(57)【要約】【課題】生産効率に優れ、圧電デバイスの表面上に均一な膜厚の金属膜を形成することを可能とする圧電デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の圧電デバイスの製造方法では、所定の形状であけられた開口窓４１０を有するマスク４００の下に、周波数調整膜を成膜したい部分だけを開口窓４１０から見えるようにして水晶振動片２００を配置する。次に、所定の間隔Ｌで並んだ２つのノズル３００ａ、３００ｂから銀（Ａｇ）からなる微粒子を噴出させてガスデポジション法による成膜を行う。２つのノズル３００ａ、３００ｂを同じ速度で同時に矢印Ｘの方向に平行移動させながら、微粒子を噴出させる。それぞれのノズルから噴出した微粒子が重なり合ってできる平坦領域をつかい、水晶振動片上に均一な厚みの周波数調整膜を形成する。【選択図】図１
2010232989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に金属膜が形成された圧電デバイスの製造方法において、
前記表面の第１の領域に、第１の状態のノズルからガス化金属材料を吹き付ける第１の工程と、
前記表面の前記第１の領域と一部が重なる第２の領域に、前記第１の状態と異なる第２の状態のノズルからガス化金属材料を吹き付ける第２の工程と、を有する
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第１の状態は、前記ノズルの先端中心が前記表面に対して第１の位置にあり、
前記第２の状態は、前記ノズルの先端中心が、前記１の位置に対して前記表面の平行方向に異なる第２の位置にある
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第１の状態は、前記ノズルの吹き付け方向と前記表面とのなす角度が第１の角度であり、
前記第２の状態は、前記ノズルの吹き付け方向と前記表面とのなす角度が、前記第１の角度と異なる第２の角度である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記吹き付けは、所定の形状に開口したマスク部材を介して行われる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記吹き付けは、前記ノズルを前記表面の平行方向に移動しながら行われる
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程と前記第２の工程とを同時に行う
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記圧電デバイスは振動子であり、
前記第１の工程及び前記第２の工程により、前記振動子の少なくとも一部に金属膜を形成し、
前記金属膜の一部を除去して前記振動子の発振周波数を調整する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子等の圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶振動子等の圧電デバイスが広く用いられている。図５は、一般的な水晶振動子の外観形状を示した図である。従来から一般に用いられている水晶振動子１０は、圧電材料であり、複数の振動脚２１０を有し音叉形状をした水晶振動片２００と、該水晶振動片２００に電圧を加えるための電極５００と、さらに水晶振動子１０の発振周波数を所定の周波数に調整するために用いられる周波数調整膜１００と、を備える。
【０００３】
一般に水晶振動子１０は、ｐｐｍレベルで発振周波数を調整する必要があり、そのために振動脚２１０の先端に設けられた錘の役目をする周波数調整膜１００を微少量だけ除去して発振周波数を調整する方法が、従来から用いられている。
【０００４】
以下にその調整方法を示す。図６は、水晶振動子の周波数調整工程の説明図であり、図５のＣ−Ｃ断面を示す。
まず図６（ａ）に示すように、水晶振動片２００上に一定の厚みで周波数調整膜１００を形成する。周波数調整膜１００は錘の役目をするものであるから２〜６μｍ程度に厚く形成される。また比重の高い材料が選ばれ、一般には銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）が用いられる事が多い。
【０００５】
次に図６（ｂ）に示すように、周波数調整膜１００上に微小なビーム径に絞られたレーザー光６００を照射してレーザー加工を行う。その結果、図６（ｃ）に示すように、非常に微小な量だけ周波数調整膜１００を除去する事ができ、発振周波数を微少量変化させることができる。
このようにして最終的に水晶振動子１０の発振周波数が所定の周波数に合うまでレーザー加工を繰り返し、周波数調整を行っている。
【０００６】
上記のような周波数調整工程において、周波数調整膜１００の厚みを厚く、且つ平坦に形成することが重要であり、その一つの方法として、従来から、蒸着を用いた方法が広く知られている。
【０００７】
また、周波数調整用の金属膜を形成する別の方法として、ガスデポジション法を用いた方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。ガスデポジション法とは、金属材料を高周波誘導加熱法等で溶融させ、蒸発した微粒子を圧力差によってノズルから噴出させて吹き付け、金属膜を成膜する方法である。
【０００８】
ガスデポジション法によれば、微小領域に成膜することが可能であり、材料の利用効率が高いという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２１２１６１号公報（第５頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述した従来技術では、以下のような問題がある。
図７は、振動片上に、蒸着により周波数調整膜を形成した状態を示す断面図である。蒸着は一度に広い範囲に膜が形成されるので、水晶振動片２００上に周波数調整膜１００を形成するにあたり、所定の場所以外に周波数調整膜１００が形成されないように、図７に示すように、所定の部分だけ開口したマスク４００を水晶振動片２００の成膜面側に配置するのが一般的である。
【００１１】
しかしながら、このような周波数調整膜１００を蒸着により形成する方法では、周波数調整膜１００よりも、マスク４００に付着する生成膜１２０の方が多くなり、さらに蒸着装置の成膜室内にも大量の生成膜１２０が付着してしまうため、材料の利用効率が極端に低く、その結果、生産効率が非常に悪いという問題がある。
【００１２】
また、蒸着源から発生する微粒子１６０は方向性なく飛散するので、図７に示すように、水晶振動片２００の側面にも周波数調整膜１００が形成されてしまう。水晶振動片２００の側面に形成される周波数調整膜１００の厚みを精度良く制御して形成することは難しく、そのため周波数調整の精度が悪くなるという問題がある。
【００１３】
さらに、水晶振動片２００の側面に形成された周波数調整膜１００は、レーザーが届かない場所にあるので、レーザー加工することができず、周波数調整工程においては、まったく無駄になってしまう。これは上述のマスク４００に付着する生成膜１２０と同じように、材料の利用効率を悪化させる原因となるので、この点も生産効率が悪いという問題の要因になる。
【００１４】
図８は、振動片上に、特許文献１記載のガスデポジション法を用いて周波数調整膜を形成した状態を示す断面図である。図８（ａ）は図５に示す水晶振動子１０のＣ−Ｃ断面を示す図であり、図８（ｂ）は図５に示す水晶振動子１０のＤ−Ｄ断面を示す図である。
ガスデポジション法では微小領域に成膜することが可能であるが、所定の部分に所定のパターンで周波数調整膜１００を形成するために、マスク４００を介して成膜するのが一般的である。そのためマスク４００には微量ながらも生成膜１２０が形成されることとなる。
【００１５】
通常、ガスデポジション法で成膜を行うと、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ノズル３００から噴出した微粒子１５０は、ノズル３００の開口部の真下（中心軸付近）では厚く堆積し、ノズル３００から周辺に離れるに従って薄くなる。
【００１６】
その結果、特許文献１記載のガスデポジション法を用いて周波数調整膜を形成する方法では、水晶振動片２００上に形成される周波数調整膜１２０を平坦化して形成することができず、場所によって厚みが異なってしまう。そのために、レーザー加工により、安定して一定の量だけ周波数調整膜１２０を除去することが難しく、周波数調整の精度が悪くなるという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明は上記課題を解決し、生産効率に優れ、圧電デバイスの表面上に均一な膜厚の金属膜を形成することを可能とする圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の圧電デバイスの製造方法は下記記載の構成を採用するものである。
【００１９】
本発明の圧電デバイスの製造方法は、表面の少なくとも一部に金属膜が形成された圧電デバイスの製造方法において、表面の第１の領域に、第１の状態のノズルからガス化金属
材料を吹き付ける第１の工程と、表面の第１の領域と一部が重なる第２の領域に、第１の状態と異なる第２の状態のノズルからガス化金属材料を吹き付ける第２の工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、第１の状態は、ノズルの先端中心が表面に対して第１の位置にあり、第２の状態は、ノズルの先端中心が、１の位置に対して表面の平行方向に異なる第２の位置にあることを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、第１の状態は、ノズルの吹き付け方向と表面とのなす角度が第１の角度であり、第２の状態は、ノズルの吹き付け方向と表面とのなす角度が、第１の角度と異なる第２の角度であることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、吹き付けは、所定の形状に開口したマスク部材を介して行われることを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、吹き付けは、ノズルを表面の平行方向に移動しながら行われることを特徴とする。
【００２４】
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、第１の工程と第２の工程とを同時に行うことを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、圧電デバイスは振動子であり、第１の工程及び第２の工程により、振動子の少なくとも一部に金属膜を形成し、金属膜の一部を除去して振動子の発振周波数を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の圧電デバイスの製造方法では、異なる状態のノズルを用いてガス化金属材料の吹き付けを行うことにより、それぞれのノズルから噴出した微粒子が重なり合ってできる平坦領域をつかい、圧電デバイス上に、均一な厚みの金属膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態の圧電デバイスの製造方法の概略を示す図である。
【図２】第１の実施形態の圧電デバイスの製造方法の概略を示す図である。
【図３】ガスデポジション法によって形成された生成膜の形状を示した図である。
【図４】第２の実施形態の圧電デバイスの製造方法の概略を示す図である。
【図５】一般的な水晶振動子の外観形状を示した図である。
【図６】水晶振動子の周波数調整工程を示した図である。
【図７】振動片上に、蒸着により周波数調整膜を形成した状態を示す断面図である。
【図８】振動片上に、従来技術のガスデポジション法を用いて周波数調整膜を形成した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明はガスデポジション法を用いて、周波数調整膜を厚く、且つ均一な厚さで形成することを特徴とした圧電デバイスの製造方法である。以下に圧電デバイスの中でも最も広く用いられている、図５を用いて説明した水晶振動子を例に挙げて、その製造方法を示す。
【００２９】
［第１の実施形態：図１−図３］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本発明の圧電デバイスの製造方法における周波数調整膜の形成工程の概略図である。図２は、周波数調整膜を形成した状態を示す断面図である。図２（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面を示した図であり、図２（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ断面を示した図である。
【００３０】
本発明では、図１に示すように、所定の形状であけられた開口窓４１０を有するマスク４００の下に、周波数調整膜を成膜したい部分だけを開口窓４１０から見えるようにして水晶振動片２００を配置する。
【００３１】
次に、所定の間隔Ｌで並んだ２つのノズル３００ａ、３００ｂから微粒子１５０を噴出させてガスデポジション法による成膜を行う。本実施形態では、２つのノズル３００ａ、３００ｂを同じ速度で同時に矢印Ｘの方向に平行移動させながら、銀（Ａｇ）からなる微粒子１５０を噴出させる。
【００３２】
これにより、図１および図２に示すように、開口窓４１０によって露出した水晶振動片２００上に、銀（Ａｇ）からなる周波数調整膜１００が形成される。銀（Ａｇ）は比重が高いので錘として充分に役目を果たす。
【００３３】
本実施形態では、ノズル３００ａ、３００ｂを矢印Ｘの方向に一定の速度で移動させる。このため、図２（ａ）に示す図１のＡ−Ａ断面では、マスク４００上の生成膜１２０とともに、水晶振動片２００上に周波数調整膜１００が同じ厚みで均一に成膜される。
【００３４】
一方、図１のＢ−Ｂ断面は、図２（ｂ）に示すように、ノズル３００近傍では生成膜１２０の厚みが均一にならず、ノズル３００の中心軸付近で最も厚く成膜されてしまうが、２つのノズル３００の間の領域では均一な厚みで成膜される。その理由を以下に説明する。
【００３５】
図３は、ガスデポジション法によって形成された生成膜の形状を示した図である。図３（ａ）に示すように、１つのノズル３００から噴出した微粒子１５０は、ノズル３００の中心軸付近で多く堆積し、ノズル３００の中心軸から離れるに従って堆積量は少なくなっていく。よって形成される生成膜１２０ａの形状は、ノズル３００の中心軸付近は厚く、ノズル３００の中心軸から離れるに従って薄くなる山型形状になる。
【００３６】
一方、図３（ｂ）に示すように、狭い間隔で並べられた２つのノズル３００ａ、３００ｂを用いてガスデポジション法を行うと、それぞれのノズルから噴出した微粒子１５０が重なり合って堆積する部分が生じ、生成膜１２０ｂに平坦領域Ｆが形成される。
【００３７】
背景技術で述べたように、水晶振動子に代表される圧電振動子の製造では、発振周波数をｐｐｍレベルで調整するために、まず一定の厚みの金属膜（周波数調整膜）を振動片上に成膜し、その後、レーザー加工によって、発振周波数のずれ量に応じた量だけ金属膜（周波数調整膜）を除去する方法がとられている。
【００３８】
発振周波数のずれ量に応じた最適な量を除去するためには、金属膜（周波数調整膜）の厚みをできる限り一定の厚みで形成する必要があり、本発明では、図３（ｂ）のように、２つのノズル３００ａ、３００ｂから噴出した微粒子１５０が重なり合ってできる平坦領域をつかって、水晶振動片２００上に均一な厚みの周波数調整膜１００を形成しているのである。
【００３９】
なお、平坦領域Ｆ以外の部分は、圧電振動子にとって必要のない部分であるので、その部分が圧電振動子上に形成されないように、成膜したい領域だけ開口させたマスクをノズ
ル３００と圧電振動子の間に介してガスデポジションを行えば、不良の発生を極力防ぐことができる。
【００４０】
また、ガスデポジション法を用いると以下のような効果もある。ガスデポジション法はノズル３００の内側と外側の圧力差を使って微粒子１５０を噴出するため、微粒子１５０には大きな速度エネルギーが加わる。そのため、ノズル３００に対向する水晶振動片２００の成膜面には周波数調整膜１００が短時間で厚く成膜される。しかし、水晶振動片２００の側面には、吹き飛んでしまうためにほとんど成膜されない。
水晶振動片２００の側面はレーザーが届かずレーザー加工することができない部分なので、このように水晶振動片２００の側面に、無駄な周波数調整膜１００が形成されなければ、材料の利用効率の面で非常に有効である。
【００４１】
さらに、本発明によれば、周波数調整膜１００として形成された以外の微粒子１５０はほとんどマスク４００上に生成膜１２０として形成されるので、マスク４００ごと再生処理を行えば、周波数調整膜１００として利用されなかった材料のほとんどすべてを再生利用することが可能である。
【００４２】
本実施形態の条件を、以下に例として示す。０．５ｍｍ（間隔Ｌ）だけ離して配置したノズル開口径０．５ｍｍの２つのノズル３００ａ、３００ｂを、３ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら、溶融した銀（Ａｇ）の微粒子１５０を噴出させて成膜を行った。なお、微粒子１５０の噴出圧力は１００ｋＰａで、ノズル３００ａ、３００ｂと水晶振動片２００の間の距離は１ｍｍ程度とした。
【００４３】
その結果、ノズル３００ａとノズル３００ｂの間に配したマスク４００の開口窓４１０（開口寸法：０．２５ｍｍ×０．４ｍｍ）を通して、水晶振動片２００の振動脚先端部に、銀からなる３．５μｍ厚で均一に周波数調整膜１００を形成することができた。
【００４４】
なお、周波数調整膜１００の厚みは、ノズル３００ａ、３００ｂの移動速度（上記例では３ｍｍ／ｓｅｃ）を遅くするか、ノズルからの噴出圧力（上記例では１００ｋＰａ）を上げるかすれば、より厚い膜が形成でき、１０μｍ程度の厚みも成膜可能である。
【００４５】
また、平坦部Ｆの領域を広くしたい場合には、ノズル開口径（上記例では０．５ｍｍ）を大きくするか、ノズル３００ａ、３００ｂと水晶振動片２００の間の距離（上記例では１ｍｍ）を離せばよい。
【００４６】
上述した第１の実施形態では、成膜時間を短くするために２つのノズル３００ａ、３００ｂを同じ速度で同時に動かす例を示した。しかし本発明はこれに限定されものではなく、各ノズル３００ａ、３００ｂを別々に動作させても、同様に平坦な周波数調整膜１００を形成することはできる。
【００４７】
また、１つのノズル３００だけで一度平行移動しながら成膜した後、図１に示すノズルの位置関係のように間隔Ｌだけそのノズル３００の位置をずらしてから、再度、平行移動して成膜しても、同様に平坦な周波数調整膜１００を形成することはできる。このようにすれば、ノズル３００は１つだけで足りるので、装置の簡略化が可能である。
【００４８】
［第２の実施形態：図４］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の圧電デバイスの製造方法の説明図であり、図１のＢ−Ｂ断面を示す。本第２の実施形態では、図４に示すように、２つのノズル３００ａと３００ｂが線対称の位置関係になるように水晶振動片２００の成膜面に対して異なる角度α、βで傾けて設置した。
【００４９】
このようにして成膜すると、各ノズル３００ａ、３００ｂから噴出する微粒子１５０も線対称で飛散し、ノズル３００ａとノズル３００ｂの間の領域で重なり合って成膜される。この重なり合って成膜される領域は均一な厚みで成膜される。よって、図４のようにその位置だけマスク４００を開口させ水晶振動片２００を配置すれば、水晶振動片２００上に周波数調整膜１００が均一の厚みで形成されることとなる。
【００５０】
なお、平坦領域以外はマスク４００がノズル３００ａ、３００ｂと水晶振動片２００の間に介しているので、第１の実施形態と同様に、厚みの異なる周波数調整膜１００が水晶振動片２００上に成膜されることはない。
【００５１】
第２の実施形態のようにノズル３００ａ、３００ｂを傾けて設置すれば、第１の実施形態と比較してノズル孔の間隔を狭めることができるので、非常に微小な領域にも均一な厚みで周波数調整膜１００を形成することができる。よって水晶振動片２００が小型化されても対応可能である。
【００５２】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、２つのノズル３００ａ、３００ｂを同じ速度で同時に動かしてもよく、また、各ノズル３００ａ、３００ｂを別々に動作させてもよい。
さらに、ノズル３００ａの状態で一度平行移動しながら成膜した後、再度、ノズル３００ｂの状態で平行移動して成膜してもよい。このようにすれば、ノズル３００は１つだけで足りるので、装置の簡略化が可能である。
【００５３】
上述した実施の形態では、マスク４００を介して微粒子１５０を飛散させ周波数調整膜１００を形成した例を挙げたが、必ずしもマスク４００を用いる必要はない。マスク４００を用いなくても、図３（ｂ）に示すように、平坦領域Ｆを有する生成膜１２０を水晶振動片２００の表面の所望の領域に生成し、生成膜１２０をエッチング等によりパターニングしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施の形態では、ノズル３００ａ、３００ｂを移動させて周波数調整膜１００を形成した例を挙げたが、必ずしもノズル３００ａ、３００ｂを移動させる必要はない。例えば、ノズル３００ａ、３００ｂを固定して水晶振動片２００を移動させても、同じように、水晶振動片２００上に均一な厚みの周波数調整膜１００を形成することが可能である。
【００５５】
さらに、上述した実施の形態では、圧電デバイスの一例として水晶振動子１０を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、水晶ジャイロセンサ等のセンサにも適用可能である。
【００５６】
上述したように、本発明の圧電デバイスの製造方法では、異なる状態（位置・角度）のノズルを用いてガスデポジション法を行うことにより、それぞれのノズルから噴出した微粒子が重なり合ってできる平坦領域をつかい、水晶振動片上に均一な厚みの周波数調整膜を形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  水晶振動子
１００  周波数調整膜
１２０、１２０ａ、１２０ｂ  生成膜
１５０、１６０  微粒子
２００  水晶振動片
３００、３００ａ、３００ｂ  ノズル
４００  マスク
４１０  開口窓
５００  電極
６００  レーザー光
【図１】
2010232989.tif 000003
【図２】
2010232989.tif 000004
【図３】
2010232989.tif 000005
【図４】
2010232989.tif 000006
【図５】
2010232989.tif 000007
【図６】
2010232989.tif 000008
【図７】
2010232989.tif 000009
【図８】
2010232989.tif 000010