(57)【要約】【課題】圧電体において欠陥部が存在しない圧電素子及びその製造方法並びに圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ２４の圧電素子２５は、下部電極２６と、上部電極２７と、下部電極２６と上部電極２７との間に挟まれた圧電体２８と、部分的に下部電極２６上の圧電体２８が表面に至るまで貫通して除去された貫通孔３１とを備える。貫通孔３１は、圧電体２８における所定の絶縁耐力を有する正常部位よりも絶縁耐力が低い欠陥部２９ａを除去して形成された部分であり、絶縁体３０の一部が充填されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた圧電体と、
前記上部電極の表面側から前記上部電極及び前記圧電体を貫通し、前記下部電極に至る貫通孔とを備えることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記上部電極を覆う絶縁体を備え、
前記貫通孔は、前記絶縁体によって充填されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記貫通孔における前記上部電極の開口は、前記圧電体の開口より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記上部電極は、前記圧電体を構成する圧電材料よりも融点が高い材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電素子を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
基板上に下部電極膜、圧電膜及び上部電極膜をこの順で形成する工程と、
前記上部電極膜の形成後に、前記下部電極膜と前記上部電極膜との間に、前記圧電膜の膜欠陥を含む欠陥部の耐電圧を超える電圧を印加して該欠陥部を除去する欠陥部除去工程とを備えることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項７】
前記欠陥部除去工程の前に、前記下部電極膜上の前記圧電膜及び前記上部電極膜を一体的にストリート状に除去して、前記圧電膜及び前記上部電極膜を複数の分割領域に分割する分割工程を有することを特徴とする請求項６に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項８】
前記分割工程においては、前記上部電極膜の一部であり、隣接する前記分割領域同士を接続する接続部を残して分割することを特徴とする請求項７に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記分割工程は、該接続部が連続して一直線上に並ぶことがないように行われることを特徴とする請求項８に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記上部電極膜の形成は、前記圧電膜を構成する圧電材料よりも融点が高い材料を用いて行われることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、該圧電素子を備える圧電アクチュエータ、及び該圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)等の微細構造を有するシステムにおいて、圧電素子で構成されたセンサやアクチュエータ等のニーズが大きくなっている。なかでも圧電アクチュエータは、小型で低消費電力、かつ大きな駆動力を発生させることが可能であるため、特に注目されている。
【０００３】
圧電アクチュエータを構成する圧電膜の成膜方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＰＬＤ（Pulse Laser Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法、ゾルゲル法等が知られている。
【０００４】
これらの成膜方法によって形成される圧電膜には、程度の差はあるものの、ボイド、表面の窪みや突起、微小なクラック等の膜欠陥が含まれる。このような膜欠陥は、成膜雰囲気からの微細な塵やコンタミ、基板の凹凸などの影響により発生するので、完全にゼロにすることは難しい。
【０００５】
また、圧電アクチュエータの出力を増大させるためには、圧電膜の膜厚を大きくする必要がある。しかし、そうすると、圧電膜の形成に長時間を要し、コストが増大することに加え、成膜中の応力によって剥離やクラックが発生するので、好ましい圧電膜の膜厚は５μｍ以下とされる。
【０００６】
圧電アクチュエータを製造する際には、まず、ＳＯＩ（silicon on insulator）ウェハ（ＳＯＩ基板）の上に下部電極膜が形成される。次に、この下部電極膜の上に圧電材料からなる圧電膜が形成される。このとき、圧電膜に、ボイドや、表面の窪みや突起、微小なクラック等の膜欠陥を含む絶縁耐力が低い欠陥部が生じる。
【０００７】
次に、この圧電膜上に上部電極膜が形成される。このとき、圧電膜上のランダムな位置に生じている欠陥部を避けて上部電極膜を形成することは困難であるため、欠陥部の上にも上部電極膜が形成される。したがって、上部電極膜を形成して得られる構造は、圧電膜の欠陥部が上部電極膜と下部電極膜とで挟まれたものとなる。
【０００８】
さらに、上部電極膜の上に必要に応じて絶縁膜や引き出し配線等が形成され、圧電アクチュエータの可動部となる部分のＳＯＩウェハが除去され、そして、圧電アクチュエータへの給電用の配線が形成される。これにより、下部電極膜、圧電膜及び上部電極膜によってそれぞれ下部電極、圧電体及び上部電極が形成された圧電アクチュエータが形成される。
【０００９】
この圧電アクチュエータの製造方法によれば、完成した圧電アクチュエータにおいても上記の圧電膜の欠陥部が存在し、さらにその欠陥部は、上部電極と下部電極で挟まれた構造となっている。このため、圧電アクチュエータを駆動させると、絶縁耐力が低い欠陥部に印加される駆動電圧により、欠陥部に絶縁破壊が生じるおそれがある。これは、良品のみを選択する手間の増大や、歩留りの低下を招来する要因となる。
【００１０】
そこで、従来、圧電膜等における欠陥部の発生を防止するために、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では、圧電素子の製造工程における各層の成膜後に、純水やガスを含む水、ブラシ等を用いたスクラブ洗浄を行うことにより、異物等が圧電膜に含まれるのを防止することが提案されている。
【００１１】
また、特許文献２では、薄膜コンデンサ用の誘電体薄膜の形成時に、誘電体薄膜に短絡や耐電圧不足を生じさせるような誘電体薄膜表面の異物を、ブラッシング洗浄等で取り除くことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１７３４９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１５４７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１や２の方法によれば、圧電素子の各層の成膜後にその表面に付着した異物を除去したり、誘電体薄膜上の異物を除去したりすることは可能である。しかし、圧電膜や誘電体薄膜の成膜途中で異常成長し、膜内に生じた欠陥部までは除去することができない。
【００１４】
したがって、特許文献１や２の方法を圧電アクチュエータの製造に適用したとしても、製造時に圧電膜に欠陥部が生じ、その欠陥部が、製造された圧電アクチュエータの圧電体にも残存するおそれがある。
【００１５】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、圧電体において欠陥部が存在しない圧電素子及びその製造方法並びに圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明に係る圧電素子は、
下部電極と、
上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた圧電体と、
前記上部電極の表面側から前記上部電極及び前記圧電体を貫通し、前記下部電極に至る貫通孔とを備えることを特徴とする。
【００１７】
第１発明によれば、圧電素子の圧電体となる圧電膜を成膜するときに圧電膜に生じた欠陥部に対応する部分を上記の貫通孔とすることにより、欠陥部を極力排除した圧電素子を提供することができる。
【００１８】
第２発明に係る圧電素子は、第１発明において、
前記上部電極を覆う絶縁体を備え、
前記貫通孔は、前記絶縁体によって充填されていることを特徴とする。
【００１９】
第２発明によれば、貫通孔に充填されている絶縁体によって、下部電極と上部電極との間の貫通孔における絶縁性を確実に保持することができる。
【００２０】
第３発明に係る圧電素子は、第１又は第２発明において、前記貫通孔における前記上部電極の開口は、前記圧電体の開口より大きいことを特徴とする。
【００２１】
第３発明によれば、下部電極と上部電極との間の貫通孔における絶縁性をより確実に保持することができる。
【００２２】
第４発明に係る圧電素子は、第１〜第３のいずれかの発明において、
前記上部電極は、前記圧電体を構成する圧電材料よりも融点が高い材料からなることを特徴とする。
【００２３】
第４発明によれば、圧電素子の製造に際して、圧電体となる圧電膜の欠陥部及び隣接する上部電極となる上部電極膜の部分を除去した後に、該除去した部分に溶融した上部電極膜の材料が流れ込むことにより、圧電素子の下部電極と上部電極との間の絶縁性が損なわれるのを防止することができる。
【００２４】
第５発明に係る圧電アクチュエータは、第１〜第４のいずれかの発明の圧電素子を備えることを特徴とする。
【００２５】
第５発明によれば、圧電アクチュエータの圧電素子は欠陥部が極力排除されているので、欠陥部に起因する絶縁破壊が防止された圧電アクチュエータを提供することができる。
【００２６】
第６発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板上に下部電極膜、圧電膜及び上部電極膜をこの順で形成する工程と、
前記上部電極膜の形成後に、前記下部電極膜と前記上部電極膜との間に、前記圧電膜の膜欠陥を含む欠陥部の耐電圧を超える電圧を印加して該欠陥部を除去する欠陥部除去工程とを備えることを特徴とする。
【００２７】
第６発明によれば、圧電膜内の欠陥部は他の正常部位よりも耐電圧が低いので、これを超える適切な電圧が下部電極膜と上部電極膜との間に印加されると、欠陥部に絶縁破壊が生じ、欠陥部及び対応する上部電極膜部分がジュール熱により除去される。
【００２８】
したがって、得られる圧電素子においては、圧電膜の形成時に圧電膜に生じた欠陥部が除去されているので、圧電素子が組み込まれた製品において、欠陥部における絶縁破壊に起因する不具合の発生を防止することができる。
【００２９】
第７発明に係る圧電素子の製造方法は、第６発明において、前記欠陥部除去工程の前に、前記下部電極膜上の前記圧電膜及び前記上部電極膜を一体的にストリート状に除去して、前記圧電膜及び前記上部電極膜を複数の分割領域に分割する分割工程を有することを特徴とする。
【００３０】
第７発明によれば、欠陥部除去工程において、電圧の印加による応力の発生によって圧電膜にクラックが発生するのを防止することができる。
【００３１】
第８発明に係る圧電素子の製造方法は、第７発明において、前記分割工程においては、前記上部電極膜の一部であり、隣接する前記分割領域同士を接続する接続部を残して分割することを特徴とする。
【００３２】
第８発明によれば、上部電極膜の分割された各部分が電気的に接続されているので、欠陥部除去工程において、簡便な電圧印加手段によって、下部電極膜と上部電極膜との間に電圧を印加することができる。
【００３３】
第９発明に係る圧電素子の製造方法は、第７発明において、前記分割工程は、該接続部が連続して一直線上に並ぶことがないように行われることを特徴とする。
【００３４】
第９発明によれば、接続部が連続して一直線上に並ぶ場合には、欠陥部除去工程における電圧の印加によって発生する機械的な応力によってクラックが圧電膜に生じ易くなるところ、これを防止することができる。
【００３５】
第１０発明に係る圧電素子の製造方法は、第６〜第９のいずれかの発明において、
前記上部電極膜の形成は、前記圧電膜を構成する圧電材料よりも融点が高い材料を用いて行われることを特徴とする。
【００３６】
第１０発明によれば、欠陥部除去工程において圧電膜の欠陥部及び隣接する上部電極膜の部分を除去した後に、該除去した部分に溶融した上部電極膜の材料が流れ込んで下部電極膜と上部電極膜との間の絶縁性が損なわれるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光偏向器の正面図である。
【図２】図１の光偏向器のカンチレバーを構成するカンチレバー型の圧電アクチュエータの断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、図２の圧電アクチュエータの製造に際して圧電膜が絶縁破壊してできた貫通孔の４箇所を、上部電極膜側から観察した様子をそれぞれ示す４枚の顕微鏡写真である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法における一部の工程を示す断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、図４の製造方法の残りの工程を示す断面図である。
【図６】図６Ａは、図４、図５の製造方法における欠陥部除去工程において設けられる下部電極膜の露出部の一例を示す図であり、図６Ｂは該露出部の別の例を示す図である。
【図７】図７Ａは、図４、図５の製造方法における分割工程でチップ毎に分割された上部電極膜及び圧電膜の一例を示す図である。図７Ｂは、該分割工程でチップ毎に分割された上部電極膜及び圧電膜の別の例を示す図である。
【図８】図８Ａは、圧電アクチュエータの変形例を示す平面図であり、図８ＢはそのＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（光偏向器の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを用いて構成される光偏向器を示す。図１に示すように、この光偏向器１は、ＭＥＭＳとして製造される。なお、平板状の光偏向器１に対し、ミラー部２の反射面が視認できる側を「正面」、その反対側を「背面」ということにする。
【００３９】
以下、光偏向器１について上下左右というとき、光偏向器１の正面視での上下左右をいうものとする。光偏向器１の構成の把握の便宜のため、図１等に三軸直交座標を定義している。原点Ｏは、ミラー部２の中心に設定している。Ｚ軸は、光偏向器１の厚み方向に対応している。Ｘ軸及びＹ軸は、左右方向及び上下方向に対応している。Ｚ軸は、背面から正面に向かう向きとされる。Ｘ軸は、左から右に向かう向きとされる。Ｙ軸は、下から上に向かう向きとされる。以下、光偏向器１の構成は、ミラー部２の静止状態、すなわちミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致している状態で説明する。
【００４０】
光偏向器１は、ミラー部２、内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂ、可動支持部としての可動枠４、外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂ、及び固定枠６を備える。固定枠６は、正面視で横長の矩形となっている。固定枠６の長辺及び短辺は、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行である。
【００４１】
図１において、軸線Ｌｘ、Ｌｙは、ミラー部２が往復回動（正逆転）する２つの軸線である。軸線Ｌｘ、Ｌｙは、ミラー部２の中心（原点Ｏ）において直交する。内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂは、駆動部（図示せず）から第１駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｙの回りに第１周波数（例：３０ｋＨｚ）で往復回動させる。外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂは、駆動部から第２駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに第２周波数（例：６０Ｈｚ）で往復回動させる。
【００４２】
内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂは、圧電構造付きのカンチレバーから構成され、正面視においてＹ軸に対して左右対称の構造になっている。内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂは、Ｙ軸方向の両端部において相互に結合し、全体では、ミラー部２を包囲するＹ軸方向に縦長の楕円環を構成する。可動枠４は、内外周がＹ軸方向に縦長の楕円輪郭の環状枠として形成され、内周側において内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂから構成される楕円環を包囲する。
【００４３】
トーションバー２１ａ、２１ｂは、ミラー部２からＹ軸に沿って上下に直線状に突出し、中間部において内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂの結合部に結合し、突出端において可動枠４の内周に結合する。軸線Ｌｙは、トーションバー２１ａ、２１ｂの中心線に一致する。
【００４４】
外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂは、矩形の固定枠６の内周側でかつＸ軸方向に可動枠４に対して左右対称に配設される。外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂの各々は、ミアンダ配列で直列に結合している複数のカンチレバー２３から構成される。カンチレバー２３も、内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂのカンチレバー（符号無し）と同様に、圧電構造付きとなっている。なお、各カンチレバー２３は、単独で圧電アクチュエータとして使用可能である。
【００４５】
具体的には、各カンチレバー２３は、長手方向をＹ軸方向に揃えて、Ｘ軸方向に一列に配列される。複数のカンチレバー２３は、折り返し部（符号無し）を介して縦方向（Ｙ軸方向）の端部において横方向（Ｘ軸方向）に左隣り又は右隣りのカンチレバー２３に結合している。
【００４６】
外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂの各々においてＸ軸方向の両端のカンチレバー２３は、長さが中間のカンチレバー２３の半分となっており、Ｘ軸上で固定枠６及び可動枠４にそれぞれ結合している。固定枠６に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂの基端部を構成し、可動枠４に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂの先端部を構成する。
【００４７】
電極パッド１６ａ、１６ｂは、固定枠６の各短辺部の表面に複数ずつ配設されている。電極パッド１６ａは、光偏向器１の内部配線を介して光偏向器１の左半部の内側圧電式アクチュエータ３ａ及び外側圧電式アクチュエータ５ａに接続されている。電極パッド１６ｂは、光偏向器１の内部配線を介して光偏向器１の右半部の内側圧電式アクチュエータ３ｂ及び外側圧電式アクチュエータ５ｂに接続されている。
【００４８】
（光偏向器の作用）
光偏向器１の作用について説明する。なお、以下、内側圧電式アクチュエータ３ａ、３ｂを特に区別しないときは、「内側圧電式アクチュエータ３」と総称する。外側圧電式アクチュエータ５ａ、５ｂを特に区別しないときは、「外側圧電式アクチュエータ５」と総称する。電極パッド１６ａ、１６ｂを特に区別しないときは、「電極パッド１６」と総称する。
【００４９】
光偏向器１は、二次元スキャナとして、映像器や車両用前照灯等に装備される。光偏向器１は、パッケージ内に収納されて、光偏向器１の電極パッド１６とパッケージの端子とは、ボンディングワイヤ（図示せず）により接続されている。内側圧電式アクチュエータ３及び外側圧電式アクチュエータ５には、それらの圧電体に電極パッド１６から駆動電圧が供給される。
【００５０】
図示していない光源（例：半導体レーザ光源）からの光（例：レーザ光）が、光偏向器１のミラー部２の中心（三軸座標系の原点Ｏ）に入射する。
【００５１】
外側圧電式アクチュエータ５は、電極パッド１６からの駆動電圧により作動して、可動枠４をＸ軸の回りに第２周波数で往復回動させる。この結果、ミラー部２は、軸線Ｌｘの回りを第２周波数で往復回動する。
【００５２】
外側圧電式アクチュエータ５の作動について詳説する。各外側圧電式アクチュエータ５は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から成る。外側圧電式アクチュエータ５の基端側（固定枠６側）から先端側（可動枠４側）にかけて順番にカンチレバー２３に番号を付けると、奇数番のカンチレバー２３と偶数番のカンチレバー２３とは、同一周波数の逆位相の駆動電圧が供給され、湾曲変形の凸側の向きが逆になるように、変形する。
【００５３】
この結果、ミアンダ配列を構成する各カンチレバー２３は、外側圧電式アクチュエータ５の作動時に、Ｘ軸方向に隣接するもの同士で逆向きに湾曲する。この時、各カンチレバー２３の基端部に対する先端部の相対回転量の蓄積量が、軸線Ｌｘの回りの外側圧電式アクチュエータ５に対する内側圧電式アクチュエータ３の回転量（捻じれ量）となる。
【００５４】
一方、内側圧電式アクチュエータ３は、電極パッド１６からの第１駆動電圧によりトーションバー２１をその中心軸線としての軸線Ｌｙの回りに第１周波数で往復回動させる。第１周波数は、高い周波数を確保するために、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数に設定される。なお、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動の周波数である第２周波数は、非共振周波数に設定される。
【００５５】
こうして、ミラー部２は、軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動しつつ、軸線Ｌｘの回りに非共振周波数で往復回動する。この結果、ミラー部２は、正面視で、左右には共振周波数で、上下には非共振周波数で回動する。図示しない光源からの光は、ミラー部２の中心で反射して、その時々の軸線Ｌｘ、Ｌｙの回りの回動角に対応する方向に走査光として出射する。
【００５６】
（圧電アクチュエータの構成）
図２は、カンチレバー２３を構成するカンチレバー型の圧電アクチュエータ２４の断面図である。図２に示すように、圧電アクチュエータ２４は、支持部３５ｄにより一方の端部が支持され、他方の端部が自由端となっている圧電素子２５を備える。
【００５７】
ただし、上述の外側圧電式アクチュエータ５を構成するために、圧電素子２５の他方の端部には、別の圧電アクチュエータ２４の支持部３５ｄが固定される。圧電アクチュエータ２４が、外側圧電式アクチュエータ５の先端側（可動枠４側）のカンチレバー２３を構成するものである場合には、圧電素子２５の他方の端部は、可動枠４に固定される。
【００５８】
圧電素子２５は、下部電極２６と、上部電極２７と、下部電極２６と上部電極２７との間に挟まれた圧電体２８と、上部電極２７の表面側から上部電極２７及び圧電体２８を貫通し、下部電極２６に至る貫通孔３１とを備える。
【００５９】
貫通孔３１は、圧電体２８における所定の絶縁耐力を有する正常部位よりも絶縁耐力が低い欠陥部２９ａ（図４Ｃ参照）の部分及びその上に隣接する上部電極２７の部分が後述の欠陥部除去工程により除去されて形成された部分である。
【００６０】
上部電極２７の上には、上部電極２７の必要な部分を絶縁して保護する絶縁体３０が設けられる。貫通孔３１には、絶縁体３０の一部が充填されている。上部電極２７及び下部電極２６の一端には、給電用の配線３２が接続される。支持部３５ｄは、圧電素子２５の形成時に使用された基板としてのＳＯＩウェハの残存する一部により形成されている。
【００６１】
図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ絶縁体３０が充填されていない状態における４つの貫通孔３１を上部電極２７側から見た様子を示す。図３Ａ〜図３Ｄのように、貫通孔３１における上部電極２７の開口は、圧電体２８（図２参照）の開口より大きい。
【００６２】
すなわち、圧電体２８及び上部電極２７の厚さ方向に見て、圧電体２８が除去されている部分３３は、上部電極２７が除去されている部分３４よりも小さく、かつ上部電極２７が除去されている部分３４に含まれている。
【００６３】
圧電素子２５は、固定端側が支持部３５ｄにより支持され、カンチレバー型の圧電アクチュエータ２４、すなわちカンチレバー２３として機能し、配線３２を介して供給される電圧により駆動される。そして、上述のように、複数の圧電アクチュエータ２４がミアンダ配列で直列的に結合され、隣り合う者同士が逆極性の駆動電圧で駆動され、外側圧電式アクチュエータ５として機能する。
【００６４】
（圧電アクチュエータの製造方法）
図４Ａ〜図４Ｄ及び図５Ａ〜図５Ｄは、光偏向器１の製造に際して圧電素子２５及び圧電アクチュエータ２４（カンチレバー２３）を形成する部分の製造工程を示す。図４Ａ〜図４Ｄ及び図５Ａ〜図５Ｄにおいては、図２の圧電アクチュエータ２４の断面に対応する部分の断面が示されている。
【００６５】
図４Ａ〜図４Ｄ及び図５Ａ〜図５Ｄに示すように、この製造工程は、ＳＯＩウェハ３５上に下部電極膜３６を形成する下部電極膜形成工程（図４Ａ）と、下部電極膜３６の上に圧電膜２９を形成する圧電膜形成工程（図４Ｂ）と、圧電膜２９の上に上部電極膜３７を形成する上部電極膜形成工程（図４Ｃ）とを備える。
【００６６】
そして、上部電極膜形成工程の後に、下部電極膜３６と上部電極膜３７との間に電界を印加することにより、圧電膜２９内の欠陥部２９ａを除去する欠陥部除去工程（図４Ｄ、図５Ａ）が実施される。欠陥部除去工程の後、さらに、絶縁膜３８の形成（図５Ｂ）、電極コンタクト部の形成（図５Ｃ）、ＳＯＩウェハ３５の部分的除去（図５Ｄ）、給電用の配線３２の接続（図２）等の工程が行われ、圧電アクチュエータ２４が形成される。
【００６７】
具体的には、下部電極膜形成工程（図４Ａ）では、まず、ＳＯＩウェハ３５が熱酸化処理され、その上にスパッタリング法等により下部電極膜３６が形成される。ＳＯＩウェハ３５としては、例えば、Ｓｉ基板３５ａ上にＳｉＯ２の熱酸化膜３５ｂを形成し、その上にシリコン単結晶層３５ｃを形成した構造のものを用いることができる。
【００６８】
下部電極膜３６の形成に際しては、まず、例えばＴｉ、Ｐｔ膜がこの順で形成され、さらに、ペロブスカイト型結晶構造を有するＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ：ルテニウム酸ストロンチウム）、ＬａＮｉＯ３（ＬＮＯ：ニッケル酸ランタン）及びＢａＲｕＯ３（ＢＲＯ：ルテニウム酸バリウム）のうちの何れか１つからなる導電性薄膜が形成される。
【００６９】
これらの材料によれば、ＰＺＴ等の圧電材料に対して特に相性が良く、圧電膜２９のエピタキシャル成長を実現し易い良質の積層体である下部電極膜３６を形成することができる。
【００７０】
圧電膜形成工程（図４Ｂ）では、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＰＬＤ（Pulse Laser Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法、ゾルゲル法等により、膜厚が３〜５μｍの圧電膜２９が形成される。
【００７１】
圧電膜２９を構成する圧電材料としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＮＺＴ（チタン酸ジルコン酸ニオブ酸鉛）、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＰＬＴ（チタン酸ランタン鉛）、ＰＭＮ（マグネシウム酸ニオブ酸鉛）又はＰＭＮＮ（マンガン酸ニオブ酸鉛）が用いられる。特に、ＰＺＴは大きな圧電特性を有するため、低消費電力化、小型化を図る上で好ましい。
【００７２】
この工程では、下部電極膜３６表面の異常成膜部や異物、圧電膜２９の成膜中に圧電材料に混入した異物、異常成長などにより、圧電膜２９に、ボイドや、表面の窪みや突起、微小なクラック等の膜欠陥を含む絶縁耐力が低い欠陥部２９ａが形成される。欠陥部２９ａは、その発生原因や発生箇所によってサイズや形は様々であるが、ボイドや異常な粒界を含んでいるものが多く、所定の絶縁耐力を有する正常な部位に比べて、絶縁耐力が低くなっている。
【００７３】
上部電極膜形成工程（図４Ｃ）では、スパッタリング法等により上部電極膜３７が形成される。上部電極膜３７は、例えばＰｔ、Ｔｉ、Ｉｒ、ＩｒＯ又はＳＲＯの薄膜や、これらの積層体により構成される。
【００７４】
このとき、上部電極膜３７が圧電膜２９よりも融点の低い材料で構成されると、欠陥部除去工程において後述のように圧電膜２９の欠陥部２９ａが絶縁破壊して蒸発した後に、溶融した上部電極膜３７が流れ込み、下部電極膜３６とショートするので望ましくない。
【００７５】
同様の理由から、上部電極膜３７を膜厚の厚い構成とすることも好ましくない。すなわち、上部電極膜３７は、圧電膜２９を構成する材料よりも高い融点を有する材料の薄膜として構成するのが好ましい。
【００７６】
上部電極膜３７をこのような構成とすることによって、この後の欠陥部除去工程において、図３のように、絶縁破壊により、欠陥部２９ａが存在していた部分３３よりもやや大きい範囲の上部電極膜３７の部分３４が除去される。これにより、絶縁破壊によって生じる恐れがある上部電極膜３７と下部電極膜３６との間のショートが確実に防止される。
【００７７】
欠陥部除去工程（図４Ｄ、図５Ａ）では、まず、図４Ｄのように、上部電極膜３７及び圧電膜２９の一部がフォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により除去される。すなわち、圧電膜２９の欠陥部２９ａを除去するための電圧を印加できるように、下部電極膜３６が部分的に露出される。
【００７８】
この部分的に露出した下部電極膜３６の露出部３９は、図６Ａのように、ＳＯＩウェハ３５の周辺部の複数箇所に設けるのが好ましい。これにより、この後に圧電膜２９に印加される欠陥部２９ａを除去するための電界をＳＯＩウェハ３５の前全面にわたって均等に分布させることができる。なお、図６Ｂのように、ＳＯＩウェハ３５の周辺部全体に設けてもよい。
【００７９】
次に、上部電極膜３７と下部電極膜３６との間に、欠陥部２９ａのない正常領域における圧電膜２９の耐電圧未満の電圧が印加される。これにより、正常領域よりも耐電圧が低下している欠陥部２９ａで絶縁破壊が生じ、欠陥部２９ａが除去される。
【００８０】
ただし、正常領域の圧電膜２９の耐電界（絶縁耐力）は成膜手法や成膜条件によって異なる。例えば、イオンプレーティング法で形成した圧電膜２９は、正常部位において少なくとも２０Ｖ／μｍ以上の耐電界を有する。一方、欠陥部２９ａでの耐電界は、最大でも正常部位の８割以下となっている。
【００８１】
したがって、印加される電圧としては、例えば、欠陥部２９ａの最大の耐電界に相当する電圧を超える電圧が選択される。これにより、欠陥部２９ａのみを選択的に絶縁破壊させてジュール熱により蒸発させ、図３のような貫通孔３１を形成することができる。
【００８２】
印加される電圧は、ＤＣ電圧でもＡＣ電圧でもよいが、この電圧の印加による電界によって生じる機械的応力が圧電膜２９にクラックを発生させるのを防止するために、パルス波形を有する電圧を採用してもよい。
【００８３】
また、この圧電膜２９におけるクラックの発生を防止するために、下部電極膜３６上の、圧電膜２９及び上部電極膜３７からなる膜を一体的にストリート状に除去して、圧電膜２９及び上部電極膜３７を複数の分割領域に分割する分割工程を行ってから電圧を印加してもよい。
【００８４】
この分割は、図７Ａのように、上部電極膜３７及び圧電膜２９を光偏向器１のチップ毎に行うのが好ましい。これにより、ストリートとスクライブラインを一致させ、ダイシングに都合がよい分割を行うことができる。
【００８５】
ただし、この場合、上部電極膜３７に電圧を印加するためのプローブは、分割された上部電極膜３７ａ毎に電圧を印加できる構造を有していなければならない。そこで、上部電極膜３７及び圧電膜２９の分割に際しては、プローブの構造を簡素化するために、図７Ｂのように、隣接する上部電極膜３７ａ同士を接続する接続部４０を残して分割するようにしてもよい。接続部４０は、上部電極膜３７の一部である。
【００８６】
ただし、この場合、接続部４０が一直線上に配列されると、上部電極膜３７ａに機械的応力によるクラックが生じ易くなる。このため、図７Ｂに示すように、ＳＯＩウェハ３５の全体にわたって接続部４０が一直線上に配列されないように（ジグザグに配置されるように）接続部４０を設けるのが好ましい。
【００８７】
図７Ｂの例では、チップの短辺方向に沿って、各隣接する上部電極膜３７ａ間に、チップの長辺方向における一方の側及び他方の側に交互に位置するように、接続部４０が配列されている。また、チップの長辺方向に沿って、各隣接する上部電極膜３７ａ間に、チップの短辺方向における一方の側及び他方の側に交互に位置するように、接続部４０が配列されている。
【００８８】
この欠陥部除去工程が完了すると、次に、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、上部電極膜３７、圧電膜２９、下部電極膜３６、及びＳＯＩウェハ３５の熱酸化膜３５ｂのパターニングが行われる。これにより、各圧電アクチュエータ２４に対応する上部電極２７、圧電体２８及び下部電極２６のパターンが形成される。
【００８９】
次に、図５Ｂのように、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる絶縁膜３８が上部電極２７を覆うように形成される。このとき、絶縁膜３８の一部が、上述の欠陥部除去工程で形成された貫通孔３１に充填される。
【００９０】
さらに、図５Ｃのように、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術により、絶縁膜３８、上部電極２７及び圧電体２８を加工して、上部電極２７及び下部電極２６の電極コンタクト部が露出される。
【００９１】
次に、図５Ｄのように、ＳＯＩウェハ３５側に、フォトリソグラフィーにより、レジストパターンの形成後に圧電アクチュエータ２４の可動部となる領域２４ａに対応するＳＯＩウェハ３５のＳｉ基板３５ａ（図４Ａ参照）部分がＤｅｅｐ−ＲＩＥ（深掘りエッチング）により除去され、圧電アクチュエータ２４の可動部が形成される。ＳＯＩウェハ３５の除去されなかった部分により、圧電アクチュエータ２４の支持部３５ｄが形成される。
【００９２】
そして、さらに領域２４ａ部分のエッジングが行われ、上部電極２７及び下部電極２６に電圧を供給するための配線３２が形成される。これにより、図２に示すような圧電アクチュエータ２４が、光偏向器１のチップの一部を構成するものとして形成される。
【００９３】
（実施形態の効果）
本実施形態によれば、光偏向器１において圧電アクチュエータ２４の圧電体２８の絶縁破壊に起因する不具合の発生を防止することができる。すなわち、圧電体２８の形成時には、圧電体２８となる圧電膜２９を成膜するときに圧電膜２９に欠陥部２９ａが生じる。この欠陥部２９ａは耐電界性が劣化しているので、かかる欠陥部２９ａが圧電体２８に残存する状態で光偏向器１を使用すると、欠陥部２９ａに絶縁破壊が生じ、光偏向器１に不具合が生じる恐れがある。
【００９４】
この点、本実施形態によれば、圧電体２８の形成時に圧電体２８となる圧電膜２９に生じた欠陥部２９ａが欠陥部除去工程により除去される。これにより、欠陥部２９ａが圧電体２８に残存することが阻止されるので、欠陥部２９ａに起因する絶縁破壊により光偏向器１に不具合が生じるのを防止することができる。
【００９５】
また、欠陥部除去工程により除去された貫通孔３１に絶縁体３０の一部が充填されるので、下部電極２６と上部電極２７との間の貫通孔３１における絶縁性を確実に保持することができる。
【００９６】
また、貫通孔３１における上部電極２７の開口は、圧電体２８の開口より大きいので、貫通孔３１における下部電極２６と上部電極２７との間の絶縁性をより確実に保持することができる。
【００９７】
また、欠陥部除去工程の前に、上部電極膜３７及び圧電膜２９をチップ毎に分割する分割工程を有する場合には、欠陥部除去工程において圧電膜２９に印加される電界により発生する機械適応力によって圧電膜２９にクラックが発生するのを防止することができる。
【００９８】
また、分割工程において接続部４０が設けられない場合には、欠陥部除去工程において上部電極膜３７の分割された各上部電極膜３７ａに別個に電圧を印加する必要がある。これに対し、接続部４０が設けられる場合には、各上部電極膜３７ａに別個に電圧を印加する必要がないので、簡便な電圧印加手段により、欠陥部除去工程における電圧の印加を行うことができる。
【００９９】
また、接続部４０は、連続して一直線上に並ぶことがないように配置されるので、接続部４０が連続して一直線上に並ぶことによって上記の機械応力によるクラックが圧電膜２９に生じ易くなるのを防止することができる。
【０１００】
また、上部電極膜３７の形成は、圧電膜２９を構成する圧電材料よりも融点が高い材料を用いて行われる。これにより、欠陥部除去工程において欠陥部２９ａを除去した後に、溶融した上部電極２７の材料が貫通孔３１に流れ込んで下部電極２６と上部電極２７との間の絶縁性が損なわれるのを防止することができる。
【０１０１】
（変形例）
図８Ａ及び図８Ｂは、圧電アクチュエータの変形例を示す。この圧電アクチュエータ２４ｂは、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、上部電極２７に電圧を供給するための給電層４１を、上部電極２７上に固定端側から自由端側にかけて有している。
【０１０２】
給電層４１は、給電対象の圧電アクチュエータ２４ｂの上部電極２７に対して電圧降下なく極力均一に電圧が印加されるように、絶縁体３０を貫いて複数箇所で上部電極２７に接続している。なお、給電層４１と上部電極２７の接点は、１つのカンチレバー２３を構成する１つの圧電アクチュエータ２４ｂについて少なくとも１つあればよく、多点であってもよい。
【０１０３】
一方、外側圧電式アクチュエータ５は、上述のように、変位する方向あるいはタイミングが異なる複数のカンチレバー２３が直列に接続されたミアンダ構造を有する。そして、各隣接するカンチレバー２３には、相互に極性やタイミングが異なる給電を行う必要がある。すなわち、直列に接続されたカンチレバー２３の下部電極２６を共通の連続膜で形成してＧＮＤ（グランド）側とする場合、１つおきのカンチレバー２３の上部電極２７に同じ極性の駆動電圧が入力され、他の１つおきのカンチレバー２３の上部電極２７に、これと逆極性の駆動電圧が入力される。
【０１０４】
このため、当該１つおきのカンチレバー２３に対する駆動電圧の供給と、当該他の１つおきのカンチレバー２３に対する駆動電圧の供給は、基端側から先端側まで直列に配列され、かつ各列において交互に下部電極２６との絶縁状態が保たれた、２列の給電層４１によりそれぞれ行われる。
【０１０５】
上記の給電層４１を有する圧電アクチュエータ２４ｂにおいて、仮に給電層４１と空間的に重なった圧電体２８に欠陥部２９ａが残っている場合を仮定する。この場合、欠陥部２９ａにおける絶縁破壊が起こると、給電層４１の断線や、破壊熱の給電層４１を介した伝達や、給電層４１と下部電極２６との短絡による破壊領域の拡大が引き起こされ、アクチュエータとしての機能が大きく低下するおそれがある。
【０１０６】
したがって、圧電体２８における欠陥部２９ａの残存が完全に排除された本発明の圧電アクチュエータは、給電層４１を有する圧電アクチュエータ２４ｂにおいて特に有効である。
【０１０７】
（適用例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の製造方法により製造される圧電素子は、アクチュエータに限らず、圧電素子の力・電圧間の変換機能を利用したセンサやスピーカ等の種々の製品に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…光偏向器、２…ミラー部、３ａ、３ｂ…内側圧電式アクチュエータ、４…可動枠、５（５ａ、５ｂ）…外側圧電式アクチュエータ、６…固定枠、１６（１６ａ、１６ｂ）…電極パッド、２１ａ、２１ｂ…トーションバー、２３…カンチレバー、２４、２４ｂ…圧電アクチュエータ、２５…圧電素子、２６…下部電極、２７…上部電極、２８…圧電体、２９…圧電膜、２９ａ…欠陥部、３０…絶縁体、３１…貫通孔、３２…給電用の配線、３３、３４…除去されている部分、３５…ＳＯＩウェハ、３５ａ…Ｓｉ基板、３５ｂ…熱酸化膜、３５ｃ…シリコン単結晶層、３６…下部電極膜、３７…上部電極膜、３７ａ…チップ毎の上部電極膜、３８…絶縁膜、３９…露出部、４０…接続部、４１…給電層。
【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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