圧電体素子の製造方法
【課題】密着膜を備え、配向の揃った圧電体膜の製造方法を提供する。
【解決手段】（ａ）Ｓｉ基板１１上方に、酸化シリコンの絶縁膜１２、Ｔｉ層１４、その上にＰｔ層１６を堆積し、（ｂ）Ｔｉ層１４、Ｐｔ層１６を堆積した基板１１をプラズマ気相堆積装置に搬入し、（ｃ）プラズマ気相堆積装置内において、基板１１を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱し、（ｄ）プラズマ気相堆積装置内において、加熱した基板１１上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜１８を堆積する。さらに圧電体膜１８上にＰｔ等の上部電極２０が形成される。
【解決手段】（ａ）Ｓｉ基板１１上方に、酸化シリコンの絶縁膜１２、Ｔｉ層１４、その上にＰｔ層１６を堆積し、（ｂ）Ｔｉ層１４、Ｐｔ層１６を堆積した基板１１をプラズマ気相堆積装置に搬入し、（ｃ）プラズマ気相堆積装置内において、基板１１を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱し、（ｄ）プラズマ気相堆積装置内において、加熱した基板１１上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜１８を堆積する。さらに圧電体膜１８上にＰｔ等の上部電極２０が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを走査する装置（光スキャナ）が、バーコードリーダ、レーザプリンタ、レーザアニール装置等の光学機器に用いられている。現在、光スキャナの小型化、より正確な動作等が求められている。
【０００３】
特開２００５−１４８４５９号公報は、下地単結晶Ｓｉ基板上に酸化シリコン膜を介して薄い単結晶Ｓｉ層を結合したＳＯＩ基板を用い、ミラー部を第１の枠に結合した第１の軸で支持し、第１の枠を第１の軸と交差する第２の軸で支持し、第２の軸を外枠で支持し、第１の軸、第２の軸を梁とその上に形成された圧電薄膜素子を含む圧電アクチュエータで揺動させて二次元走査する光スキャナを提案している。
【０００４】
このような圧電薄膜素子の圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３、ＰＺＴ）等のペロブスカイト型酸化物圧電材料が用いられる。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３、ＰＺＴ）は、高い圧電率、高い強誘電率を有し、電圧（電界）−変位変換素子、メモリ等として利用されている。
【０００５】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）における圧電素子は、一般的にアモルファス相や多結晶相の絶縁膜の上に形成される。絶縁膜上に、電極を介して形成される圧電材料の多くは結晶粒子の集合体からなる多結晶体であり、各結晶粒子の結晶軸方向はランダムな方向を向いている。従って、自発分極の方向もランダムに配列している。電界を印加すると、各結晶粒子は、電界と平行方向に分極軸を向けようとする。圧電特性は電圧依存性を示し、バラツキが大きくなったり、経時変化が生じたりする。信頼性に問題が生じうる。ＰＺＴ膜の配向が制御できれば、応答を大きくでき、信頼性の向上にもなる。
【０００６】
圧電薄膜素子は、基本的に圧電材料膜を上下の電極で挟んだ構成を有する。下部電極上に酸化物圧電材料膜を堆積するため、下部電極は酸化性雰囲気に曝される。下部電極としては、酸化しないか、酸化しても導電性である貴金属が用いられる。例えば、Ｐｔ／ＰＺＴ／Ｐｔの積層構造である。Ｐｔ層は酸化シリコン膜に対して密着性が弱い。酸化シリコン膜上に圧電薄膜素子を形成する場合には、酸化シリコン膜とＰｔ下部電極との間にＴｉ密着層を形成することも多い。
【０００７】
上下電極層は、電子ビーム蒸着、スパッタリングなどで成膜できる。ＰＺＴ膜の成膜方法としては、ゾルゲル法、蒸着、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等が知られている。
【０００８】
特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−２３４３３１号公報は、それらの実施の態様の欄で、圧力勾配型アーク放電プラズマガンで生成した高密度プラズマで、蒸発源から蒸発したソースガスを活性化し、酸素雰囲気中で下地基板上に薄膜を形成する、アーク放電反応式イオンプレーティング法を提案している。アーク放電反応式イオンプレーティング法は、比較的低い成膜温度においても、高速に強誘電体（圧電体）膜を形成できる方法である。
【０００９】
酸化膜を形成したＳｉ基板（ＳｉＯ2／Ｓｉ）上にＰｔ／Ｔｉ下部電極層をスパッタリング法を用いて成膜したものを下地基板として、その上に強誘電体薄膜を成膜すると、強誘電体薄膜の結晶性は、下地であるＰｔ／Ｔｉ層の結晶性に大きく依存する。
【００１０】
上記のような強誘電体薄膜にあっては、通常Ｐｔ層は（１１１）面に優先配向した多結晶構造を取りやすいので、その上に成長させた強誘電体薄膜層は、全く優先配向のない膜か、成膜プロセスの工夫によってＰｔ層と同じ（１１１）面、または（１００）面に優先配向した薄膜になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−１７７７６５号公報
【特許文献４】特開２００３−２３４３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
密着膜を備え、配向の揃った圧電体膜を製造する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１観点によれば、
（ａ）基板上方に、Ｔｉ層、その上にＰｔ層を堆積する工程と、
（ｂ）前記Ｔｉ層、Ｐｔ層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
（ｃ）前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
（ｄ）前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
（００１）配向した圧電体膜が得られる。
【００１５】
均一性が向上する。
再現性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、圧電体薄膜素子製造工程中の基板断面図、図１Ｂは、Ｔｉ層上に成膜したＰｔ層をＸ線回折により測定した結果を示すグラフである。
【図２−１】図２Ａは、圧電体薄膜堆積に用いるアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図、 図２Ｂは、ＰＺＴ圧電体膜を形成した基板の概略断面図である。
【図２−２】図２Ｃは、ＰＺＴ圧電体膜１８表面を観察したスケッチ、図２Ｄは、真空中で加熱処理をおこなったときにＰｔ層の結晶性の分布が図に示すように起こったと仮定したときのイメージ図、図２Ｅは、真空中で加熱処理したＰｔ膜表面をＸ線回折で測定した結果を示すグラフである。
【図３】図３Ａは、不活性ガス雰囲気中基板加熱処理工程におけるアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図、図３Ｂは、不活性ガス雰囲気中基板加熱処理後アーク放電反応性イオンプレーティングでＰＺＴ膜を成膜した基板のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図４−１】図４Ａ−４Ｃは、真空中加熱サンプルの配向度測定結果を示すグラフである。
【図４−２】図４Ｄ−４Ｆは、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱サンプルの配向度測定結果を示すグラフである。
【図５】図５は、２次元光スキャナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、圧電薄膜素子を製造する技術を開発している。まず、予備実験に沿って説明する。ＭＥＭＳ用の圧電薄膜素子はＳＯＩ基板上に形成するが、研究用の圧電薄膜素子は、（１００）面Ｓｉ基板上に形成した。
【００１８】
図１Ａに示すように、Ｓｉ基板１１表面に熱酸化により厚さ約５００ｎｍの酸化シリコン膜１２を形成し、酸化シリコン膜１２上にスパッタリングで、厚さ約５０ｎｍのＴｉ密着層１４、厚さ約１５０ｎｍのＰｔ主電極層１６を形成した。Ｔｉ密着層１４とＰｔ主電極層１６が下部電極を構成する。
【００１９】
図１Ｂは、Ｐｔ主電極層１６を形成した基板をＸ線回折により測定した結果を示すグラフである。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。回折角２θ：３０度−５０度の範囲では、Ｐｔの（１１１）面ピークのみが明瞭に認められる。Ｐｔ層１６は、主として（１１１）配向していると考えられる。Ｐｔ層１６を堆積した基板１１をアーク放電反応性イオンプレーティング装置に装荷し、ＰＺＴ圧電体膜を堆積した。
【００２０】
図２Ａは、圧電体薄膜を堆積するのに用いたアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図である。反応チャンバ１０１は真空排気装置に接続され、高真空（１ｘ１０−４Ｐａ以上の真空度、圧力としては１ｘ１０−４Ｐａ以下）に排気可能である。なお、真空度（圧力）の計器はＴoｒｒを単位としており、圧力の数値はほぼ有効数字１桁で扱っているため、本願においては１００Ｐａ＝１Ｔｏｒｒで換算している。
【００２１】
反応チャンバ１０１の上面を貫通して回転軸１０２が設けられており、背面に輻射加熱方式のヒータ１０３を備えた基板ホルダ１０４が接続されている。基板ホルダ１０４は、複数の基板１０５を支持できる構成である。反応チャンバ１０１底部には、Ｐｂ蒸発源１０６、Ｚｒ蒸発源１０７、Ｔｉ蒸発源１０８が備えられ、Ｐｂビーム、Ｚｒビーム、Ｔｉビームを発生できる。反応チャンバ１０１上面を貫通して、ガス供給機構１０９が設けられている。
【００２２】
反応チャンバ１０１の側面には、陽極１１４、陰極１１２、磁場発生コイル１１６を備えたプラズマガン１１０が設けられている。プラズマガン１１０には、プラズマ発生ガス供給機構１２０が設けられ、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス（放電ガス）が供給される。プラズマ発生ガス供給機構１２０から供給された不活性ガスは、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマとなって電離・活性化し、磁場発生コイル１１６によって発生した磁場・放電ガスの圧力勾配によって誘導されて反応チャンバ１０１内にプラズマ１１８が導出される。蒸発源１０６，１０７，１０８から蒸発した金属蒸気は、プラズマ１１８を通過する際に活性化され、基板１０５に到達する。ガス供給機構１０９からは酸素が導入されることによって、高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種が生成され、基板１０５近傍で蒸発源１０６、１０７、１０８から蒸発した金属蒸気と反応して酸化物を形成する。
【００２３】
図１Ａに示すＴｉ密着層１４とＰｔ主電極層１６の積層からなる下部電極を形成したＳｉ基板１１を、基板１０５として、反応チャンバ１０１内に装荷し、反応チャンバ１０１内を、１ｘ１０−４Ｐａ以上の高真空に排気し、輻射加熱方式のヒータ１０３により基板１０５の温度が５００℃になるように加熱する。基板１０５の温度が約５００℃に達した後、プラズマ発生ガス供給機構１２０からＡｒガスを１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを５ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ導入し、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマ１１８を発生させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ導入して高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成し、蒸発源１０６，１０７，１０８からＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを蒸発させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを導入することによって反応チャンバ１０１内に生成された酸素活性種の存在下で、水晶振動子式膜厚モニタにて、Ｐｂ蒸発量がＺｒとＴｉの蒸発量の合計に対して１０倍までの範囲になるように、かつＺｒとＴｉの蒸発量がほぼ同等になるように、蒸発源１０６，１０７，１０８のパワーを制御することにより、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴ圧電体薄膜を形成する。
【００２４】
図２Ｂは、ＰＺＴ圧電体膜を形成した基板の概略断面図である。Ｓｉ基板１１の上に、酸化シリコンの絶縁膜１２が形成され、その上にＴｉ層１４、Ｐｔ層１６によって下部電極が形成され、その上にＰＺＴ圧電体膜１８が形成されている。なお、圧電体素子においては、さらに圧電体膜１８上にＰｔ等の上部電極２０が形成される。
【００２５】
図２Ｃは、ＰＺＴ圧電体膜１８表面を観察したスケッチである。矩形状のＰＺＴ圧電体膜１８に、例えば図に示すような大きな三角形状の不均一（ムラ）が観察される。
膜の様子はＰｔ電極の影響を受けてグレーに見えるが、ムラの部分は図に示すように他の部分と比較して若干黒みがかった色をしている。
ともに光沢は見られるが、顕微鏡などで表面を拡大して観察すると、黒みがかった部分のほうは若干平坦性が無かった。
そして誘電率は、黒みがかった部分のほうが大きいという傾向が見られた。
このような不均一のある膜を用いて圧電薄膜素子を形成すると歩留まりは悪い。基板内の温度分布を無くすために長時間温度を保持した後に、圧電体膜を成膜しても、ムラは発生した。繰り返し成膜をおこなってもムラの発生のしかたが変化するので、基板ホルダに何らかの原因がある可能性は少ないと考えられる。どのような現象が生じているか検討する為に、Ｔｉ膜・Ｐｔ膜を成膜した基板を真空中で成膜基板温度で加熱処理をおこなった後、取り出して分析をおこなった。
【００２６】
図２Ｅは、真空中で加熱処理したＰｔ膜表面をＸ線回折で測定した結果である。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。図１Ｂの（１１１）ピークと同じ位置に、回折強度が著しく減衰したピークが観察された。このことより真空中で基板を加熱することによって、（１１１）配向していたＰｔ膜の結晶性が大きく変化したものと考えられる。この結晶性の変化のしかたが基板内で大きく異なり、例えば図２Ｄの色の濃淡で示すように結晶性に分布が出来たとすると、その上に成膜したＰＺＴ膜の結晶性などもそれによって大きな影響を受け、図２Ｃに示すような膜ムラになったものと考えられる。配向が変化しても、その変化が均一に生じるならムラとはなりにくいであろうが、ムラは生じている。
【００２７】
本発明者は、真空中での加熱に代え、不活性雰囲気中で加熱を行なうことを考えた。不活性雰囲気として、不活性ガスである（Ａｒ＋Ｈｅ）混合ガスを用いた。不活性ガスという点では、ＡｒもＨｅも同等であるが、Ｈｅは熱伝導特性を改良する役割も有する。
【００２８】
図１Ａに示すように、Ｓｉ基板１１表面に厚さ約５００ｎｍの酸化シリコン膜１２を形成し、その上に厚さ約５０ｎｍのＴｉ密着層１４、厚さ約１５０ｎｍのＰｔ主電極層１６をスパッタリングで成膜する。
【００２９】
図３Ａに示すように、この基板をアーク放電反応性イオンプレーティング装置の反応チャンバ１０１内に導入し、基板ホルダ１０４上に装荷する。反応チャンバ１０１内を１ｘ１０−４Ｐａ以上の高真空に排気した後、ガス導入機構１０９から（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス（例：流量比１：１）を供給し、雰囲気圧力を１００Ｐａ〜１０−２Ｐａ、例えば１０−１Ｐａ程度に維持する。この圧力下でＳｉ基板１１を輻射加熱ヒータ１０３で裏面側から加熱し、Ｓｉ基板１１の温度が５００℃程度になるまで昇温させる。昇温時間としては、８０分を目安に昇温させている。
輻射式加熱ヒータ１０３の温度の変化に対するＳｉ基板１１の温度変化には時間的なズレ（遅れて変化する）があるので、一定の時間をおいてから成膜をおこなう。一定の時間の例として、ヒータの温度が一定となってから６０分程度経てから成膜を実施している。
【００３０】
プラズマ発生ガス供給機構１２０からＡｒガスを１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを５ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ導入し、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマ１１８を発生させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ導入して高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成し、蒸発源１０６，１０７，１０８からＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを蒸発させる。このときの放電電圧は５０Ｖ〜１２０Ｖ 、放電電流は１５Ａ〜８０Ａの間で制御をおこなった。
ガス供給機構１０９から酸素ガスを導入することによって反応チャンバ１０１内に生成された酸素活性種の存在下で、輻射加熱方式のヒータ１０３によって５００℃程度に加熱された基板１０５上にＰＺＴ薄膜の成膜をおこなった。上記薄膜形成時の真空容器内圧力は０．１Ｐａ前後であり、ＰＺＴ膜の堆積速度は約１５Å／ｓｅｃ程度であった。この膜の誘電率・誘電損を測定したところ、それぞれ８００〜１２００、０．０３程度の、ものが得られた。
【００３１】
真空中加熱を（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱に切り換えたところ、以下のような変化が生じた：
１）ＰＺＴ圧電体膜において、膜ムラが見られなくなった、
２）膜厚分布が、±６．７％から±３．８％に減少した、
３）基板面内において誘電率の分布が±９．７％から±５．５％に減少し、誘電損が±２５％から±１１％に減少した（誘電特性のばらつきが減少した）、
４）再現性が向上した。
【００３２】
真空中の加熱を不活性ガス雰囲気中の加熱に切り換えたことにより、何故このような変化が生じたかは、未だ解明されていない。原理、作用は不明であるが、実験結果は明らかな変化を示している。
【００３３】
図３Ｂは、不活性ガス雰囲気中で基板加熱をおこなった後にアーク放電反応性イオンプレーティング法でＰＺＴ膜を成膜した基板のＸ線回折結果を示す。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。Ｐｔ層の（１１１）回折ピークと、ＰＺＴ膜の（００１）、（００２）の回折ピークがはっきりと観察される。
【００３４】
真空中で加熱した場合は、図２Ｅで示したように、Ｐｔ層の（１１１）配向、結晶性は失われ、膜ムラのできやすい表面状態であったと推測される。不活性ガス雰囲気中で加熱すると、真空中で加熱した場合同様Ｐｔ層の（１１１）配向性が減衰する傾向は見られるが、ＰＺＴ膜が（００１）に自己配向しやすい表面状態になったと推測される。
【００３５】
さらに、真空中で加熱したＰｔ層上に堆積したＰＺＴ膜の配向分布と、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中で基板加熱を行なったＰｔ層上に堆積したＰＺＴ膜の配向性の評価を行った。
【００３６】
成膜した膜の配向性を、下記の式
α（ｘｙｚ）＝Ｉ（ｘｙｚ）／ΣＩ（ａｂｃ）
で定義した配向度で評価した。ここでＩ（ｘｙｚ）は（ｘｙｚ）面の回折強度、ΣＩ（ａｂｃ）は全回折強度の総和で、配向度α（ｘｙｚ）は全回折強度の総和に対する（ｘｙｚ）面の回折強度の割合を示す。ただし（００２）は、（００１）面と等価な面であるため、回折強度の総和には含めなかった。
【００３７】
図４Ａ−４Ｃは真空中加熱サンプルの測定結果を示し、図４Ｄ−４Ｆは（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱サンプルの測定結果を示す。横軸は、図４Ａ，４Ｄが＜００１＞配向度分布、図４Ｂ，４Ｅが＜１１０＞配向度分布、図４Ｃ，４Ｆが＜１１１＞配向度分布を示す。縦軸は作製したサンプルのうち、表記した範囲の配向度を満たすサンプルの割合を示している。
【００３８】
真空中で基板加熱をおこなったサンプルにおいては、どちらかと言えば＜００１＞配向が多いが、全回折強度の総和のうち、８割以上＜１００＞の回折強度が占めるサンプルの割合は、約４割に留まる。全回折強度の総和のうち６割以上＜１００＞の回折強度が占めるサンプルと範囲を広げても高々７割程度である。＜１１０＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以上占めるサンプルの割合が５割を超え、＜１１１＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以上占めるサンプルの割合が約３割あることより、配向性にバラツキが発生しやすいと言うことができよう。
【００３９】
これに対して、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中で基板加熱をおこなったサンプルにおいては、＜００１＞の回折強度が全回折強度の総和の８割以上占めるサンプルの割合が８割以上に達し、＜１１０＞の回折強度が全回折強度の総和の２割以下であるサンプルの割合が８割以上、＜１１１＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以下であるサンプルの割合が１０割であることより＜００１＞に配向した圧電体膜が得られやすいと言うことができよう。
このように、結晶の配向が＜００１＞に揃った圧電体膜が得られている。＜００１＞に配向の揃った圧電体膜を用いることにより、特性のすぐれた圧電体素子が得られるものと推測される。
【００４０】
図５は、２次元光スキャナ２０１の斜視図を示す。２次元スキャナ２０１には、中央に矩形のミラー部が形成されている。ミラー部は、表面に酸化膜が形成されたシリコン（Ｓｉ）層からなる可動基板２０３と、その上部に形成された金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜による反射膜２０３ｍとを含んで構成されている。反射膜２０３ｍは、入射光の反射率を高める。
【００４１】
一対の第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂが、ミラー部を通過するひとつの軸上に配置され、可動基板２０３を各々の一端で軸支する。第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂの他端には、ミラー部を囲む矩形枠状の内部可動枠２０２が接続されている。
【００４２】
第１の圧電振動板２０５ａ、２０５ｄ（および２０５ｂ、２０５ｃ）が、内部可動枠２０２の第１のトーションバーと平行な辺２０２Ｌと第１のトーションバー２０４ａ（および２０４ｂ）とを接続する。第１の振動板２０５ａ、２０５ｄ（および２０５ｂ、２０５ｃ）の表面上で、第１のトーションバー２０４ａ（および２０４ｂ）の両側には、圧電素子２０８ａ、２０８ｄ（および２０８ｂ、２０８ｃ）がそれぞれ積層されている。圧電素子２０８ａ〜２０８ｄは、第１の圧電振動板の表面から内部可動枠２０２の表面の一部にかけて形成されており、内部可動枠２０２の表面上に引き出し電極を有している。圧電素子２０８ａ〜２０８ｄは、上述の実施例に従って作成する。
【００４３】
第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと軸方向が交差する一対の第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂが、各々の一端で内部可動枠２０２を軸支する。第１のトーションバーと第２のトーションバーは直交する。矩形開口を有する支持体２０１が、第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂの他端に接続され、内部可動枠２０２を囲む。
【００４４】
第２の圧電振動板２０７ａ、２０７ｄ（および２０７ｂ、２０７ｃ）が、支持体２０１の第２のトーションバーと平行な辺２０１Ｌと第２のトーションバー２０６ａ（および２０６ｂ）とを接続する。第２の圧電振動板２０７ａ（および２０７ｂ）の表面上で、第２のトーションバー２０６ａ（および２０６ｂ）の両側には、圧電素子２０９ａ、２０９ｄ（および２０９ｂ、２０９ｃ）がそれぞれ積層されている。圧電素子２０９ａ〜２０９ｄは、第２の圧電振動板の表面から支持体２０１の表面の一部にかけて形成されており、支持体２０１の表面上に引き出し電極を有している。圧電素子２０９ａ〜２０９ｄは、上述の実施例に従って作成する。
【００４５】
これらの、内部可動枠２０２、可動基板２０３、第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂ、第１の圧電振動板２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂ、第２の圧電振動板２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄは、表面に酸化膜を有するシリコンからなる共通基板をエッチング加工することにより形成されている。また、この加工の際に、ミラー部および内部可動枠２０２が所定の角度で揺動するのに支障のないような空隙も形成される。上記の各構成要素２０２、２０３、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄは、支持体２０１の厚さに比べて薄くなっており、曲げ変形及び捩れ変形が容易にできる構造になっている。ただし、内部可動枠２０２は、活性基板の下にＳｉからなる支持構造体２０２Ｍが形成されており、機械的な剛性を向上させている。この構造体２０２Ｍは厚さの調整が可能である。このような構造体は、例えばＳＯＩ基板を用いて作成できる。
【００４６】
以上実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。圧電体は、ＰＺＴに限らない。チタン酸鉛（ＰＴ），チタン酸ジルコン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等他のペロブスカイト型酸化物圧電体（強誘電体）も可能であろう。
【００４７】
圧電体膜の成膜方法は、アーク放電反応性イオンプレーティングに限らない。プラズマ励起を利用し、真空中で気相堆積するプラズマ気相堆積であれば、適用可能であろう。このような堆積方法は公知であり、公知の堆積方法、公知の堆積装置を用いることが可能であろう。
【００４８】
その他、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 基板、
１２ 酸化シリコン膜、
１４ Ｔｉ層、
１６ Ｐｔ層、
１８ ＰＺＴ膜、
２０ Ｐｔ層、
１０１ 反応チャンバ、
１０３ ヒータ、
１０４ 基板ホルダ、
１０９ ガス供給機構、
１２０ プラズマ発生ガス供給機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光ビームを走査する装置（光スキャナ）が、バーコードリーダ、レーザプリンタ、レーザアニール装置等の光学機器に用いられている。現在、光スキャナの小型化、より正確な動作等が求められている。
【０００３】
特開２００５−１４８４５９号公報は、下地単結晶Ｓｉ基板上に酸化シリコン膜を介して薄い単結晶Ｓｉ層を結合したＳＯＩ基板を用い、ミラー部を第１の枠に結合した第１の軸で支持し、第１の枠を第１の軸と交差する第２の軸で支持し、第２の軸を外枠で支持し、第１の軸、第２の軸を梁とその上に形成された圧電薄膜素子を含む圧電アクチュエータで揺動させて二次元走査する光スキャナを提案している。
【０００４】
このような圧電薄膜素子の圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３、ＰＺＴ）等のペロブスカイト型酸化物圧電材料が用いられる。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３、ＰＺＴ）は、高い圧電率、高い強誘電率を有し、電圧（電界）−変位変換素子、メモリ等として利用されている。
【０００５】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）における圧電素子は、一般的にアモルファス相や多結晶相の絶縁膜の上に形成される。絶縁膜上に、電極を介して形成される圧電材料の多くは結晶粒子の集合体からなる多結晶体であり、各結晶粒子の結晶軸方向はランダムな方向を向いている。従って、自発分極の方向もランダムに配列している。電界を印加すると、各結晶粒子は、電界と平行方向に分極軸を向けようとする。圧電特性は電圧依存性を示し、バラツキが大きくなったり、経時変化が生じたりする。信頼性に問題が生じうる。ＰＺＴ膜の配向が制御できれば、応答を大きくでき、信頼性の向上にもなる。
【０００６】
圧電薄膜素子は、基本的に圧電材料膜を上下の電極で挟んだ構成を有する。下部電極上に酸化物圧電材料膜を堆積するため、下部電極は酸化性雰囲気に曝される。下部電極としては、酸化しないか、酸化しても導電性である貴金属が用いられる。例えば、Ｐｔ／ＰＺＴ／Ｐｔの積層構造である。Ｐｔ層は酸化シリコン膜に対して密着性が弱い。酸化シリコン膜上に圧電薄膜素子を形成する場合には、酸化シリコン膜とＰｔ下部電極との間にＴｉ密着層を形成することも多い。
【０００７】
上下電極層は、電子ビーム蒸着、スパッタリングなどで成膜できる。ＰＺＴ膜の成膜方法としては、ゾルゲル法、蒸着、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等が知られている。
【０００８】
特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−２３４３３１号公報は、それらの実施の態様の欄で、圧力勾配型アーク放電プラズマガンで生成した高密度プラズマで、蒸発源から蒸発したソースガスを活性化し、酸素雰囲気中で下地基板上に薄膜を形成する、アーク放電反応式イオンプレーティング法を提案している。アーク放電反応式イオンプレーティング法は、比較的低い成膜温度においても、高速に強誘電体（圧電体）膜を形成できる方法である。
【０００９】
酸化膜を形成したＳｉ基板（ＳｉＯ2／Ｓｉ）上にＰｔ／Ｔｉ下部電極層をスパッタリング法を用いて成膜したものを下地基板として、その上に強誘電体薄膜を成膜すると、強誘電体薄膜の結晶性は、下地であるＰｔ／Ｔｉ層の結晶性に大きく依存する。
【００１０】
上記のような強誘電体薄膜にあっては、通常Ｐｔ層は（１１１）面に優先配向した多結晶構造を取りやすいので、その上に成長させた強誘電体薄膜層は、全く優先配向のない膜か、成膜プロセスの工夫によってＰｔ層と同じ（１１１）面、または（１００）面に優先配向した薄膜になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１４８４５９号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−１７７７６５号公報
【特許文献４】特開２００３−２３４３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
密着膜を備え、配向の揃った圧電体膜を製造する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１観点によれば、
（ａ）基板上方に、Ｔｉ層、その上にＰｔ層を堆積する工程と、
（ｂ）前記Ｔｉ層、Ｐｔ層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
（ｃ）前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
（ｄ）前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
（００１）配向した圧電体膜が得られる。
【００１５】
均一性が向上する。
再現性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、圧電体薄膜素子製造工程中の基板断面図、図１Ｂは、Ｔｉ層上に成膜したＰｔ層をＸ線回折により測定した結果を示すグラフである。
【図２−１】図２Ａは、圧電体薄膜堆積に用いるアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図、 図２Ｂは、ＰＺＴ圧電体膜を形成した基板の概略断面図である。
【図２−２】図２Ｃは、ＰＺＴ圧電体膜１８表面を観察したスケッチ、図２Ｄは、真空中で加熱処理をおこなったときにＰｔ層の結晶性の分布が図に示すように起こったと仮定したときのイメージ図、図２Ｅは、真空中で加熱処理したＰｔ膜表面をＸ線回折で測定した結果を示すグラフである。
【図３】図３Ａは、不活性ガス雰囲気中基板加熱処理工程におけるアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図、図３Ｂは、不活性ガス雰囲気中基板加熱処理後アーク放電反応性イオンプレーティングでＰＺＴ膜を成膜した基板のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図４−１】図４Ａ−４Ｃは、真空中加熱サンプルの配向度測定結果を示すグラフである。
【図４−２】図４Ｄ−４Ｆは、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱サンプルの配向度測定結果を示すグラフである。
【図５】図５は、２次元光スキャナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、圧電薄膜素子を製造する技術を開発している。まず、予備実験に沿って説明する。ＭＥＭＳ用の圧電薄膜素子はＳＯＩ基板上に形成するが、研究用の圧電薄膜素子は、（１００）面Ｓｉ基板上に形成した。
【００１８】
図１Ａに示すように、Ｓｉ基板１１表面に熱酸化により厚さ約５００ｎｍの酸化シリコン膜１２を形成し、酸化シリコン膜１２上にスパッタリングで、厚さ約５０ｎｍのＴｉ密着層１４、厚さ約１５０ｎｍのＰｔ主電極層１６を形成した。Ｔｉ密着層１４とＰｔ主電極層１６が下部電極を構成する。
【００１９】
図１Ｂは、Ｐｔ主電極層１６を形成した基板をＸ線回折により測定した結果を示すグラフである。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。回折角２θ：３０度−５０度の範囲では、Ｐｔの（１１１）面ピークのみが明瞭に認められる。Ｐｔ層１６は、主として（１１１）配向していると考えられる。Ｐｔ層１６を堆積した基板１１をアーク放電反応性イオンプレーティング装置に装荷し、ＰＺＴ圧電体膜を堆積した。
【００２０】
図２Ａは、圧電体薄膜を堆積するのに用いたアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す概略側面図である。反応チャンバ１０１は真空排気装置に接続され、高真空（１ｘ１０−４Ｐａ以上の真空度、圧力としては１ｘ１０−４Ｐａ以下）に排気可能である。なお、真空度（圧力）の計器はＴoｒｒを単位としており、圧力の数値はほぼ有効数字１桁で扱っているため、本願においては１００Ｐａ＝１Ｔｏｒｒで換算している。
【００２１】
反応チャンバ１０１の上面を貫通して回転軸１０２が設けられており、背面に輻射加熱方式のヒータ１０３を備えた基板ホルダ１０４が接続されている。基板ホルダ１０４は、複数の基板１０５を支持できる構成である。反応チャンバ１０１底部には、Ｐｂ蒸発源１０６、Ｚｒ蒸発源１０７、Ｔｉ蒸発源１０８が備えられ、Ｐｂビーム、Ｚｒビーム、Ｔｉビームを発生できる。反応チャンバ１０１上面を貫通して、ガス供給機構１０９が設けられている。
【００２２】
反応チャンバ１０１の側面には、陽極１１４、陰極１１２、磁場発生コイル１１６を備えたプラズマガン１１０が設けられている。プラズマガン１１０には、プラズマ発生ガス供給機構１２０が設けられ、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス（放電ガス）が供給される。プラズマ発生ガス供給機構１２０から供給された不活性ガスは、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマとなって電離・活性化し、磁場発生コイル１１６によって発生した磁場・放電ガスの圧力勾配によって誘導されて反応チャンバ１０１内にプラズマ１１８が導出される。蒸発源１０６，１０７，１０８から蒸発した金属蒸気は、プラズマ１１８を通過する際に活性化され、基板１０５に到達する。ガス供給機構１０９からは酸素が導入されることによって、高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種が生成され、基板１０５近傍で蒸発源１０６、１０７、１０８から蒸発した金属蒸気と反応して酸化物を形成する。
【００２３】
図１Ａに示すＴｉ密着層１４とＰｔ主電極層１６の積層からなる下部電極を形成したＳｉ基板１１を、基板１０５として、反応チャンバ１０１内に装荷し、反応チャンバ１０１内を、１ｘ１０−４Ｐａ以上の高真空に排気し、輻射加熱方式のヒータ１０３により基板１０５の温度が５００℃になるように加熱する。基板１０５の温度が約５００℃に達した後、プラズマ発生ガス供給機構１２０からＡｒガスを１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを５ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ導入し、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマ１１８を発生させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ導入して高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成し、蒸発源１０６，１０７，１０８からＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを蒸発させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを導入することによって反応チャンバ１０１内に生成された酸素活性種の存在下で、水晶振動子式膜厚モニタにて、Ｐｂ蒸発量がＺｒとＴｉの蒸発量の合計に対して１０倍までの範囲になるように、かつＺｒとＴｉの蒸発量がほぼ同等になるように、蒸発源１０６，１０７，１０８のパワーを制御することにより、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴ圧電体薄膜を形成する。
【００２４】
図２Ｂは、ＰＺＴ圧電体膜を形成した基板の概略断面図である。Ｓｉ基板１１の上に、酸化シリコンの絶縁膜１２が形成され、その上にＴｉ層１４、Ｐｔ層１６によって下部電極が形成され、その上にＰＺＴ圧電体膜１８が形成されている。なお、圧電体素子においては、さらに圧電体膜１８上にＰｔ等の上部電極２０が形成される。
【００２５】
図２Ｃは、ＰＺＴ圧電体膜１８表面を観察したスケッチである。矩形状のＰＺＴ圧電体膜１８に、例えば図に示すような大きな三角形状の不均一（ムラ）が観察される。
膜の様子はＰｔ電極の影響を受けてグレーに見えるが、ムラの部分は図に示すように他の部分と比較して若干黒みがかった色をしている。
ともに光沢は見られるが、顕微鏡などで表面を拡大して観察すると、黒みがかった部分のほうは若干平坦性が無かった。
そして誘電率は、黒みがかった部分のほうが大きいという傾向が見られた。
このような不均一のある膜を用いて圧電薄膜素子を形成すると歩留まりは悪い。基板内の温度分布を無くすために長時間温度を保持した後に、圧電体膜を成膜しても、ムラは発生した。繰り返し成膜をおこなってもムラの発生のしかたが変化するので、基板ホルダに何らかの原因がある可能性は少ないと考えられる。どのような現象が生じているか検討する為に、Ｔｉ膜・Ｐｔ膜を成膜した基板を真空中で成膜基板温度で加熱処理をおこなった後、取り出して分析をおこなった。
【００２６】
図２Ｅは、真空中で加熱処理したＰｔ膜表面をＸ線回折で測定した結果である。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。図１Ｂの（１１１）ピークと同じ位置に、回折強度が著しく減衰したピークが観察された。このことより真空中で基板を加熱することによって、（１１１）配向していたＰｔ膜の結晶性が大きく変化したものと考えられる。この結晶性の変化のしかたが基板内で大きく異なり、例えば図２Ｄの色の濃淡で示すように結晶性に分布が出来たとすると、その上に成膜したＰＺＴ膜の結晶性などもそれによって大きな影響を受け、図２Ｃに示すような膜ムラになったものと考えられる。配向が変化しても、その変化が均一に生じるならムラとはなりにくいであろうが、ムラは生じている。
【００２７】
本発明者は、真空中での加熱に代え、不活性雰囲気中で加熱を行なうことを考えた。不活性雰囲気として、不活性ガスである（Ａｒ＋Ｈｅ）混合ガスを用いた。不活性ガスという点では、ＡｒもＨｅも同等であるが、Ｈｅは熱伝導特性を改良する役割も有する。
【００２８】
図１Ａに示すように、Ｓｉ基板１１表面に厚さ約５００ｎｍの酸化シリコン膜１２を形成し、その上に厚さ約５０ｎｍのＴｉ密着層１４、厚さ約１５０ｎｍのＰｔ主電極層１６をスパッタリングで成膜する。
【００２９】
図３Ａに示すように、この基板をアーク放電反応性イオンプレーティング装置の反応チャンバ１０１内に導入し、基板ホルダ１０４上に装荷する。反応チャンバ１０１内を１ｘ１０−４Ｐａ以上の高真空に排気した後、ガス導入機構１０９から（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス（例：流量比１：１）を供給し、雰囲気圧力を１００Ｐａ〜１０−２Ｐａ、例えば１０−１Ｐａ程度に維持する。この圧力下でＳｉ基板１１を輻射加熱ヒータ１０３で裏面側から加熱し、Ｓｉ基板１１の温度が５００℃程度になるまで昇温させる。昇温時間としては、８０分を目安に昇温させている。
輻射式加熱ヒータ１０３の温度の変化に対するＳｉ基板１１の温度変化には時間的なズレ（遅れて変化する）があるので、一定の時間をおいてから成膜をおこなう。一定の時間の例として、ヒータの温度が一定となってから６０分程度経てから成膜を実施している。
【００３０】
プラズマ発生ガス供給機構１２０からＡｒガスを１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを５ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ導入し、プラズマガン１１０の陰極１１２と陽極１１４との間に直流電圧を印加することによりアーク放電プラズマ１１８を発生させる。そしてガス供給機構１０９から酸素ガスを５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ導入して高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成し、蒸発源１０６，１０７，１０８からＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを蒸発させる。このときの放電電圧は５０Ｖ〜１２０Ｖ 、放電電流は１５Ａ〜８０Ａの間で制御をおこなった。
ガス供給機構１０９から酸素ガスを導入することによって反応チャンバ１０１内に生成された酸素活性種の存在下で、輻射加熱方式のヒータ１０３によって５００℃程度に加熱された基板１０５上にＰＺＴ薄膜の成膜をおこなった。上記薄膜形成時の真空容器内圧力は０．１Ｐａ前後であり、ＰＺＴ膜の堆積速度は約１５Å／ｓｅｃ程度であった。この膜の誘電率・誘電損を測定したところ、それぞれ８００〜１２００、０．０３程度の、ものが得られた。
【００３１】
真空中加熱を（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱に切り換えたところ、以下のような変化が生じた：
１）ＰＺＴ圧電体膜において、膜ムラが見られなくなった、
２）膜厚分布が、±６．７％から±３．８％に減少した、
３）基板面内において誘電率の分布が±９．７％から±５．５％に減少し、誘電損が±２５％から±１１％に減少した（誘電特性のばらつきが減少した）、
４）再現性が向上した。
【００３２】
真空中の加熱を不活性ガス雰囲気中の加熱に切り換えたことにより、何故このような変化が生じたかは、未だ解明されていない。原理、作用は不明であるが、実験結果は明らかな変化を示している。
【００３３】
図３Ｂは、不活性ガス雰囲気中で基板加熱をおこなった後にアーク放電反応性イオンプレーティング法でＰＺＴ膜を成膜した基板のＸ線回折結果を示す。横軸が回折角２θを単位、度（deg）で示し、縦軸が回折強度を任意単位で示す。Ｐｔ層の（１１１）回折ピークと、ＰＺＴ膜の（００１）、（００２）の回折ピークがはっきりと観察される。
【００３４】
真空中で加熱した場合は、図２Ｅで示したように、Ｐｔ層の（１１１）配向、結晶性は失われ、膜ムラのできやすい表面状態であったと推測される。不活性ガス雰囲気中で加熱すると、真空中で加熱した場合同様Ｐｔ層の（１１１）配向性が減衰する傾向は見られるが、ＰＺＴ膜が（００１）に自己配向しやすい表面状態になったと推測される。
【００３５】
さらに、真空中で加熱したＰｔ層上に堆積したＰＺＴ膜の配向分布と、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中で基板加熱を行なったＰｔ層上に堆積したＰＺＴ膜の配向性の評価を行った。
【００３６】
成膜した膜の配向性を、下記の式
α（ｘｙｚ）＝Ｉ（ｘｙｚ）／ΣＩ（ａｂｃ）
で定義した配向度で評価した。ここでＩ（ｘｙｚ）は（ｘｙｚ）面の回折強度、ΣＩ（ａｂｃ）は全回折強度の総和で、配向度α（ｘｙｚ）は全回折強度の総和に対する（ｘｙｚ）面の回折強度の割合を示す。ただし（００２）は、（００１）面と等価な面であるため、回折強度の総和には含めなかった。
【００３７】
図４Ａ−４Ｃは真空中加熱サンプルの測定結果を示し、図４Ｄ−４Ｆは（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中加熱サンプルの測定結果を示す。横軸は、図４Ａ，４Ｄが＜００１＞配向度分布、図４Ｂ，４Ｅが＜１１０＞配向度分布、図４Ｃ，４Ｆが＜１１１＞配向度分布を示す。縦軸は作製したサンプルのうち、表記した範囲の配向度を満たすサンプルの割合を示している。
【００３８】
真空中で基板加熱をおこなったサンプルにおいては、どちらかと言えば＜００１＞配向が多いが、全回折強度の総和のうち、８割以上＜１００＞の回折強度が占めるサンプルの割合は、約４割に留まる。全回折強度の総和のうち６割以上＜１００＞の回折強度が占めるサンプルと範囲を広げても高々７割程度である。＜１１０＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以上占めるサンプルの割合が５割を超え、＜１１１＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以上占めるサンプルの割合が約３割あることより、配向性にバラツキが発生しやすいと言うことができよう。
【００３９】
これに対して、（Ａｒ＋Ｈｅ）不活性ガス雰囲気中で基板加熱をおこなったサンプルにおいては、＜００１＞の回折強度が全回折強度の総和の８割以上占めるサンプルの割合が８割以上に達し、＜１１０＞の回折強度が全回折強度の総和の２割以下であるサンプルの割合が８割以上、＜１１１＞の回折強度が全回折強度の総和の１割以下であるサンプルの割合が１０割であることより＜００１＞に配向した圧電体膜が得られやすいと言うことができよう。
このように、結晶の配向が＜００１＞に揃った圧電体膜が得られている。＜００１＞に配向の揃った圧電体膜を用いることにより、特性のすぐれた圧電体素子が得られるものと推測される。
【００４０】
図５は、２次元光スキャナ２０１の斜視図を示す。２次元スキャナ２０１には、中央に矩形のミラー部が形成されている。ミラー部は、表面に酸化膜が形成されたシリコン（Ｓｉ）層からなる可動基板２０３と、その上部に形成された金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜による反射膜２０３ｍとを含んで構成されている。反射膜２０３ｍは、入射光の反射率を高める。
【００４１】
一対の第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂが、ミラー部を通過するひとつの軸上に配置され、可動基板２０３を各々の一端で軸支する。第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂの他端には、ミラー部を囲む矩形枠状の内部可動枠２０２が接続されている。
【００４２】
第１の圧電振動板２０５ａ、２０５ｄ（および２０５ｂ、２０５ｃ）が、内部可動枠２０２の第１のトーションバーと平行な辺２０２Ｌと第１のトーションバー２０４ａ（および２０４ｂ）とを接続する。第１の振動板２０５ａ、２０５ｄ（および２０５ｂ、２０５ｃ）の表面上で、第１のトーションバー２０４ａ（および２０４ｂ）の両側には、圧電素子２０８ａ、２０８ｄ（および２０８ｂ、２０８ｃ）がそれぞれ積層されている。圧電素子２０８ａ〜２０８ｄは、第１の圧電振動板の表面から内部可動枠２０２の表面の一部にかけて形成されており、内部可動枠２０２の表面上に引き出し電極を有している。圧電素子２０８ａ〜２０８ｄは、上述の実施例に従って作成する。
【００４３】
第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂと軸方向が交差する一対の第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂが、各々の一端で内部可動枠２０２を軸支する。第１のトーションバーと第２のトーションバーは直交する。矩形開口を有する支持体２０１が、第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂの他端に接続され、内部可動枠２０２を囲む。
【００４４】
第２の圧電振動板２０７ａ、２０７ｄ（および２０７ｂ、２０７ｃ）が、支持体２０１の第２のトーションバーと平行な辺２０１Ｌと第２のトーションバー２０６ａ（および２０６ｂ）とを接続する。第２の圧電振動板２０７ａ（および２０７ｂ）の表面上で、第２のトーションバー２０６ａ（および２０６ｂ）の両側には、圧電素子２０９ａ、２０９ｄ（および２０９ｂ、２０９ｃ）がそれぞれ積層されている。圧電素子２０９ａ〜２０９ｄは、第２の圧電振動板の表面から支持体２０１の表面の一部にかけて形成されており、支持体２０１の表面上に引き出し電極を有している。圧電素子２０９ａ〜２０９ｄは、上述の実施例に従って作成する。
【００４５】
これらの、内部可動枠２０２、可動基板２０３、第１のトーションバー２０４ａ、２０４ｂ、第１の圧電振動板２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、第２のトーションバー２０６ａ、２０６ｂ、第２の圧電振動板２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄは、表面に酸化膜を有するシリコンからなる共通基板をエッチング加工することにより形成されている。また、この加工の際に、ミラー部および内部可動枠２０２が所定の角度で揺動するのに支障のないような空隙も形成される。上記の各構成要素２０２、２０３、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄは、支持体２０１の厚さに比べて薄くなっており、曲げ変形及び捩れ変形が容易にできる構造になっている。ただし、内部可動枠２０２は、活性基板の下にＳｉからなる支持構造体２０２Ｍが形成されており、機械的な剛性を向上させている。この構造体２０２Ｍは厚さの調整が可能である。このような構造体は、例えばＳＯＩ基板を用いて作成できる。
【００４６】
以上実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。圧電体は、ＰＺＴに限らない。チタン酸鉛（ＰＴ），チタン酸ジルコン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等他のペロブスカイト型酸化物圧電体（強誘電体）も可能であろう。
【００４７】
圧電体膜の成膜方法は、アーク放電反応性イオンプレーティングに限らない。プラズマ励起を利用し、真空中で気相堆積するプラズマ気相堆積であれば、適用可能であろう。このような堆積方法は公知であり、公知の堆積方法、公知の堆積装置を用いることが可能であろう。
【００４８】
その他、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 基板、
１２ 酸化シリコン膜、
１４ Ｔｉ層、
１６ Ｐｔ層、
１８ ＰＺＴ膜、
２０ Ｐｔ層、
１０１ 反応チャンバ、
１０３ ヒータ、
１０４ 基板ホルダ、
１０９ ガス供給機構、
１２０ プラズマ発生ガス供給機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上方に、Ｔｉ層、その上にＰｔ層を堆積する工程と、
（ｂ）前記Ｔｉ層、Ｐｔ層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
（ｃ）前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
（ｄ）前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスが、Ａｒ，Ｈｅの少なくとも一方を含む、請求項１記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが、（Ａｒ＋Ｈｅ）の混合ガスである、請求項１又は２に記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）の不活性ガス雰囲気圧力が、１０−０Ｐａ〜１０−２Ｐａの範囲内である請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）がスパッタリング又は蒸着で行なわれ、前記工程（ｄ）がアーク放電反応性イオンプレーティングで行なわれ、前記酸化物圧電体が、ＰＺＴである請求項１〜４のいずれか１項記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項１】
（ａ）基板上方に、Ｔｉ層、その上にＰｔ層を堆積する工程と、
（ｂ）前記Ｔｉ層、Ｐｔ層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
（ｃ）前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
（ｄ）前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスが、Ａｒ，Ｈｅの少なくとも一方を含む、請求項１記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが、（Ａｒ＋Ｈｅ）の混合ガスである、請求項１又は２に記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）の不活性ガス雰囲気圧力が、１０−０Ｐａ〜１０−２Ｐａの範囲内である請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）がスパッタリング又は蒸着で行なわれ、前記工程（ｄ）がアーク放電反応性イオンプレーティングで行なわれ、前記酸化物圧電体が、ＰＺＴである請求項１〜４のいずれか１項記載の圧電体素子の製造方法。
【図１】
【図２−１】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図２−２】
【図２−１】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図２−２】
【公開番号】特開２０１１−２０４７７６（Ｐ２０１１−２０４７７６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８４８６（Ｐ２０１０−６８４８６）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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