CN1251228C - 薄膜压电体元件及其制造方法以及使用该薄膜压电体元件的致动器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及进行微小位置决定的致动器装置中使用的薄膜压电体元件及其制造方法。用粘合剂层叠用电极膜夹住的2个压电体薄膜，仅选择地去除第二基板，将第一基板上剩余的各种薄膜加工成具有规定形状的分离的多个结构体。之后，覆盖住上述结构体的露出面来形成绝缘膜和外部连接电极部，从而形成多个薄膜压电元件。然后，覆盖住薄膜压电体元件来涂布树脂，与临时固定用基板粘合后，仅选择地去除第一基板，随后，分离临时固定用基板，把该树脂从压电体元件表面去除，分离多个薄膜压电体元件。通过该方法，可批量生产性高且廉价地提供薄膜压电体元件。
Description
技术领域
本发明涉及作为微小位置决定用的致动器或传感器使用的薄膜压电体元件及其制造方法以及使用该薄膜压电体元件的致动器装置。
背景技术
近年来，随着半导体技术的进步，在使用半导体制造技术制作机械结构体并大幅度实现小型化方面进行了努力，致动器等电机械变换元件崭露头角。这种元件可实现小型的高精度的机械部件，并且通过使用半导体工艺其生产率大大改善。尤其，使用压电体元件的微致动器应用于扫描型隧道显微镜的微小变位元件和磁盘记录再现装置的头滑块等微小位置决定用致动器中。
例如，在磁盘记录再现装置中，进行如下的组装。通常，对磁盘进行信息的记录再现的磁头搭载在头滑块上，安装于致动器臂上。通过由音圈马达(下面叫作VCM)摇动该致动器臂，定位于磁盘上的规定磁道位置，用磁头进行记录再现。但是，在提高记录密度的同时，仅用这种原来的VCM进行位置决定不能确保足够的精度。因此，提出除VCM的位置确定部件外，通过使用压电体元件的微小位置决定部件来微小地驱动头滑块，进行高速高精度的位置决定的技术(例如超高TPI化和背负式(piggy back)致动器(国际盘驱动器协会发行的IDEMA日本新闻No.32，pp4-7)。
如上所述，使用压电体元件的致动器期待各种应用，但原来多使用按生片(green sheet)层叠方式或厚膜多层形成方式多层化的结构(例如特开平6-224483号公报)。然而，这些制造方法制造的压电体元件的一层厚度为数十微米左右，因此需要100V左右的驱动电压。
作为对此的解决方法，特开平8-88419号公报中公开了一种小型、低压驱动并且变位量大的薄膜层叠型致动器及其制造方法。即，在氧化镁等单晶基板上按顺序蒸镀铂等电极层、钛酸锆石酸铅(PZT)等压电材料构成的压电层、电极层、玻璃或硅构成的粘合层来形成压电部件。这样形成的压电部件之间通过阳极粘合法粘合，再通过研磨等去除层叠侧的基板，在露出的电极层上形成粘合层后，按上述顺序把该粘合层与另外的压电部件的粘合层粘合，反复上面工序形成层叠体后，从两侧交替取出内层电极，实现层叠型致动器。作为压电部件之间的粘合方法，不仅示出阳极粘合法，还使用出表面活化粘合法和粘合剂粘合法。但是，该制造方法中，从层叠压电部件的层叠体的2个侧面经绝缘层形成外部电极，因此需要至少对每个层叠体进行该外部电极的形成，在批量生产性方面有问题。作为对基板面垂直方向产生变位的结构，例如磁盘记录再现装置的头滑块的微小致动器，存在的问题是它是不适合在面内方向使用的形状。
另外，特开平11-345833号公报中，表示出分别设置热电元件和压电体元件的电极形成基板上进行高效安装的制造方法。据此，通过树脂或两面粘结带等把临时基板上形成的元件按规定配置粘合在元件转写器具上后，仅选择蚀刻临时基板。接着，使电极形成基板上设置的电极和元件的电极相对贴合，例如通过焊料添加粘合。之后，溶解去除粘合元件的树脂或粘结带等进行元件转写基板和元件的分离，从而在元件形成基板上形成按规定形状粘合的热电元件和压电体元件。元件转写器具上粘合固定元件，因此临时基板即使被选择蚀刻，元件的变形或损伤也不产生，可保持规定的配置状态，可统一贴合在电极形成基板上。但是，该制造方法中，粘合分别分离的元件，而这种方式下把元件高精度地位置重合在元件转写基板上并分别贴合是比较困难的，越小型且电极端子数越多，与电极形成基板的位置重合偏差越成为问题。要求粘合层是耐添加焊料的耐安装温度的材料，并且是承受该温度后可通过规定溶液去除的稳定的粘合材料。
因此，在基板上用粘合剂层叠电极膜夹住的多个压电体薄膜之间而形成的压电体元件中，课题是提供不产生各种构成材料的特性恶化的高成品率高批量生产性的制造方法，尤其是制造同一面上配置电极的压电体元件，实现以2个为一对的压电致动器的同时，提高批量生产性并降低成本。
发明内容
本发明第一方面提供了一种薄膜压电体元件的制造方法，包含下面的工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜、第一压电体薄膜和第一上层电极膜；
b)在第二基板上顺序层叠第二下层电极膜、第二压电体薄膜和第二上层电极膜；
c)使上述第一上层电极膜和上述第二上层电极膜相对并经粘合层来粘合固定；
d)仅选择地去除上述第二基板；
e)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜、上述第二上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜、上述第二上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
f)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一上层电极膜、上述第一下层电极膜、上述第二上层电极膜、上述第二下层电极膜连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
g)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
h)仅选择地去除上述第一基板；
i)使粘合上述临时固定用基板的粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
本发明第二方面提供了一种薄膜压电体元件的制造方法，至少包含如下工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜和第一压电体薄膜；
b)在第二基板上顺序层叠第二下层电极膜和第二压电体薄膜；
c)使上述第一压电体薄膜和上述第二压电体薄膜相对并经具有导电性的粘合剂来粘合固定；
d)仅选择地去除上述第二基板；
e)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
f)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一下层电极膜、上述第二下层电极膜和上述粘合层连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
g)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
h)仅选择地去除上述第一基板；
i)使粘合上述临时固定用基板的上述粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
本发明第三方面提供了一种薄膜压电体元件的制造方法，上述制造方法包含如下工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜、第一压电体薄膜和第一上层电极膜；
b)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
c)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一下层电极膜、上述第一上层电极膜连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
d)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
e)仅选择地去除上述第一基板；
f)使粘合上述临时固定用基板的粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
通过以上结构，通过临时固定用基板和树脂确实保护薄膜压电体元件，防止压电体薄膜、绝缘膜或外部连接电极部的导体膜被第一基板的蚀刻液侵蚀，可制造各材料的特性没有恶化的压电体元件。因此，这些材料的选择自由度大，可使用安装特性优越的电极材料和可提高可靠性的绝缘膜材料。
根据该制造方法，尤其是可在一块基板上同时制作多个粘合一对用电极膜夹住的压电体薄膜、仅在一个平面侧有连接电极部的薄膜压电体元件。以2个粘合一对的结构的压电体元件为一组进行一体化的一对压电体元件构成的致动器也容易制造。这样的压电体元件不仅增大了强度，而且制造工序和线焊等的安装工序中的作业数量也可缩短。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的制造方法制作的致动器元件的平面图；
图2A是图1所示的致动器元件的X-X’部分的截面图；
图2B是图1所示的致动器元件的Y-Y’部分的截面图；
图3是使用根据第一实施例的制造方法制作的致动器的盘装置的斜视图；
图4A是表示本发明的第一实施例的制造方法的主要工序的第一层叠体和第二层叠体的配置的侧面图；
图4B是经粘合曾粘合的第一和第二层叠体的截面图；
图4C是去除第二基板的结构体的截面图；
图5A是表示本发明的第一实施例的制造方法的主要工序的通过选择蚀刻形成的第一基板上的多个结构体的截面图；
图5B是表示多个由绝缘膜盖住的结构体的截面图；
图5C是由树脂层粘合的用临时固定用基板和绝缘膜盖住的多个结构体的截面图；
图6A是表示本发明的第一实施例的制造方法的主要工序的通过药液仅蚀刻去除第一基板的多个结构体的截面图；
图6B是表示溶解液中的容纳在筛网容器中的在临时固定基板上形成结构体的配置的配置图；
图6C是表示溶解去除树脂后的筛网容器中的结构体的配置的配置图；
图7是用于说明本发明的第一实施例的制造方法的分离临时固定用基板的工序的斜视图；
图8A是根据本发明的第二实施例的制造方法制作的压电体元件的平面图；
图8B是图8A的Y-Y’部分的截面图；
图9A是表示本发明的第二实施例的制造方法的主要工序的粘合在临时固定基板上的多个第一基板的配置图；
图9B是表示去除第一基板后容纳在筛网容器中并浸渍在溶解液的图9A所示的结构体的配置图；
图10A是根据本发明的第三实施例的制造方法制作的以2个压电体元件为一对的致动器的平面图；
图10B是图9A的Y-Y’部分的截面图；
图11A是根据本发明的第四实施例的制造方法制作的以2个压电体元件为一对的致动器的平面图；
图11B是图10A的Y-Y’部分的截面图。
具体实施方式
下面使用附图说明本发明的实施例。
第一示范实施例
图1是由第一实施例的制造方法制作的以2个压电体元件为一对的致动器元件的平面图。该致动器元件用于在磁盘记录再现装置中把头滑块高精度地在盘上的规定磁道位置处作微小位置决定。图中所示的致动器元件具有一对2个压电体元件70，该一对元件70相对线A-A’彼此具有镜像关系形成。沿着图1的X-X’线、Y-Y’线的截面结构分别表示在图2A和2B中。下面使用这些图来说明其结构。
如图2A，2B所示，一对压电体元件70结构相同，分别用粘合层60贴合第一下层电极膜52和第一上层电极膜54夹住的第一压电体薄膜53、第二下层电极膜56和第二上层电极膜58夹住的第二压电体薄膜57而形成结构体66，覆盖该结构体66形成绝缘膜62。同时，该绝缘膜62也填充在一对压电体元件70的每一个上设置的通孔96，98之间的区域63中来形成，由此该一对压电体元件70被一体化。通过这种结构，在规定的基板上安装时的处理和位置决定变容易了。
为了这些电极膜与外部设备的连接，如图2B所示，通过光刻和蚀刻形成通孔96，98和连接用电极膜73，制作和规定外部设备的外部连接电极部75。对第一下层电极膜52从第二下层电极膜56蚀刻到第一压电体薄膜53而露出的场所、对第二下层电极膜56蚀刻绝缘膜62而露出的场所、以及对第一上层电极膜54和第二上层电极膜58使用连接用电极膜73从通孔96，98引出到表面的场所分别为外部连接电极部75。
使用这种结构构成的致动器元件的盘驱动器装置的形式如图3所示。致动器装置230由搭载在盘上进行记录再现的头(未示出)的滑块231、悬置件233、一对薄膜压电体元件构成的致动器元件232、板簧部234、支持臂236和挠性布线板235构成。
滑块231由悬置件233支持，在相对盘210的面上搭载头(未示出)。滑块231的附近在悬置件233上固定一对压电体元件70构成的致动器元件232。
悬置件233固定在板簧部234上，该板簧部234固定在支持臂236上。由悬置件233、板簧部234、支持臂236构成支持部件。
支持臂236被轴向支撑在轴承部240上，可自由旋转。支持臂236上安装把头和致动器元件232电连接外部电路用的挠性布线板235。另外，支持臂236上安装构成旋转该支持臂236用的音圈马达的音圈250。通过该音圈250和壳体(未示出)上固定的磁体(未示出)构成音圈马达。因此，该致动器装置230可通过音圈马达的位置决定和致动器元件232的位置决定2个阶段进行位置决定。
下面说明使用该致动器装置230的盘驱动器装置的动作。盘210由主轴马达220旋转驱动时，滑块231和盘210之间流入空气，形成空气润滑膜。该空气润滑膜的压力和来自板簧部234的押下力相均衡的位置处，滑块浮起，为稳定状态。该浮起高度约为10nm到50nm。该浮起状态下，为在盘210的规定磁道位置处对头进行位置决定，由音圈马达旋转支持臂236。通常的盘驱动器装置中，仅用该音圈马达在规定的磁道位置处进行位置决定。但是，进行更高密度记录的情况下，磁道密度更大，因此要求更高精度的位置决定。执行这一点的是薄膜压电体元件70构成的致动器元件232。致动器元件232安装在悬置件233的滑块231附近，通过驱动该致动器元件232，悬置件233和支持臂236可无关地将头位置自由移动数微米左右。即，该致动器元件232设置一对同一结构的薄膜压电体元件70，因此一个在延伸方向上，另一个在收缩方向上施加电压的话，头位置可移动数微米左右。致动器元件232设置在滑块231附近，因此悬置件233和支持臂236上可无关地仅驱动滑块231。
通过以上动作，可进行音圈马达的位置决定和致动器元件70的高精度位置决定2个阶段构成的位置决定。该致动器装置230是一个例子，尤其是关于支持部件可有各种结构。
下面使用图4A到图7说明该压电体元件70的制造方法。在图4A到图6C的工序说明图中，表示沿着图1所示的X-X’线的截面部。
图4A表示使第一上层电极膜54和第二上层电极膜58相对地配置在第一基板51上顺序形成第一下层电极膜52、第一压电体薄膜53、第一上层电极膜54的层叠体和在第二基板55上顺序形成第二下层电极膜56、第二压电体薄膜57、第二上层电极膜58的层叠体的状态。例如，作为第一基板51和第二基板55使用氧化镁单晶基板(MgO基板)的(100)面，作为第一下层电极膜52和第二下层电极膜56使用铂(Pt)来通过溅射成膜的话，则容易得到(100)上排列的Pt电极膜。此外，该Pt膜构成的第一下层电极膜52和第二下层电极膜56上通过溅射成膜钛酸锆石酸铅(PZT)的话，则可得到钙钛结构的在垂直膜面方面上排列的压电特性良好的压电体薄膜。第一压电体薄膜53和第二压电体薄膜57的厚度约为3微米，使得驱动电压可在10V以下。
因此，第一下层电极膜和第二下层电极膜用相同材料和相同成膜方式作成，则可混合第一基板和第二基板形成电极膜，可有效利用高价的成膜装置，进一步提高批量生产性。还有，第一上层电极膜和第二上层电极膜以及第一压电体薄膜和第二压电体薄膜用相同材料和相同成膜方式作成，则可有效成膜最花费成膜时间的生产性差的压电体薄膜。此外，第一压电体薄膜和第二压电体薄膜用相同装置同时成膜，则层叠时的压电体薄膜特性大致均匀。尤其，第一基板和第二基板相同，第一下层电极膜和算二下层电极膜相同，在这些基板上同时对压电体薄膜成膜，则压电体元件的各个压电体薄膜上施加相同电压，也能做到相同的电场强度，提高特性的均匀化和可靠性。通过使用具有相同材料和形状的第一基板和第二基板，可使这些基板上形成的压电体薄膜的特性大致均匀。另外，由于第一压电体薄膜和第二压电体薄膜的成膜条件相同，因此可同时成膜，可提高批量生产性。
作为第一上层电极膜54和第二上层电极膜58的材料，只要是具有在蚀刻压电体薄膜时电极膜不被蚀刻的选择性的材料，则不受制约，可同样使用Pt膜，可使用镍铬合金、金、铜、钽、镍等金属材料和导电性的氧化物或氮化物材料。
如图4B所示使第一上层电极膜54和第二上层电极膜58相对地用粘合剂粘合固定这样形成的2个基板。该粘合剂是为粘合金属和陶瓷而一般使用的无机系或有机系的粘合剂，希望粘合后的粘合层60不显示出粘弹性。另外，只要粘合后不显示出粘弹性，则可使用光抗蚀剂材料，但其中提高耐热性的光抗蚀剂用作更有效的粘合剂。粘合层60的厚度希望至少与第二压电体薄膜57的厚度大致相同。粘合层60提高结构体的强度，另一方面，由于从第二压电体薄膜57侧形成外部连接电极部，因此确保通孔加工时的加工性。即，如果粘合层60比第二压电体薄膜57厚，则压电元件的强度再提高，而反之，用于把第一上层电极膜54和第二上层电极膜58连接于外部连接电极部的通孔形成困难。相反若减薄的话，则容易形成通孔，而降低压电元件的强度。满足这二者的粘合层60的厚度希望为与第二压电体薄膜57的厚度大致相同的厚度。
接着如图4C所示，仅选择去除第二基板55。作为该去除方法，可使用湿蚀刻或干蚀刻。第一基板51和第二基板55是相同材料，第二基板55通过湿蚀刻去除时，预先用光抗蚀剂等耐蚀刻性的材料覆盖第一基板51，使之不与蚀刻液接触。作为这些基板，在使用氧化镁单晶基板(MgO基板)时，可由加热的磷酸溶液去除第二基板55。使用单晶硅基板(Si基板)时，可使用氟酸和硝酸的混合液去除。
用干蚀刻去除时，第一基板51密合在蚀刻台上，因此暴露于蚀刻气体中的仅为第一基板51的侧面部。因此，该情况下，用特耐蚀刻性的材料覆盖第一基板51的所有面是不必要的。去除第二基板55时，把该第二基板55向前研磨减薄，之后也可用湿蚀刻或干蚀刻去除。
去除第二基板55时，也包含在第二基板55上形成的第二下层电极膜56、第二压电体薄膜57、和第二上层电极膜58，为全部的膜堆积在第一基板51上的状态。该状态下，图1的虚线包围的区域剩余下，此外的部分由光刻或蚀刻选择地去除，从而如图5A所示，第一基板51上得到分离的多个结构体66。
例如，蚀刻分离层叠的全部膜时，把光抗蚀剂形成为规定图形后，分别使用不同的反应气体或相同的反应气体通过干蚀刻对第二下层电极膜56、第二压电体薄膜57、第二上层电极膜58、粘合层60、第一上层电极膜54、第一压电体薄膜53、第一下层电极膜52进行蚀刻。用湿蚀刻也可以，根据需要可兼干蚀刻与湿蚀刻。形成结构体66时，若同时也加工通孔96，98，则可简化工序。
另外，如图5B所示，在多个结构体66上盖上绝缘膜62。作为该绝缘膜，涂布液态树脂，进行热处理硬化来制作。例如，用旋转机涂布液态聚酰亚胺，干燥后在350℃左右加热来作为聚酰亚胺膜，可涂布其他有机树脂并加热硬化，可形成通过溶胶法得到的氧化硅为主体的膜。此外，也可使用通过溅射和CVD法得到的氧化硅膜、氮化硅膜或这些的混合膜等。
还有，光刻和蚀刻通孔96，98区域的绝缘膜62后，如上所述如图2B所示形成连接用电极膜73。其结果是形成各个电极膜与外部设备连接用的外部连接电极部75。作为用于此的加工方法，例如由于仅露出第一下层电极膜52，在蚀刻到第一压电体薄膜53后再次进行光刻，制作规定的抗蚀剂图形，而后，蚀刻去除第一下层电极膜52的不要的部分，则仅露出第一下层电极膜52的规定图形。去除第一基板51时的药液中难以暴露出第一压电体薄膜53，因此第一下层电极膜52比第一压电体薄膜53更宽是有效方式之一。与此相对，该第一下层电极膜52不仅从成为外部连接电极部75的区域露出，还可按比第一压电体薄膜53的外形宽地来同时形成，从而这种图形形状的作成不伴随工序数增加，可简单进行。
对于通孔96，98部分的形成，在图2B所示的规定位置上选择蚀刻第二下层电极膜56、第二压电体薄膜57并露出第二上层电极膜58。接着，用光刻法制作比选择蚀刻的区域小的形状的抗蚀剂图形，蚀刻第二上层电极膜58和粘合层60来形成。随后，形成绝缘膜62，按规定图形蚀刻后，形成连接用电极膜73并作成规定图形形状，则将第一上层电极膜54和第二上层电极膜58连接一起并引出到表面，得到表面具有外部连接电极部75的结构。
通过该制造方法，可在第一基板上统一进行外部连接电极部的加工，并且用于和外部设备连接的例如线焊进行的安装可有效进行。此外，外部连接电极部集中设置在一个面侧上，因此也容易把压电体元件与基板粘合。
作为粘合层60使用导电性材料，但该情况下，上述第二次的图形形成和蚀刻就不需要了，可简化工序。还有，需要分别独立地安装第一上层电极膜54和第二上层电极膜58时，也可用同样工序简单进行。
这样，第一基板51上形成的一对压电体元件70用树脂层76覆盖，同时用该树脂层76粘合临时固定用基板74。根据该方法，可一次形成临时固定用基板的粘合和从蚀刻液中保护压电体元件的树脂，从而可简化工序。这一点如图5C所示。该树脂层76要求是在去除第一基板51的工序中临时固定用基板74不剥离的粘合性以及耐蚀刻去除第一基板51用的药液或干蚀刻的反应气体的材料。例如，可使用焦油系蜡、丙烯基系粘合剂、可热塑性树脂或光抗蚀剂等。可以是最初例如用光抗蚀剂覆盖压电体元件70，干燥后形成树脂层76，之后，用例如丙烯基系粘合剂粘合临时固定用基板74的结构。通过这种结构，溶解粘合剂的液体和溶解作为树脂层76的光抗蚀剂的液体可不同。其结果是压电体元件70可不暴露于溶解粘合剂的液体中，从而防止该液体使压电体元件70变质。
即，用于选择去除第一基板51的蚀刻时，压电体元件70确实通过临时固定用基板74和树脂76保护，因此防止压电体元件70的压电体薄膜53，57、绝缘膜62或外部连接电极部75的导体膜73被蚀刻液侵蚀。这些材料选择自由度增大，可使用安装特性优越的电极材料和提高可靠性的绝缘膜材料。
另外，作为临时固定用基板74，可原样使用玻璃、金属或铁氧体、ァルチック(氧化铝和碳化钛的混合陶瓷)、氧化铝等的陶瓷材料等各种材料。其中，要求选择去除第一基板51时的药液、气体、干蚀刻时的包含活性种的气体或干蚀刻时至少一部分离子化的气体不侵蚀的材料。另一方面，这些基板材料表面的整个面上形成不受上述药液、反应气体等侵蚀的膜，则不仅临时固定用基板74的选择自由度增大，还可反复使用。例如，作为临时固定用基板74使用玻璃，作为第一基板51使用Si基板时，玻璃表面的整个面上可形成铬膜。作为临时固定用基板74使用不锈钢、铁板、铜板等金属板，作为第一基板51使用MgO基板时，在这些金属板表面的整个面上可形成铬膜、氧化硅膜等。
粘合临时固定用基板74后，通过药液蚀刻去除第一基板51的状态如图6A所示。通过该工序，一对压电体元件70为从用于成膜的第一基板51和第二基板55二者分离的状态，而由树脂层76固定在临时固定用基板74，因此不产生变形或褶皱，彼此保持在规定的位置关系。
接着如图6B和图7所示，在该临时固定用基板74上保持的压电体元件70装入筛网容器82中，将其浸渍在装入溶解树脂层76的溶解液84的容器80中，溶解树脂层76并分离临时固定用基板74。例如，作为树脂层76使用焦油系蜡时，作为溶解液84可使用二甲苯。使用丙烯基粘合剂时，可使用各自专用的溶解液。图6B中，压电体元件70接触并保持在筛网容器82中，而在筛网容器82的两侧面保持临时固定用基板74，一对压电体元件70保持在从筛网容器82的底部稍微浮起的状态。这样，防止压电体元件70接触筛网容器82的底部而受损伤。
该筛网容器82的筛眼尺寸至少小于压电体元件70，压电体元件70从临时固定用基板74分离也不会从筛孔漏出落在容器80底部而造成七零八落。从容器80上拉筛网容器82时，药液也容易从筛孔漏出，因此压电体元件70上附着的树脂层76可确实去除。此外，更换到另外的容器中可容易进行蒸汽清洗和干燥处理。
图6C表示进行这种溶解去除处理，从容器80拉出筛网容器82的状态，而该筛网容器82中仍保持一对压电体元件70，通过安装机进行处理，使之在基板上移动。
如上那样，使用临时固定用基板74暂时保持压电体元件70的同时还保护免受药液侵蚀，通过去除第一基板51确实防止药液对压电体元件70产生影响。因此，作为压电体元件70的可靠性和成品率大大改善了。此外，粘合于临时固定用基板74的一对压电体元件70朝向筛网容器82的底部浸渍在溶解液84中，若分离临时固定用基板74，则可确实不产生损伤地在筛网容器82中保持一对压电体元件70，70。
每个临时固定用基板74保持在筛网容器82中来去除树脂层76，使得在将多个压电体元件70保持在规定位置关系的状态下进行第一基板51的去除和压电体元件70的清洗处理，安装工序中处理压电体元件70时不破坏这些元件，而且可简单确实进行检查。分离临时固定用基板74，从压电体元件70去除树脂层76时，因为朝向与安装在筛网容器82中的状态相同面保持多个压电体元件而可简单取出，可容易进行必要的清洗，从而可用安装机简单安装。
本第一实施例的制造方法中，说明了以2个压电体元件70为一对使用的致动器元件的情况，而一个压电体元件的情况下也可用同样方法制造，而且当然可提高成品率和可靠性。
第一实施例中，与一对压电体元件70的第一基板51接触的第一下层电极膜52的面上不形成绝缘膜62，因此以2个该压电体元件为一对粘合固定于悬置件(未示出)上时，第一下层电极膜52面上涂布粘合剂，可作为压电体元件70的第一下层电极膜52面侧的绝缘膜。或者，如图6A所示，去除第一基板51，通过临时固定用基板74把压电体元件70的位置关系固定，因此第一下层电极膜52面上可形成绝缘膜(未示出)。这样，用绝缘膜覆盖元件整个面可尤其防止压电体元件70的耐湿可靠性降低。
本第一实施例中，以2个压电体元件为一对的致动器元件的制造中，不仅高精度配置该2个压电体元件，还用相邻形成的薄膜制作一对压电体元件，因此二者的压电特性容易均匀。此外，连接2个结构体的一部分而成为一体结构，因此从临时固定用基板去除的工序和向设备的基板上安装的工序中容易防止一对压电体元件之间的变形等，并且可高精度地进行位置决定。
根据第一实施例的制造方法，得到在同一面上配置外部连接电极部的批量生产性良好的具有保护膜的薄膜压电体元件。此外，以2个压电体元件70为一对的结构体的整个面用绝缘膜覆盖，使得可得到免受外部湿气和腐蚀性气体破坏的薄膜压电体元件。上述的一对压电体薄膜的各自的厚度和粘合层的厚度大致相等地构成。由此，各个压电体薄膜上施加相同的电位时产生的变位量和电场强度几乎相同。粘合层与压电体薄膜大致相等，因此图形形成和通孔引起的外部连接电极部形成可按高精度高可靠性进行加工，可得到强度大的压电体元件。
本第一实施例中，说明了第一下层电极膜52和第二下层电极膜56用相同材料时的情况，但本发明不限于此。例如，只要是能耐住使第一压电体薄膜53和第二压电体薄膜57具有规定的压电特性的成膜时的加热条件或成膜后的热处理条件且可进行选择蚀刻的电极膜材料，则特别不受制约。
第二示范实施例
图8A是用第二实施例的制造方法制作的压电体元件90的平面图，图8B表示其Y-Y’部分的截面图。本实施例的制造方法得到的压电体元件90是与平面形状相比厚度非常薄的长方体形状，与图1和图2所示的构成要素对应的要素附加相同符号。该第二实施例中，将第一上层电极膜54和第二上层电极膜58电引出到压电体元件90的表面的连接用电极膜73全部形成为外部连接电极部75。通过这样形成，使用于和外部设备连接的线焊条件相同，从而可有效安装。该压电体元件90与第一实施例同样用作致动器元件，也可用作检测出对应伸缩的电压的传感器。
关于该压电体元件90的制造方法，使用图9A，9B仅就与第一实施例的制造方法不同的工序进行说明。本实施例中，与第一实施例的制造方法同样在第一基板51上形成多个压电体元件90，而与第一实施例不同，分别单独使用。图9A所示的第一基板上形成压电体元件90的结构与该第一实施例的制造工序的图5B相同。本实施例的制造方法中，如图9A所示，作为临时固定用基板86，是比第一基板51大的形状，比1块第一基板51面积大的临时固定压电基板86上形成压电体元件90的第一基板51可粘合固定多个，与第一实施例不同。
本实施例中，临时固定用基板86也可使用金属、玻璃或陶瓷等。另外这些基板表面上形成蚀刻去除第一基板51的药液不会侵蚀的金属、氧化物或有机物等构成的膜来使用这一点也同样。临时固定用基板86上粘合第一基板51的方法可和第一实施例同样，但如果按规定间距间隔进行粘合，则在清洗干燥后用安装机进行处理的作业得以改善，从而是所希望的。这样，通过设置压电体元件90的第一基板51粘合在多个临时固定用基板86上，可大幅度缩短去除第一基板51的工序时间。例如，如果粘合5块第一基板51，同时将这些基板蚀刻去除，则为此使用的作业时间可缩短为大约1/5。即，比第一基板面积大的临时固定用基板上形成压电体元件的第一基板51粘合多个，可统一去除第一基板51，第一基板51的去除工序可简化。还有，从临时固定用基板分离多个压电体元件的工序也可简化。
图9B表示去除第一基板51后在溶解树脂层76的溶解液84中浸渍的状态。该工序与第一实施例所示的图6B同样，容器80中装入溶解液84，粘合在临时固定用基板86上的压电体元件90同样保持在筛网容器82中。该筛网容器82的筛眼尺寸也小于压电体元件90，压电体元件90从临时固定用基板86分离时，也不会从筛孔漏出落在容器80下部。
图9B中压电体元件90与筛网容器82接触保持，但可在筛网容器82的两侧面保持临时固定用基板86，使压电体元件90不与筛网容器82的底部接触地来保持。关于清洗、干燥也与第一实施例同样，但由于在1个筛网容器82上排列多个压电体元件90的状态下配置，清洗、干燥后安装在规定基板上的工序可更有效化。
此后的工序与第一实施例的制造方法相同，说明从略。
第二实施例中，说明了制造大致长方体形状的压电体元件的情况，但当然在以第一实施例说明的2个压电体元件为一对来使用的致动器元件的情况下也可同样制造。
第三示范实施例
图10A表示将根据本发明的第三实施例的制造方法制作的2个压电体元件为一对构成的致动器元件的平面形状，图10B表示其Y-Y’部分的截面形状。与图1所示的构成要素相同的要素附加相同符号。关于本实施例的制造方法，仅说明与第一实施例的制造方法不同的工序。
本实施例中，到去除第二基板55之前的工序都相同。去除第二基板55，使用包含第二下层电极膜56、第二压电体薄膜57和第二上层电极膜58的全部的膜堆积在第一基板51上的状态的基板(图4C的状态)进行光刻和蚀刻处理。此时，如图10B所示，蚀刻去除该通孔96，98夹住的区域和位于其附近上面侧94上的第二下层电极膜56。此时，为确实蚀刻第二下层电极膜56，可蚀刻到第二压电体薄膜57的一部分。其结果是成对的2个压电体元件92各自的第二下层电极膜56之间为电分离状态。另一方面，2层的压电体薄膜53，57和粘合层60以及第一、第二上层电极膜54，58在2个通孔96，98夹住的区域及其附近部分不蚀刻而一体化。因此，2个压电体元件92为一对处理时的强度增大。
此后，实施相同工序，直到第一实施例的制造方法的图6A所示的工序。去除第一基板51后，并且在临时固定用基板74上粘合固定的状态下，进行光刻和蚀刻。由此，如图10B所示，蚀刻去除该通孔96，98夹住的区域和位于其附近下面侧95的第一下层电极膜52。此时，为确实蚀刻去除第一下层电极膜52，也蚀刻第一压电体薄膜53的一部分，不会产生故障。由此，一对压电体元件92各自的第一下层电极膜52彼此电分离。该工序由于在临时固定用基板74上粘合固定多个压电体元件92，因此可统一进行，是效率高的作业。作为仅去除第一下层电极膜52和第二下层电极膜56的各自的规定部分的方式，不仅进行光刻和蚀刻，可使用在规定部分照射激光来产生擦拭进行去除等其他方法。
此后的工序与第一实施例的制造方法相同，说明从略。
根据这种制造方法，第一下层电极膜52和第二下层电极膜56在各自的压电体元件92之间电分离，但由于在2个通孔96，98夹住的区域及其附近上侧面94部分中，2个压电体薄膜53，57、2层电极膜54，58和粘合层60一体化，因此一对压电体元件构成的致动器元件整体强度可增大。此外，连接从通孔96，98引出的连接用电极膜73之间，中央部设置外部连接电极部75的话，也可缩短线焊等连接作业数。
由上述制造方法制作的压电体元件不仅以低电压驱动，如果适当控制施加在2个压电体元件上的电压，可将变位量作到仅1个压电体元件情况下的大约2倍。此外，由于在外部连接电极部附近的规定区域中连接结构体之间并一体化，因此一对压电体元件的处理和向基板上的安装不仅非常简单，而且可高精度安装。
第四示范实施例
图11A表示将根据本发明的第四实施例的制造方法制作的2个压电体元件为一对构成的致动器元件的平面形状，图11B表示图11A的Y-Y’部分的截面形状。与图1所示的构成要素相同的要素附加相同符号。关于本实施例的制造方法，根据第一实施例的制造方法，仅说明与其不同的工序。
本实施例的制造方法中，第一基板51上形成第一下层电极膜52和第一压电体薄膜53、第二基板55上形成第二下层电极膜56和第二压电体薄膜57，使第一压电体薄膜53和第二压电体薄膜57相向，由导电性粘合层104进行连接。此外形成，压电体元件100的外部连接电极部75时的通孔106，108的加工可以是在把第二下层电极膜56和第二压电体薄膜57蚀刻为规定形状后形成绝缘膜62，再将该绝缘膜62蚀刻为规定形状，不需要第一实施例的制造方法中的第一上层电极膜、第二上层电极膜。对于该工序以外的工序，由于与第一实施例的制造方法相同，说明从略。
如上那样，形成一对压电体元件100，则第一压电体薄膜53和第二压电体薄膜57上不需要分别形成上层电极膜，并且用于形成外部连接电极部的通孔的图形加工也简化，从而可再简化工序。
即，用导电性材料构成的粘合剂可兼用作夹住压电体元件形成的一对电极膜中的上层电极膜。因此，压电体元件上形成上层电极膜的工序可与粘合工序同时进行，从而可简化制造工序。导电性的粘合层有用作上层电极的功能，从而可省略上层电极膜的形成。作为该粘合层的膜厚，厚的话，可确实进行用于形成通力孔的选择蚀刻，但过厚的话，阻碍压电体薄膜的变位。另一方面，若把粘合层膜厚相反地来减薄，则不阻碍压电体薄膜的变位，是有利的，但过薄的话，结构体的强度降低。作为满足二者的膜厚，希望是与第二压电体薄膜的厚度大致相同的厚度。
通过第四实施例的制造方法，得到不需要第一上层电极膜、第二上层电极膜，成膜工序简化，形成外部连接电极用的通孔形成工艺也可简化的压电体元件。
关于第四实施例的制造方法，说明了除一部分外都根据第一实施例的制造方法制作的情况，但同样可除一部分外可根据第二实施例或第三实施例的制造方法制作。
本发明的制造方法中，第一基板和第二基板使用从MgO基板、Si基板、钛酸锶单晶基板和蓝宝石基板中选择的2种构成的组合的基板。例如，作为第一基板使用MgO基板、作为第二基板使用Si基板时，可得到排列在相对MgO基板在成膜时与压电特性良好的膜面垂直方向上的膜，而在Si基板的情况下，在成膜后对压电体薄膜进行热处理，可得到具有和MgO基板上的压电体薄膜相同程度的压电特性，在与膜面垂直方向上排列的压电体薄膜。为去除作为第二基板的Si基板，可使用氟酸和硝酸的混合液体，该液体不侵蚀作为第一基板的MgO基板，因此MgO基板不需要特别地用树脂等来保护。
Claims (19)
1.一种薄膜压电体元件的制造方法，包含下面的工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜、第一压电体薄膜和第一上层电极膜；
b)在第二基板上顺序层叠第二下层电极膜、第二压电体薄膜和第二上层电极膜；
c)使上述第一上层电极膜和上述第二上层电极膜相对并经粘合层来粘合固定；
d)仅选择地去除上述第二基板；
e)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜、上述第二上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜、上述第二上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
f)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一上层电极膜、上述第一下层电极膜、上述第二上层电极膜、上述第二下层电极膜连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
g)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
h)仅选择地去除上述第一基板；
i)使粘合上述临时固定用基板的粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
2.一种薄膜压电体元件的制造方法，至少包含如下工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜和第一压电体薄膜；
b)在第二基板上顺序层叠第二下层电极膜和第二压电体薄膜；
c)使上述第一压电体薄膜和上述第二压电体薄膜相对并经具有导电性的粘合剂来粘合固定；
d)仅选择地去除上述第二基板；
e)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第二下层电极膜、上述第二压电体薄膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
f)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一下层电极膜、上述第二下层电极膜和上述粘合层连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
g)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
h)仅选择地去除上述第一基板；
i)使粘合上述临时固定用基板的上述粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
3.一种薄膜压电体元件的制造方法，上述制造方法包含如下工序：
a)在第一基板上顺序层叠第一下层电极膜、第一压电体薄膜和第一上层电极膜；
b)分别单独地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜蚀刻加工成规定的形状，或者统一地将上述第一下层电极膜、上述第一压电体薄膜、上述第一上层电极膜以及上述粘合层蚀刻加工成规定的形状，形成分割的多个结构体；
c)用绝缘膜覆盖上述多个结构体的每一个，通过对形成外部连接电极部的区域中的所述绝缘膜和所述结构体进行光刻和蚀刻，并同时形成连接用电极膜，来形成用于将上述第一下层电极膜、上述第一上层电极膜连接于外部设备的所述外部连接电极部，作为多个压电体元件；
d)用树脂层盖住上述多个压电体元件，再粘合临时固定用基板；
e)仅选择地去除上述第一基板；
f)使粘合上述临时固定用基板的粘合层的粘合力降低，或通过溶解上述粘合层分离上述临时固定用基板的同时，用溶解液溶解所述树脂层，从上述压电体元件表面去除上述树脂层，各自分离上述多个压电体元件。
4.根据权利要求1所述的薄膜压电体元件的制造方法，在形成上述多个结构体的工序中，附加以2个结构体为一对进行加工，使得至少在形成所述外部连接电极的区域的一部分规定区域中连接压电体薄膜的工序。
5.根据权利要求2所述的薄膜压电体元件的制造方法，在形成上述多个结构体的工序中，附加以2个结构体为一对进行加工，使得至少在形成所述外部连接电极的区域的一部分规定区域中连接压电体薄膜的工序。
6.根据权利要求3所述的薄膜压电体元件的制造方法，在形成上述多个结构体的工序中，附加以2个结构体为一对进行加工，使得至少在形成所述外部连接电极的区域的一部分规定区域中连接压电体薄膜的工序。
7.根据权利要求1-6之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，分离上述临时固定用基板的工序中，在将上述临时固定用基板保持在具有至少比粘合在上述临时固定用基板上的多个压电体元件小的开口部的筛网容器中的状态下，溶解上述粘合层或降低粘合力来分离上述临时固定用基板，同时，从上述压电体元件表面去除上述树脂，分离上述多个压电体元件，保持在筛网容器中。
8.根据权利要求1-6之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述外部连接电极部形成在上述压电体元件的同一面侧。
9.根据权利要求1-6之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，粘合上述临时固定用基板的粘合剂和盖住上述压电体元件的树脂层是同一材料，由上述树脂层粘合上述临时固定用基板。
10.根据权利要求1-6之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，作为上述临时固定用基板，在上述临时固定用基板的整个面上形成并使用用于去除第一基板的液体、气体、包含活性种的气体或至少一部分被离子化的气体不侵蚀的膜。
11.根据权利要求1-6之一所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述临时固定用基板为可粘合多个第一基板的大小。
12.根据权利要求10所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述临时固定用基板为可粘合多个第一基板的大小。
13.根据权利要求1、2、4或5所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述第一基板和上述第二基板具有相同材料和形状。
14.根据权利要求1、2、4或5所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述第一基板和上述第二基板为从氧化镁单晶基板、单晶硅基板、钛酸锶单晶基板和蓝宝石基板中选择的2种构成的组合。
15.根据权利要求1或4所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述第一上层电极膜和上述第二上层电极膜由相同材料和成膜方式形成。
16.根据权利要求1、2、4或5所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述第一压电体薄膜和上述第二压电体薄膜由相同材料和成膜方式形成。
17.根据权利要求16所述的薄膜压电体元件的制造方法，上述第一压电体薄膜和上述第二压电体薄膜的厚度大致相等地形成。
18.根据权利要求1或4所述的薄膜压电体元件的制造方法，使上述第一上层电极膜和上述第二上层电极膜相对来粘合固定的粘合层的厚度至少与上述第二压电体薄膜的厚度大致相等地形成。
19.根据权利要求2或5所述的薄膜压电体元件的制造方法，使上述第一压电体薄膜和上述第二压电体薄膜相对来粘合固定的粘合层的厚度至少与上述第二压电体薄膜的厚度大致相等地形成。
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