(57)【要約】【課題】  ドライエッチングにより周波数調整する場合に、マスクずれの影響をなくし、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるより信頼性の高い圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法を提供する。【解決手段】  基部２０と、この基部から突出された複数の脚部２１，２２とからなり、各脚部には、脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜２５，２６と、脚部に形成された励振電極２３，２４とを具備しており、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片において、
各脚部には、
脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極とを具備しており、
前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片において、
各脚部には、
脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極と、当該励振電極の少なくとも上面に形成された表面膜を具備しており、
前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面膜の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動片において、ドライエッチングにより前記周波数調整膜の質量を除去することで周波数調整してなることを特徴とする圧電振動片の周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電振動片を、音叉型水晶振動片を例にして説明すると、例えば、水晶振動片が基部と、この基部から突出された２本の脚部とから構成される。そして、これら基部および脚部の外面に励振電極が形成され、各脚部主面の先端部には周波数調整用の調整電極（周波数調整膜）が形成されている。励振電極は、例えば、一方の脚部の表裏主面と他方の脚部の両側面に第１の励振電極が形成され、一方の脚部の両側面と他方の脚部の表裏主面に第２の励振電極が形成されている。つまり、一方の脚部表裏主面中央に第１の励振電極が形成され、前記第１の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第２の励振電極が形成されるとともに、他方の脚部表裏主面中央に第２の励振電極が形成され、前記第２の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第１の励振電極が形成されている。このような音叉型水晶振動片は、小型化に伴って、フォトリソグラフィ技術を用いて水晶ウェハを化学的エッチングすることにより、複数個の音叉型水晶振動片を作成している。
【０００３】
近年、このような圧電振動片の周波数調整手法として、粗調整工程と微調整工程で方法を異ならせることが多い。例えば、特許文献１に開示されているように、粗調整では調整電極の一部を完全に除去させることで調整幅のより高いレーザを用いる一方で、微調整工程ではマスク治具を用いて調整電極（周波数調整膜）を全体的に薄肉化させより調整幅が緩やかであるとともに、金属屑の発生が少ないミーリング等のドライエッチングを用いることがある。このように粗調整工程と微調整工程とで手法を変えることで、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるものである。また、このような周波数調整のうち、粗調整はウェハ状態で実施し、微調整はウェハから取り出された個々の圧電振動片をパッケージに搭載した後に実施される。ウェハで全ての周波数調整（粗調整と微調整）を終えた後に、圧電振動片をパッケージに搭載すると、搭載時の応力であったり接着剤硬化の際の加熱処理等の外的要因によって、周波数変動が生じることがある。このため、微調整工程をパッケージ搭載後に実施することで、圧電振動片をパッケージ搭載することによる周波数変動の外的要因を排除することができるのでより好ましい。
【特許文献１】特開２００３−３１８６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した圧電振動片では、周波数微調整工程におけるミーリング等のドライエッチング手法を実施する場合、圧電振動片とマスク部材の相互位置関係により、ドライエッチング領域のずれ込みが生じると言った問題があるが、近年開発が進んでいる超小型の圧電振動片にあっては、これらの問題が顕著に現れる。特に、マスク部材を用いたドライエッチング手法により周波数調整する場合、圧電振動片を搭載するパッケージ、パッケージを保持するホルダー、圧電振動片の調整電極部のみを開口させたマスク部材等の各構成要素を組み合わせて相互に位置決めしている。どころが、圧電振動片が小型化するに伴って、各構成要素での公差の影響が大きくなり、わずかなずれ込みによりマスクずれが生じてしまう。このため、調整電極からドライエッチング領域がずれ込み、所望の周波数調整が得られず、極めて周波数調整効率が悪くなるといった問題もあった。また、前記ドライエッチング領域がずれ込み、調整電極以外の励振電極領域まで達すると、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させる原因となることもあった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライエッチングにより周波数調整する場合に、マスクずれの影響をなくし、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるより信頼性の高い圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明の特許請求項１に係る圧電振動片では、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部には、脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極とを具備しており、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の特許請求項１によれば、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されているので、励振電極に比べて周波数調整膜の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片が得られる。結果として、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
【０００８】
また、本発明の特許請求項２に係る圧電振動片では、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部には、脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極と、当該励振電極の少なくとも上面に形成された表面膜を具備しており、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面膜の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の特許請求項２によれば、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面層の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されているので、表面膜に比べて周波数調整膜の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片が得られる。結果として、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
【００１０】
また、本発明の特許請求項３に係る圧電振動片の周波数調整方法では、上述の圧電振動片において、ドライエッチングにより前記周波数調整膜の質量を除去することで周波数調整してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上述の圧電振動片と同様に、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片の周波数調整方法が得られる。結果として、上記本発明の圧電振動片と同様に、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ドライエッチングにより周波数調整する場合に、マスクずれの影響をなくし、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるより信頼性の高い圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片に本発明を適用した場合を示す。図１は本形態に係る水晶ウェハ１を示す平面図であり、図２は本形態に係る音叉型水晶振動片２を模式的に示したもので、励振電極２３，２４の配設状態を示す斜視図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５は図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００１４】
音叉型水晶振動片２は、図１に示すように、１枚のウェハ１から、フォトリソグラフィ等の工法により、複数個を得るようにし、各水晶振動片を切り離す前に、励振電極等が形成される。
【００１５】
音叉型水晶振動片２は、基部２０と、この基部から突出された２本の脚部２１，２２を備えており、その脚部の主面（表裏面）に溝部２１１，２２１が形成されている。ここでいう溝部は、貫通孔であってもよく、窪み部であってもよい。これら基部および脚部の外面には、第１及び第２の励振電極２３，２４が形成され、各脚部主面の先端部には電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極２５，２６（周波数調整膜）が形成されている。前記励振電極２３，２４は、脚部２１の表裏主面と脚部２２の稜に近接する部分に第１の励振電極２３が形成され、脚部２１の稜に近接する部分と脚部２２の表裏主面に第２の励振電極２４が形成されている。
【００１６】
つまり、脚部２１には、先端部に調整電極２５（周波数調整膜）が形成され、当該調整電極２５から第１の無電極部２１２を介して表裏主面中央に主面中央励振電２３１が形成され、当該主面中央励振電極２３１から第２の無電極部２１３を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極２４２が形成されている。脚部２２には、先端部に調整電極２６（周波数調整膜）が形成され、当該調整電極２６から第１の無電極部２２２を介して表裏主面中央に主面中央励振電２４１が形成され、当該主面中央励振電極２４１から第２の無電極部２２３を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極２３２が形成されている。
【００１７】
これら励振電極２３，２４は、金属蒸着によって形成されたクロム（Ｃｒ）の上層に金（Ａｕ）、その上部にさらにクロム（Ｃｒ）の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成されている。当該励振電極２３，２４では、最上面に形成されたクロム（Ｃｒ）の層が表面膜を構成している。調整電極２５，２６は、前記励振電極と同様にクロム（Ｃｒ）の上層に金（Ａｕ）等の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成され、その上部にさらに銀（Ａｇ）等が蒸着マスクを用いた金属蒸着あるいはスパッタリング等によって形成された薄膜となっている。
【００１８】
この調整電極２５，２６に対して、例えば同様の銀（Ａｇ）を付加することや、その一部が、ビーム照射あるいはミーリング等によって除去されることで、音叉型水晶振動片２の発振周波数を調整することができる。このとき、調整電極２５，２６は、電極付加を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子の発振周波数が目標周波数よりも高くなるように形成され、電極除去を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子１の発振周波数が目標周波数よりも低くなるように形成されている。
【００１９】
本発明の形態では、より精度の高く高率的な周波数調整を実施するために、調整電極２５，２６に対して、金属蒸着などにより同様の銀（Ａｇ）を付加することや、レーザービーム照射により一部を完全に除去することで調整幅のより高い周波数粗調整を実施している。その後、同じ調整電極２５，２６に対して、図示しないマスク治具を用いてミーリング等のドライエッチング手法により調整電極を全体的に薄肉化することでより調整幅の緩やであるとともに金属屑の発生が少ない周波数微調整を実施している。ミーリング等のドライエッチング手法により調整電極２５，２６を除去して周波数を高める微調整を実施する場合、前記調整電極である銀材料に最適な除去レート時間に対応したドライエッチングの出力設定をしている。例えば、銀材料では、０．０１５〜０．０５μｍ/sec程度で除去されるようにミーリング装置の出力を設定した。この出力設定は、調整電極（周波数調整膜）の材料に応じて最適な値に設定する必要がある。
【００２０】
このように、本発明の実施形態では、前記調整電極２５，２６の表面材質の銀（Ａｇ）に対して、前記励振電極２３，２４の表面膜であるクロム（Ｃｒ）の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されており、前記調整電極（周波数調整膜）である銀の除去レート時間に対応したドライエッチングの出力設定をしながら、ドライエッチングにより調整電極２５，２６の質量を除去することで周波数調整している。このため、表面膜がクロムからなる励振電極２３，２４に比べて最上表面層が銀からなる調整電極２５，２６の方が極めて除去レートの高い状態でミーリング等のドライエッチングがなされ、励振電極２３，２４を不要に除去することがない。結果として、直列共振抵抗値などの音叉型水晶振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、音叉型水晶振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極２５，２６からミーリング等のドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
【００２１】
なお、本形態の実施形態では、調整電極２５，２６（周波数調整膜）は、最上部が銀（Ａｇ）により形成されているが、金（Ａｕ）などでもよい。周波数調整膜としては、膜形成の容易性から金属からなる電極材料がより好ましいが、比重が高く、ミーリング等のドライエッチングによる除去レートが高いものであれば金属材料以外のものであってもよく、本形態のように多層構造の周波数調整膜に限らず単層構造の周波数調整膜であってもよい。
【００２２】
また、励振電極２３，２４は、クロム（Ｃｒ）の上層に金（Ａｕ）、その上部の表面膜として、クロム（Ｃｒ）を形成したものを例にしているが、ドライエッチングによる除去レートが周波数調整膜に対して十分に低いものを励振電極の表面膜として選択すればよい。例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の金属膜、あるいは、酸化クロムや酸化ニッケル、ＳｉＯ2、ＳｉＯ等の絶縁膜でもよい。金属膜の場合、励振電極と同様に膜形成できるので比較的容易に作成できる利点がある。絶縁膜の場合、図６に示すように、異極の励振電極間にまたがって形成することができるので、脚部全面に形成することで短絡防止の用の保護膜とすることができる。
【００２３】
図６は、上記実施形態の変形例を示す模式的な斜視図である（上記形態と同様の部分は同番号を付している）。この音叉型水晶振動片２では、前記調整電極２５，２６を除く、第１の無電極部２１２，２２２と、前記主面中央励振電極２３１，２４１と、前記第２の無電極部２１３，２２３の上部で、音叉型水晶振動片の表裏主面部分と両側面部分にＳｉＯ2（酸化珪素）からなる絶縁膜３が蒸着あるいはスパッタリング等の工法により形成されている。ここで蒸着される絶縁膜３の膜厚は、約０．００５〜０．０３μｍ均一に形成することが好ましい。これにより、異極の励振電極である主面中央励振電極２３１，２４１と端部励振電極２３２，２４２の間でゴミ等の異物が付着したとしても絶縁性を確実に確保することができ、音叉方水晶振動片の振動を阻害してＣＩ値特性が低下することがなくなる。また、図６に示すように、前記調整電極を除く脚部のほぼ全面に絶縁膜３を形成すれば、圧電振動片をパッケージに搭載する前の単体の状態あるいはウェハ状態でドライエッチングする場合、ドライエッチングの出力状態に応じて、マスク部材なしで周波数調整することもできる。
【００２４】
また、励振電極２３，２４は、本形態のように多層構造としなくてもよく、図７に示すように、除去レートが十分に低い電極材料（クロム単層やニッケル単層等）を単層構造で形成したものであってもよい。図７は、上記実施形態の変形例を示す模式的な断面図である（上記形態と同様の部分は同番号を付している）。この音叉型水晶振動片２では、前記銀（Ａｇ）等からなる調整電極２５，２６（周波数調整膜）の表面材質に対して、前記励振電極２３，２４の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料、例えば、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）等の単層電極としている。ここで形成される励振電極の厚みは、約０．００５〜０．０３μｍ程度で形成することが好ましい。これにより、クロムやニッケル等の膜応力など悪影響が生じることなく、励振電極２３，２４に比べて調整電極２５，２６（周波数調整膜）の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極２３，２４を不要に除去することがない。
【００２５】
以上のような音叉型水晶振動片１は、例えば、パッケージ基体（図示省略）とキャップ（図示省略）とを接合することによりその内部に気密状態の空間が形成されたパッケージ（図示省略）内部に搭載されて、音叉型水晶振動子（図示省略）が構成される。
【００２６】
なお、上記実施形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片を適用した場合を示しているが、ＡＴカット水晶振動片やＧＴカット水晶振動片、あるいは水晶振動片に限らずセラミック振動片など他の圧電振動片を用いた圧電振動子にも適用できる。ドライエッチングとして、ミーリングを例にしたが、プラズマエッチング法や、反応性ガスイオンを用いたドライエッチング等であってもよい。
【００２７】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本形態に係る水晶ウェハを示す平面図。
【図２】図１の水晶ウェハの１つの音叉型水晶振動片を模式的に示した斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図６】本形態の変形例を示す模式的な斜視図。
【図７】本形態の変形例を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  水晶ウェハ
２  音叉型水晶振動片（圧電振動片）
【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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