(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電膜層の形成工程を簡単化しつつ、圧電膜層の表面粗さＲａを低減する圧電構造の製造方法を提供する。【解決手段】ＳＴＥＰ５で、下側電極層１４の表面側に圧電膜層２３を形成した第２中間板２７を製造する。ＳＴＥＰ６で、、フッ素化合物ガスと希ガスとの混合ガスのＧＣＩＢのガスクラスタイオンビームＩｂを第２中間板２７の表面に照射して、表面を平坦化する。ＳＴＥＰ７で、圧電膜層２３の表面に上側電極層を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側電極層の表面側に圧電膜層を形成する圧電膜層形成工程と、
前記圧電膜層形成工程後に、前記圧電膜層の表面側を、フッ素化合物ガスと希ガスとを混合した第１混合ガスによるＧＣＩＢによって平坦化する圧電膜層平坦化工程と、
前記圧電膜層平坦化工程後に、上側電極層を形成する上側電極層形成工程とを含むことを特徴とする圧電構造の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記圧電膜層平坦化工程後の圧電膜層の表面粗さＲａは、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭスケールで１０ｎｍ以下であることを特徴とする圧電構造の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電構造の製造方法において、
前記圧電膜層形成工程の前に、前記下側電極層の表面側を、フッ素化合物ガスと希ガスとを混合した第２混合ガスによるＧＣＩＢによって平坦化する下側電極層平坦化工程を含むことを特徴とする圧電構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電構造の製造方法において、
前記圧電膜層平坦化工程では、ＧＣＩＢによる前記圧電膜層の表面のエッチング量は１００ｎｍ〜３５０ｎｍとすることを特徴とする圧電構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等で使用されている圧電構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ等に備えられる圧電構造は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に、下から順番に下側電極層、圧電膜層及び上側電極層が積層されるものである。該圧電構造は、上側電極層と下側電極層とを介して圧電膜層の両面間に作動電圧が印加されたときに、圧電膜層が所定方向に伸縮することによりミラー部に対するアクチュエータ力を発生する。
【０００３】
このような構造の圧電アクチュエータでは、圧電膜層の上面（なお、以降、積層構造において露出状態の上面は、「表面」ともいうことにする）の粗さが問題になる。すなわち、圧電膜層の上面に凹凸があると、上下の電極層を介して圧電膜層に作動電圧が印加された時に、圧電膜層の上面側の凹部に電界集中が起きる。この電界集中により凹部から下に伸びる亀裂が生じ、該亀裂は、使用期間が増大するに連れて、該凹部から下に延びていく。そして、やがて、亀裂の下端と下側電極層との距離が限界に達すると、絶縁破壊が起きて、圧電膜層が破壊されてしまう。
【０００４】
これに対し、特許文献１は、電子部品に装備される圧電膜層の表面粗さＲａを１０ｎｍ以下にする方法を開示する。該方法によれば、圧電膜層の表面粗さＲａを１０ｎｍ以下にするために、下側電極層にバイアス電位を印加した状態で圧電膜層を形成する。
【０００５】
特許文献２は、インクジェット式記録ヘッドに使用する圧電アクチュエータにおいて、圧電膜層の表面粗さＲａを１０ｎｍ以下にし、該圧電膜層上に成膜する上側電極層の表面粗さＲａは０．７ｎｍ以下にすることを開示する。特許文献２は、圧電膜層の表面粗さＲａを１０ｎｍ以下にするための具体的な方法は記載していない。その一方、上側電極層の表面粗さＲａを０．７ｎｍ以下にする具体的な方法としては、上側電極層を、圧電体層上に、スパッタリング法によりスパッタ圧力が０．４〜１．０Ｐａ、かつ出力のパワー密度が１０〜３０ｋＷ／ｍ２の条件で、Ｉｒ（イリジウム）膜を、圧電体層の厚みの１／１０ 以下の厚みで形成することを開示する。
【０００６】
特許文献３は、下側から順番に下側電極層、圧電膜層及び上側電極層を装備するインクジェットヘッドを開示する。該インクジェットヘッドでは、下側電極層の表面を上側電極層対向領域部分と上側電極層非対向領域部分とに区分けする。そして、上側電極層対向領域部分の表面粗さＲａは５ｎｍ以下とされ、上側電極層非対向領域部分の表面粗さＲａは２０ｎｍ以上とされる。特許文献３は、圧電膜層の表面粗さについては具体的な数値を開示していない。
【０００７】
特許文献４は、下側電極層、圧電膜層及び上側電極層の積層構造から成る薄膜バルク共振子の製造に関連して、ＧＣＩＢ（ガスクラスタイオンビーム：Gas Cluster Ion Beam）を開示する。具体的には、基板の表面を、第１及び第２の薄膜バルク共振子を形成する第１及び第２領域に区分けする。さらに、第２領域の表面部分については、第１及び第２の薄膜バルク共振子の共振周波数の差分に相当する深さの掘り込みを形成し、掘り込みが形成された基板の上に下地層を形成する。そして、第２領域における掘り込みのために生じた第１及び第２領域間の下地層に生じた段差に対し、ＧＣＩＢによる平坦化処理で段差解消を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２７３６９４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６２７５号公報
【特許文献３】特開２００８−５５８７２号公報
【特許文献４】特開２００５−２２３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
圧電膜層の上面、すなわち上側電極層との接触面における電界集中を防止するためには、該上面の粗さＲａを小さくすることが有効である。
【００１０】
特許文献１が開示する圧電膜層の上面の粗さＲａを低減する方法では、圧電膜層の形成時に、バイアス電圧を下側電極層に印加する必要があり、すなわち、圧電膜層の形成と下側電極層のバイアス電圧の印加とを同時に行わなければならず、圧電膜層の形成処理が複雑になったり、装置が大型化したりする。
【００１１】
特許文献２は、圧電膜層の上面の粗さＲａを１０ｎｍ以下にすることを開示するものの、数値を示すだけに留まり、圧電膜層の上面粗さＲａを１０ｎｍ以下にする具体的な方法は記載していない。
【００１２】
特許文献３は、上側電極層の表面粗さＲａを５ｎｍ以下にすることを開示するだけである。
【００１３】
特許文献４が圧電素子構造の製造に関連して記載している表面の平坦化は、下側電極層の下側の下地層の表面の段差解消の平坦化である。圧電膜層の上面の凹凸による電界集中解消には寄与しない。
【００１４】
本発明の目的は、圧電膜層の形成処理を簡単化しつつ、圧電膜層の表面粗さＲａを低減する圧電構造の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の圧電構造の製造方法は、
下側電極層の表面側に圧電膜層を形成する圧電膜層形成工程と、
前記圧電膜層形成工程後に、前記圧電膜層の表面側を、フッ素化合物ガスと希ガスとを混合した第１混合ガスによるＧＣＩＢによって平坦化する圧電膜層平坦化工程と、
前記圧電膜層平坦化工程後に、上側電極層を形成する上側電極層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ＧＣＩＢによる圧電膜層の平坦化は圧電膜層の形成後に行うので、圧電膜層の形成時に下側電極層にバイアスを印加する処理を省略して、圧電膜層の形成処理を簡単化することができる。
【００１７】
また、ＧＣＩＢによる圧電膜層の平坦化は、所望の表面粗さＲａに到達するまでの圧電膜層の表面の削り量を小さくすることができる。この結果、平坦化による圧電膜層の厚みの減少は最小限に抑えられ、圧電膜層が組み込まれるアクチュエータの変形力の低下を抑制できる。又は平坦化による圧電膜層の厚みの減少分を圧電膜層の形成時の成膜厚みに予め上乗せする時の上乗せ量を低減することができる。
【００１８】
本発明において、前記圧電膜層平坦化工程後の圧電膜層の表面粗さＲａは、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭスケールで１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、圧電構造の表面凹凸に因る電界集中等の問題を適切に解決することができる。
【００２０】
本発明において、前記圧電膜層形成工程の前に、前記下側電極層の表面側を、フッ素化合物ガスと希ガスとを混合した第２混合ガスによるＧＣＩＢによって平坦化する下側電極層平坦化工程を含むことが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、下側電極層の表面をＧＣＩＢで平坦化してから、下側電極層の表面に圧電膜層が形成される。圧電膜層形成工程における下側電極層の表面への圧電膜層材料の成膜の成長は、下側電極層の表面全体にわたり、均一である。したがって、圧電膜層形成工程の終了時の圧電膜層の表面の凹凸は、下側電極層の表面の凹凸から強い影響を受ける。ＧＣＩＢによる下側電極層の表面平坦化処理後に、圧電膜層形成工程が実施される結果、圧電膜層形成工程の終了時の圧電膜層の表面粗さＲａを低減することができる。この結果、圧電膜層について所望の表面粗さＲａを得るための圧電膜層平坦化工程の所要時間を短縮することができる。
【００２２】
本発明において、前記圧電膜層平坦化工程では、ＧＣＩＢによる前記圧電膜層の表面のエッチング量は１００ｎｍ〜３５０ｎｍとすることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、ＧＣＩＢによる圧電膜層の表面のエッチングを、所望の表面粗さＲａの実現と、圧電膜層平坦化工程の所要時間の短縮とを調和した適切なエッチング量で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＭＥＭＳの光偏向器における圧電構造の製造方法を工程順に示す図。
【図２】図１の工程に後続する工程を示す図。
【図３】光偏向器の概略構成図。
【図４】光偏向器の積層構造の断面図。
【図５】圧電膜層の表面の大きさの異なる各正方形領域において表面粗さＲａとエッチング量等との関係を示すグラフであり、図５Ａは１μｍ×１μｍの正方形領域、図５Ｂは１０μｍ×１０μｍの正方形領域、図５Ｃは６０μｍ×６０μｍの正方形領域となっている。
【図６】同一の正方形領域についてエッチング量を変化させたときのエッチング量と表面粗さＲａとの関係を示すグラフ。
【図７】表面粗さＲａと耐直流電圧との関係を調べた実験結果グラフである。
【図８】表面粗さＲａと耐交流電圧との関係を調べた実験結果グラフである。
【図９】圧電膜層の表面を平坦化処理したときの効果についての説明図であり、図９Ａは圧電膜層の表面をＧＣＩＢで平坦化処理しなかったときの圧電構造の絶縁破壊についての説明図、図９Ｂは圧電膜層の表面をＧＣＩＢで平坦化処理したときの圧電構造を示す図、図９Ｃは圧電膜層の表面のボイドに対する効果の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１及び図２は、ＭＥＭＳ光偏向器４１（図３）における圧電構造の製造方法をＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ７の工程順で示す図である。光偏向器４１は、圧電構造として内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７を含んでいる。なお、各ＳＴＥＰ（工程）の積層構造において積層方向に形成順で先に形成された層がある方を「下」、後から形成された層がある方を「上」と呼んでいる。露出状態の上面は、「上面」に代えて、「表面」ということもあるとする。
【００２６】
図１において、ＳＴＥＰ（工程）１では、ＳＯＩウェハ１が用意される。ＳＯＩウェハ１は、裏面側から表面側へ順番にハンドリング層４、中間酸化膜層５及び活性層６の３層の積層構造となっている。ハンドリング層４及び活性層６はＳｉ（ケイ素）から成り、中間酸化膜層５はＳｉＯ２（二酸化ケイ素）から成る。各層の厚みは、例えば、ハンドリング層４は４００μｍ、中間酸化膜層５は１μｍ、活性層６は５０μｍとなっている。
【００２７】
次に、ＳＴＥＰ２では、熱酸化炉（拡散炉）においてＳＯＩウェハ１の裏面及び表面を酸化する。これにより、熱酸化シリコン膜９，１０がＳＯＩウェハ１の裏面及び表面に形成される。熱酸化シリコン膜９，１０の厚みは、例えば０.１〜１．０μｍとする。
【００２８】
次に、ＳＴＥＰ３では、熱酸化シリコン膜１０の表面に下側電極層１４を形成する。下側電極層１４は、詳細には下から順番に、Ｔｉ（チタン）の層、Ｐｔ（白金）の層、ＳｒＲｕＯ３（三酸化ストロンチウムルテニウム）の層の３層の積層構造となっている。該積層構造において各層の厚みは、例えばＴｉの層は５ｎｍ、Ｐｔの層は１５０ｎｍ、ＳｒＲｕＯ３の層は１００ｎｍとなっている。各層の形成のために、例えばマグネトロンスパッタ装置が使用される。
【００２９】
以降、説明の便宜上、ＳＴＥＰ３の処理終了時の積層板を「第１中間板１５」と名付ける。
【００３０】
図２のＳＴＥＰ４では、第１中間板１５に対するＧＣＩＢの処理を行う。具体的には、第１中間板１５の表面側の下側電極層１４の表面をＧＣＩＢ装置２０に対峙させる。ＧＣＩＢ装置２０は、内部に、ノズル、イオン化器、加速器及びレンズを備える周知の構造のものである。
【００３１】
第１中間板１５内において、ノズル（図示せず）からは、フッ素化合物ガスと希ガスとの混合ガスのＧＣＩＢのイオンビームＩｂが出射される。希ガスの例としては、Ｈｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｎｅがある。この実施形態では、Ａｒが選択された。フッ素化合物ガスの例として、ＣＦ４，Ｃ４Ｆ８，ＣＨ３Ｆ，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３，ＳＦ６がある。この実施形態では、ＳＦ６が選択された。フッ素化合物ガスと希ガスとの混合比は、ＳＦ６とＡｒとの混合の例では、混合前の体積流量の比で約１：９とされた。
【００３２】
ＳＴＥＰ４において、ＧＣＩＢ装置２０内において、ノズルから出た混合ガスは、断熱膨張によりクラスタ化し、次に、イオン化器のフィラメントからの電子が付着されて、イオン化される。さらに、加速器により加速され、レンズにより出射方向を制御されてから、イオンビームＩｂとなって、ＧＣＩＢ装置２０から出射される。
【００３３】
イオンビームＩｂは、ＧＣＩＢ装置２０に対峙されている第１中間板１５の下側電極層１４の表面に照射される。ＧＣＩＢ装置２０におけるレンズによるイオンビームＩｂの照射方向制御により、下側電極層１４の全表面又は後述の圧電アクチュエータの作製領域のみがイオンビームＩｂにより走査され、イオンビームＩｂによる平坦化処理が行われる。なお、ＳＴＥＰ４，６におけるＳｃは、イオンビームＩｂの縦方向の走査範囲を示している。走査範囲は、縦及び横の２方向に設定され、横方向の走査範囲は図示を省略している。
【００３４】
ＳＴＥＰ４のＧＣＩＢ処理は、下側電極層１４の３層のうちの表面側のＳｒＲｕＯ３に対して行われ、該層の表面粗さＲａ≦２ｎｍを目安として終了する。表面粗さＲａを実際値を測定する場合、通常、１０μｍ×１０μｍのＡＦＭ（Atomic Force Microscope／原子間力顕微鏡）スケールの十字５点平均値が表面粗さＲａとされる。
【００３５】
ＳＴＥＰ５では、ＳＴＥＰ４の表面平坦化処理後の下側電極層１４の表面に圧電膜層２３を形成する。圧電膜層２３の材料として、典型的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられるが、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等のその他の亜鉛化合物材料も用いることができる。圧電膜層２３の厚みは、例えば５μｍ程度とする。圧電膜層２３の形成（成膜）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が使用される。
【００３６】
反応性アーク放電を利用した具体的なイオンプレーティング法については、例えば、本願出願人の出願に係る特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、及び特開２００３−８１６９４号公報に記載された手法を参照されたい。
【００３７】
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、真空容器内又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。
【００３８】
圧電膜の下地として、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。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。
【００３９】
以降、説明の便宜上、ＳＴＥＰ５の処理終了時の積層板を「第２中間板２７」と名付ける。
【００４０】
次に、ＳＴＥＰ６では、第２中間板２７に対して、ＳＴＥＰ４で第１中間板１５に対して行った処理と同様に、ＧＣＩＢの処理を行う。すなわち、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面側をＧＣＩＢ装置２０に対峙させ、ＧＣＩＢ装置２０からイオンビームＩｂにより圧電膜層２３の表面の平坦化処理を行う。
【００４１】
ＳＴＥＰ６のＧＣＩＢ処理において用いる混合ガスは、ＳＴＥＰ４で用いた混合ガスと同一である。ＳＴＥＰ６のＧＣＩＢ処理では、圧電膜層２３の表面粗さＲａを、１０μｍ×１０μｍ（１０μｍ□）のＡＦＭスケール（実際の測定では１０μｍ□のＡＦＭスケールの十字５点平均値である）で、１０ｎｍ以下にすることが目安であり、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面のエッチング量（表面からの削り量）は、１００ｎｍ〜３５０ｎｍである。
【００４２】
第２中間板２７の圧電膜層２３の表面のエッチング量を増大するほど、表面粗さＲａは減少するが、図６で後述するように、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面のエッチング量が３５０ｎｍに達した後は、エッチング量を増やしても、表面粗さＲａの減少量は僅かとなる。
【００４３】
ＳＴＥＰ７では、ＧＣＩＢにより表面を平坦化された圧電膜層２３の表面に上側電極層３０を形成する。上側電極層３０の材料としては、例えばＰｔ、Ａｕ及びＩｒのうちから選ばれる。上側電極層３０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。上側電極層３０の厚みは、例えば１０〜２００ｎｍ程度とする。
【００４４】
以降、説明の便宜上、ＳＴＥＰ７の処理終了時の積層板を「圧電板３３」と名付ける。ＳＴＥＰ７より後の工程では、圧電板３３の表面又は裏面の全面に対する層形成はなく、部位を特定した処理となる。
【００４５】
図３は光偏向器４１の概略構成図である。光偏向器４１は、圧電構造の部分を含み、図２のＳＴＥＰ７の圧電板３３から製造される。圧電板３３と光偏向器４１の積層構造との関係については、図４において後述する。
【００４６】
光偏向器４１は、ＭＥＭＳの製造技術を用いて製造される。光偏向器４１は、中心に回動自在に配置されるミラー部４２、ミラー部４２を外側から包囲する内側矩形枠４３、及び内側矩形枠４３を外側から包囲する外側矩形枠４４を備えている。
【００４７】
図３に図示のミラー部４２は真正面を向いている状態で示されている。なお、真正面の向きとは、ミラー部４２の表面に形成されているミラー面４２ａの法線が、光偏向器４１を構成する圧電板３３の厚さ方向Ｚに平行となる向きである。
【００４８】
光偏向器４１の構成を説明する便宜上、外側矩形枠４４の長辺方向及び短辺方向に対して平行な方向をそれぞれ横方向Ｘ及び縦方向Ｙ（所定方向の一例）と定義する。横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び厚さ方向Ｚは相互に直交する関係にある。光偏向器４１は、その作動時に運動したり変位したりする要素（例：ミラー部４２等）を含むが、光偏向器４１の構成を、ミラー面４２ａを真正面に向けている時の各部の状態で説明する。
【００４９】
１対のトーションバー（弾性梁）４５は、縦方向Ｙにミラー部４２の一側及び他側（光偏向器４１の正面視で上側及び下側をそれぞれ「一側」及び「他側」という）に配設され、ミラー部４２と内側矩形枠４３とを結合している。トーションバー４５ａ，４５ｂは、内側矩形枠４３には結合することなく、分離されていてもよい。
【００５０】
内側アクチュエータ４６ａ，４６ｂは、縦方向Ｙにはミラー部４２に対して共に一側で、横方向Ｘにはトーションバー４５ａに対して一側及び他側（光偏向器４１の正面視で左側及び右側をそれぞれ「一側」及び「他側」という）にそれぞれ配設されている。内側アクチュエータ４６ｃ，４６ｄは、縦方向Ｙにはミラー部４２に対して共に他側で、横方向Ｘにはトーションバー４５ｂに対して一側及び他側にそれぞれ配設されている。
【００５１】
以下、トーションバー４５ａ，４５ｂについて特に区別しないときは、「トーションバー４５」と総称する。内側アクチュエータ４６ａ〜４６ｄについて特に区別しないときは、「内側アクチュエータ４６」と総称する。
【００５２】
内側アクチュエータ４６は、横方向Ｘに延在して、トーションバー４５と内側矩形枠４３とを結合している。内側アクチュエータ４６は、ユニモルフカンチレバーとして構成されている圧電アクチュエータである。
【００５３】
外側アクチュエータ４７ａ，４７ｂは、横方向Ｘに内側矩形枠４３に対して一側及び他側にそれぞれ配設されるとともに、内側矩形枠４３と外側矩形枠４４との間に介在して、内側矩形枠４３と外側矩形枠４４とを結合している。以下、外側アクチュエータ４７ａ，４７ｂについて特に区別しないときは、「外側アクチュエータ４７」と総称する。外側アクチュエータ４７は、複数のユニモルフ圧電カンチレバーをミアンダライン（蛇腹状ライン）に沿って直列に結合したものとなっている。
【００５４】
電極パッド４８ａ，４８ｂは、外側矩形枠４４の横方向Ｘの一側及び他側の短辺部の表面に形成され、光偏向器４１の表面に沿って形成された配線（図示せず）や光偏向器４１内に埋め込まれている配線層（図示せず。典型的にはグランド配線）を介して内側アクチュエータ４６等の電極と接続されている。以下、電極パッド４８ａ，４８ｂについて特に区別しないときは、「電極パッド４８」と総称する。
【００５５】
光偏向器４１は、車両前照灯や映像装置等に光スキャナとして装備されるときは、車両前照灯等の構成要素としてレーザ装置５２と共に組み込まれる。ミラー部４２は、レーザ装置５２からの入射光Ｌａをミラー部４２の回動角に応じた向きに反射して、反射光Ｌｂを出射する。光偏向器４１が装備された光走査装置では、反射光Ｌｂは走査光として使用される。
【００５６】
光偏向器４１の作動について概略的に説明する。ミラー部４２は、圧電アクチュエータの一例である内側アクチュエータ４６の作動によりトーションバー４５の軸線（第１回転軸線）の回りに往復回動する。ミラー部４２は、これも圧電アクチュエータの一例である外側アクチュエータ４７の作動により第２回転軸線の回りに往復回動する。第２回転軸線は、第１回転軸線と共にミラー面４２ａに含まれ、ミラー面４２ａの中心で第１回転軸線と直交（実際の製品では、直交していなくても、所定の角度で交差していればよい）する。ミラー部４２が真正面を向いている時は、第１及び第２回転軸線は、それぞれ縦方向Ｙ及び横方向Ｘに揃う。
【００５７】
例えば、第１回転軸線の回りのミラー部４２の往復回動の周波数は１５ｋＨｚであり、第２回転軸線の回りのミラー部４２の往復回動の周波数は６０Ｈｚである。
【００５８】
反射光Ｌｂは、直接、照射先の走査領域に向かうか、又は図示しない光学系を経由してから、走査領域に向かう。光偏向器４１が車両前照灯に装備される場合、典型的な車両前照灯では、反射光Ｌｂは、第１回転軸線の回りのミラー部４２の往復回動により車両前方の照射領域を左右方向に走査する。また、反射光Ｌｂは、第２回転軸線の回りのミラー部４２の往復回動により車両前方の照射領域を前後方向に走査する。
【００５９】
図４は光偏向器４１の積層構造の断面図である。図４の積層構造では、内側矩形枠４３及びトーションバー４５の部位は省略している。図示を省略した内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７の積層構造では、圧電板３３（図２のＳＴＥＰ７）の積層構造に対し、中間酸化膜層５より下の層としてのハンドリング層４及び熱酸化シリコン膜９の構造部分は、光偏向器４１の裏面側からエッチングされて、除去されている。そして、中間酸化膜層５から上側電極層３０までの構造部分が残存している。
【００６０】
層間絶縁膜５５は、圧電板３３（図２のＳＴＥＰ７）の積層構造に対して、内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７における熱酸化シリコン膜１０から上側電極層３０までの構造部分の断面輪郭が表面側からのエッチングにより形成された後、上側電極層３０の表面側からの成膜により形成される。なお、層間絶縁膜５５の成膜時では、活性層６は、まだ、横方向Ｘに分断されておらず、繋がった状態になっている。
【００６１】
金属層５６は、層間絶縁膜５５の所定部位にコンタクトホールを穿設した後、層間絶縁膜５５の表面側からの成膜により形成される。金属層５６は、コンタクトホールの部位において該コンタクトホールを満たして、層間絶縁膜５５の下の上側電極層３０に接続される。金属層５６は、さらに、層間絶縁膜５５より上に配線を形成する。パッド面５７は、電極パッド４８の金属層５６の表面を被覆して、電極パッド４８へのボンディングワイヤの接続を円滑化する。
【００６２】
光偏向器４１は、例えば、光スキャナ装置の部品として利用される。このような光スキャナ装置が組み込まれる製品で、例えば、ディスプレイ装置、バーコードリーダー、プロジェクター、光学式タッチパネル（特開２０１４-１７８７４６号公報）、及び車両用前照灯がある。
【００６３】
図５〜図８の実験結果グラフを説明する前に、図９を参照して、図２のＳＴＥＰ６におけるＧＣＩＢにより第２中間板２７の圧電膜層２３の表面を平坦化処理した効果を説明する。
【００６４】
図９Ａは、圧電膜層２３の表面をＧＣＩＢで平坦化処理しなかったときの圧電構造の絶縁破壊についての説明図である。ＧＣＩＢによる圧電膜層２３の表面の平坦化処理を省略すると、圧電膜層２３の表面は凹部８１及び凸部８２が残り、表面粗さＲａが増大する。このような圧電膜層２３の表面に上側電極層３０が成膜されると、上側電極層３０は、薄い厚みで圧電膜層２３の表面に密着するので、上側電極層３０の表面に圧電膜層２３の表面の凹部８１及び凸部８２による凹凸が反映される（図９Ａ左側の図）。
【００６５】
なお、図９Ａにおいて、８３は柱状結晶粒界を示している。圧電膜層２３の成膜では、圧電膜層２３の材料（例：ＰＺＴ）が、所定の区域ごとに柱状結晶となって、上へ成長していき、これら柱状結晶の林立状態になる。その際、柱状結晶の間が柱状結晶粒界８３となって、電気の通り易い経路が生じる。
【００６６】
図９Ａにおいて、下側電極層１４−上側電極層３０間に電源８７の出力電圧が印加されると、圧電膜層２３の上面側の凹部８１に電界集中が生じる。この電界集中に伴い、柱状結晶粒界８３に沿って上端から亀裂８９が形成され、次第に下側電極層１４の方へ伸びて行く。そして、亀裂８９の下端と下側電極層１４との距離が限界に達すると、圧電膜層２３の絶縁破壊が生じる（図９Ａ右側の図）。
【００６７】
これに対し、ＳＴＥＰ６の平坦化処理を経て製造された圧電板３３から製造された圧電構造では、図９Ｂに図示されるように、圧電膜層２３の表面粗さＲａは小さい。この結果、下側電極層１４−上側電極層３０間に電源８７の出力電圧を印加しても、電界集中が圧電膜層２３の上面に生じないので、亀裂８９（図９Ａ）が生じたり、成長したりすることはない。これにより、圧電構造の寿命を伸ばすことができる。
【００６８】
図９Ｃの左側の図は、複数のボイド（欠陥）９４が圧電膜層２３の表面９３に形成されていることを示している。５μｍを越える圧電膜層２３が形成される場合、表面９３には、図９Ａの凹部８１及び凸部８２と共に、複数のボイド９４が生じ易くなる。ボイド９４は、表面９３から所定深さに達し、下側電極層１４−上側電極層３０間への電源８７の出力電圧の印加時には、凹部８１と同様に電界集中の原因になる。
【００６９】
これに対し、光偏向器４１の製造方法では、ＳＴＥＰ６におけるＧＣＩＢによる平坦化処理に伴って、圧電膜層２３が表面９３よりボイド９４の深さを越える深さ分、削られて、新たな表面９６（図９Ｃの右側の図）が生じる。該新たな表面９６では、電界集中の原因になる凹凸及びボイド９４の両方が解消されている。この結果、表面９６上に上側電極層３０を成膜した圧電板３３（図２のＳＴＥＰ７）から製造される光偏向器４１では、圧電膜層２３を含む内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７の寿命が向上する。
【００７０】
図５〜図８の試験グラフを参照して、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面に対しＧＣＩＢによる平坦化処理の効果を評価した試験結果について説明する。評価対象の試験品の具体的な製造は次のように行われた。
【００７１】
ＳＴＥＰ１のＳＯＩウェハ１は、活性層６の厚みは５０μｍ、中間酸化膜層５の厚みは１μｍ、ハンドリング層４の厚みは４００μｍを用いた。次にＳＴＥＰ２で、ＳＯＩウェハ１の表面に拡散炉によって厚さ１μｍの熱酸化シリコン膜９，１０を形成した。
【００７２】
ＳＴＥＰ３で、マグネトロンスパッタ装置にて下側電極層１４を下側から順番にＴｉ、Ｐｔ、ＳｒＲｕＯ３の３層で形成した。それぞれの厚みは、Ｔｉが５ｎｍ、Ｐｔが１５０ｎｍ、ＳｒＲｕＯ３が１００ｎｍとした。
【００７３】
ＳＴＥＰ４は省略し、ＳＴＥＰ５で、アーク放電イオンプレーティング装置により基板温度６００℃でＰＺＴ膜の圧電膜層２３を厚み５μｍで形成した。Ａｓ−ｄｅｐｏ（成膜直後）の圧電膜層２３のＰＺＴ膜の表面粗さをＡＦＭで評価したところ、６インチウエハの（面内）十字５点（正方形領域の中心と各辺の中心との計５点）平均で表面粗さＲａ＝３０ｎｍだった。
【００７４】
ＳＴＥＰ６で、ＧＣＩＢ装置２０による第２中間板２７の圧電膜層２３の表面に対する平坦化処理を実施した。照射条件は、照射エネルギーが２０ｋＶであり、ガス種はＡｒとＳＦ６との混合（ただし、体積流量比でＡｒ：ＳＦ６≒９：１）、イオンビームＩｂのビーム径Φ＝２０ｍｍ、ビーム電流は０〜４０μＡ、照射角度は０°（ＰＺＴ膜の法線方向）、ビーム走査エリアは１７０ｍｍ×１７０ｍｍ、走査回数は２回、処理時間は２１０分、表面からのエッチング量は３００ｎｍだった。
【００７５】
ＳＴＥＰ６の終了後にＡＦＭ（１０μｍ×１０μｍのＡＦＭスケール）で表面粗さを評価したところ、６インチウエハの面内十字５点平均で表面粗さＲａ＝１０ｎｍだった。
【００７６】
ＧＣＩＢ処理によって表面を平坦化した圧電膜層２３としてのＰＺＴ膜と同じ成膜バッチで未処理のＰＺＴ膜を用いて、同一パターンのＭＥＭＳの光スキャナ素子を作製して、該光スキャナ素子の圧電構造としての圧電薄膜アクチュエータの耐電圧評価を実施した。ＧＣＩＢの未処理の圧電薄膜アクチュエータの耐電圧が２０Ｖ／μｍだった。これに対し、ＧＣＩＢ処理で平坦化した圧電薄膜アクチュエータの耐電圧は４０Ｖ／μｍまで向上し、耐電圧が２倍となった。
【００７７】
また、同じ電圧負荷による連続耐久試験を実施したところ、未処理の圧電薄膜アクチュエータは、５００Ｈ（Ｈ：時間）経過後に光スキャナの振れ角が初期値から１０％低下した。これに対し、ＧＣＩＢ処理で平坦化した圧電薄膜アクチュエータは１，０００Ｈ経過後も初期値の振れ角から２％の低下に留まった。
【００７８】
以上の評価試験結果から、ＳＴＥＰ６のＧＣＩＢ平坦化処理による効果をまとめると次のとおりである。
【００７９】
（ａ）圧電薄膜アクチュエータの耐電圧性が、未処理の圧電薄膜アクチュエータの２倍となった。
【００８０】
（ｂ）連続動作耐久性として、１，０００Ｈ経過後の振れ角が初期値の振れ角からの低下が、未処理の１０％から２％になった。
【００８１】
図５は圧電膜層２３のエッチング量を１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ及び１μｍの４つのケースに分けて、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面に対しＧＣＩＢによる平坦化処理を行ったときの表面粗さＲａの改善（減少）を調べたグラフである。図５の各ケースの表面粗さＲａは、圧電膜層２３の表面の正方形領域の十字５点の平均値である。図５において、“□”はＡＦＭスケールとしての正方形領域を意味する。 “□”に付帯する数値は該正方形領域の辺の長さを意味する。ＡＦＭスケールにおける各正方形領域□は、図５Ａでは１μｍ×１μｍ、図５Ｂでは１０μｍ×１０μｍ、図５Ｃでは６０μｍ×６０μｍになっている。
【００８２】
また、図５〜図８の評価試験では、イオンビームＩｂは、図２のＳＴＥＰ６のように照射し、ＧＣＩＢのラテラルスパッタリング効果によって平坦化されることになる。なお、ＧＣＩＢのイオンビームＩｂの照射後の表面粗さＲａは、ＡＦＭ測定時のスケールが大きい（粗い）ほど（１μｍ□＜１０μｍ□＜６０μｍ□）、増大する。
【００８３】
表面粗さＲａの目標値を表面粗さＲａ≦１０ｎｍにすると、図５Ａでは、４ケース共に目標値をクリアし、図５Ｂ及び図５Ｃでは、エッチング量が３００ｎｍ以上であれば、目標値をクリアしたことが分かる。
【００８４】
図６は、圧電膜層２３の表面上の同一の正方形領域についてエッチング量を変化させたときのエッチング量と表面粗さＲａとの関係を示すグラフである。なお、図６では、表面粗さＲａは、圧電膜層２３の表面における一辺が１０μｍの正方形領域の十字５点の平均値がマークで示されている。
【００８５】
図６の実験結果のグラフから、表面粗さＲａの目標値を表面粗さＲａ≦１０ｎｍにすると、エッチング量＝１００ｎｍでは、まだ、目標値に届かないものの、エッチングが１００ｎｍを少し越えれば、目標値が達成されることが読み取れる。また、エッチング量＝３００ｎｍになると、表面粗さＲａ＝５．０ｎｍ近辺になるとともに、それ以上、エッチング量を増大させても、表面粗さＲａの改善は少ないことが読み取れる。
【００８６】
この結果、第２中間板２７の圧電膜層２３の表面にイオンビームＩｂを照射することにより、１０μｍ□（１０μｍ×１０μｍ）のＡＦＭスケールで目標値の表面粗さＲａ≦１０ｎｍが得られることが分かる。そして、その際のエッチング量の範囲を１００ｎｍ〜３５０ｎｍとすれば、所望の表面粗さＲａの実現と、圧電膜層平坦化工程（ＳＴＥＰ６）の所要時間の短縮とを調和することができる。
【００８７】
図７は表面粗さＲａと耐直流電圧との関係を調べた実験結果グラフである。このグラフから、表面粗さＲａ≦１０ｎｍであれば、耐直流電圧が４０Ｖ／μｍ以上となることが読み取れる。
【００８８】
図８は耐交流電圧と表面粗さＲａとの関係を調べた実験結果グラフである。このグラフから表面粗さＲａ≦１０ｎｍであれば、耐交流電圧が４０Ｖ／μｍ以上となることが読み取れる。
【００８９】
通常の光偏向器４１では、第１及び第２回転軸線の回りのミラー部４２の往復回動のために、内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７（外側アクチュエータ４７の各カンチレバー）に約４０Ｖ／μｍの直流又は交流電圧が印加される。したがって、図６に基づいて提示したように、エッチング量は１００ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲として、ＳＴＥＰ６で第２中間板２７の圧電膜層２３に対するＧＣＩＢの平坦化処理を行えば、光偏向器４１の内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７の耐電圧を十分に確保できる。
【００９０】
本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の変形例で実施可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態の圧電構造の製造方法では、圧電膜層形成工程としてのＳＴＥＰ５の前に、下側電極層平坦化工程としてのＳＴＥＰ４を実施しているが、ＳＴＥＰ４は省略し、ＳＴＥＰ３の次に、ＳＴＥＰ５を実施してもよい。
【００９２】
しかしながら、ＳＴＥＰ４におけるＧＣＩＢの平坦化処理を実施すれば、ＳＴＥＰ５の終了時の第２中間板２７の圧電膜層２３の表面粗さＲａが、ＳＴＥＰ４を実施しない時よりも、低減する。したがって、ＳＴＥＰ６において、所望の表面粗さＲａを得るための圧電膜層２３のエッチング量を減少させて、ＳＴＥＰ６の所要時間の短縮や、ＳＴＥＰ５における圧電膜層２３の成膜厚みの減少を図ることができる。
【００９３】
実施形態では、ＧＣＩＢで使用する混合ガスにおいて、フッ素化合物ガスとしてＳＦ６が選択され、希ガスとしてＡｒが選択されている。しかしながら、本発明では、フッ素化合物ガスとしてＣＦ４，Ｃ４Ｆ８，ＣＨ３Ｆ，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３，ＳＦ６のうちの任意の１つ以上と、希ガスとしてＨｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｎｅのうちの任意の１つ以上との組合わせのうちから１つの組合せを選択する。そして、選択した組み合わせの組成成分の混合ガスをＧＣＩＢで使用することもできる。
【００９４】
実施形態では、第２混合ガスとしてのＳＴＥＰ４の混合ガスと、第１混合ガスとしてのＳＴＥＰ６との混合ガスは、組成成分、組成成分の混合比、並びにイオンビームＩｂのビーム径及び速度等の因子が同一にされている。しかしながら、本発明では、第１混合ガスと第２混合ガスについて、各因子を異ならせてもよい。
【００９５】
実施形態では、ＭＥＭＳの光偏向器４１の内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７の素子として使用する圧電構造の製造方法を説明している。しかしながら、本発明の製造方法で製造される圧電構造は、これに限定されず、インクジェット式記録ヘッドやバルク共振子の圧電構造であってもよい。
【００９６】
実施形態のＳＴＥＰ６では、イオンビームＩｂは第２中間板２７の全表面に照射されている。しかしながら、第２中間板２７において、最終的に光偏向器４１の内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７となる領域は、第２中間板２７の全表面の一部のみである。したがって、イオンビームＩｂは、最終的に光偏向器４１の内側アクチュエータ４６及び外側アクチュエータ４７となる領域に限定して照射するようにして、その他の領域への照射を省略することもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１４・・・下側電極層、２０・・・ＧＣＩＢ装置、２３・・・圧電膜層、３０・・・上側電極層、４６・・・内側アクチュエータ、４７・・・外側アクチュエータ。
【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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