CN1812258A - 晶体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可容易制造的晶体振子的制造方法。本发明的晶体振子的制造方法具备：通过在上述石英片上大致同时照射第1光和第2光来产生烧蚀，并在上述石英片上形成规定图案的沟的工序，其中所述第1光将被吸收在石英片上、并构成上述石英片的物质的能级从基底状态激励成第1激励状态；所述第2光将构成上述石英片的物质的能级从上述第1激励状态激励成第2激励状态。通过如此的晶体振子的制造方法来解决上述课题，

Description

晶体器件的制造方法
技术区域
本发明涉及一种晶体器件(石英器件)制造方法，详细地讲，涉及一种可容易制造的晶体器件的制造方法。
背景技术
与以往相比，晶体振荡器在各种电子设备中作为时钟源被广泛地利用。晶体振荡器的振荡频率通过构成振荡器的晶体振子的共振频率而决定。作为这样的晶体振子，已知例如将AT切割石英片的端面加工为曲面状以使其厚度越靠近中心部越厚的凸的形状或斜面形状。例如在专利文献1中公开了凸的形状的晶体振子。这样的凸的形状或斜面形状的晶体振子构成为：通过在中心部持有厚度，以使在振动片的中心部集中振动、以少的能量高效率地振荡。另外，这样的形状的晶体振子一般通过研磨而制造。
专利文献1：特开平11-298278号公报
但是，近年来随着各种移动设备的小型化，构成它们的晶体器件的小型化的要求也逐渐提高。
但是，在将晶体器件变为小型化的情况下，在以往的研磨方法中很难控制形状，另外，在加工时需要时间。另外，在上述结构以外的晶体振子中也希望提高加工性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可容易制造的晶体器件的制造方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种包括以下工序的晶体器件的制造方法，即，通过在石英片上大致同时照射第1光和第2光来产生烧蚀，以在上述石英片上形成规定图案的沟，其中所述第1光将在上述石英片上被吸收并且构成上述石英片的物质的能级从基底状态激励成第1激励状态，所述第2光将构成上述石英片的物质的能级从上述第1激励状态激励成第2激励状态。
据此，通过将规定的2种类的光(第1光和第2光)重叠而照射，与照射1种光而加工的情况相比较，对难加工性的石英片，给予加工区域以外的区域的损伤少，并且容易加工晶体器件成为可能。在这里，第1光是用于将构成石英片的物质的电子的能级激励成规定的能级的激励用的光，第2光是用于将通过第1光激励的石英片向产生烧蚀的能级为止对上升石英片进行加工的加工用的光。
在这里，在“大致同时”中包括将第1光和第2光同时照射的情况、和将第1光和第2光空出规定时间而照射的情况。另外，所谓的“空出规定时间”包括在石英片上照射第1光之后，吸收第1光使能级上升到第1激励状态为止所需的一点时间，所以包括该时间。此外，不仅仅是在第1光的照射后照射第2光的情况，也包括在第2光的照射后照射第1光的情况。
另外，“基底状态”是指在照射光前的能量低的稳定状态。另外，“第2激励状态”是指开始石英片的加工的能级，具体指超过真空能级的能级。
另外，晶体器件一般指以晶体为主要构成要素的设备，虽然并不限定于其内容，例如包括晶体振荡器/晶体振子/晶体传感器等。
另外，只要存在第1光和第2光同时被照射的期间，则与照射顺序无关，也可以在将第1光照射的照射区域上重叠而照射第2光，另外，也可以将第2光照射的照射区域上重叠而照射第1光。另外，也可以同时照射第1光和第2光。
作为这样的第1光及第2光，适合采用脉冲激光器等的激光。
上述第1光的照射区域大于上述第2光的照射区域，优选将以上述第1光来照射的照射区域内以上述第2光来重叠而照射。通过将激励用的光的第1光的照射区域(照射路径)变为小于加工用的光的第2光的照射区域(照射路径)，第1光和第2光的定位变得容易。另外，由于将以第1光照射了的宽阔的照射区域以具备小于其照射区域的第2光照射，因此，例如能够将第1光固定而移动第2光，即使在加工宽阔的面积的情况下，也能够有效地形成所需的图案。
优选在上述第1光与上述第2光重叠了的区域内产生烧蚀(被加工)。在分别单独照射了第1光及第2光的情况下，烧蚀不会产生，但即使产生，也达不到石英片被加工(去除一部分)为止，因此定位等的作业工序变得容易。
上述第1激励状态也可以是能级激励在缺陷能级或传导带的状态。
上述第1光优选是160nm以下的波长的光。只要是这样的波长带，则对石英片具有有效的吸收。
作为第1光及第2光的组合，再具体地讲，优选：第1光是波长157nm的F2激光，上述第2光是波长193nm的ArF受激准分子激光或波长248nm的KrF受激准分子激光。通过将第1光和第2光分别变为这样的波长，就能够有效地加工晶体器件。
上述第1光和/或上述第2光通过成象光学系统被成象在上述石英片的加工面上。据此，可在短时间内容易形成所需的图案。此外，在通过掩模形成所需的图案的情况下，也可以将所需图案一起照射形成，另外，也可以通过将所需图案分割成部分区域，照射在每个部分区域而形成所需的沟的图案。
上述规定图案也可以是例如一个或多个带状图案。另外，上述规定图案也可以是一个或多个矩形状图案。通过将沟图案作成如此的图案，能够得到良好的振动特性的晶体器件。
在上述石英片的两面形成上述规定图案的沟的情况下，优选在上述石英片的两面大致同时重叠上述第1光和/或上述第2光而照射。通过在两面同时形成规定图案，能够缩短加工时间。
本发明的其他方式是包括具备板状的基部和从该基部延伸的多个臂部的音叉型振动片的晶体器件制造方法，其包括：通过向上述石英片上大致同时照射第1光和第2光而产生烧蚀，以在上述臂部上形成规定图案的沟的工序，其中所述第1光在上述臂部上将在石英片上被吸收并且构成上述石英片的物质的能级从基底状态激励成第1激励状态；所述第2光将构成上述石英片的物质的能级从上述第1激励状态激励成第2激励状态。
优选：本发明的晶体器件的制造方法，是包括具备板状的基部和从该基部延伸的多个臂部的音叉型振动片的晶体器件制造方法，其中包括：振动片形成工序，其在石英片上，以将该振动片的一部分与石英片连接的状态下形成至少1个振动片；第1工序，其在上述振动片的臂部，通过在上述石英片上大致同时照射第1光和第2光而产生烧蚀，以在上述臂部上形成规定图案的沟，其中所述第1光将在石英片上被吸收并且构成上述石英片的物质的能级从基底状态激励成第1激励状态、所述第2光将构成上述石英片的物质的能级从上述第1激励状态激励成第2激励状态；和电极形成工序，其在形成有上述沟的振动片上形成用于形成驱动晶体器件的驱动电极。
附图说明
图1是表示通过本发明的制造方法制造的晶体振子的一例的图。
图2是表示晶体振子的沟图案的一例的图。
图3是表示在两侧分别形成2列沟的晶体振子的部分剖面图。
图4是表示在本发明的晶体振子的制造方法中使用的装置的一例的图。
图5是表示在组合第1光和第2光的情况下的石英片的能级的图。
图6是用于说明利用第1光和第2光的沟6的形成方法的原理的图。
图7是用于说明沟6的形成方法的一例的图。
图8是用于说明音叉型振子的制造方法的图。
图9是用于说明音叉型振子的制造方法的图。
图10是用于说明音叉型振子的制造方法的图。
图中：2-石英片，4-电极，6-沟，10-聚光透镜，11-掩模，12-石英片，14-连接部，16-振动片，18-臂部，20-臂部，22-面，24-面，26、28、30、32-沟，34-导电膜，34a～34h-电极部，40-基部，42-端子部，44-端子部，102-第1光，104-第2光，106、108-光束分离器。
具体实施方式
下面，对本发明的晶体振子的制造方法参照附图进行说明，但是本发明并不局限于这样的实施方式。
(第1实施方式)
图1是表示通过本发明的制造方法而制造的晶体振子的一例的图。如图1所示，本发明的晶体振子(AT切割石英片)在两面的大致中央部形成有电极4，通过给该电极4施加电压以与石英片2的厚度相应的频率来振动。该电极4由例如金或银等导电性材料形成。另外，在该电极4上连接着用于实现与外部的连接的引线电极。在石英片2上电极4的周围，与电极4(或石英片2)的长边方向的端边大致平行的沟6，夹住电极4而每一列各自一个地形成在石英片2的两端。由此，通过在电极4的周围形成沟6，主振动模式(例：厚度滑动振动模式)的振动能量向电极的周边区域扩大，能够降低振动能量的损失，同时能够抑制成为寄生等特殊现象的主要原因的副振动模式。从而，能够在电极4的正下面储存主振动模式的振动能量，能够得到具有良好的特性。
图2是表示晶体振子的沟图案的一例的图。
图2(a)相当于图1的上面图。此外，在图2(a)中省略了电极4。这样的沟6也可以在电极4的两端以带状、左右大致对照地形成多列。图2(b)表示沟6在石英片的两端各自形成2列的例。沟6另外也可以形成为矩形状。图2(c)及图2(d)表示各个矩形状的沟形成1列或多列(在这里是2列)的例。由此，通过形成多列的沟6，进一步提高主振动模式的振动能量的储存效果成为可能。
此外，沟6的图案并不局限于上述例，也可以是将断续的凹部(孔)多个配置了的图案。
图3是表示在石英片的两面各2列形成沟的晶体振子的部分剖面图。如图3所示，在形成多列(在这里是2列)的沟6的情况下，优选形成为随着向石英片2的端边(部)，使沟6的深度也逐渐变深。由此，通过变化沟6的深度，能够形成具有接近于所谓凸结构或斜面结构的特性的结构。从而，在晶体振子的中心部能够集中振动，能够以少的能量有效地振荡。
接着，对这样的沟6的形成方法进行说明。
图4是用于本发明的晶体振子的制造方法中的装置的一例的图。
在本发明中，如图4所示，通过利用具备各个规定的波长的第1光102和第2光104的2束光进行沟的加工。在这里，第1光102及第2光104通过各个光束分离器106、108等构成为使与石英片2的加工面垂直地入射。此外，第1光102和第2光104地照射方法并不局限于此。
第1光102是被吸收在石英片2的光，其可以将构成石英片2的物质的电子能级从基底状态激励为第1激励状态。在这里，第1激励状态是高于基底状态，并低于到达开始石英片的加工的能级(第2激励状态)前的状态的能级。具体地讲，其是可以从价电子带转移到位于价电子带和真空能级之间的能级的波长的光。作为这样的光，例如列举160nm以下的波长的光。只要有这样的波长，就对石英片的光的吸收率良好。具体地讲，可以利用波长157nm的F2激光、或波长10～13nm的EUV(Extreme UltraViolet：极紫外线)等。
第2光104是能够将构成石英片2的物质的电子的能级从第1激励状态激励为第2激励状态的光。具体地讲，其是对通过第1光102而转移(激励)的石英片2产生真空能级的吸收的波长的光。作为这样的光，虽然没有特别限定，但是采用了例如波长193nm的ArF受激准分子激光或248nm的KrF受激准分子激光。
图5是表示在组合第1光和第2光时的石英片的能级的图。如图5所示，首先，如果对石英片2，作为第1光102照射F2激光(波长：157nm，能量：hv＝7.9eV)，则构成石英片的结晶的电子从价电子带(Ev)被激励为缺陷能级。如果对该第1光102作为第2光104组合照射KrF受激准分子激光(波长：248nm，能量：hv＝5.0eV)，则从缺陷能级到激励能级(超过真空能级的能级)为止进一步被激励。通过上述，产生烧蚀，加工被加工对象的石英片2。此外，在这里，作为第1光102，列举了将电子的能级从价电子带激励为缺陷能级。但是，只要第1光102在价电子带和真空能级之间的能级上能够激励电子能级，则没有特别限定，例如也可以激励在传导带(Ec)上。
对利用第1光102和第2光104的沟6的形成方法的原理进一步详细地进行说明。图6是用于说明利用第1光102和第2光104的沟6的形成方法的原理的图。
如图6(a)所示，即使在被加工对象物的石英片2上例如将波长248nm的KrF受激准分子激光器作为第2光104而照射，对被加工对象物的吸收率低，达不到充分提高加工对象物的能级为止的程度。
另一方面，如图6(b)所示，在石英片2上将波长157nm的F2激光作为第1光102照射的情况下，对石英片2具有吸收，因此在能量密度(能量密度)高的情况下产生烧蚀，使石英片2被加工。
但是，为了得到加工效率而使照射面积扩大的情况也有，在这样的情况下，在利用相同的输出装置时，能量密度会变低。如图6(c)所示，在通过扩大照射面积而使能量密度变低的情况下，即，例如变为加工石英片2的能量密度的1/100以下的情况下能量不足，不会产生烧蚀。从而，在这样的能量密度中，如果除去照射光，则电子重新回到原来的能级，对石英片2的外形不会造成影响。
对上述，如图6(d)所示，在对石英片2组合照射第1光102(波长157nm的F2激光)及第2光104(波长248nm的KrF受激准分子激光)的情况下，产生上述的能级的激励，只有第1光102和第2光104重叠了的区域被加工。由此，通过组合只要单独照射时不产生烧蚀的特定的光，以产生烧蚀变为可能。
接着，参照图7对沟6的形成方法进一步详细地进行说明。图7是用于说明沟的形成方法的一例的图。在这里，表示利用成象光学系统的例。
首先，如图7(a)所示，将第1光102(波长157nm的F2激光)通过形成规定沟图案的掩模11及聚光透镜10照射石英片2(AT切割石英片)。在这时，第1光102以包括形成沟图案的区域整体的方式将激光光束宽度扩大而照射。
接着，如图7(b)所示，将第2光104(波长148nm的KrF受激准分子激光)以与照射第1光102的区域重合的方式照射。具体地讲，将第2光104的照射区域作成包括在第1光102的照射区域的大小，以固定第1光102的状态下，通过将第2光104的照射区域依次移动而形成沟图案。由此，通过调整第2光104的大小，能够容易进行第1光102和第2光104的定位，同时只移动第2光104，可以形成所需的沟图案，因此操作变得容易。从而，即使在加工宽阔的区域的情况下，也能够容易地进行沟图案的形成。
通过这样的工序，在石英片2上形成被形成在掩模上的沟图案的缩小像。
此外，在这里，沟6的深度可以通过适当变更第1光102和/或第2光104的能量密度(能级密度)、照射时间、和振荡时间等来调整。
另外，通过在上述工序而形成所需的沟图案的石英片2上，按照以往公知的方法形成如图1所示的电极4，可以得到晶体振子。
根据本实施方式，通过将第1光102和第2光104重叠照射，进行晶体振子的制造，因此，与照射一种光而加工的情况比较，能够降低难加工性的石英片给予加工区域以外的区域的损伤，并且能够容易地加工。另外，通过利用成像光学系统，能够在石英片2上一起形成所需的图案的沟。并且，将第2光104的照射区域变为小于第1光102的照射区域，因此能够容易地进行第1光102和第2光104的对位。另外，将用第1光102来照射的宽阔的照射区域以具有小于第1光的照射区域的第2光104来照射，因此，能够例如将第1光固定而移动第2光，即使是加工宽阔的面积的情况下，也能够有效地形成所需的图案。
此外，在上述例中，虽然将第2光104的照射区域作成小于第1光102的照射区域，但是，也可以将第2光104的照射区域作成大于第1光102的照射区域，另外，也可以作成相同的大小。
另外，虽然作为第1光102及第2光104分别使用了一种波长的激光，但是也可以将各个多个种类的波长的激光组合而使用。
(第2实施方式)
在本实施方式中，对其他形状的晶体振子的制造方法进行说明。具体地讲，对音叉型振子的制造方法进行说明。
图8～10是用于说明音叉型振子的制造方法的图。
首先，通过利用与图4所示的装置相同的激光加工装置来照射第1光102和第2光104，沿着图8(a)中的双点划线，将石英片12加工成具有将会成为振子的多个振动片16通过各个连接部14与石英片12连接了的多个音叉型结构的形状(参照图8(b))。在这时，以贯通石英片12的方式适当调节第1光102及第2光104的照射强度及闪光(shot)数(相当于单位时间的照射次数)等的加工条件。
图9(a)是图8(b)中的A-A’剖面图，下面，用沿着该剖面的形状对制造工序进行说明。如图9(b)所示，通过利用如图4所示的激光加工装置来照射第1光102和第2光104，在振动片16的臂部18、和20形成沟26、28、30、32。在这时，也可以通过将石英片12每侧面进行加工而形成沟，另外，也可以两面同时形成。
接着，如图9(c)所示，将由具有Au、Ag等导电性的金属构成的膜(导电膜)34通过溅射法等成膜。此外，在这时，优选在振动片16上通过Au及Ag以及晶体之间的密接性高的密接层(例：Cr膜)，成膜由Au、Ag等金属构成的导电膜34。接着，如图9(d)所示，将导电膜34通过例如F2受激准分子激光等的激光来图案形成为所需的形状。其后，通过将各振动片16从与石英片12连接的连接部14切断而得到晶体振子。
在这里，对晶体振子的构造进一步详细地进行说明。在图10(a)及(b)表示晶体振子的侧面图。如图(a)及(b)所示，本实施方式的晶体振子具备板状的基部40、和从基部40向同一个方向大致平行地延伸的2个臂部18及20。在臂部18及20中的面22及面24上设有沿着长边方向延伸的沟26、28、30、和32。另外，在振动片16上设有用于给予驱动压电振子的电压的第1驱动电极及第2驱动电极。第1驱动电极及第2驱动电极在晶体振子的表背中相同地构成。进一步具体地讲，在臂部18的表里相对向地形成的一对电极部34b、34c，和在臂部20的左右相对向地形成的一对电极部34e、34h分别相互导通，并且与基部40的端子部42导通，形成第1驱动电极。另外，相同地，在臂部20的表里相对地形成的一对电极部34f、34g，和在臂部18的左右相对地形成的一对电极部34a、34d分别相互导通，并且与基部40的端子部44导通，形成第2驱动电极38。
根据本实施方式，对具有复杂的立体形状的音叉型的振子也通过将第1光102和第2光104重叠照射，与将一种光照射而加工的情况相比较，降低难加工性的石英片给予加工区域以外的区域的损伤，而且能够容易进行加工。

Claims (11)

1、一种晶体器件的制造方法，其特征在于，包括：
通过在上述石英片上大致同时照射第1光、和第2光来产生烧蚀，并在上述石英片上形成规定图案的沟的工序，其中所述第1光将被吸收在石英片上并构成上述石英片的物质的能级从基底状态激励成第1激励状态；所述第2光将构成上述石英片的物质的能级从上述第1激励状态激励成第2激励状态。
2、根据权利要求1中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1光的照射区域大于上述第2光的照射区域，将以上述第1光来照射的照射区域用上述第2光来重叠照射。
3、根据权利要求1或2中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
在使上述第1光和上述第2光重叠了的区域内产生烧蚀。
4、根据权利要求1～3的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1激励状态是能级与缺陷能级或传导带激励了的状态。
5、根据权利要求1～4的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1光是160nm以下的波长的光。
6、根据权利要求1～5的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1光是波长157nm的F2激光，上述第2光是波长193nm的ArF受激准分子激光或波长248nm的KrF受激准分子激光。
7、根据权利要求1～6的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1光和/或上述第2光通过成象光学系统被成象在上述石英片的加工面上。
8、根据权利要求1～7的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述沟的图案是一个或多个带状图案。
9、根据权利要求1～7的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述沟的图案是一个或多个矩形状图案。
10、根据权利要求1～8的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
在将上述规定图案的沟形成在上述石英片的两面的情况下，在上述石英片的两面大致同时重叠照射上述第1光及上述第2光。
11、根据权利要求1～10的任意项中所述的晶体器件的制造方法，其特征在于，
上述第1光和/或上述第2光，将上述规定图案一起照射或者分割为每个部分范围而照射。
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