(57)【要約】【課題】ダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法において、簡単な構成により、残留応力などにより撓んだ圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えた安価で高精度のものとする。【解決手段】圧電薄膜デバイス１は、基板２と、基板２によって一面側（図では下面側）を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜４と、圧電薄膜４に電圧を印加して当該圧電薄膜４の面形状を変形させるための薄膜電極３，５と、を備えている。この圧電薄膜デバイス１は、さらに、圧電薄膜４の前記一面側とは反対側（上面側）にはダイヤフラム構造部分を囲む堰６ａを備え、堰６ａの内部には圧電薄膜４と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層７が圧電薄膜４の上に積層されている。圧電薄膜４の表面が、残留応力などにより撓んだ場合においても、平坦化層７が平坦化された表面を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電薄膜の前記一面側とは反対側には前記ダイヤフラム構造部分を囲む堰を備え、前記堰の内部には前記圧電薄膜と共に変形可能であって前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層が前記圧電薄膜上に積層して備えられていることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【請求項２】
前記平坦化層は樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、または、低融点金属の中から選択される１つ以上の物質によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項３】
前記平坦化層はフォトレジストから成ることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項４】
前記平坦化層の上部には光を反射する反射膜層が形成されており、前記反射膜層は、金属薄膜、または、誘電体薄膜の中から選択される１つ以上の膜によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項５】
前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記反射膜層が凹面鏡または凸面鏡を形成するように変形することを特徴とする請求項４に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項６】
前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記平坦化層の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形することを特徴とする請求項１に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項７】
前記圧電薄膜はＰＺＴから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項８】
前記圧電薄膜の厚さが０．８μｍ以上５μｍ以下であり、前記平坦化層の厚さが１μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項９】
前記平坦化層が、前記圧電薄膜にゼロでない所定の電圧を印加した状態において平坦な表面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイス。
【請求項１０】
基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスの製造方法において、
基板上に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成する第１の工程と、
前記工程によって形成された圧電薄膜の上層にレジスト層を形成すると共にダイヤフラム構造が形成される領域の当該レジスト層を除去して堰構造を形成する第２の工程と、
少なくとも前記第１の工程の後に、前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する第３の工程と、
少なくとも前記第２の工程と前記第３の工程の後に、前記堰の内部に前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層を形成する第４の工程と、を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第４の工程により形成された平坦化層の上に光を反射する反射膜層を形成する第５の工程を、さらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記平坦化層はフォトレジストから成ることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法。
【請求項１３】
基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスの製造方法において、
基板上に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成すると共に、前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成し、前記基板の一部を除去した部分に前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層を形成する工程を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイスの製造方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電薄膜デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、焦点距離可変の凹面鏡などを構成するため、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスが用いられている。このような圧電薄膜デバイスにおいては、圧電薄膜に電圧を印加して圧電薄膜の面形状を変形させることにより圧電薄膜と共に変形する反射面によって、例えば、凹面鏡が形成される。歪のない反射光を得るために、例えば、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態において、平坦な反射表面が形成されている必要がある。
【０００３】
凹凸のある表面の平坦化を図る方法として、半導体分野におけるフォトレジストを用いる方法が知られている。例えば、基板に形成された凹部の端部に近接して、凹部の影響を受けることなく導電通路や接触バンプの形状を正確に形成するために、その凹部をフォトレジストによって一時的に埋めて平坦な表面とし、その平坦な表面を利用してフォトリソグラフィなどの処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、フォトレジストを用いて微細構造を生成する際のフォトレジストの膜厚不均一性を解消するため、塗布したフォトレジストの表面にガラス基板の実質上平滑な表面を密着させ、ガラス基板を通して露光する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、成膜時の結晶粒界を反映した凹凸形状を有するポリシリコン膜の表面を平坦化するため、ポリシリコン膜の上に、このポリシリコン膜のエッチング速度と略等しいエッチング速度を有するフォトレジスト層をスピンコート法によって形成し、その後、フォトレジスト層の平坦な表面から、ポリシリコン膜の内部に至るまでドライエッチングによって削り戻す方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２６４７４９号公報
【特許文献２】特開２０００−４８３９６号公報
【特許文献３】特開平５−１３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような平坦化方法は、ダイヤフラム構造の圧電薄膜を用いる圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法において、残留応力などにより撓んだ圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるようにする場合、次のような問題がある。すなわち、特許文献１に示されるような方法は、フォトレジストによって凹部を埋めるもののその表面が平坦でないため、埋め込んだ部分のフォトレジストを残すように上部のフォトレジストを露光現像して、その後、平坦な面を形成するとされているが、このように露光現像によって一部のフォトレジストを残す条件設定は困難であり、実用的ではない。
【０００７】
また、特許文献２に示されるような方法は、ガラス基板という補助具を用いることや、ガラス基板を密着させるためにダイヤフラム構造に圧力を加えるなどのことから、圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるための方法として適用できない。
【０００８】
また、特許文献３に示されるような方法は、ドライエッチングによって削り戻すための処理が複雑であり、また、ドライエッチング時の熱負荷によってダイヤフラム構造の熱変形が発生するので、やはり、ダイヤフラム構造の圧電薄膜の表面に平坦化された表面を備えるための方法として適用できない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、ダイヤフラム構造の圧電薄膜における残留応力などにより撓んだ表面に平坦化された表面を備えた安価で高精度の圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイス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】
【００１０】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜の前記一面側とは反対側には前記ダイヤフラム構造部分を囲む堰を備え、前記堰の内部には前記圧電薄膜と共に変形可能であって前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層が前記圧電薄膜上に積層して備えられているものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化層は樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、または、低融点金属の中から選択される１つ以上の物質によって形成されているものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化層はフォトレジストから成るものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化層の上部には光を反射する反射膜層が形成されており、前記反射膜層は、金属薄膜、または、誘電体薄膜の中から選択される１つ以上の膜によって形成されているものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記反射膜層が凹面鏡または凸面鏡を形成するように変形するものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜は、前記薄膜電極を介して電圧が印加されることにより、前記平坦化層の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形するものである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜はＰＺＴから成るものである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記圧電薄膜の厚さが０．８μｍ以上５μｍ以下であり、前記平坦化層の厚さが１μｍ以上２００μｍ以下のものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、前記平坦化層が、前記圧電薄膜にゼロでない所定の電圧を印加した状態において平坦な表面を有するものである。
【００１９】
請求項１０の発明は、基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスの製造方法において、基板上に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成する第１の工程と、前記工程によって形成された圧電薄膜の上層にレジスト層を形成すると共にダイヤフラム構造が形成される領域の当該レジスト層を除去して堰構造を形成する第２の工程と、少なくとも前記第１の工程の後に、前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する第３の工程と、少なくとも前記第２の工程と前記第３の工程の後に、前記堰の内部に前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層を形成する第４の工程と、を備えるものである。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、前記第４の工程により形成された平坦化層の上に光を反射する反射膜層を形成する第５の工程をさらに備えるものである。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法において、前記平坦化層はフォトレジストから成るものである。
【００２２】
請求項１３の発明は、基板と、前記基板によって一面側を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜と、前記圧電薄膜に電圧を印加して当該圧電薄膜の面形状を変形させるための薄膜電極と、を備えた圧電薄膜デバイスの製造方法において、基板上に前記圧電薄膜と前記薄膜電極とを形成すると共に、前記基板の一部を除去して前記圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成し、前記基板の一部を除去した部分に前記ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層を形成する工程を備えるものである。
【００２３】
請求項１４の発明は、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の圧電薄膜デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電薄膜デバイスである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明によれば、圧電薄膜と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層が備えられているので、例えば、圧電薄膜デバイスを反射曲面を変形できる凹面鏡に用いる場合に、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態における平坦な反射表面を凹面に変形させて、歪のない凹面鏡による反射光を得ることができる。すなわち、圧電薄膜のダイヤフラム構造を形成する際に、残留応力などによって撓む不可避の表面形状の不確定な変形が発生したとしても、その変形を修正して平坦化した平坦化層が存在するので、複数の圧電薄膜デバイスの動作特性の均一化が図られる。このような圧電薄膜デバイスは、制御が容易で使い勝手のよい安価で高精度のものとなる。
【００２５】
請求項２の発明によれば、圧電薄膜デバイスの用途に応じて、平坦化層の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。例えば、変形面積の大小、変形度合いの大小、圧電薄膜デバイスに要求される精度、価格、耐久性などに応じて、安価で特性の優れた最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。
【００２６】
請求項３の発明によれば、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いているので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスが提供される。
【００２７】
請求項４の発明によれば、圧電薄膜デバイスの用途に応じて、反射膜層の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。例えば、反射させる光の波長、要求される反射率、圧電薄膜デバイスの価格などに応じて、最適の圧電薄膜デバイスを選択できる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、焦点距離可変の凹面鏡または凸面鏡を提供できる。圧電薄膜の変形によって形成される凹面鏡または凸面鏡の反射面は球面に限られず、従って、このような凹面鏡または凸面鏡は入射光の収差を修正するために用いることができる。
【００２９】
請求項６の発明によれば、例えば、平坦化層の表面に光反射膜を備えた圧電薄膜デバイスの場合、角度可変の平面鏡や位置可変の平面鏡を提供できる。角度可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイスを用いて、反射光の方向を制御することができる。また、位置可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイスを用いて、平面鏡をその垂線方向に平行移動して、他の光学素子と平面鏡との距離を制御することができる。
【００３０】
請求項７の発明によれば、従来から優れた特性を有する圧電薄膜材料としてよく知られたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いているので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスが提供される。
【００３１】
請求項８の発明によれば、圧電薄膜の厚さや平坦化層の厚さを、圧電薄膜デバイスの大きさや用途によって所望の値となるように選択できる。比較的小型のものでは、例えば、光学ディスクなどの読み取りや書き込みなどに用いられるピックアップ光学系における収差修正用や焦点距離変更を行う反射鏡などに最適の圧電薄膜デバイスを提供でき、また、比較的大型のものでは、例えば、小型カメラの光学系の焦点距離可変反射鏡などに最適の圧電薄膜デバイスを提供できる。
【００３２】
請求項９の発明によれば、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態において、平坦面から変形された曲面、例えば、凹面を有しているので、要求される曲面形状近傍の初期状態の曲面を有する圧電薄膜デバイスを採用することによって、迅速に変形応答でき、また、より低い印加電圧で動作する圧電薄膜デバイスを提供できる。
【００３３】
請求項１０の発明によれば、内部にダイヤフラム構造部分を含む堰を構成するので、その堰の中に、例えば、樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、低融点金属などの液状物質を充填して固化することにより、容易に平坦化層を形成でき、ダイヤフラム構造の圧電薄膜における残留応力などにより撓んだ表面に平坦化された表面を備えた圧電薄膜デバイスを容易かつ安価に製造できる。
【００３４】
請求項１１の発明によれば、安価で高精度の面形状可変の反射鏡を備えた圧電薄膜デバイスを容易に製造できる。
【００３５】
請求項１２の発明によれば、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いるので、安価で高精度の圧電薄膜デバイスを製造できる。
【００３６】
請求項１３の発明によれば、基板の一部を堰として用いて、その堰の中のダイヤフラム構造部分に、例えば、樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、低融点金属などの液状物質を充填して固化することにより、容易に平坦化層を形成でき、ダイヤフラム構造の圧電薄膜における残留応力などにより撓んだ表面に平坦化された表面を備えた圧電薄膜デバイスを容易かつ安価に製造できる。
【００３７】
請求項１４の発明によれば、安価で高精度の圧電薄膜デバイスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態に係るダイヤフラム構造の圧電薄膜を備えた圧電薄膜デバイスおよび圧電薄膜デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
【００３９】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面を示し、図２は圧電薄膜デバイスの層構成を示し、図３は圧電薄膜デバイスの外観を示す。圧電薄膜デバイス１は、図１に示すように、基板２と、基板２によって一面側（図では下面側）を支持されたダイヤフラム構造の圧電薄膜４と、圧電薄膜４に電圧を印加して当該圧電薄膜４の面形状を変形させるための薄膜電極３，５と、を備えている。この圧電薄膜デバイス１は、さらに、圧電薄膜４の前記一面側とは反対側（図では上面側）にはダイヤフラム構造部分を囲む堰６ａを備え、堰６ａの内部には圧電薄膜４と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層７が圧電薄膜４の上に積層されている。
【００４０】
基板２は、例えば、シリコンウエハから形成されたものであり、図２に示すように、その中央部にはダイヤフラム構造を形成するために、シリコンを除去した円形の開口２ａが形成されている。なお、基板２の開口２ａは、必ずしも貫通している必要はなく、その一部を残す非貫通孔として、基板２そのものがダイヤフラム構造を備えるようにしたものでもよい。
【００４１】
薄膜電極３，５は、圧電薄膜４を上下から挟む配置で設けられている。下側の薄膜電極３は、いわゆるベタ電極であって、圧電薄膜デバイス１の主面の全体に形成されている。上側の薄膜電極５は、圧電薄膜４のダイヤフラム構造部分を８分割してそれぞれ独立に電圧印加可能なように設けられた印加電極部５１と、各印加電極部５１に接続された電極端子部５２とを備えて構成されている。
【００４２】
圧電薄膜４は、薄膜電極３と同様に、圧電薄膜デバイス１の主面の略全体に形成されているが、隅部を一部除去することにより、薄膜電極３を露出させて電極取り出し面を形成している。圧電薄膜４は、圧電薄膜材料としてよく知られたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて形成されている。
【００４３】
堰６ａは、圧電薄膜４及び薄膜電極５の上面に形成された保護層６の開口によって形成されている。すなわち、保護層６の中央部には、圧電薄膜４のダイヤフラム構造部分を囲むように開口が形成され、その開口の内壁が堰６ａを形成している。また、保護層６には、開口６ａの他に、薄膜電極５の電極端子部５２からの電極取り出し用の開口６ｂが形成されている。保護層６は、例えばフォトレジストなどを用いて形成される。
【００４４】
平坦化層７は、上述の堰６ａの内部に、平坦化された表面を備えて形成されている。平坦化層７は、例えば、フォトレジストによって形成されている。また、フォトレジストに替えて、樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、または、低融点金属などの中から選択される１つ以上の物質によって形成されたものでもよい。また、表面が平坦であって、圧電薄膜４と共に変形可能な平坦化層が形成されているならば、これら以外のいずれであってもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、平坦化層７の上部に、光を反射する反射膜層８が形成されている。反射膜層８は、例えば、金属薄膜であり、また、誘電体薄膜の多層膜とすることもできる。すなわち、圧電薄膜デバイス１の用途に応じて、反射膜層８の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイス１とすることができる。例えば、反射させる光の波長、要求される反射率、圧電薄膜デバイス１の価格などに応じて、最適の圧電薄膜デバイス１とすることができる。
【００４６】
上述のように、本実施形態の圧電薄膜デバイス１によれば、圧電薄膜４と共に変形可能であってダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層７が備えられているので、例えば、圧電薄膜デバイス１を反射曲面を変形できる凹面鏡に用いる場合に、圧電薄膜に電圧を印加していない初期状態における平坦な反射表面を凹面に変形させて、歪のない凹面鏡による反射光を得ることができる。
【００４７】
すなわち、圧電薄膜４のダイヤフラム構造を形成する際に、残留応力などによって撓む不可避の表面形状の不確定な変形が発生したとしても、その変形を修正して平坦化した平坦化層７が存在するので、複数の圧電薄膜デバイス１の動作特性の均一化が図られる。このような圧電薄膜デバイス１は、制御が容易で使い勝手のよい安価で高精度のものとなっている。
【００４８】
また、圧電薄膜デバイス１の用途に応じて、平坦化層７の材料の異なる最適の圧電薄膜デバイス１とすることができる。例えば、変形面積の大小、変形度合いの大小、圧電薄膜デバイス１に要求される精度、価格、耐久性などに応じて、安価で特性の優れた最適の圧電薄膜デバイス１とすることができる。平坦化層７として、半導体技術分野で大量に使用されていて、特性が良く知られた豊富な種類を有するフォトレジストを用いた場合、安価で高精度の圧電薄膜デバイス１が提供される。
【００４９】
また、上述の圧電薄膜４の厚さは、０．８μｍ以上５μｍ以下が好適であり、平坦化層７の厚さは、１μｍ以上２００μｍ以下が好適である。圧電薄膜４の厚さや平坦化層７の厚さは、圧電薄膜デバイス１の大きさや用途によって所望の値を選択することができる。例えば、圧電薄膜デバイス１が、比較的小型の場合、光学ディスクなどの読み取りや書き込みなどに用いられるピックアップ光学系における収差修正用や焦点距離変更を行う形状可変反射鏡などに好適に用いることができる。また、圧電薄膜デバイス１が、比較的大型の場合、小型カメラの光学系の焦点距離可変反射鏡などに好適に用いることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、図４（ａ）〜（ｆ）、図５を参照して、第２の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する。この圧電薄膜デバイスの製造方法は、例えば、第１の実施形態の圧電薄膜デバイスを製造する方法である。そこで、図１、図２、図３を参照して、製造方法の概要を述べ、その後、各工程毎に詳細を述べる。
【００５１】
本製造方法は、基板２上に圧電薄膜４と薄膜電極３，５とを形成する第１の工程と、前記工程によって形成された圧電薄膜４の上層に保護層６となるレジスト層を形成すると共にダイヤフラム構造が形成される領域の当該レジスト層を除去して堰６ａの構造を形成する第２の工程と、第２の工程の後に、基板２の一部を除去して圧電薄膜４のダイヤフラム構造を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、堰６ａの内部にダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層７を形成する第４の工程と、第４の工程により形成された平坦化層７の上に光を反射する反射膜層８を形成する第５の工程と、を備えている。
【００５２】
（第１の工程）
図４（ａ）は第１の工程の終了時の断面を示し、図５のステップＳ１〜Ｓ５は第１の工程の詳細を示す。なお、以下において、各ステップ名の後に、適宜便宜上の工程名を名付けて付記する。
【００５３】
まず、ステップＳ１（下部薄膜電極形成工程）において、シリコンウエハ（以下、Ｓｉ基板２）上に下部薄膜電極３を成膜する。Ｓｉ基板２は、例えば、通常の半導体ＩＣの製造に用いられるシリコンウエハである。下部薄膜電極３は、金属膜のスパッタ成膜によって行われる。下部薄膜電極３は、例えば、Ｔｉ（チタン）を成膜し、その上にＰｔ（白金）を成膜する２層構造とされ、その厚さは、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍである。
【００５４】
次に、ステップＳ２（圧電薄膜形成工程）において、下部薄膜電極３上に圧電薄膜４を成膜する。圧電薄膜４は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜であり、スパッタ成膜法により、厚さ２〜３μｍに成膜する。
【００５５】
次に、ステップＳ３において、圧電薄膜４上にフォトレジストによるパターニングされたリフトオフ層を成膜し、ステップＳ４において、圧電薄膜４とリフトオフ層の上に上部薄膜電極５を成膜し、その後、ステップＳ５において、リフトオフ層をその上の電極用膜と共に除去（リフトオフ）する（以上、上部薄膜電極形成工程）。これにより、例えば、図２に示されるようなパターニングされた上部薄膜電極５が形成される。この上部薄膜電極５のパターンは、圧電薄膜デバイス１の機能や用途に応じて、任意に設計することができる。
【００５６】
上部薄膜電極５は、例えば、Ａｕ（金），Ｐｔ（白金），Ａｌ（アルミニューム）などの金属材料を用いて、例えば、厚さ数１０ｎｍ〜数１００ｎｍとなるように、スパッタや蒸着などの方法によって成膜する。上部薄膜電極５のパターニングは、上述のようにリフトオフ法によって行うので、リフトオフ層となるフォトレジスト層は、電極用の金属膜を付けない部分に残るようにパターニングして形成される。
【００５７】
（第２の工程）
図４（ｂ）（ｃ）と図５のステップＳ６，Ｓ７は、第２の工程の詳細を示す。ステップＳ６（保護層形成工程）において、圧電薄膜４と上部薄膜電極５の上に電気絶縁物からなる保護層６を形成する。保護層６は、フォトレジストで形成するのが簡便かつ好適である。保護層６は、堰の形成に用いられるものであり堰用レジスト層である。
【００５８】
フォトレジストとして、例えば、化薬マイクロケム社製ＳＵ−８（グレードによって動粘度が異なり、３．８×１０−４〜５００×１０−４ｍ２／ｓである）を用いることができる。成膜条件は、例えば、スピンコートの回転数が２０００〜３０００ｒｐｍ、ソフトベークの温度が６５℃で数分間、その後、９５℃で数分間である。その後、フォトレジストは自然冷却される。保護層６（堰用レジスト層）の厚さは、数１０μｍ〜数１００μｍである。
【００５９】
次に、ステップＳ７（堰形成工程）において、ダイヤフラム構造が形成される領域の保護層６をパターニングによって除去して堰６ａの構造を形成する。パターニングは、露光、ポストベーク、現像、洗浄という手順で行われる。
【００６０】
（第３の工程）
図４（ｄ）と図５のステップＳ８（シリコンエッチング工程）は、第３の工程を示す。ステップＳ８において、Ｓｉ基板２の裏側にフォトレジストによるマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部のシリコンをエッチング除去して開口２ａを形成することにより、圧電薄膜４のダイヤフラム構造を形成する。シリコンのエッチングは、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用いたドライエッチングによって行う。なお、開口２ａの形状は、図２に示したような円形に限らず、楕円形や四角形等の形状とすることができる。
【００６１】
この際、下部薄膜電極３まで、つまり、Ｓｉ基板を貫通するまではエッチングしないで、シリコン層を僅かに残しておく。例えば、厚さ数μｍ〜数１０μｍ（デバイスのサイズに依存して最適値が変化する）のシリコン層を残すことにより、圧電薄膜４の破損の防止や、ハンドリングの容易さという効果が得られる。
【００６２】
上述のようにして形成された圧電薄膜４のダイヤフラム構造は、通常、残留応力などによる不可避の撓みや、表面形状の不確定な変形が発生している。そこで、次の工程によって、この撓みや変形を表面から見えないようにする。
【００６３】
（第４の工程）
図４（ｅ）、図５のステップＳ９（平坦化層形成工程）は、第４の工程を示す。ステップＳ９において、低粘度のフォトレジスト（ネガ型）を、矢印７０で示すように、堰６ａの内部に滴下し、その表面が平坦になるまで待つ。必要に応じて、滴下前のフォトレジストや、滴下したフォトレジストに対して、真空脱泡や超音波振動などの処理を加える。表面が平坦化された後、フォトレジストに対してベーク処理や、露光処理を行ってレジストを固化することにより、平坦化層７が形成される。そこで、例えば、面形状可変の反射鏡を形成する場合、平坦化層７によって、その下の撓みや変形の影響を回避することができる。
【００６４】
平坦化層７の形成に用いられるフォトレジストとして、例えば、化薬マイクロケム社製のＳＵ−８−２００２（動粘度７．５×１０−６ｍ２／ｓ）を用いることができる。また、必要に応じて、アセトンやイソプロピルアルコールなどの有機溶剤を混ぜて希釈することにより、フォトレジストの粘度を下げるようにしてもよい。このようにして形成された平坦化層７の表面粗さは、光学干渉測定装置による計測でＲａ２８ｎｍなどの値が得られる。
【００６５】
また、平坦化層７を形成する材料として、フォトレジストの他に、樹脂、シリコン、常温硬化ガラス、低融点金属等を用いることができる。例えば、シリコンは、有機溶剤にポリシランを溶かした、いわゆる液体シリコンを用いることができる。低融点金属は、例えば、錫、カドミウム、インジューム、アンチモンを含む合金を用いることができる。
【００６６】
（第５の工程）
図４（ｆ）と図５のステップＳ１０（反射膜層形成工程）は、第５の工程を示す。ステップＳ１０において、平坦化層７の上面に金属膜を成膜して反射膜層８を形成する。反射膜層８用の金属として、例えば、Ａｌ、Ａｕなどを用いることができる。これらの金属は、例えば、メタルマスクを用いて、スパッタ成膜や蒸着によって成膜される。Ａｌの場合、その厚さは、例えば、０．５μｍである。反射膜層８の外形形状は、例えば、長径１３ｍｍ、短径１０ｍｍの楕円であり、この場合、当然、堰６ａや開口２ａの形状もこの楕円形状に見合った形状とされている。
【００６７】
（第６の工程）
図５のステップＳ１１は、個片化工程を示す。上述した圧電薄膜デバイス製造方法の各工程は、通常の半導体ＩＣの製造工程と同様に、１枚のＳｉ基板２の上に多数の圧電薄膜デバイスを一括して形成する工程である。なお、フォトレジストを滴下して平坦化層７を形成する第４の工程の場合は、各圧電薄膜デバイスの堰６ａ毎に、ディスペンサを用いてフォトレジストの滴下が行われる。上述の反射膜層を形成する第５の工程が終了した後、Ｓｉ基板２は、ダイシングされて、個々に個片化された多数の圧電薄膜デバイスが得られる。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して、第３の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、第２の実施形態における堰６ａの形成と開口２ａの形成の順番を入れ替えて、開口２ａの形成を先に行うようにした製造方法であり、他の点は同様である。
【００６９】
より具体的に述べると、本実施形態は、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ７（堰形成工程）とステップＳ８（シリコンエッチング工程）とを入れ替えた製造方法である。
【００７０】
従って、図６（ａ）の状態は、図４（ｂ）の状態と同じであり、図６（ｃ）の状態は、図４（ｄ）の状態と略同じである。そこで、図６（ｂ）に示すように、シリコンエッチング工程が終わった状態では、上下の薄膜電極３，５を備えた圧電薄膜４のダイヤフラム構造は、まだ、形成されておらず、上部の保護層６に堰６ａの構造を形成した時点で、ダイヤフラム構造が完成する。
【００７１】
（第４実施形態）
次に、図７（ａ）〜（ｄ）を参照して、第４の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、第２の実施形態における保護層６の形成と堰６ａの形成の両方を、シリコンエッチングによる開口２ａの形成の後に行うようにした製造方法であり、他の点は同様である。
【００７２】
より具体的に述べると、本実施形態は、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ６（保護層形成工程）とステップＳ７（堰形成工程）の両方を、ステップＳ８（シリコンエッチング工程）の後に行うようにした製造方法である。
【００７３】
従って、図７（ａ）の状態は、図４（ａ）の状態と同じであり、図７（ｄ）の状態は、図４（ｄ）の状態と略同じである。本実施形態では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、圧電薄膜４のダイヤフラム構造の状態で、保護層６の成膜が行われる。
【００７４】
（第５の実施形態）
次に、図８を参照して、第５の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。圧電薄膜デバイスは、第１の実施形態で示したように、上下の薄膜電極３，５を介して圧電薄膜４に印加する電圧によって、圧電薄膜４の曲面形状を変化させるものである。すなわち、上下薄膜電極３，５、特に、上部薄膜電極５の印加電極部５１の形状、個数（分割数）、分布形状、および、各印加電極部に印加する電圧の大きさと相互の大小関係などによって、圧電薄膜４の曲面形状を所望の形状に変化させることができる。
【００７５】
そこで、図８に示すように、圧電薄膜４と、圧電薄膜４を挟むように形成された上下の薄膜電極３，５と、平坦化層７と、その上の反射膜層８とを備えた圧電薄膜デバイス１において、圧電薄膜４に、薄膜電極３，５を介して電圧を印加することにより、反射膜層８が所望の曲率半径Ｒを有する凸面鏡を形成するように変形させることができる。このような圧電薄膜デバイス１は、上部薄膜電極５を適切に設計し、例えば、上述の第１乃至第３の実施形態で示したいずれかの圧電薄膜デバイスの製造方法を用いることにより、製造することができる。
【００７６】
（第６の実施形態）
次に、図９を参照して、第６の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス１は、上述の第５の実施形態が凸面鏡を形成するように反射膜層８を変形させるのに対し、凹面鏡を形成するように反射膜層８を変形させるものである。このような圧電薄膜デバイス１は、上部薄膜電極５を適切に設計し、例えば、上述の第１乃至第３の実施形態で示したいずれかの圧電薄膜デバイスの製造方法を用いることにより、製造することができる。
【００７７】
上述のように、第５または第６の実施形態に係る圧電薄膜デバイス１によれば、焦点距離可変の凸面鏡や凹面鏡が得られる。圧電薄膜４の変形によって形成される凸面鏡または凹面鏡の反射面は球面に限られず、従って、このような凸面鏡または凹面鏡は入射光の収差を修正するために用いることができる。
【００７８】
（第７の実施形態）
次に、図７、図８を参照して、第７の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する。本実施形態は、第２の実施形態の保護層６と堰６ａとを形成することなく、開口２ａの側壁を堰として用いて、平坦化層７を形成する製造方法である。従って、本実施形態の平坦化層７は、図１１に示すように、第２の実施形態の平坦化層７を圧電薄膜４に関して反対側に形成するものとなる。
【００７９】
図１０において、ステップ＃１〜＃５は、図５に示したステップＳ１〜Ｓ５と同じである。ステップ＃６（シリコンエッチング工程）により、開口２ａが形成されると、圧電薄膜４のダイヤフラム構造が形成される。この状態で、基板２の一部を除去してできたダイヤフラム構造部分に、次のステップ＃７（平坦化層形成工程）によって、例えば、フォトレジストを滴下し固化させることにより、ダイヤフラム構造と略平行である平坦化された表面を有する平坦化層７が形成される。この平坦化層７の形成工程は、図１０に示した第２の実施形態におけるステップＳ９と同様に行うことができる。その後の、ステップ＃８（反射膜層形成工程）、ステップ＃９（個片化工程）も、図１０に示したステップＳ１０，Ｓ１１と同様である。
【００８０】
（第８の実施形態）
次に、図１２を参照して、第８の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス１は、例えば、上述の第１乃至第３の実施形態で示したいずれかの圧電薄膜デバイスの製造方法を用いて製造できるものであり、圧電薄膜４が、薄膜電極３，５を介して電圧が印加されることにより、平坦化層７の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形する。すなわち、本実施形態の圧電薄膜デバイス１は、矢印ａで示すように、平坦化層７の上面に形成された反射膜層８の反射面を平行移動するものである。
【００８１】
（第９の実施形態）
次に、図１３を参照して、第９の実施形態に係る圧電薄膜デバイスを説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイス１は、上述の第８の実施形態と同様に、圧電薄膜４が、薄膜電極３，５を介して電圧が印加されることにより、平坦化層７の平坦な表面の少なくとも一部を平坦に保って変形するものであり、平坦化層７の上面に形成された反射膜層８の反射面が、矢印ｂで示すように回動可能なものである。
【００８２】
上述のように、第８または第９の実施形態に係る圧電薄膜デバイス１によれば、平坦化層７の表面に備えた反射膜層８を用いて、位置可変の平面鏡や角度可変の平面鏡を提供できる。例えば、位置可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイス１を用いて、平面鏡をその垂線方向に平行移動することにより、この平面鏡と他の光学素子との距離を制御することができる。そこで、この圧電薄膜デバイス１は、例えば、平行平面鏡間を多重反射させて波長選択を行うエタロンフィルタにおける距離可変反射鏡を構成する素子として用いることができる。
【００８３】
また、回動動作による角度可変の平面鏡の場合、この圧電薄膜デバイス１を用いて、反射光の方向を制御することができるので、このデバイスを、ファイバ通信網などにおける光スイッチングデバイスの構成素子として用いることができる。
【００８４】
（第１０の実施形態）
次に、図１４を参照して、上述の第２乃至第４の実施形態で示したいずれかの圧電薄膜デバイスの製造方法を用いて製造された圧電薄膜デバイス、または、第１の実施形態で示したような圧電薄膜デバイスの使用例を説明する。図１４は、光ディスク１０に対する光ピックアップ光学系を示す。このような光ピックアップにおいて、レーザ素子１１から発せられたレーザ光は、コリメータレンズ１２により平行光に変換され、偏向ビームスプリッタ１３、およびλ／４板１４を通り、圧電薄膜デバイス１で構成された形状可変ミラーによって反射され、対物レンズ１５で集光されて光ディスク１０に焦点を結ぶ。
【００８５】
また、光ディスク１０から反射したレーザ光は、対物レンズ１５を通り、圧電薄膜デバイス１で反射され、λ／４板１４、および偏向ビームスプリッタ１３を通り、偏向ビームスプリッタ１３によって偏向されて光検出光学系１７で集光され、光検出素子１８によって検出される。光検出素子１８は、いわゆるチルト検出用の検出素子も含んでいる。
【００８６】
このような光学系において、光ディスク１０がレーザ光の光軸に垂直な位置から傾くと、光ディスク１０から反射して戻ってきたレーザ光の波面が乱れて、波面収差（コマ収差）が発生する。つまり、光ディスク１０の受光面がレーザ光の光軸に対して垂直でなくなって、いわゆるチルトが発生すると、波面収差発生し、この波面収差が反射光に含まれることになる。そこで、圧電薄膜デバイス１で構成された形状可変ミラーを、予め波面収差を打ち消すように変形させることにより、チルト、従って、波面収差の影響を回避することができる。
【００８７】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態に係る圧電薄膜デバイスについて説明する。本実施形態の圧電薄膜デバイスは、第１の実施形態や第７の実施形態で示したような圧電薄膜デバイス１であって、平坦化層７が、圧電薄膜４にゼロでない所定の電圧を印加した状態において平坦な表面を有するものである。このような圧電薄膜デバイス１は、平坦化層７を形成する際に、圧電薄膜４に所定の電圧を印加して形状変形させた状態で、平坦化層７を形成することにより製造される。
【００８８】
本実施形態の圧電薄膜デバイス１によれば、圧電薄膜４に電圧を印加していない初期状態において、平坦面から変形された曲面、例えば、凹面を有するようにできるので、面形状可変素子として要求される曲面形状近傍の初期状態の曲面を有する圧電薄膜デバイス１を採用することによって、迅速な変形応答や、より低い印加電圧での動作を実現することができる。
【００８９】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述の各実施形態は、平坦化層７の表面に反射膜層８を備えた例を示しているが、圧電薄膜デバイス１は、平坦化層７の平坦な表面を利用するデバイスを提供するものであり、用途によっては、反射膜層８を備える必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面図。
【図２】同上圧電薄膜デバイスの分解斜視図。
【図３】同上圧電薄膜デバイスの斜視図。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は第２の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する圧電薄膜デバイスの製造中の断面図。
【図５】同上圧電薄膜デバイスの製造方法を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する圧電薄膜デバイスの製造中の断面図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を説明する圧電薄膜デバイスの製造中の断面図。
【図８】第５の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面図。
【図９】第６の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面図。
【図１０】第７の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの製造方法を示すフローチャート。
【図１１】同上製造方法によって製造された圧電薄膜デバイスの断面図。
【図１２】第８の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面図。
【図１３】第９の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの断面図。
【図１４】第１０の実施形態に係る圧電薄膜デバイスの使用例を説明する光学系の構成図。
【符号の説明】
【００９１】
１    圧電薄膜デバイス
２    基板
３    薄膜電極（下部）
４    圧電薄膜
５    薄膜電極（上部）
６ａ    堰
７    平坦化層
８    反射膜層
【図１】
2008205263.tif 000003
【図２】
2008205263.tif 000004
【図３】
2008205263.tif 000005
【図４】
2008205263.tif 000006
【図５】
2008205263.tif 000007
【図６】
2008205263.tif 000008
【図７】
2008205263.tif 000009
【図８】
2008205263.tif 000010
【図９】
2008205263.tif 000011
【図１０】
2008205263.tif 000012
【図１１】
2008205263.tif 000013
【図１２】
2008205263.tif 000014
【図１３】
2008205263.tif 000015
【図１４】
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