(57)【要約】【課題】予測加工レートと実測加工レートとの誤差が小さい圧電振動子の周波数調整方法を提供する。【解決手段】周波数調整膜を第一の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより圧電振動子の周波数を調整する第一の周波数調整工程と、第一の周波数調整工程の後において周波数調整膜を第二の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより圧電振動子の周波数を調整する第二の周波数調整工程とを備え、第二の周波数調整工程における第二の予測加工レートをＹＲ２、過去に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ２、直前に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートをＲ１、過去に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ１とした場合に、以下の式が成り立つ圧電振動子の周波数調整方法とする。    ＹＲ２＝ＡＲ２×Ａ＾Ａ    （式中  Ａ＝Ｒ１／ＡＲ１）【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子の表面に形成された下層及び上層を含むと共に前記下層が前記上層よりも高い加工レートを有する周波数調整膜を前記上層側から複数回に分けて段階的に除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、
前記周波数調整膜を第一の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第一の周波数調整工程と、
前記第一の周波数調整工程の後に、前記周波数調整膜を第二の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第二の周波数調整工程と、を備え、
前記第二の周波数調整工程における前記第二の予測加工レートをＹＲ２、過去に実施した前記第二の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ２、直前に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートをＲ１、過去に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ１とした場合に、以下の式が成り立つことを特徴とする圧電振動子の周波数調整方法。
ＹＲ２＝ＡＲ２×Ａ＾Ａ    （式中  Ａ＝Ｒ１／ＡＲ１）
【請求項２】
前記第一の周波数調整工程においては、前記第一の予測加工レートを基に算出された前記周波数調整膜の除去時間の間だけ前記周波数調整膜を除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整し、前記第二の周波数調整工程においては、前記第二の予測加工レートを基に算出された前記周波数調整膜の除去時間の間だけ前記周波数調整膜を除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項３】
前記第一の予測加工レートは、過去に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項４】
前記第二の周波数調整工程の後に、前記周波数調整膜を第三の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第三の周波数調整工程を備え、前記第三の予測加工レートは、直前に実施した前記第二の周波数調整工程における実測加工レートと同じであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項５】
前記下層は、Ｃｒで構成される層を含み、前記上層は、Ａｕで構成される層を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項６】
前記周波数調整膜をレーザー又は粒子ビームにより除去することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の周波数調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動子の周波数調整方法としては、圧電振動子の表面に予め付着させたＡｕなどからなる周波数調整用の金属膜（周波数調整膜）をレーザーや粒子ビーム（イオンビームなど）により一定量削り取り（エッチング）、付着する金属膜の質量を減少させることで、周波数を調整する手法がとられている。
【０００３】
このような手法の一つとしては、周波数調整用の金属膜を削り取る前に、あらかじめ金属膜が削り取られる速さ（エッチングレート）を予測しておき、この予測したエッチングレートに基づいて圧電振動子の周波数が目的の周波数になるまで金属膜にレーザーや粒子ビームを一定時間照射する予測加工方式と呼ばれる手法が一般的に知られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
予測加工方式では、通常は一つの圧電振動子の周波数を調整するために、レーザーや粒子ビームの照射を複数回に分けて段階的に行い、徐々に周波数を目標値へと追い込んでいく。具体的には、例えば以下の通りである。
【０００５】
図１は予測加工方式の一般体系を示す概念図、図２は従来の予測加工方式における予測加工レートと実測加工レートの関係を示す図、図３は複数の圧電振動子が形成された圧電ウエハーを示す上面図、図４は圧電振動子を示す上面図、図５は周波数調整用の金属膜が形成された部位の断面図、図６は周波数調整用の金属膜上にマスクを配置した状態を示す上面図である。圧電振動子２は、圧電材料ウエハー１内に複数形成されており、各圧電振動子２の母材である圧電振動片６の表面には、周波数調整用の金属膜３として、Ｃｒ膜５とＡｕ膜４の積層膜が形成されている。圧電振動子２の周波数を調整する際には、円形の開口部を備えたマスク７を金属膜３上に配置し、マスク７の上からイオンビームを一定時間照射することで、マスク７の開口部を通して露出された金属膜３の一部を除去（エッチング）する。イオンビームの照射は１つの領域に対して３回に分けて行われ、１回目（Ｓｔｅｐ．１）と２回目（Ｓｔｅｐ．２）の照射では、主に上層のＡｕ膜４が除去され、続く３回目（Ｓｔｅｐ．３）の照射では、主に下層のＣｒ膜５が除去される。
【０００６】
イオンビームの照射時間は、予め予測した金属膜３のエッチングレート（予測加工レート）に基づいて算出されるが、予測加工レートは、以下のようにして決定される。
【０００７】
第一の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．１）では、過去に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値を第一の周波数調整工程の予測加工レートとして決定する。例えば、図２に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第一の周波数調整工程を実施する際には、それよりも前に第一の周波数調整工程を実施した１つ目の圧電振動子の実測加工レート（５０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）と２つ目の圧電振動子の実測加工レート（６０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）の平均値（５５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）を算出し、その平均値を３つ目の圧電振動子に対する第一の周波数調整工程における予測加工レート（予測レート１）とする。
【０００８】
第二の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．２）では、過去に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レートの平均値を第二の周波数調整工程の予測加工レートとして決定する。例えば、図２に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第二の周波数調整工程を実施する際には、それよりも前に第二の周波数調整工程を実施した１つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．１）の実測加工レート（６０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）と２つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．２）の実測加工レート（７０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）の平均値（６５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）を算出し、その平均値を３つ目の圧電振動子に対する第二の周波数調整工程における予測加工レート（予測レート２）とする。
【０００９】
第三の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．３）では、直前に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レートの値をそのまま第三の周波数調整工程の予測加工レートとして決定する。例えば、図２に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第三の周波数調整工程を実施する際には、この３つ目の圧電振動子に対して直前に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レート（６７［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）を、そのまま３つ目の圧電振動子に対する第三の周波数調整工程における予測加工レート（予測レート３）とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−８６７０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上説明した従来技術において、周波数調整用の金属膜３をエッチングする際には、まず上層のＡｕ膜４が削られ、次に下層のＣｒ膜５が削られるという順序を辿ることとなるが、Ａｕ膜とＣｒ膜とでは大きくエッチングレートが異なるため（Ｃｒの方がエッチングレートが高い）、Ａｕ膜４とＣｒ膜５との界面付近をエッチングすることとなる２回目のエッチングにおいてはエッチングレートが大きく変動し易く、１回目のエッチングにおいて実際のエッチングレート（実測加工レート）が高かった場合には、続く２回目のエッチングにおいても実測加工レートが高くなるといった傾向が示される。しかしながら、従来の予測加工レートの算出方式では、このような傾向が考慮されておらず、未だ予測加工レートと実測加工レートとの間には大きな誤差があり、改善の余地を残している。尚、このような傾向は、周波数調整膜がＡｕ膜とＣｒ膜とで構成されている場合に限らず、周波数調整膜がその他の材料で構成され下層が上層よりも高いエッチングレートを有する場合にも同様に示される。
【００１２】
本発明は、以上の問題点に鑑みたもので、予測加工レートと実測加工レートとの誤差が小さい圧電振動子の周波数調整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】
【００１３】
圧電振動子の表面に形成された下層及び上層を含むと共に前記下層が前記上層よりも高い加工レートを有する周波数調整膜を前記上層側から複数回に分けて段階的に除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、前記周波数調整膜を第一の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第一の周波数調整工程と、前記第一の周波数調整工程の後に、前記周波数調整膜を第二の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第二の周波数調整工程と、を備え、前記第二の周波数調整工程における前記第二の予測加工レートをＹＲ２、過去に実施した前記第二の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ２、直前に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートをＲ１、過去に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ１とした場合に、以下の式が成り立つ圧電振動子の周波数調整方法とする。
ＹＲ２＝ＡＲ２×Ａ＾Ａ    （式中  Ａ＝Ｒ１／ＡＲ１）
【００１４】
前記第一の周波数調整工程においては、前記第一の予測加工レートを基に算出された前記周波数調整膜の除去時間の間だけ前記周波数調整膜を除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整し、前記第二の周波数調整工程においては、前記第二の予測加工レートを基に算出された前記周波数調整膜の除去時間の間だけ前記周波数調整膜を除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であっても良い。
【００１５】
前記第一の予測加工レートは、過去に実施した前記第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値である圧電振動子の周波数調整方法であっても良い。
【００１６】
前記第二の周波数調整工程の後に、前記周波数調整膜を第三の予測加工レートに基づいて一定量除去することにより前記圧電振動子の周波数を調整する第三の周波数調整工程を備え、前記第三の予測加工レートは、直前に実施した前記第二の周波数調整工程における実測加工レートと同じである圧電振動子の周波数調整方法であっても良い。
【００１７】
前記下層は、Ｃｒで構成される層を含み、前記上層は、Ａｕで構成される層を含む圧電振動子の周波数調整方法であっても良い。
【００１８】
前記周波数調整膜をレーザー又は粒子ビームにより除去する圧電振動子の周波数調整方法であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２回目の周波数調整時における予測加工レートの算出式に１回目の周波数調整時における実測加工レートの値を反映させることで、２回目の周波数調整時における予測加工レートと実測加工レートとの誤差が減少するため、周波数調整の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】予測加工方式の一般体系を示す概念図
【図２】従来の予測加工方式における予測加工レートと実測加工レートの関係を示す図
【図３】複数の圧電振動子が形成された圧電材料ウエハーを示す上面図
【図４】圧電振動子を示す上面図
【図５】周波数調整用の金属膜が形成された部位の断面図
【図６】周波数調整用の金属膜上にマスクを配置した状態を示す上面図
【図７】本発明の予測加工方式における予測加工レートと実測加工レートの関係を示す図
【図８】算出した予測加工レートを個片単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図
【図９】算出した予測加工レートを行単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図
【図１０】算出した予測加工レートをウエハー単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図７は本発明の予測加工方式における予測加工レートと実測加工レートの関係を示す図、図８は算出した予測加工レートを個片単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図である。本発明の一実施形態では、圧電材料ウエハー１内に一体的に形成された複数の圧電振動子２に対して、それらの振動部（音叉部先端）に予め形成された周波数調整用の金属膜３をエッチングすることで周波数の調整を行う。周波数調整用の金属膜３は、Ｃｒ膜５とＡｕ膜４の積層膜で構成されており、周波数を調整する際には、金属膜３上に円形の開口部を備えたマスク７を配置し、その上からレーザーまたは粒子ビーム（イオンビームなど）を照射することで、Ａｕ膜４とＣｒ膜５を順次エッチングする。金属膜３のエッチングは、Ｃｒ膜５とＡｕ膜４でエッチングレートに差が生じることを考慮し、１個の圧電振動子２に対し３回（Ｓｔｅｐ．１〜３）に分けて段階的に行う。ここまでの構成は、従来技術と同様である。
【００２２】
本発明の特徴は、周波数調整用の金属膜３に対して２回目のエッチングを行う際の予測加工レートの算出方法にある。具体的には、以下の通りである。
【００２３】
第一の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．１）では、過去に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値を第一の周波数調整工程における予測加工レートとする。例えば、図７に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第一の周波数調整工程を実施する際には、それよりも前に第一の周波数調整工程を実施した１つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．１）の実測加工レート（５０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）と２つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．２）の実測加工レート（６０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）の平均値（５５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）を算出し、その平均値を３つ目の圧電振動子に対する第一の周波数調整工程における予測加工レート（予測レート１）とする。
【００２４】
第二の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．２）では、過去に実施した第一周波数調整工程における実測加工レートの平均値をＡＲ１、直前に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートの値をＲ１として、それらの比率をＲ１／ＡＲ１＝Ａとして算出し、過去に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レートの平均値（ＡＲ２）に比率Ａの自乗（Ａ＾Ａ）を乗算した値（ＡＲ２×Ａ＾Ａ）を第二の周波数調整工程における予測レート（ＹＲ２）とする（ＹＲ２＝ＡＲ２×Ａ＾Ａ）。例えば、図７に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第二の周波数調整工程を実施する際には、Ｒ１＝５５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］、ＡＲ１＝（５０＋６０）／２＝５５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］、Ａ＝１、Ａ＾Ａ＝１、ＡＲ２＝（６０＋７０）／２＝６５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］であるから、第二の周波数調整工程における予測加工レート（ＹＲ２）は、６５×１＝６５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］（予測レート２）となる。また、２つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．２）に対して第二の周波数調整工程を実施する際には、Ｒ１＝６０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］、ＡＲ１＝５０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］、Ａ＝１．２、Ａ＾Ａ≒１．２４５、ＡＲ２＝６０［ｐｐｍ／ｓｅｃ］であるから、第二の周波数調整工程における予測加工レート(YR2)は、６０×１．２４５＝７４．７［ｐｐｍ／ｓｅｃ］（予測レート２）となる。
【００２５】
第三の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．３）では、直前に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レートの値をそのまま第三の周波数調整工程における予測加工レートとして決定する。例えば、図７に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対して第三の周波数調整工程を実施する際には、この３つ目の圧電振動子に対して直前に実施した第二の周波数調整工程における実測加工レート（６７［ｐｐｍ／ｓｅｃ］）を、そのまま３つ目の圧電振動子に対する第三の周波数調整工程における予測加工レート（予測レート３）とする。
【００２６】
尚、以上のプロセスによる予測加工レートの算出方法は、周波数調整の対象となる全ての圧電振動子に対して適用することが望ましいが、一部の圧電振動子のみに対して適用しても構わない。
【００２７】
各ステップ（周波数調整工程）におけるエッチング時間は、３回のそれぞれのステップにおいて個別に算出した予測加工レートで、ステップごとに定めた目標周波数までの調整量（残り量）を除算することにより求められる。即ち、ｎ回目のエッチング時の予測加工レートをＲ、ｎ−１回目のエッチングを行った時点での目標周波数までの調整量（残り量）をＦとした場合、ｎ回目のエッチング時間は、Ｆ／Ｒという式で表される。例えば、図７に示すように、３つ目の圧電振動子（ワークＮｏ．３）に対しては、第一の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．１）を実施する直前における目標周波数までの残り量をＦ１［ｐｐｍ］とすれば、第一の周波数調整工程におけるエッチング時間［ｓｅｃ］は、Ｆ１［ｐｐｍ］／５５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］となり、第二の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．２）を実施する直前における目標周波数までの残り量をＦ２［ｐｐｍ］とすれば、第二の周波数調整工程におけるエッチング時間［ｓｅｃ］は、Ｆ２［ｐｐｍ］／６５［ｐｐｍ／ｓｅｃ］となり、第三の周波数調整工程（Ｓｔｅｐ．３）を実施する直前における目標周波数までの残り量をＦ３［ｐｐｍ］とすれば、第三の周波数調整工程におけるエッチング時間［ｓｅｃ］は、Ｆ３［ｐｐｍ］／６７［ｐｐｍ／ｓｅｃ］となる。
【００２８】
図９は算出した予測加工レートを行単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図、図１０は算出した予測加工レートをウエハー単位で適用してエッチングを行う状況を示す概念図である。上述の実施形態では、図８に示したように圧電振動子ごとに特定の予測加工レートを適用して周波数調整膜のエッチングを行っているが、一度にエッチングする圧電振動子の個数に制限はなく、例えば、図９に示すように圧電材料ウエハー内に配列された圧電振動子の行単位や列単位で特定の予測加工レートを適用して複数個の圧電振動子に対して同時にエッチングを行っても良く、図１０に示すようにウエハー単位で特定の予測加工レートを適用して複数個の圧電振動子に対して同時にエッチングを実施しても良く、必要とされる周波数の調整精度に合わせて適宜最良な方法を選択すれば良い。
【００２９】
以上の実施形態では、周波数調整膜をＣｒとＡｕとで構成された金属膜としたが、例えば、それ以外の材料を含む金属膜や金属以外の材料で構成された膜であっても構わない。
【００３０】
また、周波数調整膜をエッチングする手段としては、レーザーや粒子ビーム（イオンビーム、電子ビーム、中性子ビームなど）に限らず、その他の手段を用いることも可能である。
【００３１】
また、本発明は、周波数調整膜が異なる材料の膜を積層した積層膜で構成される場合に限らず、例えば、周波数調整膜が単層の膜で構成され、その膜内において上層と下層との間にエッチングレートに差（上層のエッチングレート＜下層のエッチングレート）があるような場合にも適用することが可能である。
【００３２】
また、圧電振動子を構成する圧電材料は、例えば、水晶であるが、それ以外の材料であっても構わない。
【００３３】
また、上述の実施形態では、過去に実施した第一の周波数調整工程における実測加工レートの平均値を第一の周波数調整工程における予測加工レートとしているが、それ以外の値を第一の周波数調整工程における予測加工レートとすることも可能である。
【００３４】
また、上述の実施形態では、第二の周波数調整工程の後に第三の周波数調整工程を実施しているが、第三の周波数調整工程は、省略することも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  圧電材料ウエハー
２  圧電振動子
３  周波数調整用の金属膜
４  Ａｕ膜
５  Ｃｒ膜
６  圧電振動片
７  マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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