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JP5665161B2 - Piezoelectric thin film device - Google Patents

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JP5665161B2
JP5665161B2 JP2008156650A JP2008156650A JP5665161B2 JP 5665161 B2 JP5665161 B2 JP 5665161B2 JP 2008156650 A JP2008156650 A JP 2008156650A JP 2008156650 A JP2008156650 A JP 2008156650A JP 5665161 B2 JP5665161 B2 JP 5665161B2
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秀俊 小寺
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規裕 山内
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Description

本発明は、圧電薄膜デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric thin-film device.

従来から、圧電薄膜を用いた種々の圧電薄膜デバイス（例えば、光偏向装置、光スイッチ、流体制御デバイス、ＭＥＭＳスイッチ、マイクロアクチュエータ、マイクロセンサなど）が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１）。   Conventionally, various piezoelectric thin film devices using a piezoelectric thin film (for example, an optical deflection apparatus, an optical switch, a fluid control device, a MEMS switch, a microactuator, a microsensor, etc.) have been researched and developed in various places (for example, patent documents). 1).

ここにおいて、上記特許文献１には、図１５（ａ）に示すように、半導体基板を用いて形成された支持基板１０１と、支持基板１０１の一表面側に形成され支持基板１０１に片持ち支持された可動部である圧電素子１１０とを備え、支持基板１０１に当該支持基板１０１の厚み方向への圧電素子１１０の変位空間を確保するための窓孔１０１ａが形成され、圧電素子１１０のうち支持基板１０１の上記一表面側における窓孔１０１ａの周部上に固定されている部位が半導体レーザ１２０を搭載するオプティカルベンチを構成している。   Here, in Patent Document 1, as shown in FIG. 15A, a support substrate 101 formed using a semiconductor substrate and a cantilever support on the support substrate 101 formed on one surface side of the support substrate 101. And a piezoelectric element 110 that is a movable part. A window hole 101 a for securing a displacement space of the piezoelectric element 110 in the thickness direction of the support substrate 101 is formed in the support substrate 101. A portion fixed on the peripheral portion of the window hole 101a on the one surface side of the substrate 101 constitutes an optical bench on which the semiconductor laser 120 is mounted.

ここにおいて、図１５（ａ）に示す構成の光偏向装置は、圧電素子１１０が、支持基板１０１の上記一表面側に形成された下部電極１１１と、下部電極１１１における支持基板１０１側とは反対側に形成された圧電薄膜からなる圧電層１１２と、圧電層１１２における下部電極１１１側とは反対側に形成された上部電極１１３とで構成されており、圧電素子１１０のうち窓孔１０１の投影領域内に形成されている部位における上部電極１１３が半導体レーザ１２０からの光を偏向するミラーを兼ねている。   Here, in the optical deflection apparatus having the configuration shown in FIG. 15A, the piezoelectric element 110 is opposite to the lower electrode 111 formed on the one surface side of the support substrate 101 and the support electrode 101 side of the lower electrode 111. The piezoelectric layer 112 is formed of a piezoelectric thin film formed on the side, and the upper electrode 113 formed on the opposite side of the piezoelectric layer 112 from the lower electrode 111 side. The upper electrode 113 in a portion formed in the region also serves as a mirror for deflecting light from the semiconductor laser 120.

しかして、図１５（ａ）に示した構成の光偏向装置では、圧電素子１１０の上部電極１１３と下部電極１１１との間に電圧を印加して図１５（ｂ）に示すように圧電素子１１０を湾曲変形させることにより、半導体レーザ１２０からの光を偏向することができる（図１５（ｂ）中の一点鎖線は半導体レーザ１２０からの光の進行方向を示している）。なお、上記特許文献１には、圧電層１１２の圧電材料として、ＺｎＯやＰＺＴなどが例示されている。
特開２００２−１３１６８０号公報（段落〔００１６〕−〔００２８〕、および図１−４） Accordingly, in the optical deflection apparatus having the configuration shown in FIG. 15A, a voltage is applied between the upper electrode 113 and the lower electrode 111 of the piezoelectric element 110, and as shown in FIG. Can be deflected to deflect the light from the semiconductor laser 120 (the chain line in FIG. 15B indicates the traveling direction of the light from the semiconductor laser 120). In Patent Document 1, ZnO, PZT, and the like are exemplified as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 112.
JP 2002-131680 A (paragraphs [0016]-[0028] and FIG. 1-4)

ところで、上記特許文献１に開示された圧電薄膜デバイスに限らず、従来の圧電薄膜デバイスは、支持基板の厚み方向へ圧電素子を変位させる必要があるので、支持基板の厚み方向に直交する面内における圧電素子の面積および支持基板の外形サイズが大きくなり、変位量を増大させるためには上記面内における圧電素子の面積および支持基板の外形サイズを更に大きくする必要があり、マイクロマシニング技術を利用したＭＥＭＳプロセスなどを利用して製造する際のウェハ１枚当たりの収量が低下してコストアップの原因となってしまう。   By the way, not only the piezoelectric thin film device disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, but the conventional piezoelectric thin film device needs to displace the piezoelectric element in the thickness direction of the support substrate. In order to increase the amount of displacement, the area of the piezoelectric element and the outer size of the support substrate in the plane must be further increased, and micromachining technology is used. The yield per wafer at the time of manufacturing using the MEMS process or the like is reduced, resulting in an increase in cost.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、支持基板の小型化が可能な圧電薄膜デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, an object thereof is to miniaturize the support substrate to provide a piezoelectric thin film device as possible.

請求項１の発明は、支持基板と、前記支持基板の一表面側に形成された可動部とを備え、前記可動部は、前記支持基板の前記一表面側に立設され前記支持基板の厚み方向に直交する規定方向において離間した一対の電極と、前記支持基板の前記一表面側に形成した圧電薄膜を用いて形成され前記規定方向において前記一対の電極間に介在する圧電層とを有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記圧電層が前記規定方向に振動もしくは変位するものであり、前記圧電薄膜が、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した多結晶薄膜、あるいは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した単結晶薄膜であり、前記圧電層は、前記一対の電極間に電圧を印加したときの変位が圧電定数ｄ１５で規定され、前記支持基板は、ＳｉもしくはＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３からなり、前記圧電層は、鉛系圧電材料からなり、前記支持基板の前記一表面側で前記支持基板の前記厚み方向において前記圧電層の両側に形成された一対のポーリング処理用電極を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a support substrate and a movable portion formed on one surface side of the support substrate, and the movable portion is erected on the one surface side of the support substrate and has a thickness of the support substrate. A pair of electrodes spaced apart in a specified direction orthogonal to the direction, and a piezoelectric layer formed using a piezoelectric thin film formed on the one surface side of the support substrate and interposed between the pair of electrodes in the specified direction A polycrystalline thin film in which the piezoelectric layer vibrates or displaces in the specified direction by applying a voltage between the pair of electrodes, and the piezoelectric thin film is preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction. Or a single crystal thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction, and the piezoelectric layer has a displacement defined by a piezoelectric constant d 15 when a voltage is applied between the pair of electrodes, Supporting substrate is made of Si or MgO or SrTiO 3, the piezoelectric layer is made of a lead-based piezoelectric material, formed on both sides of the piezoelectric layer in the thickness direction before Symbol supporting substrate in said one surface of the support substrate It is characterized by comprising a pair of polling electrodes.

この発明によれば、支持基板の一表面側に形成された可動部が、前記支持基板の前記一表面側に立設され前記支持基板の厚み方向に直交する規定方向において離間した一対の電極と、前記支持基板の前記一表面側に形成した圧電薄膜を用いて形成され前記規定方向において前記一対の電極間に介在する圧電層とを有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記圧電層が前記規定方向に振動もしくは変位するので、前記支持基板の厚み方向に振動もしくは変位する圧電素子を用いた圧電薄膜デバイスに比べて前記支持基板の小型化が可能になる。 According to the present invention, the movable portion formed on one surface of the support substrate, standing on the one surface of the supporting lifting substrate spaced in a defined direction perpendicular to the thickness direction of the supporting lifting substrate pair and the electrode, wherein the supporting region substrate is formed using a piezoelectric thin film formed on one surface side and a piezoelectric layer interposed between the pair of electrodes in the prescribed direction, a voltage between the pair of electrodes since the pressure conductive layer Ri by that application to vibrate or displaced in the specified direction, small of the supporting lifting substrate as compared with the piezoelectric thin film device using a piezoelectric element which vibrates or displaced in the thickness direction of the supporting lifting board Can be realized.

また、この発明によれば、前記圧電薄膜が、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した多結晶薄膜、あるいは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した単結晶薄膜であるので、前記圧電薄膜の結晶性が良く、前記規定方向への前記圧電層の変位量を大きくすることができる。 Further, according to this invention, the piezoelectric thin film, [001] direction or [111] polycrystalline thin film is preferentially oriented in the direction or, in the single crystal thin film is preferentially oriented along [001] direction or [111] direction some because, before SL good crystallinity of the piezoelectric thin film, it is possible to increase the displacement amount of the piezoelectric layer to said prescribed direction.

また、この発明によれば、前記圧電層は、前記一対の電極間に電圧を印加したときの変位が圧電定数ｄ １５ で規定されるので、前記一対の電極間に電圧を印加したときの前記圧電層の変位が圧電定数ｄ３１や圧電定数ｄ３３で規定される場合に比べて、前記規定方向への前記圧電層の変位量を大きくすることができる。 Further, according to this invention, the piezoelectric layer, the displacement when a voltage is applied between the pair of electrodes is defined by a piezoelectric constant d 15, when a voltage is applied between the leading Symbol pair of electrodes Compared to the case where the displacement of the piezoelectric layer is defined by the piezoelectric constant d 31 or the piezoelectric constant d 33 , the displacement amount of the piezoelectric layer in the defined direction can be increased.

また、この発明によれば、前記圧電層が鉛系圧電材料からなるので、前記圧電層の材料としてＺｎＯを採用する場合に比べて前記圧電層の変位量を大きくすることが可能となり、また、前記支持基板がＳｉもしくはＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３からなるので、マイクロマシニング技術を利用して製造することが可能となる。 Further, according to this invention, since the piezoelectric layer is made of lead-based piezoelectric material, it is possible to increase the displacement amount of the piezoelectric layer as compared with the case of employing the ZnO as the material of the piezoelectric layer, also Since the support substrate is made of Si, MgO, or SrTiO 3, it can be manufactured using a micromachining technique.

また、この発明によれば、前記支持基板の前記一表面側で前記支持基板の前記厚み方向において前記圧電層の両側に形成された一対のポーリング処理用電極を備えることにより、前記一対のポーリング処理用電極間に電圧を印加することにより前記圧電層の分極方向を揃えることができるので、前記圧電層の基礎となる前記圧電薄膜の成膜方法の選択肢が多くなって製造プロセスのプロセス設計が容易になり、また、前記圧電層の分極状態が経時変化した場合でも前記一対のポーリング処理用電極間に電圧を印加してポーリング処理を行うことにより前記圧電層の分極方向を揃えることができるので、長寿命化を図れる。 Further, according to the present invention, by providing a pair of poling electrodes formed on both sides of the piezoelectric layer in the thickness direction before Symbol supporting substrate in said one surface of said supporting substrate, said pair of polling Since the polarization direction of the piezoelectric layer can be made uniform by applying a voltage between the processing electrodes, the number of options for forming the piezoelectric thin film that forms the basis of the piezoelectric layer is increased, and the process design of the manufacturing process is improved. In addition, even when the polarization state of the piezoelectric layer changes with time, it is possible to align the polarization direction of the piezoelectric layer by applying a voltage between the pair of poling electrodes to perform poling. Longer life can be achieved.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記可動部は、前記支持基板の前記一表面側に変位量を増大させる変位量増大部が立設されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the movable portion is characterized in that a displacement amount increasing portion for increasing the displacement amount is provided upright on the one surface side of the support substrate.

この発明によれば、前記圧電層が変位する際に変位量増大部も変位するので、前記一対の電極間に印加する電圧を増加させることなく前記可動部の変位量を増大させることができる。   According to this invention, when the piezoelectric layer is displaced, the displacement amount increasing portion is also displaced, so that the displacement amount of the movable portion can be increased without increasing the voltage applied between the pair of electrodes.

本願の別の発明は、支持基板と、前記支持基板の一表面側に形成された可動部とを備え、前記可動部は、前記支持基板の前記一表面側に立設され前記支持基板の厚み方向に直交する規定方向において離間した一対の電極と、前記支持基板の前記一表面側に形成した圧電薄膜を用いて形成され前記規定方向において前記一対の電極間に介在する圧電層とを有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記圧電層が前記規定方向に振動もしくは変位する、圧電薄膜デバイスの製造方法であって、前記支持基板として前記一表面が（００１）面もしくは（１１１）面の単結晶基板を用い、前記圧電層の基礎となる圧電薄膜をスパッタ法により前記支持基板の前記一表面側にエピタキシャル成長させ、その後、前記圧電薄膜をパターニングすることにより前記圧電薄膜の一部からなる前記圧電層を形成し、その後、前記圧電層における前記規定方向の両側それぞれに前記電極を形成することを特徴とする。 Another invention of the present application includes a support substrate and a movable portion formed on one surface side of the support substrate, and the movable portion is provided upright on the one surface side of the support substrate and has a thickness of the support substrate. A pair of electrodes spaced apart in a specified direction orthogonal to the direction, and a piezoelectric layer formed using a piezoelectric thin film formed on the one surface side of the support substrate and interposed between the pair of electrodes in the specified direction the piezoelectric layer is vibrated or displaced in the specified direction by applying a voltage between the pair of electrodes, a method for producing a pressure electric thin film device, said one surface and said supporting lifting substrate (001) using a single crystal substrate surface or (111) plane, is epitaxially grown piezoelectric thin film underlying the pressure conductive layer on said one surface of said supporting lifting substrate Ri by the sputtering method, then patterning the pressure conductive thin film You Particular Ri forming the pressure conductive layer ing from a part of the pressure conductive film good, then, and forming the electrode on each sides of the prescribed direction in the pressure conductive layer.

この発明によれば、前記支持基板として前記一表面が（００１）面もしくは（１１１）面の単結晶基板を用い、前記圧電層の基礎となる圧電薄膜をスパッタ法により前記支持基板の前記一表面側にエピタキシャル成長させることにより、分極方向の揃った結晶性の良い前記圧電薄膜を形成することができるので、ポーリング処理が不要であり、ゾルゲル法やＣＶＤ法により前記圧電薄膜を形成する場合に比べて製造プロセスの簡略化を図れ、前記圧電薄膜をパターニングすることにより前記圧電薄膜の一部からなる前記圧電層を形成し、その後、前記圧電層における前記規定方向の両側それぞれに前記電極を形成するので、前記支持基板の小型化が可能な圧電薄膜デバイスを提供することが可能となる。 According to the invention, the one surface and the supporting lifting substrate (001) plane or (111) plane of a single crystal substrate, by Ri said supporting the sputtering piezoelectric thin film underlying the pressure conductive layer by epitaxial growth on the one surface side of the lifting board, it is possible to form the pressure conductive thin film has good in uniform crystallinity polarization direction, the polling process is unnecessary, Ri by the sol-gel method or the CVD method wherein as compared with the case of forming the pressure conductive thin film Hakare simplification of a manufacturing process to form the pressure conductive layer ing from a part of the pressure conductive thin Ri by the patterning the pressure conductive thin film, then, since forming the electrode on each sides of the prescribed direction in the pressure conductive layer, it is possible to downsize the supporting lifting substrate to provide a piezoelectric thin film device as possible.

請求項１の発明では、支持基板の厚み方向に振動もしくは変位する圧電素子を用いた圧電薄膜デバイスに比べて支持基板の小型化が可能になるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, the size of the support substrate can be reduced as compared with a piezoelectric thin film device using a piezoelectric element that vibrates or displaces in the thickness direction of the support substrate.

（実施形態１）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして、光通信装置やカラーディスプレイなどに適用可能な光スイッチを例示する。 (Embodiment 1)
In this embodiment, an optical switch applicable to an optical communication device, a color display, or the like is illustrated as a piezoelectric thin film device.

本実施形態の光スイッチは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、矩形板状の単結晶基板からなる支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された可動部１０とを備え、可動部１０が、支持基板１の上記一表面側に立設され支持基板１の厚み方向に直交する規定方向（図１（ｂ）の左右方向）において離間した一対の短冊状の電極１２，１２と、支持基板１の上記一表面側に形成した圧電薄膜を用いて形成され上記規定方向において一対の電極１２，１２間に介在する短冊状の圧電層１１とを有し、一対の電極１２，１２間に電圧を印加することにより圧電層１１が上記規定方向に変位するように構成されている。また、本実施形態の光スイッチは、支持基板１の上記一表面側に各電極１２，１２それぞれに電気的に接続された導体パターン１３，１３が形成されている。また、可動部１０は、支持基板１の上記一表面側に変位量を増大させる変位量増大部１４が立設されている。ここで、変位量増大部１４は、支持基板１の厚み方向を長手方向、圧電層１１の厚さ方向（一対の電極１２，１２の並設方向）を短手方向とする細長の板状の形状に形成されている。しかして、本実施形態の光スイッチでは、一対の電極１２，１２間に電圧を印加していない状態で図示しない発光デバイス（例えば、半導体レーザなど）からの光ＬＢを阻止し、一対の電極１２，１２間に電圧を印加した状態で上記光を通過させることができる。なお、本実施形態における変位量増大部１４は、支持基板１の上記一表面側において一対の電極１２，１２および圧電層１１を覆う形で支持基板１の厚み方向に立設されているが、圧電層１１上のみに立設してもよい。また、本実施形態では、一対の電極１２，１２と圧電層１１とで圧電素子を構成している。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical switch of the present embodiment includes a support substrate 1 made of a rectangular single crystal substrate and a movable portion 10 formed on one surface side of the support substrate 1. The movable part 10 is a pair of strip-like members that are erected on the one surface side of the support substrate 1 and separated in a specified direction (left-right direction in FIG. 1B) perpendicular to the thickness direction of the support substrate 1. A pair of electrodes 12, 12 and a strip-shaped piezoelectric layer 11 formed between the pair of electrodes 12, 12 in the specified direction, using a piezoelectric thin film formed on the one surface side of the support substrate 1; The piezoelectric layer 11 is configured to be displaced in the specified direction by applying a voltage between the electrodes 12 and 12. In the optical switch of this embodiment, conductor patterns 13 and 13 electrically connected to the electrodes 12 and 12 are formed on the one surface side of the support substrate 1. Further, the movable portion 10 is provided with a displacement amount increasing portion 14 that increases the displacement amount on the one surface side of the support substrate 1. Here, the displacement amount increasing portion 14 is an elongated plate-like shape in which the thickness direction of the support substrate 1 is the longitudinal direction and the thickness direction of the piezoelectric layer 11 (the direction in which the pair of electrodes 12 and 12 are juxtaposed) is the short direction. It is formed into a shape. Therefore, in the optical switch of the present embodiment, light LB from a light emitting device (not shown) (for example, a semiconductor laser) is blocked in a state where no voltage is applied between the pair of electrodes 12, 12, and the pair of electrodes 12. , 12 with the voltage applied between them. The displacement amount increasing portion 14 in the present embodiment is erected in the thickness direction of the support substrate 1 so as to cover the pair of electrodes 12 and 12 and the piezoelectric layer 11 on the one surface side of the support substrate 1. You may stand only on the piezoelectric layer 11. In the present embodiment, the pair of electrodes 12 and 12 and the piezoelectric layer 11 constitute a piezoelectric element.

本実施形態の光スイッチは、圧電層１１の圧電材料として鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用しており、単結晶基板からなる支持基板１として、上記一表面である主表面が（００１）面のＭｇＯ基板を用いているが、これに限らず、例えば、主表面が（００１）面のＳｒＴｉＯ３基板や、主表面が（１１１）面のＭｇＯ基板もしくは主表面が（１１１）面のＳｒＴｉＯ３基板などを用いてもよい。また、支持基板１としては、主表面が（００１）面のＳｉ基板を用いてもよいが、この場合は、支持基板１と可動部１０との間に一対の電極１２，１２が電気的に接続されるのを防止するための絶縁層を形成する必要があり、可動部１０の形成前に当該絶縁層として、支持基板１の上記一表面側にＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）薄膜や、ＣｅＯ２薄膜とＹＳＺ薄膜との積層膜や、Ａｌ２Ｏ３薄膜をスパッタ法などによりエピタキシャル成長させればよい。なお、本実施形態の光スイッチは、支持基板１が上述のようにＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、Ｓｉのいずれかからなるので、マイクロマシニング技術を利用して製造することができる。 The optical switch of the present embodiment employs PZT, which is a kind of lead-based piezoelectric material, as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 11, and the main surface as one surface is (001) as the support substrate 1 made of a single crystal substrate. However, the present invention is not limited to this. For example, an SrTiO 3 substrate having a main surface of (001) plane, an MgO substrate having a main surface of (111) plane, or a main surface of (111) plane is used. An SrTiO 3 substrate or the like may be used. The support substrate 1 may be a Si substrate having a (001) main surface. In this case, a pair of electrodes 12 and 12 are electrically connected between the support substrate 1 and the movable portion 10. It is necessary to form an insulating layer for preventing the connection, and before forming the movable portion 10, as the insulating layer, a YSZ (yttria stabilized zirconia) thin film or CeO is formed on the one surface side of the support substrate 1. A laminated film of two thin films and a YSZ thin film, or an Al 2 O 3 thin film may be epitaxially grown by sputtering or the like. Note that the optical switch of the present embodiment can be manufactured using micromachining technology because the support substrate 1 is made of any one of MgO, SrTiO 3 , and Si as described above.

なお、当該絶縁層は、支持基板１の上記一表面側の全面に残すようにしてもよいが、少なくとも各導体パターン１３，１３および各電極１２，１２と支持基板１との間に介在する形で残るようにパターニングしてもよい。   The insulating layer may be left on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side. However, the insulating layer is interposed between at least the conductor patterns 13 and 13 and the electrodes 12 and 12 and the support substrate 1. It may be patterned so as to remain.

上述の圧電層１１は、支持基板１の上記一表面側にエピタキシャル成長したＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜１１ａ（図３（ｂ）参照）をパターニングすることにより形成されている。ここにおいて、圧電薄膜１１ａは、（００１）配向の単結晶薄膜により構成されているが、（００１）配向の多結晶薄膜により構成してもよいし、（１１１）配向の単結晶薄膜もしくは多結晶薄膜により構成してもよい。なお、圧電薄膜１１ａは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した単結晶薄膜、あるいは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した多結晶薄膜であればよい。   The piezoelectric layer 11 described above is formed by patterning a piezoelectric thin film 11a (see FIG. 3B) made of a PZT thin film epitaxially grown on the one surface side of the support substrate 1. Here, the piezoelectric thin film 11a is composed of a (001) -oriented single crystal thin film, but may be composed of a (001) -oriented polycrystalline thin film, or a (111) -oriented single crystalline thin film or polycrystalline. You may comprise by a thin film. The piezoelectric thin film 11a may be a single crystal thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction, or a polycrystalline thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction.

圧電層１１の圧電材料（つまり、圧電薄膜１１ａの圧電材料）は、ＰＺＴに限らず、不純物を添加したＰＺＴやＰＭＮ−ＰＺＴなどの鉛系圧電材料であればよく、圧電材料がＺｎＯである場合に比べて圧電層１２の先端部の変位量を大きくすることが可能となる。また、圧電層１１の圧電材料は、鉛系圧電材料に限らず、例えば、鉛フリーのＫＮＮ（Ｋ０．５Ｎａ０．５ＮｂＯ３）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ３）、ＫＮＮに不純物（例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなど）を添加したものでもよい。 The piezoelectric material of the piezoelectric layer 11 (that is, the piezoelectric material of the piezoelectric thin film 11a) is not limited to PZT but may be any lead-based piezoelectric material such as PZT or PMN-PZT to which impurities are added, and the piezoelectric material is ZnO. Compared to the above, it is possible to increase the amount of displacement of the tip of the piezoelectric layer 12. In addition, the piezoelectric material of the piezoelectric layer 11 is not limited to a lead-based piezoelectric material. For example, lead-free KNN (K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ), KN (KNbO 3 ), NN (NaNbO 3 ), A material obtained by adding impurities (for example, Li, Nb, Ta, Sb, Cu, etc.) to KNN may be used.

また、各電極１１および各導体パターン１３の材料としてＡｕを採用しているが、これらの材料はＡｕに限定するものではなく、例えば、Ｐｔ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏなどを採用してもよい。   Moreover, although Au is adopted as the material of each electrode 11 and each conductor pattern 13, these materials are not limited to Au, and for example, Pt, Al, W, Mo, etc. may be adopted.

また、変位量増大部１４は、電気絶縁性を有する感光性樹脂組成物の硬化物により構成されている。なお、変位量増大部１４用の感光性樹脂組成物としては、５〜７００μｍ厚の厚膜に成膜が可能で、耐薬品性および耐熱性が高く、露光・現像により、高アスペクト比のパターニングが可能なもの（永久レジストと呼ばれ、露光・現像によるパターニング後に永久膜として利用可能なフォトレジスト）を用いている。また、変位量増大部１４を板状の形状としてあるが、変位量増大部１４の形状は特に限定するものではない。   Moreover, the displacement amount increase part 14 is comprised with the hardened | cured material of the photosensitive resin composition which has electrical insulation. The photosensitive resin composition for the displacement increasing portion 14 can be formed into a thick film having a thickness of 5 to 700 μm, has high chemical resistance and heat resistance, and has a high aspect ratio patterning by exposure and development. (Which is called a permanent resist and can be used as a permanent film after patterning by exposure / development). Moreover, although the displacement amount increase part 14 is made into plate shape, the shape of the displacement amount increase part 14 is not specifically limited.

ところで、本実施形態の光スイッチは、一対の電極１２，１２間に電圧を印加したときの圧電層１１の変位が圧電定数ｄ１５〔ｍ／Ｖ〕で規定される。要するに、本実施形態の光スイッチは、圧電層１１がｄ３１モードではなくｄ１５モードで変形する。ここで、図２（ａ）に示すように上記規定方向における圧電層１１の厚さをｔ１〔μｍ〕、支持基板１の厚み方向における圧電層１１の高さをｌ１〔μｍ〕、上記規定方向における可動部１０の厚さをｔ２、支持基板１の厚み方向における可動部１０の高さをｌ２〔μｍ〕とし、一対の電極１２，１２間に電圧Ｖｉを印加して圧電層１１に電界Ｅ〔Ｖ／ｍ〕をかけたときに変位量増大部１４の先端部が図２（ｂ）に示すように上記規定方向へΔｘ〔μｍ〕の変位量だけ変位するものとし、例えば、ｔ１＝５〔μｍ〕、ｌ１＝３〔μｍ〕、ｔ２＝７〔μｍ〕、ｌ２＝５０〔μｍ〕、Ｖｉ＝１０〔Ｖ〕とし、圧電層１１の材料をＰＺＴ−５Ｈとして、圧電定数をｅｙｘ＝−６．５、ｅｙｙ＝２３．３、ｅｘ−ｘｙ＝１７とし、弾性率や誘電率などの他の物性定数はＰＺＴ−５Ｈの値を用い、また、変位量増大部１４の材料を化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ８（商品名）として当該ＳＵ８の物性定数を用い、有限要素法によるシミュレーションを行った結果、Δｘ＝８〔ｎｍ〕となり、圧電層１１の先端部の変位量に比べて大きな変位量を得ることができるという結果が得られた。要するに、可動部１０に変位量増大部１４を設けたことにより、変位量増大部１４を設けていない場合に比べて可動部１０の先端部の変位量を増大させることができる。 By the way, in the optical switch of this embodiment, the displacement of the piezoelectric layer 11 when a voltage is applied between the pair of electrodes 12 and 12 is defined by the piezoelectric constant d 15 [m / V]. In short, the optical switch of the present embodiment, the piezoelectric layer 11 is deformed in a d 15 mode rather than d 31 mode. Here, as shown in FIG. 2A, the thickness of the piezoelectric layer 11 in the prescribed direction is t 1 [μm], and the height of the piezoelectric layer 11 in the thickness direction of the support substrate 1 is l 1 [μm]. The thickness of the movable portion 10 in the prescribed direction is t 2 , the height of the movable portion 10 in the thickness direction of the support substrate 1 is l 2 [μm], and a voltage Vi is applied between the pair of electrodes 12 and 12 to apply the piezoelectric layer. 11, when the electric field E [V / m] is applied, the tip of the displacement amount increasing portion 14 is displaced by a displacement amount of Δx [μm] in the specified direction as shown in FIG. T 1 = 5 [μm], l 1 = 3 [μm], t 2 = 7 [μm], l 2 = 50 [μm], Vi = 10 [V], and the material of the piezoelectric layer 11 is PZT-5H The piezoelectric constants are e yx = −6.5, e yy = 23.3, e x−xy = 17, and the elastic modulus and For other physical constants such as electric power, the value of PZT-5H is used, and the material of the displacement increasing portion 14 is used as SU8 (trade name) manufactured by Kayaku Microchem Co., Ltd. As a result of performing the simulation by the element method, Δx = 8 [nm] was obtained, and a result was obtained that a displacement amount larger than the displacement amount of the tip portion of the piezoelectric layer 11 can be obtained. In short, by providing the displacement amount increasing portion 14 in the movable portion 10, the displacement amount of the distal end portion of the movable portion 10 can be increased as compared with the case where the displacement amount increasing portion 14 is not provided.

上記規定方向における電極１２の厚さは、上記規定方向において、圧電層１１の厚さ：電極１２の厚さ＝５０：１となるように２０ｎｍに設定してあるが、これらの値は特に限定するものではない。また、支持基板１の厚み方向における圧電層１１の高さｌ１〔μｍ〕もおよび上記規定方向における圧電層１１の厚さｔ１も特に限定するものではなく、高さ１１は１０μｍ以下、厚さｔ１は５００μｍ以下で適宜設定することが好ましい。なお、圧電層１１の高さｌ１は上述の圧電薄膜１１ａの膜厚により決まるので、圧電層１１の高さｌ１が高すぎると圧電薄膜１１ａの形成時にクラックが生じる恐れがあり、圧電層１１の高さｌ１が低すぎると圧電薄膜１１ａの結晶性が悪く圧電定数ｄ１５が低くなってしまうので、これらの問題を考慮して適宜設定すればよい。また、圧電層１１の厚さｔ１については、厚すぎると一対の電極１２，１２間に印加する電圧が大きくなって消費電力が増加し、薄すぎると一対の電極１２，１２間にリーク電流が流れてしまうので、これらの問題を考慮して適宜設定すればよい。 The thickness of the electrode 12 in the prescribed direction is set to 20 nm so that the thickness of the piezoelectric layer 11: the thickness of the electrode 12 = 50: 1 in the prescribed direction, but these values are particularly limited. Not what you want. Further, the height l 1 [μm] of the piezoelectric layer 11 in the thickness direction of the support substrate 1 and the thickness t 1 of the piezoelectric layer 11 in the specified direction are not particularly limited, and the height 11 is 10 μm or less, the thickness t 1 is preferably set appropriately 500μm or less. Incidentally, since the height l 1 of the piezoelectric layer 11 is determined by the thickness of the above-mentioned piezoelectric thin film 11a, there is a possibility that cracks occur in the height l 1 of the piezoelectric layer 11 is too high during the formation of the piezoelectric thin film 11a, the piezoelectric layer since the height l 1 is too low, crystallinity of the piezoelectric thin film 11a deteriorates the piezoelectric constant d 15 of 11 becomes low, may be appropriately set in consideration of these problems. As for the thickness t 1 of the piezoelectric layer 11, if it is too thick, the voltage applied between the pair of electrodes 12, 12 increases and the power consumption increases, and if it is too thin, the leakage current flows between the pair of electrodes 12, 12. Therefore, it may be set appropriately in consideration of these problems.

以下、本実施形態の光スイッチの製造方法について図３および図４に基づいて説明するが、（ａ）〜（ｅ）それぞれは上段が概略断面図、下段が概略平面図を示している。   Hereinafter, a method for manufacturing the optical switch of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4, wherein (a) to (e) each show a schematic sectional view in the upper stage and a schematic plan view in the lower stage.

まず、図３（ａ）に示すＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層１１の基礎となるＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜１１ａをスパッタ法（ＲＦスパッタ法など）によりエピタキシャル成長させる圧電薄膜形成工程を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。なお、圧電薄膜１１ａは、スパッタ法に限らず、ＣＶＤ法やゾルゲル法などにより形成してもよいが、スパッタ法によりエピタキシャル成長させることにより、分極方向の揃った結晶性の良い圧電薄膜１１ａを形成することができるので、ポーリング処理が不要であり、ゾルゲル法やＣＶＤ法により圧電薄膜１１ａを形成する場合に比べて製造プロセスの簡略化を図れる。   First, a piezoelectric thin film 11a made of a PZT thin film serving as the basis of the piezoelectric layer 11 is epitaxially grown on the entire surface on the one surface side of the support substrate 1 made of an MgO substrate shown in FIG. 3A by sputtering (RF sputtering or the like). The structure shown in FIG. 3B is obtained by performing the piezoelectric thin film forming step. The piezoelectric thin film 11a is not limited to the sputtering method, and may be formed by a CVD method, a sol-gel method, or the like, but the piezoelectric thin film 11a having a uniform crystallinity with a uniform polarization direction is formed by epitaxial growth using the sputtering method. Therefore, the poling process is unnecessary, and the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the piezoelectric thin film 11a is formed by the sol-gel method or the CVD method.

上述の圧電薄膜形成工程の後、圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）２１をフォトリソグラフィ技術を利用して圧電薄膜１１ａ上に形成する第１のレジスト層形成工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。なお、第１のレジスト層２１における上記規定方向（図３（ｃ）上段での左右方向）の幅は、圧電層１１の上記厚さｔ１（図２（ａ）参照）よりもやや大きな値に設定してある。 After the above-described piezoelectric thin film forming step, a resist layer (hereinafter referred to as a first resist layer) 21 patterned to form the piezoelectric layer 11 composed of a part of the piezoelectric thin film 11a is used by using a photolithography technique. The structure shown in FIG. 3C is obtained by performing the first resist layer forming step formed on the piezoelectric thin film 11a. Note that the width of the first resist layer 21 in the prescribed direction (the left-right direction in the upper part of FIG. 3C) is slightly larger than the thickness t 1 of the piezoelectric layer 11 (see FIG. 2A). It is set to.

第１のレジスト層形成工程の後、第１のレジスト層２１をマスクとして、圧電薄膜１１ａをエッチングすることで圧電層１１を形成する圧電薄膜パターニング工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造を得る。ここで、圧電薄膜パターニング工程では、サイドエッチングが起こるようなエッチング条件で圧電薄膜１１ａをエッチングする。なお、圧電薄膜パターニング工程は、ウェットエッチングでパターニングするようにしてもよいし、ドライエッチングによりパターニングするようにしてもよい。上述のように圧電薄膜１１ａの圧電材料がＰＺＴの場合にウェットエッチングでパターニングする際のエッチング条件としては、例えば、フッ酸（５０％）：硝酸（６５％）：水＝１：１：１０００のエッチング液を用いればよく、ドライエッチングでパターニングする際のエッチング条件としては、例えば、反応性ドライエッチング装置において、エッチングガスとしてＣｌ２ガスとＣＦ４ガスとを用い、トータルのガス流量を標準状態で０．０２Ｌ／ｍｉｎ（２０ｓｃｃｍ）、エッチング圧力を２．７〜２１．３Ｐａ（２〜１６ｍＴｏｒｒ）、入力電力を８００Ｗ程度とすればよい。 After the first resist layer forming step, a piezoelectric thin film patterning step is performed to form the piezoelectric layer 11 by etching the piezoelectric thin film 11a using the first resist layer 21 as a mask, thereby, as shown in FIG. Get the structure. Here, in the piezoelectric thin film patterning step, the piezoelectric thin film 11a is etched under etching conditions that cause side etching. In the piezoelectric thin film patterning step, patterning may be performed by wet etching or patterning by dry etching. As described above, when the piezoelectric material of the piezoelectric thin film 11a is PZT, the etching conditions for patterning by wet etching are, for example, hydrofluoric acid (50%): nitric acid (65%): water = 1: 1: 1000. Etching solution may be used. As an etching condition for patterning by dry etching, for example, in a reactive dry etching apparatus, Cl 2 gas and CF 4 gas are used as etching gases, and the total gas flow rate is set in a standard state. 0.02 L / min (20 sccm), the etching pressure may be 2.7 to 21.3 Pa (2 to 16 mTorr), and the input power may be about 800 W.

上述の圧電薄膜パターニング工程の後、支持基板１の上記一表面側に各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３の基礎となる導電性膜（例えば、Ａｕ膜など）１２ａをスパッタ法などにより形成する導電性膜形成工程を行うことによって、図３（ｅ）に示す構造を得る。なお、導電成膜１２ａをスパッタ法により形成する場合には、いわゆる斜めスパッタ法により導電性膜１２ａを形成することにより、第１のレジスト層２１下の圧電薄膜１１ａの側面にも導電性膜１２ａを略均一に被着させることができる。   After the above-described piezoelectric thin film patterning step, a conductive film (for example, an Au film) 12a serving as the basis of each electrode 12, 12 and each conductor pattern 13, 13 is formed on the one surface side of the support substrate 1 by sputtering or the like. The structure shown in FIG. 3E is obtained by performing the conductive film forming step to be formed. When the conductive film 12a is formed by sputtering, the conductive film 12a is also formed on the side surface of the piezoelectric thin film 11a below the first resist layer 21 by forming the conductive film 12a by so-called oblique sputtering. Can be deposited substantially uniformly.

上述の導電性膜形成工程の後、第１のレジスト層２１と導電性膜１２ａのうち当該第１のレジスト層２１に被着されている部位を除去するリフトオフ工程（第１のレジスト層除去工程）を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。   After the above-described conductive film forming step, a lift-off step (first resist layer removing step) for removing a portion of the first resist layer 21 and the conductive film 12a that is attached to the first resist layer 21. ) To obtain the structure shown in FIG.

その後、圧電層１１をパターニングするとともにそれぞれ導電性膜１２ａの一部からなる各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第２のレジスト層と称する）２２をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板の上記一表面側に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。   After that, the piezoelectric layer 11 is patterned and a resist layer (hereinafter referred to as a second resist layer) patterned to form the electrodes 12 and 12 and the conductor patterns 13 and 13 each consisting of a part of the conductive film 12a. The structure shown in FIG. 4B is obtained by performing a second resist layer forming step for forming 22 on the one surface side of the support substrate using a photolithography technique.

その後、第２のレジスト層２２をマスクとして、圧電層１１をエッチングする圧電層パターニング工程と、導電性膜１２ａをエッチングすることで各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３を形成する導電性膜パターニング工程とを順次行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, using the second resist layer 22 as a mask, the piezoelectric layer patterning step for etching the piezoelectric layer 11 and the conductive films 12a are etched to form the electrodes 12, 12 and the conductive patterns 13, 13. The structure shown in FIG. 4C is obtained by sequentially performing the film patterning process.

その後、第２のレジスト層２２を除去する第２のレジスト層を除去する第２のレジスト層除去工程を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造を得る。   Thereafter, a second resist layer removing step for removing the second resist layer for removing the second resist layer 22 is performed to obtain the structure shown in FIG.

その後、支持基板１の上記一表面側に変位量増大部１４を形成する変位量増大部形成工程を行うことによって、図４（ｅ）に示す構造の光スイッチを得る。なお、変位量増大部形成工程では、支持基板１の上記一表面側に変位量増大部１４の基礎となる上述の感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布して感光性樹脂層を形成してから、当該感光性樹脂層を露光して現像することにより変位量増大部１４を形成する。   Thereafter, the displacement amount increasing portion forming step of forming the displacement amount increasing portion 14 on the one surface side of the support substrate 1 is performed, thereby obtaining the optical switch having the structure shown in FIG. In the displacement amount increasing portion forming step, the photosensitive resin layer that forms the basis of the displacement amount increasing portion 14 is applied to the one surface side of the support substrate 1 by a spin coating method to form a photosensitive resin layer. Then, the photosensitive resin layer is exposed and developed to form the displacement amount increasing portion 14.

上述の光スイッチの製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数の光スイッチを形成した後、ダイシング工程で個々の光スイッチに分割すればよい。   In manufacturing the above-described optical switch, a large number of optical switches may be formed at the wafer level using a wafer as the above-described support substrate 1 and then divided into individual optical switches in a dicing process.

以上説明した本実施形態の圧電薄膜デバイス（光スイッチ）によれば、支持基板１の上記一表面側に形成された可動部１０が、支持基板１の上記一表面側に立設され支持基板１の厚み方向に直交する上記規定方向において離間した一対の電極１２，１２と、支持基板１の上記一表面側に形成した圧電薄膜１１ａを用いて形成され上記規定方向において一対の電極１２，１２間に介在する圧電層１１とを有し、一対の電極１２，１２間に電圧を印加することにより圧電層１１が上記規定方向に振動もしくは変位するので、支持基板１の厚み方向に振動もしくは変位する圧電素子を用いた圧電薄膜デバイスに比べて支持基板１の小型化が可能になる。   According to the piezoelectric thin film device (optical switch) of the present embodiment described above, the movable portion 10 formed on the one surface side of the support substrate 1 is erected on the one surface side of the support substrate 1 and is supported on the support substrate 1. Between the pair of electrodes 12, 12 spaced apart in the prescribed direction perpendicular to the thickness direction and the piezoelectric thin film 11a formed on the one surface side of the support substrate 1, and between the pair of electrodes 12, 12 in the prescribed direction. Since the piezoelectric layer 11 vibrates or displaces in the specified direction by applying a voltage between the pair of electrodes 12 and 12, it vibrates or displaces in the thickness direction of the support substrate 1. The support substrate 1 can be downsized as compared with a piezoelectric thin film device using a piezoelectric element.

また、本実施形態の圧電薄膜デバイスでは、上述の圧電薄膜１１ａが、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した多結晶薄膜、あるいは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した単結晶薄膜なので、圧電薄膜１１ａの結晶性が良く、上記規定方向への圧電層１１の変位量を大きくすることができる。また、本実施形態では、一対の電極１２，１２間に電圧を印加したときの変位が圧電定数ｄ１５で規定されるので、圧電層１１の変位が圧電定数ｄ３１や圧電定数ｄ３３で規定される場合に比べて、上記規定方向への圧電層１１の変位量を大きくすることができる。 In the piezoelectric thin film device of the present embodiment, the piezoelectric thin film 11a described above is a polycrystalline thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction, or preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction. Since it is a single crystal thin film, the crystallinity of the piezoelectric thin film 11a is good, and the displacement amount of the piezoelectric layer 11 in the prescribed direction can be increased. In this embodiment, the displacement when a voltage is applied between the pair of electrodes 12 and 12 is defined by the piezoelectric constant d 15 , so the displacement of the piezoelectric layer 11 is defined by the piezoelectric constant d 31 and the piezoelectric constant d 33 . Compared to the case, the amount of displacement of the piezoelectric layer 11 in the specified direction can be increased.

また、上述の圧電薄膜デバイス（光スイッチ）の製造方法によれば、支持基板１として一表面が（００１）面もしくは（１１１）面の単結晶基板を用い、圧電層１１の基礎となる圧電薄膜１１ａをスパッタ法により支持基板１の上記一表面側にエピタキシャル成長させることにより、分極方向の揃った結晶性の良い圧電薄膜１１ａを形成することができるので、ポーリング処理が不要であり、ゾルゲル法やＣＶＤ法により圧電薄膜１１ａを形成する場合に比べて製造プロセスの簡略化を図れ、圧電薄膜１１ａをパターニングすることにより当該圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１を形成し、その後、圧電層１１における上記規定方向の両側それぞれに電極１２，１２を形成するので、支持基板１の小型化が可能な圧電薄膜デバイスを提供することが可能となる。   In addition, according to the above-described method for manufacturing a piezoelectric thin film device (optical switch), a piezoelectric thin film serving as the basis of the piezoelectric layer 11 is obtained by using a single crystal substrate having one surface of (001) or (111) as the support substrate 1. By epitaxially growing 11a on the one surface side of the support substrate 1 by sputtering, a piezoelectric thin film 11a having a uniform polarization direction and good crystallinity can be formed. The manufacturing process can be simplified as compared with the case where the piezoelectric thin film 11a is formed by the method, and the piezoelectric thin film 11a is formed by patterning the piezoelectric thin film 11a. Since the electrodes 12 and 12 are formed on both sides in the prescribed direction, a piezoelectric thin film device capable of reducing the size of the support substrate 1 is provided. It is possible to become.

なお、本実施形態では、可動部１０に変位量増大部１４を設けてあるが、変位量増大部１４は必ずしも設ける必要はない。   In the present embodiment, the displacement amount increasing portion 14 is provided in the movable portion 10, but the displacement amount increasing portion 14 is not necessarily provided.

（実施形態２）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして、光通信装置やカラーディスプレイなどに適用可能な光スイッチを例示する。 (Embodiment 2)
In this embodiment, an optical switch applicable to an optical communication device, a color display, or the like is illustrated as a piezoelectric thin film device.

本実施形態の光スイッチの基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、複数個（図示例では、４個）の可動部１０が支持基板１の上記一表面側に形成され、支持基板１の上記一表面側に可動部１０の一対の電極１２，１２に電気的に接続される一対の導体パターン１３，１３が複数対（図示例では、４対）形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態の光スイッチの製造方法は、実施形態１と同様なので説明を省略する。   The basic configuration of the optical switch of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 5, a plurality (four in the illustrated example) of movable parts 10 are on the one surface side of the support substrate 1. A plurality of pairs (four pairs in the illustrated example) of a pair of conductor patterns 13 and 13 that are electrically connected to the pair of electrodes 12 and 12 of the movable portion 10 are formed on the one surface side of the support substrate 1. Is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted. The method for manufacturing the optical switch of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

複数個の可動部１０は、支持基板１の上記一表面側において電極１２，１２間に電圧が印加されていない状態で互いに平行し且つ圧電層１１の厚み方向において互いに重ならないように配置されている。なお、各可動部１０の変位量増大部１４は、実施形態１と同様、支持基板１の厚み方向を長手方向、圧電層１１の厚さ方向（一対の電極１２，１２の並設方向）を短手方向とする細長の板状（帯板状）の形状に形成されている。   The plurality of movable parts 10 are arranged on the one surface side of the support substrate 1 so as to be parallel to each other in a state where no voltage is applied between the electrodes 12 and 12 and not to overlap each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 11. Yes. As in the first embodiment, the displacement amount increasing portion 14 of each movable portion 10 has the thickness direction of the support substrate 1 in the longitudinal direction and the thickness direction of the piezoelectric layer 11 (the direction in which the pair of electrodes 12 and 12 are arranged in parallel). It is formed in an elongated plate shape (band plate shape) in the short direction.

しかして、本実施形態の圧電薄膜デバイスは、複数の光ＬＢのスイッチングが可能な複数入力複数出力の光スイッチとして用いることができる。   Therefore, the piezoelectric thin film device of the present embodiment can be used as a multiple-input multiple-output optical switch capable of switching a plurality of light LBs.

（実施形態３）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして、光通信装置や光偏向装置などに適用可能な光スイッチを例示する。 (Embodiment 3)
In the present embodiment, as the piezoelectric thin film device, an optical switch applicable to an optical communication device, an optical deflection device, or the like is illustrated.

本実施形態の光スイッチの基本構成は実施形態２と略同じであって、各変位量増大部１４の側面に反射率の高い材料（例えば、Ａｌなど）からなる反射膜（図示せず）が形成されており、図６に示すように、複数の光ＬＢそれぞれを各別に偏向することができる。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   The basic configuration of the optical switch of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, and a reflection film (not shown) made of a highly reflective material (for example, Al) is provided on the side surface of each displacement amount increasing portion 14. As shown in FIG. 6, each of the plurality of light beams LB can be deflected separately. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 2, and description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態の圧電薄膜デバイスは、複数の光ＬＢそれぞれを各別に偏向することが可能な光スイッチとして用いることができる。   Therefore, the piezoelectric thin film device of the present embodiment can be used as an optical switch that can deflect each of the plurality of light beams LB.

（実施形態４）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして光スイッチを例示する。 (Embodiment 4)
In this embodiment, an optical switch is illustrated as a piezoelectric thin film device.

本実施形態の光スイッチの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７および図８に示すように、支持基板１の厚み方向において圧電層１１の両側に形成された一対のポーリング処理用電極１５ｂ，１５ａを備えている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   The basic configuration of the optical switch of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 7 and 8, a pair of polling processes formed on both sides of the piezoelectric layer 11 in the thickness direction of the support substrate 1. The difference is that the electrodes 15b and 15a are provided. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

また、本実施形態の光スイッチは、支持基板１の上記一表面側に、圧電層１１における支持基板１側のポーリング処理用電極１５ａに電気的に接続された導体パターン１６が形成されている。   In the optical switch of this embodiment, a conductor pattern 16 electrically connected to the poling processing electrode 15a on the support substrate 1 side in the piezoelectric layer 11 is formed on the one surface side of the support substrate 1.

しかして、本実施形態の光スイッチによれば、一対のポーリング処理用電極１５ｂ，１ａ間に例えば圧電層１１における支持基板１側とは反対側のポーリング処理用電極１５ｂを高電位側として直流の電圧を印加することにより圧電層１１の分極方向を揃えることができるので、圧電層１１の基礎となる圧電薄膜１１ａの成膜方法の選択肢が多くなって製造プロセスのプロセス設計が容易になり、また、圧電層１１の分極状態が経時変化した場合でも一対のポーリング処理用電極１５ｂ，１５ａ間に電圧を印加してポーリング処理を行うことにより圧電層１１の分極方向を揃えることができるので、長寿命化を図れる。   Thus, according to the optical switch of the present embodiment, for example, the poling electrode 15b on the opposite side of the piezoelectric substrate 11 from the supporting substrate 1 side is set to the high potential side between the pair of poling electrodes 15b and 1a. Since the polarization direction of the piezoelectric layer 11 can be made uniform by applying a voltage, there are many choices for the method of forming the piezoelectric thin film 11a which is the basis of the piezoelectric layer 11, and the process design of the manufacturing process becomes easy. Even when the polarization state of the piezoelectric layer 11 changes with time, it is possible to align the polarization direction of the piezoelectric layer 11 by applying a voltage between the pair of polling electrodes 15b and 15a to perform the poling process. Can be realized.

以下、本実施形態の光スイッチの製造方法について図９および図１０に基づいて説明するが、（ａ）〜（ｅ）それぞれは上段が概略断面図、下段が概略平面図を示している。また、実施形態１で説明した工程と同様の工程については説明を適宜省略する。   Hereinafter, a method for manufacturing the optical switch of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. Each of (a) to (e) shows a schematic sectional view in the upper stage and a schematic plan view in the lower stage. In addition, description of steps similar to those described in Embodiment 1 is omitted as appropriate.

まず、ＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側に一方のポーリング処理用電極１５ａおよび導体パターン１６を形成する第１のポーリング処理用電極形成工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。なお、第１のポーリング処理用電極形成工程では、支持基板１の上記一表面側の全面にポーリング処理用電極１５ａの基礎となる金属膜（例えば、Ｐｔ膜など）をスパッタ法などにより形成してから、当該金属膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることによりポーリング処理用電極１５ａを形成する。   First, as shown in FIG. 9A, a first polling electrode forming process is performed to form one polling electrode 15a and a conductor pattern 16 on the one surface side of the support substrate 1 made of an MgO substrate. Get the structure. In the first poling process electrode forming step, a metal film (for example, a Pt film) serving as a base of the poling process electrode 15a is formed on the entire surface of the support substrate 1 on the one surface side by sputtering or the like. Then, the electrode 15a for poling process is formed by patterning the metal film using a photolithography technique and an etching technique.

第１のポーリング処理用電極形成工程の後、支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層１１の基礎となるＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜１１ａをスパッタ法（ＲＦスパッタ法など）によりエピタキシャル成長させる圧電薄膜形成工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。   Piezoelectric thin film 11a made of a PZT thin film serving as the basis of the piezoelectric layer 11 is epitaxially grown by sputtering (such as RF sputtering) on the entire surface of the one surface side of the support substrate 1 after the first electrode forming process for poling treatment. By performing the thin film forming step, the structure shown in FIG. 9B is obtained.

その後、圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第１のレジスト層と称する）２１をフォトリソグラフィ技術を利用して圧電薄膜１１ａ上に形成する第１のレジスト層形成工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, a resist layer (hereinafter referred to as a first resist layer) 21 patterned to form the piezoelectric layer 11 composed of a part of the piezoelectric thin film 11a is formed on the piezoelectric thin film 11a using a photolithography technique. The structure shown in FIG. 9C is obtained by performing the first resist layer forming step.

第１のレジスト層形成工程の後、第１のレジスト層２１をマスクとして、圧電薄膜１１ａをエッチングすることで圧電層１１を形成する圧電薄膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。   After the first resist layer forming step, a piezoelectric thin film patterning step for forming the piezoelectric layer 11 by etching the piezoelectric thin film 11a is performed using the first resist layer 21 as a mask, thereby obtaining the structure shown in FIG. Get the structure.

その後、支持基板１の上記一表面側に各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３の基礎となる導電性膜（例えば、Ａｕ膜など）１２ａをスパッタ法などにより形成する導電性膜形成工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。   Thereafter, a conductive film forming step of forming a conductive film (for example, an Au film) 12a serving as a basis of the electrodes 12, 12 and the conductor patterns 13, 13 on the one surface side of the support substrate 1 by a sputtering method or the like. To obtain the structure shown in FIG.

上述の導電性膜形成工程の後、第１のレジスト層２１と導電性膜１２ａのうち当該第１のレジスト層２１に被着されている部位を除去するリフトオフ工程（第１のレジスト層除去工程）を行うことによって、図１０（ａ）に示す構造を得る。   After the above-described conductive film forming step, a lift-off step (first resist layer removing step) for removing a portion of the first resist layer 21 and the conductive film 12a that is attached to the first resist layer 21. ) To obtain the structure shown in FIG.

その後、それぞれ導電性膜１２ａの一部からなる各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３を形成するためにパターニングされたレジスト層（以下、第２のレジスト層と称する）２２をフォトリソグラフィ技術を利用して支持基板１の上記一表面側に形成する第２のレジスト層形成工程を行うことによって、図１０（ｂ）に示す構造を得る。   Thereafter, a resist layer (hereinafter referred to as a second resist layer) 22 patterned to form the electrodes 12 and 12 and the conductor patterns 13 and 13 each of which is a part of the conductive film 12a is formed by a photolithography technique. A structure shown in FIG. 10B is obtained by performing the second resist layer forming step formed on the one surface side of the support substrate 1 using the above-described structure.

その後、第２のレジスト層２２をマスクとして、導電性膜１２ａをエッチングすることで各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３を形成する導電性膜パターニング工程を行うことによって、図１０（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, by conducting the conductive film patterning step of forming the electrodes 12 and 12 and the conductor patterns 13 and 13 by etching the conductive film 12a using the second resist layer 22 as a mask, FIG. ) Is obtained.

その後、第２のレジスト層２２を除去する第２のレジスト層を除去する第２のレジスト層除去工程を行うことによって、図１０（ｄ）に示す構造を得る。   Thereafter, a second resist layer removing step for removing the second resist layer for removing the second resist layer 22 is performed to obtain the structure shown in FIG.

その後、圧電層１１における支持基板１側とは反対側の表面上に他方のポーリング処理用電極１５ｂを形成する第２のポーリング処理用電極形成工程を行うことによって、図１０（ｅ）に示す構造の光スイッチを得る。   Thereafter, by performing a second poling process electrode forming step for forming the other poling process electrode 15b on the surface of the piezoelectric layer 11 opposite to the support substrate 1, the structure shown in FIG. Get an optical switch.

上述の光スイッチの製造にあたっては、上述の支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで多数の光スイッチを形成した後、ダイシング工程で個々の光スイッチに分割すればよい。   In manufacturing the above-described optical switch, a large number of optical switches may be formed at the wafer level using a wafer as the above-described support substrate 1 and then divided into individual optical switches in a dicing process.

以上説明した本実施形態の圧電薄膜デバイス（光スイッチ）の製造方法によれば、支持基板１として一表面が（００１）面もしくは（１１１）面の単結晶基板を用い、圧電層１１の基礎となる圧電薄膜１１ａをスパッタ法により支持基板１の上記一表面側にエピタキシャル成長させることにより、分極方向の揃った結晶性の良い圧電薄膜１１ａを形成することができるので、製造時のポーリング処理が不要であり、ゾルゲル法やＣＶＤ法により圧電薄膜１１ａを形成する場合に比べて製造プロセスの簡略化を図れ、圧電薄膜１１ａをパターニングすることにより当該圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１を形成し、その後、圧電層１１における上記規定方向の両側それぞれに電極１２，１２を形成するので、支持基板１の小型化が可能な圧電薄膜デバイスを提供することが可能となる。   According to the method for manufacturing a piezoelectric thin film device (optical switch) of the present embodiment described above, a single crystal substrate having a (001) plane or a (111) plane as the support substrate 1 is used, The piezoelectric thin film 11a is epitaxially grown on the one surface side of the support substrate 1 by sputtering, so that the piezoelectric thin film 11a having the same polarization direction and good crystallinity can be formed. Yes, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the piezoelectric thin film 11a is formed by the sol-gel method or the CVD method, and the piezoelectric thin film 11a is formed by patterning the piezoelectric thin film 11a. Thereafter, since the electrodes 12 and 12 are formed on both sides of the piezoelectric layer 11 in the prescribed direction, the support substrate 1 can be reduced in size. It is possible to provide a conductive thin film device.

（実施形態５）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして、マイクロピンセットを例示する。 (Embodiment 5)
In this embodiment, a microtweezer is illustrated as a piezoelectric thin film device.

本実施形態のマイクロピンセットの基本構成は実施形態１の圧電薄膜デバイスと略同じであり、図１１に示すように、支持基板１の上記一表面側に２個の可動部１０が圧電層１１の厚さ方向に所定距離だけ離間して対向配置されており、２個の可動部１０の変位量増大部１４が、圧電層１１の厚さ方向を厚み方向とする板状（帯板状）に形成され、微細な対象物（例えば、細胞など）を摘むための摘み片を構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態のマイクロピンセットの製造方法は実施形態１の圧電薄膜デバイスの製造方法と同様なので説明を省略する。   The basic configuration of the microtweezers of the present embodiment is substantially the same as that of the piezoelectric thin film device of the first embodiment. As shown in FIG. 11, two movable parts 10 are provided on the one surface side of the support substrate 1. The two movable portions 10 are disposed opposite each other with a predetermined distance in the thickness direction, and the displacement amount increasing portions 14 of the two movable portions 10 are formed in a plate shape (band plate shape) in which the thickness direction of the piezoelectric layer 11 is the thickness direction. A formed piece is formed to pick up a fine object (for example, a cell). In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted. In addition, the manufacturing method of the microtweezers of the present embodiment is the same as the manufacturing method of the piezoelectric thin film device of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

（実施形態６）
本実施形態では、圧電薄膜デバイスとして、流体制御デバイスを例示する。 (Embodiment 6)
In this embodiment, a fluid control device is illustrated as a piezoelectric thin film device.

本実施形態の流体制御デバイスの基本構成は実施形態１の圧電薄膜デバイスと略同じであり、図１２に示すように、支持基板１の上記一表面側に可動部１０を全周に亘って囲むフレーム部１７が形成され、フレーム部１７に流体の流入口１８が１つ形成されるとともに流体の流出口１９ａ，１９ｂが２つ形成されている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。   The basic configuration of the fluid control device of the present embodiment is substantially the same as that of the piezoelectric thin film device of the first embodiment, and as shown in FIG. 12, the movable portion 10 is surrounded over the entire circumference on the one surface side of the support substrate 1. A frame portion 17 is formed, and one difference is that a fluid inlet 18 is formed in the frame portion 17 and two fluid outlets 19a and 19b are formed. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

可動部１０は、フレーム部１７から離間して配置されており、可動部１０の所望の変位量に応じて各電極１２，１２とフレーム部１７との間の距離を設定してある。ここにおいて、可動部１０は、一対の電極１２，１２間に電圧が印加されていない状態では、圧電層１１において支持基板１の厚み方向に沿った一側面が流入口１８からの流体の流入を阻止するように位置しており（なお、図１２中の矢印は流体の流れを模式的に示している）、一対の電極１２，１２間に電圧が印加された状態では、図１３（ａ）や図１３（ｂ）に示すように流入口１８から流体が流入して２つの流出口１９ａ，１９ｂのいずれか一方から流体が流出するように変位する壁を構成している。フレーム部１７は、圧電層１１と同じ圧電材料により形成されている。なお、本実施形態では、圧電層１１について、高さを２μｍ、厚さを０．５μｍ、幅を５〜１０μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。   The movable part 10 is arranged away from the frame part 17, and the distance between each electrode 12, 12 and the frame part 17 is set according to the desired amount of displacement of the movable part 10. Here, in the state where the voltage is not applied between the pair of electrodes 12, the movable portion 10 is configured such that one side surface of the piezoelectric layer 11 along the thickness direction of the support substrate 1 flows in the fluid from the inflow port 18. In the state where the voltage is applied between the pair of electrodes 12, 12 (FIG. 13A), it is positioned so as to prevent (the arrow in FIG. 12 schematically shows the flow of fluid). Alternatively, as shown in FIG. 13 (b), a wall is formed that is displaced so that the fluid flows in from the inlet 18 and flows out of one of the two outlets 19a, 19b. The frame portion 17 is made of the same piezoelectric material as that of the piezoelectric layer 11. In the present embodiment, the piezoelectric layer 11 is set to have a height of 2 μm, a thickness of 0.5 μm, and a width of 5 to 10 μm. However, these numerical values are merely examples and are not particularly limited. .

また、本実施形態では、各電極１２，１２それぞれに電気的に接続された導体パターン１３，１３が支持基板１の上記一表面とフレーム部１７における内側面とフレーム部１７における支持基板１側とは反対側の表面とに跨って形成されている。   In the present embodiment, the conductor patterns 13 and 13 electrically connected to the respective electrodes 12 and 12 include the one surface of the support substrate 1, the inner surface of the frame portion 17, and the support substrate 1 side of the frame portion 17. Is formed across the opposite surface.

本実施形態の圧電薄膜デバイス（流体制御デバイス）によれば、支持基板１の上記一表面側に形成された可動部１０が、支持基板１の上記一表面側に立設され支持基板１の厚み方向に直交する上記規定方向において離間した一対の電極１２，１２と、支持基板１の上記一表面側に形成した圧電薄膜１１ａを用いて形成され上記規定方向において一対の電極１２，１２間に介在する圧電層１１とを有し、一対の電極１２，１２間に電圧を印加することにより圧電層１１が上記規定方向に振動もしくは変位するので、支持基板１の厚み方向に振動もしくは変位する圧電素子を用いた流体制御デバイスに比べて支持基板１の小型化が可能になる。   According to the piezoelectric thin film device (fluid control device) of the present embodiment, the movable portion 10 formed on the one surface side of the support substrate 1 is erected on the one surface side of the support substrate 1 and the thickness of the support substrate 1 is increased. Formed by using a pair of electrodes 12, 12 spaced apart in the prescribed direction orthogonal to the direction and a piezoelectric thin film 11a formed on the one surface side of the support substrate 1, and interposed between the pair of electrodes 12, 12 in the prescribed direction. The piezoelectric layer 11 that vibrates or displaces in the thickness direction of the support substrate 1 because the piezoelectric layer 11 vibrates or displaces in the specified direction by applying a voltage between the pair of electrodes 12 and 12. The support substrate 1 can be downsized as compared with the fluid control device using the.

以下、本実施形態の流体制御デバイスの製造方法について図１４に基づいて説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。   Hereinafter, although the manufacturing method of the fluid control device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 14, the description of the same steps as those of the first embodiment will be appropriately omitted.

まず、ＭｇＯ基板からなる支持基板１の上記一表面側の全面に圧電層１１およびフレーム部１７の基礎となるＰＺＴ薄膜からなる圧電薄膜１１ａをスパッタ法（ＲＦスパッタ法など）によりエピタキシャル成長させる圧電薄膜形成工程を行うことによって、図１４（ａ）に示す構造を得る。   First, a piezoelectric thin film is formed by epitaxially growing a piezoelectric thin film 11a made of a PZT thin film serving as a basis of the piezoelectric layer 11 and the frame portion 17 on the entire surface of the support substrate 1 made of an MgO substrate by sputtering (such as RF sputtering). By performing the steps, the structure shown in FIG.

その後、支持基板１の上記一表面側に所定厚さ（例えば、０．５μｍ）のレジスト層４１をスピンコート法により形成するレジスト塗布工程を行うことによって、図１４（ｂ）に示す構造を得る。   Thereafter, a resist coating process is performed in which a resist layer 41 having a predetermined thickness (for example, 0.5 μm) is formed on the one surface side of the support substrate 1 by spin coating, thereby obtaining the structure shown in FIG. .

その後、それぞれ圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１およびフレーム部１７を形成するためにフォトリソグラフィ技術を利用してレジスト層４１をパターニングするレジスト層パターニング工程を行うことでパターニングされたレジスト層４１ａを形成することによって、図１４（ｃ）に示す構造を得る。   Thereafter, the resist layer 41a patterned by performing a resist layer patterning step of patterning the resist layer 41 using photolithography technology in order to form the piezoelectric layer 11 and the frame portion 17 each consisting of a part of the piezoelectric thin film 11a. Is formed to obtain the structure shown in FIG.

その後、圧電薄膜１１ａをエッチングすることにより圧電層１１およびフレーム部１７を形成する圧電薄膜パターニング工程を行うことによって、図１４（ｄ）に示す構造を得る。ここで、圧電薄膜パターニング工程では、ＧａイオンのＦＩＢにより圧電薄膜１１ａをエッチングしている。また、本実施形態では、レジスト層４１ａのうち圧電薄膜１１ａにおいて圧電層１１となる部位の幅が圧電層１１の所定厚さよりも大きく設定されており、レジスト層４１ａと圧電薄膜１１ａとをまとめてＦＩＢによりエッチングしている。なお、圧電層１１の上記所定厚さによっては、レジスト層４１ａの上記幅を上記所定厚さと略同じ値に設定して、反応性イオンエッチングにより圧電薄膜１１ａのみをエッチングするようにしてもよい。   Thereafter, the piezoelectric thin film 11a is etched to perform a piezoelectric thin film patterning process for forming the piezoelectric layer 11 and the frame portion 17, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, in the piezoelectric thin film patterning step, the piezoelectric thin film 11a is etched by Ga ion FIB. In the present embodiment, the width of a portion of the resist layer 41a that becomes the piezoelectric layer 11 in the piezoelectric thin film 11a is set to be larger than the predetermined thickness of the piezoelectric layer 11, and the resist layer 41a and the piezoelectric thin film 11a are combined. Etching is performed by FIB. Depending on the predetermined thickness of the piezoelectric layer 11, the width of the resist layer 41a may be set to be substantially the same as the predetermined thickness, and only the piezoelectric thin film 11a may be etched by reactive ion etching.

その後、支持基板１の上記一表面側に各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３の基礎となる導電性膜（例えば、Ａｕ膜など）１２ａをスパッタ法などにより形成する導電性膜形成工程を行うことによって、図１４（ｅ）に示す構造を得る。   Thereafter, a conductive film forming step of forming a conductive film (for example, an Au film) 12a serving as a basis of the electrodes 12, 12 and the conductor patterns 13, 13 on the one surface side of the support substrate 1 by a sputtering method or the like. To obtain the structure shown in FIG.

上述の導電性膜形成工程の後、レジスト層４１ａと導電性膜１２ａのうち当該レジスト層４１ａに被着されている部位を除去するリフトオフ工程（レジスト層除去工程）を行うことで各電極１２，１２および各導体パターン１３，１３を形成することによって、図１４（ｆ）に示す構造を得る。   After the above-described conductive film forming step, each electrode 12, by performing a lift-off step (resist layer removing step) for removing the portion of the resist layer 41a and the conductive film 12a that is attached to the resist layer 41a. 12 and the conductor patterns 13 and 13 are formed to obtain the structure shown in FIG.

その後、圧電層１１および各電極１２，１２それぞれにおけるフレーム部１７との連結部位をＦＩＢによりエッチングする分離工程を行うことによって、図１４（ｇ）に示す構造を得る。ここで、分離工程では、ＧａイオンのＦＩＢにより圧電層１１および各電極１２，１２それぞれにおけるフレーム部１７との連結部位をエッチングしている。   Then, the structure shown in FIG. 14G is obtained by performing a separation step of etching the connecting portion of the piezoelectric layer 11 and each of the electrodes 12 and 12 with the frame portion 17 by FIB. Here, in the separation step, the connecting portions of the piezoelectric layer 11 and the electrodes 12 and 12 with the frame portion 17 are etched by Ga ion FIB.

上述の分離工程までは支持基板１としてウェハを用いてウェハレベルで図１４（ｇ）に示す構造を多数形成して、分離工程の後でダイシング工程を行い、その後、フレーム部１７に流入口１８および各流出口１９ａ，１９ｂをＦＩＢによるエッチングにより形成する加工工程を行うことによって、図１２に示す構造の流体制御デバイスを得る。   Until the above-described separation process, a wafer is used as the support substrate 1 to form a large number of structures shown in FIG. 14G at the wafer level, and after the separation process, a dicing process is performed. And the fluid control device of the structure shown in FIG. 12 is obtained by performing the process which forms each outflow port 19a, 19b by the etching by FIB.

以上説明した本実施形態の圧電薄膜デバイス（光スイッチ）の製造方法によれば、支持基板１として一表面が（００１）面もしくは（１１１）面の単結晶基板を用い、圧電層１１の基礎となる圧電薄膜１１ａをスパッタ法により支持基板１の上記一表面側にエピタキシャル成長させることにより、分極方向の揃った結晶性の良い圧電薄膜１１ａを形成することができるので、製造時のポーリング処理が不要であり、ゾルゲル法やＣＶＤ法により圧電薄膜１１ａを形成する場合に比べて製造プロセスの簡略化を図れ、圧電薄膜１１ａをパターニングすることにより当該圧電薄膜１１ａの一部からなる圧電層１１を形成し、その後、圧電層１１における上記規定方向の両側それぞれに電極１２，１２を形成するので、支持基板１の小型化が可能な圧電薄膜デバイスを提供することが可能となる。   According to the method for manufacturing a piezoelectric thin film device (optical switch) of the present embodiment described above, a single crystal substrate having a (001) plane or a (111) plane as the support substrate 1 is used, The piezoelectric thin film 11a is epitaxially grown on the one surface side of the support substrate 1 by sputtering, so that the piezoelectric thin film 11a having the same polarization direction and good crystallinity can be formed. Yes, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the piezoelectric thin film 11a is formed by the sol-gel method or the CVD method, and the piezoelectric thin film 11a is formed by patterning the piezoelectric thin film 11a. Thereafter, since the electrodes 12 and 12 are formed on both sides of the piezoelectric layer 11 in the prescribed direction, the support substrate 1 can be reduced in size. It is possible to provide a conductive thin film device.

実施形態１の圧電薄膜デバイスを示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略横断面図である。The piezoelectric thin film device of Embodiment 1 is shown, (a) is a schematic perspective view, (b) is a schematic cross-sectional view. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の圧電薄膜デバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a piezoelectric thin film device same as the above. 同上の圧電薄膜デバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a piezoelectric thin film device same as the above. 実施形態２の圧電薄膜デバイスを示す概略斜視図である。6 is a schematic perspective view showing a piezoelectric thin film device according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３の圧電薄膜デバイスを示す概略斜視図である。6 is a schematic perspective view showing a piezoelectric thin film device according to Embodiment 3. FIG. 実施形態４の圧電薄膜デバイスを示す概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a piezoelectric thin film device according to a fourth embodiment. 同上の圧電薄膜デバイスを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a piezoelectric thin film device same as the above. 同上の圧電薄膜デバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a piezoelectric thin film device same as the above. 同上の圧電薄膜デバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a piezoelectric thin film device same as the above. 実施形態５の圧電薄膜デバイスの概略斜視図である。6 is a schematic perspective view of a piezoelectric thin film device according to Embodiment 5. FIG. 実施形態６の圧電薄膜デバイスの概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view of a piezoelectric thin film device according to a sixth embodiment. 同上の圧電薄膜デバイスの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a piezoelectric thin film device same as the above. 同上の圧電薄膜デバイスの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a piezoelectric thin film device same as the above. 従来例の圧電薄膜デバイスを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は動作説明図である。The piezoelectric thin film device of a prior art example is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is operation | movement explanatory drawing.

符号の説明Explanation of symbols

１ 支持基板（単結晶基板）
１０ 可動部
１１ 圧電層
１１ａ 圧電薄膜
１２ 電極
１３ 導体パターン
１４ 変位量増大部
１５ａ，１５ｂ ポーリング処理用電極 1 Support substrate (single crystal substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Movable part 11 Piezoelectric layer 11a Piezoelectric thin film 12 Electrode 13 Conductor pattern 14 Displacement increase part 15a, 15b Poling process electrode

Claims (2)

支持基板と、前記支持基板の一表面側に形成された可動部とを備え、前記可動部は、前記支持基板の前記一表面側に立設され前記支持基板の厚み方向に直交する規定方向において離間した一対の電極と、前記支持基板の前記一表面側に形成した圧電薄膜を用いて形成され前記規定方向において前記一対の電極間に介在する圧電層とを有し、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記圧電層が前記規定方向に振動もしくは変位するものであり、
前記圧電薄膜が、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した多結晶薄膜、あるいは、〔００１〕方向もしくは〔１１１〕方向に優先配向した単結晶薄膜であり、
前記圧電層は、前記一対の電極間に電圧を印加したときの変位が圧電定数ｄ１５で規定され、前記支持基板は、ＳｉもしくはＭｇＯもしくはＳｒＴｉＯ３からなり、前記圧電層は、鉛系圧電材料からなり、
前記支持基板の前記一表面側で前記支持基板の前記厚み方向において前記圧電層の両側に形成された一対のポーリング処理用電極を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 A support substrate; and a movable portion formed on one surface side of the support substrate, wherein the movable portion is erected on the one surface side of the support substrate and in a specified direction perpendicular to the thickness direction of the support substrate. A pair of spaced apart electrodes, and a piezoelectric layer formed using a piezoelectric thin film formed on the one surface side of the support substrate and interposed between the pair of electrodes in the specified direction, and between the pair of electrodes By applying a voltage, the piezoelectric layer vibrates or displaces in the specified direction,
The piezoelectric thin film is a polycrystalline thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction, or a single crystal thin film preferentially oriented in the [001] direction or the [111] direction,
The piezoelectric layer is displaced when a voltage is applied between the pair of electrodes is defined by a piezoelectric constant d 15, the supporting substrate is made of Si or MgO or SrTiO 3, the piezoelectric layer is lead-based piezoelectric material Consists of
The piezoelectric thin film device, characterized in that it comprises a pair of poling electrodes formed on both sides of the piezoelectric layer in the thickness direction before Symbol supporting substrate in said one surface of said supporting substrate. 前記可動部は、前記支持基板の前記一表面側に変位量を増大させる変位量増大部が立設されてなることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜デバイス。   2. The piezoelectric thin film device according to claim 1, wherein the movable portion is provided with a displacement amount increasing portion that increases a displacement amount on the one surface side of the support substrate.
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