JP2008206333A - Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same - Google Patents
Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008206333A JP2008206333A JP2007040644A JP2007040644A JP2008206333A JP 2008206333 A JP2008206333 A JP 2008206333A JP 2007040644 A JP2007040644 A JP 2007040644A JP 2007040644 A JP2007040644 A JP 2007040644A JP 2008206333 A JP2008206333 A JP 2008206333A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- piezoelectric thin
- film
- film device
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric thin film device including a piezoelectric thin film having a diaphragm structure and a method for manufacturing the piezoelectric thin film device.
従来から、焦点距離可変の凹面鏡などを構成するため、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスが用いられている。このような圧電薄膜デバイスにおいては、圧電薄膜に電圧を印加して圧電薄膜の面形状を変形させることにより圧電薄膜と共に変形する反射面によって、例えば、凹面鏡が形成される。歪のない反射光を得るために、例えば、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態において、平坦な反射表面が形成されている必要がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric thin film device including a piezoelectric thin film having a diaphragm structure has been used to form a concave mirror having a variable focal length. In such a piezoelectric thin film device, for example, a concave mirror is formed by a reflecting surface that is deformed together with the piezoelectric thin film by applying a voltage to the piezoelectric thin film to deform the surface shape of the piezoelectric thin film. In order to obtain reflected light without distortion, for example, a flat reflective surface needs to be formed in an initial state where no voltage is applied to the piezoelectric thin film.
凹凸のある表面の平坦化を図る方法として、半導体分野におけるフォトレジストを用いる方法が知られている。例えば、基板に形成された凹部の端部に近接して、凹部の影響を受けることなく導電通路や接触バンプの形状を正確に形成するために、その凹部をフォトレジストによって一時的に埋めて平坦な表面とし、その平坦な表面を利用してフォトリソグラフィなどの処理を行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for flattening an uneven surface, a method using a photoresist in the semiconductor field is known. For example, close to the end of the recess formed in the substrate, in order to accurately form the shape of the conductive path and contact bump without being affected by the recess, the recess is temporarily filled with photoresist and flattened. A method of performing a process such as photolithography using a flat surface is known (see, for example, Patent Document 1).
また、フォトレジストを用いて微細構造を生成する際のフォトレジストの膜厚不均一性を解消するため、塗布したフォトレジストの表面にガラス基板の実質上平滑な表面を密着させ、ガラス基板を通して露光する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to eliminate the non-uniformity of the photoresist film thickness when producing a microstructure using a photoresist, the substantially smooth surface of the glass substrate is brought into close contact with the surface of the applied photoresist, and exposure is performed through the glass substrate. There is a known method (see, for example, Patent Document 2).
また、成膜時の結晶粒界を反映した凹凸形状を有するポリシリコン膜の表面を平坦化するため、ポリシリコン膜の上に、このポリシリコン膜のエッチング速度と略等しいエッチング速度を有するフォトレジスト層をスピンコート法によって形成し、その後、フォトレジスト層の平坦な表面から、ポリシリコン膜の内部に至るまでドライエッチングによって削り戻す方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、上述したような平坦化方法は、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を用いる圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法において、残留応力などにより撓んだ圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるようにする場合、次のような問題がある。すなわち、特許文献1に示されるような方法は、フォトレジストによって凹部を埋めるもののその表面が平坦でないため、埋め込んだ部分のフォトレジストを残すように上部のフォトレジストを露光現像して、その後、平坦な面を形成するとされているが、このように露光現像によって一部のフォトレジストを残す条件設定は困難であり、実用的ではない。
However, the flattening method as described above has a flattened surface on the surface of the piezoelectric thin film that is bent due to residual stress or the like in the piezoelectric thin film device using the piezoelectric thin film having the diaphragm structure and the method for manufacturing the piezoelectric thin film device. There are the following problems. That is, in the method as disclosed in
また、特許文献2に示されるような方法は、ガラス基板という補助具を用いることや、ガラス基板を密着させるためにダイヤフラム構造に圧力を加えるなどのことから、圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるための方法として適用できない。
Moreover, the method as shown in
また、特許文献3に示されるような方法は、ドライエッチングによって削り戻すための処理が複雑であり、また、ドライエッチング時の熱負荷によってダイヤフラム構造の熱変形が発生するので、やはり、ダイヤフラム構造の圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるための方法として適用できない。
Moreover, the method as shown in
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、ダイヤフラム構造の圧電薄膜における残留応力などにより撓んだ表面に平坦化された表面を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and provides a piezoelectric thin film device and a piezoelectric thin film device having a flattened surface due to a residual stress in a piezoelectric thin film having a diaphragm structure due to a simple structure. An object is to provide a manufacturing method.
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、基板と、前記基板によって支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜には当該圧電薄膜と共に変形可能な平坦化用の多層膜が積層されており、前記多層膜を構成する各層の膜は前記圧電薄膜からより遠い膜ほどその表面が平坦化されているものである。
To achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化用の多層膜は樹脂、シリコン、または、常温硬化ガラスの中から選択される1つ以上の物質によって形成されているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the first aspect, the multi-layer film for planarization is formed of one or more substances selected from resin, silicon, or room temperature-curing glass. It is what.
請求項3の発明は、請求項1に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化用の多層膜はフォトレジストから成るものである。 A third aspect of the present invention is the piezoelectric thin film device according to the first aspect, wherein the planarizing multilayer film is made of a photoresist.
請求項4の発明は、請求項1に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化用の多層膜の上部には光を反射する反射膜層が形成されており、前記反射膜層は、金属薄膜、または、誘電体薄膜の中から選択される1つ以上の膜によって形成されているものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the first aspect, a reflective film layer for reflecting light is formed on the flattening multilayer film, and the reflective film layer is a metal thin film. Or one or more films selected from dielectric thin films.
請求項5の発明は、請求項4に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記反射膜層が凹面鏡または凸面鏡を形成するように変形するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the fourth aspect, the piezoelectric thin film is configured such that the reflective film layer forms a concave mirror or a convex mirror when a voltage is applied via the thin film electrode. It will be deformed.
請求項6の発明は、請求項1に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記平坦化用の多層膜の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形するものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the first aspect, the piezoelectric thin film has at least a flat surface of the planarizing multilayer film when a voltage is applied via the thin film electrode. A part is kept flat and deformed.
請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜はPZTから成るものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to any one of the first to sixth aspects, the piezoelectric thin film is made of PZT.
請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜の厚さが0.8μm以上5μm以下であり、前記多層膜の厚さが1μm以上200μm以下のものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to any one of the first to seventh aspects, the thickness of the piezoelectric thin film is 0.8 μm or more and 5 μm or less, and the thickness of the multilayer film is 1 μm or more and 200 μm or less.
請求項9の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化用の多層膜が、前記圧電薄膜にゼロでない所定の電圧を印加した状態において平坦な表面を有するものである。 A ninth aspect of the present invention is the piezoelectric thin film device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the planarizing multilayer film is applied with a predetermined non-zero voltage on the piezoelectric thin film. It has a flat surface.
請求項10の発明は、基板と、前記基板によって支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスの製造方法において、基板に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成すると共に前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する第1の工程と、前記工程によってダイヤフラム構造とされた圧電薄膜の上層に複数回のスピンコートによる成膜を行って多層膜を形成して当該圧電薄膜の上層に平坦な表面を形成する第2の工程と、を備えるものである。
The invention of
請求項11の発明は、請求項10に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記第2の工程により形成された平坦な表面に光を反射する反射膜層を形成する第3の工程をさらに備えるものである。 The eleventh aspect of the invention is the piezoelectric thin film device according to the tenth aspect, further comprising a third step of forming a reflective film layer that reflects light on the flat surface formed by the second step. is there.
請求項12の発明は、請求項11に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記スピンコートによって成膜する多層膜はフォトレジストから成るものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the piezoelectric thin film device according to the eleventh aspect, the multilayer film formed by spin coating is made of a photoresist.
請求項1の発明によれば、圧電薄膜と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化用の多層膜が備えられているので、例えば、圧電薄膜デバイスを反射曲面を変形できる凹面鏡に用いる場合に、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態における平坦な反射表面を凹面に変形させて、歪のない凹面鏡による反射光を得ることができる。すなわち、圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する際に、残留応力などによって撓む不可避の表面形状の不確定な変形が発生したとしても、その変形を修正して平坦化した多層膜が存在するので、複数の圧電薄膜デバイスの動作特性の均一化が図られる。このような圧電薄膜デバイスは、制御が容易で使い勝手のよい安価で高精度のものとなる。 According to the first aspect of the present invention, since the flattening multilayer film having a flattened surface that is deformable together with the piezoelectric thin film and is substantially parallel to the diaphragm structure is provided, When used for a concave mirror capable of deforming a reflection curved surface, a flat reflecting surface in an initial state where no voltage is applied to the piezoelectric thin film is deformed into a concave surface, and reflected light from the concave mirror without distortion can be obtained. That is, when an inevitable deformation of the inevitable surface shape that is bent due to residual stress occurs when forming the diaphragm structure of the piezoelectric thin film, there is a multilayer film that is flattened by correcting the deformation, The operation characteristics of the plurality of piezoelectric thin film devices can be made uniform. Such a piezoelectric thin film device is easy to control, easy to use, inexpensive and highly accurate.
請求項2の発明によれば、圧電薄膜デバイスの用途に応じて、平坦化用の多層膜の、材料の異なる最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。例えば、変形面積の大小、変形度合いの大小、圧電薄膜デバイスに要求される精度、価格、耐久性などに応じて、安価で特性の優れた最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to select an optimum piezoelectric thin film device made of a flattening multilayer film and made of different materials according to the application of the piezoelectric thin film device. For example, it is possible to select an optimum piezoelectric thin film device that is inexpensive and has excellent characteristics according to the size of the deformation area, the degree of deformation, the accuracy, price, and durability required for the piezoelectric thin film device.
請求項3の発明によれば、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いているので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスが提供される。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、圧電薄膜デバイスの用途に応じて、反射膜層の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。例えば、反射させる光の波長、要求される反射率、圧電薄膜デバイスの価格などに応じて、最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。 According to the fourth aspect of the present invention, an optimum piezoelectric thin film device having a different material for the reflective film layer can be selected according to the application of the piezoelectric thin film device. For example, the optimum piezoelectric thin film device can be selected according to the wavelength of light to be reflected, the required reflectance, the price of the piezoelectric thin film device, and the like.
請求項5の発明によれば、焦点距離可変の凹面鏡または凸面鏡を提供できる。圧電薄膜の変形によって形成される凹面鏡または凸面鏡の反射面は球面に限られず、従って、このような凹面鏡または凸面鏡は入射光の収差を修正するために用いることができる。
According to invention of
請求項6の発明によれば、例えば、平坦化用の多層膜の表面に光反射膜を備えた圧電薄膜デバイスの場合、角度可変の平面鏡や位置可変の平面鏡を提供できる。角度可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイスを用いて、反射光の方向を制御することができる。また、位置可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイスを用いて、平面鏡をその垂線方向に平行移動して、他の光学素子と平面鏡との距離を制御することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, for example, in the case of a piezoelectric thin film device having a light reflecting film on the surface of a planarizing multilayer film, an angle variable plane mirror and a position variable plane mirror can be provided. In the case of an angle variable plane mirror, the direction of reflected light can be controlled using this piezoelectric thin film device. In the case of a position-variable plane mirror, the distance between another optical element and the plane mirror can be controlled by using the piezoelectric thin film device to translate the plane mirror in the perpendicular direction.
請求項7の発明によれば、従来から優れた特性を有する圧電薄膜材料としてよく知られたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いているので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスが提供される。 According to the seventh aspect of the present invention, since PZT (lead zirconate titanate), which has been well known as a piezoelectric thin film material having excellent characteristics, is used, an inexpensive and highly accurate piezoelectric thin film device is provided. .
請求項8の発明によれば、圧電薄膜の厚さや多層膜の厚さを、圧電薄膜デバイスの大きさや用途によって所望の値となるように選択できる。比較的小型のものでは、例えば、光学ディスクなどの読み取りや書き込みなどに用いられるピックアップ光学系における収差修正用や焦点距離変更を行う反射鏡などに最適の圧電薄膜デバイスを提供でき、また、比較的大型のものでは、例えば、小型カメラの光学系の焦点距離可変反射鏡などに最適の圧電薄膜デバイスを提供できる。 According to the eighth aspect of the present invention, the thickness of the piezoelectric thin film and the thickness of the multilayer film can be selected to be a desired value depending on the size and application of the piezoelectric thin film device. For a relatively small device, for example, it is possible to provide an optimum piezoelectric thin film device for a reflection mirror for correcting an aberration or changing a focal length in a pickup optical system used for reading and writing of an optical disk, etc. In the case of a large-sized device, for example, a piezoelectric thin film device optimal for a variable focal length reflecting mirror of an optical system of a small camera can be provided.
請求項9の発明によれば、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態において、平坦面から変形された曲面、例えば、凹面を有しているので、要求される曲面形状近傍の初期状態の曲面を有する圧電薄膜デバイスを採用することによって、迅速に変形応答でき、また、より低い印加電圧で動作する圧電薄膜デバイスを提供できる。 According to the ninth aspect of the present invention, in the initial state in which no voltage is applied to the piezoelectric thin film, it has a curved surface deformed from a flat surface, for example, a concave surface. By adopting a piezoelectric thin film device having a curved surface, it is possible to provide a piezoelectric thin film device that can respond quickly to deformation and operate at a lower applied voltage.
請求項10の発明によれば、ダイヤフラム構造とされた圧電薄膜の上層に複数回のスピンコートによる成膜を行って多層膜を形成するので、圧電薄膜からより遠い膜ほどその表面が平坦化された多層膜を容易に形成でき、ダイヤフラム構造の圧電薄膜における残留応力などにより撓んだ表面に平坦化された表面を備えた圧電薄膜デバイスを容易かつ安価に製造できる。
According to the invention of
請求項11の発明によれば、安価で高精度の面形状可変の反射鏡を備えた圧電薄膜デバイスを容易に製造できる。 According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to easily manufacture a piezoelectric thin film device including an inexpensive and highly accurate reflecting mirror with a variable surface shape.
請求項12の発明によれば、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いるので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスを製造できる。 According to the twelfth aspect of the present invention, since a photoresist having abundant types whose characteristics are well known and used in a large amount in the semiconductor technical field is used, an inexpensive and highly accurate piezoelectric thin film device can be manufactured.
以下、本発明の実施形態に係るダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a piezoelectric thin film device including a piezoelectric thin film having a diaphragm structure according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the piezoelectric thin film device will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面を示し、図2は圧電薄膜デバイスの層構成を示し、図3は圧電薄膜デバイスの外観を示す。圧電薄膜デバイス1は、図1に示すように、基板2と、基板2によって支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜4と、圧電薄膜4に電圧を印加して当該圧電薄膜4の面形状を変形させるための薄膜電極3,5と、を備えている。この圧電薄膜デバイス1は、さらに、圧電薄膜4には当該圧電薄膜4と共に変形可能な平坦化用の多層膜7が積層されており、多層膜7を構成する各層の膜は圧電薄膜4からより遠い膜ほどその表面が平坦化されている。
(First embodiment)
1 shows a cross section of the piezoelectric thin film device according to the first embodiment, FIG. 2 shows a layer structure of the piezoelectric thin film device, and FIG. 3 shows an appearance of the piezoelectric thin film device. As shown in FIG. 1, the piezoelectric
基板2は、例えば、シリコンウエハから形成されたものであり、図2に示すように、その中央部にはダイヤフラム構造を形成するために、シリコンを除去した円形の開口2aが形成されている。なお、基板2の開口2aは、必ずしも貫通している必要はなく、その一部を残す非貫通孔として、基板2そのものがダイヤフラム構造を備えるようにしたものでもよい。
The
薄膜電極3,5は、圧電薄膜4を上下から挟む配置で設けられている。下側の薄膜電極3は、いわゆるベタ電極であって、圧電薄膜デバイス1の主面の全体に形成されている。上側の薄膜電極5は、圧電薄膜4のダイヤフラム構造部分を8分割してそれぞれ独立に電圧印加可能なように設けられた印加電極部51と、各印加電極部51に接続された電極端子部52とを備えて構成されている。
The
圧電薄膜4は、薄膜電極3と同様に、圧電薄膜デバイス1の主面の略全体に形成されているが、隅部を一部除去することにより、薄膜電極3を露出させて電極取り出し面を形成している。圧電薄膜4は、圧電薄膜材料としてよく知られたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いて形成されている。
The piezoelectric
平坦化用の多層膜7は、例えば、フォトレジストによって形成されている。また、フォトレジストに替えて、樹脂、シリコン、常温硬化ガラスなどの中から選択される1つ以上の物質によって形成されたものでもよい。また、表面が平坦であって、圧電薄膜4と共に変形可能な多層膜が形成されているならば、これら以外のいずれであってもよい。
The
また、本実施形態では、多層膜7の上部に、光を反射する反射膜層8が形成されている。反射膜層8は、例えば、金属薄膜であり、また、誘電体薄膜の多層膜とすることもできる。すなわち、圧電薄膜デバイス1の用途に応じて、反射膜層8の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイス1とすることができる。例えば、反射させる光の波長、要求される反射率、圧電薄膜デバイス1の価格などに応じて、最適の圧電薄膜デバイス1とすることができる。
In the present embodiment, the
上述のように、本実施形態の圧電薄膜デバイス1によれば、圧電薄膜4と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する多層膜7が備えられているので、例えば、圧電薄膜デバイス1を反射曲面を変形できる凹面鏡に用いる場合に、圧電薄膜4に電圧を印加していない初期状態における平坦な反射表面を凹面に変形させて、歪のない凹面鏡による反射光を得ることができる。
As described above, according to the piezoelectric
すなわち、圧電薄膜4のダイヤフラム構造を形成する際に、残留応力などによって撓む不可避の表面形状の不確定な変形が発生したとしても、その変形を修正して平坦化した多層膜7が存在するので、複数の圧電薄膜デバイス1の動作特性の均一化が図られる。このような圧電薄膜デバイス1は、制御が容易で使い勝手のよい安価で高精度のものとなっている。
That is, even when an inevitable deformation of the inevitable surface shape that is bent due to residual stress or the like occurs when the diaphragm structure of the piezoelectric
また、圧電薄膜デバイス1の用途に応じて、多層膜7の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイス1とすることができる。例えば、変形面積の大小、変形度合いの大小、圧電薄膜デバイス1に要求される精度、価格、耐久性などに応じて、安価で特性の優れた最適の圧電薄膜デバイス1とすることができる。多層膜7として、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いた場合、安価で高精度の圧電薄膜デバイス1が提供される。
Moreover, according to the use of the piezoelectric
また、上述の圧電薄膜4の厚さは、0.8μm以上5μm以下が好適であり、多層膜7の厚さは、1μm以上200μm以下が好適である。圧電薄膜4の厚さや多層膜7の厚さは、圧電薄膜デバイス1の大きさや用途によって所望の値を選択することができる。例えば、圧電薄膜デバイス1が、比較的小型の場合、光学ディスクなどの読み取りや書き込みなどに用いられるピックアップ光学系における収差修正用や焦点距離変更を行う形状可変反射鏡などに好適に用いることができる。また、圧電薄膜デバイス1が、比較的大型の場合、小型カメラの光学系の焦点距離可変反射鏡などに好適に用いることができる。
The thickness of the piezoelectric
(第2の実施形態)
次に、図4(a)〜(d)、図5を参照して、第2の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する。この圧電薄膜デバイスの製造方法は、例えば、第1の実施形態の圧電薄膜デバイスを製造する方法である。そこで、図1、図2、図3を参照して、製造方法の概要を述べ、その後、各工程毎に詳細を述べる。
(Second Embodiment)
Next, a manufacturing method of the piezoelectric thin film device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The method for manufacturing the piezoelectric thin film device is, for example, a method for manufacturing the piezoelectric thin film device of the first embodiment. Therefore, an outline of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3, and then details will be described for each process.
本製造方法は、基板2上に圧電薄膜4と薄膜電極3,5とを形成すると共に基板2の一部を除去して圧電薄膜4のダイヤフラム構造を形成する第1の工程と、前記工程によってダイヤフラム構造とされた圧電薄膜4の上層に複数回のスピンコートによる成膜を行って多層膜7を形成して圧電薄膜4の上層に平坦な表面を形成する第2の工程と、第2の工程により形成された多層膜7の上に光を反射する反射膜層8を形成する第3の工程と、を備えている。
The manufacturing method includes a first step of forming the piezoelectric
(第1の工程)
図4(a)(b)と図5のステップS1〜S6は第1の工程の詳細を示す。なお、以下において、各ステップ名の後に、適宜便宜上の工程名を名付けて付記する。
(First step)
Steps S1 to S6 in FIGS. 4A and 4B and FIG. 5 show details of the first step. In the following, process names for convenience are appropriately named after each step name.
まず、ステップS1(下部薄膜電極形成工程)において、シリコンウエハ(以下、Si基板2)上に下部薄膜電極3を成膜する。Si基板2は、例えば、通常の半導体ICの製造に用いられるシリコンウエハである。下部薄膜電極3は、金属膜のスパッタ成膜によって行われる。下部薄膜電極3は、例えば、Ti(チタン)を成膜し、その上にPt(白金)を成膜する2層構造とされ、その厚さは、数10nm〜数100nmである。
First, in step S1 (lower thin film electrode forming step), a lower
次に、ステップS2(圧電薄膜形成工程)において、下部薄膜電極3上に圧電薄膜4を成膜する。圧電薄膜4は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜であり、スパッタ成膜法により、厚さ2〜3μmに成膜する。
Next, in step S <b> 2 (piezoelectric thin film forming step), the piezoelectric
次に、ステップS3において、圧電薄膜4上にフォトレジストによるパターニングされたリフトオフ層を成膜し、ステップS4において、圧電薄膜4とリフトオフ層の上に上部薄膜電極5を成膜し、その後、ステップS5において、リフトオフ層をその上の電極用膜と共に除去(リフトオフ)する(以上、上部薄膜電極形成工程)。これにより、例えば、図2に示されるようなパターニングされた上部薄膜電極5が形成される。この、ステップS5までの処理が終了した状態が、図2(a)に示されている。
Next, in step S3, a lift-off layer patterned with a photoresist is formed on the piezoelectric
この上部薄膜電極5のパターンは、圧電薄膜デバイス1の機能や用途に応じて、任意に設計することができる。
The pattern of the upper
上部薄膜電極5は、例えば、Au(金),Pt(白金),Al(アルミニューム)などの金属材料を用いて、例えば、厚さ数10nm〜数100nmとなるように、スパッタや蒸着などの方法によって成膜する。上部薄膜電極5のパターニングは、上述のようにリフトオフ法によって行うので、リフトオフ層となるフォトレジスト層は、電極用の金属膜を付けない部分に残るようにパターニングして形成される。
The upper
次に、ステップS6(シリコンエッチング工程)の処理が行われて、図4(b)に示す状態となり、この第1の工程が終了する。ステップS6において、Si基板2の裏側にフォトレジストによるマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部のシリコンをエッチング除去して開口2aを形成することにより、圧電薄膜4のダイヤフラム構造を形成する。シリコンのエッチングは、例えば、RIE(反応性イオンエッチング)装置を用いたドライエッチングによって行う。なお、開口2aの形状は、図2に示したような円形に限らず、楕円形や四角形等の形状とすることができる。
Next, the process of step S6 (silicon etching process) is performed, and it will be in the state shown in FIG.4 (b), and this 1st process will be complete | finished. In step S6, a mask pattern made of a photoresist is formed on the back side of the
この際、下部薄膜電極3まで、つまり、Si基板を貫通するまではエッチングしないで、シリコン層を僅かに残しておく。例えば、厚さ数μm〜数10μm(デバイスのサイズに依存して最適値が変化する)のシリコン層を残すことにより、圧電薄膜4の破損の防止や、ハンドリングの容易さという効果が得られる。
At this time, the silicon layer is left slightly without etching until the lower thin-
上述のようにして形成された圧電薄膜4のダイヤフラム構造は、通常、残留応力などによる不可避の撓みや、表面形状の不確定な変形が発生している。そこで、次の工程によって、この撓みや変形を表面から見えないようにする。
In the diaphragm structure of the piezoelectric
(第2の工程)
図4(c)と図5のステップS7(多層膜形成工程),S9は、第2の工程の詳細を示す。ステップS7において、圧電薄膜4と上部薄膜電極5の上に電気絶縁物からなる多層膜7を一層ずつ形成する。多層膜7は、フォトレジストで形成するのが簡便かつ好適である。フォトレジストを矢印70で示すようにスピンコートし、必要に応じてパターニングを行い、露光し、硬化させる工程をn回繰り返す。多層膜7を構成する層数nは、予め決めておき、ステップS7,S8がn回繰り返される。
(Second step)
Steps S7 (multilayer film forming step) and S9 in FIG. 4C and FIG. 5 show details of the second step. In step S7, the
フォトレジストとして、例えば、化薬マイクロケム社製SU−8(グレードによって動粘度が異なり、3.8×10−4〜45×10−4m2/sである)を用いることができる。一層毎の成膜条件は、例えば、スピンコートの回転数が2000〜4000rpm、ソフトベークの温度が65℃で数分間、その後、95℃で数分間である。その後、フォトレジストは自然冷却される。パターニングは、露光、ポストベーク、現像、洗浄という手順で行われる。 As the photoresist, for example, SU-8 manufactured by Kayaku Microchem Co., Ltd. (the kinematic viscosity varies depending on the grade and is 3.8 × 10 −4 to 45 × 10 −4 m 2 / s) can be used. The film forming conditions for each layer are, for example, a spin coat rotational speed of 2000 to 4000 rpm, a soft baking temperature of 65 ° C. for several minutes, and then 95 ° C. for several minutes. Thereafter, the photoresist is naturally cooled. Patterning is performed by the procedures of exposure, post-baking, development, and cleaning.
また、必要に応じて、滴下前のフォトレジストに対して真空脱泡処理を加える。一層の厚さは、数μm〜数10μm程度であり、例えば、2層〜3層形成される。このようにして形成された多層膜7の表面粗さは、光学干渉測定装置による計測でRa33nmなどの値が得られる。
Further, if necessary, a vacuum defoaming process is applied to the photoresist before dropping. The thickness of one layer is about several μm to several tens of μm, and for example, two to three layers are formed. As for the surface roughness of the
このような多層膜7を形成することにより、例えば、面形状可変の反射鏡を形成する場合、多層膜7によって、その下のダイヤフラム構造の撓みや変形の影響を回避することができる。
By forming such a
また、多層膜7を形成する材料として、フォトレジストの他に、樹脂、シリコン、常温硬化ガラスなどを用いることができる。例えば、シリコンは、有機溶剤にポリシランを溶かした、いわゆる液体シリコンを用いることができる。
Further, as a material for forming the
(第3の工程)
図4(d)と図5のステップS9(反射膜層形成工程)は、第3の工程を示す。ステップS9において、多層膜7の上面に金属膜を成膜して反射膜層8を形成する。反射膜層8用の金属として、例えば、Al、Auなどを用いることができる。これらの金属は、例えば、メタルマスクを用いて、スパッタ成膜や蒸着によって成膜される。Alの場合、その厚さは、例えば、0.5μmである。反射膜層8の外形形状は、例えば、長径13mm、短径10mmの楕円であり、この場合、当然、開口2aの形状もこの楕円形状に見合った形状とされている。
(Third step)
Step S9 (reflective film layer forming step) in FIG. 4D and FIG. 5 shows a third step. In step S <b> 9, a metal film is formed on the upper surface of the
(第4の工程)
図5のステップS10は、個片化工程を示す。上述した圧電薄膜デバイス製造方法の各工程は、通常の半導体ICの製造工程と同様に、1枚のSi基板2の上に多数の圧電薄膜デバイスを一括して形成する工程である。上述の反射膜層8を形成する第3の工程が終了した後、Si基板2は、ダイシングされて、個々に個片化された多数の圧電薄膜デバイスが得られる。
(Fourth process)
Step S10 in FIG. 5 shows a singulation process. Each process of the piezoelectric thin film device manufacturing method described above is a process of forming a large number of piezoelectric thin film devices on a
(第3の実施形態)
次に、図7を参照して、第3の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。圧電薄膜デバイスは、第1の実施形態で示したように、上下の薄膜電極3,5を介して圧電薄膜4に印加する電圧によって、圧電薄膜4の曲面形状を変化させるものである。すなわち、上下薄膜電極3,5、特に、上部薄膜電極5の印加電極部51の形状、個数(分割数)、分布形状、および、各印加電極部に印加する電圧の大きさと相互の大小関係などによって、圧電薄膜4の曲面形状を所望の形状に変化させることができる。
(Third embodiment)
Next, a piezoelectric thin film device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the first embodiment, the piezoelectric thin film device changes the curved surface shape of the piezoelectric
そこで、図7に示すように、圧電薄膜4と、圧電薄膜4を挟むように形成された上下の薄膜電極3,5と、多層膜7と、その上の反射膜層8とを備えた圧電薄膜デバイス1において、圧電薄膜4に、薄膜電極3,5を介して電圧を印加することにより、反射膜層8が所望の曲率半径Rを有する凸面鏡を形成するように変形させることができる。このような圧電薄膜デバイス1は、上部薄膜電極5を適切に設計し、例えば、上述の第2の実施形態で示した製造方法を用いることにより、製造することができる。
Therefore, as shown in FIG. 7, a piezoelectric film comprising a piezoelectric
(第4の実施形態)
次に、図7を参照して、第4の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス1は、上述の第3の実施形態が凸面鏡を形成するように反射膜層8を変形させるのに対し、凹面鏡を形成するように反射膜層8を変形させるものである。このような圧電薄膜デバイス1は、上部薄膜電極5を適切に設計し、例えば、上述の第2の実施形態で示した製造方法を用いることにより、製造することができる。
(Fourth embodiment)
Next, a piezoelectric thin film device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The piezoelectric
上述のように、第3または第4の実施形態に係る圧電薄膜デバイス1によれば、焦点距離可変の凸面鏡や凹面鏡が得られる。圧電薄膜4の変形によって形成される凸面鏡または凹面鏡の反射面は球面に限られず、従って、このような凸面鏡または凹面鏡は入射光の収差を修正するために用いることができる。
As described above, according to the piezoelectric
(第5の実施形態)
次に、図8を参照して、第5の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス1は、例えば、上述の第2の実施形態で示した圧電薄膜デバイスの製造方法を用いて製造できるものであり、圧電薄膜4が、薄膜電極3,5を介して電圧が印加されることにより、多層膜7の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形する。すなわち、本実施形態の圧電薄膜デバイス1は、矢印aで示すように、多層膜7の上面に形成された反射膜層8の反射面を平行移動するものである。
(Fifth embodiment)
Next, a piezoelectric thin film device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The piezoelectric
(第6の実施形態)
次に、図9を参照して、第6の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス1は、上述の第5の実施形態と同様に、圧電薄膜4が、薄膜電極3,5を介して電圧が印加されることにより、多層膜7の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形するものであり、多層膜7の上面に形成された反射膜層8の反射面が、矢印bで示すように回動可能なものである。
(Sixth embodiment)
Next, a piezoelectric thin film device according to a sixth embodiment will be described with reference to FIG. In the piezoelectric
上述のように、第5または第6の実施形態に係る圧電薄膜デバイス1によれば、多層膜7の表面に備えた反射膜層8を用いて、位置可変の平面鏡や角度可変の平面鏡を提供できる。例えば、位置可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイス1を用いて、平面鏡をその垂線方向に平行移動することにより、この平面鏡と他の光学素子との距離を制御することができる。そこで、この圧電薄膜デバイス1は、例えば、平行平面鏡間を多重反射させて波長選択を行うエタロンフィルタにおける距離可変反射鏡を構成する素子として用いることができる。
As described above, according to the piezoelectric
また、回動動作による角度可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイス1を用いて、反射光の方向を制御することができるので、このデバイスを、ファイバ通信網などにおける光スイッチングデバイスの構成素子として用いることができる。
Further, in the case of a plane mirror having a variable angle by a rotating operation, the direction of the reflected light can be controlled by using the piezoelectric
(第7の実施形態)
次に、図10を参照して、上述の第2の実施形態で示した圧電薄膜デバイスの製造方法を用いて製造された圧電薄膜デバイス、または、第1の実施形態で示したような圧電薄膜デバイスの使用例を説明する。図10は、光ディスク10に対する光ピックアップ光学系を示す。このような光ピックアップにおいて、レーザ素子11から発せられたレーザ光は、コリメータレンズ12により平行光に変換され、偏向ビームスプリッタ13、およびλ/4板14を通り、圧電薄膜デバイス1で構成された形状可変ミラーによって反射され、対物レンズ15で集光されて光ディスク10に焦点を結ぶ。
(Seventh embodiment)
Next, referring to FIG. 10, the piezoelectric thin film device manufactured by using the method for manufacturing the piezoelectric thin film device shown in the second embodiment, or the piezoelectric thin film as shown in the first embodiment. A device usage example will be described. FIG. 10 shows an optical pickup optical system for the
また、光ディスク10から反射したレーザ光は、対物レンズ15を通り、圧電薄膜デバイス1で反射され、λ/4板14、および偏向ビームスプリッタ13を通り、偏向ビームスプリッタ13によって偏向されて光検出光学系17で集光され、光検出素子18によって検出される。光検出素子18は、いわゆるチルト検出用の検出素子も含んでいる。
The laser light reflected from the
このような光学系において、光ディスク10がレーザ光の光軸に垂直な位置から傾くと、光ディスク10から反射して戻ってきたレーザ光の波面が乱れて、波面収差(コマ収差)が発生する。つまり、光ディスク10の受光面がレーザ光の光軸に対して垂直でなくなって、いわゆるチルトが発生すると、波面収差発生し、この波面収差が反射光に含まれることになる。そこで、圧電薄膜デバイス1で構成された形状可変ミラーを、予め波面収差を打ち消すように変形させることにより、チルト、従って、波面収差の影響を回避することができる。
In such an optical system, when the
(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態に係る圧電薄膜デバイスについて説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイスは、第1の実施形態や第7の実施形態で示したような圧電薄膜デバイス1であって、多層膜7が、圧電薄膜4にゼロでない所定の電圧を印加した状態において平坦な表面を有するものである。このような圧電薄膜デバイス1は、多層膜7を形成する際に、圧電薄膜4に所定の電圧を印加して形状変形させた状態で、多層膜7を形成することにより製造される。
(Eighth embodiment)
Next, a piezoelectric thin film device according to an eighth embodiment will be described. The piezoelectric thin film device of this embodiment is the piezoelectric
本実施形態の圧電薄膜デバイス1によれば、圧電薄膜4に電圧を印加していない初期状態において、平坦面から変形された曲面、例えば、凹面を有するようにできるので、面形状可変素子として要求される曲面形状近傍の初期状態の曲面を有する圧電薄膜デバイス1を採用することによって、迅速な変形応答や、より低い印加電圧での動作を実現することができる。
According to the piezoelectric
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述の各実施形態は、多層膜7の表面に反射膜層8を備えた例を示しているが、圧電薄膜デバイス1は、多層膜7の平坦な表面を利用するデバイスを提供するものであり、用途によっては、反射膜層8を備える必要はない。
The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made. For example, each of the above-described embodiments shows an example in which the
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made.
1 圧電薄膜デバイス
2 基板
3 薄膜電極(下部)
4 圧電薄膜
5 薄膜電極(上部)
7 多層膜
8 反射膜層
1 Piezoelectric
4 Piezoelectric
7
Claims (12)
前記圧電薄膜には当該圧電薄膜と共に変形可能な平坦化用の多層膜が積層されており、前記多層膜を構成する各層の膜は前記圧電薄膜からより遠い膜ほどその表面が平坦化されていることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 In a piezoelectric thin film device comprising: a substrate; a piezoelectric thin film having a diaphragm structure supported by the substrate; and a thin film electrode for applying a voltage to the piezoelectric thin film to deform a surface shape of the piezoelectric thin film.
The piezoelectric thin film is laminated with a multilayer film for flattening that can be deformed together with the piezoelectric thin film, and the film of each layer constituting the multilayer film is flattened as the film is farther from the piezoelectric thin film. A piezoelectric thin film device characterized by that.
基板に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成すると共に前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する第1の工程と、
前記工程によってダイヤフラム構造とされた圧電薄膜の上層に複数回のスピンコートによる成膜を行って多層膜を形成して当該圧電薄膜の上層に平坦な表面を形成する第2の工程と、を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法。 In a method of manufacturing a piezoelectric thin film device, comprising: a substrate; a piezoelectric thin film having a diaphragm structure supported by the substrate; and a thin film electrode for applying a voltage to the piezoelectric thin film to deform a surface shape of the piezoelectric thin film ,
A first step of forming the piezoelectric thin film and the thin film electrode on a substrate and removing a part of the substrate to form a diaphragm structure of the piezoelectric thin film;
And a second step of forming a multilayer film on the upper layer of the piezoelectric thin film having a diaphragm structure by the above-described process to form a multilayer film to form a flat surface on the upper layer of the piezoelectric thin film. A method for manufacturing a piezoelectric thin film device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007040644A JP2008206333A (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007040644A JP2008206333A (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008206333A true JP2008206333A (en) | 2008-09-04 |
Family
ID=39783221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007040644A Withdrawn JP2008206333A (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008206333A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8110963B2 (en) | 2008-12-17 | 2012-02-07 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic transducer array, and ultrasonic device |
WO2013158806A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-24 | California Institute Of Technology | Deformable mirrors and methods of making the same |
JP2014233190A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 株式会社デンソー | Shape variable element |
JP2015018094A (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 株式会社デンソー | Variable shape optical element |
US9444032B2 (en) | 2013-07-31 | 2016-09-13 | Denso Corporation | Piezoelectric element and method of producing the same |
-
2007
- 2007-02-21 JP JP2007040644A patent/JP2008206333A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8110963B2 (en) | 2008-12-17 | 2012-02-07 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic transducer array, and ultrasonic device |
US8344595B2 (en) | 2008-12-17 | 2013-01-01 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic transducer, ultrasonic transducer array, and ultrasonic device |
US8664830B2 (en) | 2008-12-17 | 2014-03-04 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic device |
WO2013158806A1 (en) * | 2012-04-17 | 2013-10-24 | California Institute Of Technology | Deformable mirrors and methods of making the same |
JP2014233190A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 株式会社デンソー | Shape variable element |
JP2015018094A (en) * | 2013-07-10 | 2015-01-29 | 株式会社デンソー | Variable shape optical element |
US9444032B2 (en) | 2013-07-31 | 2016-09-13 | Denso Corporation | Piezoelectric element and method of producing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4347654B2 (en) | Variable shape reflector and method of manufacturing the same | |
JP5778677B2 (en) | Actuators for moving micromechanical elements | |
JP4851443B2 (en) | Micro mechanical structure | |
JP4921366B2 (en) | Micromechanical structure system and manufacturing method thereof | |
WO2005085125A1 (en) | Micro actuator and device having micro actuator | |
US11747529B2 (en) | Wafer level microstructures for an optical lens | |
US20200209615A1 (en) | Micromachined mirror assembly having reflective layers on both sides | |
JP2008206333A (en) | Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same | |
JP4432822B2 (en) | Variable shape mirror and optical pickup device having the same | |
JP2983088B2 (en) | Optical deflector array | |
US20120170102A1 (en) | Spatial Light Modulators and Fabrication Techniques | |
JP2008205263A (en) | Piezoelectric thin-film device and method of manufacturing the same | |
JP2006516761A (en) | Off-axis variable focus and aberration control mirror and method | |
US20080084595A1 (en) | Variable shape mirror and optical pickup device having the same | |
KR19990004774A (en) | Manufacturing method of thin film type optical path control device | |
EP1887411B1 (en) | Manufacturing method for variable shape mirror | |
US20070091482A1 (en) | Variable-shape mirror and optical pickup apparatus therewith | |
CN114879355A (en) | Telescope structure and manufacturing method thereof | |
JP6485388B2 (en) | Variable focus mirror and optical scanning device | |
US20240067519A1 (en) | Methods and apparatus for micro-electro-mechanical systems (mems) devices | |
JP2011191592A (en) | Microstructure and method of manufacturing the same | |
Hou et al. | Fabrication of micromachined focusing mirrors with seamless reflective surface | |
Phelps et al. | Single-Layer Thin-Film Lithium Niobate Out-of-Plane Actuators | |
JP2006003814A (en) | Shape variable mirror element | |
EP3764148A1 (en) | Optical network scanner with mobile phase control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100511 |