JP2017139432A - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い柱状の微細構造体を形成することができる圧電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】幅５０μｍ未満で高さ５０μｍ以上である複数の立体構造を有してなる立体構造群を備える圧電素子の製造方法は、圧電材料で形成されたバルク材８１に対して互いに平行に延びる複数の第１の溝５１を加工する工程と、第１の溝５１に補強材料６４を充填し硬化させる工程と、補強材料６４を充填したバルク材８１に対して複数の第１の溝５１に対して交互に平行に延びる複数の第２の溝５２を加工する工程とを備える。これにより、第１の溝５１よりも狭い間隔で形成された立体構造群を得る。
【選択図】図５

Description

本発明は、超音波測定その他の各種超音波応用機器に利用可能な圧電素子の製造方法に関する。

超音波応用機器として、例えばインク用の液体噴射ヘッドが存在し、かかる液体噴射ヘッドに組み込まれる圧電素子部分の製造方法として、圧電体膜のパターニング方法が公知となっている（特許文献１参照）。このパターニング方法では、基材上に一様に形成した圧電体膜上にレジストパターンを設けるとともに、塩酸やフッ化水素酸を有するエッチング液によるウェットエッチングによって、圧電体膜のパターニングを行っている。
また、超音波センサーに用いられる複合圧電材の製造方法として、ＰＺＴの基板上に柱状微細構造体をマトリクス状の２次元配列で形成する方法が公知となっている（特許文献２参照）。この方法では、硬脆材料の基板表面に予め保護膜を形成し、保護膜側から基板に対してダイシングソーにて一方向目に等間隔で溝入れ加工を行った後に、これら一方向目の溝に補強材を充填し、ダイシングソーにて一方向に直交する二方向目に等間隔で溝入れ加工を行っている。

しかしながら、特許文献１、２に記載の方法では、深く高い柱状その他の微細構造体を形成することができない。例えば、ダイシングソーを用いる切断法では、圧電材料の硬脆性に起因して、破損を回避しつつ辺幅２５μｍ以下の微小サイズにカットすることができない。すなわち、特許文献２の方法では、１０μｍ程度の辺幅を有する柱状構造体を形成するとあるが、この手法によって辺幅１０μｍで高さ５０μｍの柱状構造体を全て欠けなく形成することは不可能と思われ、仮にかかるサイズ的条件を満たす柱状構造体が得られたとしても強度が不足すると考えられる。
なお、例えば超音波検査装置に用いる複合圧電体を構成する柱状微細構造体に求められている理想的な形状は、その径と配置間隔とがともに約１０〜２００μｍ程度であるといわれている。一方、柱状微細構造体のアスペクト比を５〜６程度としたときに送受信効率が最もよいといわれている。すなわち、上記複合圧電体を構成する柱状微細構造体の高さとしては、５０〜１２００μｍ程度のものが求められている。

特開２０１４−１８４６４３号公報 特開平８−２８１６４１号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、高い柱状又は壁状の微細構造体を形成することができる圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る圧電素子の製造方法は、幅５０μｍ未満で高さ５０μｍ以上である柱状又は柱状に形成された複数の立体構造を有してなる立体構造群を備える圧電素子の製造方法であって、圧電材料で形成されたバルク材に対して互いに平行に延びる複数の第１の溝を加工する工程と、第１の溝に補強材料を充填し硬化させる工程と、補強材料を充填したバルク材に対して複数の第１の溝に対して交互に平行に延びる複数の第２の溝を加工する工程とを備える。ここで、溝に関して加工とは、機械的な加工を意味し、化学的なエッチングを除く。

上記製造方法では、補強材料を充填したバルク材に対して第１の溝と平行に延びる複数の第２の溝を加工するので、第１の溝よりも狭い間隔で形成された立体構造群を得ることができる。この際、第２の溝を形成する前の第１の溝の間に形成される微細形状は第２の溝の加工後における微細形状よりも一回り大きく、欠けや劣化が無い微細形状を形成することが比較的容易になる。さらに、補強材料を充填したバルク材に対して複数の第２の溝を加工するので、加工によるダメージを回避しつつ目標とする幅の立体構造を比較的容易に得ることができる。

本発明の具体的な側面では、上記製造方法において、第２の溝に補強材料を充填し硬化させる工程と、バルク材に対して第１及び第２の溝と交差して互いに平行に延びる複数の第３の溝を加工する工程とをさらに備える。この場合、第１及び第２の溝と第３の溝とによって、２次元マトリクス状に配列された立体構造を有してなる立体構造群を得ることができる。

本発明の別の側面では、複数の第２の溝を加工する前に、補強材料を充填したバルク材に対して複数の第１の溝と交差して交互に平行に延びる複数の第３の溝を加工する工程をさらに備える。

本発明のさらに別の側面では、第１及び第２の溝を加工するときに、バルク材を切り抜かず、当該溝に沿った途中まで加工する。この場合、各溝の加工の最終段階で形成される微細形状が独立した形状となって微細形状がこれに働く加工具からの応力によって破損することを、効果的に防止できる。なお、単一の第２の溝を切り抜くように加工を完了する際には、加工具がバルク材に覆われる量が少なくなり、加工具がブレて破損が生じやすいという事情がある。

本発明のさらに別の側面では、第２の溝を加工するときに、第１の溝とは反対の方向から加工を進行させる。この場合、第２の溝の加工開始時に対象部分が厚くなり、微細形状がこれに働く加工具からの応力によって破損することを効果的に防止できる。なお、第２の溝の加工を開始する際には、仮に補強材料が存在しても、加工具がバルク材に覆われる量が少なくなり、加工具がブレて破損が生じやすいという事情がある。

本発明のさらに別の側面では、第２の溝は、隣接する一対の第１の溝の中間に形成される。この場合、第１の溝と第２の溝とによって等間隔で平行に並んだ溝群が形成される。

本発明のさらに別の側面では、第３の溝は、第１の溝の略半分よりも大きな空間周期で配列されている。この場合、第１の溝と第２の溝とを合成した溝群の間の立体構造の幅に比較して第３の溝の間の立体構造の幅を広くとることができるので、ブレードが劣化して加工応力が大きくなっても、立体構造の破損を低減できる。

本発明のさらに別の側面では、全ての溝の加工を完了した後に、溝に残っている補強材料を除去する工程を備える。この場合、立体構造群の周囲に所望の充填材を配置することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の製造方法によって得られる圧電素子を説明する平面図及びＡＡ矢視断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示す圧電素子をさらに加工した圧電素子を説明する平面図及びＢＢ矢視断面図である。 図１の圧電素子の製造工程を説明する概念的フロー図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１の溝の加工及び補強材料の充填を説明する斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第２の溝の加工及び補強材料の充填を説明する斜視図である。 第３の溝の加工を説明する斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、溝加工の変形例を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例の加工方法によって得た溝構造の平面視及び断面視における状態を説明し、（Ｃ）及び（Ｄ）は、比較例の加工方法によって得た溝構造の平面視及び断面視における状態を説明する。 図２に示す圧電素子を組み込んだ超音波検査装置のプローブを説明する概念図である。 第２実施形態に係る圧電素子の製造工程を説明する概念的フロー図である。 第２の溝の加工を説明する斜視図である。 第３の溝の加工を説明する斜視図である。 変形例の圧電素子を説明する斜視図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の圧電素子の製造方法について説明する。

図１（Ａ）及び１（Ｂ）を参照して、第１実施形態の製造方法によって得られる圧電素子１０１であって、最終製品に至る前段階のものを説明する。図示の圧電素子１０１は、超音波を励起するための電極が形成される前の状態であり、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＴその他のＰｂ系圧電材料（例えばＰＭＮＴ、ＰＩＭＮＴ、ＰＳＭＮＴを含む）で形成された板状の基板１０と、基板１０上に形成され基板１０の片側を層状に覆う立体構造群２０と、立体構造群２０の隙間を埋めて平坦化する充填部３０とを備える。

立体構造群２０は、柱状に形成された多数の立体構造２１で構成される。多数の立体構造２１は、基板１０の延びるＸＹ面に沿って２次元の格子点上に配列されている。各立体構造２１は、四角柱状の外形を有し、基板１０からこれに垂直なＺ方向に細長く延びている。なお、各立体構造２１は、ダイシングソーによって形成されるため、側面２１ａは必ずしも平滑面となっていない。

立体構造２１は、その横断面における小さい方の幅（短辺の長さ、短辺幅とも呼ぶ）ｗ１が５０μｍ未満であって、横断面における大きい方の幅（長辺の長さ、長辺幅とも呼ぶ）ｗ２が１０μｍ以上５０μｍ以上であり、高さｈが５０μｍ以上４００μｍ以下である。つまり、小さい方の短辺幅ｗ１を基準とするアスペクト比ＡＲ＝ｈ／ｗ１は、１より大きくなっている。具体例では、短辺幅ｗ１が例えば２５μｍに設定され、長辺幅ｗ２が例えば５０μｍに設定され、高さｈが例えば１００〜１２０μｍに設定される。

充填部３０は、例えばエポキシ樹脂で形成され、個々の立体構造２１間のアイソレーション及び絶縁性を確保しつつ多数の立体構造２１と一体となって、これら立体構造２１を支持する。

図２（Ａ）及び２（Ｂ）は、図１（Ａ）等に示す圧電素子１０１に対してさらに加工を進めた状態の圧電素子１０２を説明する平面図及び側方断面図である。図示の段階の圧電素子１０２では、基板１０が除去され、一群の第１電極４１と一群の第２電極４２とが上下面にそれぞれ形成されている。圧電素子１０２を構成する多数の立体構造２１は、その側面２１ａを介して充填部３０に支持されている。各立体構造２１は、隣接する立体構造２１から電気的に独立しており、超音波的にも相互作用が生じにくい状態となっている。一群の第１電極４１は、ラインアンドスペースで形成されて全体として櫛歯状電極１４１を成しており、各第１電極４１は、Ｘ方向に一列に並ぶ多数の立体構造２１の上端面２１ｂを連結するように延びる導電性金属薄膜である。同様に、一群の第２電極４２も、ラインアンドスペースで形成されて全体として櫛歯状電極１４２を成しており、各第２電極４２は、Ｘ方向に一列に並ぶ多数の立体構造２１の下端面２１ｃを連結するように延びる導電性金属薄膜である。
結果的に、Ｘ方向に一列に並ぶ一群の立体構造２１は、単位プローブ２３を構成する。この単位プローブ２３において、１つの第１電極４１とその下方に対向する第２電極４２とによって連結された一群の立体構造２１は、最終製品に設けた駆動回路（不図示）に並列に接続されることになる。つまり、一群の立体構造２１からなる単位プローブ２３は、Ｘ方向に細長く連なるとともに同一の駆動信号を受けて一様に動作するが、多数の立体構造２１に分割することで、立体構造２１が柱状となってより良好な振動特性又は超音波出力特性を示すものとなる。
なお、単位プローブ２３又は第１及び第２電極４１，４２は、Ｙ方向に例えば１９２チャンネル分存在しており、これら１９２チャンネルの単位プローブ２３は、独立して駆動信号を受ける。つまり、各単位プローブ２３には、タイミング等が異なる個別の駆動信号が供給される。

以下、図３及び図４〜６等を参照して、圧電素子１０１の具体的な製造方法について説明する。

まず、図４（Ａ）に示すように、ＰＭＮ−ＰＴで形成され例えば０．５ｍｍ程度の厚みを有する板状のバルク材（母材）８１を準備する（図３の工程Ｓ１１）。

次に、図４（Ｂ）に示すように、このバルク材８１の一方の表面に一様な幅を有しＹ方向に延びる多数の第１の溝５１を等間隔で平行に加工する（図３の工程Ｓ１２）。なお、図面ではバルク材８１の一部に第１の溝５１を形成しているが、バルク材８１の全体に第１の溝５１を形成することができ、形成すべき第１の溝５１の本数も圧電素子１０１の仕様に応じて適宜設定することができる。第１の溝５１は、ダイシングソー（加工具）で加工され、２５μｍの溝幅を有する。また、第１の溝５１は、Ｘ方向に関して１００μｍの空間周期又はピッチで形成されている。隣接する一対の第１の溝５１間に残る畝状の微細形状１２１は、以後の加工によって立体構造２１となるべき部分であり、７５μｍの横幅を有する。なお、第１の溝５１の形成に際して、ドレスボードをバルク材８１に隣接して配置した状態でダイシングを行うことができる。この場合、ダイシングソーで溝加工しながら、ダイシングソーを研磨することができる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、バルク材８１に形成された多数の第１の溝５１に液体状の補強材料６４を充填して硬化させ、元のバルク材８１の外形に戻す（図３の工程Ｓ１３）。補強材料６４としては、ポジレジスト、ＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、二液硬化性樹脂、ワックス等を用いることができる。補強材料６４の充填に際しては、毛細管現象を利用したり、気泡抜きのための減圧をしたり、加熱により補強材料の粘度を制御する。なお、補強材料６４を充填する前に、第１の溝５１の内面に対して、補強材料６４と微細形状１２１との接着性を向上させる表面処理を行ってもよい。さらに、補強材料６４を充填する前に、第１の溝５１の内面又は微細形状１２１の表面の洗浄を行ってもよい。第１の溝５１の洗浄方法として、例えば溶剤洗浄、ＵＶオゾン洗浄、Ｏ_２アッシング、プライマー処理等が可能である。

次に、図５（Ａ）に示すように、バルク材８１の一方の表面に、多数の第１の溝５１に平行で一様な幅を有する多数の第２の溝５２を加工する（図３の工程Ｓ１４）。ここで、多数の第２の溝５２は、複数の第１の溝５１に対して交互に延びるように形成される。より具体的には、第２の溝５２は、隣接する一対の第１の溝５１のちょうど中間に形成される。言い換えれば、２組の工程Ｓ１２，Ｓ１４によって、最終目標とする平行で等間隔に配列された多数の溝を、１つおきに２段階に分けて形成していると見ることができる。
第２の溝５２は、第１の溝５１と同様にダイシングソーで加工され、２５μｍの溝幅を有する。また、第２の溝５２は、第１の溝５１と同様に１００μｍのピッチで形成されることになり、隣接する第１の溝５１と第２の溝５２との間に残る畝状の微細形状１２１は、Ｘ方向に２５μｍの横幅を有する。第２の溝５２の形成に際しては、第１の溝５１の場合と同様に、ドレスボードをバルク材８１に隣接して配置した状態でダイシングを行うことができる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、バルク材８１に形成された多数の第２の溝５２に液体状の補強材料６４を充填して硬化させ、元のバルク材８１の外形に戻す（図３の工程Ｓ１５）。この工程Ｓ１５で使用する補強材料６４は、上記の工程Ｓ１３で使用する補強材料６４と同様のものである。補強材料６４の充填に際しては、毛細管現象を利用したり、気泡抜きのための減圧をしたり、加熱により補強材料の粘度を制御する。なお、補強材料６４を充填する前に、補強材料６４と第１の溝５１の内面又は微細形状１２１の表面との接着性を向上させる表面処理を行うことができ、第１の溝５１の内面又は微細形状１２１の表面の洗浄を行うこともできる。

次に、図６に示すように、バルク材８１の一方の表面に、第１及び第２の溝５１，５２と交差して互いに平行に延びる多数の第３の溝５３を加工する（図２の工程Ｓ１６）。ここで、多数の第３の溝５３は、等間隔で形成され第１及び第２の溝５１，５２と直交するように交差する。
第３の溝５３は、第１の溝５１と同様にダイシングソーで加工され、Ｙ方向に２５μｍの溝幅を有する。また、第３の溝５３は、第１及び第２の溝５１，５２を併せた溝群のピッチ５０μｍ（つまり、第１の溝５１の半分のピッチ）よりも大きな７５μｍのピッチで形成されており、隣接する一対の第３の溝５３間に残る畝状の微細形状２２１は、Ｙ方向に５０μｍの横幅を有する。第３の溝５３の形成に際しては、第１の溝５１の場合と同様に、ドレスボードをバルク材８１に隣接して配置した状態でダイシングを行うことができる。
なお、第３の溝５３のピッチは、上記のように第１の溝５１の半分のピッチ（つまり、合成した溝５１，５２のピッチ）よりも大きくなっている。このように第３の溝５３のピッチを合成した溝５１，５２のピッチよりも大きくしているのは、第３の溝５３の形成に伴う立体構造の破損の発生を抑えるためである。第３の溝５３のピッチが合成した溝５１，５２のピッチと等しい場合、第３の溝５３を互い違いの２グループに分けて第１及び第２の溝５１，５２と同様に加工することが望ましくなる。

次に、加工後のバルク材８１に残った補強材料６４を除去する（図３の工程Ｓ１７）。補強材料６４の除去は、補強材料６４がポジレジストで形成されている場合、例えば現像液で行い、補強材料６４が他のもので形成されている場合、例えば有機溶剤、Ｏ_２アッシングで行う。結果的に、基板１０上部に立体構造群２０を構成する多数の立体構造２１が残る。多数の立体構造２１は、基板１０の延びる２次元の格子点上に配列されており、各立体構造２１は、一例として、例えば短辺幅ｗ１が２５μｍ、長辺幅ｗ２が５０μｍ、高さｈが１００μｍといった形状及びサイズを有する。

その後、図１（Ｂ）に示すように、立体構造２１間の隙間（つまり溝５１，５２，５３）にエポキシ樹脂その他の充填材を充填して硬化させ充填部３０とする（図３の工程Ｓ１８）。これにより、図１（Ａ）等に示す第１段階の圧電素子１０１が完成する。

その後の工程については、詳細な説明を省略するが、図２（Ｂ）等を参照して間単に説明すると、まず基板１０を研削や研磨によって除去して、立体構造２１の上端面２１ｂと下端面２１ｃとが露出した状態にする。つまり、多数の立体構造２１を２次元的に配列した複合圧電素子層１２０を得る。そして、一連の立体構造２１の上端面２１ｂを繋ぐように延びる複数列の第１電極４１の金属薄膜パターンを、フォトレジストその他の手法によって形成し櫛歯状電極１４１を得る。同様に、一連の立体構造２１の下端面２１ｃを繋ぐように延びる複数列の第２電極４２の金属薄膜パターンを、フォトレジストその他の手法によって形成し櫛歯状電極１４２を得る。これにより、図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示す第２段階の圧電素子１０２が完成する。

図７（Ａ）は、第１の溝５１や第２の溝５２の加工方法の変形例を説明する図である。この場合、第１の溝５１や第２の溝５２は、バルク材８１を横断するように切り抜かず、長さ方向の途中まで加工されている。つまり、ダイシングソーをバルク材８１の一端から他端に切り抜くのではなく、他端に至る途中でダイシングソーをバルク材８１から後退させて切削を中断する。結果的に、バルク材８１には、未加工領域８２が残り、第１及び第２の溝５１，５２の未加工領域８２側には、浅い途中領域８４が形成される。この場合、第１及び第２の溝５１，５２間に残る畝状の微細形状８６は、未加工領域８２等を介して互いに連結された状態となるので、これに働くダイシングソーからの応力によって破損することを防止できる。なお、本実施形態のように全第１の溝５１の加工完了後に第２の溝５２の加工を行う場合、第２の溝５２の加工終了間際で、ダイシングソーがバルク材８１からはみ出して覆われる量が少なくなるので、特に溝５１，５２のピッチが狭い場合、ダイシングソーの回転がブレて第２の溝５２の周囲の微細形状８６に破損が生じやすくなるという事情があり、未加工領域８２等を設けることが効果的な対策となる。

図７（Ｂ）は、第１の溝５１や第２の溝５２の加工方法の別の変形例を説明する図である。この場合、第１の溝５１や第２の溝５２の形成に際して、バルク材８１を切り抜かず、途中まで加工するだけでなく、第２の溝５２については、第１の溝５１とは反対の方向から加工を進行させる。結果的に、バルク材８１には、両端に片加工領域８８が残る。この場合、第２の溝５２の加工開始時に対象部分（つまり片加工領域８８）が厚くなり、畝状の微細形状８６がこれに働くダイシングソーからの応力によって破損することを効果的に防止できる。なお、第２の溝５２の加工を開始する際には、補強材料６４が存在しても、ダイシングソーがバルク材８１からはみ出して覆われる量が少ないので、特に溝５１，５２のピッチが狭い場合、ダイシングソーの回転がブレて第２の溝５２の周囲の微細形状８６に破損が生じやすくなるという事情があり、第２の溝５２の加工を第１の溝５１の加工とは反対方向から進行させることが効果的な対策となる。

図８（Ａ）及び８（Ｂ）は、具体的な加工例を説明する図であり、図５（Ｂ）に示す工程の後に補強材料６４を除去した状態を示す。図８（Ａ）は、平面視のＳＥＭ象を示し、図８（Ｂ）は、断面視のＳＥＭ象を示す。この加工例では、ダイシングソーの回転数を３００００ｒｐｍとし、送り速度を１ｍｍ／ｓとした。図からも明らかなように、具体的な加工例の場合、図５（Ｂ）に示す微細形状１２１に対応する部分が周期的にきれいに形成されており欠けが存在しない。
図８（Ｃ）及び８（Ｄ）は、比較の加工例を説明する図であり、図５（Ｂ）に示す形状を一括して行った状態を示す。つまり、第１の溝５１の形成後に補強材料６４を充填することなく第２の溝５２を形成している。図からも明らかなように、比較の加工例の場合、図５（Ｂ）に示す微細形状１２１に対応する部分が複数箇所で欠けを有するものとなっている。

図９は、図２（Ａ）等に示す圧電素子１０２を用いて作製された超音波検査装置用のプローブを説明する図である。図示のプローブ９０は、圧電素子１０２から得た振動部９１と、振動部９１の背後に配置されるバッキング材９２と、振動部９１の前面に配置される整合層９３と、振動部９１を動作させる駆動回路９４を備える。振動部９１を構成する圧電素子１０２は、複合圧電素子層１２０と、これを上下から挟む櫛歯状電極１４１，１４２とを有する。一方の櫛歯状電極１４１は、例えばプラス電極であり、個々の第１電極４１単位でリボン状の並列配線９８ａに接続され、他方の櫛歯状電極１４２は、例えばマイナス電極であり、個々の第２電極４２単位でリボン状の並列配線９８ｂに接続されている。両並列配線９８ａ，９８ｂは、駆動回路９４から延びており、各チャンネルに対応する単位プローブ２３（つまり一対の第１及び第２電極４１，４２とこれらの間の多数の立体構造２１）に超音波に対応する周期の電圧を印可して、これを構成する多数の立体構造２１に超音波振動を発生させるとともに、これら多数の立体構造２１で受けた超音波振動を電圧信号に変換する。
なお、バッキング材９２は、超音波が振動部９１の後方へ放射されることを防止する。また、整合層９３は、振動部９１の前方へ放射される超音波の波面を整える役割を有する。

プローブ９０の具体的な動作では、ナノ秒からマイクロ秒といった期間で行われる超音波の送信動作と、同様の期間で行われる超音波の受信動作とが交互に繰り返される。送信動作に際して、駆動回路９４は、不図示の制御回路からのトリガー信号を受けてプローブ９０を構成する各単位プローブ２３に設定された所定の遅延時間で超音波振動を行わせる。受信動作に際して、駆動回路９４は、各単位プローブ２３で検出した超音波の反射に対応する電圧信号を受けて各単位プローブ２３に設定された所定の遅延時間で信号の合成を行う。これにより、超音波の波面制御が可能になり、プローブ９０前方の点状の対象に向けて所望の振動数の超音波を当てることができるとともに、かかる点状の対象から反射されて戻って来た超音波を選択的に受け取ることができる。

以上で説明した第１実施形態による圧電素子１０１，１０２の製造方法では、補強材料６４を充填したバルク材８１に対して一様な幅を有し第１の溝と平行に延びる複数の第２の溝５２を加工するので、第１の溝５１よりも狭い間隔で形成された立体構造群２０を得ることができる。この際、第２の溝５２を形成する前の第１の溝５１の間に形成される微細形状１２１は第２の溝５２の加工後における微細形状１２１よりも一回り大きく、欠けや劣化が無い微細形状１２１を形成することが比較的容易になる。さらに、補強材料６４を充填したバルク材８１に対して複数の第２の溝５２を加工するので、加工によるダメージを回避しつつ目標とする幅の立体構造２１を比較的容易に得ることができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の圧電素子の製造方法について説明する。第２実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の製造方法と同様である。

図１０等を参照して、図１（Ａ）等に示す圧電素子１０１の第２実施形態による製造方法について説明する。

バルク材（母材）８１の準備（図１０の工程Ｓ２１）、第１の溝５１の加工（図１０の工程Ｓ２２）、及び第１の溝５１への補強材料６４の充填（図１０の工程Ｓ２３）までは、図３の工程Ｓ１１〜Ｓ１３までと同様である。

その後、図１１に示すように、バルク材８１に対して、多数の第２の溝５２を形成する前に、第１の溝５１と交差して互いに平行に延びる多数の第３の溝５３を加工する（図１０の工程Ｓ２４）。

次に、図１２に示すように、第３の溝５３に補強材料６４の充填することなく、バルク材８１に対して、多数の第１の溝５１に平行で一様な幅を有する多数の第２の溝５２を加工する（図１０の工程Ｓ２５）。

その後、加工後のバルク材８１に残った補強材料６４を除去し（図１０の工程Ｓ２６）、立体構造２１間の隙間にエポキシ樹脂その他の充填材を充填して充填部３０とする（図１０の工程Ｓ２７）。

以上、実施形態としての圧電素子の製造方法について説明したが、本発明に係る圧電素子の製造方法は、上記のものには限られない。例えば、立体構造２１の短辺幅、長辺幅、高さの具体例は、単なる例示であり、特許請求の範囲に記載の制限内で任意に設定することができる。

また、立体構造群２０における立体構造２１の配列も、例示のものに限らず、用途に応じて様々に設定することができる。

以上では、２組の工程Ｓ１２，Ｓ１４によって、最終目標とする平行で等間隔に配列された多数の溝を、１つおきに２段階に分けて形成しているが、本発明はこれに限らない。つまり、最終目標とする平行で等間隔に配列された多数の溝を、２つ又はそれ以上おきに２段階以上に分けて形成することができる。

以上では、立体構造２１として柱状に形成されたものを例示したが、立体構造２１として壁状のものを用いることもできる。例えば図５（Ａ）の段階で立体構造群２０の作製を終了し、補強材を除去すれば、壁状又は畝状の微細形状１２１が残り、この壁状の微細形状１２１を立体構造として用いることができる。
図１３に示す圧電素子１０２は、多数の壁状の立体構造３２１を１次元に配列した複合圧電素子層１２０を備える。複合圧電素子層１２０は、立体構造群２０として多数の壁状の立体構造３２１を備え、隣接する壁状の立体構造３２１間に形成された間隙は、充填部３０によって充填されている。図示の複合圧電素子層１２０は、図５（Ａ）に示す状態のバルク材８１から補強材料６４を除去して溝５１，５２に充填材を充填して充填部３０を形成するとともに基板１０を除去することによって得られる。
この複合圧電素子層１２０に対して、点線で示すように、壁状に延びる各立体構造３２１の上端面２２１ｂ及び下端面２２１ｃ上に、これらに沿って第１電極４１及び第２電極４２を形成する。これにより、圧電素子１０２が完成する。

１０…基板、 ２０…立体構造群、 ２１，３２１…立体構造、 ２１ａ…側面、 ２１ｂ…上端面、 ２１ｃ…下端面、 ２３…単位プローブ、 ３０…充填部、 ４１，４２…電極、 ５１…第１の溝、 ５２…第２の溝、 ５３…第３の溝、 ６４…補強材料、 ８１…バルク材、 ８６…微細形状、 ９０…プローブ、 ９１…振動部、 ９２…バッキング材、 ９３…整合層、 ９４…駆動回路、 ９８ａ，９８ｂ…両並列配線、 １０１，１０２…圧電素子、 １２０…複合圧電素子層、 １２１，２２１…微細形状、 １４１，１４２…櫛歯状電極

Claims (8)

1. 幅５０μｍ未満で高さ５０μｍ以上である柱状又は壁状に形成された複数の立体構造を有してなる立体構造群を備える圧電素子の製造方法であって、
   圧電材料で形成されたバルク材に対して互いに平行に延びる複数の第１の溝を加工する工程と、
   前記第１の溝に補強材料を充填し硬化させる工程と、
   前記補強材料を充填した前記バルク材に対して、前記複数の第１の溝に対して交互に平行に延びる複数の第２の溝を加工する工程と
   を備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
2. 前記第２の溝に補強材料を充填し硬化させる工程と、
   前記バルク材に対して、前記第１及び第２の溝と交差して互いに平行に延びる複数の第３の溝を加工する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
3. 前記複数の第２の溝を加工する前に、前記補強材料を充填した前記バルク材に対して、前記複数の第１の溝と交差して互いに平行に延びる複数の第３の溝を加工する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
4. 前記第１及び第２の溝を加工するときに、前記バルク材を切り抜かず、当該溝に沿った途中まで加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子の製造方法。
5. 前記第２の溝を加工するときに、前記第１の溝とは反対の方向から加工を進行させることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の製造方法。
6. 前記第２の溝は、隣接する一対の第１の溝の中間に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子の製造方法。
7. 前記第３の溝は、前記第１の溝の略半分よりも大きな空間周期で配列されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子の製造方法。
8. 全ての前記溝の加工を完了した後に、前記溝に残っている補強材料を除去する工程を備えることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の圧電素子の製造方法。

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