(57)【要約】【課題】圧電体に設置された第１配線と第２配線とが金属膜の残渣により短絡することを低減できる圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子１は基板２上に設けられ複数の辺を有する圧電体４と、圧電体４から基板２にかけて設けられた第１配線６と、圧電体４から基板２にかけて設けられた第２配線７と、を備え、圧電体４の厚さ方向からみて、圧電体４と第１配線６とが重なる第２辺４ｂ、第４辺４ｄと、圧電体４と第２配線７とが重なる第１辺４ａ、第３辺４ｃと、が異なる辺になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ複数の辺を有する圧電体と、
前記圧電体から前記基板にかけて設けられた第１配線と、
前記圧電体から前記基板にかけて設けられた第２配線と、を備え、
前記圧電体の厚さ方向からみて、前記圧電体と前記第１配線とが重なる辺と前記圧電体と前記第２配線とが重なる辺とが異なることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子であって、
前記圧電体は前記第１配線が設けられた第１辺と、前記第２配線が設けられた第２辺と、を備え、
前記第１辺と前記第２辺とは直交することを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電素子であって、
前記第１配線は、前記基板と前記圧電体との間に設けられる下配線と、前記圧電体上から前記下配線にかけて設けられる上配線と、を含んで構成されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に設けられ、厚さ方向から見た外形が曲線を有する圧電体と、
前記圧電体の第１位置から前記基板にかけて設けられた第１配線と、
前記圧電体の第２位置から前記基板にかけて設けられた第２配線と、を備え、
前記第１位置における外形の法線の向きと、前記第２位置における外形の法線の向きと、がなす角度は９０度以上２７０度以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
基板上に設けられた圧電体をドライエッチングして複数の辺を有する外形を形成し、
前記圧電体の外形に沿って付着する合成物に前記合成物を減少させる薬液を吹き付けて、
前記圧電体から前記基板にかけて第１配線及び第２配線を設置し、
前記第１配線と前記第２配線とは異なる辺に設置することを特徴とする圧電素子の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電素子の形成方法であって、
前記第１配線は下配線と上配線とを含み、
前記圧電体の外形を形成する前に行われ、
前記基板上に前記下配線を設置し、
前記下配線上に前記圧電体を設置し、
前記上配線を前記圧電体上から前記下配線上にかけて設置することを特徴とする圧電素子の形成方法。
【請求項７】
超音波を出力する振動板と、
前記振動板を振動させる圧電素子と、を備え、
前記圧電素子が請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子であることを特徴とする超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電素子の形成方法および超音波装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧を加えることにより変形する圧電体が広く用いられている。圧電体には２つ以上の電極が設置されている。その電極間に電圧を加えることに圧電体が変形する。また、圧電体が変形するとき、２つの電極間に電圧差が生じる。圧電体の性質を利用して、超音波を発生させることができる。さらに、超音波を受けて圧電体が振動するとき、電極間の電圧差の変動を解析して超音波を検出することができる。
【０００３】
特許文献１には圧電体に電極が設置された圧電素子が開示されている。圧電体は板状であり、表面と裏面とが平行な面になっている。そして、表面に第１電極が設置され、裏面には第２電極が設置されている。圧電体の平面形状は長方形であり、４辺を有している。４辺のうちの１つの辺を第１辺とする。
【０００４】
第１電極は第１辺を通る第１配線を介して裏面の第１端子に接続されている。また、第２電極も第１辺を通る第２配線を介して表面に設置された第２端子と接続されている。そして、第１配線及び第２配線は共に第１辺に沿って配置されている。圧電素子は基板に実装されており、基板には第３端子及び第４端子が設置されている。そして、第１端子は第３端子と接続され、第２端子は第４端子と接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５０２３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の圧電素子は１つの辺に沿って第１配線及び第２配線が設置されていた。微細な大きさの圧電素子を基板上に配置するとき、フォトリソグラフィー法を用いて圧電体をパターニングしエッチングする方法が有効である。圧電体上にレジストを配置してパターニングしてドライエッチングするとき、エッチングガス、レジスト及び圧電体が化学反応を起こす。化学反応により合成物が形成される。例えば、圧電体を四角形にするとき、４つの各辺に沿って合成物が形成される。この合成物により、圧電体の側面が上面に対して垂直に近い面になる。合成物に薬液を吹き付けることにより、合成物が形成される側面を１つの側面に限定することができる。つまり、圧電体の側面が４面あるとき、１つの面にのみ合成物が形成されるようにできる。合成物はフェンスとも称される。
【０００７】
圧電体の上面から基板にかけて配線を設置する。このとき、金属膜及びレジストを設置しパターニングした後エッチングする。このとき、側面が垂直に近い側面では金属膜の残渣が残る。そして、金属膜の残渣のある場所に２つ以上の配線が設置されるとき、配線間で短絡し圧電素子が動作不良となる。そこで、圧電体に設置された第１配線と第２配線とが金属膜の残渣により短絡することを低減できる圧電素子が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
本適用例にかかる圧電素子であって、基板上に設けられ複数の辺を有する圧電体と、前記圧電体から前記基板にかけて設けられた第１配線と、前記圧電体から前記基板にかけて設けられた第２配線と、を備え、前記圧電体の厚さ方向からみて、前記圧電体と前記第１配線とが重なる辺と前記圧電体と前記第２配線とが重なる辺とが異なることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、圧電素子は基板を備え、基板上に圧電体が設けられている。圧電体は複数の辺を備えている。圧電体から基板にかけて第１配線及び第２配線が設けられている。そして、圧電体の厚さ方向からみて、圧電体と第１配線とが重なる辺と圧電体と第２配線とが重なる辺とが異なっている。
【００１１】
圧電体の外形は、圧電体の外形形状と同形状のレジストを設置してドライエッチングにて形成される。圧電体の側面は傾斜をつけて形成される。このとき、レジスト、エッチング雰囲気、圧電体の材料が反応して、突形状の合成物が圧電体の外形に沿って成長する。この合成物は圧電体の厚み方向に突出する。この合成物により圧電体の側面は基板の平面に対して直角に近くなる。合成物を除去するための薬液を吹き付ける。このとき、複数の辺の内１つの辺のみに合成物が残存する確率を２つ以上の辺に合成物が残存する確率より高くできる。
【００１２】
第１配線及び第２配線は同じ金属膜をドライエッチングして形成される。このとき、合成物がある辺では側面が急斜面なため、金属膜の残渣が残ることがある。本適用例では第１配線と第２配線とは異なる辺に設けられているので、第１配線及び第２配線の一方は合成物が残存する確率の低い側面に設けられる。合成物が残存しない側面では金属膜の残渣が残らない。従って、圧電素子の構造は、第１配線と第２配線とが金属膜の残渣により短絡することを低減することができる。
【００１３】
［適用例２］
上記適用例にかかる圧電素子において、前記圧電体は前記第１配線が設けられた第１辺と、前記第２配線が設けられた第２辺と、を備え、前記第１辺と前記第２辺とは直交することを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、圧電体は第１辺及び第２辺を備えている。そして、第１辺と第２辺とは直交している。このとき、第１辺の法線の向きと第２辺の法線の向きが異なるので、薬液を吹き付けて一方の辺の合成物を除去する確率を高くすることができる。
【００１５】
［適用例３］
上記適用例にかかる圧電素子において、前記第１配線は、前記基板と前記圧電体との間に設けられる下配線と、前記圧電体上から前記下配線にかけて設けられる上配線と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、第１配線は下配線と上配線とから構成されている。基板上に下配線が設けられ、下配線上に圧電体が設けられている。そして、上配線が圧電体上から下配線上にかけて設けられている。圧電体を設けるとき圧電体はエッチングにより形成される。圧電体と重ならない場所の下配線がエッチングにより薄くなるときにも、第１配線の抵抗が小さくなることを上配線が低減できる。
【００１７】
［適用例４］
本適用例にかかる圧電素子であって、基板と、前記基板上に設けられ、厚さ方向から見た外形が曲線を有する圧電体と、前記圧電体の第１位置から前記基板にかけて設けられた第１配線と、前記圧電体の第２位置から前記基板にかけて設けられた第２配線と、を備え、前記第１位置における外形の法線の向きと、前記第２位置における外形の法線の向きと、がなす角度は９０度以上２７０度以下であることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、圧電素子は基板を備え、基板上に圧電体が設けられている。圧電体は厚さ方向から見た外形が曲線になっている。圧電体から基板にかけて第１配線及び第２配線が設けられている。そして、第１配線は第１位置にて圧電体から基板に配置され、第２配線は第２位置にて圧電体から基板に配置されている。第１位置における外形の法線の向きと、第２位置における外形の法線の向きと、がなす角度は９０度以上２７０度以下になっている。
【００１９】
圧電体の外形は、圧電体の外形形状と同形状のレジストを設置してドライエッチングにて形成される。圧電体の側面は傾斜をつけて形成される。このとき、レジスト、エッチング雰囲気、圧電体の材料が反応して、突形状の合成物が圧電体の外形に沿って成長する。この合成物は圧電体の厚み方向に突出する。この合成物により圧電体の側面は基板の平面に対して直角に近くなる。合成物を除去するために薬液を吹き付ける。このとき、第１位置における外形の法線の向きと、第２位置における外形の法線の向きとがなす角度が９０度以上２７０度以下のときは鋭角の時に比べて第１位置から第２位置にかけて合成物が残存する確率が低い。
【００２０】
第１配線及び第２配線は同じ金属膜をドライエッチングして形成される。このとき、合成物がある辺では側面が急斜面なため、金属膜の残渣が残ることがある。本適用例では第１配線と第２配線とは外形が異なる向きの位置に設けられており、第１配線〜第２配線にかけて合成物が残存する確率が低くなっている。合成物が残存しない側面では金属膜の残渣が残り難い。従って、圧電素子の構造は、第１配線と第２配線とが金属膜の残渣により短絡することを低減できる。
【００２１】
［適用例５］
本適用例にかかる圧電素子の形成方法であって、基板上に設けられた圧電体をドライエッチングして複数の辺を有する外形を形成し、前記圧電体の外形に沿って付着する合成物に前記合成物を減少させる薬液を吹き付けて、前記圧電体から前記基板にかけて第１配線及び第２配線を設置し、前記第１配線と前記第２配線とは異なる辺に設置することを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、基板上に設けられた圧電体をドライエッチングして複数の辺を有する外形を形成する。圧電体の側面は傾斜をつけて形成される。このとき、レジスト、エッチング雰囲気、圧電体の材料が反応して、突形状の合成物が圧電体の外形に沿って成長する。この合成物は圧電体の厚み方向に突出する。この合成物により圧電体の側面は基板の平面に対して直角に近くなる。
【００２３】
圧電体の外形に沿う合成物を減少するために薬液を吹き付ける処理を行う。このとき、複数の辺の内１つの辺に合成物が残存する確率が２つの辺に合成物が残存する確率より高い。次に、第１配線と第２配線とを異なる辺に設置する。
【００２４】
第１配線及び第２配線は同じ金属膜をドライエッチングして形成される。このとき、合成物がある辺では側面が急斜面なため、金属膜の残渣が残ることがある。本適用例では第１配線と第２配線とは異なる辺に設けられているので、第１配線及び第２配線の一方は合成物が残存しない側面に設けられる。合成物が残存しない側面では金属膜の残渣が残らない。従って、圧電素子の構造は、第１配線と第２配線とが金属膜の残渣により短絡することを低減することができる。
【００２５】
［適用例６］
上記適用例にかかる圧電素子の形成方法において、前記第１配線は下配線と上配線とを含み、前記圧電体の外形を形成する前に行われ、前記基板上に前記下配線を設置し、前記下配線上に前記圧電体を設置し、前記上配線を前記圧電体上から前記下配線上にかけて設置することを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、第１配線は下配線と上配線とを含んでいる。圧電体の外形を形成する前に基板上に下配線を設置する。そして、下配線上に圧電体を設置する。次に、上配線を圧電体上から下配線上にかけて設置する。上配線を設置するときエッチングにより上配線の形状が形成される。圧電体をエッチングするときに下配線が薄くなって下配線の電気抵抗が大きくなることを上配線が低減することができる。
【００２７】
［適用例７］
本適用例にかかる超音波装置であって、超音波を出力する振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子と、を備え、前記圧電素子が上記に記載の圧電素子であることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、超音波装置は振動板を備え、振動板が振動して超音波を出力する。振動板には上記の圧電素子が設けられている。上記の圧電素子は配線間の短絡が低減されている。従って、超音波装置は配線間の短絡が低減されている圧電素子を備えた装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態にかかわる圧電素子の構造を示す模式平面図。
【図２】圧電素子の構造を示す模式側断面図。
【図３】圧電素子の構造を示す模式側断面図。
【図４】圧電素子の製造方法のフローチャート。
【図５】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図６】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図７】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図８】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図９】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１０】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１１】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１２】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１３】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１４】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１５】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１６】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１７】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１８】圧電素子の製造方法を説明するための模式図。
【図１９】第２の実施形態にかかわる圧電素子の構造を示す模式平面図。
【図２０】圧電素子の構造を示す模式側断面図。
【図２１】第３の実施形態にかかわる圧電素子の構造を示す模式平面図。
【図２２】圧電素子の構造を示す模式平面図。
【図２３】圧電素子の構造を示す模式平面図。
【図２４】第４の実施形態にかかわる超音波装置の構成を示す概略斜視図。
【図２５】超音波センサーにおける圧電素子の配置を示す模式平面図。
【図２６】圧電素子の構造を示す模式側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施形態について図面に従って説明する。
尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００３１】
（第１の実施形態）
本実施形態では、特徴的な圧電素子と、この圧電素子の製造する特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる圧電素子について図１〜図３に従って説明する。図１は、圧電素子の構造を示す模式平面図である。図２は、圧電素子の構造を示す模式側断面図であり、図１のＡＡ線に沿う面側から見た図である。図３は、圧電素子の構造を示す模式側断面図であり、図１のＢＢ線に沿う面側から見た図である。
【００３２】
図１〜図３に示すように、圧電素子１は基板２を備えている。基板２上には下配線３が設置されている。基板２の厚み方向をＺ方向とし、基板２の平面上を下配線３が延びる方向をＹ方向とする。基板２の平面上で下配線３と直交する方向をＸ方向とする。
【００３３】
下配線３の上には下配線３の一部を覆って圧電体４が設置されている。換言すれば、下配線３は基板２と圧電体４との間に設けられている。Ｚ方向からみたとき圧電体４は平面形状が四角形であり、４つの辺を備えている。圧電体４の−Ｘ方向に位置する辺を第１辺４ａ、＋Ｙ方向に位置する辺を第２辺４ｂ、＋Ｘ方向を向く面を第３辺４ｃ、−Ｙ方向を向く面を第４辺４ｄとする。第１辺４ａ〜第４辺４ｄが辺に相当する。圧電体４は各辺を含む４つの側面を備えている。各側面は基板２の平面に対して傾斜する面となっている。−Ｘ方向を向く面を第１側面４ｅ、＋Ｙ方向を向く面を第２側面４ｆ、＋Ｘ方向を向く面を第３側面４ｇ、−Ｙ方向を向く面を第４側面４ｈとする。第１辺４ａ〜第４辺４ｄの各辺はそれぞれ対応する側面に含まれている。
【００３４】
下配線３と対向する場所には上配線５が設置されている。下配線３と同様に上配線５はＹ方向に延びる配線である。下配線３及び上配線５により第１配線６が構成されている。圧電体４が位置していない場所では上配線５は下配線３と重ねて設置されている。
【００３５】
上配線５は下配線３上から第２側面４ｆ及び第２辺４ｂを通って圧電体４の上面４ｉまで設置されている。さらに、上配線５は下配線３上から第４側面４ｈ及び第４辺４ｄを通って圧電体４の上面４ｉまで設置されている。従って、第１配線６は圧電体４から基板２にかけて設けられている。上面４ｉでは上配線５は分断されている。
【００３６】
上面４ｉでは分断された上配線５の間に第２配線７が設置されている。第２配線７はＸ方向に延びる配線である。第２配線７は圧電体４の上面４ｉから第１側面４ｅ及び第１辺４ａを通って基板２上まで設置されている。同様に、第２配線７は圧電体４の上面４ｉから第３側面４ｇ及び第３辺４ｃを通って基板２上まで設置されている。従って、第２配線７は圧電体４から基板２にかけて設けられている。本実施形態では、第１配線６は下配線３と上配線５とから構成されているが、上配線５が存在しない構成でも圧電素子１として機能する。
【００３７】
圧電体４の基板２側には第１配線６の下配線３が設置され、圧電体４の上面４ｉには第２配線７が設置されている。第１配線６と第２配線７との間に電圧を印加するとき、第１配線６と第２配線７とに挟まれた場所の圧電体４に電圧が加わる。電圧が加わった場所では圧電体４が変形する。また、圧電体４に外力を加えて変形させるとき、第１配線６と第２配線７との間に電圧差が生じる。
【００３８】
圧電体４の厚さ方向からみて、圧電体４と第１配線６とが重なる辺は第２辺４ｂ及び第４辺４ｄである。一方、圧電体４と第２配線７とが重なる辺は第１辺４ａ及び第３辺４ｃである。従って、圧電体４と第１配線６とが重なる辺と圧電体４と第２配線７とが重なる辺とは異なる。
【００３９】
圧電体４の厚さ方向からみて、第１辺４ａは第２辺４ｂと直交し、第４辺４ｄとも直交する。さらに、第３辺４ｃは第２辺４ｂと直交し、第４辺４ｄとも直交する。
【００４０】
圧電素子１を構成する材料は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、基板２には２酸化シリコンやジルコニウムが用いられている。第１配線６及び第２配線７にはイリジウムの膜とプラチナの膜とが積層された膜を用いている。圧電体４にはＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が用いられている。
【００４１】
圧電素子１の寸法は特に限定されない。本実施形態では、例えば、圧電体４の幅は６０μｍ、長さは周波数に対応する長さである。圧電体４の厚みは１．３μｍである。第１配線６の幅は１０μｍ〜４０μｍであり、厚みは４００ｎｍである。第２配線７の幅は４０μｍ〜１２０μｍであり、厚みは６０ｎｍである。
【００４２】
次に上述した圧電素子１の製造方法について図４〜図１８にて説明する。図４は、圧電素子の製造方法のフローチャートであり、図５〜図１８は圧電素子の製造方法を説明するための模式図である。図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１は第１電極設置工程に相当し、基板２上に下配線３を設置する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は圧電体設置工程である。この工程は、基板２及び下配線３上に圧電体４を設置する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は第２電極設置工程である。この工程は、上配線５及び第２配線７を設置する工程である。以上の工程により圧電素子１の製造工程が終了する。
【００４３】
次に、図５〜図１８を用いて、図４に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。図５〜図７はステップＳ１の第１電極設置工程に対応する図である。図５に示すように、基板２を用意する。そして、基板２上に金属膜８を設置する。本実施形態では、例えば、金属膜８は酸化イリジウム上にプラチナが積層される。プラチナは白金とも称される。金属膜８の設置方法は特に限定されないが本実施形態では、例えば、スパッタ法を用いて設置される。
【００４４】
次に、金属膜８上に感光性のレジストを設置し、下配線３の形状のマスクを重ねて露光する。次に、感光性のレジストをエッチングして除去し、さらに、金属膜８をエッチングしてレジストを除去する。その結果、図６及び図７に示すように、基板２上に下配線３が設置される。
【００４５】
図８〜図１５はステップＳ２の圧電体設置工程に対応する図である。図８に示すように、焦電体材料層９を設置する。焦電体材料層９は圧電体４の材料になる層であり、ＰＺＴ膜の層である。焦電体材料層９はスパッタ法やゾルゲル法を用いて設置される。スパッタ法では特定成分のＰＺＴ焼結体をスパッタリングのターゲットとして用い、基板２上にスパッタリングによりアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を形成する。
【００４６】
次に、このアモルファス状の圧電体膜前駆体膜を加熱し結晶化し、焼結させる。この加熱は例えば、酸素または酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス等の酸素雰囲気中において行われる。加熱工程では酸素雰囲気中で圧電体膜前駆体膜を５００〜７００℃の温度で加熱する。加熱によって圧電体膜前駆体膜を結晶化する。
【００４７】
ゾルゲル法では焦電体材料層９の材料となるチタン、ジルコニウム、鉛等の水酸化物の水和錯体であるゾルを作成する。このゾルを脱水処理してゲルとする。このゲルを加熱焼成して無機酸化物である焦電体材料層９を調製する。チタン、ジルコニウム、鉛、さらには他の金属成分のそれぞれのアルコキシドまたはアセテートを出発原料とする。この出発原料がゾルになっている。このゾルは有機高分子化合物と混合された組成物として用いられる。この有機高分子化合物は、乾燥及び焼成時に焦電体材料層９の残留応力を吸収し、焦電体材料層９にクラックが生ずる虞を低減する。
【００４８】
次に、基板２上にゾル組成物を塗布する。塗布方法には各種のコート法や印刷法が用いられる。塗布後ゾル組成物の膜を乾燥する。乾燥は自然乾燥、または８０℃以上２００℃以下の温度に加熱して乾燥する。次に、ゾル組成物の膜を焼成する。焼成温度は３００〜４５０℃の範囲で１０〜１２０分程度焼成する。焼成によりゾル組成物の膜がゲル化する。
【００４９】
次に温度を変えて再焼成する。焼成温度としては４００〜８００℃の範囲で、０．１〜５時間程度焼成する。再焼成では４００〜６００℃の範囲の温度の第一段階を行い。次に、６００〜８００℃以下の範囲の温度で第二段階を行う。これにより、多孔質ゲル薄膜が結晶質の金属酸化物からなる膜に変換される。この膜を積層膜にするときには出発原料の塗布から焼成までの工程を繰り返す。その後でプレアニールする。
【００５０】
次に、図９に示すように、焦電体材料層９の上にマスク膜の材料からなる膜を設置する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像しマスク膜の材料からなる膜をパターニングしてマスク膜１０を形成する。詳しくは、まず、感光性のレジスト膜を設置し、圧電体４の形状のマスクを重ねて露光する。次に、レジスト膜をエッチングして除去し、マスク膜１０を設置する。マスク膜１０の形状は圧電体４の形状にする。
【００５１】
図１０に示すように、マスク膜１０をマスクにしたドライエッチング法を用いて焦電体材料層９の一部を除去する。ドライエッチングにより、圧電体４がエッチングされて四角形になる。このとき、下配線３の表面も少しエッチングされる。ドライエッチングを行うとき、エッチングガス、マスク膜１０及び焦電体材料層９が化学反応を起こす。化学反応により合成物１１が形成される。例えば、圧電体４を四角形にするとき、４つの各辺に沿って合成物１１が形成される。この合成物１１により、圧電体４の側面が基板２の上面２ａに対して垂直に近い面になる。
【００５２】
図１１及び図１２に示すように、剥離液を用いてマスク膜１０を剥離する。その結果、基板２上に下配線３及び圧電体４が形成される。圧電体４の側面には硬い合成物１１が形成されている。
【００５３】
次に、図１３に示すように、外形に沿って付着する合成物１１が形成された基板２に薬液１２を吹き付ける。薬液１２は合成物１１を減少させるものであり、合成物１１の成分に合わせて調合するのが好ましい。薬液１２は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、フッ酸や王水等を用いている。合成物１１が付着する場所を除いてレジスト膜を設置しても良い。下配線３及び圧電体４の上面４ｉが薬液１２と反応することを予防することができる。
【００５４】
基板２上には圧電体４が複数配列して配置されている。そして、基板２の対向する場所にはノズル１３が複数設置されている。基板２は載置板１４上に設置され、載置板１４は回転機構１５の回転軸１５ａに固定されている。回転機構１５はモーター及び減速ギア等により構成されている。回転機構１５が基板２を回転しながら、ノズル１３が薬液１２を噴射する。そして、合成物１１に薬液１２が高速で吹き付けられる。ノズル１３が薬液１２を吹き付ける向きは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、ノズル１３は薬液１２を基板２の平面方向に対して斜めに射出する。この工程はスライトエッチングとも称される。
【００５５】
その結果、多くの圧電体４では合成物１１が除去される。または、合成物１１が減少される。図１４及び図１５に示すように、一部の圧電体４では合成物１１が残存する。圧電体４の４つの側面のうち合成物１１が残存するのは１つの面であることが多く、２つ以上の面に合成物１１が残存することはほとんどない。合成物１１が残存する面が第１側面４ｅ〜第４側面４ｈのどの面になるかは限定されない。各面にも合成物１１が残存する可能性がある。本実施形態では、例えば、第１側面４ｅの合成物１１が残存したときの説明をする。尚、第２側面４ｆ〜第４側面４ｈに合成物１１が残存したときにも同様の工程が行われる。
【００５６】
図１６〜図１８はステップＳ３の第２電極設置工程に対応する図である。図１６に示すように、ステップＳ３において、金属膜１６を成膜する。金属膜１６は上配線５及び第２配線７の材料となる膜である。金属膜１６の成膜方法は特に限定されないが本実施形態では、例えば、スパッタ法を用いている。
【００５７】
次に、金属膜１６の上に感光性の材料からなる膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像し膜をパターニングしてマスク膜を形成する。マスク膜の形状を第１配線６及び第２配線７の形状にする。次に、マスク膜をマスクにして金属膜１６をドライエッチングする。その結果、図１７及び図１８に示すように金属膜１６から上配線５及び第２配線７が形成される。ドライエッチングはウエットエッチングに比べて平面方向のオーバーエッチング量が少ないので微細なパターンを精度良く形成することができる。
【００５８】
第１配線６は下配線３と上配線５とが重ねられている。従って、圧電体４をパターニングするときに下配線３の厚みが薄くなっても、上配線５により配線抵抗が高くなることが抑制される。本実施形態では、第１配線６は下配線３と上配線５とから構成されているが、上配線５が存在しない構成でも圧電素子１として機能する。
【００５９】
第１側面４ｅには合成物１１が在るので、第１側面４ｅでは側面が急斜面になっている。このため、金属膜１６の残渣１７が残ることがある。第１配線６は第２側面４ｆ及び第４側面４ｈに設置され、第２配線７は第１側面４ｅ及び第３側面４ｇに設置されている。第１配線６と第２配線７とは異なる辺に設けられているので、第１配線６及び第２配線７の一方は合成物１１が残存する確率の低い側面に設けられる。合成物１１が残存しない側面では金属膜１６の残渣１７が残らない。従って、圧電素子１の構造は、第１配線６と第２配線７とが金属膜１６の残渣１７により短絡することを低減することができる。
【００６０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、圧電素子１は基板２を備え、基板２上に圧電体４が設けられている。圧電体４は厚さ方向からみて４つの辺を備えている。圧電体４から基板２にかけて第１配線６及び第２配線７が設けられている。そして、圧電体４の厚さ方向からみて、圧電体４と第１配線６とが重なる辺と圧電体４と第２配線７とが重なる辺とが異なっている。
【００６１】
圧電体４の外形は、圧電体４の外形形状と同形状のレジストを設置してドライエッチングにて形成される。圧電体４の側面は傾斜をつけて形成される。このとき、レジスト、エッチング雰囲気、圧電体４の材料が反応して、突形状の合成物１１が圧電体４の外形に沿って成長する。この合成物１１は圧電体４の厚み方向に突出する。この合成物１１により圧電体４の側面は基板２の平面に対して直角に近くなる。合成物１１を除去するために薬液１２を吹き付ける。このとき、４の辺の内１つの辺に合成物が残存する確率が２つ以上の辺に合成物１１が残存する確率よりはるかに高い。
【００６２】
第１配線６及び第２配線７は同じ金属膜１６をドライエッチングして形成される。このとき、合成物１１がある辺では側面が急斜面なため、金属膜１６の残渣１７が残ることがある。本実施形態では第１配線６と第２配線７とは異なる辺に設けられているので、第１配線６及び第２配線７の一方は合成物１１が残存する確率の低い側面に設けられる。合成物１１が残存しない側面では金属膜１６の残渣１７が残り難い。従って、圧電素子１の構造は、第１配線６と第２配線７とが金属膜１６の残渣１７により短絡することを低減することができる。
【００６３】
（２）本実施形態によれば、圧電体４は厚さ方向からみて第１辺４ａ及び第２辺４ｂを備えている。そして、第１辺４ａと第２辺４ｂとは直交している。このとき、第１辺４ａの法線の向きと第２辺４ｂの法線の向きが異なるので、薬液１２を吹き付けて一方の辺の合成物１１を除去する確率を高くすることができる。
【００６４】
（３）本実施形態によれば、第１配線６は下配線３と上配線５とから構成されている。基板２上に下配線３が設けられ、下配線３上に圧電体４が設けられている。そして、上配線５が圧電体４上から下配線３上にかけて設けられている。圧電体４を設けるとき圧電体４の形状はエッチングにより形成される。圧電体４と重ならない場所の下配線３がエッチングにより薄くなるときにも、第１配線６の抵抗が小さくなることを上配線５が低減できる。
【００６５】
（４）本実施形態によれば、基板２上に設けられた圧電体４をドライエッチングして４つの辺を有する外形を形成する。圧電体４の側面は傾斜をつけて形成される。このとき、レジスト、エッチング雰囲気、圧電体４の材料が反応して、突形状の合成物１１が圧電体４の外形に沿って成長する。この合成物１１は圧電体４の厚み方向に突出する。この合成物１１により圧電体４の側面は基板２の平面に対して直角に近くなる。
【００６６】
圧電体４の外形に沿う合成物１１を減少させる薬液１２を吹き付ける処理を行う。このとき、４の辺の内１つの辺に合成物が残存する確率が２つ以上の辺に合成物１１が残存する確率より高い。次に、第１配線６と第２配線７とを異なる辺に設置する。
【００６７】
上配線５及び第２配線７は同じ金属膜１６をドライエッチングして形成される。このとき、合成物１１がある辺では側面が急斜面なため、金属膜１６の残渣１７が残ることがある。本実施形態では第１配線６と第２配線７とは異なる辺に設けられているので、第１配線６及び第２配線７の一方は合成物１１が残存しない側面に設けられる。合成物１１が残存しない側面では金属膜１６の残渣１７が残らない。従って、圧電素子１の構造は、第１配線６と第２配線７とが金属膜１６の残渣により短絡することを低減することができる。
【００６８】
（５）本実施形態によれば、第１配線６は下配線３と上配線５とを含んでいる。圧電体４の外形を形成する前に基板２上に下配線３を設置する。そして、下配線３上に圧電体４を設置する。次に、上配線５を圧電体４上から下配線３上にかけて設置する。上配線５を設置するときエッチングにより上配線５の形状が形成される。圧電体４のエッチングにより下配線３が薄くなって下配線３の電気抵抗が大きくなることを上配線５が低減することができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、圧電素子の一実施形態について図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は、圧電素子の構造を示す模式平面図である。図２０は、圧電素子の構造を示す模式側断面図であり、図１９のＣＣ線に沿う面側から見た図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１配線及び第２配線の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００７０】
すなわち、本実施形態では、図１９に示すように圧電素子２０では基板２上に圧電体４が設置されている。そして、圧電素子２０には第１配線２１及び第２配線２２が設置されている。第１配線２１は第１辺４ａに重ねて設置されている。第２配線２２は第２辺４ｂ、第３辺４ｃ及び第４辺４ｄに重ねて設置されている。
【００７１】
従って、圧電体４と第１配線２１とが重なる辺と圧電体４と第２配線２２とが重なる辺とが異なっている。このとき、第１側面４ｅ〜第４側面４ｈのうちいずれか１つの側面に金属膜１６の残渣１７が存在しても第１配線２１と第２配線２２とが短絡することを抑制することができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に、圧電素子の一実施形態について図２１〜図２３を用いて説明する。図２１〜図２３は、圧電素子の構造を示す模式平面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、圧電体の平面形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００７３】
すなわち、本実施形態では、図２１に示すように圧電素子２５では基板２上に圧電体２６が設置されている。圧電体２６は厚さ方向から見た外形が曲線を有している。そして、圧電素子２５には第１配線２７及び第２配線２８が設置されている。第１配線２７は圧電体２６の第１位置２６ａから基板２にかけて設置されている。第２配線２８は圧電体２６の第２位置２６ｂから基板２にかけて設置されている。そして、第１位置２６ａにおける外形の法線の向きと、第２位置２６ｂにおける外形の法線の向きと、がなす角度は９０度になっている。
【００７４】
圧電体２６の外形は、圧電体２６の外形形状と同形状のマスク膜１０を設置してドライエッチングにて形成される。このとき、マスク膜１０、エッチング雰囲気、圧電体２６の材料が反応して、突形状の合成物１１が圧電体２６の外形に沿って成長する。この合成物１１は圧電体２６の厚み方向に突出する。この合成物１１により圧電体２６の側面は基板２の平面に対して直角に近くなる。合成物１１を減少させる薬液１２を吹き付ける。このとき、第１位置２６ａにおける外形の法線の向きと、第２位置２６ｂにおける外形の法線の向きとがなす角度が９０度以上２７０度以下のときは鋭角の時に比べて両方に合成物が残存する確率を低くすることができる。
【００７５】
第１配線２７及び第２配線２８は同じ金属膜１６をドライエッチングして形成される。このとき、合成物１１がある辺では側面が急斜面なため、金属膜１６の残渣１７が残ることがある。本実施形態では第１配線２７と第２配線２８とは異なる方向を向く辺に設けられており、第１配線２７及び第２配線２８の一方は合成物が残存しない確率が高い側面に設けられる。合成物１１が残存しない側面では金属膜１６の残渣１７が残らない。従って、圧電素子２５の構造は、第１配線２７と第２配線２８とが金属膜１６の残渣１７により短絡することを低減できる。
【００７６】
図２２に示すように圧電素子２９では基板２上に圧電体３０が設置されている。そして、圧電体３０には第１配線３１及び第２配線３２が設置されている。第１配線３１は圧電体３０の第１位置３０ａから基板２にかけて設置されている。第２配線３２は圧電体３０の第２位置３０ｂから基板２にかけて設置されている。そして、第１位置３０ａにおける外形の法線の向きと、第２位置３０ｂにおける外形の法線の向きと、がなす角度は１２０度になっている。従って、圧電素子２９の構造は、第１配線３１と第２配線３２とが金属膜１６の残渣１７により短絡することを低減できる。
【００７７】
図２３に示すように圧電素子３３では基板２上に圧電体３４が設置されている。そして、圧電素子３３には第１配線３５及び第２配線３６が設置されている。第１配線３５は圧電体３４の第１位置３４ａから基板２にかけて設置されている。第２配線３６は圧電体３４の第２位置３４ｂから基板２にかけて設置されている。そして、第１位置３４ａにおける外形の法線の向きと、第２位置３４ｂにおける外形の法線の向きと、がなす角度は２００度になっている。
【００７８】
さらに、第１配線３５は圧電体３４の第１位置としての第３位置３４ｃから基板２にかけて設置されている。第２配線３６は圧電体３４の第２位置としての第４位置３４ｄから基板２にかけて設置されている。そして、第３位置３４ｃにおける外形の法線の向きと、第４位置３４ｄにおける外形の法線の向きと、がなす角度は１１０度になっている。従って、圧電素子３３の構造は、第１配線３５と第２配線３６とが金属膜１６の残渣１７により短絡することを低減できる。
【００７９】
（第４の実施形態）
次に、圧電素子が設置された超音波装置の一実施形態について図２４〜図２６を用いて説明する。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【００８０】
図２４は超音波装置の構成をしめす概略斜視図である。図２４に示すように、超音波装置３９は超音波プローブ４０を備えている。超音波プローブ４０は一方向に長い略直方体の形状をしている。超音波プローブ４０の長手方向をＺ方向とする。超音波プローブ４０の−Ｚ方向の面は略平坦な面であり、平面形状が四角形になっている。平面形状の直交する２辺が延びる方向をＸ方向及びＹ方向とする。
【００８１】
超音波プローブ４０の−Ｚ方向側には超音波センサー４１が設置されている。超音波プローブ４０の−Ｚ方向側の面では筐体から超音波センサー４１が露出している。超音波プローブ４０の内部には超音波センサー４１を駆動する駆動部４２が設置され、超音波センサー４１と駆動部４２とがケーブル４３により接続されている。
【００８２】
超音波プローブ４０はケーブル４４を介して制御装置４５と接続されている。制御装置４５は超音波プローブ４０が出力するデータ信号を入力し、データ信号を解析して表示する装置である。
【００８３】
超音波プローブ４０は生体４６の表面に押圧して用いられる。超音波プローブ４０は超音波センサー４１から生体４６に向けて超音波を発信する。そして、超音波センサー４１は生体４６の内部で反射した反射波を受信する。反射波は反射して戻る時間が反射した面により異なるので、反射波が戻る時間を解析することにより生体４６の内部の構造を非破壊検査することができる。超音波センサー４１が受信した反射波のデータ信号はケーブル４３、駆動部４２、ケーブル４４を介して制御装置４５に送信される。制御装置４５は反射波のデータ信号を受信して解析する。そして、制御装置４５は生体４６の内部構造を画像に変換して表示する。
【００８４】
図２５は超音波センサーにおける圧電素子の配置を示す模式平面図である。図２５に示すように、超音波センサー４１を−Ｚ方向から見たとき、圧電素子４７が格子状に配置されている。圧電素子４７には超音波を出力する素子と超音波を受信する素子とが含まれている。
【００８５】
図２６は圧電素子の構造を示す模式側断面図である。図２６に示すように、超音波センサー４１は基板４８を備えている。基板４８はシリコン基板であり、凹部４９が形成されている。そして、基板４８の片面には振動板５０が設置されている。振動板５０は下層と上層からなり、下層は酸化シリコンであり、上層は酸化ジルコウムから形成されている。そして、振動板５０の上に圧電素子４７が設置されている。
【００８６】
振動板５０には圧電体４が設置され、振動板５０上には下配線３、圧電体４、上配線５及び第２配線７が重ねて設置されている。この振動板５０上の設置された圧電素子４７が第１の実施形態に記載された圧電素子１と同じ構造になっている。従って、圧電素子４７は配線間の短絡が低減されている構造になっている。
【００８７】
第１配線６と第２配線７との間にパルス信号を加えるとき圧電体４が伸縮して振動する。これにより、振動板５０が振動して超音波が発信される。また、圧電素子４７に超音波が照射されるとき、振動板５０が振動して圧電体４が伸縮する。このとき、第１配線６と第２配線７との間に振動に対応した電圧が生じる。従って、圧電素子４７は超音波の発信と受信とを行うことができる。
【００８８】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波装置３９は圧電素子４７を備えている。圧電素子４７は振動板５０を備え、振動板５０が振動して超音波を出力する。振動板５０には上記の圧電素子１と同じ構造の素子が設けられている。従って、圧電素子４７は配線間の短絡が低減されている。従って、超音波装置３９は配線間の短絡が低減されている圧電素子４７を備えた装置とすることができる。
【００８９】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、圧電体４の平面形状は四角形であったが、三角形でも良く、五角形以上の角を有する多角形でも良い。このときにも、配線を異なる辺に設置することにより、金属膜１６の残渣１７による短絡を低減することができる。
【００９０】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、圧電体４上に２つの配線が設置された。圧電体４上に３つ以上の配線が設置されても良い。このときにも、配線を異なる辺に設置することにより、金属膜１６の残渣１７による短絡を低減することができる。
【００９１】
（変形例３）
前記第４の実施形態では、圧電素子４７に第１の実施形態の圧電素子１を用いた。他にも、圧電素子４７に第２の実施形態の圧電素子２０を用いても良く。圧電素子４７に第３の実施形態の圧電素子２５、圧電素子２９または圧電素子３３を用いても良い。このときにも、配線間の短絡を低減することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，２５，２９，３３，４７…圧電素子、２…基板、３…下配線、４，２６，３０，３４…圧電体、４ａ…辺としての第１辺、４ｂ…辺としての第２辺、４ｃ…辺としての第３辺、４ｄ…辺としての第４辺、５…上配線、６，２７，３１，３５…第１配線、７，２８，３２，３６…第２配線、２６ａ，３０ａ，３４ａ…第１位置、２６ｂ，３０ｂ，３４ｂ…第２位置、３４ｃ…第１位置としての第３位置、３４ｄ…第２位置としての第４位置、３９…超音波装置、５０…振動板。
【図１】
2020065070.tif 000003
【図２】
2020065070.tif 000004
【図３】
2020065070.tif 000005
【図４】
2020065070.tif 000006
【図５】
2020065070.tif 000007
【図６】
2020065070.tif 000008
【図７】
2020065070.tif 000009
【図８】
2020065070.tif 000010
【図９】
2020065070.tif 000011
【図１０】
2020065070.tif 000012
【図１１】
2020065070.tif 000013
【図１２】
2020065070.tif 000014
【図１３】
2020065070.tif 000015
【図１４】
2020065070.tif 000016
【図１５】
2020065070.tif 000017
【図１６】
2020065070.tif 000018
【図１７】
2020065070.tif 000019
【図１８】
2020065070.tif 000020
【図１９】
2020065070.tif 000021
【図２０】
2020065070.tif 000022
【図２１】
2020065070.tif 000023
【図２２】
2020065070.tif 000024
【図２３】
2020065070.tif 000025
【図２４】
2020065070.tif 000026
【図２５】
2020065070.tif 000027
【図２６】
2020065070.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月16日(2020.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられ、厚さ方向から見た外形が曲線を有する圧電体と、
前記圧電体の第１位置から前記基板にかけて設けられた第１配線と、
前記圧電体の第２位置から前記基板にかけて設けられた第２配線と、を備え、
前記第１位置における外形の法線の向きと、前記第２位置における外形の法線の向きと、がなす角度は９０度以上２７０度以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
超音波を出力する振動板と、
前記振動板を振動させる圧電素子と、を備え、
前記圧電素子が請求項１に記載の圧電素子であることを特徴とする超音波装置。