(57)【要約】【課題】小型で、且つ拡張されたトルク又は変位を得ることが可能な圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ１は、支持体３及び支持体３上に形成された圧電体５Ａ，５Ｂを有し圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂを複数備えると共に、該複数の圧電カンチレバーの圧電体５Ａ，５Ｂにそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，９，４Ａ，４Ｂ，６Ａ，６Ｂを独立に備える。複数の圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、該駆動電圧の印加により各圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂが独立に屈曲変形される。【選択図】図１
2008035600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体及び該支持体上に形成された圧電体を有し圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバーを複数備えると共に、該複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極を独立に備え、
前記複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、前記駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて、それぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように機械的に連結され、
前記複数の電極は、前記隣り合う圧電カンチレバーの圧電体に互いに異なる駆動電圧を印加するための２つの独立した電極であり、
前記駆動電圧の印加により前記隣り合う圧電カンチレバーが互いに逆方向に屈曲変形されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電カンチレバーの圧電体に印加される駆動電圧は直流電圧であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電カンチレバーの支持体は、半導体基板を形状加工して一体的に形成されるものであることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４記載の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電カンチレバーの圧電体は、前記半導体基板上に直接成膜された単層の圧電膜を形状加工して形成されるものであることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項４又は５記載の圧電アクチュエータにおいて、前記電極は、
前記半導体基板上に前記圧電膜との間に直接成膜された金属薄膜である下部電極層を形状加工して形成された下部電極と、
前記圧電膜上に直接成膜された金属薄膜である上部電極層を形状加工して形成された上部電極と、
前記上部電極層及び圧電膜を形状加工して前記圧電カンチレバーの上部電極及び圧電体と部分的に分離して形成される、所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンとを含むことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項４又は５記載の圧電アクチュエータにおいて、前記電極は、
前記半導体基板上に前記圧電膜との間に直接成膜された金属薄膜である下部電極層を形状加工して形成された下部電極と、
前記圧電膜上に直接成膜された金属薄膜である上部電極層を形状加工して形成された上部電極と、
前記複数の圧電カンチレバーの上部電極と圧電体と下部電極とを覆い且つ各圧電カンチレバー上で部分的に開口した層間絶縁膜上に設けられ、該層間絶縁膜の開口した部分を介して所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンとを含むことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
支持体及び該支持体上に形成された圧電体を有し圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバーを複数備えた圧電アクチュエータの製造方法において、
半導体基板上に金属薄膜である下部電極層を形成する下部電極層形成ステップと、
前記下部電極層上に単層の圧電膜を形成する圧電体層形成ステップと、
前記圧電膜上に金属薄膜である上部電極層を形成する上部電極層形成ステップと、
前記下部電極層と前記圧電膜と前記上部電極層との形状を加工して、複数の前記圧電カンチレバーの圧電体を形成すると共に、該圧電体に駆動電圧を印加するための上部電極と下部電極とを形成する形状加工ステップと、
前記圧電体と前記上部電極と前記下部電極とが形成された前記半導体基板を加工して、複数の前記圧電カンチレバーの支持体を一体的に形成する支持体形成ステップとを含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の圧電アクチュエータの製造方法において、前記形状加工ステップで、前記上部電極層及び圧電膜を形状加工することにより、前記圧電カンチレバーの上部電極及び圧電体と部分的に分離して、所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを更に形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の圧電アクチュエータの製造方法において、前記形状加工ステップで形成された前記圧電体と前記上部電極と前記下部電極とを覆うように絶縁膜を成膜し、該絶縁膜を形状加工することにより前記各圧電カンチレバー上が部分的に開口した層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップと、前記層間絶縁膜上に金属薄膜からなる電極配線層を成膜し、該電極配線層を形状加工することにより所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを形成する電極配線形成ステップとを更に含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料を使用した圧電アクチュエータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光等の光ビームを偏向・走査する装置の例として、偏光用の平面ミラーを電磁アクチュエータで回転振動させるデバイスが用いられている。しかし、電磁アクチュエータでは、外部に永久磁石を配置する必要があるため、デバイスの構成が複雑になると共に小型化が困難である。また、電磁アクチュエータの駆動により磁場が発生するため、近傍の他のデバイスへ悪影響をもたらす可能性がある。
【０００３】
これに対し、薄膜化した圧電材料からなる薄膜圧電体をアクチュエータとして使用した圧電アクチュエータが提案されている（例えば特許文献１参照）。この圧電アクチュエータでは、薄膜圧電体の微小な発生力を効率良く機械運動に変換するため、薄膜圧電体をカンチレバー上に重ね合わせて使用している。この構造は、ユニモルフカンチレバー構造と呼ばれ、圧電体の圧電特性から生ずる面内方向の伸縮が、その下に接合された支持体に伝わり、その先端部を上下に振動させる。従って、圧電カンチレバーをアクチュエータとして使用するときには、その先端部に可動部品等を機械的に接続させることで、発生力又は変位を伝達させ、デバイスを駆動させる。このようなデバイスは、いわゆる半導体プレーナプロセスとＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって一体的に加工して形成することができ、小型化が可能で作製も容易となる。
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の圧電アクチュエータでは、先端部に発生するトルク及び変位の大きさは、圧電体から生ずる発生力とカンチレバーのサイズで決定される。このため、大きなトルク又は変位を得るためには、カンチレバーのサイズ、特に長さを増やす必要がある。従って、大きなトルク又は変位を求めるデバイスでは、アクチュエータのサイズが増大し、デバイス全体として大型化するが、デバイスが大型化すると、例えば単位ウェハあたりから作製できるデバイスのチップ数が減少してしまう。また、カンチレバーのサイズの増大は、その構造の剛性を低下させるので、その動作が外乱の影響を受けやすくなり、或いは衝撃に対して弱くなる可能性がある。さらに、カンチレバーのサイズの増大に伴い、空気の粘性抵抗によるトルク又は変位の減衰（エアダンピング）の影響が増大してしまう。
【０００５】
また、上記特許文献１では、単一のカンチレバーのみを有する圧電アクチュエータが、弾性的に接続されて配置されている。単一のカンチレバーは支持された端を支点としてその先端部が１方向に振動するものであるので、この圧電アクチュエータの変位は１方向のみである。このため、２以上の方向での変位等の複雑な動作を必要とするデバイスには搭載することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、小型で、且つ拡張されたトルク又は変位を得ることが可能な圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータは、支持体及び該支持体上に形成された圧電体を有し圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバーを複数備えると共に、該複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加するための複数の電極を独立に備え、該複数の圧電カンチレバーは、各々の屈曲変形を累積するように端部が機械的に連結され、該駆動電圧の印加により各圧電カンチレバーが独立に屈曲変形されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータによれば、複数の圧電カンチレバーは、それぞれ、圧電駆動により屈曲変形を行い、各圧電カンチレバーの一方の端部（基端部）を支軸として他方の端部（先端部）を変位させるトルクを発生する。この圧電カンチレバーは、支持体と圧電体により構成され、構造が簡単で小型化が可能である。
【０００９】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、複数の圧電カンチレバーは各々の端部が機械的に連結されているので、例えば、圧電アクチュエータ全体の基端部に位置する圧電カンチレバーでは、その基端部を支軸としてその先端部にトルク又は変位を出力する。この圧電カンチレバーの先端部に連結された次位の圧電カンチレバーでは、その連結部を支軸として、当該圧電カンチレバーの先端部にトルク又は変位を出力する。このように、本発明の圧電アクチュエータでは、各圧電カンチレバーの先端部を、それぞれ、トルク又は変位を出力するための出力部として用いることができる。そして、複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加して、各圧電カンチレバーの屈曲変形を独立に制御することにより、例えば、各圧電カンチレバーの駆動電圧の極性や大きさの組み合わせを制御して、各圧電カンチレバーの先端部で多様な出力を得ることができる。このとき、圧電体は電荷を蓄積・保持することができるため、電圧の印加を停止しても各圧電カンチレバーの先端部で発生する変位を保持することが可能である。
【００１０】
さらに、複数の圧電カンチレバーは屈曲変形を累積するように連結されているので、圧電アクチュエータの出力（例えば、圧電アクチュエータ全体の先端部で出力されるトルク又は変位）は、各圧電カンチレバーで発生する出力を重ね合わせたものとなる。このため、圧電カンチレバー自体を大きくすることなく、各圧電カンチレバーで発生する出力が加算された大きな出力を得ることができる。
【００１１】
また、例えば、各圧電カンチレバーの長さ方向が異なるように連結すると、圧電アクチュエータから、各圧電カンチレバーで発生する出力がベクトルとして合成された複数の方向成分を有する出力が得られる。よって、複数の圧電カンチレバーの圧電体にそれぞれ駆動電圧を印加して、各圧電カンチレバーの屈曲変形を独立に制御することにより、各方向成分を独立に制御して多様な方向の出力を得ることができる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、小型の圧電アクチュエータで、拡張されたトルク又は変位を得ることができる。ここで、拡張されたトルク又は変位とは、トルク又は変位の範囲・規模等が広く大きくなることであり、例えば、大きな量のトルク又は変位、多くの方向成分を有する（自由度の高い）トルク又は変位、或いは複数の圧電カンチレバーの先端部で得られるトルク又は変位の出力をいう。
【００１３】
また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、複数の圧電カンチレバーは、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて、それぞれ隣り合う圧電カンチレバーに対し折り返すように機械的に連結され、複数の電極は、前記隣り合う圧電カンチレバーの圧電体に互いに異なる駆動電圧を印加するための２つの独立した電極であり、該駆動電圧の印加により前記隣り合う圧電カンチレバーが互いに逆方向に屈曲変形されることが好ましい。
【００１４】
この場合、各圧電カンチレバーは、両端部が隣り合うように並んで配置され、それぞれ隣り合う他の圧電カンチレバーに対し折り返すように機械的に連結されているので、例えば、隣り合う２つの圧電カンチレバー全体として発生する出力は、２つの圧電カンチレバーが互いに逆方向に屈曲変形した場合に、各圧電カンチレバーで発生した出力の大きさを加算した大きさとなる。そして、隣り合う圧電カンチレバー間で互いに異なる電極から駆動電圧が印加されるので、例えば、圧電アクチュエータ全体の先端部側から奇数番目の圧電カンチレバーと偶数番目の圧電カンチレバーとを独立に駆動して、互いに逆方向に屈曲変形させることができる。
【００１５】
これにより、圧電アクチュエータ全体としては、奇数番目の圧電カンチレバーで発生した出力の大きさと、偶数番目の圧電カンチレバーで発生した出力の大きさとを加算した大きさの出力が得られる。よって、圧電カンチレバーの長さ、ひいては圧電アクチュエータの長さを増大させることなく、また、エアダンピングの影響を増大させることなく、より大きな出力を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、圧電カンチレバーの圧電体に印加される駆動電圧は直流電圧であることが好ましい。
【００１７】
この場合、圧電カンチレバーの圧電体には駆動電圧として直流電圧が印加され、各圧電カンチレバーで発生する出力の大きさは直流電圧の大きさに応じて線形的に変化する。従って、例えば交流電圧を印加して圧電カンチレバーを共振駆動させる場合と異なり、直流電圧の大きさを制御することで任意の出力を得ることができる。よって、圧電アクチュエータの出力部を任意の速度で任意の経路で変位させたり、任意の変位を保持することができる。
【００１８】
上記のように圧電体に対する駆動電圧として直流電圧を印加する場合、直流電圧の波形としては、正弦波、三角波、矩形波、鋸波等を、用途に応じて任意に選択することができる。
【００１９】
さらに、本発明の圧電アクチュエータにおいて、複数の圧電カンチレバーの支持体は、半導体基板を形状加工して一体的に形成されるものであることが好ましい。
【００２０】
この場合、複数の圧電カンチレバーの支持体が形状加工により一体的に形成されるので、各圧電カンチレバーの支持体を別体で形成して接合や接着等の加工法を用いて連結する場合に比べて、接合部材や接着剤等が不要になると共に、各圧電カンチレバーのアライメント精度を向上することができる。また、支持体が一体的に形成されることによって各圧電カンチレバーが機械的に連結されるので、各圧電カンチレバーの支持体を別体で形成して連結する場合に比べて、連結部に応力が集中することがなく圧電アクチュエータの強度を向上することができる。しかも、支持体は半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板やＳＯＩ基板等のシリコン基板）から形成されるので、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて半導体基板の一部を除去加工することで、支持体を容易に一体的に形成することができる。さらに、圧電アクチュエータをデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【００２１】
また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、複数の圧電カンチレバーの圧電体は、半導体基板上に直接成膜された単層の圧電膜を形状加工して形成されることが好ましい。
【００２２】
この場合、複数の圧電カンチレバーの圧電体は、半導体基板上に直接成膜された単層の圧電膜を形状加工して形成されるので、構造が簡単であり、半導体プレーナプロセスを用いて容易に形成することができる。しかも、支持体と圧電体とを一体的に形成可能であり、支持体と圧電体とを別体で形成して接着する場合に比べて、接着剤が不要であり、アライメント精度が向上し、接着部に応力が集中することがなく圧電アクチュエータの強度を向上することができる。さらに、圧電アクチュエータをデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【００２３】
さらに、本発明の圧電アクチュエータにおいて、圧電膜は、アーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法によって成膜された膜であることが好ましい。
【００２４】
このアーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法は、プラズマガンで真空容器内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器内或いは半導体基板上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、半導体基板上に圧電膜を形成するものである。この方法を用いることにより、比較的低い成膜温度においても高速に圧電膜を形成でき、バルクの圧電体と同等の圧電特性を有する厚みのある膜を成膜することができる。よって、複数の圧電カンチレバーの圧電体を形状加工により支持体と一体的に形成可能であると共に、各圧電カンチレバーで発生する出力をより大きくすることができる。
【００２５】
また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、電極は、半導体基板上に圧電膜との間に直接成膜された金属薄膜である下部電極層を形状加工して形成された下部電極と、圧電膜上に直接成膜された金属薄膜である上部電極層を形状加工して形成された上部電極とを含むことが好ましい。
【００２６】
この場合、上部電極と下部電極とは、圧電体を挟んで形成されているので、各圧電カンチレバーの上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印加することで、圧電体に駆動電圧を印加して各圧電カンチレバーを屈曲変形させることができる。このとき、上部電極及び下部電極は、直接成膜された金属薄膜を形状加工して形成されるので、構造が簡単であり、半導体プレーナプロセスを用いて容易に形成することができる。しかも、支持体及び圧電体と一体的に形成することが可能であり、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて圧電アクチュエータ全体を作製することができるので、量産や歩留りの向上が可能となる。また、圧電アクチュエータをデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【００２７】
さらに、本発明の圧電アクチュエータにおいて、電極は、上部電極層及び圧電膜を形状加工して圧電カンチレバーの上部電極及び圧電体と部分的に分離して形成される、所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを更に含むことが好ましい。
【００２８】
この場合、電極配線パターンを介して駆動電圧を印加することにより、所定の圧電カンチレバーを屈曲変形させることが可能である。このとき、電極配線パターンは、上部電極層と圧電膜との２層を形状加工することによって、所定の圧電カンチレバーの上部電極とのみ導通するよう、他の圧電カンチレバーの上部電極と分離して形成されると共に、電極配線パターンの下層の圧電膜により、下部電極との間で電気的に絶縁（上部電極層と下部電極層との層間絶縁）されるように形成することができる。よって、上部電極及び圧電体を形成するための上部電極層及び圧電膜を利用して、電極配線パターン用に別の材料を用いることなく、電極配線パターンを形成することができる。しかも、上部電極及び圧電体を形成する際に同時に形成することができるので、別の工程が必要なく簡易な処理で電極配線パターンを形成することができる。
【００２９】
または、本発明の圧電アクチュエータにおいて、電極は、複数の圧電カンチレバーの上部電極と圧電体と下部電極とを覆い且つ各圧電カンチレバー上で部分的に開口した層間絶縁膜上に設けられ、該層間絶縁膜の開口した部分を介して所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを更に含むことが好ましい。
【００３０】
この場合、上述の場合と同様に、電極配線パターンを介して駆動電圧を印加して所定の圧電カンチレバーを屈曲変形させることが可能である。このとき、電極配線パターンは層間絶縁膜上に設けられているので、層間絶縁膜によって、他の圧電カンチレバーの上部電極と分離されると共に下部電極との間で電気的に絶縁（上部電極層と下部電極層との層間絶縁）されている。このように層間絶縁膜により絶縁されているので、電極配線パターンの下の圧電膜を分離して層間絶縁する必要がない。従って、支持体上の圧電膜全体を、電極配線パターンの下層の部分も含めて、圧電カンチレバーの屈曲変形を発生させる圧電体として用いることができる。すなわち、支持体上の圧電体の面積占有率をより高くすることができるため、より小型の圧電アクチュエータで大きな出力を得ることができる。
【００３１】
また、層間絶縁のために圧電膜を部分的に分離する必要がないため、当該部分が圧電カンチレバーの屈曲変形に影響を与え、圧電カンチレバーの屈曲変形を妨げることを排除して、圧電アクチュエータの駆動特性を向上することができる。さらに、圧電アクチュエータを層間絶縁膜で覆うことにより、湿度等の外部環境への耐性を向上することができる。
【００３２】
なお、層間絶縁膜の材料としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁体や、ポリイミド等の有機絶縁体が挙げられる。層間絶縁膜は、支持体上に形成された絶縁膜を形状加工することにより形成すればよい。また、電極配線パターンは、例えば、層間絶縁膜上に成膜された金属薄膜を形状加工することにより形成すればよい。これにより、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて圧電アクチュエータ全体を作製することができる。
【００３３】
次に、本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、支持体及び該支持体上に形成された圧電体を有し圧電駆動により屈曲変形を行う圧電カンチレバーを複数備えた圧電アクチュエータの製造方法に関する。半導体基板上に金属薄膜である下部電極層を形成する下部電極層形成ステップと、下部電極層上に単層の圧電膜を形成する圧電体層形成ステップと、圧電膜上に金属薄膜である上部電極層を形成する上部電極層形成ステップと、下部電極層と圧電膜と上部電極層との形状を加工して、複数の圧電カンチレバーの圧電体を形成すると共に、該圧電体に駆動電圧を印加するための上部電極と下部電極とを形成する形状加工ステップと、圧電体と上部電極と下部電極とが形成された半導体基板を加工して、複数の圧電カンチレバーの支持体を一体的に形成する支持体形成ステップとを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の製造方法によれば、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて本発明の圧電アクチュエータを容易に製造することができ、小型化、量産、歩留り向上が可能となる。さらに、圧電アクチュエータをデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【００３５】
このとき、半導体基板上に下部電極層と圧電膜と上部電極層とを順次成膜してから形状加工するので、例えば各層を一層毎に成膜・形状加工してから次の層を成膜する場合に比べて、下層が平坦で成膜時の膜厚が均一となると共に形状加工の精度が向上する。さらに、３層を成膜してから形状加工するので、例えば上部電極層及び圧電膜を同じパターンで形状加工することにより、工程数を減らすことができ、より製造効率を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の製造方法において、圧電体層形成ステップで、圧電膜はアーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法によって成膜されることが好ましい。
【００３７】
この場合、本発明の圧電アクチュエータについて説明したように、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法を用いることにより、バルクの圧電体と同等の圧電特性を有する厚みのある膜を成膜することができる。よって、圧電体を形状加工により支持体と一体的に形成可能であると共に、各圧電カンチレバーで発生する出力を大きくすることができる。これにより、大きな出力を得ることができる小型の圧電アクチュエータを容易に製造することができる。
【００３８】
また、本発明の製造方法において、形状加工ステップで、上部電極層及び圧電膜を形状加工することにより、圧電カンチレバーの上部電極及び圧電体と部分的に分離して、所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを更に形成することが好ましい。
【００３９】
この場合、形状加工ステップで、上部電極層及び圧電膜を形状加工して、各圧電カンチレバーの上部電極と圧電体とを形成する際に、上部電極層及び圧電膜の一部を分離することにより、本発明の圧電アクチュエータについて説明した、所定の圧電カンチレバーに駆動電圧を印加可能な電極配線パターンを形成することができる。これにより、電極配線パターン用に別の材料を用いたり工程数を増やすことなく電極配線パターンを形成することができ、製造効率を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の製造方法において、形状加工ステップで形成された圧電体と上部電極と下部電極とを覆うように絶縁膜を成膜し、該絶縁膜を形状加工することにより前記各圧電カンチレバー上が部分的に開口した層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップと、該層間絶縁膜上に金属薄膜からなる電極配線層を成膜し、該電極配線層を形状加工することにより所定の圧電カンチレバーの圧電体に駆動電圧を印加するための電極配線パターンを形成する電極配線形成ステップとを更に含むことが好ましい。
【００４１】
この場合、層間絶縁膜形成ステップと電極配線形成ステップとで、本発明の圧電アクチュエータについて説明した、所定の圧電カンチレバーに駆動電圧を印加可能な電極配線パターンを層間絶縁膜上に形成することができる。このとき、層間絶縁膜と電極配線パターンとは、半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて容易に形成することが可能である。これにより、圧電アクチュエータ全体を半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて製造することができ、小型化や量産が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、２つの圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂを備えている。圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂは、同一平面上に配置されており、一方の圧電カンチレバー２Ａは、他方の圧電カンチレバー２Ｂの先端部ｂ１の片側に、その長さ方向に対して直角に連結されている。この圧電アクチュエータ１は、一方の圧電カンチレバー２Ａに駆動電圧を印加するための第１上部電極７Ａと、他方の圧電カンチレバー２Ｂに駆動電圧を印加するための第２上部電極７Ｂと、第１，第２の上部電極７Ａ，７Ｂの共通の下部電極として用いられる共通下部電極９とを備えている。
【００４３】
圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂは、それぞれ、支持体３Ａ，３Ｂと、下部電極４Ａ，４Ｂと、圧電体５Ａ，５Ｂと、上部電極６Ａ，６Ｂとを備えている。前記第１上部電極７Ａは、第１上部電極配線７Ｃを介して一方の圧電カンチレバー２Ａの上部電極６Ａに接続され、前記第２上部電極７Ｂは、他方の圧電カンチレバー２Ｂの上部電極６Ｂに接続されている。また、共通下部電極９は、各圧電カンチレバーの下部電極４Ａ，４Ｂに接続されている。そして、第１上部電極７Ａと共通下部電極９との間に電圧を印加することで、上部電極６Ａと下部電極４Ａとの間に電圧が印加され、圧電カンチレバー２Ａが駆動される。同様に、第２上部電極７Ｂと共通下部電極９との間に電圧を印加することで、上部電極６Ｂと下部電極４Ｂとの間に電圧が印加され、圧電カンチレバー２Ｂが駆動される。
【００４４】
各圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂの支持体３Ａ，３Ｂは板状の部材であり、例えば単結晶シリコン基板やＳＯＩ基板等のシリコン基板から形成されている。これらの支持体３Ａ，３Ｂは、シリコン基板を形状加工することにより１枚の支持体３として一体的に形成されている。この支持体３はＬ字状に形成され、その基端部３Ｃが台座１０に保持され、基端部３Ｃから延びた部分が、他方の圧電カンチレバー２Ｂの支持体３Ｂを構成し、この支持体３Ｂから直角に延びた部分が、一方の圧電カンチレバー２Ａの支持体３Ａを構成する。これにより、２つの圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂが機械的に連結されたものとなる。なお、台座１０もシリコン基板から形成され、シリコン基板を形状加工することにより支持体３と一体的に形成されている。また、シリコン基板の形状加工する手法としては、フォトリソグラフィ技術やドライエッチング技術等を利用した半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスが用いられる。
【００４５】
共通下部電極９と下部電極４Ａ，４Ｂとは、支持体３上に金属薄膜（本実施形態では２層の金属薄膜、以下、下部電極層ともいう）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成される。この金属薄膜の材料としては、例えば、１層目（下層）にはチタン（Ｔｉ）を用い、２層目（上層）には白金（Ｐｔ）を用いる。
【００４６】
共通下部電極９は、支持体３の基端部３Ｃ上にパッド状に形成され、他方の圧電カンチレバー２Ｂの下部電極４Ｂと導通している。この下部電極４Ｂは、支持体３Ｂ上のほぼ全面に形成され、一方の圧電カンチレバー２Ａの下部電極４Ａと導通している。この下部電極４Ａは、支持体３Ａ上のほぼ全面に形成されている。
【００４７】
圧電体５Ａ，５Ｂは、１層の圧電膜（以下、圧電体層ともいう）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより、それぞれ、下部電極４Ａ，４Ｂ上に互いに分離して形成されている。この圧電膜の材料としては、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられる。圧電膜の厚みは、例えば１〜１０μｍ程度とする。なお、圧電膜は、例えば、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により成膜する。この手法を用いることにより、良好な圧電特性を有する厚みのある膜を成膜することができる。
【００４８】
第１，第２上部電極７Ａ，７Ｂと第２上部電極配線７Ｃと上部電極６Ａ，６Ｂとは、圧電体層上の金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜、以下、上部電極層という）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。この金属薄膜の材料としては、例えば白金又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００４９】
第１上部電極７Ａは、支持体３の基端部３Ｃ上にパッド状に形成され、第１上部電極配線７Ｃと導通している。この第１上部電極配線７Ｃは、支持体３Ｂ上に線状に形成され、一方の圧電カンチレバー２Ａの上部電極６Ａと導通している。この上部電極６Ａは、圧電体５Ａ上のほぼ全面に形成されている。同様に、第２上部電極７Ｂは、支持体３の基端部３Ｃ上にパッド状に形成され、他方の圧電カンチレバー２Ｂの上部電極６Ｂと導通している。この上部電極６Ｂは、圧電体５Ｂ上のほぼ全面に形成されている。
【００５０】
なお、第１，第２上部電極７Ａ，７Ｂは、支持体３の基端部３Ｃ上で、その下層の圧電体層及び下部電極層と共に形状加工されて、互いに分離して設けられていると共に、共通下部電極９と分離して設けられている。
【００５１】
ここで、第１，第２上部電極７Ａ，７Ｂの分離について説明する。図２は、図１の圧電アクチュエータ１のI−I線断面図である。図２に示すように、圧電カンチレバー２Ｂの支持体３Ｂ上で、第１上部電極配線７Ｃ及びその下層の圧電体５Ｃが、圧電カンチレバー２Ｂの上部電極６Ｂ及びその下層の圧電体５Ｂと分離して設けられている。これにより、第１上部電極配線７Ｃは、圧電カンチレバー２Ｂの上部電極６Ｂと平面的に分離されると共に、圧電体５Ｃにより圧電カンチレバー２Ｂの下部電極４Ｂとの間で電気的に絶縁されている。よって、第１上部電極７Ａと第２上部電極７Ｂとは、平面的に分離されると共に、共通下部電極４との間で絶縁（上部電極層と下部電極層との層間絶縁）されている。従って、第１，第２上部電極７Ａ，７Ｂにより、圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂに対して独立に駆動電圧を印加することができる。
【００５２】
次に、圧電アクチュエータ１の作動について説明する。
【００５３】
まず、参考例として、図２１に示す１つの圧電カンチレバー１３２Ａを備える圧電アクチュエータ１３１を用いて、圧電カンチレバーの一般的な作動について説明する。この圧電アクチュエータ１３１において、圧電カンチレバー１３２Ａは、支持体１３３Ａと下部電極１３４Ａと圧電体１３５Ａと上部電極１３６Ａとを備えている。支持体１３３Ａは支持体１３３として一体的に形成されており、支持体１３３の端部１３３Ｂが台座１３７に保持され、端部１３３Ｂから延びた部分が支持体１３３Ａを構成している。また、圧電アクチュエータ１３１には、圧電カンチレバー１３２Ａに駆動電圧を印加するための上部電極１３６と下部電極１３４とが備えられている。上部電極１３６と下部電極１３４とは、支持体１３３の端部１３３Ｂ上にパッド状に形成され、それぞれ、上部電極１３６Ａと下部電極１３４Ａとに接続されている。なお、各構成の詳細は、圧電アクチュエータ１の圧電カンチレバー２Ｂと同じである。
【００５４】
図２２は、図２１に示す圧電アクチュエータ１３１の駆動状態を模式的に示した図である。圧電アクチュエータ１３１において、上部電極１３６と下部電極１３４との間に所定の直流電圧を印加して、圧電カンチレバー１３２Ａを駆動させる。これにより、印加された電圧に応じて圧電体１３５Ａが伸縮して、圧電カンチレバー１３２Ａの先端部ａ１で接続部ａ０を支点として角度変位αが発生する。すなわち、圧電アクチュエータ１３１全体として、接続部ａ０を支点として、圧電アクチュエータ１３１の先端部（圧電カンチレバー１３２Ａの先端部ａ１）で角度変位αが発生する。
【００５５】
これに対し、上記実施形態の圧電アクチュエータ１においては、まず、第１上部電極７Ａと共通下部電極９との間に、所定の第１直流電圧（例えば、−１０〜＋３０Ｖ）を印加して、圧電カンチレバー２Ａを駆動する。これにより、圧電カンチレバー２Ａと圧電カンチレバー２Ｂとの接続部ａ０を支点として、圧電カンチレバー２Ａの先端部ａ１で、印加された第１直流電圧に応じた角度変位α（例えば、−１〜＋３°）が発生する。これと共に、第２上部電極７Ｂと共通下部電極９との間に、所定の第２直流電圧（例えば、−１０〜＋３０Ｖ）を印加して、圧電カンチレバー２Ｂを駆動する。これにより、圧電カンチレバー２Ｂと台座１０との接続部ｂ０を支点として、圧電カンチレバー２Ｂの先端部ｂ１で、印加された第２直流電圧に応じた角度変位β（例えば、−１〜＋３°）が発生する。
【００５６】
従って、圧電アクチュエータ１全体としては、圧電アクチュエータ１の基端部（圧電カンチレバー２Ｂの基端部ｂ０）を支点として、圧電アクチュエータ１の先端部（圧電カンチレバー２Ａの先端部ａ１）で、角度変位αと角度変位βとをベクトル的に加算した２つの角度成分を有する変位（α＋β）が発生する。このとき、第１，第２直流電圧は独立に印加可能であり、圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂは独立に駆動されるので、角度変位αと角度変位βとを独立に制御することができる。よって、圧電アクチュエータ１は、その先端部を２軸で駆動することができる。
【００５７】
本実施形態によれば、２つの圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂを長さ方向が異なるように連結し、各圧電カンチレバーに独立に駆動電圧を印加できるので、圧電アクチュエータの先端部を２軸駆動することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、２つの圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂを直角に連結しているが、連結する圧電カンチレバーの数及び連結する角度は、任意に変更可能である。例えば、他の実施形態として、３つ以上の圧電カンチレバーを長さ方向が異なるように連結することで、圧電アクチュエータの先端部を３軸以上の多軸で駆動するものとしてもよい。
［第１実施形態の圧電アクチュエータの使用例］
図３は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１を使用した光偏向素子（２次元光偏向素子）を示す。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００５９】
この光偏向素子１１では、圧電アクチュエータ１の先端部（圧電カンチレバー２Ａの先端部ａ１）に、ミラー部１２が連結されている。ミラー部１２は、ミラー部支持体１３と、ミラー部支持体１３上に形成されたミラー面反射膜１４とを備えている。ミラー部支持体１３は、シリコン基板から構成され、圧電アクチュエータ１の支持体３と一体的に形成されている。これにより、ミラー部１２は、圧電アクチュエータ１と機械的に連結され、圧電アクチュエータ１の駆動に応じて回動する。
【００６０】
ミラー面反射膜１４は、ミラー部支持体１３上に成膜された金属薄膜（本実施形態では１層の金属薄膜）から形成されている。金属薄膜の材料としては、例えば金、白金、アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。金属薄膜の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。ミラー面反射膜１４は、成膜した金属薄膜を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工して形成されている。他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００６１】
次に、この光偏向素子１１の作動を説明する。まず、第１上部電極７Ａと共通下部電極９との間に、所定の第１直流電圧を印加すると共に、第２上部電極７Ｂと共通下部電極９との間に、所定の第２直流電圧を印加する。これにより、第１実施形態と同様に、圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂが駆動され、圧電アクチュエータ１の先端部に、２つの角度成分を有する変位（α＋β）が発生する。この変位に応じてミラー部１０が回転してレーザ光等の光ビームを偏向する。このとき、圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂは独立に駆動電極を有しているため、角度変位αと角度変位βとを独立に制御することができ、ミラー部１２を２軸駆動することが可能となる。また、圧電体５Ａ，５Ｂは電荷を蓄積・保持することができるので、圧電カンチレバー２Ａ，２Ｂはそれぞれ、変位α，βを保持することができる。よって、電圧を印加して所定の偏向角を得た後、この電圧の印加を停止しても、ミラー部１２の偏向角を保持することができる。
【００６２】
なお、上述の光偏向素子１１では、第１実施形態である２つの圧電カンチレバーを直角に連結した圧電アクチュエータにミラー部を連結するものとしたが、例えば、他の実施形態である、３つ以上の圧電カンチレバーを長さ方向が異なるように連結した圧電アクチュエータにミラー部を連結することで、ミラー部を３軸以上の多軸駆動するものとしてもよい。
［第２実施形態］
図４は、３つの圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃを連結した第２実施形態の圧電アクチュエータ２２を使用した多接点スイッチ２１を示す。なお、本実施形態の圧電アクチュエータ２２の基本的な構成は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１と同じであるので、詳細な説明は第１実施形態を参照して省略する。
【００６３】
本実施形態の圧電アクチュエータ２２において、圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃは同一平面上に配置されており、第１，第３の圧電カンチレバー２３Ａ，２３Ｃは、第２の（基端部側の）圧電カンチレバー２３Ｂの先端部ｂ１の両側に、それぞれ、その長さ方向に対して直角になるように連結されている。また、圧電アクチュエータ２２は、第１の圧電カンチレバー２３Ａに駆動電圧を印加するための第１上部電極２８Ａと、第２の圧電カンチレバー２３Ｂに駆動電圧を印加するための第２上部電極２８Ｂと、第３の圧電カンチレバー２３Ｃに駆動電圧を印加するための第３上部電極２８Ｃと、第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃの共通の下部電極として用いられる共通下部電極３０とを備えている。
【００６４】
圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃは、それぞれ、支持体２４Ａ〜２４Ｃと、下部電極２５Ａ〜２５Ｃと、圧電体２６Ａ〜２６Ｃと、上部電極２７Ａ〜２７Ｃとを備えている。前記第１上部電極２８Ａは、第１上部電極配線２８Ｄを介して第１の圧電カンチレバー２３Ａの上部電極２７Ａに接続されている。また、第２上部電極２８Ｂは、第２の圧電カンチレバー２３Ｂの上部電極２７Ｂに接続されている。また、第３上部電極２８Ｃは、第３上部電極配線２８Ｅを介して第３の圧電カンチレバー２３Ｃの上部電極２７Ｃと接続されている。また、共通下部電極３０は、各圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃの下部電極２５Ａ〜２５Ｃと接続されている。
【００６５】
そして、第１上部電極２８Ａと共通下部電極３０との間に電圧を印加することで、上部電極２７Ａと下部電極２５Ａとの間に電圧が印加され、圧電カンチレバー２３Ａが駆動される。同様に、第２上部電極２８Ｂと共通下部電極３０との間に電圧を印加することで、上部電極２７Ｂと下部電極２５Ｂとの間に電圧が印加され、圧電カンチレバー２３Ｂが駆動される。同様に、第３上部電極２８Ｃと共通下部電極３０との間に電圧を印加することで、上部電極２７Ｃと下部電極２５Ｃとの間に電圧が印加され、圧電カンチレバー２３Ｃが駆動される。
【００６６】
各圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃの支持体２４Ａ〜２４Ｃは板状の部材で、シリコン基板を形状加工することにより１枚の支持体２４として一体的に形成されている。これらの支持体２４はＴ字状に形成されており、その基端部２４Ｄが台座３１に保持されており、基端部２４Ｄから延びた部分が基端部側の圧電カンチレバー２３Ａの支持体２４Ｂを構成し、この支持体２４Ｂから分岐した両側の部分が、それぞれ第１，第３の圧電カンチレバーの２２Ａ，２３Ｃの支持体２４Ａ，２４Ｃを構成する。これにより、３つの圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃが機械的に連結されたものとなる。なお、支持体２４，台座３１の詳細は、第１実施形態の支持体３，台座１０と同じである。
【００６７】
共通下部電極３０と下部電極２５Ａ〜２５Ｃとは、支持体２４上に成膜された金属薄膜（下部電極層）を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。下部電極層の詳細は第１実施形態と同じである。共通下部電極３０は、支持体２４の端部２４Ｄ上にパッド状に形成され、下部電極２５Ｂと導通している。下部電極２５Ｂは、支持体２４Ｂ上のほぼ全面に形成され、下部電極２５Ａ，２５Ｃと導通している。また、下部電極２５Ａ，２５Ｃは、それぞれ支持体２４Ａ，２４Ｃ上のほぼ全面に形成されている。
【００６８】
圧電体２６Ａ〜２６Ｃは、下部電極層上に成膜された１層の圧電膜（圧電体層）から形成されている。圧電体層の詳細は第１実施形態と同じである。圧電体２６Ａ〜２６Ｃは、圧電体層を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより、それぞれ、下部電極２５Ａ〜２５Ｃ上に互いに分離して形成されている。
【００６９】
第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃと、第１，第３上部電極配線２８Ｄ，２８Ｅと、上部電極２７Ａ〜２７Ｃとは、圧電体層上に成膜された金属薄膜（上部電極層）を、半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。上部電極層の詳細は第１実施形態と同じである。
【００７０】
第１上部電極２８Ａは、支持体２４の端部２４Ｄ上にパッド状に形成され、第１上部電極配線２８Ｄと導通している。この第１上部電極配線２８Ｄは、支持体２４Ｂ上の圧電カンチレバー２３Ａ寄りの部分に線状に形成され、第１の圧電カンチレバー２３Ａの上部電極２７Ａと導通している。この上部電極２７Ａは、圧電体２６Ａ上のほぼ全面に形成されている。
【００７１】
同様に、第２上部電極２８Ｂは、支持体２４の端部２４Ｄ上にパッド状に形成され、第２の圧電カンチレバー２３Ｂの上部電極２７Ｂと導通している。この上部電極２７Ｂは、圧電体２６Ｂ上のほぼ全面に形成されている。
【００７２】
同様に、第３上部電極２８Ｃは、支持体２４の端部２４Ｄ上にパッド状に形成され、第３上部電極配線２８Ｅと導通している。第３上部電極配線２８Ｅは、支持体２４Ｂ上の圧電カンチレバー２３Ｃ寄りの部分に線状に形成され、第３の圧電カンチレバー２３Ｃの上部電極２７Ｃと導通している。上部電極２７Ｃは、圧電体２６Ｃ上のほぼ全面に形成されている。
【００７３】
なお、第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃは、支持体２４の端部２４Ｄ上で、その下層の圧電体層及び下部電極層と共に形状加工されて、互いに分離して設けられると共に、共通下部電極３０と分離して設けられている。
【００７４】
このとき、第１実施形態について図２で説明したように、支持体２４Ｂ上で、第１上部電極配線２８Ｄ及びその下層の圧電体２６Ｄが、上部電極２７Ｂ及びその下層の圧電体２６Ｂと分離して設けられている。これにより、第１上部電極配線２８Ｄは、上部電極２７Ｂと平面的に分離されると共に、圧電体２６Ｄにより下部電極２５Ｂとの間で絶縁されている。同様に、支持体２４Ｂ上で、第３上部電極配線２８Ｅ及びその下層の圧電体２６Ｅが、上部電極２７Ｂ及びその下層の圧電体２６Ｂと分離して設けられている。これにより、第２上部電極配線２８Ｅは、上部電極２７Ｂと平面的に分離されると共に、圧電体２６Ｅにより下部電極２５Ｂとの間が絶縁されている。よって、第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃは、平面的に互いに分離されると共に、共通下部電極３０との間で層間絶縁されている。従って、第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃにより、圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃに独立に駆動電圧を印加することができる。
【００７５】
多接点スイッチ２１は、上述の圧電アクチュエータ２２と、第１〜第３接点３２Ａ〜３２Ｃとで構成される。第１接点３２Ａは、第１の圧電カンチレバー２３Ａの先端部ａ１の下部に対向して設けられている。第１接点３２Ａは、先端部ａ１が上下方向に可動して接点部３３Ａに接触・非接触となることでOn・Offされる。同様に、第２接点３２Ｂは、第２の圧電カンチレバー２３Ｂの先端部ｂ１の下部に対向して設けられている。第２接点３２Ｂは、先端部ｂ１が上下方向に可動して接点部３３Ｂに接触・非接触となることでOn・Offされる。同様に、第３接点３２Ｃは、圧電カンチレバー２３Ｃの先端部ｃ１の下部に対向して設けられている。第３接点３２Ｃは、先端部ｃ１が可動して接点部３３Ｃに接触・非接触となることでOn・Offされる。このとき、圧電体２６Ａ〜２６Ｃは電荷を蓄積・保持することができるので、３つの圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃの先端部ａ１，ｂ１，ｃ１で発生する変位を保持することができる。よって、電圧を印加して所定の接続状態を得た後、この電圧の印加を停止しても、この接続状態（On・Off状態）を保持することができる。
【００７６】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ２２及び多接点スイッチ２１の作動について説明する。まず、第１〜第３上部電極２８Ａ〜２８Ｃと共通下部電極３０との間に、所定の第１〜第３直流電圧を印加して、圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃを駆動させる。これにより、圧電カンチレバー２３Ａで、接続部ａ０を支点として先端部ａ１で第１直流電圧に応じた角度変位が発生する。また、圧電カンチレバー２３Ｂで、接続部ｂ０を支点として先端部ｂ１で第２直流電圧に応じた角度変位が発生する。また、圧電カンチレバー２３Ｃで、接続部ｃ０を支点として先端部ｃ１で第３直流電圧に応じた角度変位が発生する。これにより、圧電アクチュエータ２２全体として、第１〜第３接点３２Ａ〜３２Ｃに対向して配置されたそれぞれの先端部ａ１，ｂ１，ｃ１が上下方向に可動し、接点３２Ａ〜３２ＣがOn・Offされる。
【００７７】
このとき、印加する第１〜第３直流電圧の組み合わせにより、３つの接点３２Ａ〜３２Ｃの接続状態（On・Off状態）を８通り選択することが可能である。具体的には、例えば、下記の表１のようになる。表１において、接続状態が｛１｝とは第１接点３２ＡのみがOn状態となっていることを示す。また、各圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃの角度変位は、電圧が正（＋）のときは、圧電カンチレバー２３Ａ〜２３Ｃが配置された平面に対して上方向に発生し、電圧が負（−）のときは、下方向に発生するものとする。
【００７８】
【表１】
2008035600.tif 000003
【００７９】
本実施形態によれば、多接点スイッチを、例えば１軸駆動型のカンチレバーを接点の数だけ組み合わせた多接点スイッチに比べて小型にすることができる。これにより、例えば、非常に小型なマルチプレクサを提供することができる。そして、このような小型のマルチプレクサは、携帯電話用のＲＦ信号（ＧＨｚ帯域）の伝送経路の切替等に用いることができる。
［第３実施形態］
図５に示すように、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１は、４つの圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄを備えている。また、圧電アクチュエータ４１は、圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃに駆動電圧を印加するための第１上部電極４７と、圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄに駆動電圧を印加するための第２上部電極４８と、第１，第２上部電極４７，４８の共通の下部電極として用いられる共通下部電極５１とを備えている。なお、本実施形態の圧電アクチュエータ４１の基本的な構成は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１と同じであるので、詳細な説明は第１実施形態を参照して省略する。
【００８０】
圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄは、各圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの両端部ａ０〜ｄ０，ａ１〜ｄ１が隣り合うように並んで、同一平面上に平行に配置されている。そして、圧電カンチレバー４２Ａの端部ａ０と圧電カンチレバー４２Ｂの端部ｂ０との隣り合う部分が連結され、圧電カンチレバー４２Ｂの端部ｂ１と、圧電カンチレバー４２Ｃの端部ｃ１との隣り合う部分が連結され、圧電カンチレバー４２Ｃの端部ｃ０と、圧電カンチレバー４２Ｄの端部ｄ０との隣り合う部分が連結されている。これにより、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄは折り返すように連結される。
【００８１】
圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄは、それぞれ、支持体４３Ａ〜４３Ｄと、下部電極４４Ａ〜４４Ｄと、圧電体４５Ａ〜４５Ｄと、上部電極４６Ａ〜４６Ｄとを備えている。前記第１上部電極４７は、第１上部電極配線４９Ｄを介して上部電極４６Ｃに接続され、さらに第１上部電極配線４９Ｂを介して上部電極４６Ａに接続されている。また、前記第２上部電極４８は、上部電極４６Ｄに接続され、さらに第２上部電極配線５０Ｃを介して上部電極４６Ｂと接続されている。また、前記共通下部電極５１は、下部電極４４Ａ〜４４Ｄと接続されている。
【００８２】
そして、第１上部電極４７と共通下部電極５１との間に電圧を印加することで、上部電極４６Ａ，４６Ｃと下部電極４４Ａ，４４Ｃとの間にそれぞれ電圧が印加され、圧電アクチュエータ４１の先端部側から奇数番目の圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃが駆動される。同様に、第２上部電極４８と共通下部電極５１との間に電圧を印加することで、上部電極４６Ｂ，４６Ｄと下部電極４４Ｂ，４４Ｄとの間にそれぞれ電圧が印加され、圧電アクチュエータ４１の先端部側から偶数番目の圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄが駆動される。
【００８３】
支持体４３Ａ〜４３Ｄは板状の部材で、シリコン基板を形状加工することにより１枚の支持体４３として一体的に形成されている。この支持体４３は、その端部４３Ｅが台座５２に保持されており、端部４３Ｅから延びた部分が支持体４３Ｄを構成し、支持体４３Ｄから折り返した部分が支持体４３Ｃを構成し、支持体４３Ｃから折り返した部分が支持体４３Ｂを構成し、支持体４３Ｂから折り返した部分が支持体４３Ａを構成する。これにより、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄが機械的に連結されたものとなる。なお、支持体４３，台座５２の詳細は、第１実施形態の支持体３，台座１０と同じである。
【００８４】
共通下部電極５１と下部電極４４Ａ〜４４Ｄとは、支持体４３上に成膜された金属薄膜（下部電極層）を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。下部電極層の詳細は第１実施形態と同じである。共通下部電極５１は、支持体４３の端部４３Ｅ上にパッド状に形成され、下部電極４４Ｄと導通している。この下部電極４４Ｄは、支持体４３Ｄ上のほぼ全面に形成され、下部電極４４Ｃと導通している。この下部電極４４Ｃは、支持体４３Ｃ上のほぼ全面に形成され、下部電極４４Ｂと導通している。この下部電極４４Ｂは、支持体４３Ｂ上のほぼ全面に形成され、下部電極４４Ａと導通している。この下部電極４４Ａは、支持体４３Ａ上のほぼ全面に形成されている。
【００８５】
圧電体４５Ａ〜４５Ｄは、下部電極層上に成膜された１層の圧電膜（圧電体層）を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより、それぞれ、下部電極４４Ａ〜４４Ｄ上に互いに分離して形成されている。圧電体層の詳細は第１実施形態と同じである。
【００８６】
第１，第２上部電極４７，４８と、第１，第２上部電極配線４９Ｂ，４９Ｄ，５０Ｃと、上部電極４６Ａ〜４６Ｄとは、圧電体層上に成膜された金属薄膜（上部電極層）を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工することにより形成されている。上部電極層の詳細は第１実施形態と同じである。
【００８７】
第１上部電極４７は、支持体４３の端部４３Ｅ上にパッド状に形成され、第１上部電極配線４９Ｄと導通している。この第１上部配線４９Ｄは、支持体４３Ｄ上に線状に形成され、上部電極４６Ｃと導通している。この上部電極４６Ｃは、支持体４３Ｃ上のほぼ全面に形成され、第１上部電極配線４９Ｂと導通している。この第１上部電極配線４９Ｂは、支持体４３Ｂ上に線状に形成され、上部電極４６Ａと導通している。この上部電極４６Ａは、支持体４３Ａ上のほぼ全面に形成されている。
【００８８】
同様に、第２上部電極４８は、支持体４３の端部４３Ｅ上にパッド状に形成され、上部電極４６Ｄと導通している。この上部電極４６Ｄは、支持体４３Ｄ上のほぼ全面に形成され、第２上部電極配線５０Ｃと導通している。この第２上部電極配線５０Ｃは、支持体４３Ｃ上に線状に形成され、上部電極４６Ｂと導通している。この上部電極４６Ｂは、支持体４３Ｂ上のほぼ全面に形成されている。
【００８９】
なお、第１，第２上部電極４７，４８は、支持体４３の端部４３Ｃ上で、その下層の圧電体層及び下部電極層と共に形状加工されて、互いに分離して設けられていると共に、共通下部電極５１と分離して設けられている。
【００９０】
このとき、第１実施形態について図２で説明したように、支持体４３Ｄ上で、第１上部電極配線４９Ｄ及びその下層の圧電体が、上部電極４６Ｄ及び圧電体４５Ｄと分離して設けられている。これにより、第１上部電極配線４９Ｄは、上部電極４６Ｄと平面的に分離されると共に、その下層の圧電体により下部電極４４Ｄとの間で絶縁されている。
【００９１】
同様に、支持体４３Ｃ上で、第２上部電極配線５０Ｃ及びその下層の圧電体が、上部電極４６Ｃ及び圧電体４５Ｃと分離して設けられている。これにより、第２上部電極配線５０Ｃは、上部電極４６Ｃと平面的に分離されると共に、その下層の圧電体により下部電極４４Ｃとの間で絶縁されている。
【００９２】
同様に、支持体４３Ｂ上で、第１上部電極配線４９Ｂ及びその下層の圧電体が、上部電極４６Ｂ及び圧電体４５Ｂと分離して設けられている。これにより、第１上部電極配線４９Ｂは、上部電極４６Ｂと平面的に分離されると共に、その下層の圧電体により下部電極４４Ｂとの間で絶縁されている。
【００９３】
このように、第１，第２上部電極４７，４８は、平面的に互いに分離されると共に、共通下部電極５１との間で層間絶縁されている。従って、第１，第２上部電極４７，４８により、奇数番目の圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃと、偶数番目の圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄとに独立に駆動電圧を印加することができる。
【００９４】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ４１の作動について説明する。まず、第１上部電極４７と共通下部電極５１との間に、所定の第１直流電圧を印加して、奇数番目の圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃを駆動させる。これと共に、第２上部電極４８と共通下部電極５１との間に、所定の第２直流電圧を印加して、偶数番目の圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄを駆動させる。
【００９５】
このとき、第１，第２直流電圧とは、奇数番目の圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃと偶数番目の圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄとの角度変位が逆方向に発生するように印加する。例えば、圧電アクチュエータ４１の先端部を上方向に変位させる場合には、奇数番目の圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃを上方向に変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄを下方向に変位させる。圧電アクチュエータ４１の先端部を下方向に変位させるには、その逆にする。
【００９６】
図６は、本実施形態の圧電アクチュエータ４１の駆動状態を模式的に示した図である。この図では、圧電アクチュエータ４１の先端部を上方向に変位させる場合が例示されている。圧電カンチレバー４２Ｄは、台座５２と連結した端部ｄ１を支点として、その端部ｄ０に下方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー４２Ｃは、圧電カンチレバー４２Ｄの端部ｄ０と連結した端部ｃ０を支点として、その端部ｃ１に上方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー４２Ｂは、圧電カンチレバー４２Ｃの端部ｃ１と連結した端部ｂ１を支点として、その端部ｂ０に下方向の角度変位が発生している。また、圧電カンチレバー４２Ａは、圧電カンチレバー４２Ｂの端部ｂ０と連結した端部ａ０を支点として、その端部ａ１に上方向の角度変位が発生している。このように４つの圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄを変位させることで、その先端部ａ１では、例えば、図２２に示した１つの圧電カンチレバー１３２Ａを備えるアクチュエータ１３１に比べて、より大きな変位が得られる。よって、圧電アクチュエータ４１によれば、大きな出力を得ることが可能となる。
【００９７】
本実施形態によれば、４つの圧電カンチレバーが、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて折り返すように連結されると共に、隣り合う圧電カンチレバーを互いに逆方向に屈曲変形するように駆動電圧を印加可能である。これにより、圧電カンチレバーの長さ、ひいては圧電アクチュエータの長さを増大させることなく、また、エアダンピングの影響を増大させることなく、小型の圧電アクチュエータで大きな出力を得ることができる。
【００９８】
なお、本実施形態では、４つの圧電カンチレバーを連結するものとしたが、連結する圧電カンチレバーの数は任意に変更可能である。
［第４実施形態］
第４実施形態の圧電アクチュエータは、第３実施形態の圧電アクチュエータにおいて、圧電カンチレバーを駆動するために印加する電圧を交流電圧としたものである。本実施形態の圧電アクチュエータの構成は、第３実施形態と同一であるので、以下の説明では、第３実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００９９】
第４実施形態の圧電アクチュエータの作動では、第１上部電極４７と共通下部電極５１との間に、所定の第１交流電圧を印加して、圧電カンチレバー４２Ａ，４２Ｃを駆動させる。また、第２上部電極４８と共通下部電極５１との間に、所定の第２交流電圧を印加して、圧電カンチレバー４２Ｂ，４２Ｄを駆動させる。なお、第１交流電圧と第２交流電圧とは、位相を反転したものである。
【０１００】
本実施形態によれば、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの第一次共振点付近の周波数の交流電圧を印加して、圧電アクチュエータ４１を共振駆動させることで、印加電圧の大きさに対して、より大きな出力を得ることができる。また、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの第一次共振点より小さい所定周波数以下（例えば、後述する図８に示す駆動特性試験においては約３００Ｈｚ以下）の交流電圧を印加して、圧電アクチュエータ４１を非共振駆動させることで、直流電圧を印加した場合と同様に、印加した電圧の大きさに応じた所定の出力を安定して得ることができる。この第一次共振点より小さい所定周波数以下の非共振駆動領域においては、任意の駆動周波数・駆動速度において、一定の出力を安定して得ることができる。
【０１０１】
次に、図７，図８を参照して本実施形態の圧電アクチュエータ４１の駆動特性の試験について説明する。なお、圧電アクチュエータ４１は、後述の第６実施形態の製造方法により製造した。
【０１０２】
試験条件としては、第１上部電極４７と共通下部電極５１との間に、０〜＋３０［Ｖ］の交流電圧Ａを印加すると共に、第２上部電極４８と共通下部電極５１との間に、＋３０〜０［Ｖ］の交流電圧Ｂを印加した。印加した交流電圧Ａ，Ｂを図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は印加電圧である。図７に示すように、交流電圧Ａと交流電圧Ｂとは位相を反転したものである。
【０１０３】
図８のグラフに、試験結果として、駆動時の圧電アクチュエータ４１の先端部ａ１の変位量を示す。図８のグラフにおいて、横軸は、印加した交流電圧Ａ，Ｂの周波数（駆動周波数）であり、縦軸は、非共振駆動時における先端部ａの変位量を１としたときの相対値である。第一次共振点は、約７００Ｈｚに存在しており、その変位量は非共振駆動時の１０倍以上となる。また、約５００Ｈｚまでは、駆動周波数によらずにほぼ一定の変位量が得られる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、第３実施形態の圧電アクチュエータの駆動電圧を交流電圧としたが、後述の第５，第７，第８実施形態の圧電アクチュエータの駆動電圧を交流電圧としても同様の駆動特性を得ることができる。
［第５実施形態］
図９に示す第５実施形態の圧電アクチュエータ６１は、第３実施形態と同様に、４つの圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄが連結されたものである。図９には、圧電アクチュエータ６１の圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの部分が示されている。また、図１０には、図９の領域IIの拡大図が示されている。圧電アクチュエータ６１は、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１と基本的な構成は同じで、４つの圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの支持体４３Ａ〜４３Ｄに係る構成が若干異なるものである。以下の説明では、第３実施形態と同一の構成については第３実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１０５】
本実施形態の圧電アクチュエータ６１において、４つの圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの支持体４３Ａ〜４３Ｄは、それぞれ、直線部６４Ａ〜６４Ｄとその両端の連結部６５Ａ〜６５Ｄ，６６Ａ〜６６Ｄとから構成されている。隣り合う圧電カンチレバーの連結部６６Ａ，６６Ｂと、連結部６５Ｂ，６５Ｃと、連結部６６Ｃ，６６Ｄとは、それぞれ、Ｕ字状に連結されている。また、圧電カンチレバー６２Ｄの連結部６５Ｄが、台座５３上の支持体４３の基端部４３Ｅに連結されて保持されている。
【０１０６】
４つの圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの下部電極４４Ａ〜４４Ｄは、それぞれ、圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの支持体（直線部と連結部とを合わせた全体）６４Ａ〜６６Ａ，６４Ｂ〜６６Ｂ，６４Ｃ〜６６Ｃ，６４Ｄ〜６６Ｄ上のほぼ全面に形成されている。また、圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの圧電体４５Ａ〜４５Ｄと上部電極４６Ａ〜４６Ｄとは、圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄの支持体のうちの直線部６４Ａ〜６４Ｄ上のほぼ全面に形成されている。また、圧電アクチュエータ６１の第１上部電極配線６７ａ，６７ｂと、第２上部電極配線６８ａ，６８ｂとは、直線部６４Ｂ〜６４Ｄ上と連結部６５Ｂ〜６５Ｄ，６６Ａ〜６６Ｄ上の側部に形成されている。
【０１０７】
第１上部電極配線６７ｂ及びその下層の圧電体は、第１実施形態について図２で説明したように、圧電カンチレバー６２Ｄの直線部６４Ｄ上で、圧電カンチレバー６２Ｄの上部電極４６Ｄ及び圧電体４５Ｄと分離して設けられている。これにより、第１上部電極配線６７ｂは、上部電極４６Ｄと平面的に分離されると共に、その下層の圧電体により下部電極４４Ｄとの間で絶縁されている。
【０１０８】
同様に、第１，第２上部電極配線６７ａ，６８ａ及びその下層の圧電体は、圧電カンチレバー６２Ｂ，６２Ｃの直線部６４Ｂ，６４Ｃ上で、それぞれ、圧電カンチレバー６２Ｂ，６２Ｃの上部電極４６Ｂ，４６Ｃ及び圧電体４５Ｂ，４５Ｃと分離して設けられている。さらに、連結部６５Ｂ〜６５Ｄ，６６Ａ〜６６Ｄ上では、第１上部電極配線６７ａ，６７ｂ及びその下層の圧電体と、第２上部電極配線６８ａ，６８ｂ及びその下層の圧電体とが、分離して設けられている。
【０１０９】
このように、圧電アクチュエータ６１の第１，第２上部電極４７，４８は、平面的に互いに分離されると共に、共通下部電極５１との間で層間絶縁されている。従って、第１，第２上部電極４７，４８により、圧電カンチレバー６２Ａ〜６２Ｄに独立に駆動電圧を印加することができる。他の構成及び作動は、第３実施形態と同じである。
【０１１０】
本実施形態によれば、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１と同様に、小型で且つ大きな出力を得ることができる。
［第６実施形態］
図１１には、第６実施形態の圧電アクチュエータの製造方法を示す。この製造方法では、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１が製造される。なお、図１１（ａ）〜（ｇ）は、図５の圧電アクチュエータ４１の断面を模式的に示している。
【０１１１】
図１１（ａ）に示すように、支持体４３を形成する基板としては、ＳＯＩ基板８１を用いている。ＳＯＩ基板８１は、単結晶シリコン（活性層８１ａ、又はＳＯＩ層ともいう）／酸化シリコン（中間酸化膜層８１ｂ）／単結晶シリコン（ハンドリング層８１ｃ）の張り合わせ基板である。ＳＯＩ基板の各層の厚みは、例えば、活性層８１ａの厚みは５〜１００μｍ、中間酸化膜層８１ｂの厚みは０．５〜２μｍ、ハンドリング層８１ｃの厚みは１００〜６００μｍである。また、活性層８１ａの表面は光学研磨処理が施されている。
【０１１２】
まず、図１１（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の表面（活性層８１ａ側）及び裏面（ハンドリング層８１ｃ側）に熱酸化炉（拡散炉）によって熱酸化シリコン膜８２ａ，８２ｂを形成する（熱酸化膜形成ステップ）。熱酸化シリコン膜８２ａ，８２ｂの厚みは、例えば０．１〜１μｍとする。
【０１１３】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の表面に、下部電極層８３、圧電体層８４、上部電極層８５を順次形成する。
【０１１４】
まず、下部電極層形成ステップで、ＳＯＩ基板８１の活性層８１ａ側の熱酸化シリコン膜８２ａ上に、２層の金属薄膜からなる下部電極層８３を形成する。下部電極層８３の材料としては、１層目（下層）の金属薄膜にはチタンを用い、２層目（上層）の金属薄膜には白金を用いる。各金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。各金属薄膜の厚みは、例えば１層目のチタンは３０〜１００ｎｍ、２層目の白金は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度とする。
【０１１５】
次に、圧電体層形成ステップで、下部電極層８３上に、１層の圧電膜からなる圧電体層８４を形成する。圧電体層８４の材料としては、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる。また、圧電膜の厚みは、例えば１〜１０μｍ程度とする。圧電膜は、例えば、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により成膜する。反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法については、具体的には、本願出願人による特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−８１６９４号公報に記載された手法を用いる。
【０１１６】
このアーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法は、プラズマガンで真空容器内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器内或いは半導体基板上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、半導体基板上に圧電膜を形成するものである。この方法を用いることにより、比較的低い成膜温度においても高速に圧電膜を形成できる。特に、アーク放電反応性イオンプレーティング法による圧電膜を形成する際に、その下地として、例えば化学溶液堆積法（ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法）によりシード層を形成することで、より優れた圧電特性を有する圧電膜を形成することができる。
【０１１７】
なお、圧電膜は、例えばスパッタ法、ゾルゲル法等により成膜してもよい。ただし、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法を用いることにより、バルクの圧電体と同等の圧電特性を有する厚みのある膜を成膜することができる。
【０１１８】
次に、上部電極層形成ステップで、圧電体層８４上に、１層の金属薄膜からなる上部電極層８５を形成する。上部電極層８５の材料としては、白金又は金を用いる。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。金属薄膜の厚みは、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度とする。
【０１１９】
次に、図１１（ｄ）に示すように、形状加工ステップで、上部電極層８５、圧電体層８４、下部電極層８３の形状を加工して、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの上部電極４５Ａ〜４５Ｄ、圧電体４４Ａ〜４４Ｄ、下部電極４３Ａ〜４３Ｄを形成する。具体的には、まず、上部電極層８５上にフォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、上部電極層８５及び圧電体層８４に対して、RIE（Reactive Ion Etching）装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、第１，第２上部電極４７，４８と、上部電極４６Ａ〜４６Ｄと圧電体４５Ａ〜４５Ｄとが形成される。また、このとき、第１，第２上部電極配線４９Ｂ，４９ｄ，５０Ｃも形成される。
【０１２０】
同様に、下部電極層８３上にフォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、下部電極層８３に対して、RIE装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、共通下部電極５１と下部電極４４Ａ〜４４Ｄとが形成される。なお、電圧を印加するための共通下部電極５１の電極パッドは、図１１（ｄ）に示した下部電極層８３が露出した端部ｅ１のように形成され、電圧を印加するための第１，第２上部電極４７，４８の電極パッドは、上部電極層８５が露出した部分の端部ｅ２のように形成される。
【０１２１】
次に、図１１（ｅ）〜（ｇ）に示すように、支持体形成ステップで、支持体４３及び台座５２が形成される。まず、図１１（ｅ）に示すように、活性層８１ａ側の熱酸化シリコン膜８２ａと活性層８１ａ（単結晶シリコン）の形状を加工する。まず、フォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングし、このパターニングしたレジスト材料をマスクとして、活性層８１ａ側の熱酸化シリコン膜８２ａについて、RIE装置を用いてドライエッチングを行う。次に、同じマスクで、Deep−RIE装置を用いて、活性層８１ａのシリコンを加工する。Deep−RIE装置は、マイクロマシニング技術で使用されるドライエッチング装置であり、シリコンを垂直に深く掘ることが可能な装置である。
【０１２２】
次に、図１１（ｆ）に示すように、ハンドリング層８１ｃの形状を加工する。まず、ＳＯＩ基板８１の裏面にフォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングし、このパターニングしたレジスト材料をマスクとして、ハンドリング層８１ｃ側の熱酸化シリコン膜８２ｂについて、RIE装置を用いてドライエッチングを行う。次に、同じマスクを用いて、Deep−RIE装置を用いて、ハンドリング層８１ｃのシリコンを加工する。これにより、圧電アクチュエータ４１の可動部の裏側を深く掘り下げ中空状態にすることで、圧電アクチュエータ４１の可動部（圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄの部分）の上下方向の駆動を可能にする。
【０１２３】
次に、図１１（ｇ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の中間酸化膜層８１ｂを除去する。具体的には、図１１（ｅ）と同じマスクを用いて、ＳＯＩ基板の裏側から中間酸化膜層８１ｂをRIE装置を用いてドライエッチングする。これにより、圧電アクチュエータ６１の可動部を周囲のＳＯＩ基板８１から切り離すことで、圧電カンチレバー４２Ａ〜４２Ｄを駆動可能にする。
【０１２４】
以上の工程により、圧電アクチュエータ４１が製造される。
【０１２５】
この製造方法によれば、圧電アクチュエータ４１を半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することができるので、製造が容易であり、歩留まりの向上や量産が可能となる。さらに、圧電アクチュエータ４１をデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、圧電アクチュエータ４１を他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【０１２６】
なお、本実施形態の製造方法では、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１を製造するものとしたが、第１，第２，第４，第５実施形態の圧電アクチュエータを製造する際にも用いることができる。
［第７実施形態］
図１２に示す第７実施形態の圧電アクチュエータ７１は、第５実施形態の圧電アクチュエータ６１において、上部電極層と下部電極層との間で絶縁するための層間絶縁膜を備えたものである。図１２には、圧電アクチュエータ７１の圧電カンチレバー７２Ａ〜７２Ｄの上面図が示されている。また、図１３には、図１２の圧電アクチュエータ７１の斜視図が示されている。この図では、説明のために層間絶縁膜７３及び第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂを分離して図示しているが、実際には、支持体４３上に順次重ねられている。なお、以下の説明では、第５実施形態と同一の構成については、第５実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１２７】
本実施形態の圧電アクチュエータ７１では、第１，第２上部電極４７，４８と上部電極４６Ａ〜４６Ｄのみが、上部電極層を形状加工して形成されている。上部電極層上には、層間絶縁膜７３が形成されている。層間絶縁膜７３は、上部電極層上に成膜された絶縁膜を半導体プレーナプロセスにより形状加工することにより形成されている。層間絶縁膜７３の材料としては、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を用いる。なお、層間絶縁膜７３の材料としては、他の無機絶縁材料、或いはポリイミド等の有機絶縁材料を用いてもよい。
【０１２８】
層間絶縁膜７３は、支持体４３上の全面に、下部電極４４Ａ〜４４Ｄ、圧電体４５Ａ〜４５Ｄ、上部電極４６Ａ〜４６Ｄを覆うように形成されている。また、層間絶縁膜７３には、第１上部電極配線用の第１開口部７４ａ〜７４ｃと、第２上部電極配線用の第２開口部７５ａ〜７５ｃとが形成されている。なお、図示は省略するが、層間絶縁膜７３は、支持体４３Ａ〜４３Ｄの端部４３Ｅ上で、第１，第２上部電極４７，４８と共通下部電極５１のパッド上に開口部が形成されている。
【０１２９】
さらに、層間絶縁膜７３上に、第１上部電極配線７６ａ，７６ｂ、第２上部電極配線７７ａ，７７ｂが形成されている。第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂは、絶縁膜上に成膜された金属薄膜からなる電極配線層を半導体プレーナプロセスにより形状加工することにより形成されている。電極配線層の材料としては、配線用の電極パターンの材料としては、金、白金、アルミ等を用いる。
【０１３０】
第１上部電極配線７６ａは、その一端が支持体４３Ａ上の第１開口部７４ａを覆うように形成されて上部電極４６Ａと導通し、支持体４３Ｂ上を通り支持体４３Ｃ上まで配線されている。そして、第１上部電極配線７６ａは、その他端が支持体４３Ｃ上の第１開口部７４ｂを覆うように形成されて、上部電極４６Ｃと導通している。
【０１３１】
また、第１上部電極配線７６ｂは、その一端が第１開口部７４ｃを覆うように形成されて上部電極４６Ｃと導通している。そして、第１上部電極配線７６ｂは、支持体４３Ｄ上を通り、図示は省略するが、支持体４３Ｅ上まで配線されて、その他端が第１上部電極４７上に設けられて導通している。
【０１３２】
また、第２上部電極配線７７ａは、その一端が支持体４３Ｂ上の第２開口部７５ａを覆うように形成されて上部電極４６Ｃと導通し、支持体６３Ｃ上を通り支持体４３Ｄ上まで配線されている。そして、第２上部電極配線７７ａは、その他端が支持体４３Ｄ上の第２開口部７５ｂを覆うように形成されて、上部電極４６Ｄと導通している。
【０１３３】
また、第２上部電極配線７７ｂは、その一端が支持体４３Ｄ上の第２開口部７５ｃを覆うように形成されて上部電極４６Ｄと導通している。そして、第３上部電極配線７７ｂは、図示は省略するが、支持体４３Ｅ上まで配線されて、その他端が第２上部電極４８上に設けられ導通している。
【０１３４】
図１４は、図１２の圧電アクチュエータ７１のIII−III線断面図である。図１４に示すように、支持体４３Ｄ上の下部電極４４Ｄ、圧電体４５Ｄ、上部電極４６Ｄを覆うように層間絶縁膜７３が形成されている。第２上部電極配線７７ｂは、第２開口部７５ｃを覆うように形成されて、第２上部電極配線７７ｂと上部電極４６Ｄとが導通している。一方、第１上部電極配線７６ｂは、層間絶縁膜７３の上に形成されるので、上部電極４６Ｄと分離されると共に、下部電極４４Ｄとの間で絶縁されている。このように層間絶縁膜７３を設けることで、第１実施形態について図２で示したように第１上部電極配線７６ｂをその下層の圧電体と共に形状加工して分離する必要がなくなる。よって、本実施形態では、支持体６３Ｄ上のほぼ全面に形成された圧電体４５Ｄが、第１上部電極配線７６ｂの下層の部分も含めて、圧電カンチレバー６２Ｄの屈曲変形を発生させるために用いられる。
【０１３５】
本実施形態によれば、第５実施形態と同様に、４つの圧電カンチレバーが、各圧電カンチレバーの両端部が隣り合うように並んで配置されて折り返すように連結されると共に、隣り合う圧電カンチレバーを互いに逆方向に屈曲変形するように駆動電圧を印加可能である。これにより、圧電カンチレバーの長さ、ひいては圧電アクチュエータの長さを増大させることなく、また、エアダンピングの影響を増大させることなく、小型の圧電アクチュエータで大きな出力を得ることができる。
【０１３６】
さらに、本実施形態では、上部電極配線が層間絶縁膜上に設けられているので、上部電極配線の下の圧電体層を分離して層間絶縁する必要がない。従って、支持体上の圧電膜全体を圧電カンチレバーの屈曲変形を発生させる圧電体として用いることができる。すなわち、支持体上の圧電体の面積占有率をより高くすることができるため、より小型の圧電アクチュエータで大きな出力を得ることができる。
【０１３７】
また前記第５実施形態においては、層間絶縁するために分離された圧電体層の部分が、圧電カンチレバーの屈曲変形に影響を与え、場合によっては圧電カンチレバーの屈曲変形を妨げる可能性があるが、本実施形態においては、当該部分を形成する必要がないため、圧電アクチュエータの駆動特性を向上することができる。さらに、圧電アクチュエータを層間絶縁膜で覆うことにより、湿度等の外部環境への耐性を向上することができる。
［第８実施形態］
図１５に示す第８実施形態の圧電アクチュエータ７０は、第３実施形態の圧電アクチュエータ４１において、第７実施形態の圧電アクチュエータ７１と同様に、上部電極層と下部電極層との間で絶縁するための層間絶縁膜を備えたものである。図１５には、圧電アクチュエータ７０の上面図が示されている。なお、以下の説明では、第３，第７実施形態と同一の構成については、第３，第７実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【０１３８】
本実施形態の圧電アクチュエータ７０では、第７実施形態と同様に、第１，第２上部電極４７，４８と上部電極４６Ａ〜４６Ｄのみが、上部電極層を形状加工して形成されている。上部電極層上には、層間絶縁膜７３が形成されている。層間絶縁膜７３は、支持体４３上の全面に、下部電極４４Ａ〜４４Ｄ、圧電体４５Ａ〜４５Ｄ、上部電極４６Ａ〜４６Ｄを覆うように形成されている。さらに、層間絶縁膜７３上に、第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂが形成されている。なお、層間絶縁膜７３と、第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂとの詳細は第７実施形態と同様である。
【０１３９】
第１上部電極配線７６ａは、その一端が支持体４３Ａ上の第１開口部７４ａを覆うように形成されて上部電極４６Ａと導通し、支持体４３Ｂ上を通り支持体４３Ｃ上まで配線されている。そして、第１上部電極配線７６ａは、その他端が支持体４３Ｃ上の第１開口部７４ｂを覆うように形成されて、上部電極４６Ｃと導通している。
【０１４０】
また、第１上部電極配線７６ｂは、その一端が第１開口部７４ｃを覆うように形成されて上部電極４６Ｃと導通している。そして、第１上部電極配線７６ｂは、支持体４３Ｄ上を通り、支持体４３Ｅ上まで配線されて、その他端が第１上部電極４７上に設けられて導通している。
【０１４１】
また、第２上部電極配線７７ａは、その一端が支持体４３Ｂ上の第２開口部７５ａを覆うように形成されて上部電極４６Ｃと導通し、支持体４３Ｃ上を通り支持体４３Ｄ上まで配線されている。そして、第２上部電極配線７７ａは、その他端が支持体４３Ｄ上の第２開口部７５ｂを覆うように形成されて、上部電極４６Ｄと導通している。
【０１４２】
また、第２上部電極配線７７ｂは、その一端が支持体４３Ｄ上の第２開口部７５ｃを覆うように形成されて上部電極４６Ｄと導通している。そして、第３上部電極配線７７ｂは、支持体４３Ｅ上まで配線されて、その他端が第２上部電極４８上に設けられ導通している。他の構成及び作動は、第３実施形態と同様である。
【０１４３】
本実施形態によれば、第３実施形態の圧電アクチュエータと同様に、小型で且つ大きな出力を得ることができる。
【０１４４】
さらに、本実施形態では、第７実施形態と同様に、上部電極配線が層間絶縁膜上に設けられているので、上部電極配線の下の圧電体層を分離して層間絶縁する必要がない。従って、支持体上の圧電体の面積占有率をより高くすることができると共に、圧電アクチュエータの駆動特性を向上することができ、より小型の圧電アクチュエータで大きな出力を得ることができる。さらに、圧電アクチュエータを層間絶縁膜で覆うことにより、湿度等の外部環境への耐性を向上することができる。
【０１４５】
なお、本実施形態では、第３実施形態の圧電アクチュエータにおいて、層間絶縁膜を備えるものとしたが、他の実施形態として、第１，第２，第４実施形態の圧電アクチュエータにおいて、層間絶縁膜を備えるものとしてもよい。この場合に、例えば、第１実施形態の圧電アクチュエータを使用した光偏向素子では、ミラー面反射膜と上部電極配線との材料を共通にして、電極配線パターン及びミラー面反射膜を同じ金属薄膜から形状加工して形成することができる。
［第９実施形態］
図１６，図１７に、第９実施形態における製造方法を示す。本実施形態の製造方法により、第８実施形態の圧電アクチュエータ７０が製造される。本実施形態の製造方法は、第６実施形態の製造方法において、層間絶縁膜７３を形成するステップと、第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂを形成するステップとを備えたものである。以下の説明では、第６実施形態と同じ処理については、第６実施形態を参照して説明を省略する。なお、図１６（ａ）〜（ｇ）、図１７（ｈ）〜（ｊ）は、図１５の圧電アクチュエータ７０の断面を模式的に示している。
【０１４６】
図１６（ａ）に示すように、支持体４３を形成する基板としては、第６実施形態と同様のＳＯＩ基板８１を用いる。まず、図１６（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の表面（活性層８１ａ側）及び裏面（ハンドリング層８１ｃ側）に熱酸化炉によって熱酸化シリコン膜８２ａ，８２ｂを形成する（熱酸化膜形成ステップ）。次に、図１６（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の表面に、下部電極層８３、圧電体層８４、上部電極層８５を順次形成する（下部電極層形成ステップ、圧電体層形成ステップ、上部電極層形成ステップ）。なお、熱酸化膜形成ステップ、下部電極層形成ステップ、圧電体層形成ステップ、上部電極層形成ステップは、第６実施形態の各ステップと同様である。
【０１４７】
次に、図１６（ｄ）に示すように、上部電極層８３、圧電体層８４、下部電極層８５の形状を加工して、上部電極、圧電体、下部電極を形成する（形状加工ステップ）。形状加工ステップの詳細は、第７実施形態と同様である。これにより、第１，第２上部電極４７，４８と、上部電極４６Ａ〜４６Ｄと圧電体４５Ａ〜４５Ｄとが形成される。ただし、このとき、第１，第２上部電極配線７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂは形成されない。なお、電圧を印加するための共通下部電極５１の電極パッドは、図１６（ｄ）に示した下部電極層８３が露出した端部ｅ１のように形成され、電圧を印加するための第１，第２上部電極４７，４８の電極パッドは、上部電極層８５が露出した端部ｅ２のように形成される。
【０１４８】
次に、図１６（ｅ），（ｆ）に示すように、層間絶縁膜形成ステップで、層間絶縁膜７３が形成される。まず、図１６（ｅ）に示すように、ＳＯＩ基板８１の活性層８１ａ側の全面に、絶縁体の薄膜である絶縁膜８６を形成する。絶縁膜８６の材料としては、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を用いる。絶縁膜８６は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて成膜する。絶縁膜８６の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。
【０１４９】
なお、絶縁膜８６の材料としては、ポリイミド等の有機絶縁材料を用いてもよい。この場合には、例えばスピンコーティング法を用いて成膜する。このとき、絶縁膜８６の厚みは、例えば０．５〜５μｍ程度とする。
【０１５０】
次に、図１６（ｆ）に示すように、全面に成膜した絶縁膜８６の形状を加工する。具体的には、まず、絶縁膜８６上にフォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、絶縁膜８６に対して、RIE装置を用いてドライエッチングを行う。これにより、各圧電カンチレバーの上部電極上で部分的に開口した層間絶縁膜７３が形成される。なお、図１６（ｆ）に示した層間絶縁膜７３の開口部ｆ１のように、電圧を印加するための共通下部電極５１の電極パッド上が開口され、層間絶縁膜７３の開口部ｆ２のように、電圧を印加するための第１，第２上部電極４７，４８の電極パッド上が開口される。また、第１開口部７４ａ，７４ｂ，７４ｃと第２開口部７５ａ，７５ｂ，７５ｃも開口部ｆ２のように形成される。
【０１５１】
次に、電極配線形成ステップで、図１６（ｇ）に示すように、上部電極用の電極配線パターンを形成する。まず、ＳＯＩ基板７１の熱酸化膜８２ａ側の全面に、１層の金属薄膜からなる電極配線層８７を形成する。電極配線層８７の材料としては、例えば金、白金、アルミ等を用いる。また、電極配線層８７は、例えばスパッタ法、蒸着法を用いて成膜する。電極配線層８７の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。
【０１５２】
次に、電極配線層８７の形状を加工する。具体的には、まず、電極配線層８７上にフォトリソグラフ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、電極配線層８７に対して、RIE装置を用いてドライエッチングを行う。これにより、図１５に示したような、開口部４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂで上部電極４６Ａ〜４６Ｄと導通すると共に、支持体６３Ｅ上で第１，第２上部電極４７，４８と導通する電極配線パターン（上部電極配線）７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂが形成される。
【０１５３】
次に、図１７（ｈ）〜（ｊ）に示すように、ＳＯＩ基板８１を加工して圧電アクチュエータ７１の支持体６３及び台座５２を形成する（支持体形成ステップ）。なお、支持体形成ステップは、第７実施形態のステップと同様である。
【０１５４】
以上の工程により、圧電アクチュエータ７０が製造される。
【０１５５】
本実施形態の製造方法によれば、第６実施形態と同様に、圧電アクチュエータ７０を半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することができるので、製造が容易であり、歩留まりの向上や量産が可能となる。さらに、圧電アクチュエータ７０をデバイスに組み込む場合に、デバイス全体として半導体プレーナプロセス及びＭＥＭＳプロセスを用いて一体的に形成することが可能となるので、圧電アクチュエータ７１を他のデバイスに組み込むことが容易となる。
【０１５６】
なお、本実施形態では、第８実施形態の圧電アクチュエータ（第３実施形態の圧電アクチュエータに層間絶縁膜を備えた圧電アクチュエータ）を製造するものとしたが、本実施形態の製造方法は、第１，第２，第４実施形態の圧電アクチュエータに層間絶縁膜を備えた圧電アクチュエータ、及び第７実施形態の圧電アクチュエータ（第５実施形態の圧電アクチュエータに層間絶縁膜を備えた圧電アクチュエータ）を製造する際にも用いることができる。
［第１０実施形態］
図１８には、第１０実施形態の圧電アクチュエータ９１を使用した可変キャパシタを示す。本実施形態の圧電アクチュエータ９１は、４つの圧電アクチュエータ９２〜９５を組み合わせたものである。そして、可変キャパシタは、圧電アクチュエータ９１の４つの圧電アクチュエータ９２〜９５の先端部にキャパシタ部９６が連結されたものである。なお、各圧電アクチュエータ９２〜９５の基本的な構成は、第５又は第７実施形態と同じであるので、以下では説明を省略する。
【０１５７】
本実施形態の圧電アクチュエータ９１において、４つの圧電アクチュエータ９２〜９５は、同一平面上に配置され、矩形形状の導体支持部９７の４隅にその先端部９２ａ１〜９５ａ１がそれぞれ連結されている。
【０１５８】
一方の１対の圧電アクチュエータ９２，９３は、導体支持部９７の一方の側で対向して設けられている。また、他方の１対の圧電アクチュエータ９４，９５は、導体支持部９７の他方の側で対向して設けられている。さらに、これらの一方の１対の圧電アクチュエータ９２，９３と他方の１対の圧電アクチュエータ９４，９４とは、導体支持部９７を挟んで対向して設けられている。
【０１５９】
また、一方の１対の圧電アクチュエータ９２，９３は、その基端部９２ｄ１，９３ｄ２が、導体支持部９７の一方の側に設けられた台座１０５Ａ上に保持された支持体基端部１０４Ａの隣り合う２隅に連結されて支持されている。また、他方の１対の圧電アクチュエータ９４，９５は、その基端部９４ｄ１，９５ｄ１が、導体支持部９７の他方の側に設けられた台座１０５Ｂ上に保持された支持体基端部１０４Ｂの隣り合う２隅に連結されて支持されている。
【０１６０】
４つの圧電アクチュエータ９２〜９５は、それぞれ４つの圧電カンチレバー９２Ａ〜９２Ｄ，９３Ａ〜９３Ｄ，９４Ａ〜９４Ｄ，９５Ａ〜９５Ｄを備えている。また、圧電アクチュエータ９２〜９５は、それぞれ、圧電カンチレバー９２Ａ〜９２Ｄ，９３Ａ〜９３Ｄ，９４Ａ〜９４Ｄ，９５Ａ〜９５Ｄの支持体として一体的に形成された支持体１００〜１０３を備えている。
【０１６１】
なお、導体保持部９７、支持体１００〜１０３，１０４Ａ，１０４Ｂは、シリコン基板を形状加工することにより１枚の支持体として一体的に形成されている。これにより、導体保持部９７は、４つの圧電アクチュエータ９２〜９５と機械的に連結され、圧電アクチュエータ９２〜９５の駆動に応じて変位するものとなる。さらに、台座１０５Ａ，１０５Ｂも、シリコン基板を形状加工することにより、前記１枚の支持体と一体的に形成されている。
【０１６２】
また、一方の台座１０５Ａ上には、圧電アクチュエータ９２，９３に駆動電圧を印加するための電極セット１０９Ａが設けられている。この電極セット１０９Ａは、圧電カンチレバー９２Ａ，９２Ｃ，９３Ａ，９３Ｃに駆動電圧を印加するための第１上部電極１０６Ａと、圧電カンチレバー９２Ｂ，９２Ｄ，９３Ｂ，９３Ｄに駆動電圧を印加するための第２上部電極１０７Ａと、第１，第２上部電極１０６Ａ，１０７Ａの共通の下部電極として用いられる共通下部電極１０８Ａとを備えている。
【０１６３】
同様に、他方の台座１０５Ｂ上には、他方の１対の圧電アクチュエータ９４，９５に駆動電圧を印加するための電極セット１０９Ｂが設けられている。この電極セット１０９Ｂは、圧電カンチレバー９４Ａ，９４Ｃ，９５Ａ，９５Ｃに駆動電圧を印加するための第１上部電極１０６Ｂと、圧電カンチレバー９４Ｂ，９４Ｄ，９５Ｂ，９５Ｄに駆動電圧を印加するための第２上部電極１０７Ｂと、第１，第２上部電極１０６Ｂ，１０７Ｂの共通の下部電極として用いられる共通下部電極１０８Ｂとを備えている。
【０１６４】
なお、図示は省略するが、第１，第２上部電極１０６Ａ，１０６Ｂ，１０７Ａ，１０７Ｂは、第５又は第７実施形態と同様に、第１、第２上部電極配線を介して、圧電カンチレバー９２Ａ〜９２Ｄ，９３Ａ〜９３Ｄ，９４Ａ〜９４Ｄ，９５Ａ〜９５Ｄの所定の上部電極と接続されている。
【０１６５】
キャパシタ部９６は、導体保持部９７の下面に保持された板状の上側導体９８と、上側導体９８と所定の間隔を隔てて対向して設けられた板状の下側導体９９とで構成される。上側導体９８と下側導体９９と間の間隔を変化させることにより、可変キャパシタの容量が可変となる。
【０１６６】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ９１を使用した可変キャパシタの作動について説明する。図１９は、可変キャパシタの駆動状態を模式的に示した図である。この図では、可変キャパシタの上側導体９８を上下方向に駆動する場合が例示されている。まず、第１上部電極１０６Ａ，１０６Ｂと共通下部電極１０８Ａ，１０８Ｂとの間に、所定の第１直流電圧を印加すると共に、第２上部電極１０７Ａ，１０７Ｂと共通下部電極１０８Ａ，１０８Ｂとの間に、第１直流電圧と逆極性の所定の第２直流電圧を印加する。これにより、圧電アクチュエータ９２〜９５が駆動され、印加電圧に応じて、先端部９２ａ１〜９５ａ１で所定の同じ方向（例えば上方向）に変位が発生する。同様に、第１，第２直流電圧と逆極性の電圧をそれぞれ印加することで、圧電アクチュエータ９２〜９５が駆動され、印加電圧に応じて、先端部９２ａ１〜９５ａ１で所定の同じ方向（例えば下方向）に変位が発生する。
【０１６７】
この変位によって、導体保持部９７及び上側導体９８が上下方向に平行移動する。よって、図１９で点線で示したように、上側導体９８を上下方向に平行移動させて上側導体９８と下側導体９９との間隔を変更し、可変キャパシタの容量を制御する。このとき、圧電カンチレバー９２Ａ〜９２Ｄ，９３Ａ〜９３Ｄ，９４Ａ〜９４Ｄ，９５Ａ〜９５Ｄの圧電体は電荷を蓄積・保持することができるので、４つの圧電アクチュエータ９２〜９５の先端部９２ａ１〜９５ａ１で発生する変位を保持することができる。よって、電圧を印加して所定の容量を得た後、この電圧の印加を停止しても、この容量を保持することができる。
【０１６８】
本実施形態によれば、圧電アクチュエータ９２〜９５で大きな出力が得られるので、上側導体９８と下側導体９９との間隔の可変な範囲が大きく、広い範囲で容量を制御することができる。
【０１６９】
なお、上述の可変キャパシタでは、上側導体９８を圧電アクチュエータ９１に接続して駆動するものとしたが、下側導体９９を圧電アクチュエータ９１に接続して駆動するものとしてもよい。さらに、他の実施形態として、上側導体９８と下側導体９９とをそれぞれ異なる圧電アクチュエータに接続して、両方を駆動するものとしてもよい。
【０１７０】
また、本実施形態では、第５又は第７実施形態と同様の圧電アクチュエータを４つ組み合わせて使用するものとしたが、第３又は第８実施形態の圧電アクチュエータを４つ組み合わせて使用するものとしてもよい。
［第１１実施形態］
図２０には、第１１実施形態の圧電アクチュエータ１１１を使用した光偏向素子１２３を示す。本実施形態の圧電アクチュエータ１１１は、２つの圧電アクチュエータ１１２，１１３を組み合わせた２軸駆動型の圧電アクチュエータである。そして、光偏向素子１２３は、この２軸駆動型の圧電アクチュエータ１１１の先端部にミラー部１１５が連結された２次元光偏向素子である。なお、各圧電アクチュエータ１１２，１１３の基本的な構成は、第５又は第７実施形態と同じであるので、以下では説明を省略する。
【０１７１】
本実施形態の圧電アクチュエータ１１１において、２つの圧電アクチュエータ１１２，１１３は、同一平面上に配置されており、一方の圧電アクチュエータ１１２は、その基端部１１２ｄ１が、他方の圧電アクチュエータ１１３の先端部１１３ａ１に、出力方向が互いに直交するように連結されている。また、２軸駆動型の圧電アクチュエータ１１４は、これらの圧電アクチュエータ１１２，１１３にそれぞれ駆動電圧を印加するための電極セット１１６，１１７を備えている。
【０１７２】
圧電アクチュエータ１１２，１１３は、それぞれ、圧電カンチレバー１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄを備えている。また、圧電アクチュエータ１１２，１１３は、それぞれ、圧電カンチレバー１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄの支持体として一体的に形成された支持体１１８，１１９を備えている。これらの支持体１１８，１１９は、シリコン基板を形状加工することにより、１枚の支持体１２０として一体的に形成されている。支持体１２０は、その基端部１２１が台座１２２上に保持され、基端部１２１から伸びた部分が、他方の圧電アクチュエータ１１３の支持体１１９を構成し、この支持体１１９から延びた部分が、一方の圧電アクチュエータ１１２の支持体１１８を構成する。これにより、２つの圧電アクチュエータ１１２，１１３が機械的に連結されたものとなる。なお、台座１２２もシリコン基板から形成され、支持体１２０と一体的に形成されている。
【０１７３】
一方の圧電アクチュエータ１１２の電極セット１１６は、先端部側から奇数番目の圧電カンチレバー１１２Ａ，１１２Ｃに駆動電圧を印加するための第１上部電極１１６ａと、先端部側から偶数番目の圧電カンチレバー１１２Ｂ，１１２Ｄに駆動電圧を印加するための第２上部電極１１６ｂと、第１，第２上部電極１１６ａ，１１６ｂの共通の下部電極として用いられる共通下部電極１１６ｃとを備えている。同様に、他方の圧電アクチュエータ１１３の電極セット１１７は、先端部側から奇数番目の圧電カンチレバー１１３Ａ，１１３Ｃに駆動電圧を印加するための第１上部電極１１７ａと、先端部側から偶数番目の圧電カンチレバー１１３Ｂ，１１３Ｄに駆動電圧を印加するための第２上部電極１１７ｂと、第１，第２上部電極１１７ａ，１１７ｂの共通の下部電極として用いられる共通下部電極１１７ｃとを備えている。
【０１７４】
電極セット１１６，１１７の各電極１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ，１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃは、それぞれ、支持体１２０の端部１２１上にパッド状に形成されている。なお、図示は省略するが、第１，第２上部電極１１６ａ，１１６ｂ，１１７ａ，１１７ｂ，は、第６実施形態と同様に、第１、第２上部電極配線を介して圧電カンチレバー１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄの所定の上部電極と接続されている。
【０１７５】
光偏向素子１２３において、ミラー部１２４は矩形形状で、その一辺が圧電アクチュエータ１１１の先端部（一方の圧電アクチュエータ１１２の先端部１１２ａ１）に連結されている。ミラー部１２４は、ミラー部支持体１２５と、ミラー部支持体１２５上に形成されたミラー面反射膜１２６とを備えている。なお、ミラー面反射膜１２６の詳細は、第１実施形態の圧電アクチュエータ１を使用した光偏向素子１１のミラー面反射膜１４と同じである。また、ミラー部支持体１２５は、前記光偏向素子１１のミラー部支持体１３と同様に、シリコン基板から形成され、圧電アクチュエータ１１１の支持体１２０と一体的に形成されている。これにより、ミラー部１２４は、圧電アクチュエータ１１１と機械的に連結され、圧電アクチュエータ１１１の駆動に応じて回動する。
【０１７６】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ１１１及び光偏向素子１２３の作動を説明する。まず、第１上部電極１１６ａと共通下部電極１１６ｃとの間に、所定の第１直流電圧を印加すると共に、第２上部電極１１６ｂと共通下部電極１１６ｃとの間に、第１直流電圧と逆極性の所定の第２直流電圧を印加する。これにより、圧電アクチュエータ１１２の基端部１１２ｄ１を支点として、圧電アクチュエータ１１２の先端部１１２ａ１で角度変位αが発生する。
【０１７７】
これと共に、第１上部電極１１７ａと共通下部電極１１７ｃとの間に、所定の第３直流電圧を印加すると共に、第２上部電極１１７ｂと共通下部電極１１７ｃとの間に、第３直流電圧と逆極性の所定の第４直流電圧を印加する。これにより、圧電アクチュエータ１１３の基端部１１３ｄ１を支点として、圧電アクチュエータ１１３の先端部１１３ａ１で角度変位βが発生する。
【０１７８】
これにより、圧電アクチュエータ１１１全体として、その先端部に、２つの角度成分を有する変位（α＋β）が発生する。この変位に応じてミラー部１２４が回転してレーザ光等の光ビームを偏向する。このとき、圧電アクチュエータ１１２，１１３は独立に駆動電極を有しているため、角度変位αと角度変位βとを独立に制御することができ、ミラー部１２４を２軸駆動することが可能となる。また、圧電カンチレバー１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄの圧電体は電荷を蓄積・保持することができるので、圧電アクチュエータ１１１，１１２はそれぞれ、変位α，βを保持することができる。よって、電圧を印加して所定の偏向角を得た後、この電圧の印加を停止しても、ミラー部１２４の偏向角を保持することができる。
【０１７９】
本実施形態によれば、小型で大きな出力を得ることができる２つの圧電アクチュエータが、出力方向が直交するように連結されていると共に、各圧電アクチュエータに独立に駆動電圧が印加可能である。よって、小型で大きな出力を得ることができる２軸駆動型の圧電アクチュエータとなっている。そして、上述の光偏向素子１２３では、本実施形態の圧電アクチュエータの先端部にミラー部を連結することで、小型で大きな偏向角を得ることができる。
【０１８０】
なお、本実施形態では、２つの圧電アクチュエータを出力方向が直交するように連結するものとしたが、連結する角度は任意に変更可能であり、２つの圧電アクチュエータが異なる出力方向となればよい。
【０１８１】
また、本実施形態では、２つの圧電アクチュエータを出力方向が直交するように連結し、その先端部にミラー部を連結して２次元光偏向素子としたが、他の実施形態として、３つ以上の圧電アクチュエータを出力方向が異なるように連結するものとしてもよい。そして、この圧電アクチュエータの先端部にミラー部を連結することで、３軸以上の多軸駆動が可能な、小型で大きな偏向角を得ることができる光偏向素子とすることができる。
【０１８２】
また、本実施形態では、第５又は第７実施形態と同様の圧電アクチュエータを２つ組み合わせて使用するものとしたが、第３又は第８実施形態の圧電アクチュエータを２つ組み合わせて使用するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】本発明の第１実施形態における圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。
【図２】図１の圧電アクチュエータのI−I線断面図。
【図３】図１の圧電アクチュエータを使用した光偏向素子の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態における圧電アクチュエータを使用した多接点スイッチの構成を示す斜視図。
【図５】本発明の第３実施形態における圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。
【図６】図５の圧電アクチュエータの作動を示す説明図。
【図７】本発明の第４実施形態における圧電アクチュエータの印加電圧の一例を示すグラフ。
【図８】図７の圧電アクチュエータの作動特性の一例を示すグラフ。
【図９】本発明の第５実施形態における圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。
【図１０】図９の圧電アクチュエータの構成を示す説明図。
【図１１】本発明の第６実施形態における製造方法を示す説明図。
【図１２】本発明の第７実施形態における圧電アクチュエータの構成を示す上面図。
【図１３】図１２の圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。
【図１４】図１３の圧電アクチュエータのIII−III線断面図。
【図１５】本発明の第８実施形態における圧電アクチュエータの構成を示す上面図。
【図１６】本発明の第９実施形態における製造方法を示す説明図。
【図１７】図１５の圧電アクチュエータの製造方法を示す説明図。
【図１８】本発明の第１０実施形態における圧電アクチュエータを使用した可変キャパシタの構成を示す斜視図。
【図１９】図１８の可変キャパシタの作動を示す説明図。
【図２０】本発明の第１１実施形態における圧電アクチュエータを使用した光偏向素子の構成を示す斜視図。
【図２１】従来の圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。
【図２２】図２１の圧電アクチュエータの作動を示す説明図。
【符号の説明】
【０１８４】
１…圧電アクチュエータ、２Ａ，２Ｂ…圧電カンチレバー、３，３Ａ，３Ｂ…支持体、４Ａ，４Ｂ…下部電極、５Ａ，５Ｂ…圧電体、６Ａ，６Ｂ…上部電極、７Ａ…第１上部電極、７Ｂ…第２上部電極、７Ｃ…第２上部電極配線、９…共通下部電極、１０…台座、
１１…光偏向素子、１２…ミラー部、１３…ミラー面反射膜、１４…ミラー部支持体、
２１…多接点スイッチ、２２…圧電アクチュエータ、２３Ａ〜２３Ｃ…圧電カンチレバー、２４，２４Ａ〜２４Ｃ…支持体、２５Ａ〜２５Ｃ…下部電極、２６Ａ〜２６Ｃ…圧電体、２７Ａ〜２７Ｃ…上部電極、２８Ａ〜２８Ｃ…第１〜第３上部電極、２８Ｄ，２８Ｅ…第１，第３上部電極配線、３０…共通下部電極、３１…台座、３２Ａ〜３２Ｃ…第１〜第３接点、
４１…圧電アクチュエータ、４２Ａ〜４２Ｄ…圧電カンチレバー、４３，４３Ａ〜４３Ｄ…支持体、４４Ａ〜４４Ｄ…下部電極、４５Ａ〜４５Ｄ…圧電体、４６Ａ〜４６Ｄ…上部電極、４７…第１上部電極，４８…第２上部電極、４９Ｂ，４９Ｄ…第１上部電極配線、５０Ｃ…第２上部電極配線、５１…共通下部電極、５２…台座、
６１…圧電アクチュエータ、６２Ａ〜６２Ｄ…圧電カンチレバー、６４Ａ〜６４Ｄ…直線部、６５Ａ〜６５Ｄ，６６Ａ〜６６Ｄ…連結部、６７ａ，６７ｂ…第１上部電極配線、６８ａ，６８ｂ…第２上部電極配線、
７０…圧電アクチュエータ、７１…圧電アクチュエータ、７２Ａ〜７２Ｄ…圧電カンチレバー、７３…層間絶縁膜、７４ａ〜７４ｃ…第１開口部、７５ａ〜７５ｃ…第２開口部、７６ａ，７６ｂ…第１上部電極配線、７７ａ，７７ｂ…第２上部電極配線、
８１…ＳＯＩ基板、８１ａ…活性層、８１ｂ…中間酸化膜層、８１ｃ…ハンドリング層、８２ａ，８２ｂ…熱酸化シリコン膜、８３…下部電極層、８４…圧電体層、８５…上部電極層、８６…絶縁膜、８７…電極配線層、
９１…圧電アクチュエータ、９２〜９５…圧電アクチュエータ、９２Ａ〜９２Ｄ，９３Ａ〜９３Ｄ，９４Ａ〜９４Ｄ，９５Ａ〜９５Ｄ…圧電カンチレバー、９６…キャパシタ部、９７…導体保持部、９８…上側導体、９９…下側導体、１００〜１０３，１０４Ａ，１０４Ｂ…支持体、１０５Ａ，１０５Ｂ…台座、１０６Ａ，１０６Ｂ…第１上部電極、１０７Ａ，１０７Ｂ…第２上部電極、１０８Ａ，１０８Ｂ…共通下部電極、１０９Ａ，１０９Ｂ…電極セット、
１１１…圧電アクチュエータ、１１２，１１３…圧電アクチュエータ、１１２Ａ〜１１２Ｄ，１１３Ａ〜１１３Ｄ…圧電カンチレバー、１１６，１１７…電極セット、１１６ａ，１１７ａ…第１上部電極、１１６ｂ，１１７ｂ…第２上部電極、１１６ｃ，１１７ｃ…共通下部電極、１１８〜１２１…支持体、１２２…台座、
１２３…光偏向素子、１２４…ミラー部、１２５…ミラー部支持体、１２６…ミラー面反射膜、
１３１…圧電アクチュエータ、１３２Ａ…圧電カンチレバー、１３３，１３３Ａ…支持体、１３４，１３４Ａ…下部電極、１３５Ａ…圧電体、１３６，１３６Ａ…上部電極、１３７…台座。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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