(57)【要約】【課題】圧電振動子の共振周波数を、高くして狙い周波数に合せ込む周波数調整方法、および低くして狙い周波数に合せ込む周波数調整方法の二種類の周波数調整方法を備え、１つのチャンバー内で切り替えることにより、効率のよい周波数調整を実現する周波数調整装置。【解決手段】周波数調整装置１０の一つのチャンバー１内で、切替機構４によりイオンビームガン２およびイオンビームの向きを切り替えることにより、共振周波数ｆが狙い周波数ｆ０に対して高い場合または低い場合いずれであっても、一つのチャンバー１内において、狙い周波数ｆ０に合わせこむことが可能となる周波数調整装置１０を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子に形成された励振電極にイオンビームを照射するイオンビームガンと、
前記イオンビームガンにより前記イオンビームが照射されるターゲットと、
前記圧電振動子、前記ターゲット、および前記イオンビームガンを減圧雰囲気に保持するチャンバーとを備え、
前記イオンビームガンは切替機構を有し、
前記チャンバー内で、前記切替機構により前記イオンビームガンの向きを、前記ターゲットまたは前記圧電振動子に向けて切り替え、
前記イオンビームを前記ターゲットに向けて照射して、前記励振電極に成膜し、
前記イオンビームを前記圧電振動子に向けて照射して、前記励振電極をエッチングすることを特徴とする周波数調整装置。
【請求項２】
チャンバー内でイオンビームの照射により、共振周波数を高くする高周波化工程と、
前記チャンバー内で前記イオンビームの照射により、前記共振周波数を低くする低周波化工程とを備え、
前記イオンビームの照射方向を切り替えることにより、前記高周波化工程と前記低周波化工程とを切り替えることを特徴とする周波数調整方法。
【請求項３】
請求項２に記載の周波数調整方法において、
前記高周波化工程は、エッチングにより前記共振周波数を高くし、
前記低周波化工程は、スパッタリングにより前記共振周波数を低くすることを特徴とする周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子などの周波数調整装置、および周波数調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動素子（圧電振動片）に励振電極が形成された圧電振動子は、圧電素子の加工精度、または励振電極の成膜精度など様々な要因により、圧電振動子毎に共振周波数のバラツキ（偏差）σがある。そのため、振動素子（圧電振動片）に励振電極を形成した後に、圧電振動子を個々に周波数調整する必要がある。周波数調整方法は二種類ある。一種類目の周波数調整方法は、振動素子に形成された励振電極に、蒸着またはスパッタリングなどにより電極部材を成膜することで、圧電振動子の共振周波数を低くして狙い周波数に合せ込む周波数調整方法である。二種類目の周波数調整方法は、励振電極をエッチングすることで、圧電振動子の共振周波数を高くして狙い周波数に合せ込む周波数調整方法である。
【０００３】
個々の圧電振動子の共振周波数が、狙い周波数に対して高いか低いかによって、二種類の周波数調整方法を使い分けるとすると、それぞれの周波数調整方法の周波数調整装置を用意して使い分ける必要があり、周波数調整工程が複雑になるという問題がある。また、周波数調整工程において周波数調整装置が二種類必要なため、装置コストが約二倍必要となるという問題もあって、二種類のいずれかの周波数調整方法を用いることが一般的である。そのため、周波数調整前の共振周波数は、狙い共振周波数ｆ０に対して、高い周波数側または低い周波数側へオフセット周波数ｆＳにオフセットしておく必要がある（図４参照）。
一方で、上述の二種類の周波数調整方法を適宜繰り返すことにより、狙い共振周波数に合わせこむ周波数調整方法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、１つのチャンバー内で、上述の２つの周波数調整方法を実現するために、チャンバーに、真空排気する機構と、アルゴンガスを供給する機構とを連通させ、チャンバー内を減圧雰囲気そしてアルゴンガス雰囲気に切り替えることで、減圧雰囲気下で蒸着、そしてアルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを実施する周波数調整方法が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１４４６０号公報（３頁〜４頁、図１〜図２）
【特許文献２】特開２０００−５９１６４号公報（２頁〜３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、二種類の周波数調整方法を適宜繰り返すことは、周波数調整の効率が悪いという問題があり適切でない。また、１つのチャンバー内で、減圧雰囲気そしてアルゴンガス雰囲気に切り替える場合であっても、切替に時間がかかってしまい、周波数調整の効率が悪いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例により実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例にかかる周波数調整装置は、圧電振動子に形成された励振電極にイオンビームを照射するイオンビームガンと、前記イオンビームガンにより前記イオンビームが照射されるターゲットと、前記圧電振動子、前記ターゲット、および前記イオンビームガンを減圧雰囲気に保持するチャンバーとを備え、前記イオンビームガンは切替機構を有し、前記チャンバー内で、前記切替機構により前記イオンビームガンの向きを、前記ターゲットまたは前記圧電振動子に向けて切り替え、前記イオンビームを前記ターゲットに向けて照射して、前記励振電極に成膜し、前記イオンビームを前記圧電振動子に向けて照射して、前記励振電極をエッチングすることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、周波数装置の一つのチャンバー内で、切替機構によりイオンビームガンおよびイオンビームの向きを簡易に切り替えることにより、共振周波数が狙い周波数に対して高い場合または低い場合いずれであっても、一つのチャンバー内において、狙い周波数に合わせこむことが可能となる周波数調整装置を提供することができる。具体的には、共振周波数が狙い周波数に対して高い場合、切替機構によりイオンビームガンおよびイオンビームの向きをターゲットに向けて切り替え、イオンビームを照射して、圧電振動子の励振電極に成膜し共振周波数を低くさせ、狙い周波数に合わせこむことができる。そして、共振周波数が狙い周波数に対して低い場合、切替機構によりイオンビームガンおよびイオンビームの向きを圧電振動子に向けて切り替え、イオンビームを照射して、圧電振動子の励振電極をエッチングすることで共振周波数を高くさせ、狙い周波数に合わせこむことができる。
【０００９】
［適用例２］本適用例にかかる周波数調整方法は、チャンバー内でイオンビームの照射により、共振周波数を高くする高周波化工程と、前記チャンバー内で前記イオンビームの照射により、前記共振周波数を低くする低周波化工程とを備え、前記イオンビームの照射方向を切り替えることにより、前記高周波化工程と前記低周波化工程とを切り替えることを要旨とする。
【００１０】
これによれば、上述と同様の効果を奏することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかる周波数調整方法において、前記高周波化工程は、エッチングにより前記共振周波数を高くし、前記低周波化工程は、スパッタリングにより前記共振周波数を低くすることが好ましい。
これによれば、上述と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の周波数調整装置により、周波数調整される水晶振動子を示す概略構成図。
【図２】本実施形態の周波数調整装置を示す概略構成図。
【図３】周波数調整される前の水晶振動子毎の共振周波数バラツキ（偏差）を示す図。
【図４】従来例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
まず、本実施形態の周波数調整装置１０により、周波数調整される圧電振動子の一例としての水晶振動子８について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、水晶振動子８の概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１に示すように水晶振動子８は、水晶振動片８０と、パッケージ２０と、蓋体３０とを備えている。
【００１４】
本実施形態の周波数調整装置１０により、周波数調整される水晶振動子８は、図１において、パッケージ２０に水晶振動片８０が固定され電気的に接続され、二点鎖線で示した蓋体３０が接合される前の状態である。
この状態の水晶振動子８を、周波数調整装置１０により周波数調整した後、アニール処理を施し、蓋体３０をパッケージ２０に接合することにより、周波数調整後の水晶振動片８０を収納室２３内に気密に封止された水晶振動子８を得る。
【００１５】
パッケージ２０は、ベース基板２８と、積層基板２７と、接合部２６と、導通固定部２１と、外部接続端子２９と、収納室２３とを備えている。パッケージ２０は、ベース基板２８上に収納室２３の形状に合わせて刳り貫かれた積層基板２７が積層され、積層基板２７上にロウ剤またはガラスなどからなる接合部２６が形成され、収納室２３を有している。ベース基板２８および積層基板２７は、たとえば絶縁材料である酸化アルミニウム質からなるセラミックシートである。導通固定部２１は、収納室２３内のベース基板２８上に、２個形成されている。外部接続端子２９は、パッケージ２０の外側であるベース基板２８の下面、つまり収納室２３と対向する面に、２個形成されている。２個の外部接続端子２９と２個の導通固定部２１とはそれぞれ対をなしてベース基板２８に配線（図示省略）により電気的に接続されている。導通固定部２１および外部接続端子２９は、ベース基板２８上に、たとえばタングステンメタライズ、ニッケルメッキ、および金メッキの順に形成することにより得られる。蓋体３０は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属、またはこれら金属を配合した合金、または酸化アルミニウム質などからなるセラミック、あるいはガラスで形成されている。
【００１６】
水晶振動片８０は、水晶基板８１と励振電極８２とマウント電極８４ａ，８４ｂと引出電極８３とを備えている。励振電極８２は、水晶基板８１の表面および裏面において、マウント電極８４ａは、引出電極８３および励振電極８２に電気的に接続されている。水晶基板８１の裏面のマウント電極８４ａは、表面のマウント電極８４ｂに電気的に接続されている。水晶基板８１の表面のマウント電極８４ｂは、裏面のマウント電極８４ａに電気的に接続されている。水晶基板８１の裏面のマウント電極８４ａ，８４ｂを導電性接着剤２２により導通固定部２１に固定され電気的に接続されている。導電性接着剤２２は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはポリイミド系樹脂などからなり、銀（Ａｇ）またはプラチナ（Ｐｔ）などの導電性粉末が配合されている。
【００１７】
このような構成において、２個の外部接続端子２９の間、つまり２個の導通固定部２１間に電流を流すことにより、励振電極８２間に電界が発生して、水晶振動片８０（水晶振動子８）は圧電効果により振動（駆動）する。
【００１８】
次に、本実施形態の周波数調整装置１０について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、周波数調整装置１０は、チャンバー１と、イオンビームガン２と、ターゲット３と、防着板（マスク）５と、シャッター７ａ，７ｂと、遮蔽板１１と、周波数測定部１２とを備えている。周波数調整装置１０により、圧電振動子の一例である水晶振動子８の共振周波数ｆを調整する。
【００１９】
イオンビームガン２、ターゲット３、防着板（マスク）５、シャッター７ａ，７ｂ、および被調整物である水晶振動子８は、チャンバー１に配置され減圧雰囲気に保持される構成となっている。チャンバー１、イオンビームガン２、ターゲット３、防着板（マスク）５、およびシャッター７ａ，７ｂは、ステンレスなどの金属からなる。また、チャンバー１には、チャンバー１外からチャンバー１内を観察できるように、ガラスなどからなる窓部を備えている構成であってもよい。
【００２０】
イオンビームガン２は切替機構４を有している。切替機構４により実線矢印および破線矢印で示したように回転させて、イオンビームガン２およびイオンビームＬを、実線および破線で示した状態（向き）に切り替える。
【００２１】
ターゲット３は、イオンビームガン２が実線で示した状態のとき、イオンビームガン２から照射されたイオンビームＬ（実線矢印）が衝突する位置に配置され、この衝突によって、ターゲット３からはじき出された原子により水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）に成膜する。ターゲット３は、水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）に成膜する材料などからなる。たとえば、金（Ａｕ）である。また、イットリウムオキサイト（Ｙｂ2Ｏ3）などの酸化物であってもよく、有機物および無機物などのなかで酸化されにくい材料が好ましい。
【００２２】
防着板（マスク）５には、窓５１ａ，５１ｂが形成されている。そして、防着板（マスク）５は、イオンビームガン２およびターゲット３から水晶振動子８を遮るように配置されている。
窓５１ａは、実線で示した位置に配置された水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）に、ターゲット３からはじき出された原子が照射されるように、配置されている。
そして、窓５１ｂは、破線で示した位置に配置された水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）に、イオンビームＬが照射されるように、配置されている。
【００２３】
シャッター７ａ，７ｂは、被調整物である水晶振動子８と、防着板（マスク）５とを隔てる位置に配置されている。シャッター７ａ，７ｂは、実線で示したそれぞれ１個備え、破線で示した位置にそれぞれ移動可能な構成となっている。
【００２４】
シャッター７ａ，７ｂが、実線および破線で示した位置にある場合、または移動されている場合において、シャッター７ａ，７ｂの役割を以下に説明する。
シャッター７ａが実線で示した位置にあるとき、実線で示した位置にある水晶振動子８が周波数調整される。このとき、破線で示した位置にある水晶振動子８は、実線で示したシャッター７ｂによりイオンビームガン２から遮られて、周波数調整されない。
シャッター７ｂが破線で示した位置にあるとき、破線で示した位置にある水晶振動子８が周波数調整される。このとき、実線で示した位置にある水晶振動子８は、破線で示したシャッター７ａによりイオンビームガン２およびターゲット３から遮られて、周波数調整されない。
【００２５】
遮蔽板１１は、ターゲット３と、破線で示した位置に配置された水晶振動子８とを隔てるように配置されている。
【００２６】
周波数測定部１２は、ネットワークアナライザーなどの計測器９と、一対の測定プローブ６とを備えている。一対の測定プローブ６はチャンバー１内に配置されている。そして、一対の測定プローブ６は、図２において実線、破線、および一点鎖線で示した位置に移動可能な構成となっている。一対の測定プローブ６は、被調整物である水晶振動子８の２個の外部接続端子２９に電気的に接続させるため、稼動可能な構成となっている。このようにして、周波数測定部１２は、実線、破線、および一点鎖線で示した位置に配置された水晶振動子８の共振周波数ｆを測定する。
【００２７】
次に、周波数調整装置１０による水晶振動子８の周波数調整方法について、図２および図３を参照して説明する。
【００２８】
周波数調整される水晶振動子８の共振周波数ｆは、水晶振動子８毎に、図３に示すように、狙い周波数ｆ０を中心にバラツキ（偏差）σで分布している。つまり、図１において蓋体３０が接合される前の状態である周波数調整前の水晶振動子８は、水晶振動子８毎に共振周波数ｆが、狙い周波数ｆ０に対して高い周波数側および低い周波数側に、それぞれ０．５σで分布している。
【００２９】
周波数測定工程において、一対の測定プローブ６を水晶振動子８、詳しくは図２に一点鎖線で示した２個の外部接続端子２９に電気的に接続し、減圧雰囲気のチャンバー１内で、一点鎖線で示した位置に配置された水晶振動子８の共振周波数ｆを測定する。
【００３０】
周波数比較工程において、狙い周波数ｆ０と、周波数測定工程で測定された共振周波数ｆとを比較する。これにより、共振周波数ｆが狙い周波数ｆ０に対して共振周波数範囲ΔｆＴ内であるか、共振周波数範囲ΔｆＴ外であり高いかまたは低いかを判定する。
【００３１】
周波数調整工程は、低周波化工程と高周波化工程とを備えている。
周波数調整工程おいて、共振周波数ｆが、狙い周波数ｆ０に対して共振周波数範囲ΔｆＴ内である場合、水晶振動子８をシャッター７ａ，７ｂによりイオンビームガン２から遮り、周波数調整工程を実施しない。このとき、イオンビームガン２からイオンビームＬの照射は停止される。
【００３２】
共振周波数ｆが、狙い周波数ｆ０に対して共振周波数範囲ΔｆＴ外であり高い場合、図２において、シャッター７ａを実線で示した位置に配置（移動）させ、減圧雰囲気のチャンバー１内で、共振周波数ｆを低くする低周波化工程を実施する。具体的には、イオンビームガン２を実線で示した状態（向き）へ切替機構４により切り替えることで、ターゲット３に向けてイオンビームＬ（実線）を照射して、実線で示した位置に配置された水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）にスパッタリングにより成膜し、共振周波数範囲ΔｆＴで狙い周波数ｆ０に合わせこむ。
【００３３】
共振周波数ｆが、狙い周波数ｆ０に対して共振周波数範囲ΔｆＴ外であり低い場合、図２において、シャッター７ｂを破線で示した配置（移動）に移動させ、減圧雰囲気のチャンバー１内で、共振周波数ｆを高くする高周波化工程を実施する。具体的には、イオンビームガン２を破線で示した状態（向き）へ切替機構４により切り替えることで、水晶振動子８に向けてイオンビームＬ（破線）を照射して、破線で示した位置に配置された水晶振動子８（励振電極８２、図１参照）をエッチングし、共振周波数範囲ΔｆＴで狙い周波数ｆ０に合わせこむ。
【００３４】
水晶振動子８の共振周波数ｆを狙い周波数ｆ０に合わせこんでいる際中には、減圧雰囲気のチャンバー１内で、一対の測定プローブ６を水晶振動子８に電気的に接続して水晶振動子８の共振周波数ｆを測定していることが好ましい。そして、共振周波数ｆが共振周波数範囲ΔｆＴで狙い周波数ｆ０に合わせこまれたことを判定し、水晶振動子８と防着板（マスク）５との間をシャッター７ａ，７ｂにより隔て、イオンビームガン２からイオンビームＬの照射を停止することで、周波数調整工程を終了する。
【００３５】
本実施形態によれば、周波数調整装置１０の一つのチャンバー１内で、切替機構４によりイオンビームガン２およびイオンビームＬの向きを実線または破線で示した状態（向き）へ簡易に切り替えることにより、共振周波数ｆが狙い周波数ｆ０に対して高い場合または低い場合いずれであっても、一つのチャンバー１内において、狙い周波数ｆ０に合わせこむことが可能となる周波数調整装置１０を提供することができる。具体的には、共振周波数ｆが狙い周波数ｆ０に対して、共振周波数範囲ΔｆＴ外であり高い場合、切替機構４によりイオンビームガン２の向きを、実線で示した状態（向き）へ切り替えることにより、イオンビームＬを実線で示した状態（向き）ターゲット３に向けて切り替え、イオンビームＬを照射して、水晶振動子８の励振電極８２に成膜し共振周波数ｆを低くさせ、狙い周波数ｆ０に合わせこむことができる。そして、共振周波数ｆが狙い周波数ｆ０に対して、共振周波数範囲ΔｆＴ外であり低い場合、切替機構４によりイオンビームガン２の向きを、破線で示した状態（向き）へ切り替えることにより、イオンビームＬを破線で示した状態（向き）水晶振動子８に向けて切り替え、イオンビームＬを照射して、水晶振動子８の励振電極８２をエッチングすることで共振周波数ｆを高くさせ、狙い周波数ｆ０に合わせこむことができる。
【００３６】
そして、図３に示すように、共振周波数範囲ΔｆＴで狙い周波数ｆ０にある水晶振動子８は、狙い周波数ｆ０に合わせこむ必要がないので、周波数合わせこみ量が多くなることによる水晶振動子８のＣＩ（Crystal impedance）値またはエージング（経年変化）などの特性劣化を引き起こす問題を回避することができる。
そして、共振周波数範囲ΔｆＴ外であり、高周波側ズレ周波数ΔｆＨおよび低周波側ズレ周波数ΔｆＬにある水晶振動子８は、最大で共振周波数ｆのバラツキ（偏差）σの半分の量０．５σを周波数調整するので、周波数合わせこみ量が少なくなる。これにより、周波数調整された水晶振動子８のＣＩ（Crystal impedance）値またはエージング（経年変化）などの特性劣化を引き起こすことを抑制することができ、水晶振動子８の高精度化および高信頼性化を実現する周波数調整装置１０を提供することが可能となる。
【００３７】
なお、上記課題の少なくとも一部を解決できる範囲での変形、改良などは前述の実施形態に含まれるものである。
【００３８】
たとえば、周波数測定部１２は計測器９に一対の測定プローブ６を備えるとしたが、これに限定されるものではなく、図２において破線および一点鎖線で示すように、周波数測定部１２は計測器９に複数対の測定プローブ６を備えるとしてもよい。また、一点鎖線で示した位置に配置された一対の測定プローブ６は、チャンバー１内に配置されることに限定されず、チャンバー１の外側、または別のチャンバー内に配置されるとしてもよい。
【００３９】
そして、周波数調整前の水晶振動子８は、図３に示すように、狙い周波数ｆ０を中心にバラツキ（偏差）σで分布しているとしたが、これに限るものではなく、図４に示すように、狙い共振周波数ｆ０に対して、高い周波数側へオフセット周波数ｆＳにオフセットされ、バラツキ（偏差）σで分布しているとしてもよい。あるいは、低い周波数側へオフセット周波数ｆＳにオフセットされ、バラツキ（偏差）σで分布しているとしてもよい。
【００４０】
また、圧電振動子の材料としては、水晶だけに限らず、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、または、シリコンなどの半導体であってもよい。
【００４１】
そして、厚みすべり振動型の水晶振動子を用いて説明したが、これに限るものではなく、音叉型水晶振動子、弾性表面波デバイスなどであってもよい。また、発振回路を備えた圧電発振器などであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…チャンバー、２…イオンビームガン、３…ターゲット、４…切替機構、５…防着板（マスク）、６…測定プローブ、７ａ，７ｂ…シャッター、８…水晶振動子、９…計測器、１０…周波数調整装置、１１…遮蔽板、１２…周波数測定部、２０…パッケージ、２１…導通固定部、２２…導電性接着剤、２３…収納室、２６…接合部、２７…積層基板、
２８…ベース基板、２９…外部接続端子、３０…蓋体、５１ａ，５１ｂ…窓、８０…水晶振動片、８１…水晶基板、８２…励振電極、８３…引出電極、８４ａ，８４ｂ…マウント電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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