JP4904656B2 - 薄膜圧電体素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小位置決め用のアクチュエータあるいはセンサとして利用される薄膜圧電体素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩とともに機械的構造体を半導体製造技術を用いて作製し、大幅な小型化を実現しようとする努力がなされており、マイクロアクチュエータ等の機械的電気素子が脚光を浴びている。このような素子は小型で高精度の機械機構部品を実現でき、かつ、半導体プロセスを用いることでその生産性を大きく改善できる。特に、圧電体素子を用いたマイクロアクチュエータは走査型トンネル顕微鏡の微小変位素子や磁気ディスク記録再生装置のヘッドスライダの微小位置決め用等に応用されている。
【０００３】
例えば、磁気ディスク記録再生装置では、磁気ディスクに対して情報の記録再生を行う磁気ヘッドはヘッドスライダに搭載され、アクチュエータアームに取り付けられている。このアクチュエータアームをボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭとよぶ）によって揺動させることで、磁気ディスク上の所定のトラック位置に位置決めして、磁気ヘッドで記録再生を行っている。しかし、記録密度の向上とともに、このような従来のＶＣＭのみでの位置決めでは十分な精度を確保できなくなってきている。このために、ＶＣＭの位置決め手段に加えて、圧電体素子を用いた微小位置決め手段によりヘッドスライダを微小駆動させて高速、高精度の位置決めを行う技術の提案がなされている（例えば、超高ＴＰＩ化とピギーバックアクチュエータ（ＩＤＥＭＡ Ｊａｐａｎ Ｎｅｗｓ Ｎｏ．３２、ｐｐ４−７、国際ディスクドライブ協会発行））。
【０００４】
上記したように、圧電体素子を用いたアクチュエータは種々の応用が期待されているが、従来はグリーンシート積層方式あるいは厚膜多層形成方式で多層化した構成が多く用いられていた（例えば、特開平６−２２４４８３号公報）。しかしながら、これらの製造方法で作製した圧電体素子の一層の厚みは数１０μｍ程度であるため、１００Ｖ程度の駆動電圧を必要としていた。
【０００５】
このため、特開平８−８８４１９号公報では、小型で、低電圧で駆動でき、しかも変位量が大きい薄膜積層型アクチュエータおよびその製造方法が示されている。すなわち、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、サファイヤ等の単結晶基板上に、白金、アルミニウム、金、銀等の電極層と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（ＰＬＺＴ）等の圧電材料からなる圧電層と、電極層と、ガラスまたはシリコンから構成される接合層とを、この順に蒸着して圧電部材を形成する。次に、陽極接合法により圧電部材同士を接合層を介して接合する工程と、さらに積層する側の基板を研磨等により除去して露出した電極層上に接合層を形成する工程と、この接合層と別の圧電部材の接合層とを上述したような手順で接合し、再び基板を除去する工程とを繰り返すことで積層体を形成する。この積層体中の内層電極を交互に両側から取り出すことで積層型アクチュエータを実現している。この製造方法においては、基板の除去は研磨後にエッチング処理を施して残留部分がないようにしているし、また、圧電部材同士の接合方法としては、陽極接合法だけでなく、表面活性化接合法や接着剤接合法を用いてもよいことが示されている。
【０００６】
さらに、特開平１１−３４５８３３号公報では、焦電素子や圧電体素子を別に設けた電極形成基板上に量産性良く実装する製造方法が示されている。それによると、素子転写治具を用意し、この素子転写治具に仮基板上に形成された素子を樹脂や両面粘着テープ等により所定の配置で接着した後、仮基板のみを選択的にエッチングする。次に、電極形成基板上に設けられた電極と素子の電極とを対向させて貼り合わせ、例えばはんだ付けにより接合する。この後、素子を接着している樹脂あるいは粘着テープ等を溶解除去して素子転写基板と素子の分離を行うことで、電極形成基板上に所定の形状で接合された焦電素子や圧電体素子が形成される。素子転写治具上に素子が接着固定されているので、仮基板が選択的にエッチング除去されても素子の変形や損傷が生じないし、所定の配置状態を保持でき、電極形成基板上に一括して貼り合わせできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第１の例では、圧電部材を多層に積層した積層体の二つの側面から絶縁層を介して外部電極を形成するので、少なくともこの外部電極の形成は個々の積層体ごとに行う必要があり、量産性に課題がある。また、基板面に対して垂直方向の変位を生じる構成であり、例えば磁気ディスク記録再生装置のヘッドスライダの微小アクチュエータとして用いる形状としては適さない。
【０００８】
また、第２の例では、個別に分離された素子を接着しているが、このような方式では素子転写基板上に精度良く位置合わせして個別に貼り合わせることは比較的困難であり、小型でかつ電極端子の数が多くなるほど電極形成基板との位置合わせずれが問題となる。また、接着層ははんだ付けによる実装温度に耐える材料で、かつ、その温度を受けた後でも所定溶液により除去できるような安定な接着材料であることが要求される。
【０００９】
本発明は、基板上に電極膜で挟まれた圧電体薄膜同士を接着剤で積層して形成する圧電体素子において、特性劣化を生じず、高歩留まりで量産性の良い製造方法を提供することを目的とする。特に、このような圧電体素子を用いて、２個を一対として使用するアクチュエータの量産性を向上して低コストで提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
こ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、第１の基板および第２の基板上にそれぞれ下層電極膜、圧電体薄膜、および上層電極膜を順次積層する工程と、これらの薄膜が形成された面を対向させて接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の基板上に残された上記の薄膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、この複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともにこれらの電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに、上述の樹脂層を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを有している。
【００１１】
この製造方法により、第１の基板を選択的に除去するためのエッチング時に圧電体素子は仮固定用基板と樹脂により確実に保護されるので、圧電体素子の圧電体薄膜の一部や絶縁膜あるいは外部接続電極部の導体膜がエッチング液により侵されることを防ぐことができる。また、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板上に第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、第２の基板上に第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、および第２の上層電極膜を順次積層する工程と、第１の上層電極膜と第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、第１の上層電極膜、第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、第２の上層電極膜、および接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、この複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の上層電極膜、第１の下層電極膜、第２の上層電極膜、および第２の下層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに、上述の樹脂層を圧電素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有している。
【００１３】
この製造方法により、第１の基板を選択的に除去するためのエッチング時に圧電体素子は仮固定用基板と樹脂により確実に保護されるので、圧電体素子の圧電体薄膜、絶縁膜、あるいは外部接続電極部の導体膜がエッチング液により侵されることを防ぐことができる。また、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることができる。
【００１４】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板上に第１の下層電極膜と第１の圧電体薄膜を順次積層する工程と、第２の基板上に第２の下層電極膜と第２の圧電体薄膜を順次積層する工程と、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とを対向させて導電性を有する接着剤により接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、および接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の下層電極膜、第２の下層電極膜、および導電性材料からなる接着層を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに上述の樹脂層を圧電体素子表面から除去して前記複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有する。
【００１５】
この方法により、圧電体素子を挟むように形成する一対の電極膜のうちの上層電極膜を導電性材料からなる接着剤で兼用させることができるので、圧電体素子上に上層電極膜を形成する工程を接着工程と同時に行えるので、製造工程を簡略化することが可能である。
【００１６】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、基板上に第１の下層電極膜、圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、第１の下層電極膜、圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の下層電極膜および第１の上層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を除去するとともに樹脂層を圧電体素子表面から除去する工程とを少なくとも有している。
【００１７】
この方法により、圧電体薄膜を一層のみとする圧電体素子の場合にも、歩留まりが高く、かつ量産性の良い製造方法を実現できる。
【００１８】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、複数の構造体を形成する工程において、２個の構造体を一対として一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されるように加工する方法である。この方法により、２個を一対としたアクチュエータの製造において、この２個の圧電体素子を高精度に配置できるだけでなく、隣接して形成された薄膜で一対の圧電体素子を作製しているので、両方の圧電特性を均一化しやすい。さらに、２個の構造体の一部が接続されて一体構成となっているので、仮固定用基板から除去する工程、および機器の基板上へ実装する工程で一対の圧電体素子同士の変形等を防止しやすく、かつ、高精度に位置決めできる。
【００１９】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板を分離する工程において、仮固定用基板上に接着された複数の圧電体素子よりも少なくとも小さな開口部を有するメッシュ容器に上述した仮固定用基板を保持した状態で接着層を溶解あるいは接着力を低下させて仮固定用基板を分離するとともに、樹脂を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子が分離されメッシュ容器に保持されるようにする方法である。
【００２０】
この方法により、仮固定用基板を分離し、樹脂を圧電体素子から除去したときに、複数の圧電体素子がメッシュ容器中に実装する状態と同じ面を向いて保持されるので取り出しが簡単で、かつ、必要な洗浄を容易に行うことができるし、また実装機で簡単に実装することもできる。
【００２１】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、外部接続電極部を圧電体素子の同一面側に形成する方法である。この方法により、外部接続電極部の加工を第１の基板上において一括して行うことができ、かつ、外部機器との接続のための、例えばワイヤボンディングによる実装が効率よく行える。さらに外部接続電極部が一つの面側に集中して設けられているので、圧電体素子を基板に接着することも容易である。
【００２２】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板を接着する接着剤と圧電体素子を被覆する樹脂層とが同一材料であり、樹脂層により仮固定用基板を接着する方法である。この方法により、仮固定用基板の接着と圧電体素子をエッチング液から保護する樹脂とを一度に形成できるので、工程が簡略化される。なお、このような樹脂としては半導体用に用いられるワックス、アクリル系の接着剤、熱可塑性樹脂、シリコン系樹脂あるいはフォトレジスト等を用いることができる。
【００２３】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板として第１の基板を除去するための液、ガス、活性種を含むガス、または少なくとも一部がイオン化したガスにより侵されない膜を仮固定用基板の全面に形成した基板を用いる方法である。この方法により、仮固定用基板の選択の自由度が大きくなるだけでなく、繰り返して使用することもできる。例えば、仮固定用基板としてガラスを用い、第１の基板としてシリコン単結晶基板を用いる場合には、ガラスの表面全面にクロム膜を形成すれば良い。また、仮固定用基板としてステンレス板、鉄板、銅板等の金属板を用い、第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板を用いる場合には、これらの金属板の表面全面にクロム膜、酸化ケイ素膜等を形成すれば良い。
【００２４】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板として第１の基板を複数個接着可能な大きさの基板を用いる方法である。この方法により、仮固定用基板に圧電体素子が形成された第１の基板を複数個接着して、一括して第１の基板を除去することが可能となり、第１の基板の除去工程が簡略化できる。さらに、仮固定用基板から複数の圧電体素子を分離する工程も簡略化できる。
【００２５】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、同一の材料と形状を有する第１の基板と第２の基板とを用いて製造する方法である。この方法により、これらの基板上に形成する圧電体薄膜の特性をほぼ同一とすることができる。さらに、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜の成膜条件を同一にできるので、同時成膜することも可能で量産性を向上できる。
【００２６】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板と第２の基板は酸化マグネシウム単結晶基板、シリコン単結晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびサファイヤ基板から選ばれた２種類からなる組み合わせの基板を用いる方法である。この方法により、例えば第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板、第２の基板としてシリコン単結晶基板を用いれば、第２の基板であるシリコン単結晶基板を除去するためのウエットエッチングあるいはドライエッチングで第１の基板である酸化マグネシウム単結晶基板はエッチングされないので、第１の基板を樹脂等で保護する工程が必要なくなる。なお、シリコン単結晶基板上に圧電体薄膜を形成する場合には薄膜形成後に熱処理を行えば、酸化マグネシウム単結晶基板上の圧電体薄膜と同程度の特性を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の下層電極膜と第２の下層電極膜とが同一の材料および成膜方式で形成される方法である。この方法により、第１の基板および第２の基板を混在して電極膜を形成可能となり、高価な成膜装置を有効に利用でき、量産性をさらに向上できる。
【００２８】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とが同一の材料および成膜方式で形成される方法である。この方法により、最も成膜時間がかかり、生産性の悪い圧電体薄膜を効率的に成膜できる。またさらに、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜を同じ装置で、同時に成膜することで積層したときの圧電体薄膜特性をほぼ均一にできる。特に、第１の基板と第２の基板を同一とし、第１の下層電極膜と第２の下層電極膜とを同一にして、これらの基板上に圧電体薄膜を同時に成膜すればさらに特性を均一にすることができる。
【００２９】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜の厚さが略等しくなるように形成する方法である。このような方法により、圧電体素子のそれぞれの圧電体薄膜に同一電圧を印加しても、同一の電界強度とすることができ、特性の均一化と信頼性を向上できる。
【００３０】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の上層電極膜と第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する接着層の厚さが少なくとも第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成する方法である。この方法により、接着層が構造体としての強度を向上する一方、第２の圧電体薄膜側から外部接続電極部を形成するためにビアホール加工するときの加工性を確保できる。すなわち、接着層を第２の圧電体薄膜よりも厚くすれば構造体としての強度はより向上するが、第１の上層電極膜および第２の上層電極膜を外部接続電極部に接続するためのビアホール形成は逆に困難となる。また、逆に薄くすればビアホール形成は容易となるが、構造体としての強度が低下する。これらの両方を満足させるための膜厚としては、第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくすることが望ましい。
【００３１】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とを対向させて接着固定する導電性材料による接着層の厚さが少なくとも第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成する方法である。この方法により、導電性の接着層が上層電極としての機能も有するので、上層電極膜の形成工程を省略できる。この接着層の膜厚としては、構造体としての強度を向上するためには膜厚を厚くするほうが良いが、その場合には外部接続電極部を形成するためのビアホール形成が難しくなる。一方、接着層の膜厚を逆に薄くすればビアホール形成は容易となるが、構造体としての強度が低下する。これらの両方を満足させるための膜厚としては、第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくすることが望ましい。
【００３２】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子は、電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体と、この構造体を覆うように形成された絶縁膜と、構造体の一方の面側に構造体を構成する電極膜のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有するとともに、上述の一対の圧電体薄膜の各々の厚さと接着層の厚さを略等しくした構成である。
【００３３】
この構成により、それぞれの圧電体薄膜に同電位を印加したときに生じる変位量および電界強度をほぼ同一にできる。これに加えて、接着層を圧電体薄膜と略等しくしているので、パターン形成およびビアホールによる外部接続電極部形成を高精度で、信頼性良く加工でき、かつ、圧電体素子としての剛性も大きくできる。
【００３４】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、膜面に対して垂直方向に配向し、その一方の面のみに電極膜が形成された圧電体薄膜が導電性の接着剤を介して一対固着された構造体と、この構造体を覆うように形成された絶縁膜と、構造体の一方の面側に構造体を構成する電極膜および接着層のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有する構成である。この構成により、圧電体素子の作成において第１の上層電極膜、第２の上層電極膜を作成する必要がなくなり、成膜工程が簡略化されるだけでなく、外部接続電極を形成するためのビアホール形成プロセスも簡略化できる。
【００３５】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体の２個を一対として、この構造体の一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されて構造体同士が一体化した一対の構造体と、この一対の構造体を覆うように形成された絶縁膜と、圧電体薄膜が接続された近傍領域で、かつ、同一面側部に一対の構造体を構成する電極膜のそれぞれを外部機器と接続するために設けた外部接続電極部とを有する構成である。
【００３６】
この構成により、低電圧で駆動できるだけでなく、２個の圧電体素子に加える電圧を適当に制御すれば変位量を１個のみの場合に比べて約２倍とすることができる。さらに、構造体同士を外部接続電極部近傍の所定領域で接続し一体化しているので、一対の圧電体素子の取り扱いおよび基板上への実装が非常に簡略化されるだけでなく、高精度に実装できる。
【００３７】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、上述の構造体の外部接続電極部を形成する面側と反対面に設ける絶縁膜は外部機器への接着層とした構成である。この構成により、圧電体素子を基板上で複数個作製した状態で、絶縁膜と外部接続電極部を形成し、圧電体素子を分離して所定の基板上に接着固定するときに接着固定面のみでなく、第１の基板あるいは基板に接触していた圧電体素子面全体にも塗布すれば、量産性の良い保護膜の形成が可能となる。さらに、全面を絶縁膜で覆うことで、圧電体素子を外部からの湿気や腐食性のガスから保護することができる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は本第１の実施の形態の製造方法により作製した２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面図である。このアクチュエータは磁気ディスク記録再生装置において、ヘッドスライダをディスク上の所定のトラック位置に高精度に微小位置決めするために用いられる。図に示すアクチュエータは２個の圧電体素子７０、７０を備え、これら素子７０、７０はＡ−Ａ’線に対して互いが鏡像の関係をもって形成されている。図１におけるＸ−Ｘ’線、Ｙ−Ｙ’線に沿った断面構造を図２（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。以下、これらの図を用いてその構成を説明する。
【００４０】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個の圧電体素子７０、７０は同一構造で、それぞれにおいて、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とを接着層６０で貼り合わせて構造体６６が形成され、この構造体６６を覆うように絶縁膜６２が形成される。同時に、この絶縁膜６２は２個の圧電体素子７０、７０のそれぞれに設けられたビアホール９６、９８の間の領域６３にも充填するように形成されており、これにより２個の圧電体素子７０、７０を一体化している。このような構成とすることで、所定の基板上に実装するときのハンドリングと位置決めが容易となる。
【００４１】
また、これらの電極膜の外部機器との接続のために図２（Ｂ）に示すように、フォトリソおよびエッチングによりビアホール９６、９８と接続用電極膜７３を形成して、所定の外部機器との外部接続電極部７５を作製する。なお、第１の下層電極膜５２に対しては、第２の圧電体薄膜５７から第１の圧電体薄膜５３までをエッチングして露出させた個所、第２の下層電極膜５６に対しては、絶縁膜６２をエッチングして露出した個所、および、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８に対しては、ビアホール９６、９８から接続用電極膜７３を用いて表面に引き出した個所が、それぞれ外部接続電極部７５となる。
【００４２】
以下、この圧電体素子７０の製造方法について、図３から図６を用いて説明する。なお、図３から図５の工程説明図においては、図１に示すＸ−Ｘ’線に沿った断面部を示す。
【００４３】
図３（Ａ）は、第１の基板５１上に第１の下層電極膜５２、第１の圧電体薄膜５３、第１の上層電極膜５４を順次形成した基板と、第２の基板５５上に第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、第２の上層電極膜５８を同様に順次形成した基板を、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とが対向するように配置した状態を示す。例えば、第１の基板５１および第２の基板５５として酸化マグネシウム単結晶基板の（１００）面を用い、第１の下層電極膜５２および第２の下層電極膜５６として白金（Ｐｔ）を用いてスパッタリングにより成膜すれば（１００）に配向したＰｔの電極膜を得ることが容易である。さらに、このＰｔ膜からなる第１の下層電極膜５２、第２の下層電極膜５６上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をスパッタリングにより成膜すればぺロブスカイト型の膜面に垂直方向に配向した圧電特性の良好な圧電体薄膜を得ることができる。第１の圧電体薄膜５３および第２の圧電体薄膜５７の厚さを約３μｍとすることで、駆動電圧を１０Ｖ以下とすることができる。また、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８の材料としては、圧電体薄膜をエッチングするときに電極膜がエッチングされないような選択性を有する材料であれば特に制約がなく、同様にＰｔ膜を用いても良いし、ニクロム、金、銅、タンタル、ニッケル等の金属材料や導電性の酸化物材料あるいは窒化物材料を用いてもよい。
【００４４】
このように形成した基板同士を図３（Ｂ）に示すように、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とを対向させて接着剤により接着固定する。この接着剤は金属やセラミックを接着するために一般的に用いられている無機系あるいは有機系の接着剤であって、接着後の接着層６０が粘弾性を示さないものであることが望ましい。さらには、接着後に粘弾性を示さないものであれば、フォトレジスト材料も使用可能であるが、なかでも耐熱性を向上させたフォトレジストはより有効な接着剤として使用できる。また、接着層６０の厚さは、少なくとも第２の圧電体薄膜５７の厚さとほぼ同じにすることが望ましい。これは、後述するように、この第２の圧電体薄膜５７を含めて接着層６０を所定のパターンに加工する必要があり、接着層６０が厚くなりすぎるとエッチングが非常に困難となるし、逆に薄すぎると圧電体素子としての剛性が低下する。圧電体素子の厚さは圧電特性から設定されるが、接着層の厚さもこの圧電体素子の厚さとほぼ同じようにすれば剛性とパターン加工性を最適化できる。
【００４５】
次に図３（Ｃ）に示すように、第２の基板５５のみを選択的に除去する。この除去方法としては、ウエットエッチングあるいはドライエッチングが可能である。第１の基板５１と第２の基板５５とが同一材料で、第２の基板５５をウエットエッチングで除去するときには、あらかじめ第１の基板５１がエッチング液に触れることがないようにフォトレジスト等の耐エッチング性の材料で覆っておくことが望ましい。これらの基板として、酸化マグネシウム単結晶基板を用いる場合には加熱されたリン酸溶液により第２の基板５５を除去することができる。また、シリコン単結晶基板を用いる場合には、フッ酸と硝酸の混液を用いれば除去することができる。
【００４６】
ドライエッチングで除去するときには、第１の基板５１はエッチングテーブル上に密着しておかれるので、エッチングガスに曝されるのは第１の基板５１の側面部のみとなる。したがって、この場合には特に耐エッチング性の材料で第１の基板５１の全面を覆う必要はない。また、第２の基板５５を除去する場合に、この第２の基板５５を前もって研磨して薄くしておき、その後ウエットエッチングあるいはドライエッチングで除去することも可能である。
【００４７】
第２の基板５５を除去すると、第２の基板５５上に形成した第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、および第２の上層電極膜５８も含めて、すべての膜が第１の基板５１上に堆積された形態となる。この状態で、図１の破線で囲まれた領域を残して、それ以外の部分をフォトリソおよびエッチングによって選択的に除去することで、図４（Ａ）に示すように第１の基板５１上に分離した複数の構造体６６、６６を得ることができる。
【００４８】
例えば、積層された膜のすべてをエッチングして分離する場合には、フォトレジストを所定のパターンに形成した後、第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、第２の上層電極膜５８、接着層６０、第１の上層電極膜５４、第１の圧電体薄膜５３、および第１の下層電極膜５２をそれぞれ別の反応ガス、あるいは同じ反応ガスを用いてドライエッチングにより行えば良い。また、ウエットエッチングでも可能であるし、必要に応じてウエットエッチングとドライエッチングを併用することも可能である。なお、構造体６６、６６を形成するときに同時にビアホール９６、９８も加工すれば、工程を簡略化できる。
【００４９】
さらに、図４（Ｂ）に示すように構造体６６、６６に絶縁膜６２を被覆する。この絶縁膜としては液状の樹脂を塗布して、熱処理を行い硬化させることで作製できる。例えば、液状のポリアミドをスピンナで塗布し、乾燥させた後に３５０℃程度で加熱してポリイミド膜としても良いし、その他有機樹脂を塗布して加熱硬化させても良いし、ゾルゲル法による酸化ケイ素を主体とする膜を形成しても良い。さらに、スパッタリングやＣＶＤ法により酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、あるいはこれらの混合膜等を用いることもできる。
【００５０】
さらに、ビアホール９６、９８領域の絶縁膜６２をフォトリソおよびエッチングした後、接続用電極膜７３を図２（Ｂ）に示すように形成する。この結果、それぞれの電極膜を外部機器と接続するための外部接続電極部７５が形成される。例えば、第１の下層電極膜５２に対しては、第２の下層電極膜５６から第１の圧電体薄膜５３までをエッチングして露出させた個所、第２の下層電極膜５６に対しては、絶縁膜６２をエッチングして露出した個所、および、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８に対しては、ビアホール９６、９８から接続用電極膜７３を用いて表面に引き出した個所が、それぞれ外部接続電極部７５となる。
【００５１】
このための加工方法としては、例えば第１の下層電極膜５２のみを露出させるためには、第１の圧電体薄膜５３までをエッチングした後に再度フォトリソを行い所定のレジストパターン形状を作製してから、第１の下層電極膜５２の不要部分をエッチング除去すれば、第１の下層電極膜５２の所定パターンのみを露出させることができる。なお、第１の基板５１を除去するときの薬液に第１の圧電体薄膜５３が曝され難くするためには、第１の下層電極膜５２を第１の圧電体薄膜５３よりもやや幅広としておくことが有効な手段の一つである。これに対しては、この第１の下層電極膜５２を外部接続電極部７５となる領域のみ露出するだけでなく、第１の圧電体薄膜５３の外形よりも幅広に同時に形成すればよいが、このようなパターン形状の作成は工程数の増加を伴わずに簡単に行える。
【００５２】
また、ビアホール９６、９８部分の形成に対しては、図２（Ｂ）で示す所定の位置において第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７を選択エッチングして第２の上層電極膜５８を露出させる。次に、選択エッチングした領域よりも小さな形状のレジストパターンをフォトリソで作製し、第２の上層電極膜５８と接着層６０をエッチングすれば形成できる。その後、絶縁膜６２を形成し、所定のパターンにエッチングした後、接続用電極膜７３を形成して所定のパターン形状を作製すれば、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８を共通に接続して表面まで引き出し、表面に外部接続電極部７５を有する構造が得られる。
【００５３】
なお、接着層６０としては導電性材料を用いることもできるが、その場合には上述の２回目のパターン形成とエッチングは不要であり、工程を簡略化できる。さらに、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とをそれぞれ個別に取り出すことが必要な場合にも、同様な工程で容易に行うことができる。
【００５４】
このようにして第１の基板５１上に形成された圧電体素子７０、７０を樹脂層７６で覆い、同時にこの樹脂層７６で仮固定用基板７４を接着する。これを図４（Ｃ）に示す。この樹脂層７６は、第１の基板５１を除去する工程で仮固定用基板７４が剥離しない程度の接着性と、第１の基板５１をエッチング除去するための薬液あるいはドライエッチングにおける反応ガスに耐える材料であることが要求される。例えば、タール系ワックス、アクリル系接着剤、熱可塑性樹脂、あるいはフォトレジスト等を用いることができる。また、最初に圧電体素子７０、７０を例えばフォトレジストで覆い、乾燥させて樹脂層７６を形成し、その後仮固定用基板７４を例えばアクリル系の接着剤で接着する構成でも良い。このような構成とすることで、接着剤を溶解させる液と樹脂層７６であるフォトレジストを溶解させる液を異ならせることができる。この結果、圧電体素子は接着剤を溶解させる液には曝されないようにできるので、この液により圧電体素子が変質することを防止できる。
【００５５】
さらに、仮固定用基板７４としては、ガラス、金属、あるいはフェライト、アルチック（アルミナとチタンカーバイドの混合セラミックス）、アルミナ等のセラミック材料等色々な材料をそのまま用いることもできる。ただし、第１の基板５１を除去するときの薬液、ガス、ドライエッチング時の活性種を含むガス、またはドライエッチング時に少なくとも一部がイオン化したガスにより侵されない材料を選択することが要求される。一方、これらの基板材料表面の全面に上述の液や反応ガス等で侵されない膜を形成すれば、仮固定用基板７４の選択の自由度が大きくなるため好ましい。
【００５６】
仮固定用基板７４を接着した後に、第１の基板５１を薬液によりエッチング除去した状態を図５（Ａ）に示す。この工程により、圧電体素子７０、７０は成膜のために用いた第１の基板５１および第２の基板５５の両方から分離された状態となるが、樹脂層７６によって仮固定用基板７４に固定されているので、変形したり、しわが発生することがなく、また互いに所定の位置関係に保持されている。
【００５７】
次に図５（Ｂ）および図６に示すように、この仮固定用基板７４に保持されている圧電体素子７０、７０を、メッシュ容器８２内に入れて、樹脂層７６を溶解させる溶解液８４が入っている容器８０中に浸し、樹脂層７６を溶解させて仮固定用基板７４を分離させる。例えば、樹脂層７６としてタール形ワックスを用いる場合には溶解液８４としてはキシレンを用いればよいし、アクリル系接着剤を用いる場合にはそれぞれ専用の溶解液を使用すればよい。なお、図５（Ｂ）では、圧電体素子７０、７０はメッシュ容器８２に接触して保持するようにしているが、仮固定用基板７４をメッシュ容器８２の両側面で保持して、圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部よりもわずか浮いた状態で保持しても良い。このようにすれば、圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部に接触して損傷を受けることを防止できる。
【００５８】
このメッシュ容器８２のメッシュサイズを少なくとも圧電体素子７０、７０よりも小さくしておけば、圧電体素子７０、７０は仮固定用基板７４から分離してもメッシュ孔からすり抜けて容器８０の底部に落ちてバラバラになることはない。また、メッシュ容器８２を容器８０から引き上げるときにも、薬液がメッシュ孔から容易に抜けるので、圧電体素子７０、７０に付着している樹脂層７６を確実に除去できる。さらに、別の容器に入れ替えて蒸気洗浄や乾燥処理を行うことも容易である。
【００５９】
図５（Ｃ）は、このような溶解除去処理を行い、メッシュ容器８２を容器８０から引き上げた状態を示すが、このメッシュ容器８２に圧電体素子７０、７０が保持された状態のまま、実装機によりハンドリングをして基板上に移動させることもできる。
【００６０】
以上のように、仮固定用基板７４を用いて一旦圧電体素子７０、７０を保持するとともに薬液から保護するようにしておき、第１の基板５１の除去を行うことで薬液が圧電体素子７０、７０に及ぼす影響を確実に防止することができる。したがって、圧電体素子７０、７０としての信頼性、歩留まりを大きく改善できる。さらに加えて、仮固定用基板７４に接着された圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部に向かい合うようにして溶解液８４中に浸すことができ、仮固定用基板７４を分離すれば、圧電体素子７０、７０をメッシュ容器８２上に確実、かつ損傷等を生じさせずに保持させることができる。
【００６１】
また、メッシュ容器８２に仮固定用基板７４ごと保持して樹脂層７６を除去するようにすることで、複数の圧電体素子７０、７０を所定の位置関係に保持した状態で第１の基板５１の除去や圧電体素子７０の洗浄処理を行うことができ、実装工程で圧電体素子７０をハンドリングするときにこれらの素子を破壊することなく、しかも簡単に確実なチャッキングが可能となる。
【００６２】
なお、本第１の実施の形態の製造方法では、２個の圧電体素子７０、７０を一対として使用するアクチュエータの場合について説明したが、１個の圧電体素子の場合であっても同様な方法で製造することができ、しかも歩留まりや信頼性を向上できることはいうまでもない。
【００６３】
また、本第１の実施の形態では、圧電体素子７０、７０の第１の基板５１と接触していた第１の下層電極膜５２の面には絶縁膜６２が形成されていないが、この圧電体素子７０、７０の２個を一対として所定の基板（図示せず）上に接着固定するときに、第１の下層電極膜５２面に接着剤を塗布して圧電体素子７０、７０の第１の下層電極膜５２面側の絶縁膜としてもよい。あるいは、図５（Ａ）に示すように第１の基板５１を除去しても仮固定用基板７４により圧電体素子７０、７０はその位置関係が固定されているので、第１の下層電極膜５２の面にも絶縁膜６２（図示せず）を形成してもよい。このように絶縁膜６２で素子全面を覆うことで、特に圧電体素子７０、７０の耐湿信頼性の低下を防止できる。
【００６４】
また、本第１の実施の形態では、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６が同一の材料を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の圧電体薄膜５３と第２の圧電体薄膜５７が所定の圧電特性を有するようにするための成膜時の加熱条件、あるいは成膜後の熱処理条件に耐え、かつ選択的にエッチング可能な電極膜材料であれば特に制約はない。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図７（Ａ）は、第２の実施の形態の製造方法で作製された圧電体素子９０の平面図であり、図７（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面図を示す。本実施の形態の製造方法による圧電体素子９０は平面形状に比べて厚みが非常に薄い直方体形状であり、図１と図２で示した構成要素と対応する要素には同一符号を付している。本第２の実施の形態では、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とを圧電体素子９０表面にまで電気的に引き出すための接続用電極膜７３が外部接続電極部７５のすべてに形成されている。このように形成することで、外部機器への接続のためのワイヤボンディング条件を同一にできるので、効率的に実装可能となる。この圧電体素子９０は本第１の実施の形態と同様にアクチュエータとして利用できるし、また伸縮に応じた電圧を検出するセンサとして利用できる。
【００６６】
この圧電体素子９０の製造方法について、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて、図８を用いて説明する。本第２の実施の形態でも第１の実施の形態の製造方法と同様に第１の基板５１上に複数個の圧電体素子９０が形成されるが、第１の実施の形態と異なりそれぞれ単独で使用される。図８（Ａ）に示す第１の基板上に圧電体素子９０が形成された構成は、本第１の実施の形態の製造工程における図４（Ｂ）と同様である。本第２の実施の形態の製造方法では、図８（Ａ）に示すように仮固定用基板８６として第１の基板５１よりも大きな形状として、１枚の仮固定用基板８６上に圧電体素子９０が形成された第１の基板５１を複数個接着固定できるようにしたことが、本第１の実施の形態の製造方法と異なる。
【００６７】
本実施の形態でも、仮固定用基板８６は金属、ガラス、あるいはセラミック等を用いることができるし、さらにこれらの基板の表面に第１の基板５１をエッチング除去する薬液で侵されない金属、酸化物、あるいは有機物等からなる膜を形成して使用できることも同様である。仮固定用基板８６上に第１の基板５１を接着する方法は本第１の実施の形態と同様にすればよいが、所定のピッチ間隔で接着すれば洗浄、乾燥後に実装機でハンドリングする作業性が改善できるのでより望ましい。このように圧電体素子９０が設けられている第１の基板５１を複数個仮固定用基板８６上に接着することで、第１の基板５１を除去する工程時間の大幅な短縮が可能となる。例えば、第１の基板５１を５枚接着して同時にこれらの基板をエッチング除去すれば、このための作業時間を約１／５に短縮できる。
【００６８】
図８（Ｂ）は、第１の基板５１を除去した後に樹脂層７６を溶解させる溶解液８４中に浸した状態を示す。この工程は本第１の実施の形態で示した図５（Ｂ）と同様であり、容器８０中に溶解液８４が入れられており、仮固定用基板８６に接着されている圧電体素子９０はメッシュ容器８２に同じように保持されている。このメッシュ容器８２のメッシュサイズも圧電体素子９０よりも小さくしておくことで、仮固定用基板８６から圧電体素子９０が分離されたときにメッシュをすり抜けて容器８０の下部に落ちることがない。
【００６９】
なお、図８（Ｂ）では、圧電体素子９０はメッシュ容器８２に接触して保持するようにしているが、仮固定用基板８６をメッシュ容器８２の両側面で保持して、圧電体素子９０がメッシュ容器８２の底部に接触しないように保持しても良い。洗浄、乾燥についても本第１の実施の形態と同様とすることができるが、１個のメッシュ容器８２上に多くの圧電体素子９０が整列された状態で配置されるので、洗浄、乾燥後に所定の基板上に実装する工程をさらに効率化できる。
【００７０】
これ以降の工程については本第１の実施の形態の製造方法と同様であり、説明は省略する。
【００７１】
なお、本第２の実施の形態では略直方体形状の圧電体素子を製造する場合について説明したが、本第１の実施の形態で説明した２個の圧電体素子を一対として使用するアクチュエータの場合でも同じように製造できることはいうまでもない。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図９（Ａ）は本発明の第３の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面形状を示し、図９（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面形状を示す。図１に示した構成要素と同じ要素には同一符号を付している。本第３の実施の形態の製造方法についても、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて説明する。
【００７３】
本第３の実施の形態でも、第２の基板５５を除去するまでの工程は同一である。第２の基板５５が除去されて、第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、および第２の上層電極膜５８も含めて、すべての膜が第１の基板５１上に堆積された形態となった基板を用いてフォトリソおよびエッチング処理を行う。このときに図９（Ｂ）に示すように、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍の上面側９４上にある第２の下層電極膜５６をエッチング除去する。このときに第２の下層電極膜５６を確実にエッチングするために、第２の圧電体薄膜５７の一部までエッチングしてもよい。この結果、対になった２個の圧電体素子９２、９２のそれぞれの第２の下層電極膜５６同士は電気的に分離された状態となる。一方、２層の圧電体薄膜と接着層および第１、第２の上層電極膜は、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍部分では一体化されており、２個の圧電体素子９２、９２を一対として扱うときの剛性を大きくすることができる。
【００７４】
この後、本第１実施の形態の製造方法の図５（Ａ）に示す工程までは同一の工程を実施する。第１の基板５１を除去した後で、かつ、仮固定用基板７４に接着固定されている状態で、フォトリソとエッチングにより図９（Ｂ）に示すように二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍の下面側９５の第１の下層電極膜５２をエッチング除去する。このときにも、第１の下層電極膜５２を確実にエッチング除去するために、第１の圧電体薄膜５３の一部がエッチングされても特に支障はない。これにより、圧電体素子９２、９２のそれぞれの第１の下層電極膜５２が互いに電気的に分離される。この工程は、仮固定用基板７４上に圧電体素子９２、９２が接着されて固定されている状態で可能な工程である。なお、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６の所定部分のみを除去する方式としては、フォトリソおよびエッチングで行うだけでなく、所定の部分にレーザ光を照射してアブレーションを生じさせて除去する等の他の方法を用いていもよい。
【００７５】
これ以降の工程については、本第１の実施の形態で説明した工程と同様であるので説明は省略する。
【００７６】
このような製造方法によれば、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６とはそれぞれの圧電体素子９２、９２間で電気的に分離されるが、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍上面側９４部分では、２層の圧電体薄膜と２層の電極膜、および接着層とで一体化されているので、一対の圧電体素子からなるアクチュエータ全体としての剛性を大きくできる。これに加えて、ビアホール９６、９８から引き出された接続用電極膜７３を接続して、中央部に外部接続電極部７５を設ければワイヤボンディング等の接続作業工数を短縮することもできる。
【００７７】
（第４の実施の形態）
図１０（Ａ）は本発明の第４の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面形状を示し、図１０（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面形状を示す。図１に示した構成要素と同じ要素には同一符号を付している。本第４の実施の形態の製造方法についても、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて説明する。
【００７８】
本第４の実施の形態の製造方法においては、第１の基板５１上に第１の下層電極膜５２と第１の圧電体薄膜５３、第２の基板上５５に第２の下層電極膜５６と第２の圧電体薄膜５７をそれぞれ形成し、第１の圧電体薄膜５３と第２の圧電体薄膜５７を向かい合わせて導電性の接着層１０４により接着する。さらに、圧電体素子１００、１００の外部接続電極部７５を形成するときのビアホール１０６、１０８の加工は第２の下層電極膜５６と第２の圧電体薄膜５７とを所定の形状にエッチングして後、絶縁膜６２を形成し、この絶縁膜６２をさらに所定形状にエッチングすればよく、本第１の実施の形態の製造方法のような第１の上層電極膜、第２の上層電極膜は不要である。この工程以外については、本第１の実施の形態の製造方法と同一であるので、説明は省略する。
【００７９】
以上のようにして圧電体素子１００、１００を形成すれば、第１の圧電体薄膜５３および第２の圧電体薄膜５７上にそれぞれの上層電極膜を形成する必要がなく、かつ、外部接続電極部形成のためのビアホールのパターン加工も簡単となるので、さらに工程の簡略化が可能である。
【００８０】
なお、本第４の実施の形態の製造方法については、その一部を除き本第１の実施の形態の製造方法にしたがって製造した場合について説明したが、同様にその一部を除き本第２の実施の形態または本第３の実施の形態の製造方法にしたがって製造するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明の製造方法では、第１の基板と第２の基板とが酸化マグネシウム単結晶基板、シリコン単結晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびサファイヤ基板から選ばれた２種類からなる組み合わせの基板を用いることもできる。例えば、第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板、第２の基板としてシリコン単結晶基板を用いる場合、酸化マグネシウム単結晶基板に対しては成膜時に圧電特性の良好な膜面に垂直方向に配向した膜を得ることができるが、シリコン単結晶基板の場合には圧電体薄膜を成膜後に熱処理を行うことで圧電特性の良好な膜面に垂直方向に配向させることができる。第２の基板であるシリコン単結晶基板を除去するためにフッ酸と硝酸の混合液を用いても、第１の基板である酸化マグネシウム単結晶基板はこの液では侵されないので、酸化マグネシウム単結晶基板は特に樹脂等で保護する必要がない。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１の基板上および第２の基板上にそれぞれ電極膜と圧電体薄膜を形成する工程、圧電体薄膜が形成された面を対向させて接着固定する工程、第２の基板のみを選択的に除去する工程、第１の基板上に残された上記の薄膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程、この複数の構造体のそれぞれの露出面を覆うように絶縁膜を形成するとともにこれらの電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程、複数の圧電体素子を覆うように樹脂を塗布するとともに仮固定用基板を接着する工程、第１の基板のみを選択的に除去する工程、仮固定用基板を圧電体素子から分離するとともに上述の樹脂を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程、とを有した製造方法である。
【００８３】
この製造方法により、圧電体素子を仮固定用基板と樹脂により確実に保護して圧電体薄膜、絶縁膜、あるいは外部接続電極部の導体膜が第１の基板のエッチング液により侵されることを防ぐことができる。したがって、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることもできる。
【００８４】
さらに、第１の基板を除去して仮固定用基板に固定された状態でフォトリソおよびエッチング加工、レーザ照射加工、絶縁膜やさらに導体膜等の形成等の種々の加工も可能となり、高信頼性、高機能の圧電体素子を歩留まり良く製造することができ、種々の圧電体素子の利用を促進できる大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の製造方法により作製したアクチュエータの平面図
【図２】（Ａ）図１に示すアクチュエータのＸ−Ｘ’部分の断面図
（Ｂ）図１に示すアクチュエータのＹ−Ｙ’部分の断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図４】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図５】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図６】本発明の第１の実施の形態の製造方法の仮固定用基板を分離する工程を説明するための斜視図
【図７】（Ａ）本発明の第２の実施の形態の製造方法により作製した圧電体素子の平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【図８】本発明の第２の実施の形態の製造方法の主要工程の説明図
【図９】（Ａ）本発明の第３の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチェエータの平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【図１０】（Ａ）本発明の第４の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチェエータの平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【符号の説明】
５１ 第１の基板
５２ 第１の下層電極膜
５３ 第１の圧電体薄膜
５４ 第１の上層電極膜
５５ 第２の基板
５６ 第２の下層電極膜
５７ 第２の圧電体薄膜
５８ 第２の上層電極膜
６０，１０４ 接着層
６２ 絶縁膜
６３ 領域
６６ 構造体
７０，９０，９２，１００ 圧電体素子
７３ 接続用電極膜
７４，８６ 仮固定用基板
７５ 外部接続電極部
７６ 樹脂層
８０ 容器
８２ メッシュ容器
８４ 溶解液
９４ 上面側
９５ 下面側
９６，９８，１０６，１０８ ビアホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小位置決め用のアクチュエータあるいはセンサとして利用される薄膜圧電体素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進歩とともに機械的構造体を半導体製造技術を用いて作製し、大幅な小型化を実現しようとする努力がなされており、マイクロアクチュエータ等の機械的電気素子が脚光を浴びている。このような素子は小型で高精度の機械機構部品を実現でき、かつ、半導体プロセスを用いることでその生産性を大きく改善できる。特に、圧電体素子を用いたマイクロアクチュエータは走査型トンネル顕微鏡の微小変位素子や磁気ディスク記録再生装置のヘッドスライダの微小位置決め用等に応用されている。
【０００３】
例えば、磁気ディスク記録再生装置では、磁気ディスクに対して情報の記録再生を行う磁気ヘッドはヘッドスライダに搭載され、アクチュエータアームに取り付けられている。このアクチュエータアームをボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭとよぶ）によって揺動させることで、磁気ディスク上の所定のトラック位置に位置決めして、磁気ヘッドで記録再生を行っている。しかし、記録密度の向上とともに、このような従来のＶＣＭのみでの位置決めでは十分な精度を確保できなくなってきている。このために、ＶＣＭの位置決め手段に加えて、圧電体素子を用いた微小位置決め手段によりヘッドスライダを微小駆動させて高速、高精度の位置決めを行う技術の提案がなされている（例えば、超高ＴＰＩ化とピギーバックアクチュエータ（ＩＤＥＭＡ Ｊａｐａｎ Ｎｅｗｓ Ｎｏ．３２、ｐｐ４−７、国際ディスクドライブ協会発行））。
【０００４】
上記したように、圧電体素子を用いたアクチュエータは種々の応用が期待されているが、従来はグリーンシート積層方式あるいは厚膜多層形成方式で多層化した構成が多く用いられていた（例えば、特開平６−２２４４８３号公報）。しかしながら、これらの製造方法で作製した圧電体素子の一層の厚みは数１０μｍ程度であるため、１００Ｖ程度の駆動電圧を必要としていた。
【０００５】
このため、特開平８−８８４１９号公報では、小型で、低電圧で駆動でき、しかも変位量が大きい薄膜積層型アクチュエータおよびその製造方法が示されている。すなわち、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、サファイヤ等の単結晶基板上に、白金、アルミニウム、金、銀等の電極層と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（ＰＬＺＴ）等の圧電材料からなる圧電層と、電極層と、ガラスまたはシリコンから構成される接合層とを、この順に蒸着して圧電部材を形成する。次に、陽極接合法により圧電部材同士を接合層を介して接合する工程と、さらに積層する側の基板を研磨等により除去して露出した電極層上に接合層を形成する工程と、この接合層と別の圧電部材の接合層とを上述したような手順で接合し、再び基板を除去する工程とを繰り返すことで積層体を形成する。この積層体中の内層電極を交互に両側から取り出すことで積層型アクチュエータを実現している。この製造方法においては、基板の除去は研磨後にエッチング処理を施して残留部分がないようにしているし、また、圧電部材同士の接合方法としては、陽極接合法だけでなく、表面活性化接合法や接着剤接合法を用いてもよいことが示されている。
【０００６】
さらに、特開平１１−３４５８３３号公報では、焦電素子や圧電体素子を別に設けた電極形成基板上に量産性良く実装する製造方法が示されている。それによると、素子転写治具を用意し、この素子転写治具に仮基板上に形成された素子を樹脂や両面粘着テープ等により所定の配置で接着した後、仮基板のみを選択的にエッチングする。次に、電極形成基板上に設けられた電極と素子の電極とを対向させて貼り合わせ、例えばはんだ付けにより接合する。この後、素子を接着している樹脂あるいは粘着テープ等を溶解除去して素子転写基板と素子の分離を行うことで、電極形成基板上に所定の形状で接合された焦電素子や圧電体素子が形成される。素子転写治具上に素子が接着固定されているので、仮基板が選択的にエッチング除去されても素子の変形や損傷が生じないし、所定の配置状態を保持でき、電極形成基板上に一括して貼り合わせできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第１の例では、圧電部材を多層に積層した積層体の二つの側面から絶縁層を介して外部電極を形成するので、少なくともこの外部電極の形成は個々の積層体ごとに行う必要があり、量産性に課題がある。また、基板面に対して垂直方向の変位を生じる構成であり、例えば磁気ディスク記録再生装置のヘッドスライダの微小アクチュエータとして用いる形状としては適さない。
【０００８】
また、第２の例では、個別に分離された素子を接着しているが、このような方式では素子転写基板上に精度良く位置合わせして個別に貼り合わせることは比較的困難であり、小型でかつ電極端子の数が多くなるほど電極形成基板との位置合わせずれが問題となる。また、接着層ははんだ付けによる実装温度に耐える材料で、かつ、その温度を受けた後でも所定溶液により除去できるような安定な接着材料であることが要求される。
【０００９】
本発明は、基板上に電極膜で挟まれた圧電体薄膜同士を接着剤で積層して形成する圧電体素子において、特性劣化を生じず、高歩留まりで量産性の良い製造方法を提供することを目的とする。特に、このような圧電体素子を用いて、２個を一対として使用するアクチュエータの量産性を向上して低コストで提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
こ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、第１の基板および第２の基板上にそれぞれ下層電極膜、圧電体薄膜、および上層電極膜を順次積層する工程と、これらの薄膜が形成された面を対向させて接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の基板上に残された上記の薄膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、この複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともにこれらの電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに、上述の樹脂層を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを有している。
【００１１】
この製造方法により、第１の基板を選択的に除去するためのエッチング時に圧電体素子は仮固定用基板と樹脂により確実に保護されるので、圧電体素子の圧電体薄膜の一部や絶縁膜あるいは外部接続電極部の導体膜がエッチング液により侵されることを防ぐことができる。また、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板上に第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、第２の基板上に第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、および第２の上層電極膜を順次積層する工程と、第１の上層電極膜と第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、第１の上層電極膜、第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、第２の上層電極膜、および接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、この複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の上層電極膜、第１の下層電極膜、第２の上層電極膜、および第２の下層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに、上述の樹脂層を圧電素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有している。
【００１３】
この製造方法により、第１の基板を選択的に除去するためのエッチング時に圧電体素子は仮固定用基板と樹脂により確実に保護されるので、圧電体素子の圧電体薄膜、絶縁膜、あるいは外部接続電極部の導体膜がエッチング液により侵されることを防ぐことができる。また、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることができる。
【００１４】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板上に第１の下層電極膜と第１の圧電体薄膜を順次積層する工程と、第２の基板上に第２の下層電極膜と第２の圧電体薄膜を順次積層する工程と、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とを対向させて導電性を有する接着剤により接着固定する工程と、第２の基板のみを選択的に除去する工程と、第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、および接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の下層電極膜、第２の下層電極膜、および導電性材料からなる接着層を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、第１の基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を分離するとともに上述の樹脂層を圧電体素子表面から除去して前記複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有する。
【００１５】
この方法により、圧電体素子を挟むように形成する一対の電極膜のうちの上層電極膜を導電性材料からなる接着剤で兼用させることができるので、圧電体素子上に上層電極膜を形成する工程を接着工程と同時に行えるので、製造工程を簡略化することが可能である。
【００１６】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、基板上に第１の下層電極膜、圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、第１の下層電極膜、圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程と、複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆うとともに第１の下層電極膜および第１の上層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、複数の圧電体素子を樹脂層で被覆するとともに仮固定用基板を接着する工程と、基板のみを選択的に除去する工程と、仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下あるいは接着層を溶解することで仮固定用基板を除去するとともに樹脂層を圧電体素子表面から除去する工程とを少なくとも有している。
【００１７】
この方法により、圧電体薄膜を一層のみとする圧電体素子の場合にも、歩留まりが高く、かつ量産性の良い製造方法を実現できる。
【００１８】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、複数の構造体を形成する工程において、２個の構造体を一対として一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されるように加工する方法である。この方法により、２個を一対としたアクチュエータの製造において、この２個の圧電体素子を高精度に配置できるだけでなく、隣接して形成された薄膜で一対の圧電体素子を作製しているので、両方の圧電特性を均一化しやすい。さらに、２個の構造体の一部が接続されて一体構成となっているので、仮固定用基板から除去する工程、および機器の基板上へ実装する工程で一対の圧電体素子同士の変形等を防止しやすく、かつ、高精度に位置決めできる。
【００１９】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板を分離する工程において、仮固定用基板上に接着された複数の圧電体素子よりも少なくとも小さな開口部を有するメッシュ容器に上述した仮固定用基板を保持した状態で接着層を溶解あるいは接着力を低下させて仮固定用基板を分離するとともに、樹脂を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子が分離されメッシュ容器に保持されるようにする方法である。
【００２０】
この方法により、仮固定用基板を分離し、樹脂を圧電体素子から除去したときに、複数の圧電体素子がメッシュ容器中に実装する状態と同じ面を向いて保持されるので取り出しが簡単で、かつ、必要な洗浄を容易に行うことができるし、また実装機で簡単に実装することもできる。
【００２１】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、外部接続電極部を圧電体素子の同一面側に形成する方法である。この方法により、外部接続電極部の加工を第１の基板上において一括して行うことができ、かつ、外部機器との接続のための、例えばワイヤボンディングによる実装が効率よく行える。さらに外部接続電極部が一つの面側に集中して設けられているので、圧電体素子を基板に接着することも容易である。
【００２２】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板を接着する接着剤と圧電体素子を被覆する樹脂層とが同一材料であり、樹脂層により仮固定用基板を接着する方法である。この方法により、仮固定用基板の接着と圧電体素子をエッチング液から保護する樹脂とを一度に形成できるので、工程が簡略化される。なお、このような樹脂としては半導体用に用いられるワックス、アクリル系の接着剤、熱可塑性樹脂、シリコン系樹脂あるいはフォトレジスト等を用いることができる。
【００２３】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板として第１の基板を除去するための液、ガス、活性種を含むガス、または少なくとも一部がイオン化したガスにより侵されない膜を仮固定用基板の全面に形成した基板を用いる方法である。この方法により、仮固定用基板の選択の自由度が大きくなるだけでなく、繰り返して使用することもできる。例えば、仮固定用基板としてガラスを用い、第１の基板としてシリコン単結晶基板を用いる場合には、ガラスの表面全面にクロム膜を形成すれば良い。また、仮固定用基板としてステンレス板、鉄板、銅板等の金属板を用い、第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板を用いる場合には、これらの金属板の表面全面にクロム膜、酸化ケイ素膜等を形成すれば良い。
【００２４】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、仮固定用基板として第１の基板を複数個接着可能な大きさの基板を用いる方法である。この方法により、仮固定用基板に圧電体素子が形成された第１の基板を複数個接着して、一括して第１の基板を除去することが可能となり、第１の基板の除去工程が簡略化できる。さらに、仮固定用基板から複数の圧電体素子を分離する工程も簡略化できる。
【００２５】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、同一の材料と形状を有する第１の基板と第２の基板とを用いて製造する方法である。この方法により、これらの基板上に形成する圧電体薄膜の特性をほぼ同一とすることができる。さらに、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜の成膜条件を同一にできるので、同時成膜することも可能で量産性を向上できる。
【００２６】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の基板と第２の基板は酸化マグネシウム単結晶基板、シリコン単結晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびサファイヤ基板から選ばれた２種類からなる組み合わせの基板を用いる方法である。この方法により、例えば第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板、第２の基板としてシリコン単結晶基板を用いれば、第２の基板であるシリコン単結晶基板を除去するためのウエットエッチングあるいはドライエッチングで第１の基板である酸化マグネシウム単結晶基板はエッチングされないので、第１の基板を樹脂等で保護する工程が必要なくなる。なお、シリコン単結晶基板上に圧電体薄膜を形成する場合には薄膜形成後に熱処理を行えば、酸化マグネシウム単結晶基板上の圧電体薄膜と同程度の特性を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の下層電極膜と第２の下層電極膜とが同一の材料および成膜方式で形成される方法である。この方法により、第１の基板および第２の基板を混在して電極膜を形成可能となり、高価な成膜装置を有効に利用でき、量産性をさらに向上できる。
【００２８】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とが同一の材料および成膜方式で形成される方法である。この方法により、最も成膜時間がかかり、生産性の悪い圧電体薄膜を効率的に成膜できる。またさらに、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜を同じ装置で、同時に成膜することで積層したときの圧電体薄膜特性をほぼ均一にできる。特に、第１の基板と第２の基板を同一とし、第１の下層電極膜と第２の下層電極膜とを同一にして、これらの基板上に圧電体薄膜を同時に成膜すればさらに特性を均一にすることができる。
【００２９】
また、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜の厚さが略等しくなるように形成する方法である。このような方法により、圧電体素子のそれぞれの圧電体薄膜に同一電圧を印加しても、同一の電界強度とすることができ、特性の均一化と信頼性を向上できる。
【００３０】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の上層電極膜と第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する接着層の厚さが少なくとも第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成する方法である。この方法により、接着層が構造体としての強度を向上する一方、第２の圧電体薄膜側から外部接続電極部を形成するためにビアホール加工するときの加工性を確保できる。すなわち、接着層を第２の圧電体薄膜よりも厚くすれば構造体としての強度はより向上するが、第１の上層電極膜および第２の上層電極膜を外部接続電極部に接続するためのビアホール形成は逆に困難となる。また、逆に薄くすればビアホール形成は容易となるが、構造体としての強度が低下する。これらの両方を満足させるための膜厚としては、第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくすることが望ましい。
【００３１】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子の製造方法は、第１の圧電体薄膜と第２の圧電体薄膜とを対向させて接着固定する導電性材料による接着層の厚さが少なくとも第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成する方法である。この方法により、導電性の接着層が上層電極としての機能も有するので、上層電極膜の形成工程を省略できる。この接着層の膜厚としては、構造体としての強度を向上するためには膜厚を厚くするほうが良いが、その場合には外部接続電極部を形成するためのビアホール形成が難しくなる。一方、接着層の膜厚を逆に薄くすればビアホール形成は容易となるが、構造体としての強度が低下する。これらの両方を満足させるための膜厚としては、第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくすることが望ましい。
【００３２】
さらに、本発明の薄膜圧電体素子は、電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体と、この構造体を覆うように形成された絶縁膜と、構造体の一方の面側に構造体を構成する電極膜のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有するとともに、上述の一対の圧電体薄膜の各々の厚さと接着層の厚さを略等しくした構成である。
【００３３】
この構成により、それぞれの圧電体薄膜に同電位を印加したときに生じる変位量および電界強度をほぼ同一にできる。これに加えて、接着層を圧電体薄膜と略等しくしているので、パターン形成およびビアホールによる外部接続電極部形成を高精度で、信頼性良く加工でき、かつ、圧電体素子としての剛性も大きくできる。
【００３４】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、膜面に対して垂直方向に配向し、その一方の面のみに電極膜が形成された圧電体薄膜が導電性の接着剤を介して一対固着された構造体と、この構造体を覆うように形成された絶縁膜と、構造体の一方の面側に構造体を構成する電極膜および接着層のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有する構成である。この構成により、圧電体素子の作成において第１の上層電極膜、第２の上層電極膜を作成する必要がなくなり、成膜工程が簡略化されるだけでなく、外部接続電極を形成するためのビアホール形成プロセスも簡略化できる。
【００３５】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体の２個を一対として、この構造体の一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されて構造体同士が一体化した一対の構造体と、この一対の構造体を覆うように形成された絶縁膜と、圧電体薄膜が接続された近傍領域で、かつ、同一面側部に一対の構造体を構成する電極膜のそれぞれを外部機器と接続するために設けた外部接続電極部とを有する構成である。
【００３６】
この構成により、低電圧で駆動できるだけでなく、２個の圧電体素子に加える電圧を適当に制御すれば変位量を１個のみの場合に比べて約２倍とすることができる。さらに、構造体同士を外部接続電極部近傍の所定領域で接続し一体化しているので、一対の圧電体素子の取り扱いおよび基板上への実装が非常に簡略化されるだけでなく、高精度に実装できる。
【００３７】
また、本発明の薄膜圧電体素子は、上述の構造体の外部接続電極部を形成する面側と反対面に設ける絶縁膜は外部機器への接着層とした構成である。この構成により、圧電体素子を基板上で複数個作製した状態で、絶縁膜と外部接続電極部を形成し、圧電体素子を分離して所定の基板上に接着固定するときに接着固定面のみでなく、第１の基板あるいは基板に接触していた圧電体素子面全体にも塗布すれば、量産性の良い保護膜の形成が可能となる。さらに、全面を絶縁膜で覆うことで、圧電体素子を外部からの湿気や腐食性のガスから保護することができる。
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は本第１の実施の形態の製造方法により作製した２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面図である。このアクチュエータは磁気ディスク記録再生装置において、ヘッドスライダをディスク上の所定のトラック位置に高精度に微小位置決めするために用いられる。図に示すアクチュエータは２個の圧電体素子７０、７０を備え、これら素子７０、７０はＡ−Ａ’線に対して互いが鏡像の関係をもって形成されている。図１におけるＸ−Ｘ’線、Ｙ−Ｙ’線に沿った断面構造を図２（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示す。以下、これらの図を用いてその構成を説明する。
【００４０】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個の圧電体素子７０、７０は同一構造で、それぞれにおいて、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とを接着層６０で貼り合わせて構造体６６が形成され、この構造体６６を覆うように絶縁膜６２が形成される。同時に、この絶縁膜６２は２個の圧電体素子７０、７０のそれぞれに設けられたビアホール９６、９８の間の領域６３にも充填するように形成されており、これにより２個の圧電体素子７０、７０を一体化している。このような構成とすることで、所定の基板上に実装するときのハンドリングと位置決めが容易となる。
【００４１】
また、これらの電極膜の外部機器との接続のために図２（Ｂ）に示すように、フォトリソおよびエッチングによりビアホール９６、９８と接続用電極膜７３を形成して、所定の外部機器との外部接続電極部７５を作製する。なお、第１の下層電極膜５２に対しては、第２の圧電体薄膜５７から第１の圧電体薄膜５３までをエッチングして露出させた個所、第２の下層電極膜５６に対しては、絶縁膜６２をエッチングして露出した個所、および、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８に対しては、ビアホール９６、９８から接続用電極膜７３を用いて表面に引き出した個所が、それぞれ外部接続電極部７５となる。
【００４２】
以下、この圧電体素子７０の製造方法について、図３から図６を用いて説明する。なお、図３から図５の工程説明図においては、図１に示すＸ−Ｘ’線に沿った断面部を示す。
【００４３】
図３（Ａ）は、第１の基板５１上に第１の下層電極膜５２、第１の圧電体薄膜５３、第１の上層電極膜５４を順次形成した基板と、第２の基板５５上に第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、第２の上層電極膜５８を同様に順次形成した基板を、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とが対向するように配置した状態を示す。例えば、第１の基板５１および第２の基板５５として酸化マグネシウム単結晶基板の（１００）面を用い、第１の下層電極膜５２および第２の下層電極膜５６として白金（Ｐｔ）を用いてスパッタリングにより成膜すれば（１００）に配向したＰｔの電極膜を得ることが容易である。さらに、このＰｔ膜からなる第１の下層電極膜５２、第２の下層電極膜５６上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をスパッタリングにより成膜すればぺロブスカイト型の膜面に垂直方向に配向した圧電特性の良好な圧電体薄膜を得ることができる。第１の圧電体薄膜５３および第２の圧電体薄膜５７の厚さを約３μｍとすることで、駆動電圧を１０Ｖ以下とすることができる。また、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８の材料としては、圧電体薄膜をエッチングするときに電極膜がエッチングされないような選択性を有する材料であれば特に制約がなく、同様にＰｔ膜を用いても良いし、ニクロム、金、銅、タンタル、ニッケル等の金属材料や導電性の酸化物材料あるいは窒化物材料を用いてもよい。
【００４４】
このように形成した基板同士を図３（Ｂ）に示すように、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とを対向させて接着剤により接着固定する。この接着剤は金属やセラミックを接着するために一般的に用いられている無機系あるいは有機系の接着剤であって、接着後の接着層６０が粘弾性を示さないものであることが望ましい。さらには、接着後に粘弾性を示さないものであれば、フォトレジスト材料も使用可能であるが、なかでも耐熱性を向上させたフォトレジストはより有効な接着剤として使用できる。また、接着層６０の厚さは、少なくとも第２の圧電体薄膜５７の厚さとほぼ同じにすることが望ましい。これは、後述するように、この第２の圧電体薄膜５７を含めて接着層６０を所定のパターンに加工する必要があり、接着層６０が厚くなりすぎるとエッチングが非常に困難となるし、逆に薄すぎると圧電体素子としての剛性が低下する。圧電体素子の厚さは圧電特性から設定されるが、接着層の厚さもこの圧電体素子の厚さとほぼ同じようにすれば剛性とパターン加工性を最適化できる。
【００４５】
次に図３（Ｃ）に示すように、第２の基板５５のみを選択的に除去する。この除去方法としては、ウエットエッチングあるいはドライエッチングが可能である。第１の基板５１と第２の基板５５とが同一材料で、第２の基板５５をウエットエッチングで除去するときには、あらかじめ第１の基板５１がエッチング液に触れることがないようにフォトレジスト等の耐エッチング性の材料で覆っておくことが望ましい。これらの基板として、酸化マグネシウム単結晶基板を用いる場合には加熱されたリン酸溶液により第２の基板５５を除去することができる。また、シリコン単結晶基板を用いる場合には、フッ酸と硝酸の混液を用いれば除去することができる。
【００４６】
ドライエッチングで除去するときには、第１の基板５１はエッチングテーブル上に密着しておかれるので、エッチングガスに曝されるのは第１の基板５１の側面部のみとなる。したがって、この場合には特に耐エッチング性の材料で第１の基板５１の全面を覆う必要はない。また、第２の基板５５を除去する場合に、この第２の基板５５を前もって研磨して薄くしておき、その後ウエットエッチングあるいはドライエッチングで除去することも可能である。
【００４７】
第２の基板５５を除去すると、第２の基板５５上に形成した第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、および第２の上層電極膜５８も含めて、すべての膜が第１の基板５１上に堆積された形態となる。この状態で、図１の破線で囲まれた領域を残して、それ以外の部分をフォトリソおよびエッチングによって選択的に除去することで、図４（Ａ）に示すように第１の基板５１上に分離した複数の構造体６６、６６を得ることができる。
【００４８】
例えば、積層された膜のすべてをエッチングして分離する場合には、フォトレジストを所定のパターンに形成した後、第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、第２の上層電極膜５８、接着層６０、第１の上層電極膜５４、第１の圧電体薄膜５３、および第１の下層電極膜５２をそれぞれ別の反応ガス、あるいは同じ反応ガスを用いてドライエッチングにより行えば良い。また、ウエットエッチングでも可能であるし、必要に応じてウエットエッチングとドライエッチングを併用することも可能である。なお、構造体６６、６６を形成するときに同時にビアホール９６、９８も加工すれば、工程を簡略化できる。
【００４９】
さらに、図４（Ｂ）に示すように構造体６６、６６に絶縁膜６２を被覆する。この絶縁膜としては液状の樹脂を塗布して、熱処理を行い硬化させることで作製できる。例えば、液状のポリアミドをスピンナで塗布し、乾燥させた後に３５０℃程度で加熱してポリイミド膜としても良いし、その他有機樹脂を塗布して加熱硬化させても良いし、ゾルゲル法による酸化ケイ素を主体とする膜を形成しても良い。さらに、スパッタリングやＣＶＤ法により酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、あるいはこれらの混合膜等を用いることもできる。
【００５０】
さらに、ビアホール９６、９８領域の絶縁膜６２をフォトリソおよびエッチングした後、接続用電極膜７３を図２（Ｂ）に示すように形成する。この結果、それぞれの電極膜を外部機器と接続するための外部接続電極部７５が形成される。例えば、第１の下層電極膜５２に対しては、第２の下層電極膜５６から第１の圧電体薄膜５３までをエッチングして露出させた個所、第２の下層電極膜５６に対しては、絶縁膜６２をエッチングして露出した個所、および、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８に対しては、ビアホール９６、９８から接続用電極膜７３を用いて表面に引き出した個所が、それぞれ外部接続電極部７５となる。
【００５１】
このための加工方法としては、例えば第１の下層電極膜５２のみを露出させるためには、第１の圧電体薄膜５３までをエッチングした後に再度フォトリソを行い所定のレジストパターン形状を作製してから、第１の下層電極膜５２の不要部分をエッチング除去すれば、第１の下層電極膜５２の所定パターンのみを露出させることができる。なお、第１の基板５１を除去するときの薬液に第１の圧電体薄膜５３が曝され難くするためには、第１の下層電極膜５２を第１の圧電体薄膜５３よりもやや幅広としておくことが有効な手段の一つである。これに対しては、この第１の下層電極膜５２を外部接続電極部７５となる領域のみ露出するだけでなく、第１の圧電体薄膜５３の外形よりも幅広に同時に形成すればよいが、このようなパターン形状の作成は工程数の増加を伴わずに簡単に行える。
【００５２】
また、ビアホール９６、９８部分の形成に対しては、図２（Ｂ）で示す所定の位置において第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７を選択エッチングして第２の上層電極膜５８を露出させる。次に、選択エッチングした領域よりも小さな形状のレジストパターンをフォトリソで作製し、第２の上層電極膜５８と接着層６０をエッチングすれば形成できる。その後、絶縁膜６２を形成し、所定のパターンにエッチングした後、接続用電極膜７３を形成して所定のパターン形状を作製すれば、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８を共通に接続して表面まで引き出し、表面に外部接続電極部７５を有する構造が得られる。
【００５３】
なお、接着層６０としては導電性材料を用いることもできるが、その場合には上述の２回目のパターン形成とエッチングは不要であり、工程を簡略化できる。さらに、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とをそれぞれ個別に取り出すことが必要な場合にも、同様な工程で容易に行うことができる。
【００５４】
このようにして第１の基板５１上に形成された圧電体素子７０、７０を樹脂層７６で覆い、同時にこの樹脂層７６で仮固定用基板７４を接着する。これを図４（Ｃ）に示す。この樹脂層７６は、第１の基板５１を除去する工程で仮固定用基板７４が剥離しない程度の接着性と、第１の基板５１をエッチング除去するための薬液あるいはドライエッチングにおける反応ガスに耐える材料であることが要求される。例えば、タール系ワックス、アクリル系接着剤、熱可塑性樹脂、あるいはフォトレジスト等を用いることができる。また、最初に圧電体素子７０、７０を例えばフォトレジストで覆い、乾燥させて樹脂層７６を形成し、その後仮固定用基板７４を例えばアクリル系の接着剤で接着する構成でも良い。このような構成とすることで、接着剤を溶解させる液と樹脂層７６であるフォトレジストを溶解させる液を異ならせることができる。この結果、圧電体素子は接着剤を溶解させる液には曝されないようにできるので、この液により圧電体素子が変質することを防止できる。
【００５５】
さらに、仮固定用基板７４としては、ガラス、金属、あるいはフェライト、アルチック（アルミナとチタンカーバイドの混合セラミックス）、アルミナ等のセラミック材料等色々な材料をそのまま用いることもできる。ただし、第１の基板５１を除去するときの薬液、ガス、ドライエッチング時の活性種を含むガス、またはドライエッチング時に少なくとも一部がイオン化したガスにより侵されない材料を選択することが要求される。一方、これらの基板材料表面の全面に上述の液や反応ガス等で侵されない膜を形成すれば、仮固定用基板７４の選択の自由度が大きくなるため好ましい。
【００５６】
仮固定用基板７４を接着した後に、第１の基板５１を薬液によりエッチング除去した状態を図５（Ａ）に示す。この工程により、圧電体素子７０、７０は成膜のために用いた第１の基板５１および第２の基板５５の両方から分離された状態となるが、樹脂層７６によって仮固定用基板７４に固定されているので、変形したり、しわが発生することがなく、また互いに所定の位置関係に保持されている。
【００５７】
次に図５（Ｂ）および図６に示すように、この仮固定用基板７４に保持されている圧電体素子７０、７０を、メッシュ容器８２内に入れて、樹脂層７６を溶解させる溶解液８４が入っている容器８０中に浸し、樹脂層７６を溶解させて仮固定用基板７４を分離させる。例えば、樹脂層７６としてタール形ワックスを用いる場合には溶解液８４としてはキシレンを用いればよいし、アクリル系接着剤を用いる場合にはそれぞれ専用の溶解液を使用すればよい。なお、図５（Ｂ）では、圧電体素子７０、７０はメッシュ容器８２に接触して保持するようにしているが、仮固定用基板７４をメッシュ容器８２の両側面で保持して、圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部よりもわずか浮いた状態で保持しても良い。このようにすれば、圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部に接触して損傷を受けることを防止できる。
【００５８】
このメッシュ容器８２のメッシュサイズを少なくとも圧電体素子７０、７０よりも小さくしておけば、圧電体素子７０、７０は仮固定用基板７４から分離してもメッシュ孔からすり抜けて容器８０の底部に落ちてバラバラになることはない。また、メッシュ容器８２を容器８０から引き上げるときにも、薬液がメッシュ孔から容易に抜けるので、圧電体素子７０、７０に付着している樹脂層７６を確実に除去できる。さらに、別の容器に入れ替えて蒸気洗浄や乾燥処理を行うことも容易である。
【００５９】
図５（Ｃ）は、このような溶解除去処理を行い、メッシュ容器８２を容器８０から引き上げた状態を示すが、このメッシュ容器８２に圧電体素子７０、７０が保持された状態のまま、実装機によりハンドリングをして基板上に移動させることもできる。
【００６０】
以上のように、仮固定用基板７４を用いて一旦圧電体素子７０、７０を保持するとともに薬液から保護するようにしておき、第１の基板５１の除去を行うことで薬液が圧電体素子７０、７０に及ぼす影響を確実に防止することができる。したがって、圧電体素子７０、７０としての信頼性、歩留まりを大きく改善できる。さらに加えて、仮固定用基板７４に接着された圧電体素子７０、７０がメッシュ容器８２の底部に向かい合うようにして溶解液８４中に浸すことができ、仮固定用基板７４を分離すれば、圧電体素子７０、７０をメッシュ容器８２上に確実、かつ損傷等を生じさせずに保持させることができる。
【００６１】
また、メッシュ容器８２に仮固定用基板７４ごと保持して樹脂層７６を除去するようにすることで、複数の圧電体素子７０、７０を所定の位置関係に保持した状態で第１の基板５１の除去や圧電体素子７０の洗浄処理を行うことができ、実装工程で圧電体素子７０をハンドリングするときにこれらの素子を破壊することなく、しかも簡単に確実なチャッキングが可能となる。
【００６２】
なお、本第１の実施の形態の製造方法では、２個の圧電体素子７０、７０を一対として使用するアクチュエータの場合について説明したが、１個の圧電体素子の場合であっても同様な方法で製造することができ、しかも歩留まりや信頼性を向上できることはいうまでもない。
【００６３】
また、本第１の実施の形態では、圧電体素子７０、７０の第１の基板５１と接触していた第１の下層電極膜５２の面には絶縁膜６２が形成されていないが、この圧電体素子７０、７０の２個を一対として所定の基板（図示せず）上に接着固定するときに、第１の下層電極膜５２面に接着剤を塗布して圧電体素子７０、７０の第１の下層電極膜５２面側の絶縁膜としてもよい。あるいは、図５（Ａ）に示すように第１の基板５１を除去しても仮固定用基板７４により圧電体素子７０、７０はその位置関係が固定されているので、第１の下層電極膜５２の面にも絶縁膜６２（図示せず）を形成してもよい。このように絶縁膜６２で素子全面を覆うことで、特に圧電体素子７０、７０の耐湿信頼性の低下を防止できる。
【００６４】
また、本第１の実施の形態では、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６が同一の材料を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の圧電体薄膜５３と第２の圧電体薄膜５７が所定の圧電特性を有するようにするための成膜時の加熱条件、あるいは成膜後の熱処理条件に耐え、かつ選択的にエッチング可能な電極膜材料であれば特に制約はない。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図７（Ａ）は、第２の実施の形態の製造方法で作製された圧電体素子９０の平面図であり、図７（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面図を示す。本実施の形態の製造方法による圧電体素子９０は平面形状に比べて厚みが非常に薄い直方体形状であり、図１と図２で示した構成要素と対応する要素には同一符号を付している。本第２の実施の形態では、第１の上層電極膜５４と第２の上層電極膜５８とを圧電体素子９０表面にまで電気的に引き出すための接続用電極膜７３が外部接続電極部７５のすべてに形成されている。このように形成することで、外部機器への接続のためのワイヤボンディング条件を同一にできるので、効率的に実装可能となる。この圧電体素子９０は本第１の実施の形態と同様にアクチュエータとして利用できるし、また伸縮に応じた電圧を検出するセンサとして利用できる。
【００６６】
この圧電体素子９０の製造方法について、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて、図８を用いて説明する。本第２の実施の形態でも第１の実施の形態の製造方法と同様に第１の基板５１上に複数個の圧電体素子９０が形成されるが、第１の実施の形態と異なりそれぞれ単独で使用される。図８（Ａ）に示す第１の基板上に圧電体素子９０が形成された構成は、本第１の実施の形態の製造工程における図４（Ｂ）と同様である。本第２の実施の形態の製造方法では、図８（Ａ）に示すように仮固定用基板８６として第１の基板５１よりも大きな形状として、１枚の仮固定用基板８６上に圧電体素子９０が形成された第１の基板５１を複数個接着固定できるようにしたことが、本第１の実施の形態の製造方法と異なる。
【００６７】
本実施の形態でも、仮固定用基板８６は金属、ガラス、あるいはセラミック等を用いることができるし、さらにこれらの基板の表面に第１の基板５１をエッチング除去する薬液で侵されない金属、酸化物、あるいは有機物等からなる膜を形成して使用できることも同様である。仮固定用基板８６上に第１の基板５１を接着する方法は本第１の実施の形態と同様にすればよいが、所定のピッチ間隔で接着すれば洗浄、乾燥後に実装機でハンドリングする作業性が改善できるのでより望ましい。このように圧電体素子９０が設けられている第１の基板５１を複数個仮固定用基板８６上に接着することで、第１の基板５１を除去する工程時間の大幅な短縮が可能となる。例えば、第１の基板５１を５枚接着して同時にこれらの基板をエッチング除去すれば、このための作業時間を約１／５に短縮できる。
【００６８】
図８（Ｂ）は、第１の基板５１を除去した後に樹脂層７６を溶解させる溶解液８４中に浸した状態を示す。この工程は本第１の実施の形態で示した図５（Ｂ）と同様であり、容器８０中に溶解液８４が入れられており、仮固定用基板８６に接着されている圧電体素子９０はメッシュ容器８２に同じように保持されている。このメッシュ容器８２のメッシュサイズも圧電体素子９０よりも小さくしておくことで、仮固定用基板８６から圧電体素子９０が分離されたときにメッシュをすり抜けて容器８０の下部に落ちることがない。
【００６９】
なお、図８（Ｂ）では、圧電体素子９０はメッシュ容器８２に接触して保持するようにしているが、仮固定用基板８６をメッシュ容器８２の両側面で保持して、圧電体素子９０がメッシュ容器８２の底部に接触しないように保持しても良い。洗浄、乾燥についても本第１の実施の形態と同様とすることができるが、１個のメッシュ容器８２上に多くの圧電体素子９０が整列された状態で配置されるので、洗浄、乾燥後に所定の基板上に実装する工程をさらに効率化できる。
【００７０】
これ以降の工程については本第１の実施の形態の製造方法と同様であり、説明は省略する。
【００７１】
なお、本第２の実施の形態では略直方体形状の圧電体素子を製造する場合について説明したが、本第１の実施の形態で説明した２個の圧電体素子を一対として使用するアクチュエータの場合でも同じように製造できることはいうまでもない。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図９（Ａ）は本発明の第３の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面形状を示し、図９（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面形状を示す。図１に示した構成要素と同じ要素には同一符号を付している。本第３の実施の形態の製造方法についても、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて説明する。
【００７３】
本第３の実施の形態でも、第２の基板５５を除去するまでの工程は同一である。第２の基板５５が除去されて、第２の下層電極膜５６、第２の圧電体薄膜５７、および第２の上層電極膜５８も含めて、すべての膜が第１の基板５１上に堆積された形態となった基板を用いてフォトリソおよびエッチング処理を行う。このときに図９（Ｂ）に示すように、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍の上面側９４上にある第２の下層電極膜５６をエッチング除去する。このときに第２の下層電極膜５６を確実にエッチングするために、第２の圧電体薄膜５７の一部までエッチングしてもよい。この結果、対になった２個の圧電体素子９２、９２のそれぞれの第２の下層電極膜５６同士は電気的に分離された状態となる。一方、２層の圧電体薄膜と接着層および第１、第２の上層電極膜は、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍部分では一体化されており、２個の圧電体素子９２、９２を一対として扱うときの剛性を大きくすることができる。
【００７４】
この後、本第１実施の形態の製造方法の図５（Ａ）に示す工程までは同一の工程を実施する。第１の基板５１を除去した後で、かつ、仮固定用基板７４に接着固定されている状態で、フォトリソとエッチングにより図９（Ｂ）に示すように二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍の下面側９５の第１の下層電極膜５２をエッチング除去する。このときにも、第１の下層電極膜５２を確実にエッチング除去するために、第１の圧電体薄膜５３の一部がエッチングされても特に支障はない。これにより、圧電体素子９２、９２のそれぞれの第１の下層電極膜５２が互いに電気的に分離される。この工程は、仮固定用基板７４上に圧電体素子９２、９２が接着されて固定されている状態で可能な工程である。なお、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６の所定部分のみを除去する方式としては、フォトリソおよびエッチングで行うだけでなく、所定の部分にレーザ光を照射してアブレーションを生じさせて除去する等の他の方法を用いていもよい。
【００７５】
これ以降の工程については、本第１の実施の形態で説明した工程と同様であるので説明は省略する。
【００７６】
このような製造方法によれば、第１の下層電極膜５２と第２の下層電極膜５６とはそれぞれの圧電体素子９２、９２間で電気的に分離されるが、二つのビアホール９６、９８で挟まれた領域とその近傍上面側９４部分では、２層の圧電体薄膜と２層の電極膜、および接着層とで一体化されているので、一対の圧電体素子からなるアクチュエータ全体としての剛性を大きくできる。これに加えて、ビアホール９６、９８から引き出された接続用電極膜７３を接続して、中央部に外部接続電極部７５を設ければワイヤボンディング等の接続作業工数を短縮することもできる。
【００７７】
（第４の実施の形態）
図１０（Ａ）は本発明の第４の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチュエータの平面形状を示し、図１０（Ｂ）はそのＹ−Ｙ’部分の断面形状を示す。図１に示した構成要素と同じ要素には同一符号を付している。本第４の実施の形態の製造方法についても、本第１の実施の形態の製造方法と異なる工程のみについて説明する。
【００７８】
本第４の実施の形態の製造方法においては、第１の基板５１上に第１の下層電極膜５２と第１の圧電体薄膜５３、第２の基板上５５に第２の下層電極膜５６と第２の圧電体薄膜５７をそれぞれ形成し、第１の圧電体薄膜５３と第２の圧電体薄膜５７を向かい合わせて導電性の接着層１０４により接着する。さらに、圧電体素子１００、１００の外部接続電極部７５を形成するときのビアホール１０６、１０８の加工は第２の下層電極膜５６と第２の圧電体薄膜５７とを所定の形状にエッチングして後、絶縁膜６２を形成し、この絶縁膜６２をさらに所定形状にエッチングすればよく、本第１の実施の形態の製造方法のような第１の上層電極膜、第２の上層電極膜は不要である。この工程以外については、本第１の実施の形態の製造方法と同一であるので、説明は省略する。
【００７９】
以上のようにして圧電体素子１００、１００を形成すれば、第１の圧電体薄膜５３および第２の圧電体薄膜５７上にそれぞれの上層電極膜を形成する必要がなく、かつ、外部接続電極部形成のためのビアホールのパターン加工も簡単となるので、さらに工程の簡略化が可能である。
【００８０】
なお、本第４の実施の形態の製造方法については、その一部を除き本第１の実施の形態の製造方法にしたがって製造した場合について説明したが、同様にその一部を除き本第２の実施の形態または本第３の実施の形態の製造方法にしたがって製造するようにしてもよい。
【００８１】
また、本発明の製造方法では、第１の基板と第２の基板とが酸化マグネシウム単結晶基板、シリコン単結晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびサファイヤ基板から選ばれた２種類からなる組み合わせの基板を用いることもできる。例えば、第１の基板として酸化マグネシウム単結晶基板、第２の基板としてシリコン単結晶基板を用いる場合、酸化マグネシウム単結晶基板に対しては成膜時に圧電特性の良好な膜面に垂直方向に配向した膜を得ることができるが、シリコン単結晶基板の場合には圧電体薄膜を成膜後に熱処理を行うことで圧電特性の良好な膜面に垂直方向に配向させることができる。第２の基板であるシリコン単結晶基板を除去するためにフッ酸と硝酸の混合液を用いても、第１の基板である酸化マグネシウム単結晶基板はこの液では侵されないので、酸化マグネシウム単結晶基板は特に樹脂等で保護する必要がない。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１の基板上および第２の基板上にそれぞれ電極膜と圧電体薄膜を形成する工程、圧電体薄膜が形成された面を対向させて接着固定する工程、第２の基板のみを選択的に除去する工程、第１の基板上に残された上記の薄膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して分割された複数の構造体を形成する工程、この複数の構造体のそれぞれの露出面を覆うように絶縁膜を形成するとともにこれらの電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程、複数の圧電体素子を覆うように樹脂を塗布するとともに仮固定用基板を接着する工程、第１の基板のみを選択的に除去する工程、仮固定用基板を圧電体素子から分離するとともに上述の樹脂を圧電体素子表面から除去して複数の圧電体素子を個別に分離する工程、とを有した製造方法である。
【００８３】
この製造方法により、圧電体素子を仮固定用基板と樹脂により確実に保護して圧電体薄膜、絶縁膜、あるいは外部接続電極部の導体膜が第１の基板のエッチング液により侵されることを防ぐことができる。したがって、これらの材料の選択の自由度が大きくなり、実装特性に優れた電極材料や信頼性を向上できる絶縁膜材料を用いることもできる。
【００８４】
さらに、第１の基板を除去して仮固定用基板に固定された状態でフォトリソおよびエッチング加工、レーザ照射加工、絶縁膜やさらに導体膜等の形成等の種々の加工も可能となり、高信頼性、高機能の圧電体素子を歩留まり良く製造することができ、種々の圧電体素子の利用を促進できる大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の製造方法により作製したアクチュエータの平面図
【図２】（Ａ）図１に示すアクチュエータのＸ−Ｘ’部分の断面図
（Ｂ）図１に示すアクチュエータのＹ−Ｙ’部分の断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図４】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図５】本発明の第１の実施の形態の製造方法の主要工程を示す工程説明図
【図６】本発明の第１の実施の形態の製造方法の仮固定用基板を分離する工程を説明するための斜視図
【図７】（Ａ）本発明の第２の実施の形態の製造方法により作製した圧電体素子の平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【図８】本発明の第２の実施の形態の製造方法の主要工程の説明図
【図９】（Ａ）本発明の第３の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチェエータの平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【図１０】（Ａ）本発明の第４の実施の形態の製造方法により作製された２個の圧電体素子を一対としたアクチェエータの平面図
（Ｂ）（Ａ）におけるＹ−Ｙ’部分の断面図
【符号の説明】
５１ 第１の基板
５２ 第１の下層電極膜
５３ 第１の圧電体薄膜
５４ 第１の上層電極膜
５５ 第２の基板
５６ 第２の下層電極膜
５７ 第２の圧電体薄膜
５８ 第２の上層電極膜
６０，１０４ 接着層
６２ 絶縁膜
６３ 領域
６６ 構造体
７０，９０，９２，１００ 圧電体素子
７３ 接続用電極膜
７４，８６ 仮固定用基板
７５ 外部接続電極部
７６ 樹脂層
８０ 容器
８２ メッシュ容器
８４ 溶解液
９４ 上面側
９５ 下面側
９６，９８，１０６，１０８ ビアホール
Claims (20)
- 第１の基板上に第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、
第２の基板上に第２の下層電極膜、第２の圧電体薄膜、および第２の上層電極膜を順次積層する工程と、
前記第１の上層電極膜と前記第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する工程と、
前記第２の基板のみを選択的に除去する工程と、
前記第１の下層電極膜、前記第１の圧電体薄膜、前記第１の上層電極膜、前記第２の下層電極膜、前記第２の圧電体薄膜、前記第２の上層電極膜、および前記接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して、分割された複数の構造体を形成する工程と、
前記複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆い、前記第１の上層電極膜、前記第１の下層電極膜、前記第２の上層電極膜、および前記第２の下層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、
前記複数の圧電体素子を樹脂層で被覆し、さらに仮固定用基板を接着する工程と、
前記第１の基板のみを選択的に除去する工程と、
前記仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下させ、あるいは前記接着層を溶解することで前記仮固定用基板を分離するとともに、前記樹脂層を前記圧電体素子表面から除去して前記複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有する薄膜圧電体素子の製造方法。 - 第１の基板上に第１の下層電極膜と第１の圧電体薄膜を順次積層する工程と、
第２の基板上に第２の下層電極膜と第２の圧電体薄膜を順次積層する工程と、
前記第１の圧電体薄膜と前記第２の圧電体薄膜とを対向させて導電性を有する接着剤により接着固定する工程と、
前記第２の基板のみを選択的に除去する工程と、
前記第１の下層電極膜、前記第１の圧電体薄膜、前記第２の下層電極膜、前記第２の圧電体薄膜、および前記接着層を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して、分割された複数の構造体を形成する工程と、
前記複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆い、前記第１の下層電極膜、前記第２の下層電極膜、および前記接着層を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、
前記複数の圧電体素子を樹脂層で被覆し、さらに仮固定用基板を接着する工程と、
前記第１の基板のみを選択的に除去する工程と、
前記仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下させ、あるいは前記接着層を溶解することで前記仮固定用基板を分離するとともに、前記樹脂層を前記圧電体素子表面から除去して前記複数の圧電体素子を個別に分離する工程とを少なくとも有する薄膜圧電体素子の製造方法。 - 第１の基板上に第１の下層電極膜、第１の圧電体薄膜、および第１の上層電極膜を順次積層する工程と、
前記第１の下層電極膜、前記第１の圧電体薄膜、および前記第１の上層電極膜を所定の形状にそれぞれまたは一括して加工して、分割された複数の構造体を形成する工程と、
前記複数の構造体それぞれを絶縁膜で覆い、前記第１の下層電極膜および前記第１の上層電極膜を外部機器に接続するための外部接続電極部を形成して複数の圧電体素子とする工程と、
前記複数の圧電体素子を樹脂層で被覆し、さらに仮固定用基板を接着する工程と、
前記第１の基板のみを選択的に除去する工程と、
前記仮固定用基板を接着した接着層の接着力を低下させ、あるいは前記接着層を溶解することで前記仮固定用基板を分離するとともに、前記樹脂層を前記圧電体素子表面から除去する工程とを少なくとも有してなる薄膜圧電体素子の製造方法。 - 前記複数の構造体を形成する工程において、２個の構造体を一対としてその一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されるように加工する工程を付加した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。
- 前記仮固定用基板を分離する工程において、前記仮固定用基板上に接着された複数の圧電体素子よりも少なくとも小さな開口部を有するメッシュ容器に前記仮固定用基板を保持した状態で、前記接着層を溶解あるいは接着力を低下させて前記仮固定用基板を分離するとともに、前記樹脂を前記圧電体素子表面から除去して前記複数の圧電体素子が分離され、メッシュ容器に保持されるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 前記外部接続電極部は圧電体素子の同一面側に形成す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。
- 前記仮固定用基板を接着する接着剤と圧電体素子を被覆する樹脂層とが同一材料であり、前記樹脂層により前記仮固定用基板を接着することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 前記仮固定用基板は第１の基板を除去するための液、ガス、活性種を含むガス、または少なくとも一部がイオン化したガスにより侵されない膜を前記仮固定用基板の全面に形成した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。
- 前記仮固定用基板は第１の基板を複数個接着可能な大きさとした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。
- 前記第１の基板と前記第２の基板とが同一の材料と形状を有す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。
- 前記第１の基板と前記第２の基板は酸化マグネシウム単結晶基板、シリコン単結晶基板、チタン酸ストロンチウム単結晶基板、およびサファイヤ基板から選ばれた２種類からなる組み合わせとした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。
- 前記第１の上層電極膜と前記第２の上層電極膜とが同一の材料および成膜方式で形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 前記第１の圧電体薄膜と前記第２の圧電体薄膜とが同一の材料および成膜方式で形成され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。
- 前記第１の圧電体薄膜と前記第２の圧電体薄膜の厚さが略等しくなるように形成したことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 前記第１の上層電極膜と前記第２の上層電極膜とを対向させて接着固定する接着層の厚さが少なくとも前記第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 前記第１の圧電体薄膜と前記第２の圧電体薄膜とを対向させて接着固定する接着層の厚さが少なくとも前記第２の圧電体薄膜の厚さと略等しくなるように形成したことを特徴とする請求項２に記載の薄膜圧電体素子の製造方法。
- 電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体と、前記構造体を覆うように形成された絶縁膜と、前記構造体の一方の面側に前記電極膜のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有するとともに、前記一対の圧電体薄膜の各々の厚さと前記接着層の厚さが略等しく形成されていることを特徴とする薄膜圧電体素子。
- 膜面に対して垂直方向に配向し、その一方の面のみに電極膜が形成された圧電体薄膜の他方の面同士を対向させ導電性の接着剤を介して一対固着してなる構造体と、前記構造体を覆うように形成された絶縁膜と、前記構造体の一方の面側に前記電極膜および前記接着層のそれぞれと接続する外部接続電極部とを少なくとも有することを特徴とする薄膜圧電体素子。
- 電極膜で挟まれ膜面に対して垂直方向に配向した圧電体薄膜が接着層を介して一対固着された構造体の２個を一対として、前記構造体の一部の所定領域で少なくとも圧電体薄膜が接続されて前記構造体同士が一体化した一対の構造体と、
前記一対の構造体を覆うように形成された絶縁膜と、
前記圧電体薄膜が接続された近傍領域で、かつ、同一面側部に前記一対の構造体を構成する前記電極膜のそれぞれを外部機器と接続するために設けた外部接続電極部とを有することを特徴とする薄膜圧電体素子。 - 前記構造体の外部接続電極部を形成する面側と反対面に設ける絶縁膜は外部機器への接着層であることを特徴とする請求項１７から請求項１９までのいずれかに記載の薄膜圧電体素子。
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