JP2006245094A

JP2006245094A - 薄膜圧電体素子の製造方法および薄膜圧電体素子の転写方法

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Publication number: JP2006245094A
Application number: JP2005055536A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kita; 弘行喜多; Hiroichi Uchiyama; 博一内山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP4956899B2

Abstract

【課題】高い圧電性と信頼性を有し、かつ安価な薄膜圧電体素子の製造方法および転写方法を提供する。
【解決手段】透光性を有する成膜用基板１の一方の面上に、犠牲層薄膜２、第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および第２金属薄膜５を有する積層膜を形成する工程と、この積層膜を加工して、犠牲層薄膜２上に第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および第２金属薄膜５からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を成膜用基板１の他方の面側から犠牲層薄膜２へ照射し、犠牲層薄膜２の部位で剥離反応を発生させて圧電体素子パターンを成膜用基板１の上から剥離させる工程とを有する方法からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜圧電体素子の製造方法および薄膜圧電体素子の転写方法に関する。

近年、各種電子機器の小型化、薄型化に伴い、それに用いられる電子部品の小型化、薄型化への要求が高まっている。その要請に応える手段として、従来セラミック焼結体で作製されていた電子部品を薄膜電子部品に置換する提案がなされている。

圧電体アクチュエータ部品もその１つであり、体積が大きくなる焼結体で作製する圧電体素子の代わりに、薄膜方式で作製された薄膜圧電体素子を利用することが考えられている。一例を挙げれば、ハードディスクの磁気ヘッドの微細位置制御のために、薄膜圧電体素子を用いる提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

薄膜圧電体素子を用いる圧電体アクチュエータにより、部品の占める体積が減少し、その結果機器の小型化を実現できるという直接的な効果ばかりでなく、アクチュエータとしての重量が軽くなることにより、位置制御時における共振周波数が高まり、より高い周波数での制御が可能となるという利点も有している。

薄膜圧電体素子の製造においては、素子を構成する薄膜を成膜するための成膜用基板を最終的には除去する工程が必要となることがある。その手段としては、成膜用基板をエッチングにより除去する手法が一般的である（例えば、特許文献２参照）。

成膜用基板を除去することにより、除去した領域については圧電体の伸縮を妨げるものが減るため、圧電性をより一層効率的に利用することが可能となることによる。しかしながら、成膜用基板をエッチング除去すると、当然、その基板を再度利用することは不可能である。圧電体薄膜として必要な膜質を得るために高価な成膜用基板を使用せざるを得ない場合が多く、かつ製造ごとに新しい成膜用基板を必要とする。このため、作製される薄膜圧電体素子は成膜用基板のコストを含む結果、高価なものとなる。

成膜用基板をエッチング等により除去せずに、成膜用基板と薄膜とを分離する技術として、分離したい薄膜形状と同一の断面形状を有するレーザー光を照射する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

図２３および図２４を用いて、この方法について説明する。図２３において、透光性を有する成膜用基板１上に有機物質からなる犠牲層薄膜２と被転写層１４がこの順に形成されており、成膜用基板１の裏面からレーザー光７を照射する。すると、犠牲層薄膜２がレーザー光７を吸収して高圧状態となる。その結果、図２４に示すように、レーザー光７が照射された領域では被転写層１４が射出され、あらかじめ近傍に配置しておいた転写用基板１２との衝突の衝撃により接合されて転写される。このようにして、被転写層１４のうち必要な部分だけを転写用基板１２に転写することが可能となる。

また、薄膜圧電体素子を対象としたレーザー剥離技術も提案されている（例えば、特許文献４参照）。図２５を用いて、この方法について説明する。

まず、透光性を有する成膜用基板１の上に、犠牲層薄膜２、第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および振動板１６を形成する。続いて、樹脂６により振動板１６を転写用基板１２に固定する。この状態で透光性を有する成膜用基板１の裏面からレーザー光７を照射することにより、犠牲層薄膜２の面において剥離反応を生じさせる。これにより、透光性を有する成膜用基板１と犠牲層薄膜２の上に形成されている第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および振動板１６とを分離する。

なお、このような薄膜を剥離させるためのレーザー光７の照射方法としては、照射領域をずらしながら、重複領域を設けつつ複数回照射していく方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。

図２６および図２７を用いて、この方法について説明する。図２６は、成膜用基板１の面に圧電体素子パターン１０が形成されている状態を示す上面図である。この圧電体素子パターン１０に対して、破線で囲われた面積を有するレーザー光７が照射される。すると、図２７で示されるように、圧電体素子パターン１０の一部１５で剥離が発生する。続いて、位置をずらして再度レーザー光７を照射する。この照射を複数回繰り返すことにより、圧電体素子パターン１０の全体がレーザー光７の照射を受けて剥離する。
特開２００２−２７９７４２号公報特開２００２−１３４８０７号公報米国特許第４９８７００６号明細書特開２００３−１７７８０号公報特開平１０−１２５９２９号公報（実施例１参照）

特許文献２に記載されているようなエッチングによる成膜用基板の除去技術を用いると、成膜用基板の再利用ができないため材料コストが増大するという課題がある。

また、特許文献３等のように、成膜用基板をエッチング除去せずにレーザー光を用いて剥離させる場合についても、下記に示す課題がある。

例えば、特許文献３の方法のように、被転写層を転写したい形状に選択的にレーザー光を照射し、射出された被転写層が転写用基板に衝撃で接合して転写する方法では、レーザー光が照射される部分と照射されない部分の境界で圧電体薄膜が断裂されるため、この際にクラックが生じる。また、断裂や、衝突を十分に行うためには強いエネルギー密度のレーザー光が必要であるが、これは圧電体薄膜の変質を引き起こす。特に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に代表される鉛系の圧電体薄膜では、鉛（Ｐｂ）成分の蒸発が発生して圧電特性が低下することが生じやすい。

さらに、例えば特許文献４の方法のように、成膜用基板から転写用基板に薄膜圧電体素子を転写させる方法では、成膜用基板と転写用基板の２つの基板に挟まれた領域における転写のためには、高エネルギー密度のレーザー光が必要である。これは、２つの基板に挟まれた領域では、犠牲層薄膜部分がレーザー光を吸収しても膨張が妨げられるためであると推測される。よって、全体を剥離させるためには高いエネルギー密度のレーザー光の照射が必要であり、このために圧電体薄膜の変質が生じやすい。さらに、２つの基板に挟まれた領域とそうでない領域とが混在する場合には、２つの領域の境界部分にクラックが発生しやすい。これは、２つの領域で剥離のしやすさが異なるため、剥離するタイミングに差異が生じ、これにより圧電体薄膜を断裂させる力が加わるものと推測される。

また、例えば特許文献５の方法のように、レーザー光照射にあたって、重複照射領域を設けながら、レーザー光の照射を繰り返すことによりパターン全体の照射を行う方法では、重複して照射される部分の圧電性の変質や、入射させるレーザー光のビーム形状の境界部分でのクラックが生じやすい。これは、重複照射による圧電体へのダメージの累積や、パターン中で剥離した部分と未剥離の部分が混在することになるため、その境界部分に力が集中し、断裂が生じやすいことによるものと推測される。

本発明は、これら従来の課題を解決するもので、高圧電性を有し、信頼性の高い薄膜圧電体素子を、安価に製造することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、この積層膜を加工して、犠牲層薄膜上に第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を成膜用基板の他方の面側から犠牲層薄膜へ照射し、犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて圧電体素子パターンを成膜用基板の上から剥離させる工程とを有する方法からなる。

このような方法とすることにより、レーザー光の照射面積を加工対象となる圧電体素子パターンが完全に包含される大きさとして照射するので、圧電体薄膜は全面が均一なレーザー光照射を受けるため、亀裂が生じない。このため、信頼性のよい薄膜圧電体素子を製造することができる。

また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、この積層膜を加工して、犠牲層薄膜上に第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を成膜用基板の他方の面側から犠牲層薄膜へ照射し、犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて圧電体素子パターンを成膜用基板の上から剥離させるときに、剥離面の温度が高温の状態で、かつ圧電体素子パターンの全面が基板の拘束を受けない状態にして圧電体素子パターンを成膜用基板から剥離する工程とを有する方法からなる。

この方法により、レーザー照射の直後においては、圧電体薄膜のどの部位も、成膜用基板だけでなく、それ以外の基板の拘束をも受けない状態として剥離させることができるので、低いエネルギー密度のレーザー光によって圧電体素子パターンの全体を同時に確実に剥離できる。このため、圧電体薄膜が変質して圧電性が劣化したり、クラックが生じて信頼性が低下したりすることを防止することができる。

さらに、上記方法において、レーザー光の照射は１ショットのみであってもよい。このように、１つの圧電体素子パターンに対しては、１ショットのみのレーザー光の照射で剥離をさせることにより、圧電体薄膜はレーザー光の重複照射を受けないので、変質あるいは亀裂が入ることを防ぐことができる。

上記方法において、犠牲層薄膜が無機物質により形成されていてもよい。さらに、第２金属薄膜が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の各元素から選択された少なくとも１種をその成分として含有してもよい。また、圧電体薄膜の結晶が分極軸方向に優先配向していることが望ましい。この場合に、圧電体薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有し、（００１）配向していてもよい。さらに、成膜用基板は結晶面が（００１）である単結晶マグネシア（ＭｇＯ）基板であることが望ましい。

また、第１金属薄膜が、（００１）に結晶配向した白金（Ｐｔ）であってもよい。さらに、圧電体薄膜の厚みが１μｍより大きく１０μｍ未満であり、第１金属薄膜および第２金属薄膜の厚みが１０ｎｍより大きく５００ｎｍ未満であることが望ましい。

また、上記方法において、積層膜を加工して圧電体素子パターンを形成するときに、圧電体素子パターンの外周領域は成膜用基板が露出した状態としてもよい。あるいは、積層膜を加工して圧電体素子パターンを形成するときに、圧電体素子パターンの外周領域は犠牲層薄膜が露出した状態としてもよい。

さらに、上記方法において、薄膜圧電体素子がアクチュエータであってもよい。あるいは、薄膜圧電体素子が振動センサーであってもよい。

また、本発明の薄膜圧電体素子の転写方法は、透光性を有する成膜用基板の一方の面上に犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、この積層膜を加工して犠牲層薄膜上に第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、圧電体素子パターンが形成された面を転写用基板の面とギャップを有した状態で対向させる工程と、圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を成膜用基板の他方の面側から照射して犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて圧電体素子パターンを成膜用基板の上から剥離させ、圧電体素子パターンの全面が成膜用基板に拘束されない状態とした後、剥離反応によるエネルギーにより圧電体素子パターンが転写基板と衝突し接合される転写工程とを有する方法からなる。

また、本発明の薄膜圧電体素子の転写方法は、透光性を有する成膜用基板の一方の面上に犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、この積層膜を加工して犠牲層薄膜上に第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、圧電体素子パターンが形成された面を転写用基板の面と密着させ、圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を成膜用基板の他方の面側から犠牲層薄膜へ照射し、犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させるとともに、圧電体素子パターンを成膜用基板から転写基板へ転写する転写工程を有する方法からなる。

さらにこの場合に、レーザー光の照射が１ショットであってもよい。また、レーザー光の照射の前に圧電体素子パターンの第２金属薄膜面上に接着剤を塗布しておいてもよい。接着剤を塗布しておくことにより、より確実に転写することができる。この場合に、接着剤が導電性を有してもよい。このような導電性を有する材料を用いれば、転写後の薄膜圧電体素子と転写基板の電極とを容易に接続することができる。

さらに、転写用基板の圧電体素子パターンに接する側の面の少なくとも一部が導電性を有し、圧電体素子パターンが転写されたときに第２金属薄膜と電気的に接続するようにしてもよい。このようにすることにより、転写後の薄膜圧電体素子と転写基板の電極とを容易に接続することができる。

また、上記方法において、圧電体薄膜の結晶が分極軸方向に優先配向していることが望ましい。これにより、薄膜圧電体素子をアクチュエータとして用いる場合により大きな変位を得ることができる。

さらに、圧電体薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有し、（００１）配向していることが望ましい。また、成膜用基板は、結晶面が（００１）である単結晶マグネシア（ＭｇＯ）基板であってもよい。また、第１金属薄膜が（００１）に結晶配向した白金（Ｐｔ）であることが望ましい。さらに、第２金属薄膜が白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の各元素から選択された少なくとも１種をその成分として含有することが望ましい。これにより、より大きな変位を有する薄膜圧電体素子を容易に実現できる。

また、上記方法において、圧電体薄膜の厚さが１μｍより大きく１０μｍ未満であり、第１金属薄膜および第２金属薄膜の厚みが１０ｎｍより大きく５００ｎｍ未満であることが望ましい。これにより、薄膜圧電体素子の特性が良好で、かつ製造工程の簡易化が可能となる。

また、上記方法において、積層膜を加工して圧電体素子パターンを形成するときに、圧電体素子パターンの外周領域は成膜用基板が露出した状態とするようにしてもよい。あるいは、積層膜を加工して圧電体素子パターンを形成するときに、圧電体素子パターンの外周領域は犠牲層薄膜が露出した状態としてもよい。これにより、レーザー光を照射して剥離するときに、圧電体素子パターンに損傷を与えずに確実に剥離することができる。

さらに、上記製造方法により作製されたアクチュエータによりヘッドの位置制御がされるハードディスクドライブであってもよい。あるいは、上記転写方法により作製されたアクチュエータによりヘッドの位置制御がされるハードディスクドライブであってもよい。

本発明の薄膜圧電体素子の製造方法および転写方法によれば、高い圧電性を有し、信頼性の高い薄膜圧電体素子を、安価に製造し、またそれを使用する装置に組み込むことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。また、以下の図面においては、パターン形状は模式的に示しており、各々の薄膜の厚みや形状は理解しやすくするように記載している。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の製造方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図である。図１において、透光性を有する成膜用基板１には、犠牲層薄膜２、第１金属薄膜３、圧電体薄膜４、第２金属薄膜５および樹脂６からなる積層構成が形成され、これらはフォトリソグラフィープロセスとエッチングプロセスを経て圧電体素子パターン１０が形成されている。なお、本実施の形態では、圧電体素子パターン１０は、第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および第２金属薄膜５からなり、犠牲層薄膜２および樹脂６も同じ形状に加工されている。

最終的には、この圧電体素子パターン１０が成膜用基板１から分離されて、薄膜圧電体素子として用いられる。なお、実際に薄膜圧電体素子として機能する構成部分は、第１金属薄膜３と第２金属薄膜５およびこれらに挟まれた圧電体薄膜４である。すなわち、第１金属薄膜３と第２金属薄膜５との間に電圧を印加すれば、圧電体薄膜４が伸縮してアクチュエータとして利用することができる。また、電圧を印加する代わりに電圧計を接続すれば、振動状態を検出するためのセンサーとして使用することができる。実際に用いられる薄膜圧電体素子としては、そのパターン形状や外部との電気的接続のための構成は様々であるが、これらについては従来技術により作製することができるので説明を省略する。

上述した圧電体素子パターン１０の方向に、透光性を有する成膜用基板１を透過してレーザー光７が入射される。すると、圧電体素子パターン１０が設けられている領域はレーザー光７が犠牲層薄膜２に吸収されるため、レーザー光７が透過しない遮光領域８が生じる。また、その周囲には、レーザー光７が透過する透過領域９が生じる。

図２は、レーザー光７を照射したときの状態を圧電体素子パターン１０側から見た模式的平面図である。図２において、成膜用基板１の上には圧電体素子パターン１０が形成されている。この圧電体素子パターン１０よりも大きい照射面積であって、圧電体素子パターン１０を確実に包含するレーザー光７が、それぞれの圧電体素子パターン１０に対して１ショット照射される。例えば、図２においては、圧電体素子パターン１０が６個の場合を示しているが、この場合、それぞれの圧電体素子パターン１０には１ショットの照射を行う。したがって、最終的には６個の薄膜圧電体素子が製造される。

なお、図３に示すように、複数（図３では２個）の圧電体素子パターン１０を包含する照射面積のレーザー光７を１ショットだけ照射してもよい。

このように、圧電体素子パターン１０を包含する照射面積を有するレーザー光を１ショット照射すれば、圧電体素子パターン１０の下部領域を含む犠牲層薄膜２で剥離反応が生じる。このため、圧電体素子パターン１０の全面が均一に剥離するので、圧電体薄膜４に対して応力や断裂させるような外力が加わらない。この結果、特性劣化を生じさせずに分離させることができる。以下、薄膜圧電体素子の製造方法および転写方法においても同様である。

図４は、レーザー光７を照射した直後の状態の断面の様子を模式的に示す図である。犠牲層薄膜２がレーザー光７を吸収した結果、犠牲層薄膜２の内部で剥離反応が発生し、圧電体素子パターン１０が透光性を有する成膜用基板１から分離する。この場合、樹脂６は適度な弾性をもって圧電体素子パターン１０を保持するため、剥離するとき、あるいはその後の作業において圧電体薄膜４等にクラックが発生することを防止できる。図４の状態になると、薄膜圧電体素子は成膜用基板１から完全に分離しているので、後の作業中にクラックが生じるのを防止したい場合、この樹脂６を設けることは特に有用である。分離された成膜用基板１は、必要に応じて研磨や洗浄などを行うことにより再利用することができる。

ここで、各部の望ましい材質について説明する。

透光性を有する成膜用基板１としては、マグネシア基板、サファイア基板またはガラス基板等を用いることが好ましい。

犠牲層薄膜２としては、有機物質ではなく無機物質であることが望ましい。なぜなら、圧電体薄膜４は、通常、高温工程を経なければ十分な圧電特性を得ることができないものが多く、犠牲層薄膜２が有機物質である場合、この高温工程に耐えることができないからである。例えば、代表的な圧電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の場合、５００℃程度以上の工程を経なければ、その結晶構造をペロブスカイト構造とすることができず、薄膜圧電体素子に必要な圧電効果を得ることができない。したがって、犠牲層薄膜２は５００℃程度の温度で融解、蒸発してしまうような物質は好ましくない。一方、レーザー光の照射により１０００℃程度の高温になった場合は、その成分のうち少なくとも一部が蒸発、分解等の反応を発生し、剥離反応を引き起こす必要がある。本発明者の検討結果として、鉛（Ｐｂ）を含有する酸化物薄膜が望ましいことを見出した。さらに、ペロブスカイト構造を有する酸化物薄膜がより好ましいことも見出した。これは、鉛（Ｐｂ）を含有する酸化物薄膜は、圧電体薄膜４の形成に必要な温度、例えば５００℃程度においては著しい変質が発生しない一方で、レーザー照射を受けて瞬間的に１０００℃程度に達すると、鉛（Ｐｂ）成分の一部が蒸発し、剥離反応を生じるからである。また、ペロブスカイト構造が好ましいのは、さらにその上部に第１金属薄膜３として、例えば白金（Ｐｔ）を、圧電体薄膜４としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を形成するにあたっての格子定数の整合性が高く、結晶方位を制御した圧電体薄膜４が形成可能だからである。

第１金属薄膜３としては製造工程中に酸化されにくく、また代表的な圧電体薄膜４であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）との格子定数の整合性の点で、貴金属、特に白金（Ｐｔ）が望ましい。

圧電体薄膜４としては、高い圧電性を有する材料が望ましい。その結晶構造としては、分極方向が膜厚方向に一致するように結晶配向させることで圧電性能を高めることができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合、結晶構造が正方晶系の場合は、分極軸が（００１）方向なので、（００１）配向させることが望ましい。一方、菱面体晶系の場合は、分極軸が（１１１）方向なので、（１１１）配向させることが望ましい。

正方晶系を得るためには、成膜用基板１として（００１）方位の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶基板を用い、犠牲層薄膜２としては前述の鉛（Ｐｂ）系のペロブスカイト型酸化物を、第１金属薄膜３としては（１００）方向に配向した白金（Ｐｔ）を使用することにより得ることができる。

菱面体晶系のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を得るためには、成膜用基板１として（１１１）方位の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶基板を用い、犠牲層薄膜２としては前述の鉛（Ｐｂ）系のペロブスカイト型酸化物を、第１金属薄膜３としては（１１１）方向に配向した白金（Ｐｔ）を使用することにより得ることができる。

第２金属薄膜５の材料は特に限定されるものではなく、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）など、一般的な電極用薄膜材料から選択すればよい。

樹脂６の材質は、レーザー光の照射時の高温状態に耐えることが必要であるため、耐熱性の高いポリイミド等が望ましい。

レーザー光の波長は、上記材料に応じて選択される。成膜用基板１に対しては透光性が高く、犠牲層薄膜２に対しては効果的に吸収される波長の選択を行う。例えば、透光性を有する成膜用基板１が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である場合、ＫｒＦレーザーやＸｅＣｌレーザーの波長を用いることができる。

レーザー光のエネルギー密度は、剥離するのに十分高いエネルギーが必要であるが、高過ぎると圧電体薄膜４にダメージを与える。本発明者の検討結果では、０．４Ｊ／ｃｍ^２以下の強度では、剥離が不十分なことが多く、０．９Ｊ／ｃｍ^２以上であると圧電体薄膜４にダメージを受けることが多かった。よって０．４〜０．９Ｊ／ｃｍ^２の強度が望ましい。

なお、本実施の形態では、レーザー光の照射を１ショットのみとしたが、圧電体素子を包含する照射面積を有していれば複数回の照射を行ってもよい。以下、薄膜圧電体素子の製造方法および転写方法においても同様である。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の製造方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図である。第１の実施の形態と相違する構成は、犠牲層薄膜２がパターニングされていない点のみである。また、本実施の形態では、樹脂も設けていない。

図６はレーザー光７の照射直後の断面図であり、第１の実施の形態との相違は、分離した薄膜圧電体素子の周囲に、犠牲層薄膜２のダスト１１が発生している点である。ダスト化の原因であるが、図５において圧電体素子パターンが存在しない領域の犠牲層薄膜２は圧電体素子パターンに保持されないため、剥離発生時の衝撃を受けた際に一体性を保持することができないためであると推測される。なお、本実施の形態では、圧電体素子パターンは第１金属薄膜３、圧電体薄膜４および第２金属薄膜５からなる積層膜をいう。

ダスト発生は、ダスト１１を極度に嫌う薄膜圧電体素子を製造する場合は望ましくないため、その場合は第１の実施の形態の製造方法を用いることが望ましい。その一方で、本実施の形態においては、圧電体素子パターンをエッチングにより形成する際に、エッチングを犠牲層薄膜２が露出した状態で停止するため、オーバーエッチングにより成膜用基板１がエッチングされることがない。よって成膜用基板１を再利用するときに、再度の研磨処理を省略あるいは最小限にとどめることができるという利点がある。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図である。第１の実施の形態の製造方法を説明するための図１との相違点は、樹脂６を設けていないこと、および第２金属薄膜５の面と対向させて、その近傍に転写用基板１２を配置してからレーザー光を照射することである。

図８は、図７に示したレーザー光を照射した直後の状態の断面図である。転写用基板１２に転写される直前状態においては、図８に示すように薄膜圧電体素子が２枚の基板の間に、どちらの基板にも拘束されずに存在する。このように、薄膜圧電体素子がどちらの基板にも拘束されていないため、薄膜圧電体素子が透光性を有する成膜用基板１から受けていた応力はこの瞬間に温度の高い状態で開放される。レーザー光の照射を受けた直後は、第１金属薄膜３側が高温になっているため、より効果的に応力を開放することができる。

この応力開放工程は、圧電体薄膜４が高温で形成されるものであり、かつその熱膨張係数が成膜用基板１と相違するものであるときに有効である。なぜなら、常温まで冷却されたときに、その熱膨張差により応力が発生するからである。成膜用基板１が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、圧電体薄膜４が高温形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である場合、圧電体薄膜４は成膜用基板１から圧縮応力を受けた状態となる。すると、誘電率の低下と同時に圧電定数も低下し、その結果圧電効果が低下する。上記の応力開放工程は、この望ましくない応力の少なくとも一部を除去することが可能である。

図８において、薄膜圧電体素子は、剥離時に発生した運動エネルギーにより、転写用基板１２に向かって運動している状態である。やがて、転写用基板１２と衝突し、図９に示すように、そのときの衝撃で第２金属薄膜５と転写用基板１２が接合されて強固に固着される。接合強度を高めるには、第２金属薄膜５として、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの柔らかい金属を用いるのがよい。以上の構成により、薄膜圧電体素子が、転写用基板１２に転写される。第１金属薄膜３と第２金属薄膜５の間に電圧を印加すれば、圧電作用により転写用基板１２を歪ませることが可能であり、また、電圧印加の代わりに電圧計を接続すれば、転写用基板１２の振動状態を検出するセンサーとして用いることが可能である。

（第４の実施の形態）
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光７の照射工程を説明するための模式的な断面図である。第３の実施の形態の転写方法を説明するための図７との相違点は、第２金属薄膜５の表面に接着剤１３が塗布されている点のみである。

図１１は、レーザー光７の照射により犠牲層薄膜２で剥離反応が生じた結果、薄膜圧電体素子が成膜用基板１から剥離した直後の断面図である。この状態から転写用基板１２に衝突し、最終的には図１２に示すように転写用基板１２に転写される。このような転写方法とすることにより、衝撃力が弱くても薄膜圧電体素子を転写用基板１２に確実に固定できる。したがって、弱いエネルギー密度のレーザー光７でも転写が可能となる。この結果、薄膜圧電体素子がレーザー光７の照射時に受けるダメージを低減することができる。

また、接着剤１３を導電性接着剤とし、転写用基板１２の表面の少なくとも一部を導電性としておけば、薄膜圧電体素子の使用にあたって、第２金属薄膜５と電気的接続をとる場合に、直接、第２金属薄膜５に配線を施す必要がなくなる。なお、接着剤は転写用基板１２の側に塗布してもよい。

（第５の実施の形態）
図１３は、本発明の第５の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図である。第４の実施の形態の転写方法を説明するための図１０との相違点は、接着剤１３が全面に塗布されている点のみである。本実施の形態の転写方法においては、第４の実施の形態のように接着剤１３を選択的に圧電体素子パターン上にのみ塗布することが困難である場合に採用することができる。

レーザー光７の照射を受けると、図１４に示すように剥離が発生する。そして、最終的には、図１５に示されるように転写用基板１２の表面に薄膜圧電体素子が転写される。なお、接着剤は転写用基板１２の側に塗布してもよい。

（第６の実施の形態）
図１６は、本発明の第６の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図である。第５の実施の形態の転写方法を説明するための図１３との相違点は、犠牲層薄膜２は圧電体素子パターンと同じようなパターンが形成されていない点である。

図１７は、レーザー光７が照射された直後の断面図である。第２の実施の形態の製造方法を説明するための図６に示す犠牲層薄膜のダスト１１の発生が、本実施の形態においては接着剤により抑制される。このため、ダストを嫌う工程の場合に有用である。最終的には、図１８に示すように転写用基板１２に薄膜圧電体素子が転写される。

（第７の実施の形態）
図１９は、本発明の第７の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図である。第３の実施の形態の転写方法を説明するための図７との相違点は、レーザー光の照射前に、転写用基板１２が第２金属薄膜５と接して配置される点である。このように配置してレーザー光７を照射すると、レーザー光の照射後に薄膜圧電体素子が飛行しないため、正確な位置に転写することができる。転写後は、２枚の基板を分離させれば、図２０に示すように転写用基板１２の表面に薄膜圧電体素子が転写されて固定された状態を得ることができる。

（第８の実施の形態）
図２１は、本発明の第８の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図である。第７の実施の形態の転写方法を説明するための図１９との相違点は、接着剤１３を形成している点である。

接着剤１３を設けることによる効果については、第４の実施の形態で説明したので省略する。レーザー光の照射後に２つの基板を分離すれば、図２２に示すように薄膜圧電体素子が転写用基板１２へ転写された状態を得ることができる。

本発明にかかる薄膜圧電体素子の製造方法および転写方法は、圧電性、信頼性、低廉性の点において優れており、種々の圧電体アクチュエータを用いる分野において有用である。特に、この圧電体アクチュエータは、ハードディスクドライブ等のヘッド微細位置制御分野に有用である。

本発明の第１の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の製造方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図同実施の形態において、レーザー光を照射したときの状態を圧電体素子パターン側から見た模式的平面図同実施の形態において、複数の圧電体素子パターンを包含する照射面積のレーザー光を１ショットだけ照射する方法を説明するための平面図同実施の形態において、図３に示す構成に対してレーザー光を照射した直後の状態の断面の様子を模式的に示す図本発明の第２の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の製造方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図同実施の形態において、レーザー光の照射直後の断面図本発明の第３の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を模式的に示す断面図同実施の形態において、図７に示したレーザー光を照射した直後の状態の断面図同実施の形態において、転写用基板と衝突し、そのときの衝撃で第２金属薄膜と転写用基板が接合されて強固に固着された状態を示す断面図本発明の第４の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図同実施の形態において、レーザー光の照射により犠牲層薄膜で剥離反応が生じた結果、薄膜圧電体素子が成膜用基板から剥離した直後の断面図同実施の形態において、転写用基板に衝突し、最終的に転写用基板に転写された状態を示す断面図本発明の第５の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図同実施の形態において、レーザー光の照射を受けて剥離が発生した状態を示す断面図同実施の形態において、転写用基板の表面に薄膜圧電体素子が転写された状態を示す断面図本発明の第６の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図同実施の形態において、レーザー光が照射された直後の断面図同実施の形態において、転写用基板に薄膜圧電体素子が転写された状態を示す断面図本発明の第７の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図同実施の形態において、転写後、２枚の基板を分離させて転写用基板の表面に薄膜圧電体素子が転写されて固定された状態を示す断面図本発明の第８の実施の形態にかかる薄膜圧電体素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を説明するための模式的な断面図同実施の形態において、レーザー光の照射後に２つの基板を分離して薄膜圧電体素子が転写用基板へ転写された状態を示す断面図従来技術における被転写層の転写のためのレーザー照射時の断面図従来技術における被転写層の転写が完了した状態の断面図従来技術における薄膜圧電体素子の転写のためのレーザー照射時の断面図従来技術におけるレーザー照射方法における最初の照射の上面図従来技術におけるレーザー照射方法における２回目の照射の上面図

符号の説明

１成膜用基板
２犠牲層薄膜
３第１金属薄膜
４圧電体薄膜
５第２金属薄膜
６樹脂
７レーザー光
８遮光領域
９透過領域
１０圧電体素子パターン
１１ダスト
１２転写用基板
１３接着剤
１４被転写層
１５一部
１６振動板

Claims

透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を加工して、前記犠牲層薄膜上に前記第１金属薄膜、前記圧電体薄膜および前記第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、
前記圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を、前記成膜用基板の他方の面側から前記犠牲層薄膜へ照射し、前記犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて前記圧電体素子パターンを前記成膜用基板の上から剥離する工程とを有することを特徴とする薄膜圧電体素子の製造方法。
透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を加工して、前記犠牲層薄膜上に前記第１金属薄膜、前記圧電体薄膜および前記第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、
前記圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を、前記成膜用基板の他方の面側から前記犠牲層薄膜へ照射し、前記犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて前記圧電体素子パターンを前記成膜用基板の上から剥離させるときに、剥離面の温度が高温の状態で、かつ前記圧電体素子パターンの全面が基板の拘束を受けない状態にして前記圧電体素子パターンを前記成膜用基板から剥離する工程とを有することを特徴とする薄膜圧電体素子の製造方法。
前記レーザー光の照射は、１ショットのみであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記犠牲層薄膜が無機物質により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記第２金属薄膜が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の各元素から選択された少なくとも１種をその成分として含有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記圧電体薄膜の結晶が、分極軸方向に優先配向していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記圧電体薄膜が、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有し、（００１）配向していることを特徴とする請求項６に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記成膜用基板は、結晶面が（００１）である単結晶マグネシア（ＭｇＯ）基板であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記第１金属薄膜が、（００１）に結晶配向した白金（Ｐｔ）であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記圧電体薄膜の厚みが１μｍより大きく１０μｍ未満であり、前記第１金属薄膜および前記第２金属薄膜の厚みが１０ｎｍより大きく５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記積層膜を加工して前記圧電体素子パターンを形成するときに、前記圧電体素子パターンの外周領域は前記成膜用基板が露出した状態とすることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記積層膜を加工して前記圧電体素子パターンを形成するときに、前記圧電体素子パターンの外周領域は前記犠牲層薄膜が露出した状態とすることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記薄膜圧電体素子がアクチュエータであることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
前記薄膜圧電体素子が振動センサーであることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を加工して、前記犠牲層薄膜上に前記第１金属薄膜、前記圧電体薄膜および前記第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、
前記圧電体素子パターンが形成された面を転写用基板の面とギャップを有した状態で対向させる工程と、
前記圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を、前記成膜用基板の他方の面側から照射して前記犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させて前記圧電体素子パターンを前記成膜用基板の上から剥離させ、前記圧電体素子パターンの全面が前記成膜用基板に拘束されない状態とした後、前記剥離反応によるエネルギーにより前記圧電体素子パターンが前記転写基板と衝突し接合される転写工程とを有することを特徴とする薄膜圧電体素子の転写方法。
透光性を有する成膜用基板の一方の面上に、犠牲層薄膜、第１金属薄膜、圧電体薄膜および第２金属薄膜を有する積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を加工して、前記犠牲層薄膜上に前記第１金属薄膜、前記圧電体薄膜および前記第２金属薄膜からなる圧電体素子パターンを形成する工程と、
前記圧電体素子パターンが形成された面を転写用基板の面と密着させ、前記圧電体素子パターンを包含する照射面積を有するレーザー光を、前記成膜用基板の他方の面側から前記犠牲層薄膜へ照射し、前記犠牲層薄膜の部位で剥離反応を発生させるとともに、前記圧電体素子パターンを前記成膜用基板から前記転写基板へ転写する転写工程を有することを特徴とする薄膜圧電体素子の転写方法。
前記レーザー光の照射が１ショットであることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記レーザー光の照射の前に、前記圧電体素子パターンの前記第２金属薄膜面上に接着剤を塗布しておくことを特徴とする請求項１５から請求項１７までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記接着剤が、導電性を有することを特徴とする請求項１８に記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記転写用基板の前記圧電体素子パターンに接する側の面の少なくとも一部が導電性を有し、前記圧電体素子パターンが転写されたときに前記第２金属薄膜と電気的に接続することを特徴とする請求項１５から請求項１７までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記圧電体薄膜の結晶が分極軸方向に優先配向していることを特徴とする請求項１５から請求項２０までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記圧電体薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有し、（００１）配向していることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記成膜用基板は、結晶面が（００１）である単結晶マグネシア（ＭｇＯ）基板であることを特徴とする請求項１５から請求項２２までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記第１金属薄膜が、（００１）に結晶配向した白金（Ｐｔ）であることを特徴とする請求項１５から請求項２３までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記第２金属薄膜が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の各元素から選択された少なくとも１種をその成分として含有することを特徴とする請求項１５から請求項２４までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記圧電体薄膜の厚さが１μｍより大きく１０μｍ未満であり、前記第１金属薄膜および前記第２金属薄膜の厚みが１０ｎｍより大きく５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１５から請求項２５までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記積層膜を加工して前記圧電体素子パターンを形成するときに、前記圧電体素子パターンの外周領域は前記成膜用基板が露出した状態とすることを特徴とする請求項１５から請求項２６までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記積層膜を加工して前記圧電体素子パターンを形成するときに、前記圧電体素子パターンの外周領域は前記犠牲層薄膜が露出した状態とすることを特徴とする請求項１５から請求項２６までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記薄膜圧電体素子がアクチュエータであることを特徴とする請求項１５から請求項２８までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
前記薄膜圧電体素子が振動センサーであることを特徴とする請求項１５から請求項２８までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の転写方法。
請求項１３に記載の薄膜圧電体素子の製造方法を用いて作製された前記アクチュエータによりヘッドの位置制御がされることを特徴とするハードディスクドライブ。
請求項２９に記載の薄膜圧電体素子の転写方法を用いて、前記転写基板上に転写された前記アクチュエータによりヘッドの位置制御がされることを特徴とするハードディスクドライブ。