JPH07337052A

JPH07337052A - 光歪バイモルフの製造方法

Info

Publication number: JPH07337052A
Application number: JP14539994A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Yamamoto; 啓介山本; Osamu Toyama; 修遠山; Keizo Higashiyama; 恵三東山
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2838363B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超小型・超薄型で、高応答性の光歪バイモル
フを容易に得ることができる製造方法を提供すること。【構成】基板１上に互いに離間した第一の電極パター
ン２１，２２を形成し、その上に光歪材組成物からなる
第一の光歪材膜３を前記電極パターンの夫々に接するよ
うに成膜する。続いて絶縁膜４を被着し、前記と同様に
してその上に第二の電極パターン５１，５２、及び第二
の光歪材膜６を成膜する。これらの工程中若しくはこれ
らの工程後に光歪材膜の焼結を行う。そして、前記の電
極パターンに夫々極性の異なる電圧を印加して前記第一
及び第二の光歪材膜３，６を異なる方向に分極させ、最
後に第一及び第二の電極パターンを導通させることによ
り光歪バイモルフが完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばアクチュエータ
用部品等の用途に用いられる光歪バイモルフの製造方法
に関し、特にマイクロマシン部品用等の超小型・超薄型
の光歪バイモルフの作成に好適な製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光歪バイモルフは、光を照射すると伸長
する２つの光歪材を、分極の方向が互いに反対になるよ
うに並べてその両端に電極を設けて一体化することによ
り構成される。そして、一方の光歪材に光を照射すると
その光歪材が伸長すると共に電圧を発生し、その電圧が
前記電極を介して他方の光歪材（この場合電歪材として
作用する）に印加されることによりその光歪材が縮み、
結果として当該部材が光照射により湾曲するという動作
を行うものである。勿論、光照射を停止すると前記湾曲
変形は解除され、光照射前の形態に復元することとな
る。

【０００３】従来光歪バイモルフは、光歪材原料となる
粉末を焼結したバルク材料から適当なサイズのシート状
に切り出し、高電圧を印加して分極処理を施し、その後
分極方向が互いに反対方向になるように２枚の光歪材シ
ートを貼り合わせ、その両端に電極を付設することによ
り製造されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記の製造方
法では、例えばマイクロマシンのアクチュエータ用部材
として用い得るような超小型の光歪バイモルフは、前述
のように貼り合わせ工程が必要な点などから、非常に作
成が困難であるという問題があった。また、光歪バイモ
ルフの湾曲変形の応答速度を向上させるという観点から
は、光歪材層は薄いほうが好ましいが、この超薄型光歪
バイモルフもまた上記の製造方法では容易に得ることが
できないという問題があった。マイクロマシン用部品と
して用いるには超小型でかつ応答性が良好であることが
求められ、かかる光歪バイモルフは従来方法で到底得る
ことができなかった。

【０００５】従って本発明は、超小型・超薄型で、高応
答性の光歪バイモルフを容易に得ることができる製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の光歪バ
イモルフの製造方法は、絶縁膜の両面に光歪材膜を備え
る積層体を成膜手段で形成する工程、及び前記光歪材膜
に夫々極性の異なる電圧を印加して互いに異なる方向に
分極させる工程とを含むことを特徴とするものである。
成膜手段、すなわちスパッタリング法などの薄膜作成技
術を用いることにより、極めて薄い光歪材層を形成する
ことができ、しかも順次膜を形成できるので上述の貼り
合わせ工程を不要とすることができる。また中間に絶縁
膜を介在させることにより、積層体形成後に各々の光歪
材膜に対してそれぞれ分極処理を行うことが可能とな
る。従って光歪材層の薄型化が容易に図れると共に、分
極処理後に積層体を分割する等の手段で容易に小型の光
歪バイモルフを得ることができる。

【０００７】上記の積層体には、積層体を担持する基板
を付設されていることが望ましい。この基板は、絶縁
膜、光歪材膜を成膜する際の基材とすることができ、ま
た非常に薄い積層体に対する後の工程中における機械的
強度の補強体として機能させることができる。

【０００８】前記の光歪材膜は、その結晶性を向上させ
るために熱処理（焼結処理）を与えることが望ましい。
この焼結処理は光歪材膜の成膜後であっても、光歪材膜
の成膜中であっても良い。前者の場合、一度に両方の光
歪材膜を焼結できるので均質な焼結膜を得やすく、後者
の場合は別個に焼結処理の工程を要しないという利点が
それぞれある。

【０００９】光歪材膜に夫々極性の異なる電圧を印加し
て互いに異なる方向に分極させるにあたり、前記光歪材
膜に一対の電極を夫々付設し、該電極を介して電圧を印
加する手段を採用することが、分極処理を容易に行い得
る点で好ましい。

【００１０】本発明のより具体的な製造方法は、少なく
とも表面に絶縁層を有する基板上に互いに離間した第一
の電極パターンを形成する工程、その上に光歪材組成物
からなる第一の光歪材膜を前記電極パターンの夫々に接
するように成膜する工程、前記第一の電極パターン及び
光歪材膜上に絶縁膜を被着する工程、前記絶縁膜上に互
いに離間した第二の電極パターンを形成する工程、その
上に光歪材組成物からなる第二の光歪材膜を前記電極パ
ターンの夫々に接するように成膜する工程、これらの工
程中若しくはこれらの工程後に行う前記光歪材膜の焼結
工程、前記第一及び第二の電極パターンに夫々極性の異
なる電圧を印加して前記第一及び第二の光歪材膜を異な
る方向に分極させる工程、及び前記第一及び第二の電極
パターンを導通させる工程とを含む光歪バイモルフの製
造方法である。また、上記の第一及び第二の光歪材膜を
異なる方向に分極させる工程の後に、必要に応じて基板
を除去するようにしても良い。

【００１１】上記の光歪材膜の成膜は、、例えばＰＬＺ
Ｔ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）の焼結体をタ
ーゲット材とした酸素雰囲気中におけるスパッタリング
により形成することができる。また、各構成元素の酸化
物、前記ＰＬＺＴにおいては例えばＰｂＯ，Ｌａ
₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＴｉＯ₂をそれぞれターゲットとす
る多元スパッタリング法等も採用できる。さらに、光歪
材膜の組成比を厳格に制御したい場合、本出願人が先に
特開平６−１０１０２１号で提案した、合成物の各原料
を単体でカソード上に保持し、各ターゲット上の基板の
通過時間の制御若しくは各ターゲットへの印加電圧を制
御するスパッタリング法も好ましく採用することができ
る。

【００１２】本発明においては上記以外の成膜手段、光
歪材膜構成材料も種々適用することが可能であり、成膜
手段としては例えばプラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、
低圧ＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法、或いは電子ビーム蒸
着法などの各種蒸着法等を採用することができる。また
光歪材膜構成材料としては上記ＰＬＺＴ以外に，例えば
ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃），ＰｂＴｉＯ₃，Ｐ
ｂＺｒＯ₃，ＬｉＮｂＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，ＰｂＴｉＯ
₃，ＢａＴｉＯ₃などを例示できる。

【００１３】光歪材膜の厚さは、光歪バイモルフとして
の十分な湾曲力、すなわち当該光歪バイモルフをマイク
ロマシンのアクチュエータとして用いる場合に十分アク
チュエータ機能を発揮させ得る最低限の厚さを確保し、
一方でマイクロマシンへ容易に組み込み得るよう小形化
させる要望がある観点から、３〜５００μｍ、好ましく
は５〜２００μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍの
範囲で選択することが望ましい。

【００１４】また絶縁膜としては特に限定はなく各種の
ものが用い得るが、上記した成膜手段と同等な方法で形
成可能な材料を選択することが望ましく、例えばＳｉＯ
₂，ＳｉＮ₄等を用いることができる。絶縁膜は、光歪
材膜に夫々極性の異なる電圧を印加して互いに異なる方
向に分極させる際の絶縁層として機能するものであり、
分極処理の際に十分な耐電圧性を発揮し得るような厚さ
が必要であり、その一方であまり厚すぎると光歪バイモ
ルフの動作性を低下させてしまうので、絶縁膜の厚さは
１〜１００μｍ，好ましくは３〜３０μｍの範囲で選択
することが望ましい。

【００１５】前述の積層体を成膜するにあたっては、通
常成膜ベースとなる基板が使用される。すなわち、基板
上にスパッタリング法などの成膜手段で、光歪材膜層及
び絶縁膜層を成長させるものである。なお光歪材膜は、
成膜中あるいは成膜後に熱処理（焼結処理）を行うの
で、基板材料は耐熱性を有していることが望ましい。さ
らに、成膜される積層体材料と熱膨脹係数や格子定数が
同一ないしは近似していることが望ましい。該基板とし
ては、例えばＳｉやＧａＡｓ等の半導体材料や、Ａｌ₂
Ｏ₃，ＳｒＴｉＯ₃等のセラミックスやサファイアなど
の各種絶縁材料を用いることができる。ただし、後の工
程での分極処理の際に高電圧を加える関係上、基板は絶
縁体であることが望ましく、半導体基板を用いる場合は
成膜面に酸化膜を形成するなどして絶縁処理を施す必要
がある。また基板は、少なくとも分極処理工程以降に、
通常はエッチングなどで取り除かれる。

【００１６】前記分極処理の際に、光歪材膜への高電圧
の印加を容易かつ確実とするために、光歪材膜に一対の
電極を夫々付設し、該電極を介して電圧を印加すること
が好ましい。この電極の付設は、積層体を作成後に別工
程で行っても良いが、積層体の成膜過程に同時に行うこ
とが好ましい。この方法の一例として、蒸気の基板上全
面にＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの導電性金属を蒸着若しくは
メッキして導電層を設け、次いで基板の両端部上の導電
層のみを残すようにフォトリソグラフィーや選択エッチ
ング処理等を行って（パターニング）一対の電極とし、
その上に前記両電極上にそれぞれ跨がるように光歪材膜
を成膜する方法が例示できる。そしてその表面上に絶縁
膜を形成し、同様にして導電層の形成及びパターニング
を行った後、もう一方の光歪材膜を成膜すれば、各光歪
材膜にそれぞれ独立して電圧を印加できる電極を形成す
ることができる。

【００１７】光歪材膜の焼結は、通常５００〜８００℃
で数分〜数時間程度の熱処理にて行うことができる。こ
の焼結処理を光歪材膜の成膜後に行う場合は、例えば積
層体を加熱炉等に収納して前記の熱処理を行えば良く、
光歪材膜の成膜中に行う場合は、例えば上記の基板を上
記の温度に加熱しつつ成膜すれば良い。

【００１８】光歪材膜の分極は、光歪材膜を成膜した後
に当該光歪材膜へ高電圧を印加することにより行うこと
ができる。この分極処理の具体例を示せば、光歪材膜を
１５０℃程度に加熱したシリコーンオイル等の絶縁油中
に浸漬した状態で、光歪材膜に１〜３ｋＶ／ｍｍ２の
電圧を印加することにより行うことができる。

【００１９】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の一実施例を詳
細に説明する。図１（ａ）〜（ｉ）は、本発明にかかる
光歪バイモルフの製造方法を順を追って示した図であ
る。

【００２０】まず、図１（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｓｉ、セラミックス等からなる基板１を準備し、該基板
１表面の全面に、Ａｕ等からなる導電性膜２をスパッタ
リング法や真空蒸着法などで形成する。なお、基板１と
してＳｉ等の半導体を用いる場合は、導電性膜２の形成
前にその表面に酸化膜を形成するなどして絶縁処理を行
う。この場合において、酸化膜とＡｕ導電性膜２との密
着性を向上させるために、両者間にＣｒ薄膜（厚さ０．
０５〜０．２μｍ程度）等を介在させることが望まし
い。上記基板１の厚さは０．１〜２ｍｍ程度、導電性膜
２の厚さは１０〜１００μｍ程度が適当である。

【００２１】次いで、図１（ｃ）に示すように、上記の
導電性膜２に対して化学エッチング等を施し、フォトリ
ソグラフィー法などでパターニングを行い、基板１の端
部に位置し、互いに離間するように設けられた第一の電
極パターン２１，２２を形成する。この電極パターン
は、後に行う分極処理の際の分極用電極として用いられ
るものである。

【００２２】そしてその上に図１（ｄ）に示すように、
スパッタリング法等を用いてＰＬＺＴなどの光歪材組成
物を、上記電極パターン２１，２２にそれぞれ接するよ
うに成膜し、第一の光歪材膜３を形成する。この場合、
光歪材膜３を所望の形状とするため若しくは電極パター
ン２１，２２に分極処理時の電圧印加の際におけるリー
ド線の取付け部となる露出部を形成するために、基板１
上に適宜な形状のメタルマスクを被せるようにしても良
い。

【００２３】その後、図１（ｅ）に示すように、電極パ
ターン２１，２２及び光歪材膜３を完全に覆うように、
ＳｉＯ₂，ＳｉＮ₄等からなる絶縁膜４をスパッタリン
グ法やプラズマＣＶＤ法により成膜する。なお、図例の
ように光歪材膜３を基板１全表面上に設けない場合、段
差により光歪材膜３にコーナー部が生じてしまうが、一
般にコーナー部には十分な厚さの膜が被着しにくく、平
坦部と同レベルの厚さで絶縁膜４を形成できるという観
点よりは、プラズマＣＶＤ法が好ましい。

【００２４】絶縁膜４の被着が完了したら、図１（ｆ）
に示すように、その上に先の工程で電極パターン２１，
２２の形成の際に行ったのと同様の手段で、導電性膜の
形成及びパターニングを施し、絶縁膜４の端部に位置
し、互いに離間するように設けられた第二の電極パター
ン５１，５２を形成する。この電極パターンもまた、後
に行う分極処理の際の分極用電極として用いられるもの
である。

【００２５】続いて、図１（ｇ）に示すように、上記の
第一の光歪材膜３の形成手段と同様にしてＰＬＺＴなど
の光歪材組成物を、上記電極パターン５１，５２にそれ
ぞれ接するように成膜し、第二の光歪材膜６を形成す
る。以上の工程により、第一の光歪材膜３、絶縁膜４、
及び第二の光歪材膜６からなり、各光歪材膜３，６にそ
れぞれ一対の電極２１，２２及び５１，５２が付設され
た積層体が形成されることとなる。

【００２６】上記積層体を得た後、光歪材膜の結晶性を
向上させるため、前記積層体を加熱雰囲気中に置いて焼
結処理が行われる。なお既述の通り、光歪材膜３，６を
成膜する際に基板１を加熱しておき、予め焼結を行うよ
うにしても良い。

【００２７】その後、図１（ｈ）に示すように、各電極
パターン２１，２２及び電極パターン５１，５２からそ
れぞれ４本のリード線を取り出し、このリード線を介し
て光歪材膜３，６に異なる極性の直流高電圧を印加し、
これら光歪材膜３，６を互いに異なる方向に分極させる
分極処理を行う。このように、絶縁膜４を中間に介在さ
せているがゆえ、焼結処理を行った後、第一・第二の光
歪材膜３，６に対して同時に且つ各層独立して分極処理
を行うことが可能となる。

【００２８】最後に、図１（ｉ）に示すように、電極パ
ターン２１と５１及び電極パターン２２と５２をそれぞ
れ短絡接続すると共に、基板１をエッチングなどにより
除去することにより、光歪バイモルフが完成するもので
ある。前記の短絡接続により、いずれかの光歪材膜に光
照射を行うことにより発生した電圧を他方の光歪材膜へ
印加させることができ、従って当該積層体が湾曲動作を
行い得るようにすることができる。

【００２９】このようにして製作された光歪バイモルフ
は、光を照射することにより当該部材を湾曲させること
ができるという特性を利用し、例えば前述のマイクロマ
シンのアクチュエータ用部材として、或いはイメージガ
イドスコープの対物部首振り動作用部材、若しくは二つ
の光歪バイモルフを並置してピンセット状の動作を行わ
せるマイクログリッパ用部材などとして好適に用いるこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通りの本発明の本発明の光
歪バイモルフの製造方法によれば、成膜手段を用いるの
で極めて薄い光歪材層を形成することができ、また順次
膜を形成できるので従来のような貼り合わせ工程を不要
とすることができる。また中間に絶縁膜を介在させるこ
とにより、成膜による積層体形成後に、すなわち各光歪
材層が十分な密着性を保った状態で各々の光歪材膜に対
してそれぞれ分極処理を行うことが可能となる。

【００３１】従って光歪材層の薄型化が容易に図れると
共に、分極処理の作業性を飛躍的に向上させることがで
きる。また、分極処理後に積層体を分割する等の手段で
容易に小型の光歪バイモルフを大量生産的に得ることが
でき、さらに光歪材膜の成膜にあたり適宜なパターニン
グを施すことにより、様々な形状の光歪バイモルフを簡
単に得ることができる等、本発明は優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光歪バイモルフの製造方法の一例を、
工程順に示したプロセス説明図である。

【符号の説明】

１基板２１，２２第一の電極パターン３第一の光歪材膜４絶縁膜５１，５２第二の電極パターン６第二の光歪材膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜の両面に光歪材膜を備える積層体
を成膜手段で形成する工程、及び前記光歪材膜に夫々極
性の異なる電圧を印加して互いに異なる方向に分極させ
る工程とを含むことを特徴とする光歪バイモルフの製造
方法。
【請求項２】積層体を担持する基板を付設することを
特徴とする請求項１記載の光歪バイモルフの製造方法。
【請求項３】光歪材膜の成膜後に、該光歪材膜を焼結
する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の光歪バ
イモルフの製造方法。
【請求項４】光歪材膜の成膜中に、該光歪材膜を焼結
する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の光歪バ
イモルフの製造方法。
【請求項５】前記光歪材膜に一対の電極を夫々付設
し、該電極を介して電圧を印加することを特徴とする請
求項１記載の光歪バイモルフの製造方法。
【請求項６】少なくとも表面に絶縁層を有する基板上
に互いに離間した第一の電極パターンを形成する工程、
その上に光歪材組成物からなる第一の光歪材膜を前記電
極パターンの夫々に接するように成膜する工程、前記第
一の電極パターン及び光歪材膜上に絶縁膜を被着する工
程、前記絶縁膜上に互いに離間した第二の電極パターン
を形成する工程、その上に光歪材組成物からなる第二の
光歪材膜を前記電極パターンの夫々に接するように成膜
する工程、これらの工程中若しくはこれらの工程後に行
う前記光歪材膜の焼結工程、前記第一及び第二の電極パ
ターンに夫々極性の異なる電圧を印加して前記第一及び
第二の光歪材膜を異なる方向に分極させる工程、及び前
記第一及び第二の電極パターンを導通させる工程とを含
むことを特徴とする光歪バイモルフの製造方法。
【請求項７】上記の第一及び第二の光歪材膜を異なる
方向に分極させる工程の以降に、基板を除去する工程を
含むことを特徴とする請求項６記載の光歪バイモルフの
製造方法。