(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯよりなる電気絶縁体基板上に溝加工し、前記溝部をＰｔよりなる導電体で埋め、その上に第１の電極膜を形成し、その上に圧電素子膜を形成し、その上に第２の電極膜を形成し、前記ＭｇＯよりなる電気絶縁体基板を前記溝部に埋めたＰｔよりなる導電体が露出するまでリン酸エッチング処理により除去することを特徴とする圧電駆動体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の電極膜をＰｔにより形成し、前記第２の電極膜をＣｒにより形成する請求項１に記載の圧電駆動体の製造方法。
【請求項３】
前記第１の電極膜および前記第２の電極膜をともにＰｔにより形成する請求項１に記載の圧電駆動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子に電極を配し、電圧で駆動することのできる圧電駆動体及びその製造方法に関するもので、さらに詳細には、圧電素子が薄膜で形成されているこ圧電駆動体およびその製造方法に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
高トラック密度化したＨＤＤのヘッドトラッキングのためのアクチュエーター等のように、微小量の移動制御のために薄膜圧電素子を用いた圧電駆動体が注目されている。
【０００３】
図５は、従来の圧電駆動体の製造方法を示す図である。基板となる酸化マグネシウム（MgO）１の上に白金（Ｐｔ）膜２及びチタン酸鉛（ＰＬＴ）膜３をスパッタリングや蒸着法により形成する。その上に圧電素子であるＰＺＴ（Ｐｂ-Ｚｒ-Ｔｉ）膜４を同様な方法で形成し、その上に電極となるクロム（Ｃｒ）膜５を形成する。
【０００４】
ここでは、圧電素子膜に電極膜が付加された状態のものを圧電駆動体と呼ぶ（以下同じ）。基板にＭｇＯ１を用いるのはＰＺＴ膜４よりも熱膨張係数が高いためであり、これによって膜製造時にＰＺＴ膜４の内部に圧縮応力をかけるためである。膜成製時に圧縮応力をかけておくことによって、膜形成後のＰＺＴ膜４の変位特性の向上に大きな効果があることが知られている。
【０００５】
この様に圧電素子薄膜の形成時には、膜内部に圧縮応力をかけるという役割をはたすＭｇＯ基板であるが、圧電素子膜の形成後は不要なものとなるため除去する。
【０００６】
図６は図５を逆にしたもので、基板となるＭｇＯ１をリン酸によるエッチング（７はエッチング方向を示す）で除去する工程を示す。この際に図中で示す方向１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ等の素子の側面は樹脂などで封止し、エッチング時に各薄膜へリン酸が浸入する事を防いでいる。図７では、このようにして、圧電膜形成時には基板となったＭｇＯ１をリン酸により除去した後のＰｔ膜２とＣｒ膜５の間に電圧電源９を接続した状態を示している。この電圧源によって交流電圧を印加することで圧電駆動体として動作を始める。
【０００７】
たとえば固定端を１１とした場合に、変位方向として１０のような方向に動く。これは印可された電圧により圧電膜ＰＺＴ４が長さ方向１３の方へ伸び縮みするのに伴い、剛性の高いＣｒ層５の影響によってバイメタルのような動きをするからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７のような構成の圧電駆動体においては電圧をかけて動作させていると、錆のような電蝕領域８が発生し、やがてそれが膜全域に広がり、最終的には圧電駆動体としての変位特性を失うという問題があった。このような問題に鑑み、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、この原因は図６においてリン酸によるエッチングを行った際、上側電極基板Ｐｔ層２に存在する小さな穴を通し、リン酸がＰＺＴ４層に浸入し、そこに電圧をかけることによって生じる電池効果によって電蝕が広がるものであることがわかった。上側電極基板Ｐｔ層２は非常に薄く作成されるため（通常サブミクロンの厚み）、膜が十分に一体化していない部分が生じてそこが小さな孔となるのである。
【０００９】
この問題を解決するためにはＰｔ膜２の厚みを厚くするということが考えられるが、Ｐｔ層２を厚くすると膜形成時にＭｇＯ基板１とＰＺＴ層４との間に生じさせた熱膨張係数によるＰＺＴ層４内部の圧縮応力をＰｔ層２が吸収してしまい、膜形成時に圧縮応力がかからなくなってしまう。一方、図６におけるリン酸エッチングを途中で止め、Ｐｔ層２の上にＭｇＯ基板１を残してしまっては、Ｐｔ層２に対して電極を形成することはできない。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、エッチングの際のリン酸によるＰＺＴ層への浸入を防止し、駆動時に起こる電蝕の発生を防止し、さらにより大きな変位特性を得られる圧電駆動体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の圧電駆動体の製造方法は、ＭｇＯよりなる電気絶縁体基板上に溝加工し、前記溝部をＰｔよりなる導電体で埋め、その上に第１の電極膜を形成し、その上に圧電素子膜を形成し、その上に第２の電極膜を形成し、前記ＭｇＯよりなる電気絶縁体基板を前記溝部に埋めたＰｔよりなる導電体が露出するまでリン酸エッチング処理により除去することを特徴とする。
【００１２】
前記方法においては、前記第１の電極膜をＰｔにより形成し、前記第２の電極膜をＣｒにより形成するのが好ましい。
【００１３】
また、前記第１の電極膜および前記第２の電極膜をともにＰｔにより形成するのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、予めＭｇＯ基板１上に電極端となる部分を形成しておき、その上に図５で示すようなＰｔ層２、ＰＬＴ層３、ＰＺＴ層４、Ｃｒ層５を形成し、ＭｇＯ基板１の除去工程では、前記電極端が露出するまでＭｇＯ層をエッチングしていき、最終的にはＭｇＯ層の一部を残し、かつその下のＰｔ層２に通じる電極を形成する。前記において、ＭｇＯ層はＰｔ層がＭｇＯ層のエッチング工程時に、リン酸溶液をＰＺＴ層に通さないだけの厚みが必要であり、その厚みは数μｍ〜十数μｍ、好ましくは３ｎｍ〜１５ｎｍである。このようにすることによって、圧電素子膜であるＰＺＴ層４には、電極層となるＰｔ層２を通してリン酸が侵入してくることを防ぐとともに、ＭｇＯ基板１の一部を残していても電極を形成することが可能となる。さらに、電極端として形成した部分はその外側にＭｇＯは存在しないが、膜圧が十分に厚いので、この部分からのリン酸の侵入も防ぐことができる。
【００１７】
（実施の形態１）
以下に本発明にかかる実施の形態１について図を用いて説明する。図１は本発明による電極を有した圧電駆動体である。図７と比べるとＰｔ層２の上側には基板であるＭｇＯ層１がまだ残されており、かつＰｔ層２に通じる電極として電極端Ｐｔ２１が形成されている。このＰｔ層２１はＭｇＯ層１と同一平面内に存在するものの、その表面を露出させており、この部分を電極とすることができる。
【００１８】
図２は図１の１４方向からの断面を示す図である。Ｃｒ層５、ＰＺＴ層４、ＰＬＴ層３、Ｐｔ層２については従来と同じ構成であるが、Ｐｔ層２の上にはＭｇＯ基板１であったものの一部が残存しており、かつ電極端となるＰｔ２１の部分が形成されているのがわかる。図２に示すように電源９を電極端Ｐｔ層２１およびＣｒ層５の間に配し、固定端を１１として駆動電圧をかけると、１０に示すような変異方向に駆動することになる。
【００１９】
電極端となるＰｔ層２１は、圧電素子膜であるＰＺＴ層４の形成時にはＭｇＯ基板１とＰＺＴ層４の間に厚い膜として存在するため、ＰＺＴ層４へのＭｇＯ基板の膜内圧縮効果が作用しにくいと考えられる。すなわち、図２で見ると、電極端であるＰｔ層２１の下側にあるＰＺＴ層４の一部は変位特性が小さい。従って、電極端Ｐｔ２１の幅は狭い方がよく、また、圧電駆動体の端部に形成するのがよい。
【００２０】
さらに図１および２に示すように圧電駆動体に形成する電極端は２カ所である必要はなく、１カ所でもいいし、またその形状も、導通を確保することが本発明の目的であるので、帯状に限定するものではない。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２２】
（実施例１）
以下図３を用いて図１に示した本発明による電極端子を有した圧電素子の製造について説明する。基板となるＭｇＯは縦２０ｍｍ横２０ｍｍ厚さ０．３ｍｍのものを用意した(図３(ａ)）。
【００２３】
この基板上に電極端子のパターンを描くため、感光性樹脂のレジスト３０を厚さ５μｍの厚みに塗布し、別途準備した電極パターン用マスクを用いて、電極パターンを露光により形成した後、電極端子となる部分のレジストを除去した（図３(ｂ)）。
【００２４】
この時、電極部分の幅は３０μｍとした。電極部分となる部分のレジストを除去した後、全体を２０重量％水溶液の８０℃のリン酸溶液でエッチングし、深さ１０μｍの電極端となる部分をＭｇＯ基板中に形成した(図３(ｃ)）。
【００２５】
この上にＰｔを１０μｍ蒸着法で形成した。こうすることにより、図３（ｃ）で示したＭｇＯ基板の表面をエッチングで除去した部分３２をＰｔで埋めることができ、この部分が後の電極端となる。こうした後にレジスト３０を除去することで電極端部を膜表面に持ったＭｇＯ基板１を作成することができる（図３(ｄ)）。以上の工法はいわゆるリフトオフと呼ばれる工法である。
【００２６】
この様にして作成したＭｇＯの基板上にＰｔ層２、ＰＬＴ層３、ＰＺＴ層４、Ｃｒ層５を従来方法と同様に形成していき、その後、リン酸エッチング処理７によりＰｔ層２１が露出するまでＭｇＯ層１を除去した。この際に、図６で説明したように膜の側面方向は樹脂で封止し、リン酸の膜侵入によるダメージを防止しておくことは言うまでもない。
【００２７】
本実施例では（図３(ｅ)）のＰｔ層には０．１μｍ、ＰＬＴ層３は０．０５μｍ、ＰＺＴ層４は２．５μｍ、Ｃｒ層５は５μｍの厚さにした。なおリン酸エッチングで用いたリン酸溶液は、リン酸が２０重量％の水溶液であった。エッチング条件は、温度８０℃で行い、エッチングレートは時間で制御した。
【００２８】
この様にして作ったＰｔ２１の電極端がＭｇＯ基板から露出した圧電駆動体の電極端Ｐｔ２１がある側に、金（Ａｕ）２２を厚さ０．０５〜０．０７μｍ蒸着し、上部全面を導通体とした。このＡｕ層２２とＣｒ層５の間に１ＫＨｚ、５Ｖの駆動電圧を加えたところ、固定端とした反対側の自由端では約０．５μｍの変位を観測することができた。
【００２９】
以上のような本発明による電極を有した圧電素子は、基板となるＭｇＯ１の一部を残してあるため、ＭｇＯ基板１を除去するために用いたリン酸エッチング処理７のリン酸が、Ｐｔ層２を通してＰＺＴ層４に浸入することがなく、長時間の駆動においても電蝕を発生することがなかった。
【００３０】
（実施例２）
実施例１においては圧電素子であるＰＺＴ層４の両側に弾性率の高いＣｒ層５及びＭｇＯ層１が残っておりバイメタル効果としてはＰＺＴ層４の両側でそれを打ち消すように働き、変位特性に損失をもたらしていると考えられる。言い換えると、駆動電圧によって伸張収縮する圧電素子の両側に変形しにくい（弾性率の高い）膜が存在すると、全体としての変位特性は小さくなる。
【００３１】
そこで、Ｃｒ層５の代わりに弾性率の低いＰｔ層を付け、電極端Ｐｔ２１の反対側の電極とすることを考えた。つまり実質的には、伸張収縮する圧電素子ＰＺＴと、その一方の面に形成された変形しにくいＭｇＯ膜とでバイメタル的動作を行おうというものである。
【００３２】
図４に示すのがその具体的な構造である。図３（ｆ）と比較するとＣｒ層５の代わりにＰｔ層２３が形成されているのがわかる。この状態で先ほどと同じように１ｋＨｚ、５Ｖの駆動電圧をかけたところ、固定端の反対の自由端では約１μｍの変位を観測することができた。このようにＣｒ層を剛性の低いＰｔ層２３に代えることによりバイメタル効果はＰＺＴ層４とＭｇＯ層１の間で生じ、より大きな変位特性を得ることができる。
【００３３】
以上のように本発明の実施例ではリン酸により除去するＭｇＯ層を一部残したまま電極となるＰｔ層２と導通性のある電極Ｐｔ２１を形成させたため、リン酸によるＰＺＴ層４への浸入がなくなり駆動時に起こる電蝕という問題を解決することができる。さらにＭｇＯ層１の反対側を弾性率の低い電極Ｐｔ２３としたためにより大きな変位特性を得ることもできた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、基板となるＭｇＯを一定の厚さで残し、かつ同時に残したＭｇＯ基板の一部に電極端が形成できるように圧電駆動体を形成することで、エッチングの際のリン酸によるＰＺＴ層への浸入を防止し、駆動時に起こる電蝕の発生を防止し、さらにより大きな変位特性を得られる圧電駆動体及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電極部を有した圧電駆動体を示す図
【図２】本発明の一実施の形態の圧電駆動体の駆動状態を示す断面図
【図３】本発明の一実施の形態の圧電駆動体の製造工程を示す図
【図４】本発明の他の実施形態における圧電駆動体の断面を示す図
【図５】従来の圧電駆動体の製造工程を示す図
【図６】従来の圧電駆動体の製造工程中リン酸で基板を除去する工程を示す図
【図７】従来の圧電駆動体を駆動させる状態を示す図
【符号の説明】
１  電気絶縁体（ＭｇＯ）
２  電極（Ｐｔ）
３  チタン酸鉛膜（ＰＬＴ）
４  圧電素子膜（ＰＺＴ）
５  電極（Ｃｒ）
６  基板への接着方向
７  エッチング方向
８  電蝕領域
９  電圧電源
１０  変位方向
１１  固定端
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  樹脂封止部
【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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