(57)【要約】【課題】  音叉型圧電振動片に形成された電極の表面に周波数調整用の粗調膜を成膜する蒸着装置は、蒸着装置を立ち上げたときは不安定であり、蒸着装置が不安定な状態で粗調膜の成膜を行うと音叉型圧電振動片に成膜された電極には過度の温度が加わる。この熱は表面膜から下地膜に達し、この熱により下地膜は表面膜に拡散し下地膜は音叉型圧電振動片から剥がれることがあった。このため、蒸着装置が安定するまで何回か粗調膜の成膜を行い蒸着装置が安定した状態で粗調膜の成膜を行っている。【解決手段】  電極に粗調膜が形成されるときの表面膜の温度を測定する工程と、測定した温度に基づいて、下地膜と表面膜とのそれぞれの膜厚を決定する工程とを有する音叉型圧電振動片の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板から音叉型圧電振動片を形成する振動片の形成工程と、前記音叉型圧電振動片の電極の下地となる下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記下地膜の表面に電極膜を形成する表面膜形成工程と、前記電極に周波数調整用の粗調膜を形成する粗調膜形成工程とを有する音叉型圧電振動子の製造方法であって、前記電極に前記粗調膜が形成されるときの前記表面膜の温度を測定する工程と、前記測定した温度に基づいて、前記下地膜と前記表面膜とのそれぞれの膜厚を決定する工程とを有することを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項２】
前記下地膜厚と前記表面膜厚とは、前記電極に前記粗調膜が成膜されるときの温度により、前記下地膜が前記表面膜に拡散しても、前記下地膜が前記音叉型圧電振動片の表面に残る膜厚であることを特徴とする請求項１記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項３】
前記下地膜の膜厚は、３００〜５００Å且つ、前記表面膜の膜厚は、８００〜１０００Åであることを特徴とする請求項１〜２の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項４】
前記下地膜と前記表面膜の材質は、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）または、チタン（Ｔｉ）とパラジウム（Ｐｄ）または、クロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音叉型圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年電子機器の軽薄小型により電子機器を構成する部品の軽薄小型化の要求は強い。電子機器を構成する部品の一つである音叉型圧電振動子は、フォトリソグラフィ技術を利用して音叉型圧電振動片の軽薄小型化を行っている。
【０００３】
図２は、フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板１０の上面図である。圧電基板１０は、音叉型圧電振動片１１を保持するための枠部１５と音叉型圧電振動片１１と枠部１５とを連結するための連結部１６とで構成されている。音叉型圧電振動片１１は、基部１２と第１の脚１３と第２の脚１４とを有し第１の脚１３と第２の脚１４とは基部１２の一端から突出した状態で並設している。音叉型圧電振動片１１には電極１７と粗調膜１８とが成膜されている。特許文献１では、音叉型圧電振動片の振動脚の先端部に第１層の金属膜と第２層の金属膜とで形成された２層構造の錘部を有する音叉型圧電振動片が記載されている。
【０００４】
図３（ａ）〜（ｇ）と図４（ａ）〜（ｇ）は、音叉型圧電振動片に、電極と脚先端部の電極表面に周波数調整用の粗調膜を成膜する工程の説明図で、音叉型圧電振動片の断面図（図２のＡ−Ａ断面は脚長手方向の中央部、Ｂ−Ｂ断面は脚先端部）である。図３（ａ）と図４（ａ）は、音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との断面図で、図３（ｂ）と図４（ｂ）は、音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との表裏面にレジストパターンを形成した断面図で、図３（ｃ）と図４（ｃ）は、音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との表裏面と両側面に電極を形成した断面図で、図３（ｄ）と図４（ｄ）は、音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との表裏面のレジストパターンを除去した断面図で、図３（ｅ）と図４（ｅ）は、音叉型圧電振動片を金属マスクで挟持した音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との断面図で、図３（ｆ）と図４（ｆ）は、金属マスクで挟持された音叉型圧電振動片に粗調膜を成膜した音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚との断面図で、図３（ｇ）と図４（ｇ）は、金属マスクを除去して脚先端部の電極の表面に周波数調整用の粗調膜を成膜した音叉型圧電振動片の第１の脚と第２の脚と断面図である。
【０００５】
図２に示すように、圧電基板１０には、フォトリソグラフィ技術などを用いて複数の音叉型圧電振動片１１が形成されている。
【０００６】
図３（ａ）と図４（ａ）に示すように、圧電基板１０にフォトリソグラフィ技術を用いて音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４とを形成する。
【０００７】
次に、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との表裏面にスプレーコート法などによって、レジストを塗布し、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との表裏面にレジスト層を形成し、レジスト層にフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し不要なレジスト層を除去し、図３（ｂ）と図４（ｂ）に示すように、レジストパターン２１を形成する。
【０００８】
次に、図３（ｃ）と図４（ｃ）に示すように、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４とに蒸着またはスパッタリングによって、電極１７を成膜する。電極１７は下地膜１７ａと表面膜１７ｂとからなり、下地膜１７ａは、クロム（Ｃｒ）を２００Å程度成膜し、表面膜１７ｂは、金（Ａｕ）を１２００Å程度積層し形成する。
【０００９】
次に、周知技術のリフトオフ法により、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４とに形成されたレジストパターン２１とレジストパターン２１上の不要な電極１７とを除去することによって、図３（ｄ）と図４（ｄ）に示すように、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４とに電極１７が形成される。
【００１０】
次に、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との脚先端の電極１７の表面に、周波数調整用の粗調膜１８を成膜するため図３（ｅ）と図４（ｅ）に示すように、脚先端の一方の面のみ開口した金属マスク２２を用いて音叉型圧電振動片１１の表裏面を挟持する。
【００１１】
次に、図３（ｆ）と図４（ｆ）に示すように、金属マスクで挟持された音叉型圧電振動片１１を、蒸着によって粗調膜１８を形成する。粗調膜１８は、下地膜１８ａと表面膜１８ｂとからなり、下地膜１８ａはクロム（Ｃｒ）を５００Å程度成膜し、表面膜１８ｂは銀（Ａｇ）を２００００Å程度成膜する。
【００１２】
最後に金属マスク２２を除去することにより、図３（ｇ）と図４（ｇ）に示すように音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との脚先端の一方の面のみ粗調膜１８が成膜される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９―６０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
音叉型圧電振動片の電極表面に周波数調整用の粗調膜を成膜する蒸着装置は、蒸着装置を立ち上げたときは不安定であり、蒸着装置が不安定な状態で粗調膜の成膜を行うと、音叉型圧電振動片に成膜された電極には過度の温度が加わる。この熱は電極の表面膜から電極の下地膜に達し、この熱により下地膜は表面膜に拡散し下地膜は音叉型圧電振動片から剥がれることがあった。このため、蒸着装置が安定するまで何回か粗調膜の成膜を行い蒸着装置が安定した状態で粗調膜の成膜を行っている。
【００１５】
しかしながら、蒸着装置が安定するまで製品を投入せず粗調膜の成膜を行うと、粗調膜に使用しているクロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）の使用量が増加する。また、何回か粗調膜の成膜を行うため生産性が悪くなってしまう。ここで電極の下地膜の剥がれ対策として音叉型圧電振動片に成膜する下地膜を厚くすることが考えられる。しかし下地膜を厚くすると音叉型圧電振動片の振動子特性のＣＩ値が悪く、単に厚くすることができない。また電極の下地膜の剥がれ対策として音叉型圧電振動片に成膜する表面膜を薄くすることが考えられる。電極の表面膜を薄くすると粗調膜を成膜したとき表面膜に蓄えられる熱を抑えられるが、音叉型圧電振動片の振動子特性のＣＩ値が悪く、単に薄くすることができない課題があった。
【００１６】
本発明の目的は電極表面に周波数調整用の粗調膜を成膜するとき、表面膜の温度に基づき電極の下地膜厚と表面膜厚とを決定することで、下地膜の剥がれがなく、振動子特性のＣＩ値がよい音叉型圧電振動片の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
圧電基板から音叉型圧電振動片を形成する振動片の形成工程と、音叉型圧電振動片の電極の下地となる下地膜を形成する下地膜形成工程と、下地膜の表面に電極膜を形成する表面膜形成工程と、電極に周波数調整用の粗調膜を形成する粗調膜形成工程とを有する音叉型圧電振動子の製造方法であって、電極に粗調膜が形成されるときの表面膜の温度を測定する工程と、測定した温度に基づいて、下地膜と表面膜とのそれぞれの膜厚を決定する工程とを有することを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
【００１８】
下地膜厚と表面膜厚とは、電極に粗調膜が成膜されるときの温度により、下地膜が表面膜に拡散しても、下地膜が音叉型圧電振動片の表面に残る膜厚である音叉型圧電振動片の製造方法。
【００１９】
下地膜の膜厚は、３００〜５００Å且つ、表面膜の膜厚は、８００〜１０００Åである音叉型圧電振動片の製造方法。
【００２０】
下地膜と表面膜の材質は、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）または、チタン（Ｔｉ）とパラジウム（Ｐｄ）または、クロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）のいずれかである音叉型圧電振動片の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば電極表面に周波数調整用の粗調膜を有する音叉型圧電振動片において電極表面に粗調膜が形成されるときの表面膜の温度に基づき電極の下地膜と表面膜との膜厚を決定することにより、下地膜の剥がれがなく、振動子特性は良好な音叉型圧電振動片となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】音叉型圧電振動片の表面電極に熱電対を取り付けた図。
【図２】フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板の上面図。
【図３】従来技術の音叉型圧電振動片の表面に電極を成膜する工程の説明図。（Ａ−Ａ断面図）
【図４】従来技術の音叉型圧電振動片の表面に電極と粗調膜とを成膜する工程の説明図。（Ｂ−Ｂ断面図）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
本実施例では、水晶からなる音叉型圧電振動片の製造方法について説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００２５】
図２は、フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板１０の上面図である。圧電基板１０は、音叉型圧電振動片１１を保持するための枠部１５と音叉型圧電振動片１１と枠部１５とを連結するための連結部１６とで構成されている。音叉型圧電振動片１１は、基部１２と第１の脚１３と第２の脚１４とを有し第１の脚１３と第２の脚１４とは基部１２の一端から突出した状態で並設している。音叉型圧電振動片１１には電極１７と粗調膜１８とが形成されている。電極１７は下地膜１７ａと表面膜１７ｂからなり、下地膜１７ａは、クロム（Ｃｒ）を、表面膜１７ｂは、金（Ａｕ）を用いた。なお下地膜と表面膜の材質は、チタン（Ｔｉ）とパラジウム（Ｐｄ）または、クロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）でも良い。粗調膜１８は下地膜１８ａと表面膜１８ｂからなり、下地膜１８ａは、クロム（Ｃｒ）を、表面膜１８ｂは、銀（Ａｇ）を用いた。
【００２６】
音叉型圧電振動片は、水晶原石からＺカットと呼ばれる切断角度で切り出された圧電基板を、フォトリソグラフィ加工を用いて音叉型圧電振動片にする。近年では、小型化の音叉型圧電振動片の要求が強く、そのため微細で精密な加工が可能なウエットエッチング加工で加工されることが多い。
【００２７】
先ずは、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との脚先端の電極１７の表面に蒸着によって粗調膜１８を成膜し、粗調膜１８を成膜したときの電極１７の表面膜１７ｂの温度を測定するために、音叉型圧電振動片１１に電極１７が形成されたダミー圧電基板を用意する。なお、電極１７の下地膜厚と表面膜厚は、それぞれの膜厚を変えたサンプルを用意することが望ましい。
【００２８】
次に、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との脚先端の電極１７の表面に、周波数調整用の粗調膜１８を成膜するため図１に示すように、脚先端の一方の面のみ開口した金属マスク２２を用いて音叉型圧電振動片１１の表裏面を挟持し、金属マスク２２の開口部に露出している表面膜１７ｂに熱電対２３を取付ける。１枚の圧電基板に熱電対２３は複数取付けることが望ましい。
【００２９】
表１は、金属マスク２２の開口部に露出している表面膜１７ｂに熱電対２３を取付け、蒸着によって粗調膜１８を成膜したときの表面膜１７ｂの温度である。粗調膜１８は、下地膜１８ａと表面膜１８ｂとからなり、下地膜１８ａはクロム（Ｃｒ）を５００Å程度成膜し、表面膜１８ｂは銀（Ａｇ）を２００００Å程度成膜した。表１に示すように、成膜回数１〜３回までは、表面膜１７ｂの温度のばらつきは１４０〜１８０℃と大きいが、成膜回数４回目以降は、表面膜１７ｂの温度は１３０℃前後で安定している。成膜回数１回目は、表面膜１７ｂの温度が１８０℃と高い。複数回同じ調査を行い、表面膜１７ｂの温度は、成膜回数１回目の表面膜１７ｂの温度は、１８０〜２００℃とばらつきが大きいが、成膜回数４回目以降は、１３０℃前後で安定する。
【表１】
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【００３０】
次に、表面膜厚を１２００Åと固定し、粗調膜１８を電極１７の表面に成膜したときの、表面膜１７ｂの温度と下地膜厚とを変えて、下地膜剥がれと振動子特性のＣＩ値とを確認した。その結果を表２に示す。なお、下地膜厚は、２００Å〜６００Åまで、また、表面膜１７ｂの温度を１２０〜２１０℃まで変えた。下地膜剥がれの試験方法として、周知技術であるスクラッチ試験法を用い、粗調膜表面に荷重を増加させながら粗調面を引掻き、下地膜剥がれの試験を行った。また、ＣＩ値は、次の方法で試験を行った。粗調膜１８が成膜された音叉型圧電振動片１１をパッケージ内に固定し、パッケージ内は真空中で気密封止された圧電振動子を用意する。次に圧電振動子のＣＩ値を測定する装置で測定を行い、圧電振動子のＣＩ値が所望の値であるか試験を行った。
【００３１】
表２に示すように、表面膜１７ｂの温度が２１０℃のとき、下地膜厚が２００Å〜４００Åで下地膜剥がれが発生し、下地膜厚が５００Å〜６００Åでは下地膜剥がれは発生しない。また、下地膜厚が２００Åのとき、表面膜１７ｂの温度が１４０℃〜２１０℃で下地膜剥がれが発生している。この結果より、粗調膜１８を電極１７の表面に成膜したときの表面膜１７ｂの温度が高く、下地膜厚が薄いと下地膜剥がれが発生することが分かる。これは、表面膜１７ｂの温度が高いと、表面膜１７ｂから下地膜１７ａへ熱が伝わり、下地膜１７ａが表面膜１７ｂに拡散するためである。また、下地膜厚６００ÅでＣＩ不良が発生している。これは下地膜厚が厚いと第１の脚１３と第２の脚１４とが振動するとき、抵抗が大きくなるためである。
【表２】
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【００３２】
次に、表面膜厚を１２００Åから９００Åと薄くし、粗調膜１８を電極１７の表面に成膜したときの、表面膜１７ｂの温度と下地膜厚とを変えて、下地膜剥がれと振動子特性のＣＩ値とを確認した。その結果を表３に示す。なお、下地膜は、２００Å〜６００Åまで、また、表面電極膜の表面温度を１２０〜２１０℃まで変えた。表３に示すように、表面膜１７ｂの温度が２１０℃のとき、下地膜厚が２００Åのみ下地膜剥がれが発生している。この結果より、表面膜１７ｂの膜厚は、下地膜剥がれに影響していることが分かる。粗調膜１８を電極１７の表面に成膜したとき、表面膜１７ｂの膜厚が厚いと、表面膜１７に蓄えられる熱が多く、表面膜１７ｂから下地膜１７ａへ熱が伝わる時間が長いため、下地膜１７ａが表面膜１７ｂに拡散するためである。また、下地膜厚６００ÅでＣＩ不良が発生している。これは、下地膜厚が厚いと第１の脚１３と第２の脚１４とが振動するとき、抵抗が大きくなるためである。
【表３】
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【００３３】
ここで、表面膜の温度２１０℃で下地膜剥がれがあったサンプルを用いて、粗調膜１８が成膜された下部に下地膜１７ａがどのくらい残っているか確認を行った。確認方法は、粗調膜１８が成膜された箇所の断面から下地膜厚を求めた。下地膜剥がれサンプルの、粗調膜１８が成膜された下部に下地膜１７ａはなかった。下地膜１７ａは、すべて表面膜１７ｂに拡散されたためである。次に表面膜の温度２１０℃で下地膜が剥がれなかったサンプルを用いて、粗調膜１８が成膜された下部に下地膜１７ａがどのくらい残っているか確認を行った。下地膜が剥がれなかったサンプルの、粗調膜１８が成膜された下部に下地膜１７ａは５０〜４００Å残っていた。この結果より、下地膜１７ａが表面膜１７ｂに拡散しても、下地膜１７ａが音叉型圧電振動片１１の表面に５０Å以上あれば下地膜剥がれは発生しない。
【００３４】
次に、下地膜厚を３００Å、粗調膜１８を電極１７の表面に成膜したときの表面膜１７ｂの温度を２１０℃とし、表面膜１７ｂのみ膜厚を変えて、下地膜剥がれと振動子特性のＣＩ値とを確認した。その結果を表４に示す。なお、表面膜１７ｂは、６００Å〜１２００Åまで変えた。表４に示すように、表面膜厚が１２００Åのみ下地膜剥がれが発生している。表面膜厚が６００Åで振動子特性のＣＩ値不良が発生している。これは、表面膜厚が薄いと第１の脚１３と第２の脚１４とが振動するとき、抵抗が大きくなるためである。
【表４】
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【００３５】
表１〜表４の調査結果より、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４との脚先端の電極１７表面に周波数調整用の粗調膜１８を成膜し、表面膜１７ｂの温度が１２０〜２１０℃のとき、下地膜厚を３００〜５００Å且つ、表面膜厚を８００〜１０００Åとすると下地膜剥がれがなく、振動子特性のＣＩ値も問題ない音叉型圧電振動片が得られた。このように、脚先端の電極表面に周波数調整用の粗調膜を成膜し、このときの表面膜の温度を測定する。そして得られた表面膜の温度より、音叉型圧電振動片の電極の下地膜厚と電極膜厚とをそれぞれ決定し、決定した下地膜厚と電極膜厚とをまだ電極が形成されていない音叉型圧電振動片に成膜することにより、下地膜の剥がれがなく、振動子特性は良好な音叉型圧電振動片となる。これにより、蒸着装置を安定させるために製品を投入せず粗調膜を、成膜する必要がなくなり、粗調膜に使用しているクロム（Ｃｒ）と銀（Ａｇ）の使用量を削減することが出来る。なお、下地膜厚は、上下限値に対して±５０Å、表面膜厚は、上下限値に対して±１００Åのマージンをとることにより、下地膜は剥がれづらく、振動子特性が良好な音叉型圧電振動片が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  圧電基板
１１  音叉型圧電振動片
１２  基部
１３  第１の脚
１４  第２の脚
１５  枠部
１６  連結部
１７  電極
１７ａ  下地膜
１７ｂ  表面膜
１８  粗調膜
１８ａ  下地膜
１８ｂ  表面膜
２１  レジストパターン
２２  金属マスク
２３  熱電対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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