(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】圧電素子２６は、下部電極２７と、上部電極２８と、下部電極２７と上部電極２８との間に挟まれた圧電体２９と、圧電性を有しない絶縁物からなり、上部電極２８側が該上部電極２８により閉塞されて圧電体２９に埋め込まれている埋め込み物３０とを備える。圧電体２９となる圧電膜３５の形成後、上部電極２８となる上部電極膜３６の形成前に、一部分が露出した状態で圧電膜３５に埋め込まれているパーティクル３７を埋め込み物３０に置換する。【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、
圧電性を有しない絶縁物からなり、前記上部電極側が該上部電極により閉塞された状態で前記圧電体に埋め込まれている埋め込み物とを備えることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記埋め込み物は、前記圧電体における前記上部電極側に偏在し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】
請求項１又は２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４】
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、
前記圧電膜の形成後、前記上部電極膜の形成前に、一部分が露出した状態で該圧電膜に埋め込まれているパーティクルを、圧電性を有しない絶縁物からなる埋め込み物に置換する置換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５】
前記置換工程は、
前記圧電膜を研磨することにより前記パーティクルを除去するパーティクル除去工程と、
前記パーティクルが除去された圧電膜の上に、圧電性を有しない絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記圧電膜の上に形成された絶縁膜を研磨することにより、該絶縁膜を、前記パーティクルの除去により生じた穴に充填されている部分を残して除去する絶縁膜除去工程とを備えることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項６】
前記パーティクル除去工程における研磨は、化学的機械研磨により行うことを特徴とする請求項５に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項７】
前記圧電性を有しない絶縁膜は、テトラエトキシシランを主成分とするものであることを特徴とする請求項４〜６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、圧電膜内に埋め込まれ、表面に一部分が露出したパーティクル等の異物が生じる。
【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存在する上記の異物を避けて上部電極膜を形成することは困難であるため、該異物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、圧電膜の当該異物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、上記の異物を除去する何らかの措置が行われないとすれば、完成した圧電アクチュエータにおいても上記の異物が残存する。そして、その異物は、上部電極と下部電極との間の圧電体において、絶縁耐力の低い欠陥部を構成する。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。
【００１２】
また、特許文献３では、成膜工程を例えば２回に分け、その間に混入異物を除去する洗浄工程を組み込んで圧電体薄膜層を形成することが提案されている。この圧電体薄膜層では、異物が除去された領域において、結晶粒界が不連続領域を挟んで不連続となることにより、リークパスが途切れるので、耐電圧特性が向上している。
【００１３】
また、特許文献４では、圧電素子の圧電体となる圧電膜を形成する際に、第１の圧電体層を形成した後、その上に、第１の圧電体層に生じた空孔を埋める電気絶縁性酸化物からなる第２の圧電体層を形成することが提案されている。これによれば、圧電膜におけるリークパスの形成や電界集中箇所の発生を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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
【特許文献３】特開２００８−１８７０９２号公報
【特許文献４】特開２００８−４１９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献１〜３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ている異物を除去することは可能である。しかし、一部分は露出してはいるが大部分が圧電膜や誘電体薄膜に埋め込まれたパーティクル状の異物までは除去することができない。
【００１６】
また、上記特許文献４の方法によれば、圧電体層が第１の圧電体層に生じた空孔を埋める第２の圧電体層で構成されるので圧電体層内に界面が生じる。また、第１の圧電体層に生じた空孔を除去できるが、一部分は露出してはいるが大部分が圧電体層内圧電膜や誘電体薄膜に埋め込まれたパーティクル状の異物を除去することはできない。
【００１７】
したがって、特許文献１〜４の方法を圧電アクチュエータの圧電素子の製造に適用したとしても、製造時に圧電膜の上記パーティクルによる欠陥部が生じ、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。
【００１８】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、圧電体において上記のようなパーティクルによる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】
【００１９】
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、
圧電性を有しない絶縁物からなり、前記上部電極側が該上部電極により閉塞された状態で前記圧電体に埋め込まれている埋め込み物とを備えることを特徴とする。
【００２０】
第１発明の圧電素子は、その圧電体となる圧電膜の成膜時に出現したパーティクルであって、一部分は露出しているが他の部分は圧電膜内に埋め込まれている状態の該パーティクルを、上記の埋め込み物に置換することにより、該パーティクルによる絶縁耐力の低い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。
【００２１】
第２発明に係る圧電素子は、第１発明において、前記埋め込み物は、前記圧電体における前記上部電極側に偏在していることを特徴とする。
【００２２】
上述のパーティクルは、上述の圧電膜の成膜時には上部電極側に露出しているので、圧電膜の上部電極側に偏在する。このため、該パーティクルを埋め込み物に置換して得られる圧電素子においては、埋め込み物が圧電体の上部電極側に偏在したものとなる。かかる圧電素子によれば、該パーティクルによる絶縁耐力の低い欠陥部を極力排除することができる。
【００２３】
第３発明に係る圧電アクチュエータは、第１又は第２の発明の圧電素子を備えることを特徴とする。
【００２４】
第３発明によれば、圧電素子は、上述のパーティクルによる欠陥部が極力排除されているので、該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。
【００２５】
第４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、
前記圧電膜の形成後、前記上部電極膜の形成前に、一部分が露出した状態で該圧電膜に埋め込まれているパーティクルを、圧電性を有しない絶縁物からなる埋め込み物に置換する置換工程とを備えることを特徴とする。
【００２６】
第４発明によれば、一部分が露出した状態で圧電膜に埋め込まれているパーティクルが上記の埋め込み物に置換されるので、圧電素子の圧電膜に該パーティクルによる絶縁耐力の低い欠陥部が生じるのを防止することができる。
【００２７】
第５発明に係る圧電素子の製造方法は、第４発明において、
前記置換工程は、
前記圧電膜を研磨することにより前記パーティクルを除去するパーティクル除去工程と、
前記パーティクルが除去された圧電膜の上に、圧電性を有しない絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記圧電膜の上に形成された絶縁膜を研磨することにより、該絶縁膜を、前記パーティクルの除去により生じた穴に充填されている部分を残して除去する絶縁膜除去工程とを備えることを特徴とする。
【００２８】
第５発明によれば、一部分が露出した状態で圧電膜に埋め込まれているパーティクルを、パーティクル除去工程、絶縁膜形成工程及び絶縁膜除去工程によって、確実かつ容易に、上述の埋め込み物に置換することができる。また、絶縁膜は、絶縁膜除去工程により、パーティクルがあった穴に充填された部分を残して除去されるので、その後に支障なく上部電極を形成することができる。
【００２９】
第６発明に係る圧電素子の製造方法は、第５発明において、前記パーティクル除去工程における研磨は、化学的機械研磨により行うことを特徴とする。
【００３０】
第６発明によれば、化学研磨と機械研磨の相乗効果により、研磨の速度や質を向上させながら、パーティクルを除去することができる。
【００３１】
第７発明に係る圧電素子の製造方法は、第４〜第６のいずれかの発明において、前記圧電性を有しない絶縁膜は、テトラエトキシシランを主成分とするものであることを特徴とする。
【００３２】
第7発明によれば、テトラエトキシシランは流動性が高いので、パーティクルの除去により生じた穴を、極力隙間なく埋めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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３Ｅは、本発明の一実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、図３の製造工程の一部をより詳細に示す断面図である。
【図５】製造過程で圧電膜に生じたパーティクルの一例を斜めに見た顕微鏡写真である。
【図６】図５のパーティクルが除去された後にできた穴を示す顕微鏡写真である。
【図７】本発明の一実施形態に係る圧電素子を用いた光偏向器の信頼性試験の結果を比較例と対比して示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。なお、軸線ＬｘとＸ軸とは、一致しない。ミラー部２は、後述するように、軸線Ｌｙの回りに往復回動しているので、軸線Ｌｘも、軸線Ｌｙの往復回動に伴い、変動するからである。これに対して、Ｘ軸は、固定枠６に対して静止している。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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首振りする。
【００５２】
なお、ミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致したときのみ、軸線ＬｘはＸ軸に一致し、軸線ＬｙはＹ軸に一致する。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。
【００５３】
（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２５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２６を備える。
【００５４】
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２６の他方の端部には、別の圧電アクチュエータ２４の支持部２５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２６の他方の端部は、可動枠４に固定される。
【００５５】
圧電素子２６は、下部電極２７と、上部電極２８と、下部電極２７と上部電極２８との間に挟まれた圧電体２９と、圧電性を有しない絶縁物からなる埋め込み物３０とを備える。埋め込み物３０は、上部電極２８側が上部電極２８に閉塞されて圧電体２９に埋め込まれている。
【００５６】
埋め込み物３０は、後述のように、圧電素子２６の圧電体２９となる圧電膜の成膜時に圧電膜内に取り込まれたパーティクルを取り除いて生じた穴に充填された圧電性を有しない絶縁膜の一部により形成されたものである。
【００５７】
上部電極２８の上には、上部電極２８の必要な部分を絶縁して保護する絶縁体３１が設けられる。上部電極２８及び下部電極２７の一端には、給電用の配線３２が接続される。支持部２５は、圧電素子２６の形成時に使用された基板であるウェハの残存する一部により形成されている。
【００５８】
圧電素子２６は、固定端側が支持部２５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。
【００５９】
（圧電素子の製造方法）
図３Ａ〜図３Ｅは、光偏向器１の製造に際して圧電素子２６を形成する部分の製造工程を示す。図３Ａ〜図３Ｅにおいては、図２の圧電アクチュエータ２４における圧電素子２６の断面に相当する部分の断面が示されている。
【００６０】
図３Ａ〜図３Ｅに示すように、この製造工程は、ウェハ３３上に下部電極膜３４、圧電膜３５及び上部電極膜３６をこの順で形成する工程（図３Ａ、図３Ｅ）を備える。また、圧電膜３５の形成後、上部電極膜３６の形成前に、圧電膜３５の表面に露出しているパーティクル３７を、圧電性を有しない絶縁物からなる埋め込み物３０に置換する置換工程（図３Ｂ〜図３Ｄ）を備える。
【００６１】
図４Ａ〜図４Ｄは、図３の製造工程の一部をより詳細に示す断面図である。具体的には、下部電極膜３４を形成する工程では、図４Ａに示すように、ウェハ３３上にＴｉやＴｉＯ２等のバッファ層３８が、１０ｎｍの厚さ（又は５〜２０ｎｍの範囲の厚さ）で形成される。
【００６２】
さらに、その上にＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ２等の電極層３９が、１５０ｎｍの厚さ（又は８０〜２００ｎｍの範囲の厚さ）で形成される。そして、その上にＳＲＯ、ＬＮＯ等の導電性酸化物層４０を、２０ｎｍの厚さ（又は５〜３０ｎｍの範囲の厚さ）が形成される。
【００６３】
ウェハ３３としては、例えば、表面がＳｉＯ２又はＳｉの基板、すなわちＳｉ基板、ＳＯＩ基板等が使用できる。基板の厚さは、例えば４００μｍ（又は３００〜７００μｍの範囲の厚さ）である。
【００６４】
圧電膜３５の形成は、ＰＺＴ（チタン・ジルコン酸鉛）などの圧電層を５μｍの厚さ（又は３〜６μｍの範囲の厚さ）で形成することにより行われる。圧電層の厚さは、後の工程で研磨される厚さを考慮し、最終的に所望の厚さになるように設定される。このとき、図５に示すように、ＰＺＴ成膜プロセスによって発生した異物としてのパーティクル３７が、その一部分が圧電膜３５から露出し、他の部分が圧電膜３５に埋め込まれた状態で圧電膜３５に多数又は少数発生する。
【００６５】
次の置換工程は、パーティクル除去工程（図３Ｂ）、絶縁膜形成工程（図３Ｃ）、及び絶縁膜除去工程（図３Ｄ）とを備える。
【００６６】
パーティクル除去工程では、圧電膜３５を研磨することにより圧電膜３５の表面に露出しているパーティクル３７が除去される。図３Ｂでは、パーティクル３７が除去されて穴４１ができた状態が示されている。
【００６７】
すなわち、パーティクル３７の一部分が表面から隆起した圧電膜３５に平坦化処理が施される。このとき、研磨に際しては、ＣＭＰ（化学的機械研磨）技術を用いるのが好ましい。化学研磨と機械研磨の相乗効果により、研磨の速度や質を向上させながら、パーティクル３７を除去することができるからである。このとき、図４Ｂに示すように、ＰＺＴの圧電膜３５を、０．２〜０．４μｍ削ることが望ましい。
【００６８】
また、平坦化処理後の表面粗度としては、算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、圧電膜３５を製膜した後の表面粗度（Ｒａが約１０ｎｍ以上）を同時に改善し、後続プロセスにおける均一な成膜や加工精度を向上することができる。このＣＭＰによる平坦化処理によってパーティクル３７が脱落し、図３Ｂ又は図４Ｂに示すような穴４１が形成される。この穴４１は、最大で、圧電膜３５の膜厚分の深さを有することが想定される。
【００６９】
次の、絶縁膜形成工程では、図３Ｃに示すように、パーティクル３７が除去された圧電膜３５の上に、圧電性を有しない絶縁膜４２が形成される。この絶縁膜４２としては、プラズマＣＶＤ法により形成されるテトラエトキシシランを主成分とするＴＥＯＳ膜が望ましい。ＴＥＯＳは流動性が高く、穴４１に良好に充填されるので、埋め込み物３０を形成するのに好ましいからである。
【００７０】
また、図４Ｃに示すように、絶縁膜４２は、圧電膜３５の膜厚（＝穴４１の最大深さ）以上の膜厚で形成するのが望ましい。例えば、圧電膜３５の膜厚が５μｍ、すなわち穴４１の最大深さが５μｍであるとき、絶縁膜４２は６μｍ程度の膜厚で成膜することが望ましい。
【００７１】
次の、絶縁膜除去工程では、図３Ｄに示すように、圧電膜３５の上に形成された絶縁膜４２について研磨による平坦化処理を行うことにより、絶縁膜４２が、パーティクル３７の除去により生じた穴４１に充填されている部分を残して除去される。
【００７２】
研磨に際しては、異物除去工程の場合と同様に、ＣＭＰ（化学的機械研磨）技術を用いるのが好ましい。研磨に際しては、図４Ｄに示すように、絶縁膜４２に加えて圧電膜３５をさらに０．２〜０．４μｍ削るオーバーエッチングを行うのが望ましい。圧電膜３５の穴４１以外の部分に絶縁膜４２が残ると、圧電膜３５の圧電特性が低下するからである。
【００７３】
最終的な圧電膜３５の厚さｔは、例えば、圧電膜３５の成膜完了時の厚さが５μｍ、パーティクル除去工程において除去される厚さが０．４μｍ、絶縁膜除去工程で除去される厚さが０．４μｍであるとすると、ｔ＝（５−０．４−０．４）μｍ＝４．２μｍとなる。
【００７４】
これにより、パーティクル３７を埋め込み物３０に置換する置換工程が完了する。この後、図３Ｅのように、圧電膜３５の上に上部電極膜３６が形成される。
【００７５】
なお、この間に又はこの後に、上部電極膜３６、圧電膜３５、下部電極膜３４、及びウェハ３３のパターニングにより、ウェハ３３上の各光偏向器１のチップにおける圧電アクチュエータ２４の上部電極２８、圧電体２９、下部電極２７、配線３２、支持部２５などが形成される。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の一部を構成するものとして形成される。
【００７６】
（実施形態の効果）
本実施形態によれば、圧電素子２６の圧電体２９となる圧電膜３５の成膜時に生じたパーティクル３７を埋め込み物３０に置換するようにしたので、パーティクル３７による絶縁耐力の低い欠陥部を極力排除した圧電素子２６を提供することができる。なお、置換工程では、圧電膜３５から上部電極２８側に突出したパーティクル３７を埋め込み物３０に置換しているので、圧電体２９は、埋め込み物３０が上部電極２８側に偏在した構造を有する。
【００７７】
かかる圧電素子２６を有する圧電アクチュエータ２４は、パーティクル３７が埋め込み物３０に置換されているので、圧電素子２６にパーティクル３７による絶縁耐力の低い欠陥部を有していない。したがって、圧電アクチュエータ２４の駆動時に、かかる欠陥部の絶縁破壊により不具合が生じるのを防止することができる。
【００７８】
図７は、パーティクル３７が埋め込み物３０に置換されている本実施形態の圧電素子２６を有する光偏向器１と、パーティクル３７が圧電体内に放置されたまま残存する比較例の圧電素子を有する光偏向器について、それぞれ「実施例」及び「比較例」として信頼性試験を行った結果を示す。
【００７９】
図７のように、実施例及び比較例ともに６５ＶのＡＣ電圧で５１１時間駆動した場合の故障率が、実施例の場合には０．０１％であったのに対し、比較例では６１．５％であった。しかも、実施例の０．０１％の故障は、圧電素子２６の絶縁破壊によるものではなく、別の箇所の不具合によるものであった。
【００８０】
この結果から、本発明に従ってパーティクル３７を埋め込み物３０に置換することにより、圧電素子２６の絶縁破壊を実際に防止できることがわかる。
【００８１】
（変形例）
本発明は、上記の実施形態に限定されず、適宜変形して実施することができる。例えば、パーティクル除去工程及び絶縁膜除去工程における平坦化処理を行う際には、所望の平坦な形状が得られるならば、ＣＭＰ（化学的機械研磨）に限らず、他のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）等の技術を用いてもよい。
【００８２】
また、埋め込み物３０を形成するための絶縁膜としては、圧電性がなく、所望の絶縁耐圧を有し、パーティクル除去後の穴を良好に埋め込むことができるものであれば、プラズマＣＶＤ法によるＴＥＯＳ膜に限らず、他のプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ、ＳＩＮ、ＳｉＯＮ膜や、ＳＯＧ（スピンオングラス）膜などを用いてもよい。
【００８３】
（適用例）
本発明は、上記のカンチレバー型の圧電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】
【００８４】
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…圧電アクチュエータ、２５…支持部、２６…圧電素子、２７…下部電極、２８…上部電極、２９…圧電体、３０…埋め込み物、３１…絶縁体、３２…配線、３３…ウェハ、３４…下部電極膜、３５…圧電膜、３６…上部電極膜、３７…パーティクル、３８…バッファ層、３９…電極層、４０…導電性酸化物層、４１…穴。
【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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