(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１圧電素子層を形成する第１圧電素子層形成段階と、
前記第１圧電素子層上に絶縁体の支持層を形成する支持層形成段階と、
前記支持層上に第２圧電素子層を形成する第２圧電素子層形成段階と、
前記基板の一部を除去して、前記第１圧電素子層、前記支持層、および前記第２圧電素子層を有し、一端は前記基板と分離された可動端となり、他端は前記基板に固定された固定端となるアクチュエータを形成する除去段階と、
を備えるバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記第１圧電素子層形成段階は、
前記基板上に導電性材料で第１電極層を成膜する第１電極層成膜段階と、
前記第１電極層上にゾルゲル材料を塗布してアニールすることにより、前記第１電極層上に第１圧電膜を成膜する第１圧電膜成膜段階と、
前記第１圧電膜上に導電性材料で第２電極層を成膜する第２電極層成膜段階と、
を有する請求項１に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記第２電極層成膜段階は、前記第１圧電膜と前記第２電極層との間に第１導電性酸化物膜を成膜する第１酸化物膜成膜段階を含む請求項２に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記第２圧電素子層形成段階は、
前記支持層上に導電性材料で第３電極層を成膜する第３電極層成膜段階と、
前記第３電極層上にゾルゲル材料を塗布してアニールすることにより、前記第３電極層上に第２圧電膜を成膜する第２圧電膜成膜段階と、
前記第２圧電膜上に導電性材料で第４電極層を成膜する第４電極層成膜段階と、
を有する請求項２または３に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記第４電極層成膜段階は、前記第２圧電膜と前記第４電極層との間に第２導電性酸化物膜を成膜する第２酸化物膜成膜段階を含む請求項４に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記第１電極層成膜段階は、予め定められた成長温度で前記第１電極層を成膜して、前記第１電極層を予め定められた方向に優先配向させ、
前記第１圧電膜成膜段階は、前記第１圧電膜を前記第１電極層の前記優先配向に応じて前記予め定められた方向に配向させ、
前記第３電極層成膜段階は、予め定められた成長温度で前記第３電極層を成膜して、前記第３電極層を予め定められた方向に優先配向させ、
前記第２圧電膜成膜段階は、前記第３電極層上に成膜される前記第２圧電膜を、前記第３電極層の前記優先配向に応じて前記予め定められた方向に配向させる
請求項４または５に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記支持層形成段階は、前記第２電極層上に絶縁材料で前記支持層を成膜する支持層成膜段階と、成膜した前記支持層をアニールする支持層アニール段階とを含む請求項４から６のいずれか１項に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記第１圧電素子層形成段階は、前記基板と前記第１電極層との間に絶縁材料で第１保護膜を成膜する第１保護膜成膜段階と、前記第１保護膜をアニールする第１アニール段階とを更に含み、
前記第２圧電素子層形成段階は、前記第４電極層上に絶縁材料で第２保護膜を成膜する第２保護膜成膜段階と、前記第２保護膜をアニールする第２アニール段階とを更に備える請求項７に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記支持層アニール段階、前記第１アニール段階、および前記第２アニール段階は、前記第１圧電膜成膜段階のアニールのアニール時間以上のアニール時間で、かつ、前記第１圧電膜成膜段階のアニールの温度勾配以下の温度勾配でアニールする請求項８に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁材料は、ＳｉＯ２またはＳｉＮを主成分とする請求項７から９のいずれか１項に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記ゾルゲル材料は、ＰＺＴゾルゲル液を含む請求項３から１０のいずれか１項に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記導電性酸化物膜は、Ｉｒ系酸化物、Ｒｕ系酸化物、またはＬＳＣＯ、ＬＮＯ等の酸化物を主成分とする請求項１１に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
第１接点が設けられた接点部と、
請求項１から１２のいずれか１項に記載のバイモルフ型アクチュエータの製造方法で製造され、第２接点が更に設けられ、前記第２接点を移動させて前記第１接点と接触または離間させるアクチュエータと、
を備えるスイッチ装置。
【請求項１４】
入力端と複数の出力端のそれぞれの間に各々接続された複数の請求項１３に記載のスイッチ装置を備える伝送路切替装置。
【請求項１５】
被試験デバイスをループバック試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部からの信号を前記被試験デバイスに供給するか、前記被試験デバイスからの信号を前記被試験デバイスにループバックさせるかを切り換える請求項１４に記載の伝送路切替装置と、
を備える試験装置。
【請求項１６】
被試験デバイスを試験する試験装置であって、
前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
前記試験部および前記被試験デバイスの間に設けられ、前記試験部および前記被試験デバイスの間を電気的に接続または切断する請求項１３に記載のスイッチ装置と、
を備える試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの製造方法、スイッチ装置、伝送路切替装置、および試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電膜と当該圧電膜に電圧を印加する電極とを設け、当該圧電膜に電圧が印加されて当該圧電膜が伸縮することによって、伸縮に応じた動作をするアクチュエータが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２００１−１９１３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなアクチュエータは、圧電膜を伸縮させて動作して接点を接触または離間させるスイッチとして用いた場合、接点同士が凝着して接点を離間させることができなくなることがあった。また、このようなアクチュエータは、異なる材料を積層させて形成するので、電圧を印加しない初期状態においても圧電膜の応力等によりそりが生じていた。また、圧電膜は、伸縮動作を繰り返すことによって、寿命が短くなることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、基板上に第１圧電素子層を形成する第１圧電素子層形成段階と、第１圧電素子層上に絶縁体の支持層を形成する支持層形成段階と、支持層上に第２圧電素子層を形成する第２圧電素子層形成段階と、基板の一部を除去して、第１圧電素子層、前記支持層、および前記第２圧電素子層を有するアクチュエータを形成する除去段階と、を備えるバイモルフ型アクチュエータの製造方法を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。
【図３】本実施形態に係るスイッチ装置１００を形成する製造方法の一例を示す。
【図４】本実施形態に係る台座部３２０となる基板上に第１保護膜１５２を形成した段階の断面を示す。
【図５】本実施形態に係る第１保護膜１５２上に第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を形成した段階の断面を示す。
【図６】本実施形態に係る第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を加工した段階の断面を示す。
【図７】本実施形態に係る第２電極層１６４上に支持層１５０、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を形成した段階の断面を示す。
【図８】本実施形態に係る第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を加工した段階の断面を示す。
【図９】本実施形態に係る第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を加工した段階の上面図を示す。
【図１０】本実施形態に係る第４電極層１６８上に第２保護膜１５４を形成した段階の断面を示す。
【図１１】本実施形態に係る支持層１５０、第２保護膜１５４、および第１保護膜１５２を加工して、第２接点部１３２を形成した段階の断面を示す。
【図１２】本実施形態に係る支持層１５０、第２保護膜１５４、および第１保護膜１５２を加工して、第２接点部１３２を形成した段階の上面図を示す。
【図１３】本実施形態に係る基板を加工して、台座部３２０を形成した段階の断面を示す。
【図１４】本実施形態に係る基板を加工して、台座部３２０を形成した段階の台座部３２０の下面図を示す。
【図１５】本実施形態に係る台座部３２０と、キャビティ部３１０と、基体下部１１０とを接続した段階の断面を示す。
【図１６】本実施形態に係る台座部３２０と、基体上部３３０とを接続した段階の断面を示す。
【図１７】本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【図１８】本実施形態に係る伝送路切替装置５００の構成例を示す。
【図１９】本実施形態に係るループバック試験する試験装置の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の構成例を示す。図２は、本実施形態に係るスイッチ装置１００の側面図を示す。スイッチ装置１００は、圧電膜と圧電膜に電圧を印加する電極との間に導電性酸化膜を備え、圧電膜を長寿命化させる。また、スイッチ装置１００は、アクチュエータ１３０の剛性を高めつつ、アクチュエータ１３０の割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊を防ぐ。
【０００９】
スイッチ装置１００は、基体下部に設けられた固定接点である第１接点１２２と、アクチュエータに設けられた可動接点である第２接点１３４とを接触または離間させることにより、固定接点および可動接点間の電気的導通または非導通を切り換える。スイッチ装置１００は、パッケージ等に密封されて収容された装置であってよい。スイッチ装置１００は、基体下部１１０と、アクチュエータ１３０と、第１電源部１８０と、第２電源部１８２と、基準電圧１８４と、制御部１９０と、キャビティ部３１０と、台座部３２０と、基体上部３３０とを備える。
【００１０】
基体下部１１０は、固定接点が設けられる平坦な第１面を有する。また、基体下部１１０は、第１面とは異なる第２面に、外部と電気信号および電源等を授受する配線部を有してよい。基体下部１１０は、ガラス基板等の絶縁体であってよく、これに代えてシリコン等の半導体基板等であってよい。基体下部１１０は、ビア１１２と、配線部１１４と、グランド線１１６と、グランド線１１８と、第１信号線１２０と、第１接点１２２ａと、第１接点１２２ｂと、第２信号線１２４とを有する。
【００１１】
ビア１１２は、基体下部１１０を貫通して金属で被覆されることで、第１面に形成される電気配線と第２面に形成される電気配線とを電気的に接続する。一例として、ビア１１２は、第１接点１２２と第２面に形成された配線部１１４とを電気的に接続する。また、ビア１１２は、導電性材料が充填されて、貫通孔が形成される基体下部１１０の上面と下面の密閉性を保つように形成されてよい。ビア１１２は、基体下部１１０に設けられる第１接点１２２の数およびアクチュエータ１３０に供給する電気信号および電源等の数に応じて、基体下部１１０に複数設けられてよい。
【００１２】
配線部１１４は、スイッチ装置１００を通過させる信号、アクチュエータ１３０に供給する電気信号、または電源電圧等を伝送する。配線部１１４は、少なくとも１つのビア１１２に対して信号を送信または受信させるべく、基体下部１１０の第１面または第２面に設けられる導電性の配線パターンであってよい。これに代えて、配線部１１４は、基体上部３３０の第１面または第２面に設けられてもよい。配線部１１４は、ランド、コネクタ、および／またはアンテナ等を含み、外部からスイッチ装置１００に通過させる信号を送受信してよい。
【００１３】
グランド線１１６およびグランド線１１８は、基体下部１１０の第１面に設けられ、ビア１１２および配線部１１４を介して基準電圧１８４に接続される。グランド線１１６およびグランド線１１８は、導電性の配線パターンであってよい。
【００１４】
第１信号線１２０および第２信号線１２４は、基体下部１１０の第１面の、グランド線１１６およびグランド線１１８の間に設けられる。第１信号線１２０および第２信号線１２４は、導電性の配線パターンであってよい。
【００１５】
ここで、グランド線１１６、グランド線１１８、第１信号線１２０、および第２信号線１２４は、コプレーナ伝送線路を形成してよい。即ち、第１信号線１２０および第２信号線１２４の線幅、第１信号線１２０および第２信号線１２４とグランド線１１６との間隔、ならびに第１信号線１２０および第２信号線１２４とグランド線１１８との間隔は、第１信号線１２０および第２信号線１２４の特性インピーダンスに応じて予め定められた値で形成される。これによって、第１信号線１２０および第２信号線１２４は、数十ＧＨｚに至る高周波信号を伝送することができる。
【００１６】
なお、スイッチ装置１００を通過させる電気信号が、コプレーナ伝送線路を形成しなくても伝送できる程度の低周波信号の場合、グランド線１１６およびグランド線１１８は無くてもよい。
【００１７】
第１信号線１２０には、第１接点１２２ａが、第２信号線１２４には、第１接点１２２ｂが、それぞれ設けられる。第１接点１２２は、突部のない平面状のパッドであってよい。第１接点１２２は、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、インジウム、イリジウム、オスミウム、モリブデン、および／またはニッケルを含んでよい。ここで、第１接点１２２は、これらの材料を含む２以上の材料の合金であってよい。また、第１信号線１２０および第２信号線１２４は、第１接点１２２と略同一の材質で形成されてよい。
【００１８】
アクチュエータ１３０は、第２接点１３４を有し、第２接点１３４を移動させて第１接点１２２と接触または離間させる。アクチュエータ１３０は、ゾルゲル法およびＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等を用いる半導体製造装置等によって成膜されてよい。アクチュエータ１３０は、第２接点部１３２と、第１圧電膜１３６と、第２圧電膜１３８と、支持層１５０と、第１保護膜１５２と、第２保護膜１５４と、突出部１５６と、第１圧電膜１３６の第１電極層１６２および第２電極層１６４と、第２圧電膜１３８の第３電極層１６６および第４電極層１６８と、第１導電性酸化物膜２１０と、第２導電性酸化物膜２２０とを有する。
【００１９】
第２接点部１３２には、第２接点１３４が設けられる。第２接点部１３２は、第１接点１２２と同様の金属を含んでよい。第２接点１３４は、突起を有する形状であってよい。これに代えて、第２接点１３４は、突部のない平面であってもよい。
【００２０】
第２接点１３４は、第１接点１２２の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状であってよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。一例として、第２接点１３４は、第１接点１２２と接触して伝送線路を形成する場合に、伝送する信号の周波数に応じた伝送線路幅等を形成するように、予め定められた形状で設けられてよい。
【００２１】
本実施例において、スイッチ装置１００は、第１接点１２２ａおよび第１接点１２２ｂが基体下部１１０に設けられ、１つの第２接点１３４と接触または離間する。これにより、スイッチ装置１００は、第２接点１３４を介して第１接点１２２ａと第１接点１２２ｂとの間の電気的導通または非導通を切り換える。一例として、配線部１１４は、外部からの電気信号を第１接点１２２ａへと伝送し、スイッチ装置１００がＯＮの場合に当該電気信号を第１接点１２２ｂから外部へと伝送する。
【００２２】
これに代えて、スイッチ装置１００は、基体下部１１０に１つの第１接点１２２を有し、アクチュエータ１３０に外部からの電気信号を第２接点１３４へと伝送する配線を有してもよい。また、当該配線は、第１接点１２２に伝送される外部からの電気信号を、第２接点１３４を介して受け取り、外部へと伝送してもよい。このように、スイッチ装置１００は、第１接点１２２から第２接点１３４への信号伝送をＯＮ／ＯＦＦし、ＯＮの場合に、外部から入力された信号を第１接点１２２から第２接点１３４を介して外部へと伝送してよい。
【００２３】
第１圧電膜１３６は、支持層１５０の上面に形成される。第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧に応じて伸縮してよい。この場合、第１圧電膜１３６は、第１駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００２４】
第１圧電膜１３６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のウルツ鉱型の結晶、またはチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体等により形成されてよい。
【００２５】
第２圧電膜１３８は、支持層１５０を介して第１圧電膜１３６に対向して、支持層１５０の第１圧電膜１３６が形成される面とは反対側の面に設けられ、第２駆動電圧に応じて伸縮してアクチュエータ１３０のそり量を変化させる。第２圧電膜１３８は、第２駆動電圧を印加された場合に、アクチュエータ１３０の長さ方向に伸縮して、第１接点１２２と第２接点１３４との距離が変化する方向にアクチュエータ１３０を湾曲させるように配される。
【００２６】
第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、ペロブスカイト系強誘電体等を用いてよい。第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と略同一の材料で、かつ、第１圧電膜１３６と略同一の形状で形成されることが望ましい。また、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の膜厚は、０．１μｍ〜５μｍの範囲で形成されてよい。ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８としてＰＺＴを成膜する場合、チタン酸鉛（ＰＴ）を成膜してからＰＺＴを成膜してよい。これによって、ＰＺＴは、結晶性良く成膜することができる。
【００２７】
ここで、第１圧電膜１３６は、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加しない状態におけるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第１圧電膜１３６は、第２圧電膜１３８と略同一の材料で、かつ、第２圧電膜１３８と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第２圧電膜１３８が形成される面と反対側に設けられるので、第２圧電膜１３８によって生じるそりと反対方向にそるように応力が働き、アクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００２８】
また、第１圧電膜１３６は、第２圧電膜１３８の温度変化に伴う伸縮により生じるアクチュエータ１３０のそりを抑える。第２圧電膜１３８は、異なる熱膨張計数の材質の膜の面上に積層されるので、温度変化に伴って熱応力によって変形し、アクチュエータ１３０にそりを生じさせる。第１圧電膜１３６は、第２圧電膜１３８と略同一の材料で、かつ、第２圧電膜１３８と略同一の形状で形成され、アクチュエータ１３０の第２圧電膜１３８が形成される面と反対側に設けられるので、温度変化によって生じるそりに対しても反対方向にそるように応力が働き、アクチュエータ１３０の温度変化に伴うそりを抑えることができる。
【００２９】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の間に設けられる。支持層１５０は、力の印加によって変形する弾性を有し、第１圧電膜１３６および／または第２圧電膜１３８が伸縮して力を印加することによって、湾曲される。また、支持層１５０は、アクチュエータ１３０が撓みすぎるのを抑制する剛性を有し、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の電界の印加が停止すると、アクチュエータ１３０は初期位置に戻る。
【００３０】
支持層１５０は、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８が形成される場合に、当該圧電膜と共に焼成温度に加熱される。即ち、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱されて、支持層１５０上の異なる面にそれぞれ形成され、支持層１５０は、第１圧電膜１３６および／または第２圧電膜１３８と共に焼成温度に加熱される。
【００３１】
そこで支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても破壊されない材質で形成される。第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８をＰＺＴ等で形成する場合、焼成温度は、略７００℃以上に達する場合もある。したがって、支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても、割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。
【００３２】
また、支持層１５０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の焼成温度に加熱しても圧電膜または電極層と化学反応を生じ難い材質で形成されることが望ましい。第１支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、圧電膜または電極層と化合物を形成して、割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない材質で形成することが望ましい。また、この場合、支持層１５０は、圧電膜の焼成温度の加熱によって、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の圧電定数等の膜特性を劣化させない材質で形成することが望ましい。
【００３３】
支持層は、絶縁材料で形成される。支持層１５０は、絶縁材料で形成されることで、例えば７００℃程度の圧電膜の焼成温度に耐え、金属膜よりも安価なＣＶＤ等の製造方法により短時間で形成することができる。
【００３４】
支持層１５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）を含む。これに代えて、支持層１５０は、アルミニウム、金、白金等の導電体、ガラス等の絶縁体、またはシリコン等の半導体を用いてよい。また、支持層１５０の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍの範囲で形成されてよい。
【００３５】
第１保護膜１５２は、絶縁材料で形成され、第１圧電膜１３６における支持層１５０とは反対側から第１圧電膜１３６の少なくとも一部を覆い、かつ、第１圧電膜１３６の端部の少なくとも一部において支持層１５０と接する。第１保護膜１５２および支持層１５０は、第１圧電膜１３６、第１電極層１６２および第２電極層１６４が露出しないように各層を覆うように形成されてよい。ここで、第１保護膜１５２および支持層１５０は、第１電極層１６２および第２電極層１６４がそれぞれ配線部１１４と接続される接続部を露出させて形成されてよい。
【００３６】
ここで、第１保護膜１５２および支持層１５０は、第１圧電膜１３６、第１電極層１６２および第２電極層１６４の一部を覆って形成されてよい。例えば、第１保護膜１５２および支持層１５０は、各層の側部を覆う。即ち、第１保護膜１５２および支持層１５０は、アクチュエータ１３０の側部において覆う。また、第１保護膜１５２および支持層１５０は、アクチュエータ１３０の側部の支持層１５０側を覆ってもよい。
【００３７】
第２保護膜１５４は、絶縁材料で形成され、第２圧電膜１３８における支持層１５０とは反対側から第２圧電膜１３８の少なくとも一部を覆い、かつ、第２圧電膜１３８の端部の少なくとも一部において支持層１５０と接する。第２保護膜１５４および支持層１５０は、第２圧電膜１３８、第４電極層１６８および第３電極層１６６が露出しないように各層を覆うように形成されてよい。ここで、第２保護膜１５４および支持層１５０は、第１電極層１６２、第２電極層１６４、第４電極層１６８および第３電極層１６６がそれぞれ配線部１１４と接続される接続部を露出させて形成されてよい。
【００３８】
ここで、第２保護膜１５４および支持層１５０は、第２圧電膜１３８、第４電極層１６８および第３電極層１６６の一部を覆って形成されてよい。例えば、第２保護膜１５４および支持層１５０は、各層の側部を覆う。即ち、第２保護膜１５４および支持層１５０は、アクチュエータ１３０の側部において覆う。また、第２保護膜１５４および支持層１５０は、アクチュエータ１３０の側部の支持層１５０側を覆ってもよい。
【００３９】
第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、酸化シリコンまたは窒化シリコンで形成されてよい。第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、支持層１５０と同種の絶縁材料で形成されてよく、望ましくは、支持層１５０と略同一の絶縁材料で形成される。即ち、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、支持層１５０と同様に、弾性および剛性を有し、支持層１５０と密着性よく、強く結合して形成される。なお、本実施例は、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、支持層１５０と同一の絶縁材料で形成される例であり、図２においてはこれらの境界を示していない。
【００４０】
突出部１５６は、アクチュエータ１３０の可動端である先端部において、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８が設けられていない支持層１５０の部分である。第２接点部１３２は、突出部１５６上に設けられてよい。これによって、第２接点１３４は、第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６、および第４電極層１６８と離間された位置に形成することができ、それぞれの電極層に供給される電気信号の影響を低減させることができる。
【００４１】
また、突出部１５６は、第１接点１２２と第２接点１３４とが接触してＯＮ状態になった場合に、第１信号線１２０から第２信号線１２４までの伝送線路から、第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６、および第４電極層１６８の４つの電極を離間させた配置にすることができる。これによって、突出部１５６は、コプレーナ伝送線路に対して、それぞれの電極層に供給される電気信号に起因する雑音等の影響を低減させることができる。
【００４２】
第１電極層１６２および第２電極層１６４は、第１圧電膜１３６の上面および下面に設けられ、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。ここで、第１駆動電圧は、正または負の予め定められた電圧でよい。
【００４３】
第１電極層１６２および第２電極層１６４は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。第１電極層１６２および第２電極層１６４は、アルミニウム、金、白金、銅、インジウム、タングステン、モリブデン、ルテニウム、イリジウム等の低抵抗で加工が容易な金属であってよく、ルテニウムオキサイド（ＲｕＯ２）、イリジウムオキサイド（ＩｒＯ２）等酸化物電極、セラミック電極、または、シリコン等の半導体を用いてもよい。
【００４４】
電極材料としてシリコンを用いる場合には、不純物を高濃度にドープしたシリコンを用いることが好ましい。本実施例の第１電極層１６２および第２電極層１６４は、白金である。ここで、白金を成膜する場合、チタン、タンタル、クロム等を成膜してから白金を成膜してよい。
【００４５】
第３電極層１６６および第４電極層１６８は、第２圧電膜１３８の上面および下面に設けられ、第２圧電膜に第２駆動電圧を印加する。ここで、第２駆動電圧は、正または負の予め定められた電圧でよい。第３電極層１６６および第４電極層１６８は、アクチュエータ１３０の長さ方向Ｌに延伸する平板形状を有してよい。第３電極層１６６および第４電極層１６８は、第１電極層１６２および第２電極層１６４と略同一の形状、および略同一の材質でよい。
【００４６】
また、第３電極層１６６は、第２電極層１６４と略同一の形状および略同一の材質でよく、第４電極層１６８は、第１電極層１６２と略同一の形状および略同一の材質でよい。これらの第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６および第４電極層１６８の膜厚は、０．０５μｍ〜１μｍの範囲で形成されてよい。
【００４７】
第１導電性酸化物膜２１０は、第１圧電膜１３６と第２電極層１６４との間に形成される。第１導電性酸化物膜は、導電性酸化物を含む。第１導電性酸化物膜２１０は、Ｉｒ系酸化物（例えばＩｒＯ２）、Ｒｕ系酸化物（例えばＲｕＯ２、ＳＲＯ）、またはＬＳＣＯ、ＬＮＯ等の酸化物を主成分としてよい。
【００４８】
第１導電性酸化物膜２１０は、第１圧電膜１３６上に形成され、第１圧電膜１３６の伸縮による疲労を低減させる。第１圧電膜１３６は、伸縮を繰り返すことによって、圧電膜に含まれる酸素を放出して疲労が蓄積し、寿命が短くなると考えられている。そこで、第１導電性酸化物膜２１０は、酸化物を含み第１圧電膜１３６に接して形成されるので、第１圧電膜１３６からの酸素の放出を防ぐことができる。
【００４９】
また、第１導電性酸化物膜２１０は、第１圧電膜１３６の酸素を放出した部分に酸素を供給することができる。以上のように、第１導電性酸化物膜２１０は、第１圧電膜１３６の酸素の欠乏領域が形成されることを防ぎ、第１圧電膜１３６を長寿命化することができる。
【００５０】
第２導電性酸化物膜２２０は、第２圧電膜１３８と第４電極層１６８との間に形成される。第２導電性酸化物膜２２０は、導電性酸化物を含む。第２導電性酸化物膜２２０は、Ｉｒ系酸化物（例えばＩｒＯ２）、Ｒｕ系酸化物（例えばＲｕＯ２、ＳＲＯ）、またはＬＳＣＯ、ＬＮＯ等の酸化物を主成分としてよく、第１導電性酸化物膜２１０と略同一の物質で形成されてよい。
【００５１】
第２導電性酸化物膜２２０は、第２圧電膜１３８上に形成され、第２圧電膜１３８の伸縮による疲労を低減させる。即ち、第２導電性酸化物膜２２０は、第１導電性酸化物膜２１０と同様に、第２圧電膜１３８の酸素の欠乏領域が形成されることを防ぎ、第２圧電膜１３８を長寿命化することができる。
【００５２】
第１電源部１８０は、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加する。第１電源部１８０は、制御部１９０の制御信号を受信して、制御信号に応じた駆動電圧を第１駆動電圧として第１圧電膜１３６に印加する。第２電源部１８２は、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加する。第２電源部１８２は、制御部１９０の制御信号を受信して、制御信号に応じた駆動電圧を第２駆動電圧として第２圧電膜１３８に印加する。
【００５３】
基準電圧１８４は、予め定められた電圧を供給する。本実施例において、基準電圧１８４は、ＧＮＤ（０Ｖ）電圧である。
【００５４】
制御部１９０は、第１電源部１８０および／または第２電源部１８２に制御信号を送信して、第１圧電膜１３６および／または第２圧電膜１３８を伸縮させる駆動電圧の印加または遮断を指示する。例えば、制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加して第２圧電膜１３８を縮める制御信号を第２電源部１８２に送信する。また、制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８への第２駆動電圧の供給を停止する制御信号を第２電源部１８２に送信する。
【００５５】
これに代えて制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加して第１圧電膜１３６を伸ばす制御信号を第１電源部１８０に送信してもよい。また、制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６への第１駆動電圧の供給を停止する制御信号を第１電源部１８０に送信してよい。
【００５６】
また、制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを接触させてスイッチ装置１００をＯＮ状態にする場合に、第１圧電膜１３６に第１駆動電圧を印加して第１圧電膜１３６を伸ばし、第２圧電膜１３８に第２駆動電圧を印加して第２圧電膜１３８を縮めてもよい。制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８への駆動電圧の供給を停止してよい。
【００５７】
また、制御部１９０は、第１接点１２２と第２接点１３４とを離間させてスイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第１圧電膜１３６を縮めてアクチュエータ１３０の戻りを付勢してもよい。同様に、制御部１９０は、スイッチ装置１００をＯＦＦ状態にする場合に、第２圧電膜１３８を伸ばしてアクチュエータ１３０の戻りを付勢してもよい。
【００５８】
制御部１９０は、第１駆動電圧および第２駆動電圧として、予め定められた値を、対応する第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８にそれぞれ供給してよい。制御部１９０は、電子回路等のハードウェアであってよく、これに代えて、プログラム等により動作するソフトウェアであってもよい。
【００５９】
キャビティ部３１０は、基体下部１１０上に設けられ、スイッチ装置１００の側壁の一部としてアクチュエータ１３０を収容するように四方を覆う。キャビティ部３１０は、基体下部１１０と略同一の材質で形成されてよい。
【００６０】
台座部３２０は、キャビティ部３１０上に設けられ、一部がアクチュエータ１３０の一端を固定してアクチュエータ１３０の固定端となる。台座部３２０とキャビティ部３１０とが接合されることにより、第１接点１２２と第２接点１３４との間の距離は、アクチュエータ１３０の最大変位量と同等もしくはそれ以下となる。即ち、台座部３２０と基体下部１１０との間の距離となるキャビティ部３１０の高さは、第１接点１２２と第２接点１３４との間の距離を調節する。
【００６１】
ここで、アクチュエータ１３０の最大変位量とは、第１圧電膜１３６および／または第２圧電膜１３８に印加できる最大の駆動電圧を印加した場合における、アクチュエータ１３０の変位量を意味してよい。台座部３２０は、半導体材料をエッチングすることで形成されてよい。台座部３２０は、一例として、シリコン基板から形成される。この場合、台座部３２０は、キャビティ部３１０と陽極接合によって接合されてよい。
【００６２】
このように、アクチュエータ１３０は、長さ方向Ｌの一方の端部で台座部３２０に支持される。第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８に電圧を印加すると、アクチュエータ１３０において台座部３２０に支持されていない第２接点部１３２側の端部は、厚さ方向に屈曲する（図中、下向きに変位する）、若しくは、反り返る（図中、上向きに変位する）ことができる。
【００６３】
基体上部３３０は、台座部３２０上に設けられ、基体下部１１０、キャビティ部３１０、および台座部３２０で形成されるスイッチ装置１００のパッケージの蓋部となる。基体上部３３０は、ガラス等で形成される基板でよい。この場合、基体上部３３０は、台座部３２０と陽極接合によって接合されてよい。
【００６４】
本実施例において、台座部３２０は、アクチュエータ１３０を基体上部３３０に固定することを説明したが、これに代えて、アクチュエータ１３０は、基体下部１１０またはキャビティ部３１０に固定されてもよい。
【００６５】
以上の本実施形態に係るスイッチ装置１００によれば、アクチュエータ１３０の厚さ方向の中心面からの距離および厚さが略同一の第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８を備えるので、第１圧電膜１３６がそりを生じさせる応力と、第２圧電膜１３８がそりを抑える応力とを、略同一にさせることができる。また、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面に対し略対称に複数の膜を有しているので、複数の膜によって生じるアクチュエータ１３０がそる方向に働く残留応力および熱応力等と、そりを抑える方向に働く残留応力および熱応力等とを、略同一にさせてアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。
【００６６】
このように、アクチュエータ１３０は、熱応力によるそりを抑えることができるので、様々な環境温度においてもスイッチング動作を実行することができる。また、アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８のそれぞれの上面に第１導電性酸化物膜および第２導電性酸化物膜を有するので、圧電膜を長寿命化することができる。
【００６７】
ここで、本実施例において、アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８のそれぞれの上面に第１導電性酸化物膜および第２導電性酸化物膜を有することを説明した。これに代えて、アクチュエータ１３０は、更に多層構造に形成できる場合は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８のそれぞれの下面にも導電性酸化物膜を有してよい。
【００６８】
また、本実施例において、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面からの距離および厚さが略同一の第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８を有することを説明した。これに代えて、第２圧電膜１３８の膜厚は、第１圧電膜１３６の膜厚よりも薄く形成されてよい。例えば、第１圧電膜１３６の側から第２圧電膜１３８の側へと複数の膜を積層してアクチュエータ１３０が形成される場合、第１圧電膜１３６には第２圧電膜１３８よりも多くの層が積層されるので、第１圧電膜１３６に生じる応力は、第２圧電膜１３８に生じる応力とは異なる場合がある。
【００６９】
したがって、アクチュエータ１３０は、厚さ方向の中心面からの距離および厚さを略同一にして複数の材料を積層しても、材料毎に発生する応力のバランスが異なり、そりを生じさせる場合がある。また、アクチュエータ１３０は、積層される各材料を、厚さ方向の中心面からの距離および厚さを略同一にして積層することができず、支持層１５０の上方および下方に発生する応力の絶対値が異なってそりを生じさせる場合もある。
【００７０】
そこで、アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６の膜厚と第２圧電膜の膜厚とを異ならせて、支持層１５０の上方および下方に発生する応力の絶対値を略同一にさせてそりを抑える。例えば、アクチュエータ１３０は、先に形成される第１圧電膜１３６の厚さに比べて、後に形成される第２圧電膜１３８の厚さを薄くする。
【００７１】
ここで、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の厚さの比は、アクチュエータ１３０に発生するそりの量に応じて決められてよい。第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の厚さの比は、１：１から１：０．５の範囲で決められてよい。より望ましくは、厚さの比を、１：１から１：０．８の範囲で決めてよい。
【００７２】
また、アクチュエータ１３０は、発生するそりの方向に応じて、先に形成される第１圧電膜１３６の厚さに比べて、後に形成される第２圧電膜１３８の厚さを厚くしてもよい。以上のように、アクチュエータ１３０は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８の厚さの比を調節して、支持層１５０の上方および下方に発生する応力の絶対値を略同一にするので、発生する応力を打ち消してそりを抑えることができる。
【００７３】
本実施例において、第２接点部１３２は、突出部１５６上に設けられることを説明した。これに代えて、第２接点部１３２は、保護膜を介して第４電極層１６８の下方に設けられてよい。この場合、アクチュエータ１３０は、突出部１５６が無くてもよい。
【００７４】
図３は、本実施形態に係るスイッチ装置１００を形成する製造方法の一例を示す。また、図４から図１６は、本実施形態に係るスイッチ装置１００が形成される過程におけるスイッチ装置１００の断面を示す。
【００７５】
まず、台座部３２０となる基板上に、絶縁材料で第１保護膜１５２を形成する（Ｓ３００）。本実施例において、基板はシリコン基板であり、第１保護膜１５２は酸化シリコンである。第１保護膜１５２は、ＣＶＤ法で形成されてよい。一例として、酸化シリコンの第１保護膜１５２は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料として、酸素またはオゾンと反応することで形成される。
【００７６】
次に、第１保護膜１５２を第１アニールする（Ｓ３０４）。第１保護膜１５２は、第１アニールによって、基板上に形成される。図４は、本実施形態に係る台座部３２０となる基板上に第１保護膜１５２を形成した段階の断面を示す。
【００７７】
次に、第１保護膜１５２上に第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を形成する（Ｓ３１０）。第１電極層１６２は、第１保護膜１５２上に導電性材料で成膜される。第１圧電膜１３６は、第１電極層１６２上にゾルゲル材料を塗布してアニールするゾルゲル法によって、第１電極層１６２上に成膜される。ここで、ゾルゲル材料は、ＰＺＴゾルゲル液を含んでよい。
【００７８】
本実施例において、第１圧電膜１３６は、ＰＺＴゾルゲル液を塗布して形成されるＰＺＴ膜である。第１導電性酸化物膜２１０は、第１圧電膜１３６上に導電性酸化物で成膜され、第２電極層１６４は、第１導電性酸化物膜２１０上に導電性材料で成膜される。第１導電性酸化物膜２１０は、Ｉｒ系酸化物（例えばＩｒＯ２）、Ｒｕ系酸化物（例えばＲｕＯ２、ＳＲＯ）、またはＬＳＣＯ、ＬＮＯ等の酸化物を主成分とする導電性酸化物膜が成膜されて形成される。
【００７９】
第１電極層１６２および第２電極層１６４を形成する導電性材料は、白金（Ｐｔ）を含んでよい。第１電極層１６２および第２電極層１６４は、蒸着またはスパッタによって形成されてよい。図５は、本実施形態に係る第１保護膜１５２上に第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を形成した段階の断面を示す。ここで、第２電極層１６４は、フォトリソグラフィによって、第１圧電膜１３６上に予め定められた形状で形成されてよい。
【００８０】
ここで、第１電極層１６２は、予め定められた成長温度で成膜されて、第１電極層１６２の電極材料を＜１１１＞方向に優先配向させてよい。これによって、第１電極層１６２上に成膜される第１圧電膜１３６は、第１電極層１６２の配向に応じて＜１１１＞方向に優先配向する。
【００８１】
本実施例で用いたＰＺＴ等の圧電膜は、全ての結晶の結晶軸を＜００１＞方向に配向させて形成させると、圧電性を最も高くすることができる。しかしながら、このような圧電膜は、結晶軸を＜００１＞方向に配向させるように成長温度を調節しても、一部の結晶の結晶軸が＜０１０＞または＜１００＞方向になってしまう。この一部の結晶は、圧電性を示さないので、圧電膜全体の圧電性を高くすることを困難にさせていた。
【００８２】
これに対して、本実施例の圧電膜は、結晶軸を＜１１１＞方向に配向させて形成させるので、圧電性を示さない、＜０１０＞または＜１００＞方向に配向することを防ぐことができる。これによって、第１圧電膜１３６は、成長温度を調節して＜００１＞方向に配向させるように形成させた圧電膜に比べて、安定して再現良く高い圧電性を得ることができる。ここで、結晶軸を＜１１１＞方向に配向させる目的で、ＰＺＴゾルゲル液を塗布する前に、予めＰＴ液を塗布してもよい。
【００８３】
次に、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を加工する（Ｓ３２０）。第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４は、後に加工して形成される支持層１５０の表面積よりも小さくなるように、表面形状をエッチング等によって加工される。ここで、第１保護膜１５２は、エッチングストップ層として用いられてよい。ここで、第２電極層１６４が予め定められた形状で形成されている場合は、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、および第１導電性酸化物膜２１０を加工して、第２電極層１６４と略同一の形状に加工してもよい。
【００８４】
図６は、本実施形態に係る第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を加工した段階の断面を示す。ここで、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４は、後に配線部１１４と接続される第１電極層１６２の接続部が基板の上面方向に露出するように加工されてよい。
【００８５】
次に、第２電極層１６４上に支持層１５０を形成する（Ｓ３３０）。支持層１５０は、第２電極層１６４上に絶縁材料で成膜されてよい。本実施例において、支持層１５０は、酸化シリコンであり、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を覆って形成される。支持層１５０は、第１保護膜１５２と同様にＣＶＤ法で形成されてよい。
【００８６】
次に、支持層１５０をアニールする（Ｓ３３４）。支持層１５０は、支持層アニールによって、第２電極層１６４上に形成される。支持層１５０および第１保護膜１５２は、同一の材料で形成されるので、両者で形成される酸化シリコン層の内部に、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、および第２電極層１６４が配置されるように形成される。
【００８７】
ここで、第１アニールおよび支持層アニールは、第１圧電膜１３６を形成するアニールと比較して長いアニール時間で、かつ、小さい温度勾配でアニールする。例えば、第１アニールおよび支持層アニールは、１０℃／秒よりも小さい温度勾配で、１分以上のアニール時間でアニールする。第１アニールおよび支持層アニールは、望ましくは、１℃／秒よりも小さい温度勾配で、１０分以上のアニール時間でアニールする。
【００８８】
第１アニールおよび支持層アニールは、より望ましくは、０．３３℃／秒よりも小さい温度勾配で、３０分以上のアニール時間でアニールする。これによって、第１保護膜１５２および支持層１５０は、例えば製造過程等で混入される炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、および／または水素（Ｈ）といった不純物等を外部へ放出して、純度の高い絶縁膜を形成することができる。
【００８９】
次に、支持層１５０上に、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を形成する（Ｓ３４０）。第３電極層１６６は、支持層１５０上に導電性材料で成膜される。第２圧電膜１３８は、第３電極層１６６上にゾルゲル材料を塗布してアニールすることにより成膜される。第２導電性酸化物膜２２０は、第２圧電膜１３８上に導電性酸化物で成膜され、第４電極層１６８は、第２導電性酸化物膜２２０上に導電性材料で成膜される。第２導電性酸化物膜２２０は、Ｉｒ系酸化物（例えばＩｒＯ２）、Ｒｕ系酸化物（例えばＲｕＯ２、ＳＲＯ）、またはＬＳＣＯ、ＬＮＯ等の酸化物を主成分とする導電性酸化物膜が成膜されて形成される。
【００９０】
第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８は、第１保護膜１５２上に第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を形成するステップＳ３１０と同様に形成されてよい。図７は、本実施形態に係る第２電極層１６４上に支持層１５０、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を形成した段階の断面を示す。ここで、第４電極層１６８は、フォトリソグラフィによって、第２圧電膜１３８上に予め定められた形状で形成されてよい。
【００９１】
ここで、第３電極層１６６は、予め定められた成長温度で成膜されて、第３電極層１６６の電極材料が＜１１１＞方向に優先配向してよい。これによって、第２圧電膜１３８は、第１圧電膜１３６と同様に、第３電極層の配向に応じて＜１１１＞方向に優先配向する。これによって、第２圧電膜１３８は、実際に＜００１＞方向に配向させるように形成させた圧電膜よりも高い圧電性を得ることができる。
【００９２】
次に、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を加工する（Ｓ３５０）。第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８は、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を加工するステップＳ３２０と同様に加工されてよい。図８は、本実施形態に係る第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を加工した段階の断面を示す。
【００９３】
ここで、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８は、後に配線部１１４と接続される第１電極層１６２、第２電極層１６４、および第３電極層１６６が有するそれぞれの接続部が基板の上面方向に露出するように加工されてよい。
【００９４】
図９は、本実施形態に係る第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を加工した段階の上面図を示す。本図において、複数の電極層および圧電膜で形成された１つのアクチュエータ１３０が、基板上に形成されている例を示す。ここで、製造に用いる基板の直径は、２インチ以上の基板を用いてよく、この場合、複数のアクチュエータ１３０が当該基板上に形成される。本段階において、第１電極層１６２、第２電極層１６４、および第３電極層１６６の一部は、上方から露出するように形成され、対応する配線部１１４とそれぞれ接続される接続部となる。
【００９５】
次に、第４電極層１６８上に絶縁材料で第２保護膜１５４を形成する（Ｓ３６０）。本実施例において、第２保護膜１５４は、酸化シリコンであり、支持層１５０と共に、第４電極層１６８、第２導電性酸化物膜２２０、第２圧電膜１３８、および第３電極層１６６を覆って形成される。第２保護膜１５４は、支持層１５０および第１保護膜１５２と同様に、ＣＶＤ法で形成されてよい。
【００９６】
次に、第２保護膜１５４を第２アニールする（Ｓ３６４）。第２保護膜１５４は、第２アニールによって、第４電極層１６８上に形成される。第２保護膜１５４および支持層１５０は、同一の材料で形成されるので、両者で形成される酸化シリコン層の内部に、第４電極層１６８、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第３電極層１６６が配置されるように形成される。図１０は、本実施形態に係る第４電極層１６８上に第２保護膜１５４を形成した段階の断面を示す。
【００９７】
ここで、第２アニールは、第１圧電膜１３６または第２圧電膜１３８を形成するアニールと比較して長いアニール時間で、かつ、小さい温度勾配でアニールしてよい。これによって、第２保護膜１５４は、第１保護膜１５２および支持層１５０と同様に、製造過程等で混入される不純物等を外部へ放出して、純度の高い絶縁膜を形成することができる。
【００９８】
次に、支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４を加工する（Ｓ３７０）。ここで、支持層１５０、第２保護膜１５４、および第１保護膜１５２は、第１圧電膜１３６、第２圧電膜１３８、第１電極層１６２、第１導電性酸化物膜２１０、第２電極層１６４、第３電極層１６６、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を覆ったまま、アクチュエータ１３０の形状に加工される。
【００９９】
また、支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４は、アクチュエータ１３０の可動端である先端部において、第２圧電膜１３８および第１圧電膜１３６が設けられていない突出部１５６を残して形成される。支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４は、エッチングによって形成されてよい。
【０１００】
次に、突出部１５６上に、第２接点部１３２を形成する（Ｓ３８０）。図１１は、本実施形態に係る支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４を加工して、第２接点部１３２を形成した段階の断面を示す。ここで、支持層１５０および第２保護膜１５４は、各電極の接続部が露出するように形成される。
【０１０１】
図１２は、本実施形態に係る支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４を加工して、第２接点部１３２を形成した段階の上面図を示す。本段階において、支持層１５０、第１保護膜１５２、および第２保護膜１５４は、アクチュエータ１３０の表面形状に加工されているので、基板上の一部は、台座部３２０となる基板が露出している。また、第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６、および第４電極層１６８の接続部は、上方から露出する。
【０１０２】
次に、基板を加工して、台座部３２０を形成する（Ｓ３９０）。ここで、台座部３２０は、アクチュエータ１３０が形成される面と反対の他方の面から、半導体基板の一部がエッチングによって除去されて形成される。ここで、台座部３２０は、第１保護膜１５２をエッチングストップ層としてエッチングされてよい。本段階において、アクチュエータ１３０の一端は基板と分離されて可動端となり、台座部３２０に固定された他端を固定端として自立する。図１３は、本実施形態に係る基板を加工して、台座部３２０を形成した段階の断面を示す。
【０１０３】
図１４は、本実施形態に係る基板を加工して、台座部３２０を形成した段階の台座部３２０の下面図を示す。即ち、本図は、台座部３２０側から見たアクチュエータ１３０を示す。アクチュエータ１３０の台座部３２０側は、第１保護膜１５２が露出する。ここで、台座部３２０は、開口部３２２が設けられてよい。開口部３２２は、アクチュエータ１３０と電気信号をやりとりする電気配線の接続作業に用いられてよい。
【０１０４】
次に、台座部３２０は、基体下部１１０、キャビティ部３１０、および基体上部３３０と、それぞれ接続される。本実施例の基体下部１１０、キャビティ部３１０、および基体上部３３０は、それぞれガラス基板で形成されてよい。キャビティ部３１０および基体上部３３０は、電圧を印加しつつ加熱して接合する陽極接合によって台座部３２０とそれぞれ接合されてよい。
【０１０５】
図１５は、本実施形態に係る台座部３２０と、基体下部１１０およびキャビティ部３１０とを接続した段階の断面を示す。第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６、および第４電極層１６８の接続部は、基体下部１１０に設けられた配線部１１４とそれぞれ接続されてよい。ここで、接続部と配線部１１４とは、圧着によって接続されてよい。また、当該接続の作業は、台座部３２０の開口部３２２から実行してよい。
【０１０６】
図１６は、本実施形態に係る台座部３２０と、基体上部３３０とを接続した段階の断面を示す。このようにして形成したスイッチ装置１００は、基体の外部に設けられた制御部１９０からの制御信号に応じて、アクチュエータ１３０が駆動され、第１接点１２２と第２接点１３４とが接触または離間する。
【０１０７】
以上のように、本実施形態によるスイッチ装置１００のアクチュエータ１３０は、台座部３２０となる基板上に、第１電極層１６２、第１圧電膜１３６、第１導電性酸化物膜２１０、および第２電極層１６４を有する第１圧電素子層が形成される。また、アクチュエータ１３０は、第１圧電素子層上に絶縁体の支持層１５０が形成され、当該支持層１５０上に、第３電極層１６６、第２圧電膜１３８、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を有する第２圧電素子層が形成される。また、アクチュエータ１３０は、第１圧電素子層、支持層１５０、および第２圧電素子層を有する基板の一部を除去して形成されるバイモルフ型アクチュエータである。
【０１０８】
これによって、スイッチ装置１００は、第１電極層１６２上に第１圧電膜１３６を第１電極層１６２に応じた配向で形成させつつ、第１圧電膜１３６上に第１導電性酸化物膜２１０を形成して第１圧電膜１３６を長寿命化させることができる。また、スイッチ装置１００は、第３電極層１６６上に第２圧電膜１３８を第３電極層１６６に応じた配向で形成させつつ、第２圧電膜１３８上に第２導電性酸化物膜２２０を形成して第２圧電膜１３８を長寿命化させることができる。
【０１０９】
したがって、第１圧電膜１３６と第２圧電膜１３８の少なくとも一方は、長寿命で、かつ、ペロブスカイト構造を有する菱面体晶の強誘電体薄膜を形成することができる。即ち、本実施形態によるスイッチ装置１００は、例えば、数十μｍ程度の可動範囲のアクチュエータを備えることができる。また、第１圧電膜１３６と第２圧電膜１３８の少なくとも一方は、第１電極層１６２および第３電極層１６６のうち隣接する層と格子定数が整合し、当該膜に対して面方向において略同一の平均粒子径で接することができる。
【０１１０】
また、本実施形態によるスイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６、第２圧電膜１３８、第１電極層１６２、第１導電性酸化物膜２１０、第２電極層１６４、第３電極層１６６、第２導電性酸化物膜２２０、および第４電極層１６８を、支持層１５０と略同一の弾性および剛性を有する第１保護膜１５２および第２保護膜１５４で包み込んで形成されるアクチュエータを備えることができる。これによって、第１保護膜１５２、第２保護膜１５４、および支持層１５０は、アクチュエータ１３０を製造する過程またはアクチュエータ１３０を湾曲させる場合において、各層の割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊を防ぐことができる。
【０１１１】
また、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、剛性を有するので、アクチュエータ１３０の剛性を高めることができる。これによって、アクチュエータ１３０は、接点同士の凝着を防ぐことができる。
【０１１２】
また、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、支持層１５０と略同一の材料で形成されるので、支持層１５０と略同一の剛性および弾性を持つことができる。したがって、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４は、アクチュエータ１３０が変位した場合に、アクチュエータ１３０内部の剛性および弾性の不一致に起因する応力の発生を抑えることができる。
【０１１３】
また、複数の膜が積層されたことによって生じるアクチュエータ１３０がそる方向に働く残留応力および熱応力等と、そりを抑える方向に働く残留応力および熱応力等とを、略同一にさせて打ち消し合わせることによりアクチュエータ１３０のそりを抑えることができる。また、第１保護膜１５２、第２保護膜１５４、および支持層１５０は、第２圧電膜１３８、第１電極層１６２、第２電極層１６４、第３電極層１６６、および第４電極層１６８を外部へ露出させないので、これらの層を酸化等から防ぐこともできる。
【０１１４】
以上の本実施形態のスイッチ装置１００は、第１圧電膜１３６および第２圧電膜１３８を有するアクチュエータ１３０を備えることを説明したが、これに代えて、３以上の圧電膜を積層させたアクチュエータ１３０を備えてもよい。この場合、アクチュエータ１３０は、本例の第１圧電膜１３６上および／または第２圧電膜１３８上に、圧電膜と電極を多層に積層させてよい。
【０１１５】
これに代えて、スイッチ装置１００は、第２圧電膜１３８または第１圧電膜１３６のどちらか一方の圧電膜を有するアクチュエータ１３０を備えてもよい。ここで、アクチュエータ１３０が第２圧電膜１３８を有する場合、台座部３２０となる基板上に、第１保護膜１５２を形成する代わりに、支持層１５０を形成してよい。支持層１５０は、第１保護膜１５２と同様の絶縁材料を用いているので、台座部をエッチングする場合にエッチングストップ層として用いることができる。
【０１１６】
以上の本実施形態のスイッチ装置１００は、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４を有するアクチュエータ１３０を備えることを説明した。これに代えて、アクチュエータ１３０は、保護膜がなくても各層の割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊が生じない場合は、第１保護膜１５２および第２保護膜１５４が無くてもよい。
【０１１７】
図１７は、本実施形態に係る試験装置４１０の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。試験装置４１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つの被試験デバイス４００を試験する。試験装置４１０は、被試験デバイス４００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス４００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス４００の良否を判定する。
【０１１８】
試験装置４１０は、試験部４２０と、信号入出力部４３０と、制御装置４４０とを備える。試験部４２０は、被試験デバイス４００との間で電気信号を授受して被試験デバイス４００を試験する。試験部４２０は、試験信号発生部４２３と、期待値比較部４２６とを有する。
【０１１９】
試験信号発生部４２３は、信号入出力部４３０を介して１または複数の被試験デバイス４００に接続されて、被試験デバイス４００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部４２３は、試験信号に応じて被試験デバイス４００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。
【０１２０】
期待値比較部４２６は、信号入出力部４３０から受信した被試験デバイス４００の応答信号に含まれるデータ値と試験信号発生部４２３が生成する期待値とを比較する。期待値比較部４２６は、比較結果に基づき、被試験デバイス４００の良否を判定する。
【０１２１】
信号入出力部４３０は、試験すべき被試験デバイス４００と試験部４２０との間を電気的に接続して、試験信号発生部４２３が発生した試験信号を当該被試験デバイス４００に送信する。また、信号入出力部４３０は、試験信号に応じて当該被試験デバイス４００が出力する応答信号を受信する。信号入出力部４３０は、受信した被試験デバイス４００の応答信号を期待値比較部４２６へと送信する。信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００を搭載するパフォーマンスボードであってよい。信号入出力部４３０は、スイッチ装置１００を有する。
【０１２２】
スイッチ装置１００は、試験部４２０および被試験デバイス４００の間に設けられ、試験部４２０および被試験デバイス４００の間を電気的に接続または切断する。試験装置４１０は、本実施形態に係るスイッチ装置１００によって電気的な接続または切断を実行してよい。
【０１２３】
本例において、信号入出力部４３０は１つの被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、１つの被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインにそれぞれ１つ設けられる例を説明した。これに代えて信号入出力部４３０は、複数の被試験デバイス４００に接続され、スイッチ装置１００は、複数の被試験デバイス４００の入力信号ラインおよび出力信号ラインのそれぞれに１つ設けられてよい。また、信号入出力部４３０から１つの被試験デバイス４００へ接続される信号入出力ラインが１つの場合、１つの入出力ラインに１つのスイッチ装置１００が設けられてよい。
【０１２４】
制御装置４４０は、試験装置４１０の試験を実行すべく、試験部４２０および信号入出力部４３０に制御信号を送信する。制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、試験部４２０に、試験信号の発生または応答信号と期待値との比較等を実行させる制御信号を送信する。また、制御装置４４０は、試験プログラムに応じて、接続すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の接続の指示、および切断すべき信号入出力ラインに設けられたスイッチ装置１００の切断の指示等を、信号入出力部４３０に送信する。
【０１２５】
以上の本実施形態に係る試験装置４１０は、剛性を高めつつ、割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊を防ぐことができるアクチュエータ１３０を備えたスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、長寿命化させたスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。また、試験装置４１０は、接点間の凝着を低減させたスイッチ装置１００を用いて試験を実行することができる。
【０１２６】
図１８は、本実施形態に係る伝送路切替装置５００の構成例を示す。伝送路切替装置５００は、入力端と複数の出力端のそれぞれの間に各々接続された複数のスイッチ装置１００を備える。本実施例の伝送路切替装置５００は、入力端Ａと出力端ＢおよびＣのそれぞれの間に各々接続された複数のスイッチ装置１００ａおよびスイッチ装置１００ｂを備える。
【０１２７】
伝送路切替装置５００は、スイッチ装置１００ａをＯＮ状態にし、かつ、スイッチ装置１００ｂをＯＦＦ状態にすることで、入力端Ａと出力端Ｂとを電気的に接続し、かつ、入力端Ａと出力端Ｃとを電気的に切断する。また、伝送路切替装置５００は、スイッチ装置１００ａをＯＦＦ状態にし、かつ、スイッチ装置１００ｂをＯＮ状態にすることで、入力端Ａと出力端Ｂおよび出力端Ｃとを電気的に切断し、かつ、出力端Ｂと出力端Ｃとを電気的に接続する。
【０１２８】
このように、伝送路切替装置５００は、複数のスイッチ装置をそれぞれＯＮ／ＯＦＦすることで、入力端と複数の出力端との伝送路を切り換える。伝送路切替装置５００は、複数のスイッチ装置が１つのパッケージ等に密封されて収容された装置であってよい。
【０１２９】
図１９は、本実施形態に係るループバック試験する試験装置の構成例を被試験デバイス４００と共に示す。本実施形態のループバック試験する試験装置は、図１７で説明した試験装置４１０と、図１８で説明した伝送路切替装置５００の組み合わせで構成される。そこで、図１７、１８に示された本実施形態に係る試験装置４１０および伝送路切替装置５００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【０１３０】
本試験装置は、試験装置４１０からの試験信号を被試験デバイス４００に供給する場合に、伝送路切替装置５００のスイッチ装置１００ａをＯＮ状態にし、かつ、スイッチ装置１００ｂをＯＦＦ状態にする。また、本試験装置は、被試験デバイス４００から出力される信号を当該被試験デバイス４００にループバックする場合に、伝送路切替装置５００のスイッチ装置１００ａをＯＦＦ状態にし、かつ、スイッチ装置１００ｂをＯＮ状態にする。
【０１３１】
これによって、本試験装置は、試験装置４１０から被試験デバイス４００を試験するための試験信号を被試験デバイス４００に入力させる伝送路と、被試験デバイス４００からの信号をループバックさせて当該被試験デバイス４００に入力させる伝送路とを切り換えることができる。本実施形態に係るループバック試験する試験装置は、１つの伝送路切替装置５００を備える例を説明したが、これに代えて、２以上の伝送路切替装置５００を備え、試験装置４１０と被試験デバイス４００との複数の伝送路を切り換えることによって、試験信号による被試験デバイス４００の試験とループバック試験とを切り換えてよい。
【０１３２】
以上の本実施形態に係るループバック試験する試験装置によれば、剛性を高めつつ、割れ、欠け、またはヒビ等の物理的な破壊を防ぐことができるアクチュエータ１３０を備えたスイッチ装置１００を用いて試験信号による試験とループバック試験とを切り換えることができる。また、本試験装置は、電圧制御による低消費電力のスイッチング制御で、かつ、長寿命化させたスイッチ装置１００を用いて２つの試験を切り換えることができる。また、本試験装置は、接点間の凝着を低減させたスイッチ装置１００を用いて２つの試験を切り換えることができる。
【０１３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１３４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１３５】
１００  スイッチ装置、１１０  基体下部、１１２  ビア、１１４  配線部、１１６  グランド線、１１８  グランド線、１２０  第１信号線、１２２  第１接点、１２４  第２信号線、１３０  アクチュエータ、１３２  第２接点部、１３４  第２接点、１３６  第１圧電膜、１３８  第２圧電膜、１５０  支持層、１５２  第１保護膜、１５４  第２保護膜、１５６  突出部、１６２  第１電極層、１６４  第２電極層、１６６  第３電極層、１６８  第４電極層、１８０  第１電源部、１８２  第２電源部、１８４  基準電圧、１９０  制御部、２１０  第１導電性酸化物膜、２２０  第２導電性酸化物膜、３１０  キャビティ部、３２０  台座部、３２２  開口部、３３０  基体上部、４００  被試験デバイス、４１０  試験装置、４２０  試験部、４２３  試験信号発生部、４２６  期待値比較部、４３０  信号入出力部、４４０  制御装置、５００  伝送路切替装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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