JP2010103194A - 薄膜圧電体素子及びその製造方法並びにそれを用いたヘッドジンバルアセンブリ、及びそのヘッドジンバルアセンブリを用いたハードディスクドライブ - Google Patents

薄膜圧電体素子及びその製造方法並びにそれを用いたヘッドジンバルアセンブリ、及びそのヘッドジンバルアセンブリを用いたハードディスクドライブ Download PDF

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Abstract


【課題】 高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現可能な薄膜圧電体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 第１基板Ｓ１上に第１電極膜４５、圧電体膜４３及び第２電極膜４１を積層して積層体Ｌを形成する工程と、第２基板Ｓ２上に支持膜４８を積層して積層体Ｍを形成する工程と、第２電極膜４１と支持膜４８とが対向するように積層体Ｌと積層体Ｍとを接着膜４７で貼り合わせて積層体Ｌ、接着膜４７及び積層体Ｍからなる積層体Ｐを形成する工程と、積層体Ｐから第１基板Ｓ１を除去する工程と、第１基板Ｓ１の除去工程後に、積層体Ｐを所望の形状に加工する工程と、積層体Ｐの加工工程後に、第２基板Ｓ２を除去する工程と、を備え、接着膜４７のヤング率は、圧電体膜４３のヤング率より低く、第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれのヤング率が接着膜４７のヤング率より高く、積層体Ｐは、圧電体膜４３以外に圧電体膜を有していない。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電体膜の逆圧電効果による微小位置決めに用いる薄膜圧電体素子及びその製造方法並びにそれを用いたヘッドジンバルアセンブリに関するもので、特に磁気記録ディスク装置の記録情報の読み取り及び書取りを行う磁気ヘッドの位置決め構造に関する。
近年、磁気記録（ハードディスク）の高密度大容量化へのアプローチにおいて、トラッキングの高精度位置決め機構として薄膜圧電体素子の必要性が高くなっている。この種の薄膜圧電体素子を開示するものとしては、例えば、下記の特許文献１〜３がある。
特許文献１には、一対の電極膜１４Ａ，１８Ａの間に圧電体膜１６Ａが介在する圧電積層体２１Ａと、一対の電極膜１４Ｂ，１８Ｂの間に圧電体膜１６Ｂが介在する圧電積層体２１Ｂとが、接着剤膜１２を介して重なっている薄膜圧電体素子が開示されている。また、特許文献２には、導電性接着剤１３により電気的に短絡されている第１の薄膜圧電体１１Ａ及び第２の薄膜圧電体１１Ｂの２層構造を有する薄膜圧電体素子１０Ａ及び１０Ｂが対をなして構成されている薄膜圧電体素子が開示されている。また、特許文献３には、第１の下層電極膜５２と第１の上層電極膜５４とで挟まれた第１の圧電体薄膜５３、第２の下層電極膜５６と第２の上層電極膜５８とで挟まれた第２の圧電体薄膜５７とを接着膜６０で貼り合わせた構造体６６が形成され、この構造体６６を覆うように絶縁膜６２が形成された薄膜圧電体素子が開示されている。
特開２００５−２８６０３７号公報 特開２００２−１３４８０７号公報 特開２００３−１０１０９５号公報
しかしながら、特許文献１〜３に開示されている薄膜圧電体素子はすべて、圧電体膜を含む圧電積層体を２つ備えており、量産性と共に低価格性といった市場要求を満足させることが困難である。現在、薄膜圧電体素子において、このような２層の圧電積層体構造が採用されているのは、薄膜圧電体素子が薄膜で構成されていることに起因する。具体的に説明すると、圧電体膜等を含む各層を基板上に成膜する際に、熱、格子定数の不整合等による各種応力によって基板の反りが起こり、各製造工程を経て得られた薄膜圧電体素子にも大きく反りが発生してしまう。また、その反りは、薄膜圧電体素子中の圧電層体の目的方向ではない方向への変位（以下、屈曲変位という）を招くことになる。そして、従来の２つの圧電積層体を備えた薄膜圧電体素子を動作させる場合は、２つの圧電積層体の変位方向を同じにすることで屈曲変位を抑え、目的とする長手方向の変位を得る構造としており、構造上２つの圧電積層体を積層せざるを得ない。そのため、単層の圧電積層体構造では、薄膜圧電体素子の高性能化及び高信頼性を図ることができず、また、この薄膜圧電体素子を組み込んだ装置の破損、不具合等も不可避であった。
以上の問題により、２層の圧電積層体を貼り合せる２層の圧電積層体構造を採用することで製造時及び動作時の反りを相殺し、素子の変形の抑制及び屈曲変位の抑制を図っている。
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性及び低コスト化が実現可能な薄膜圧電体素子及びその製造方法並びにそれを用いたヘッドジンバルアセンブリ、及び、ハードディスクドライブを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係る薄膜圧電体素子の製造方法は、第１基板上に第１電極膜、圧電体膜及び第２電極膜を順に積層して第１積層体を形成する工程と、第２基板上に支持膜を積層して第２積層体を形成する工程と、第２電極膜と支持膜とが対向するように第１積層体と第２積層体とを接着膜で貼り合わせて第１積層体、接着膜及び第２積層体からなる第３積層体を形成する工程と、第３積層体から第１基板を除去する工程と、第１基板の除去工程後に、第３積層体を所望の形状に加工する工程と、第３積層体の加工工程後に、第２基板を除去する工程と、を備え、接着膜のヤング率は、圧電体膜のヤング率より低く、第２電極膜及び支持膜それぞれのヤング率が接着膜のヤング率より高く、第３積層体は、その圧電体膜以外に圧電体膜を有していない。
本発明に係る薄膜圧電体素子の製造方法では、まず、１つの圧電体膜を含む第１積層体と圧電体膜を含んでいない第２積層体を接着膜で貼り付けて単層の圧電積層体である第３積層体を形成する。その後、第３積層体から第１基板を除去する工程と、第３積層体を所望の形状に加工する工程と、第２基板を除去する工程とを経て、薄膜圧電体素子を完成する。
そのため、本薄膜圧電体素子の製造方法によれば、第１積層体形成工程において、熱、結晶格子定数の不整合等に起因して圧電体膜と第１基板との間に生じる各種応力が、第１基板除去工程における第１基板の除去により開放されて、その開放された各種応力が第２基板に転移される。このとき、圧電体膜と第２基板との間に圧電体膜より低いヤング率を有する材料からなる接着膜が介在されているため、第２基板に転移される各種応力が接着膜により緩和される。そのため、本発明に係る製造方法により得られる薄膜圧電素子は単層の圧電積層体からなるものでありながらも、素子の反り及び屈曲変位が効果的に抑制される。また、接着膜が第２電極膜及び支持膜により挟まれた構造を採用しており、第２電極膜及び支持膜それぞれのヤング率が接着膜のヤング率より高いため、素子の反り及び屈曲変位が更に抑制される。また、単層の圧電積層体からなるため、製造コストが低減される。従って、本発明に係る薄膜圧電体素子の製造方法によれば、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現可能な薄膜圧電体素子を容易に製造することができる。
また、第３積層体の形成工程においては、接着剤を熱硬化することにより前記接着膜を形成し、第２電極膜及び支持膜それぞれの熱膨張係数が接着膜の熱膨張係数より小さいことが好ましい。これにより、接着膜で貼り合わせることで形成された第１積層体、接着膜及び第２積層体からなる第３積層体を形成する工程において、熱硬化により収縮が起こる際に、第２電極膜及び支持膜と接着膜との熱膨張係数の差により接着膜の中心方向に引張り応力が加わるため、応力が互いに相殺されて、第３積層体の反りが低減される。
また、本発明に係る薄膜圧電体素子は、支持膜、接着膜、第２電極膜、圧電体膜及び第１電極膜が順に積層された積層体を備えた薄膜圧電体素子において、接着膜のヤング率は、圧電体膜のヤング率より低く、第２電極膜及び支持膜それぞれのヤング率が接着膜のヤング率より高く、薄膜圧電体素子は圧電体膜以外に圧電体膜を有していない。
本発明に係る薄膜圧電体素子は、積層体中の圧電体膜以外に圧電体膜を有しない単層の圧電積層体を有するものであり、接着膜を更に備えている。また、接着膜のヤング率は圧電体膜のヤング率より低い。そのため、圧電体膜で生じて開放される応力が接着膜により緩和される。その結果、本発明に係る薄膜圧電素子によれば、単層の圧電積層体からなるものでありながらも、素子の反り及び屈曲変位が効果的に抑制される。また、接着膜が第２電極膜及び支持膜により挟まれた構造を採用しており第２電極膜及び支持膜それぞれのヤング率が接着膜のヤング率より高いため、素子の反り及び屈曲変位が更に抑制される。また、単層の圧電積層体からなるため、製造コストが低減される。従って、本発明に係る薄膜圧電体素子によれば、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現可能となる。
また、圧電体膜の表面を覆う絶縁膜を更に備えることが好適である。これにより、圧電体膜の表面を絶縁および保護することができる。
また、積層体を密封する絶縁膜を更に備えることが好適である。このように、絶縁膜が単層の圧電積層体である積層体を密封することにより、低減された積層体の反りを更に相殺させることができると共に、外部応力から積層体の損傷を抑制することができる。また、素子の吸湿、腐食を更に防ぐことができ、素子としての信頼性をより確保することができる。
また、本発明に係るヘッドジンバルアセンブリは、記録媒体に対して記録又は再生の少なくとも一方を行う薄膜磁気ヘッドを有するヘッドスライダと、ヘッドスライダが搭載されたサスペンションと、サスペンションの搭載面に搭載され、ヘッドスライダをサスペンションに対して相対的に変位させる薄膜圧電体素子と、を備え、薄膜圧電体素子は、支持膜、接着膜、第２電極膜、圧電体膜及び第１電極膜が順に積層された積層体を備えた薄膜圧電体素子において、接着膜のヤング率は、圧電体膜のヤング率より低く、第２電極膜及び支持膜それぞれのヤング率が接着膜のヤング率より高く、薄膜圧電体素子は圧電体膜以外に圧電体膜を有していない。
また、本発明に係るハードディスクドライブは、上述のヘッドジンバルアセンブリを備える。
本発明に係るヘッドジンバルアセンブリは、このような構成を採用しているため、装置の高性能化、高信頼性化及び低コスト化を図ることができる。
本発明によれば、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現可能な薄膜圧電体素子及びその製造方法並びにそれを用いたヘッドジンバルアセンブリが提供される。
以下、添付図面を参照して本発明に係る薄膜圧電アクチュエータ（薄膜圧電体素子）４０及びヘッドジンバルアセンブリ（Head Gimbals Assembly：ＨＧＡ）１０の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０及びＨＧＡ１０についての説明の前に、これらが適用されるハードディスク装置（ハードディスクドライブ）１の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るＨＧＡ１０を備えたハードディスク装置１を示す図である。ハードディスク装置１は、ＨＧＡ１０を作動させて、高速回転するハードディスク５の記録面に、ヘッドスライダ５０の薄膜磁気ヘッド５１によって磁気情報を記録及び再生するものである。
ハードディスク装置１は、筺体３内に、記録媒体としてハードディスク５と、これに磁気情報を記録及び再生するＨＧＡ１０と、ＨＧＡ１０によるハードディスク５への磁気情報の記録及び再生等の制御を行う制御部７と、後述する薄膜磁気ヘッド５１をハードディスク５上から退避させておくためのランプ機構９とを備えている。
ハードディスク５は、図示を省略するモータによって回転させられる。ＨＧＡ１０は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２１により、支軸２３の回りを回動可能とされており、ハードディスク５に対応するように取り付けられたヘッドスライダ５０を有している。
以下、ＨＧＡ１０の構成について具体的に説明する。図２は、図１のＨＧＡ１０の拡大斜視図であり、図３は、図２のＨＧＡ１０の斜視分解図である。図２及び図３に示すように、ＨＧＡ１０は、サスペンションアーム２０、フレクシャ３０、及び薄膜圧電アクチュエータ４０からなるサスペンション２２と、サスペンション２２に搭載されたヘッドスライダ５０とを有している。薄膜圧電アクチュエータ４０は、ヘッドスライダ５０をサスペンションアーム２０に対して相対的に変位させるものであり、ＨＧＡ１０が薄膜圧電アクチュエータ４０を有することにより、ＨＧＡ１０は薄膜磁気ヘッド５１を２段階で変動させることができる。すなわち、薄膜磁気ヘッド５１の比較的大きな移動はＶＣＭ２１によるサスペンション２２全体の駆動により制御され、微小な移動は薄膜圧電アクチュエータ４０によるヘッドスライダ５０の駆動により制御される。
サスペンションアーム２０は、金属製のものであり、先端には、ヘッドスライダ５０がランプ機構９に退避している際にスロープに乗り上がるためのタブ２６が形成されている。
フレクシャ３０は、図３に示すようにポリイミド樹脂等で形成された可撓性を有する配線基板３２と、ステンレス鋼によって形成されており配線基板３２の底面に部分的に張り付けられている支持板３４とにより構成されており、レーザスポット溶接によってサスペンションアーム２０に接着されている。
配線基板３２は、圧電アクチュエータ搭載領域３６とヘッドスライダ搭載領域３８とにより構成されている。圧電アクチュエータ搭載領域３６は、薄膜圧電アクチュエータ４０の形状に対応する形状を有しており、薄膜圧電アクチュエータ４０が搭載される前端部３６ａと、薄膜圧電アクチュエータ４０用の電極パッド３９ａ〜ｄ、ヘッドスライダ５０のための記録用電極及び再生用電極等のための電極パッド（図示せず）が形成されている後端部３６ｂとを有している。
また、ヘッドスライダ搭載領域３８は、圧電アクチュエータ搭載領域３６の前端部３６ａの先端側に連続的に設けられた領域に、ヘッドスライダ５０の記録用パッド及び再生用パッドにそれぞれ接続される記録用電極（図示せず）及び再生用電極（図示せず）が配列されている。このヘッドスライダ搭載領域３８上に配列された記録用電極及び再生用電極は、ソルダーボールボンディング等の方法で、配線基板３２上の複数の配線により、対応するフレクシャ３０の後端部３６ｂ上の電極パッドと電気的に接続されている。
また、フレクシャ３０には、圧電アクチュエータ搭載領域３６の前端部３６ａの中央部にヘッドスライダ搭載領域３８と離間して配置されており、ヘッドスライダ搭載領域３８に搭載されるヘッドスライダ５０の後端部が搭載される変位伝達板３３が設けられている。なお、変位伝達板３３は、圧電アクチュエータ搭載領域３６の後端部３６ｂに張り付けられた支持板３４から前端部３６ａの外側に沿って延びている曲線状のウィング部３５と接続されることで、支持板３４と一体化されている。圧電アクチュエータ搭載領域３６に薄膜圧電アクチュエータ４０が搭載され、ヘッドスライダ搭載領域３８及び変位伝達板３３にヘッドスライダ５０が搭載されると、変位伝達板３３の上面はヘッドスライダ５０の下面に対向し、変位伝達板３３の下面は薄膜圧電アクチュエータ４０の上面に対向することになる。また、変位伝達板３３は、薄膜圧電アクチュエータ４０の動作時においては薄膜圧電アクチュエータ４０の変位をヘッドスライダ５０に伝達する。なお、変位伝達板３３及びウィング部３５は、支持板３４と同様にステンレス鋼から構成されている。
次に、図３及び図４を参照しながら薄膜圧電アクチュエータ４０の詳細について説明する。図４は、図３におけるIV-IV方向の断面構成を示す模式図である。薄膜圧電アクチュエータ４０は、伸縮方向が互いに異なるように構成され、分離した第１領域４０ａ及び第２領域４０ｂを有している。第１領域４０ａと第２領域４０ｂは、それぞれの互いに対向する内側の辺が離間して並行に延びており、それぞれの外側の辺が根元領域４０Ｒから先端側に向けて徐々に狭まるように配置される。なお、薄膜圧電アクチュエータ４０は根元領域４０Ｒでつながった構成としても良い。
第１領域４０ａの根元領域４０Ｒには、駆動電圧が印加される電極４１ａ，４５ａが設けられており、第２領域４０ｂの根元領域４０Ｒには、駆動電圧が印加される電極４１ｂ，４５ｂが設けられている。薄膜圧電アクチュエータ４０の第１領域４０ａと第２領域４０ｂは、紫外線硬化型樹脂により、フレクシャ３０の圧電アクチュエータ搭載領域３６にそれぞれ接着され、各電極４１ａ、４５ａ、４１ｂ、４５ｂはソルダーボールボンディングにより電極パッド３９ａ〜ｄにそれぞれ接続される。なお、第１領域４０ａ及び第２領域４０ｂは同一の構成を有しているため、以下の第１領域４０ａを中心に説明して重複する説明を省略する。第１領域４０ａは、第２電極膜４１、圧電体膜４３及び第１電極膜４５が順に積層されて形成された積層体Ｌ２と、第２電極膜４１の下側に順に設けられた接着膜４７及び支持膜４８と、積層体Ｌ２の表面を覆う樹脂膜（絶縁膜）４９とを備える。
根元領域４０Ｒの第１領域４０ａの電極４１ａ及び第２領域４０ｂの電極４１ｂは例えばコンタクトホールを介してそれぞれの第２電極膜４１に接続されており、第１領域４０ｂの電極４５ａ及び第２領域４０ｂの電極４５ｂは例えばコンタクトホールを介してそれぞれの第１電極膜４５に接続されている。これにより、第１領域４０ａの電極４１ａ，４５aと第２領域４０ｂの電極４１ｂ，４５ｂとには互いに逆のバイアスが印加されることにより、例えば第１領域４０ａにおける圧電体膜４３は図３の矢印Ａ１方向に収縮され、第２領域４０ｂにおける圧電体膜４３は矢印Ａ２方向に伸張されることになる。
第２電極膜４１の材料は導電性材料であれば特に限定されず、例えばＰｔ（ヤング率：１５２ＧＰａ、熱膨張係数：８．８ｐｐｍ／℃）、Ａｕ（ヤング率：７７．２ＧＰａ、熱膨張係数：１４．４ｐｐｍ／℃）、等の金属材料を用いることができる。また、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）等の導電性セラミックスを用いることも可能である。さらに、第２電極膜４１の上下にくる構成材料との密着性や全体の応力調整の目的で、第２電極膜４１を多層構造としても良い。第２電極膜４１の厚みｔ１は特に限定されず、例えば、０．１〜１μｍ程度とすることができる。なお、電極膜４１が厚くなると変位量の阻害になるので、接着膜４７の厚さよりも薄いことが好ましい。屈曲抑制支持剛性と長手方向の変位量とはトレードオフの関係にあることに基づく。
圧電体膜４３の材料は、圧電特性を示すものであれば特に限定されず、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛、ヤング率：４７〜９５ＧＰａ）、等が挙げられる。圧電体膜４３の厚みｔ２は特に限定されず、例えば、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。
第１電極膜４５については、第２電極膜４１と同様である。第１電極膜４５の厚みｔ３は特に限定されず、例えば、０．１〜１μｍ程度とすることができる。
接着膜４７の材料は、第２電極膜４１と支持膜４８とを接着できるものであれば特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂（ヤング率：３．１ＧＰａ、熱膨張係数：６０ｐｐｍ／℃）、アクリル樹脂（ヤング率：３．１ＧＰａ、熱膨張係数：６０ｐｐｍ／℃）、シリコーン樹脂（ヤング率：０．７ＧＰａ程度、熱膨張係数：２００ｐｐｍ／℃程度）、ポリイミド樹脂（ヤング率：３．０ＧＰａ、熱膨張係数：３６ｐｐｍ／℃）、フッ素樹脂（ヤング率：１．３ＧＰａ、熱膨張係数：６０ｐｐｍ／℃）、ポリイミドシリコン樹脂（ヤング率：２．４ＧＰａ、熱膨張係数：６０ｐｐｍ／℃）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂（ヤング率：２．９ＧＰａ、熱膨張係数：５２ｐｐｍ／℃）等の樹脂接着剤や、Ｓｎ／Ａｇ系（ヤング率：４０〜５０ＧＰａ、熱膨張係数：５０ｐｐｍ／℃）等のハンダ（ソフトソルダー）を用いることができる。特に、樹脂接着剤の中でも、加熱により硬化した熱硬化性樹脂接着剤が好ましい。また、接着膜４７の厚みｔ４は特に限定されず、例えば、１〜３０μｍ程度とすることができる。
支持膜４８の材料は、第２電極膜４１と同程度の硬さの材料であれば特に限定されず、例えばＰｔ（ヤング率：１５２ＧＰａ、熱膨張係数：８．８ｐｐｍ／℃）、Ａｕ（ヤング率：７７．２ＧＰａ、熱膨張係数：１４．４ｐｐｍ／℃）、等の金属材料を用いることができる。また、ＳＲＯ等の導電性セラミックスを用いることも可能である。さらに、第２電極膜４１の上下に位置する構成材料との密着性や全体の応力調整の目的で、第２電極膜４１を多層構造としても良い。第２電極膜４１の厚みｔ１は特に限定されず、例えば、０．１〜１μｍ程度とすることができる。
樹脂膜４９の材料は、積層体Ｌ２との密着性を有し、積層体Ｌ２の表面を覆うことが可能なものであれば特に限定されないが、例えば接着膜４７と同様のものとすることができる。樹脂膜４９の厚みｔ６は特に限定されず、例えば、０．３〜３０μｍ程度とすることができる。また、この構成部材は、樹脂に代えて絶縁性を有するセラミックス等の材料としても良く、厚みは特に限定されず０．００５〜１μｍ程度とすることができる。
ここで、接着膜４７のヤング率が圧電体膜４３のヤング率より低く、かつ、第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれのヤング率が接着膜４７のヤング率より高いことが必要である。また、第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれの熱膨張係数が接着膜４７の熱膨張係数より小さいことが必要である。最も好ましい材料の組み合わせの一例は、第２電極膜４１／圧電体膜４３／第１電極膜４５／接着膜４７／支持膜４８／樹脂膜４９がＰｔ／ＰＺＴ／Ｐｔ／エポキシ樹脂／Ｐｔ／ポリイミド樹脂である。
以下、圧電体膜４３の変位量ｕ(l)と関連付けて、本実施形体に係る薄膜圧電アクチュエータ４０の動作を説明する。薄膜圧電アクチュエータ４０の圧電体膜４３の変位量ｕ(l)は以下のように表すことができる。
ここで、ｎは圧電体膜４３の積層数（本願においてはｎ＝１）を、ｉは各膜を、ｔは各膜ｉの等価膜厚を、ｔＰＺＴは圧電体膜４３の等価膜厚を、Ｅは各膜ｉのヤング率を、ＥＰＺＴは圧電体膜４３のヤング率を、ｄ31はｄ31方向（圧電体膜４３の長手方向、すなわち図３におけるＡ１又はＡ２方向）の圧電定数を、Ｌは圧電体膜４３の長手方向長さ、Ｖ／ｔＰＺＴは圧電体膜４３に係る電界強度をそれぞれ示すものである。各膜ｉには、具体的には第２電極膜４１、第１電極膜４５、接着膜４７及び支持膜４８が含まれる。
また、Ｐｉ＝Ｅｉ×ｔｉの関係を用いて上記の式（１）を以下の式（２）に簡略化することができる。式（２）において、Ｅｉは各膜ｉのヤング率を、ｔｉは各膜ｉの厚みを、Ｐｉは各膜ｉの剛性係数をそれぞれ表すものである。
この式（２）に示されているように、材料の圧電定数ｄ31、アクチュエータ長さＬが決まっている場合の変位量ｕ（ｌ）は、V／tＰＺＴの電界強度を調節することで、調節することができる。しかし、圧電体膜４３が薄膜であるため、第２電極膜４１、第１電極膜４５及び接着膜４７の剛性係数の影響も受けることになる。本実施形態においては、薄膜圧電アクチュエータ４０を構成する接着膜４７のヤング率が圧電体膜４３のヤング率より低いため、Ｐｉの総合値を比較的に低く維持することができＰｉの総合値に対するＰＰＺＴの比率（以下、剛性占有率という）の低下を抑制することができる。その結果、変位量ｕ(l)の低下を抑制することができる。
また、接着膜４７のヤング率が圧電体膜４３のヤング率より低いため、薄膜圧電アクチュエータ４０の製造時に、圧電体膜４３で生じて開放される応力が接着膜４７により緩和される。そのため、薄膜圧電アクチュエータ４０は単層の圧電積層体からなるものでありながらも、素子の反り及び屈曲変位が効果的に抑制される。そのため、屈曲変位による変位量ｕ(l)の損失を抑制することができ、目的変位方向（ｄ31方向）に効率よく変位を発生させることができる。また、接着膜４７が第２電極膜４１及び支持膜４８により挟まれており、又第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれのヤング率が接着膜４７のヤング率より高い。そのため、素子の反り及び屈曲変位が更に抑制される。また、単層の圧電積層体からなるため、製造コストを低減することができる。従って、薄膜圧電アクチュエータ４０によれば、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現できる。
また、薄膜圧電アクチュエータ４０は、積層体Ｌ２の表面を覆う樹脂膜４９を備えているため、第２電極膜４１や第１電極膜４５と接していない圧電体膜４３の表面を絶縁および保護することができる。
なお、本実施形態の薄膜圧電アクチュエータ４０において、第２電極膜４１、接着膜４７及び支持膜４８は、圧電体膜４３を支持する支持体として機能しており、それらの膜４１，４７及び４８の合計厚みは、変位を起す圧電体膜４３より厚いことが好ましい。これにより、本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０は、積層体の厚み方向の応力コントロールが好適になされるため、薄膜圧電アクチュエータ４０を駆動させた際に、屈曲方向の変位を極めて高度に抑制しつつ、目的とする長手方向の変位を得ることができる。また、第２電極膜４１、接着膜４７及び支持膜４８からなる支持体全体のヤング率が圧電体膜４３と比べ充分小さいことが好ましい。これにより、長手方向の変位が容易となる。
引き続いて、図５を参照しながら、本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０の変形例を説明する。図５は、変形例に係る薄膜圧電アクチュエータ４０Ａの薄膜圧電アクチュエータ４０の図４に対応する断面図である。図５に示されるように、薄膜圧電アクチュエータ４０Ａは、支持膜４８の下側に樹脂膜４６を更に備える点、樹脂膜４９が積層体Ｌ２のみならず接着膜４７、支持膜４８及び樹脂膜（絶縁膜）４６をも覆うように設けられている点で薄膜圧電アクチュエータ４０と相違する。なお、その他の構成は、薄膜圧電アクチュエータ４０の構成と同等であるため、同一の符号を付して重複説明を省略する。
樹脂膜４６の材料は、支持膜４８との密着性を有する樹脂であれば特に限定されないが、例えば、接着膜４７と同様のものとすることができる。樹脂膜４６の厚みは特に限定されず、例えば、０．３〜３０μｍ程度とすることができる。また、この構成部材は、樹脂に代えて絶縁性を有するセラミックス等の材料としても良く、厚みは特に限定されず０．００５〜１μｍ程度とすることができる。
変形例に係る薄膜圧電アクチュエータ４０Ａは、下側の樹脂膜４６及び上側の樹脂膜４９により積層体Ｌ２、接着膜４７及び支持膜４８で構成されており単層の圧電積層体である積層体Ｐを全体的に覆う構成を有することで、薄膜圧電アクチュエータ４０と同様な効果が得られるほか、以下のような効果を更に奏することができる。すなわち、低減された積層体Ｐの反りを更に相殺させることができると共に、外部応力から積層体Ｐの損傷を抑制することができる。また、圧電体膜４３の表面の絶縁および保護に加えて、薄膜圧電アクチュエータ４０全体の吸湿、腐食などを防ぐことができる。さらに、接着膜４７に接する構成部材との界面の接着強度を向上させることができ、素子としての信頼性をより確保することができる。
次に、図６〜図１１を参照して、薄膜圧電アクチュエータ４０の製造工程について説明する。図６（ａ）、図７（ａ）、図８、図９（ａ）、図１０（ａ）及び図１１は、薄膜圧電アクチュエータ４０の製造工程を説明するための模式図である。図６（ｂ）は図６（ａ）におけるVIｂ-VIｂ方向の断面構成を示す模式図である。図７（ｂ）は図７（ａ）におけるVIIｂ-VIIｂ方向の断面構成を示す模式図である。図９（ｂ）は図９（ａ）におけるIXｂ-IXｂ方向の断面構成を示す模式図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるXｂ-Xｂ方向の断面構成を示す模式図である。薄膜圧電アクチュエータ４０は、例えば以下の工程を経ることによって完成される。
（第１積層体形成工程）
この工程では、積層体（第１積層体）Ｌを形成する（図６（ａ）及び（ｂ）参照）。まず、第１基板Ｓ１を用意する。そして、第１基板Ｓ１上にバッファ膜４２、第１電極膜４５、圧電体膜４３及び第２電極膜４１を順次に積層させる。これらの層の積層には、エピタキシャル成長法を用いることができる。より具体的に説明すると、まず、第１基板Ｓ１上にバッファ膜４２をエピタキシャル成長させる。バッファ膜４２は、（１００）方向、（０１０）方向または（００１）方向に配向し、例えばその上面が{１１１}ファセット面を有するエピタキシャル成長膜を用いることができる。
引き続いて、バッファ膜４２上に第１電極膜４５、及び圧電体膜４３を順にエピタキシャル成長させ、更に圧電体膜４３上に第２電極膜４１を形成する。これにより、第１基板Ｓ１、バッファ膜４２、第１電極膜４５、圧電体膜４３及び第２電極膜４１からなる積層体Ｌが形成される。圧電体膜４３の成長に際には、結晶配向方向を分極方向（００１）と揃えた配向圧電体膜を作ることで、外部から電場を加えていなくても物質が電気双極子を生じる自発分極が発生する強誘電体膜を得ることができる。なお、積層体Ｌの形成には、エピタキシャル成長法として、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜法等を用いることができる。
第１基板Ｓ１の材料は、その上に積層体Ｌが形成可能なものであれば特に限定されず、例えば、Ｓｉ、ＭｇＯ等を用いることができる。第１基板Ｓ１の厚みは特に限定されず、例えば、１００〜３０００μｍ程度とすることができる。また、バッファ膜４２の材料は、格子定数ミスマッチのコントロール及び、配向方向をコントロールし、圧電体膜４３の結晶性を良くするようなものであれば特に限定されず、例えば、ＺｒＯ２膜、Ｙ２Ｏ３膜等を用いることができる。バッファ膜４２の厚みは特に限定されず、例えば、０．００３〜０．１μｍ程度とすることができる。
（第２積層体形成工程）
次に、積層体（第２積層体）Ｍを形成する（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。まず、第２基板Ｓ２を用意して、第２基板Ｓ２上に下地膜４４及び支持膜４８を順次に積層させる。これらの層の積層には、蒸着、スパッタ、メッキなどの一般的な薄膜形成方法を用いることができる。これにより、第２基板Ｓ２、下地膜４４及び支持膜４８からなる積層体Ｍが形成される。
第２基板Ｓ２の材料は、その上に積層体Ｍが形成可能なものであれば特に限定されず、例えば、Ｓｉ、ガラス、アルミナ等のセラミックス等を用いることができる。第２基板Ｓ２の厚みは特に限定されず、例えば、１００〜３０００μｍ程度とすることができる。また、下地膜４４の材料は、第２基板Ｓ２と支持膜４８との間の密着性を確保できるものであれば特に限定されず、例えば、ＳＲＯ、Ｃｒ等を用いることができる。下地膜４４の厚みは特に限定されず、例えば、０．０１〜０．３μｍ程度とすることができる。
（第３積層体形成工程）
この工程においては、まず、積層体Ｌの第２電極膜４１上に接着膜４７ａ、及び積層体Ｍの支持膜４８上に接着膜４７ｂを形成する（図８参照）。接着膜４７ａ及び４７ｂの形成には、例えばモノマーを気化させて支持膜４８に蒸着すると同時に重合させる、いわゆる重合蒸着法を用いることができる。また、接着膜４７ａ及び４７ｂを構成する樹脂をスピンコートにより塗布する方法等で形成することもできる。
その後、第２電極膜４１と支持膜４８とが対向するように接着膜４７ａ及び４７ｂを重ね合わせ、加圧しながら熱硬化法により接着し、積層体Ｌ、接着膜４７ａ及び４７ｂ、及び積層体Ｍからなる積層体Ｐを形成する（図９参照）。なお、接着膜４７ａ及び４７ｂは接着膜４７を構成することになる。また、接着膜４７の形成には、熱硬化法の他に、常温硬化型の接着剤を用いる方法や熱溶融型の接着剤等が用いられてもよく、接着膜４７が、例えば紫外線（ＵＶ）硬化型のエポキシ樹脂である場合には、紫外線照射により接着する方法が好ましい。また、接着膜４７ａ及び４７ｂのうちの一方のみを形成して接着をしても実施は可能である。更に、工程において位置合わせが必要な場合は、熱硬化・紫外線硬化併用型接着剤の使用も好ましい。
次に、積層体Ｍの第１基板Ｓ１を除去する（図９（ａ）及び（ｂ）参照）。第１基板Ｓ１の除去には、第１基板Ｓ１としてＳｉの単結晶基板が用いられる本実施形態のような場合には、フッ硝酸によるウェットエッチング、または反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）等によるドライエッチングを用いることができる。なお、前段階の粗削りとして砥石研削（バーチカル）やコロイダルシリカ（ＣＭＰ）によるポリッシングや、軟質金属定盤（ズズ定盤など）を使ったダイヤスラリーによるポリッシングにより基板除去をすることができる。その後、ＲＩＥ法によって、バッファ膜４２をエッチングする。これにより、積層体Ｌは、第１基板Ｓ１及びバッファ膜４２が除去され、第２電極膜４１、圧電体膜４３及び第１電極膜４５からなる積層体Ｌ２になる。
（積層体加工工程）
次に、積層体Ｌを所望の形状に加工（パターニング）する（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）。この工程では、まずフォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて第１領域４０ａ及び第２領域４０ｂに対応する形状のレジストパターン（図示せず）を形成する。その後、このレジストパターンをマスクとしてマスクされていない領域を下地膜４４が露出するまでエッチングし、レジストパターンを除去する。
次に、第２電極膜４１、圧電体膜４３及び第１電極膜４５の腐食を回避するためにこれらの層を覆うように樹脂膜４９を形成する。樹脂膜４９は、樹脂膜４９を構成する樹脂材料を塗布した後にベークすることにより形成される。その後、樹脂膜４９上の第１領域４０ａ及び第２領域４０ｂそれぞれの根元領域４０Ｒに駆動電圧を印加するための電極４１ａ，４５ａ及び電極４１ｂ，４５ｂを形成する。
（第２基板除去工程）
次に、ウェットエッチングを行い、下地膜４４を除去する（図１１参照）。これにより、第２基板Ｓ２が積層体Ｍから除去される。その結果、積層体Ｐは，積層体Ｌ２、接着膜４７及び支持膜４８からなる積層体Ｐ２となる。以上の工程を経ることで、図４に示されている薄膜圧電アクチュエータ４０が完成される。なお、下地膜４４の材料として、例えばＺｒＯ２膜、Ｙ２Ｏ３膜等のような絶縁保護膜を用いてもよい。この場合、この下地膜４４はパターニングしないで、パターニングされた積層体Ｐは、樹脂膜４９側をワックス等を介して何らかの基材に保持し、その後ドライエッチングあるいはウェットエッチング等により第２基板Ｓ２を除去し、その後ワックス等を溶かして素子を個片化してもよい。この場合には、素子の個片化の際に、上面に素子が存在しない下地膜４４の部分は破れてなくなる。こうすることで、エッチング時の素子へのダメージを低減させることができる。
本実施形態の薄膜圧電アクチュエータ４０の製造方法によれば、積層体Ｌの形成工程において、熱、結晶格子定数の不整合等に起因して圧電体膜４３と第１基板Ｓ１との間に生じる各種応力が、第１基板Ｓ１の除去工程における第１基板Ｓ１の除去により開放されて、その開放された各種応力が第２基板Ｓ２に転移される。このとき、圧電体膜４３と第２基板Ｓ２との間に圧電体膜４３より低いヤング率を有する材料からなる接着膜４７ａ及び４７ｂが介在されているため、第２基板Ｓ２に転移される各種応力が接着膜４７により緩和される。そのため、本実施形態に係る製造方法により得られる薄膜圧電アクチュエータ４０は単層の圧電積層体からなるものでありながらも、素子の反り及び屈曲変位が効果的に抑制される。
また、接着膜４７が第２電極膜４１及び支持膜４８により挟まれるように積層体Ｐが形成され、第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれのヤング率が接着膜４７のヤング率より高い。そのため、素子の反り及び屈曲変位が更に抑制され、圧電体膜４３の変位量ｕ(l)阻害が抑制された支持体を形成することができる。また、単層の圧電積層体からなるため、製造コストが低減される。従って、本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０の製造方法によれば、単層の圧電積層体による高性能化、高信頼性化及び低コスト化が実現可能な薄膜圧電アクチュエータを容易に製造することができる。
また、積層体Ｌを製造する際に、第１電極膜４５をエピタキシャル成長させる前に、第１基板Ｓ１上に上面が{１１１}ファセット面を有するバッファ膜４２を形成することにより、結晶配向の高い第１電極膜４５を得ることができる。また、これに伴って第１電極膜４５上にエピタキシャル成長される圧電体膜４３の結晶性をも改善することができ、薄膜圧電アクチュエータ４０の信頼性を向上させることができる。
また、積層体Ｌ、接着膜４７ａ、接着膜４７ｂ及び積層体Ｍからなる積層体Ｐの形成には熱硬化法が用いられているが、第２電極膜４１及び支持膜４８それぞれの熱膨張係数が接着膜４７の熱膨張係数より小さい。これにより、熱硬化により収縮が起こる際に、第２電極膜４１及び支持膜４８と接着膜４７との熱膨張係数の差により接着膜４７の中心方向に引張り応力が加わるため、応力が互いに相殺されて、積層体Ｐの反りがより低減される。
更に、従来のような２層の圧電積層体構造の場合には、変位阻害となる両側の基板を除去した後でなければ素子の正しい特性を評価することができなかったが、本実施形態に係る製造方法では第２基板Ｓ２に接着膜４７を介して形成された圧電体膜４３をパターニングするため、ウェハーレベルの測定でも素子の誘電率等の特性を正しく評価することができる。
なお、変形例に係る薄膜圧電アクチュエータ４０Ａを形成するためには、積層体Ｍの形成工程において、下地膜４４と支持膜４８との間に樹脂膜４６を更に形成し、積層体加工工程後、樹脂膜４９を形成する際に樹脂膜４９を構成する樹脂材料を接着膜４７、支持膜４８及び樹脂膜４６を更に覆うように塗布、硬化することで形成することができる。
本変形例に係る薄膜圧電アクチュエータ４０Ａの製造方法によれば、本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０の製造方法と同様な効果が得られる他、以下のような効果を更に奏することができる。すなわち、低減された積層体Ｐの反りを更に相殺すると共に外部応力から積層体Ｐの損傷を抑制することができる薄膜圧電アクチュエータを容易に製造することができる。
続いて、図３を参照してＨＧＡ１０の組立工程の一例を説明する。まず、フレクシャ３０をレーザスポット溶接にてサスペンションアーム２０に固定する。また、薄膜圧電アクチュエータ４０をフレクシャ３０に対して位置決めした後に、紫外線硬化型接着剤等により支持膜４８が圧電アクチュエータ搭載領域３６と接するように固定する。その後、薄膜圧電アクチュエータ４０の第１領域４０ａ上の電極４１ａと第２領域４０ｂ上の電極４１ｂとが逆相に交流印加されるように、圧電アクチュエータ搭載領域３６の後端部３６ｂ上の対応する電極パッド３９ａ〜ｄに接続させる。続いて、ヘッドスライダ搭載領域３８及び変位伝達板３３にヘッドスライダ５０を搭載させ接着剤等により固定し、ヘッドスライダ搭載領域３８上の記録用電極及び再生用電極にヘッドスライダ５０上の記録用パッド及び再生用パッドを接着することにより、ＨＧＡ１０が得られる。
上記の製造方法で得られた薄膜圧電アクチュエータ４０を用いてＨＧＡ１０に組み立てることで、高性能化、高信頼性化及び低コスト化が可能なＨＧＡ１０を製作することができる。また、上記のＨＧＡ１０の組み立てにおいては、支持膜４８が圧電アクチュエータ搭載領域３６と接するように薄膜圧電アクチュエータ４０を圧電アクチュエータ搭載領域３６に固定するため、変位伝達板３３の下面側に薄膜圧電アクチュエータ４０の第１電極膜４５が位置されることになるが、薄膜圧電アクチュエータ４０は電圧の印加を受けると長手方向に変位するように設計されているため、第１電極膜４５が圧電アクチュエータ搭載領域３６に近い向きに薄膜圧電アクチュエータ４０を搭載しても、ＨＧＡ１０の機能に差は生じない。
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、上記実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータ４０においては、接着膜４７ａ，４７ｂがエポキシ樹脂からなるものであるが、これに限定されず、ヤング率が圧電体膜４３より小さい限り、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミドシリコン樹脂、フッ素樹脂などであってもよい。
また、第２電極膜４１及び支持膜４８は、上記に開示内容に限定されることはなく、接着膜４７ａ，４７ｂに比べて高いヤング率を有する硬質材であり、接着膜４７ａ，４７ｂに比べて低い熱膨張係数を有するものであれば、セラミック等であってもよい。
本実施形態に係るＨＧＡを備えたハードディスク装置を示す図である。 図１に示されているＨＧＡの拡大斜視図である。 図２に示されているＨＧＡの斜視分解図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータを示す図である。 変形例に係る薄膜圧電アクチュエータを示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る薄膜圧電アクチュエータの製造方法の一工程を模式的に示す図である。
符号の説明
Ｓ１…第１基板、Ｓ２…第２基板、Ｐ，Ｌ，Ｍ…積層体、１０…ヘッドジンバルアセンブリ、２２…サスペンション、４０…薄膜圧電アクチュエータ、４１…第２電極膜、４３…圧電体膜、４５…第１電極膜、４４…下地膜、４７，４７ａ，４７ｂ…接着膜、４８…支持膜、５０…ヘッドスライダ、５１…薄膜磁気ヘッド。

Claims (7)

  1. 第１基板上に第１電極膜、圧電体膜及び第２電極膜を順に積層して第１積層体を形成する工程と、
    第２基板上に支持膜を積層して第２積層体を形成する工程と、
    前記第２電極膜と前記支持膜とが対向するように前記第１積層体と前記第２積層体とを接着膜で貼り合わせて前記第１積層体、前記接着膜及び前記第２積層体からなる第３積層体を形成する工程と、
    前記第３積層体から前記第１基板を除去する工程と、
    前記第１基板の除去工程後に、前記第３積層体を所望の形状に加工する工程と、
    前記第３積層体の加工工程後に、前記第２基板を除去する工程と、
    を備え、
    前記接着膜のヤング率は、前記圧電体膜のヤング率より低く、
    前記第２電極膜及び前記支持膜それぞれのヤング率が前記接着膜のヤング率より高く、
    前記第３積層体は、前記圧電体膜以外に圧電体膜を有していない薄膜圧電体素子の製造方法。
  2. 前記第３積層体の形成工程においては、接着剤を熱硬化することにより前記接着膜を形成し、
    前記第２電極膜及び前記支持膜それぞれの熱膨張係数が前記接着膜の熱膨張係数より小さい請求項１に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
  3. 支持膜、接着膜、第２電極膜、圧電体膜及び第１電極膜が順に積層された積層体を備えた薄膜圧電体素子において、
    前記接着膜のヤング率は、前記圧電体膜のヤング率より低く、
    前記第２電極膜及び前記支持膜それぞれのヤング率が前記接着膜のヤング率より高く、
    前記薄膜圧電体素子は前記圧電体膜以外に圧電体膜を有していない薄膜圧電体素子。
  4. 前記圧電体膜の表面を覆う絶縁膜を更に備える請求項３に記載の薄膜圧電体素子。
  5. 前記積層体を密封する絶縁膜を更に備える請求項３に記載の薄膜圧電体素子。
  6. 前記録媒体に対して記録又は再生の少なくとも一方を行う薄膜磁気ヘッドを有するヘッドスライダと、
    前記ヘッドスライダが搭載されたサスペンションと、
    前記サスペンションの搭載面に搭載され、前記ヘッドスライダを前記サスペンションに
    対して相対的に変位させる薄膜圧電体素子と、
    を備え、
    前記薄膜圧電体素子は、
    支持膜、接着膜、第２電極膜、圧電体膜及び第１電極膜が順に積層された積層体を備えた薄膜圧電体素子において、
    前記接着膜のヤング率は、前記圧電体膜のヤング率より低く、
    前記第２電極膜及び前記支持膜それぞれのヤング率が前記接着膜のヤング率より高く、
    前記薄膜圧電体素子は前記圧電体膜以外に圧電体膜を有していないヘッドジンバルアセンブリ。
  7. 請求項６に記載のヘッドジンバルアセンブリを備えるハードディスクドライブ。
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