(57)【要約】      （修正有）【課題】主振動とは発振周波数が異なる副振動の発生を抑える圧電振動子の提供。【解決手段】厚みすべり振動を主振動とする水晶片１０の両面に夫々励振電極２１，２２が形成された水晶振動子１において、前記励振電極２１における副振動が発生する部位に、孔部２５を形成すると共に水晶片１０における孔部２５に対応する領域に凹部１１を形成する。あるいは水晶片１０における副振動が発生する部位に凸部を設ける。凹部１１または凸部は水晶振動子の中心に対して対称に設けることが好ましい。これにより、副振動が減衰し、かつ副振動の発振周波数が高周波側に移動する。【選択図】図１
2012165367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電体と、
この圧電体の両面に設けられた励振電極と、
前記圧電体の主振動とは異なる周波数で発振する副振動を抑制するために、前記励振電極に形成された孔部と、前記圧電体における前記孔部に対応する領域に形成された凹部または貫通孔と、からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
板状の圧電体と、
この圧電体の両面に設けられた励振電極と、
前記圧電体の主振動とは異なる周波数で発振する副振動を抑制するために、圧電体における前記励振電極から外れた部位に設けられた凸部からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
前記副振動抑制部は、励振電極の中心部に対して対称に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記副振動抑制部は、圧電体の表裏両面にかつ平面的に見て同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記主振動は厚みすべり振動であり、前記副振動はインハーモニクスオーバートーン振動であることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。
【請求項６】
板状の圧電体の表面にＩＤＴ電極を設けた弾性波デバイスにおいて、
出力ポートから取り出される目的の周波数帯域とは異なる周波数の弾性波を抑制するために、前記ＩＤＴ電極に形成された孔部と、前記圧電体における前記孔部に対応する領域に形成された凹部または貫通孔と、からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項７】
板状の圧電体の表面にＩＤＴ電極を設けた弾性波デバイスにおいて、
出力ポートから取り出される目的の周波数帯域とは異なる周波数の弾性波を抑制するために、圧電体における前記ＩＤＴ電極から外れた部位に設けられた凸部からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副振動の発生を抑制する圧電振動子及び弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子は、電子機器、計測機器や通信機器等、種々の分野で利用されており、特にＡＴカットの厚みすべり振動を主振動とする水晶振動子は周波数特性が良好なことから多用されているが、不要な副振動の発生が問題となる。不要な副振動が発生すると、主振動と結合して周波数ジャンプが起こる懸念がある。副振動の発生原因の一つに、インハーモニクスオーバートーン（以下「オーバートーン」）に起因するものがある。このオーバートーン振動は、厚み縦振動であり、振幅が主振動である厚み滑り振動の振幅と同じ位のレベルになる場合があり、このためその発生を防ぐか、その発振周波数を主振動の発振周波数から離れるようにシフトさせることが好ましい。また例えば厚みすべり振動を主振動とする場合に、他の副振動として、輪郭すべり振動など他の振動種別による副振動も挙げることができる。これらは、Activity dipsやFrequency dipsの発生要因となる。
【０００３】
ここで、厚みすべり振動の副振動の抑制方法の一つとして、電極面積を小さくすることにより、エネルギーを閉じ込める手法が知られている。しかしながら振周波数が２０ＭＨｚを越えるとエネルギー閉じ込め効果が減少してしまうため、発振周波数が５０ＭＨｚを越える水晶振動子が一般化している現状では、この手法で副振動を抑制することは難しい。
【０００４】
また、水晶片の端部を面取りしたり、水晶片を凸状とする等の形状変化により副振動を抑えることも行われているが、電子機器の小型化に伴ない、小型で発振周波数が高い水晶振動子が要求される傾向にあることから、このような形状変化による副振動の抑制には限界がある。さらに、水晶片における副振動が発生する位置に接着剤等の負荷を与えることにより、副振動の発生を機械的に抑える手法も知られているが、接着剤からガスが発生したり、水晶片に応力を加えることによって、周波数の長期安定性を確保できないおそれがある。
【０００５】
また、特許文献１には、圧電板の主面に凹みを設ける構成が記載され、特許文献２には、電極タブ部に孔を設けると共に、水晶ブランクにポケットを設ける
構成が記載されている。さらに、特許文献３には、励振電極に開口部を形成する構成が記載され、特許文献４には、水晶片において、副振動を抑圧するために凹所を形成する構成が記載されている。しかしながら、これらの技術を用いても、オーバートーン振動の発振周波数を主振動に影響を与えない範囲まで移動させることはできず、本発明の課題の解決を図ることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−５８７０９号公報（第４図）
【特許文献２】特開平１−２６５７１２号公報（ＦＩＧ１，ＦＩＧ３）
【特許文献３】特開２００１−２５７５６０号公報（段落０００７、図１）
【特許文献４】特開平６−３３８７５５号公報（段落００１２、００１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、圧電振動子または弾性波デバイスにおいて、副振動の発生を抑制することあるいは副振動の周波数をシフトさせることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため本発明の圧電振動子は、
板状の圧電体と、
この圧電体の両面に設けられた励振電極と、
前記圧電体の主振動とは異なる周波数で発振する副振動を抑制するために、前記励振電
極に形成された孔部と、前記圧電体における前記孔部に対応する領域に形成された凹部または貫通孔と、からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
他の発明は、板状の圧電体と、
この圧電体の両面に設けられた励振電極と、
前記圧電体の主振動とは異なる周波数で発振する副振動を抑制するために、圧電体における前記励振電極から外れた部位に設けられた凸部からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
更に他の発明は、板状の圧電体の表面にＩＤＴ電極を設けた弾性波デバイスにおいて、
出力ポートから取り出される目的の周波数帯域とは異なる周波数の弾性波を抑制するために、前記ＩＤＴ電極に形成された孔部と、前記圧電体における前記孔部に対応する領域に形成された凹部または貫通孔と、からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
更にまた他の発明は、板状の圧電体の表面にＩＤＴ電極を設けた弾性波デバイスにおいて、
出力ポートから取り出される目的の周波数帯域とは異なる周波数の弾性波を抑制するために、圧電体における前記ＩＤＴ電極から外れた部位に設けられた凸部からなる副振動抑制部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、圧電振動子における副振動が発生する領域のうち、励振電極から圧電体に亘って孔部（凹部または貫通孔）を形成している。また他の発明においては、圧電振動子における副振動が発生する領域のうち、励振電極から外れた圧電体の部位に凸部を形成している。従って副振動の発生が抑えられる。具体的には副振動のエネルギーを小さくできるかあるいは副振動の周波数を主振動の周波数から遠ざけるようにシフトすることができる。このため圧電振動子における周波数ジャンプの発生を抑えることができる。
【００１３】
更に他の発明では、弾性波デバイスの所定の位置において、ＩＤＴ電極から前記圧電体に亘って凹部又は貫通孔を形成しているため、目的の周波数帯域とは異なる周波数の弾性波を抑制することができ、弾性波デバイスの特性良好になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水晶振動子の一例を示す平面図及び断面図である。
【図２】前記水晶振動子の製造方法の一例を示す工程図である。
【図３】前記水晶振動子の製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】前記水晶振動子の他の製造方法の一例を示す工程図である。
【図５】前記水晶振動子のさらに他の製造方法の一例を示す工程図である。
【図６】第１の実施の形態に係る水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る水晶振動子の他の例を示す断面図である。
【図８】水晶振動子における副振動の発生領域を示す説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係る水晶振動子の他の例を示す平面図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る水晶振動子の他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る水晶振動子の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す水晶振動子においてＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る水晶振動子の他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の効果である副振動が抑制される様子を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る水晶振動子のさらに他の例を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る水晶振動子を備えたエッチング量センサの一例を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の水晶振動子の発振周波数とアドミッタンスとの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[第１の実施の形態]
以下、本発明の圧電振動子をなす水晶振動子の一実施の形態を説明する。この水晶振動子１は、図１に示すように、圧電体をなす水晶片１０の両面に、夫々励振電極２１，２２を備えて構成されている。前記水晶片１０は、例えばＡＴカットの基本波モードのものが用いられ、主振動である厚みすべり振動が３０Ｈｚで発振するように構成されている。この例では、前記水晶片１０は、例えば平面形状が円形状に形成され、その直径は例えばφ８．７、厚さは０．１８６ｍｍに夫々設定されている。
【００１６】
前記励振電極２１，２２は、前記水晶片１０を励振させるために、当該水晶片１０の両面の中央部に、互いに対向するように形成されている。これら励振電極２１，２２は例えば円形状に構成され、その直径はφ５ｍｍ程度に設定されている。さらに、前記一面側の励振電極２１の一部には、水晶片１０の周縁に向かって引き出されるように引き出し電極２３が接続されると共に、他面側の励振電極２２の一部には、引き出し電極２３と対向する方向の周縁に向かって引き出されるように引き出し電極２４が接続されている。これら引き出し電極２３，２４の引き出される方向は、図１に示すように水晶片１０のＺ軸方向である。前記一面側の励振電極２１及び引き出し電極２３、他面側の励振電極２２及び引き出し電極２４は夫々一体的に形成されており、これら電極は例えばクロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）の積層膜により形成されている。
【００１７】
さらにまた、前記一面側の励振電極２１には所定の位置に所定の大きさの孔部２５が形成されると共に、水晶片１０の一面側における、前記孔部２５の下部側には、孔部２５と同じ大きさの凹部１１が形成されている。つまり、水晶片１０の一面側には、前記孔部２５に連続する凹部１１が形成されている。これら孔部２５及び凹部１１は副振動抑制部に相当する。
【００１８】
これら孔部２５及び凹部１１は、主振動の発振周波数とは異なる周波数で発振する副振動この例では、水晶片１０のＺ軸方向に起因し、主振動よりも高い周波数で発振するオーバートーン振動の発生を抑えるために形成されている。このため、これら孔部２５及び凹部１１は、励振電極２１における前記オーバートーン振動の発生を抑える位置に、所定の大きさで形成されている。ここで、副振動の発生を抑えるとは、副振動の発生を完全に防ぐ場合の他、副振動のゲインを減衰させる場合も含まれる。
【００１９】
また、励振電極２１，２２の形状は適宜設定されるものであり、水晶片１０の外縁近傍まで励振電極２１，２２を形成するようにしてもよい。さらに、孔部２５及び凹部１１の平面的形状は、副振動の発生を抑える大きさを確保できる形状であれば、円形状や四角形状、三角形状、ひし形形状等どのような形状に形成してもよく、凹部１１の深さも適宜設定される。
【００２０】
実際には、シミュレータを用いて、抑制対象となる副振動の発生を抑えることができるように、励振電極２１，２２の形状と、孔部２５及び凹部１１の位置及び大きさを決定する。例えば孔部２５及び凹部１１の大きさの一例を挙げると、円形状に形成する場合には、直径が１．１ｍｍ程度、凹部１１の深さが０．０２ｍｍ程度である。
【００２１】
さらに、凹部１１は、水晶片１０における励振電極２１の孔部２５に対応する領域に形成されるが、孔部２５に対応する領域とは、孔部２５の下方側の領域のことであり、凹部１１が形成される工程にて、孔部２５と平面形状が異なる形状に形成される場合も含まれる。
【００２２】
続いて、前記水晶振動子１の製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。なお、図２及び図３は、一枚の水晶基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。先ず、切り出された一枚の水晶基板３１を研磨加工して洗浄した後に（図２（ａ））、図２（ｂ）に示すように水晶基板３１の両面に例えばＣｒの上にＡｕを積層した電極膜（金属膜）３２を蒸着又はスパッタリングにより形成する。
【００２３】
次いで、ウェットエッチングにより、励振電極２１，２２及び引き出し電極２３，２４の電極パターンと、孔部２５とを形成する。例えば図２（ｃ）に示すように、水晶基板３１の一面側の上に、前記電極パターンと孔部２５の位置及び形状に対応したレジストパターン３３を形成する。続いて、水晶基板３１をＫＩ（ヨウ化カリウム）溶液３４に浸漬して電極膜３２（金属膜）が露出した部分をエッチングし、前記電極パターン及び孔部２５が形成された金属膜パターンを得る（図２（ｄ）参照）。なお、電極パターンと孔部２５とは、別工程にて形成するようにしてもよい。
【００２４】
然る後、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ウェットエッチングにより、水晶基板３１の所定位置に凹部１１を形成する。具体的には、孔部２５のみが開口するように、水晶基板３１の両面をカバー体３５により覆い、この水晶基板３１を例えばフッ酸溶液に浸漬し、前記カバー体３５をマスクとしてエッチングすることにより、図３（ｂ）に示すように、凹部１１を形成する。ここで、前記カバー体３５は、水晶よりもフッ酸溶液によるエッチング速度が小さい材質により形成される。その後、前記カバー体３５を除去すると共に、水晶基板３から水晶振動子１を切断する（図３（ｃ）参照）。
【００２５】
本発明の水晶振動子１によれば、一面側の励振電極２１における副振動の発生を抑える位置に孔部２５を形成しているので、この領域では、一方の励振電極が存在しない状態となって振動が発生しにくくなるため、当該領域で発振する副振動のゲインが減衰する。
【００２６】
さらに、水晶片１０における前記孔部２５に対応する位置に凹部１１を形成しているので、副振動の発振周波数は高周波側に移動していく。つまり、水晶振動子は、水晶振動子の外形寸法が励振電極面積に対して小さくなると、発振周波数が高くなるという辺比効果を有している。前記辺比とは、励振電極面積／水晶片の厚さにより求められる値であり、辺比が大きい方が小さい方よりも発振周波数が高くなる。従って、水晶片１０に凹部１１を形成すると、この部位においては水晶片１０の外形寸法が小さくなるので、副振動の発振周波数は高周波側に移動していく。
【００２７】
従って、本発明の水晶振動子１によれば、励振電極２１に孔部２５を形成すると共に、水晶片１０に凹部１１を形成しているので、副振動のゲインが減衰し、かつ当該副振動の発振周波数が高周波側に移動する。一方、主振動の発振周波数は変化しないので、主振動の発振周波数と副振動の発振周波数との周波数差が大きくなり、副振動による悪影響の発生、例えば周波数ジャンプを抑えることができる。
【００２８】
このように、本発明の水晶振動子１では、励振電極２１に孔部２５を形成すると共に、水晶片１０に凹部１１を形成することが重要であり、仮に励振電極２１に孔部２５のみを形成し、水晶片１０に凹部１１を形成しない構成では、副振動はある程度減衰できるものの減衰の程度は小さいうえ、副振動の発振周波数を変化させることはできない。
【００２９】
また、水晶片１０に凹部１１を形成し、この凹部１１の表面に励振電極を形成する構成では、励振電極により副振動を駆動することとなるため、副振動の減衰の程度が小さく、また副振動の発振周波数の変化量も小さくなってしまい、本発明の効果を確保することが難しい。さらに、励振電極１１ではなく、引き出し電極２３（２４）の形成領域に孔部２５を形成すると共に、水晶片１０における孔部２５に対応する領域に凹部１１を形成する構成では、若干ではあるが、引き出し電極が駆動電極の一部として機能することとなるため、副振動の減衰の程度が小さく、また副振動の発振周波数を変化させるという効果は得られない。
【００３０】
さらにまた、本発明は、励振電極に孔部を形成すると共に、水晶片に凹部を形成しているので、水晶片の端部を面取りしたり、水晶片を凸状に形成する等の水晶片の形状変化と組み合わせることができ、より副振動の発生を抑えることができる。
【００３１】
以上において、本発明の水晶振動子１は図４及び図５に示す方法により製造するようにしてもよい。図４に示す方法では、水晶基板３１に電極膜３２を形成し、既述のように、ウェットエッチングにより、電極膜３２の所定位置に孔部２５を形成し、孔部２５のみが開口した金属膜パターンを得た後、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ウェットエッチングにより、水晶基板３１の所定位置に凹部１１を形成する。具体的には、孔部２５のみが開口した電極膜パターンが形成された水晶基板３１を例えばフッ酸溶液に浸漬して、金属膜パターンをマスクとしてエッチングすることにより、図４（ｂ）に示すように、凹部１１を形成する。
【００３２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、既述のウェットエッチングにより、励振電極２１，２２及び引き出し電極２３，２４の形状に対応した電極パターンを得る。その後、レジストパターンを除去し、水晶基板３１から水晶振動子１を切断する。
【００３３】
この製造方法によれば、水晶片１０の両面に電極膜（金属膜）を形成し、次いで励振電極２１，２２の形成領域に孔部２５を形成し、この後、孔部２５のみが空いた電極膜をマスクとしてウェットエッチングを行うことにより、水晶片１０に凹部１１を形成している。従って、水晶片１０に凹部１１を形成するためのマスクを電極膜３２と別個に形成する必要がなく、工程数を低減して、製造コストの低減を図ることができる。
【００３４】
また、図５に示す方法のように、初めに水晶基板３１に凹部１１を形成するようにしてもよい。つまり、水晶基板３１の表面にマスクとなる金属膜を形成すると共に、この金属膜の上に凹部１１の形状に対応したレジストパターンを形成し、次いで、水晶基板３１をフッ酸溶液に浸漬してエッチングすることにより凹部１１を形成する（図５（ａ）参照）。その後、レジストパターン及び金属膜を除去する。
【００３５】
次いで、図５（ｂ）に示すように、水晶基板３の表面に、所定の電極膜（金属膜）３５と、所定の電極パターンに対応するレジストパターン３６とを形成した後、この水晶基板３をＫＩ溶液に浸漬してエッチングし、前記電極パターンを得る。その後、レジストパターンを除去し、水晶基板３から水晶振動子１を切断する（図５（ｄ）参照）。
【００３６】
[第１の実施の形態の変形例]
続いて、水晶振動子１の他の例について、図６〜図８を参照して説明する。図６に示すように、水晶振動子１Ａには、副振動の発生を抑制する孔部２５ａ、２５ｂ及び凹部（図示せず）を、抑制対象の副振動に応じて複数個形成するようにしてもよい。この例は、水晶片１０のＺ軸方向に発生するオーバートーン振動を抑制するための孔部２５ａ（及び凹部）と、水晶片１０のＸ軸方向に発生するオーバートーン振動を抑制するための孔部２５ｂ（及び凹部）とが夫々設けられた構成である。
【００３７】
また、図７(ａ)に示す例は、一面側の励振電極２１に形成された孔部２５に連続するように、水晶片１０に貫通孔１２を設けた構成である。この場合、図７（ａ）に示すように、一面側の励振電極２１には孔部２５が形成され、他面側の励振電極２２には孔部２５が形成されない構成でもよいし、図示はしないが一面側の励振電極２１のみならず他面側の励振電極２２にも貫通孔１２に連続するように孔部を形成するようにしてもよい。このように、水晶片１０における副振動の発生を抑制できる位置に貫通孔１２を形成した場合には、副振動の発生自体を防ぐことができ、有効である。この例では、孔部２５及び貫通孔１２は副振動抑制部に相当する。
【００３８】
さらに、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、凹部１１ａ，１１ｂは水晶片１０の両面側から夫々形成してもよい。図７（ｂ）に示す水晶振動子１Ｃは、１つの副振動の発生を抑制するために、一面側の励振電極２１に形成された孔部２５ａ側と、他面側の励振電極２２における、前記孔部２５ａと水晶片１０を挟んで対向する位置に形成された孔部２５ｂ側から夫々凹部１１ａ，１１ｂが形成された構成である。また、図７（ｃ）に示す水晶振動子１Ｄは、２つの副振動の発生の抑制に対応する構成であり、一の副振動の発生を抑制するために、一面側の励振電極２１に形成された孔部２５ａと、それに続く凹部１１ａを形成すると共に、他の副振動の発生を抑制するために、他面側の励振電極２２に孔部２５ｃと、それに続く凹部１１ｃを形成した構成である。
【００３９】
ここで実際の水晶振動子を用いて、副振動の領域を特定する方法に関して述べておく。第１の方法として、Ｘ線の回折強度を測定する方法を挙げることができる。水晶振動子の法線方向に対して所定の角度からＸ線を照射し、例えば水晶振動子を、前記角度を維持した状態で照射位置を変えて、Ｘ線により水晶振動子の全面をスキャンする。そして各照射位置ごとにＸ線の回折強度を測定し、水晶振動子の表面における回折強度のマップを生成する。この測定を行なうにあたって、事前に副振動を起こす周波数を調べておき、その周波数の交流電圧を水晶振動子に印加しながら上記の測定を行なう。図８（ａ）（ｂ）は、Ｘ線回折強度のマップの一例であり、斜線で示した領域１００にて強く振動している。
【００４０】
また第２の方法としては、探針法を挙げることができる。探針法は、事前に調べた副振動における周波数の交流電圧を水晶振動子の励振電極間に印加しながら、探針により水晶片の表面に接触させ（励振電極が存在する部分は当該励振電極を突き抜ける）、探針とアースとの間に設けた電圧計にて電圧を測定し、これにより水晶片の表面の電荷分布を求めることにより、第１の方法と同様のマップを得ることができる。  
こうして副振動の振動領域を把握し、当該振動領域において既述の凹部または貫通孔を形成する。
【００４１】
図８から分かるように副振動領域は、水晶片１０の中心に対して対称な場合が多く、このため励振電極から水晶片１０に亘って形成した凹部あるいは貫通孔である副振動抑制部は、水晶片１０の中心に対して対称に形成することが好ましい。図９は、このような例を示し、励振電極２１に形成した孔部２５ａ及び水晶片１０に形成した凹部１１ａと、孔部２５ｂ及び凹部１１ｂとは、水晶片１０の中心に対して対称に位置している。
【００４２】
また図１０に示すように、一方の孔部２５ａ及び凹部１１ａを水晶片の１０の一面側に形成すると共に、他方の孔部２５ｂ及び凹部１１ｂを水晶片１０の他面側に形成し、平面的に見て、両者が水晶片１０の中心に対して対称に位置している構成であってもよい。  
このように左右対称に副振動抑制部を設ければ、左右のバランスがとれていることから、左右のバランスが取れていない場合に比べて、長期的に見て主振動の周波数が安定する。
【００４３】
[第２の実施の形態]
第２の実施形態は、水晶片１０における副振動が起こる領域に凸部（突起）を形成する構造である。図１１及び図１２はこのような例を示す図であり、予め調べた副振動が起こる領域の中であって、励振電極２１、２２から外れた水晶片１０の一面側の２箇所に夫々突起８１ａ及び８２ａを形成する。突起（凸部）８１ａ、８２ａの構造としては、例えば励振電極２１、２２よりも高さの大きい円柱状の突起を挙げることができるが、この構造に限られるものではない。そしてこれら突起８１ａ、８２ａは、第１の実施形態の変形例における最終段にて述べたと同じ理由により、水晶片１０の中心に対して対称に配置されている。
【００４４】
また図１３の例は、図１２の構造に加えて、水晶片１０の他面側にも突起８１ｂ、８２ｂを形成している。これら突起８１ｂ、８２ｂは、水晶片１０の一面側の突起８１ａ、８２ａに対応する部位、即ち平面的に見ると突起８１ａ、８２ａと同じ位置に形成されている。
【００４５】
このように水晶片１０に突起を設ける効果を、図１４（ａ）、（ｂ）に示す。図１４（ａ）、（ｂ）は、夫々突起を設けない場合及び突起を設けた場合の各々において、水晶振動子の発振周波数とアドミッタンスとの関係を示しており、ｆ１は主振動の周波数を示している。突起を設けない場合における副振動は周波数ｆ２にて発生しているが、突起を設けることにより周波数ｆ２が、ｆ１から離れる方向にシフトしてｆ３となっている。またアドミッタンスも小さくなっている。このように水晶片１０における副振動が発生する領域に突起を設けると、副振動の伝播が乱れて、結果として副振動が抑制される（アドミッタンスが小さくなりかつ周波数がシフトする）と推測される。
【００４６】
また図１３の例において、突起８２ａ及び８２ｂを設けない構成としてもよい。この場合には、水晶片１０の両面の同じ位置(平面で見たときに同じ位置)に夫々突起８１ａ及び８１ｂが形成されているので、水晶片１０の厚さ方向のバランスがよい。このため、主振動の周波数の長期安定性の悪化が抑えられる。なお、第２の実施形態では、水晶片１０の１箇所にのみ突起を設けるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、本発明は、ＳＡＷ（Surface Accoustic Wave：弾性表面波）デバイスにも適用できる。図１５中４は、ＳＡＷデバイスの一例である弾性波共振子であり、この弾性波共振子４は、例えばＡＴカットの水晶片よりなる圧電体４０の中央部を挟んで長手方向左右両側に弾性表面波を発生させる第１、第２のＩＤＴ電極４１、４２を備えている。第１のＩＤＴ電極４１は、入力ポート４０１からＩＤＴ電極４１に入力された電気信号を電気-機械変換して弾性波である例えば表面弾性波（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）という）を発生させる。一方、第２のＩＤＴ電極４１は弾性波導波路を伝播してきたＳＡＷを機械−電気変換し、電気信号として取り出す役割を果たす。
【００４８】
各ＩＤＴ電極４１、４２は、互いにほぼ同様の構成を備えているので、例えば第１のＩＤＴ電極４１の構成について簡単に説明すると、第１のＩＤＴ電極４１は例えばアルミニウムや金などの金属膜からなる公知のＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極であり、ＳＡＷの伝播方向に沿って配置された２本のバスバー４１１、４１３に対して、多数の電極指４１２、４１４が交差指状に接続された構成となっている。本実施の形態中に示す各ＩＤＴ電極には、例えば数十本〜数百本の電極指が設けられるが各図中においてはその本数を省略して記載してある。
【００４９】
そして、第１のＩＤＴ電極４１又は第２のＩＤＴ電極４２には、副振動の発生を抑えるために孔部４３が形成されている。この孔部４３の形成位置及び大きさは、シミュレータにより前記副振動の発生を抑える位置及び大きさを確認することにより決定される。さらに、水晶片４０における前記孔部４３に対応する位置には、副振動の発生を抑えるための凹部（図示せず）が形成されている。凹部の代わりに貫通孔を形成してもよい。
【００５０】
このようなＳＡＷデバイスにおいても、ＩＤＴ電極における所定の位置に孔部４３を形成すると共に、水晶片４０における前記孔部４３に対応する位置に凹部を形成しているので、例えば厚みすべり振動等の副振動の発振周波数が高周波側にシフトすると共に、当該副振動のゲインを減衰させることができる。
【００５１】
続いて、上述の水晶振動子１の適用例として、エッチング量センサに用いる場合について図１６を用いて説明する。このエッチング量センサ５は、収納容器５１に圧電振動子をなす水晶振動子１を収納して構成されている。水晶振動子１の構成は、上述の図１に示すものと同様であり、抑制対象となる副振動は主振動よりも高い周波数で発振するものである。前記収納容器５１は例えばベース体５２と蓋体５３とにより構成され、ベース体５２のほぼ中央部には凹部５４が形成されて、水晶振動子１の他面側の励振電極２２が凹部５４により形成された気密な空間に臨むように、前記水晶振動子１が収納容器５１にて保持されるようになっている。
【００５２】
一方、蓋体５３は、ベース体５２上に載置された水晶振動子１に対して、上方側から覆うように設けられており、水晶振動子１が設けられた領域の外側において、ベース体５２と気密に接続されている。また、蓋体５３には水晶振動子１の一面側の励振電極２１及び一面側の水晶片１０の一部のみがエッチング液と接触するように、開口部５５が形成されている。つまり、開口部５５は、励振電極２１の周囲にエッチング領域を形成するために、励振電極２１よりも５ｍｍ程度外側の領域を囲むように形成されている。また、蓋体５３はエッチング液に接触するため、水晶片１０よりもエッチング液に対してエッチング速度が小さい材質例えばポリテトラフルオロエチレンにより構成される。
【００５３】
さらに、収納容器５１には、前記引き出し電極２３，２４と夫々接続される配線電極２６，２７が、例えばベース体５２と蓋体５３との間に形成され、引き出し電極２３と配線電極２６、引き出し電極２４と配線電極２７とが夫々電気的に接続されている。そして、例えば一方の配線電極２６は、信号線２８を介して発振回路５６に接続され、他方の配線電極２７は接地されている。この発振回路５６の後段には、周波数測定部５７を介して制御部６が接続されている。前記周波数測定部５７は例えば入力信号である周波数信号をディジタル処理して水晶振動子１の発振周波数を測定する役割を果たす。
【００５４】
前記制御部６は、予め発振周波数の変化分とエッチング量とを対応付けたデータを取得してメモリに格納され、オペレータが入力したエッチング量の目標値に対応する発振周波数の変化分の設定値を求める機能と、測定時に水晶振動子１の発振周波数の変化分を求める機能と、前記発振周波数の変化分が前記設定値になったときに所定の制御信号を出力する機能と、を備えている。また、例えば測定時に得られる発振周波数の変化分が所定値になったときに、対応するエッチング量を表示画面上に表示する機能を備えるように構成される。
【００５５】
このようなエッチング量センサ５は、収納容器５１の一面側のみがエッチング液に接触するように、エッチング容器７１に接続され、こうして、水晶振動子１の一面側の励振電極２１及び、水晶片１０の一面側の一部のみが、エッチング容器７１中のエッチング液７２に接触することになる。なおエッチング容器７１には被処理体は記載していないが、実際にはエッチング容器７１にはエッチング対象となる被処理体が所定位置に配置されている。この所定位置とは、被処理体の被処理面と、エッチング量センサ５の一面側の水晶片１０とが同じタイミングでエッチング液に接触する位置である。
【００５６】
続いて、本発明のエッチング量センサ５の作用について説明する。先ず、エッチング容器７１に被処理体を搬入すると共に、エッチング容器７１にエッチング量センサ５を既述のように取り付け、所定のエッチング液７２をエッチング容器７１内に供給する。また、オペレータがエッチング量の目標値を制御部６の表示画面に入力しておく。こうして、被処理体をエッチング液７２に接触させることにより被処理面のエッチングを進行させる。一方、エッチング量センサ５では、水晶振動子１の一面側の励振電極２１及び、水晶片１０の一面側の一部のみがエッチング液７２に接触し、水晶片１０の一面側のエッチング液７２と接触する領域がエッチングされていく。こうして、エッチングが進行して水晶片１０の外形寸法が小さくなっていくと、主振動の発振周波数は高周波側に移動していく。
【００５７】
この際、エッチング量センサ５では、水晶振動子１の周波数信号の周波数が測定され、この測定された周波数がメモリに格納される。そして、例えば測定時に得られる発振周波数の変化分が前記設定値になったときに制御信号を出力し、例えば図示しない治具により被処理体をエッチング液内から搬出し、エッチング処理を終了させる。
【００５８】
本実施の形態によれば、水晶振動子１には孔部２５及び凹部１１が形成されているため、副振動の発振周波数が高周波側に移動すると共に、副振動のゲインが減少している。従って、水晶片１０のエッチングが進んで、主振動の発振周波数が高周波側に移動したとしても、主振動の発振周波数と副振動の発振周波数とが重なることがなく、周波数ジャンプを防ぐことができるため、大きな計測レンジを確保できる。
【実施例】
【００５９】
図１の構成の水晶振動子１の周波数特性を測定した。水晶振動子１の水晶片１０は、ＡＴカットの基本波モードで発振させるものを用い、主振動の発振周波数が３０ＭＨｚ、水晶片１０は直径φ８．７ｍｍ、励振電極２１，２２は直径φ５．０ｍｍ、水晶片１０の厚さは０．０５５ｍｍとした。孔部２５は円形であって直径はφ１．１ｍｍ、凹部１１の深さは０．００１ｍｍとした。抑制対象となる副振動は、周波数が約３１ＭＨｚの厚み縦振動とした。また、比較例として、励振電極２１及び水晶片１０に夫々孔部２５及び凹部１１を形成しない水晶振動子についても、同様に周波数特性を測定した。
【００６０】
このときの周波数特性を、実施例については図１７（ａ）に、比較例については図１７（ｂ）に夫々示す。図１７中横軸は周波数、縦軸はアドミッタンスである。ここで、振動Ａは主振動（主振動Ａ）、振動Ｂは水晶片１０のＺ軸方向に起因するオーバートーン振動（副振動Ｂ）、振動Ｃは水晶片１０のＸ軸方向に起因するオーバートーン振動（副振動Ｃ）である。また、図１７におけるｆＢは、実施例の副振動Ｂの発振周波数であり、ｆＢ´は比較例の副振動Ｂの発振周波数である。
【００６１】
この結果、主振動Ａや副振動Ｃについては、発振周波数もゲインも変化しないものの、実施例では比較例に比べて、副振動Ｂが減衰すると共に、その発振周波数ｆＢが比較例の発振周波数ｆＢ´よりも高周波側にシフトすることが認められた。
【００６２】
本発明は、水晶片の他にセラミックス等の圧電体にも適用でき、主振動は、厚み滑り振動のみならず、厚みたて振動、厚みねじれ振動等であってもよい。また、本発明の抑制対象となる副振動は、オーバートーン振動に限られず、輪郭すべり振動や、屈曲系振動も含まれる。この際、主振動よりも発振周波数が高い副振動であれば、副振動の発振周波数が高周波側にシフトし、主振動の発振周波数と副振動の発振周波数との周波数差が大きくなるので特に有効であるが、主振動よりも発振周波数が低い副振動であっても、水晶片に貫通孔を形成する構成であれば、副振動の発生を防ぐことができるという効果が得られる。また、水晶片は円形状には限らず、矩形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１          水晶振動子
１０，４０  水晶片
１１        凹部
１２        貫通孔
２１，２２  励振電極
２３，２４  引き出し電極
２５、４３  孔部
４１、４２  ＩＤＴ電極
８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ    突起
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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