極から除去するもので、前記犠牲層と前記第２の電極が接触している部分は、前記犠牲層に前記第２の電極が重畳するよう形成されており、前記薄膜形成用基板は酸性のエッチング液で除去し、前記犠牲層は前記第２の電極がエッチングされない程度の酸性以外のエッチング液で除去する電子部品の製造方法。
【請求項６】
圧電材料層から第２の電極、犠牲層、および薄膜形成用基板を順番に形成する工程は、犠牲層をパターニングして薄膜形成用基板に形成するとともに、このパターニングされた犠牲層に第２の電極を形成した後、前記第２の電極をパターニングする工程である請求項５記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能性素子、例えばプリンタ等に用いる液体噴射装置をはじめとする電子部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の機能性素子を用いた電子部品の製造方法において、機能性素子は接着によって他の構造体に接合されることで、様々な用途に応用されてきた。例えば特開平６−１５５７３１号公報にあるようにインクジェットヘッド（液体噴射装置）の製造においては、機能性素子である圧電素子を、ガラスの上にワックスで仮固定して位置決めした後に、インク流路部材との間の１層の接着剤をもって接着している。その後ワックスを溶かしてガラスを剥離すれば、圧電素子は底面部の接着剤によって保持される。
【０００３】
この液体噴射装置の圧力室（加圧室）内部にインクを導入し、圧電素子に電界を加えて変位させれば、インクは圧電素子とその底面部の樹脂層によって押圧されてノズル孔（液体噴射口）より外部へ吐出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年のデバイスの軽薄短小化の流れもあって、機能性素子もまた小型、薄型化がますます進んでいる。例えば圧電材料をスパッタ等の方法によって薄膜で作成する取り組みも盛んである。このような機能性素子は一般に非常に脆弱であって、実装の際の取り扱いが非常に困難であった。すなわち薄膜単体で搬送することは、実装の際の位置決めが困難であり、加えて破壊しやすいといった問題があった。また、この問題を解決するためにガラス等の基板に仮固定を行う場合は、基板と機能性素子を剥離する際に破壊しやすい。
【０００５】
そこで機能性素子を仮基板上に形成した後、この基板から剥離することなく他の本実装用の基板への実装を行い、この後に仮基板を溶かすなどして除去すれば、機能性素子を基板で保持したまま扱えるので、実装が容易である。しかしながら、仮基板を溶かすための薬液に浸漬した場合、機能性素子も薬液にさらされるために、機能性素子が溶かされたり、また機能性素子内部に薬液が浸入して耐電圧などが劣化するといった問題が発生した。
【０００６】
上記問題点を解決するために本発明は、機能性素子にダメージを与えることなく仮基板を除去することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、薄膜形成用基板を第２の電極から除去する工程は、前記第２の電極がエッチングされない程度の濃度を有するエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に記載の発明は、圧電材料層の一方の面に第１の電極を形成するとともに、他方の面に薄膜形成用基板を有する第２の電極を形成した後、前記薄膜形成用基板を第２の電極から除去するものであって、前記薄膜形成用基板を第２の電極から除去する工程は、前記第２の電極がエッチングされない程度の濃度を有するエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングするもので、第２の電極によって圧電材料層をエッチング液から保護し、かつ第２の電極自身もエッチング液によって溶解しないので、両者にダメージを与えることなく薄膜形成用基板を除去できるといった作用を有する。
【０００９】
また、薄膜形成用基板はＭｇＯ、エッチング液は燐酸で、この燐酸の体積濃度は１５％以下であるもので、第２の電極で覆われている場合であっても、第２の電極内部のピンホール等を通して薬液が圧電材料層に到達する場合があるが、この時燐酸濃度が低いことによって、圧電材料層がダメージを受けることを防止できるという作用を有する。
【００１０】
また、薄膜形成用基板を第２の電極から除去する工程は、前記薄膜形成用基板を途中までエッチングした後、前記薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去するもので、濃度の高いエッチング液によって薄膜形成用基板は急速にエッチングでき、またエッチングが完了する際には第２の電極や圧電材料層が接触するエッチング液は濃度の低いものであるので、圧電材料層への影響を小さくできるという作用を有する。
【００１１】
また、薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去する工程は、前記薄膜形成用基板はＭｇＯ、エッチング液は燐酸で、この濃度の低い方の燐酸の体積濃度は１５％以下である燐酸溶液によってＭｇＯは効率良くエッチングされ、さらに第２の電極や圧電材料層がエッチング液と接触する際には濃度が低いことによって、第２の電極を通して圧電材料層へダメージが及ぶことを防止できるという作用を有する。
【００１２】
また、薄膜形成用基板を途中までエッチングするエッチング液よりも濃度の低いエッチング液を用いて前記薄膜形成用基板をエッチングして除去する工程は、エッチング液にこのエッチング液よりも粘度の大きいほぼ中性の粘度増加用液体を添加してなるもので、エッチング液全体の粘度が増すことによって、第２の電極中のピンホール等へエッチング液が浸入しにくくなり、よってエッチング液が圧電材料層へ到達することを防止できるという作用を有する。
【００１３】
また、粘度増加用液体はグリセリンであるもので、グリセリンは燐酸や水よりも粘度が高くかつ中性であるので、エッチング液の濃度増加にのみ寄与し、加えて燐酸とはほとんど反応することなく安定であり、エッチング液が圧電材料層へ到達することを防止できるという作用を有する。
【００１４】
また、圧電材料層の一方の面に第１の電極を形成するとともに、他方の面に前記圧電材料層側から第２の電極、犠牲層、および薄膜形成用基板を順番に形成し、前記薄膜形成用基板および犠牲層を第２の電極から除去するもので、前記薄膜形成用基板は酸性のエッチング液で除去し、前記犠牲層は前記第２の電極がエッチングされない程度の酸性以外のエッチング液で除去するもので、薄膜形成用基板のエッチング中は犠牲層によって圧電材料層が保護されるのでダメージを受けず、犠牲層を除去する場合は中性あるいはアルカリ性のエッチング液であって、アルカリ性のエッチング液による圧電材料層へのダメージは酸性のエッチング液によるものよりも小さいので、全体として圧電材料層への影響を小さくできるという作用を有する。
【００１５】
また、圧電材料層から第２の電極、犠牲層、および薄膜形成用基板を順番に形成する工程は、犠牲層をパターニングして薄膜形成用基板に形成するとともに、このパターニングされた犠牲層に第２の電極を形成した後、前記第２の電極をパターニングする工程であるもので、第２の電極があらかじめパターニングされているので、薄膜形成用基板除去後の作業がなくなり、脆弱な薄膜部の破壊を防止できるという作用を有する。
【００１６】
また、犠牲層と第２の電極の接触している部分は、前記犠牲層に第２の電極が重畳するよう形成するもので、第２の電極と犠牲層との間からエッチング液が浸入して圧電材料層に到達することを防止できるという作用を有する。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における電子部品を、添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子部品の工程を説明する断面図である。
【００１９】
図１（ａ）において、１１は圧電材料層であって、圧電材料層１１の一方側には第１の電極１２が位置し、また他方には第２の電極１３及び薄膜形成用基板１４が位置している。これらを形成する方法は、まずＭｇＯを材質とする薄膜形成用基板１４の片面に、Ｐｔ等を材質とする第２の電極１３をスパッタによって成膜する。次に第２の電極１３の表面にＰＺＴ等の圧電材料層１１をスパッタによって形成する。次に、圧電材料層１１の表面に、例えばＣｒからなる第１の電極１２をスパッタによって形成するものである。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の電極１２の表面に接着材料層１５を塗布して支持基板１６と接着する。この支持基板１６には例えば貫通孔１７のようなものが設けられ、圧電材料層１１が振動しやすいような構成をとっている。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、薄膜形成用基板１４を途中までエッチングによって除去する。この際エッチング液は、体積で３０％の燐酸水溶液を用い、エッチング速度を増すために数１０℃に加熱を行う。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように、前工程で用いたエッチング液よりも、燐酸濃度が薄いエッチング液を用いて、薄膜形成用基板１４を完全に除去する。この時の燐酸の体積濃度は１５％である。
【００２３】
最後に、図１（ｅ）に示すように、第２の電極をフォトリソ、ドライエッチング工程によってパターニングする。
【００２４】
上記工程で用いた各薄膜材料は厚みが小さいために、エッチング液との接触によって大きく影響される。図１（ｄ）を用いて説明した薄膜形成用基板１４を完全に除去する工程は、薄膜形成用基板１４のエッチングが全面で完了するまで、第２の電極がエッチングに直接触れることとなる。第２の電極１３中には目視では確認できないレベルのピンホールが存在していることが多く、かつ第２の電極１３の厚みが小さければ、エッチング液はピンホール部分を通って圧電材料層１１へ到達する。すると圧電材料層１１は酸によって侵食され、侵食された部分の厚みが減少したり、エッチング液が圧電材料層１１の内部に残留するといったことになる。こうした場合に両方の電極間に電界を加えると、前述した個所でリークが起こって耐電圧が劣化し、十分な駆動が行えないといった事態が生じる。各薄膜の厚みを大きくすればこうした事態を防止できるが、圧電材料層の振動を阻害することとなり、例えばアクチュエータとして用いる際には、十分な変位量が得られなくなる。
【００２５】
そこで第２の電極１３が接触するエッチング液の燐酸濃度を１５％以下と低くすることによって、こうした事態を防止できる。すなわち、エッチングの酸性度が小さいので、ピンホールから圧電材料層１１へと到達しても侵食が起こりにくく、圧電特性の劣化を防止できるのである。こうした燐酸の低濃度化の効果は、１５％から下の濃度によって顕著であったが、濃度を落とせばエッチング速度も下がる。しかしながら、１５％近傍においては、エッチング速度もそれほど低下することなく、かつ圧電材料層１１の劣化も小さかった。例えば３０％燐酸の水溶液で８０℃の加熱をしてサンプルを３０分浸漬したところ、もともと耐電圧が約７０〜１００Ｖあったものが１０Ｖとなり、少なくとも６０Ｖの劣化が見られた。しかし１５％において同様の検討を行ったところ、耐電圧は２０Ｖ変化したのみであった。この時のエッチング速度の低下は、約２０％であった。
【００２６】
燐酸の濃度をより落とすと薄膜形成用基板１４のエッチング速度が低下するため、工程の完了まで長時間を必要とする。そこでエッチング液の酸の濃度を２段階で変化させることによって、エッチング時間をそれほど増加させることなく、圧電材料層１１を保護しつつ、エッチングが行えることとなる。
【００２７】
あるいはエッチング液に、粘度の高い中性の粘度増加用液体を混入させることも有効である。例えば１５％の燐酸を、グリセリンと水の混合液によって希釈する方法を用いる。グリセリンは水や燐酸よりも粘度が高く、かつ薄膜形成用基板のエッチングには寄与しない。グリセリンの混入によってエッチング液全体の粘度が増加し、ピンホールへの浸入が阻害されるため、圧電材料層１１を保護する効果が増す。この場合においても、粘度増加用液体の混入によってエッチング速度が低下するので、前述のような２段階のエッチングは有効である。なお、長時間を要してもさしつかえがない場合には、１５％以下の燐酸水溶液によるエッチング液か、粘度増加用液体の混入したエッチング液のみで最後までエッチングを行っても良い。
【００２８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電子部品の工程を説明する断面図である。概略はほぼ実施の形態１と同様であるが、異なるのは薄膜形成用基板２４と第２の電極２３との間に犠牲層２５が設けられている点である。犠牲層２５は例えばＡｕ等の材料で形成され、アルカリ性の溶液によって除去が可能なものである。この方法によると実施の形態１に記載のものに加えて、第２の電極２３が直接、薄膜形成用基板２４のエッチング液にさらされない。第２の電極２３は圧電材料層２１の振動を誘起させるために必要なのであるが、この厚みが大きいと振動をかえって阻害してしまうため、必要以上に厚みを増やすことができない。よってエッチング液を透過させてしまい易く、圧電材料層２１がダメージを受けやすいのである。しかしこの方法を用いれば、エッチング液は犠牲層２５と第２の電極２３の両方によって遮蔽されるので、圧電材料層２１を保護する効果が高まるのである。さらに、図２（ｅ）において犠牲層２５を除去する溶液として中性あるいはアルカリ性のものを用いることによって、圧電材料層へのダメージを少なくできるのである。
【００２９】
なお、アルカリ性の溶液を用いて犠牲層のエッチングを行う際にも、粘度増加用液体を加えるなどの方法によって、粘度の高いエッチング液を用いれば、エッチング液の第２の電極２３中の透過を抑制できる。
【００３０】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における電子部品の工程を説明する断面図である。図３は薄膜形成用基板上に犠牲層と第２の電極のパターン、圧電材料層、第１の電極を形成する工程までを示しており、図３（ｆ）から後の工程は実施の形態２の図２（ｂ）以下と同様である。図３（ａ）は薄膜形成用基板３１である。薄膜形成用基板３１の片面に犠牲層３２のパターンを形成したものが図３（ｂ）である。このパターン形成は、薄膜形成用基板３１の片面全面にスパッタで成膜したのち、フォトリソとエッチングの工程などによってなる。この犠牲層３２のパターンは、最終的に第２の電極のパターンが残される部分以外の部位に形成される。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、第２の電極３３を犠牲層３２の上から全面に形成して、さらにこれをパターニングすることによって、図３（ｄ）に示すように電極パターン３４が形成される。このときの電極パターン３４は、犠牲層３２の形成部分以外の部位に、端部が若干犠牲層３２と重畳するようにして設けられる。
【００３２】
このあと圧電材料層３５、第１の電極３６を順に形成したものが、図３（ｅ）、図３（ｆ）である。図３（ｅ）において、犠牲層３２と電極パターン３４が重畳した近傍の図４に示すように、この図のように重畳した段差が生じるために、細かく見れば圧電材料層３５の表面にも段差を生じさせることとなるが、段差の高さは圧電材料層３５の厚みや、このあと形成される第１の電極３６の厚みと比較して十分に小さいために、機能性素子としての特性や工程に影響を及ぼすことはほとんどない。
【００３３】
さらにこのあと、実施の形態２と同様にして工程を進める。薄膜形成用基板３１のエッチングを実施の形態１と同様に行えば、同じような効果が得られる。また犠牲層３２のエッチングについても実施の形態２と同様に行うことによって、同様の効果が得られる。
【００３４】
以上の効果に加えて、本実施の形態では第２の電極が薄膜形成用基板上においてパターニングされていることから、薄膜形成用基板を除去した後にパターニングを行うよりも実施が容易であり、第２の電極以外の部位は犠牲層によって保護されているので、薄膜形成用基板のエッチング液に直接、圧電材料層がさらされることがなくなる。またこのときに、第２の電極の端部を犠牲層と重畳させることによって、圧電材料層を隙間なく完全に保護できる。さらに言えば、実施の形態２と比較して、第２の電極が設けられた圧電材料層部分、すなわち実際に駆動を行う圧電材料層部分には犠牲層が設けられず、第２の電極が直接薄膜形成用基板と接している。このことが圧電材料層の特性確保に寄与するのである。薄膜形成用基板の結晶構造は圧電材料層の特性に反映され、その間に他の材質が介在すれば特性が変化する。薄膜形成用基板としてＭｇＯを用いている一因も圧電材料層の特性確保の観点からであり、第２の電極としてＰｔを用いている理由も、比較的前述したような特性変化を起こしにくい点が挙げられる。よって第２の電極と薄膜形成用基板の間に犠牲層を設けないことによって、より安定した圧電材料層の特性が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、圧電材料層の特性劣化を防ぐことができるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１における電子部品の工程を説明する断面図
【図２】  本発明の実施の形態２における電子部品の工程を説明する断面図
【図３】  本発明の実施の形態３における電子部品の工程を説明する断面図
【図４】  同図３（ｅ）の要部を拡大した断面図
【符号の説明】
１１，２１，３５  圧電材料層
１２，３６  第１の電極
１３，２３，３３  第２の電極
１４，２４，３１  薄膜形成用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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