JP2002217675A - 圧電振動素子の電極構造及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平板型の圧電素板を用いながらも大きなエネ
ルギー閉じ込め効果を得ることができ、不要モードを抑
圧することができ、しかも電極ずれ等に起因した質量に
よる悪影響が少ない、といった利点を備えた圧電振動素
子と、その製造装置を提供する。 【解決手段】 圧電素板１２と、該圧電素板の主面に成
膜された励振電極１３と、を備えた圧電振動素子１１に
おいて、励振電極は、膜厚が均一な領域１３ａと、該膜
厚が均一な領域の周縁に位置する膜厚漸減領域１３ｂ
と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電基板の主面上に
励振電極を形成して成る圧電振動素子において、平板型
の圧電基板を使用しながらもコンベックス型の圧電基板
を使用した圧電振動素子と同様に大きなエネルギー閉じ
込め効果を得ることを可能とした圧電振動素子の電極構
造及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動素子等の圧電振動素子は、圧電
振動子、圧電発振器等に組み込まれて使用される。圧電
振動素子は、目標とする共振周波数を得るために好適な
肉厚の振動部を有した圧電基板の振動部に励振電極やリ
ード端子等をスパッタ蒸着、或いは真空蒸着等によって
形成した構成を有する。ＡＴカット水晶基板を用いた水
晶振動素子の如く、厚み滑り振動を利用した、エネルギ
ー閉じ込め型水晶振動素子としては、例えば図８（ａ）
に示した平板型と、（ｂ）に示したコンベックス型が知
られている。図８（ａ）に示した平板型の水晶振動素子
は、平板状の水晶基板１の両主面に夫々均一膜厚の金属
膜から成る電極２を蒸着等によって形成した構成を有す
る。このタイプの水晶振動素子にあっては、電極質量に
よってエネルギー閉じ込めをおこなう。次に、図８
（ｂ）に示したコンベックス型の水晶振動素子は、両端
部の肉厚が漸減する構造の水晶基板３の両主面に均一膜
厚の金属膜から成る電極４を蒸着等によって形成した構
成を有する。このタイプの水晶振動素子にあっては、水
晶基板の形状的な効果によってエネルギー閉じ込めを行
う。

【０００３】図９は、平板型或いはコンベックス型の水
晶振動素子の両主面にスパッタ蒸着によって電極膜を成
膜するための方法を示す略図であり、圧電基板１の外周
に沿った両面を所要形状の開口部５ａを有したマスク５
によって挟圧保持しておき、上下方向に夫々配置したス
パッタ用ターゲット６から飛び出すターゲット原子を開
口部５ａから露出した基板主面に均一に付着させること
によって均一厚の電極２を形成する。このようにして製
造される平板型とコンベックス型の水晶振動素子の利点
と欠点は次に示す如くである。 平板型 利点：構造が簡単で製造コストが安い。 欠点：大きなエネルギー閉じ込め効果が得られにくい。
不要モードを抑圧しにくい。工程上のばらつきが特性に
シビアに影響してくる（電極ずれ等）。 コンベックス型 利点：エネルギー閉じ込め効果が大きい。不要振動モー
ドが抑圧される。 欠点：圧電基板の形状が複雑であり、格別の研磨加工等
が必要な為、加工コストが高い。 このように両タイプは、一長一短を有しているため、使
用目的等に応じて使い分けているのが現状である。理想
的には、平板型の水晶基板を用いながらも大きなエネル
ギー閉じ込め効果を得ることができ、不要モードを抑圧
することができ、しかも電極ずれ等による質量の影響が
少ない、といった利点を備えた水晶振動素子が求められ
ているが、これまでこのような利点を備えた平板型の水
晶振動素子（圧電振動素子）は開発されていない。

【０００４】なお、図１０に示すように平板状の水晶基
板１の主面上に図示の如き多段状の電極２を形成するこ
とによってエネルギー閉じ込め効果を狙うことも可能で
はあるが、従来このような多段構造の電極２を得るため
には、各電極段２−１，２−２，２−３を形成するのに
適した開口形状を有したマスクを複数用意して基板面に
近い側の電極段２−１から順次蒸着を行って行く必要が
ある。このように複数のマスクを用いること自体が工数
とマスク数の増大によるコストアップ、製造工程の長期
化による生産性の低下を招くことが明らかであり、当該
製造方法の実用性を著しく減殺させる大きな要因となっ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、平板型の圧電基板を用いながらも
大きなエネルギー閉じ込め効果を得ることができ、不要
モードを抑圧することができ、しかも電極ずれ等に起因
した質量による悪影響が少ない、といった利点を備えた
圧電振動素子及びその製造装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１は、圧電基板と、該圧電基板の主
面に成膜された励振電極と、を備えた圧電振動素子にお
いて、前記励振電極は、膜厚が均一な領域と、該膜厚が
均一な領域の周縁に位置する膜厚漸減領域と、から成る
ことを特徴とする。請求項２は、前記励振電極の膜厚漸
減領域は、励振電極の外径方向へ向かうほど傾斜面状に
膜厚が漸減することを特徴とする。請求項３は、圧電基
板の主面上にスパッタ蒸着法によって金属膜を成膜して
励振電極を形成する圧電振動素子の製造装置であって、
励振電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると
共に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽するマスク
と、該開口部から露出する前記領域と対向配置されたス
パッタ用ターゲットを備えたものにおいて、前記マスク
は、前記領域の最外周縁を定める大面積の第１の開口部
を備えた第１のマスク板と、該第１のマスク板の外側面
に添設され且つ第１の開口部の内側に位置する小面積の
第２の開口部を備えた第２のマスク板と、を備え、前記
第２の開口部の内周縁と第１の開口部の内周縁との間に
形成される空間を利用してスパッタ用ターゲットからの
ターゲット原子を前記領域の外周縁に回り込ませるよう
に構成したことを特徴とする。請求項４は、圧電基板の
主面上に真空蒸着法によって金属膜を成膜して励振電極
を形成する圧電振動素子の製造装置であって、励振電極
を成膜する領域を露出させる開口部を備えると共に、該
領域を除いた他の主面部分を隠蔽するマスクと、該開口
部から露出する前記領域と対向配置された蒸着源と、を
備えたものにおいて、前記マスクは、前記領域の最外周
縁を定める大面積の第１の開口部を備えた第１のマスク
板と、該第１のマスク板の外側面に固定され且つ第１の
開口部の内径側に位置する小面積の第２の開口部を備え
た第２のマスク板と、を備え、前記マスクによって保持
された圧電基板は、その主面と平行な中心軸を回転中心
として回転可能に支持されることにより、前記蒸着源に
対して前記領域が対面する角度を可変に構成され、前記
第２の開口部の内周縁と第１の開口部の内周縁との間に
形成される空間を利用して蒸着源からの蒸着粒子を前記
領域の外周縁に付着せるように構成したことを特徴とす
る。

【０００７】請求項５は、圧電基板の主面上にスパッタ
蒸着法或いは真空蒸着法によって金属膜を成膜して励振
電極を形成する圧電振動素子の製造装置であって、励振
電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると共
に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽する遮蔽部とを
備えたマスクと、該開口部から露出する前記領域と対向
配置されたスパッタ用ターゲット或いは蒸着源を備えた
ものにおいて、前記マスクは、マスク面の単位面積当た
りの開口部の開口面積Ｓ₀と、遮蔽部の遮蔽面積Ｓ₁との
比、Ｓ₀／Ｓ₁を、形成しようとする電極膜の中央部が大
きく、且つ外径方向へ向かうほど小さくなるように構成
されていることを特徴とする。請求項６は、形成しよう
とする前記電極膜の中央部に相当する前記マスクの開口
部を少なくとも一つの大径の穴にて構成し、該大径の穴
の外径側に向かうほど穴の径が順次小径となるように設
定し、且つ各小径の穴の周方向ピッチが外径方向へ向か
う程粗となるように構成したことを特徴とする。請求項
７は、前記マスクを構成する各穴の径を全て一定とし、
前記電極膜の中央部に相当するマスク部分に位置する穴
の密度を最大とし、外径側に位置する穴ほど密度が順次
粗となるように構成したことを特徴とする。請求項８
は、圧電基板の主面上にスパッタ蒸着法或いは真空蒸着
法によって金属膜を成膜して励振電極を形成する圧電振
動素子の製造装置であって、励振電極を成膜する領域を
露出させる開口部を備えると共に、該領域を除いた他の
主面部分を隠蔽する遮蔽部とを備えたマスクと、該開口
部から露出する前記領域と対向配置されたスパッタ用タ
ーゲット或いは蒸着源を備えたものにおいて、前記マス
クは、複数枚のシャッタ羽根から成るシャッタを備え、
該シャッタの中心開口部の開口面積を増減変更可能に構
成されていることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電振動素子の電
極構造及び製造装置を図面に示した実施の形態に基づい
て詳細に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一
実施形態に係る圧電振動素子の構成を示す断面図、及び
その要部拡大図である。この圧電振動素子１１は、例え
ば平板状のＡＴカット水晶基板１２の両主面上に夫々励
振電極１３等を形成した構成においては、従来の平板型
の圧電振動素子と同様であるが、励振電極１３の形状が
従来タイプと異なっている。即ち、この実施形態に係る
圧電振動素子１１の励振電極１３は、その周縁部全体、
或いは対向し合う２つの端縁の肉厚が外側（外径方向）
へ向かってテーパー状（傾斜面状）に漸減するように構
成されている。即ち、励振電極は、均一厚みの領域１３
ａと、その周縁に位置する膜厚漸減領域１３ｂと、から
構成されている。膜厚漸減領域１３ｂの傾斜は、図示の
例では直線的に延びているが突状或いは凹状の曲面状の
傾斜面であってもよい。このように励振電極１３の周縁
部の肉厚が漸減するように構成することによって励振電
極１３の端縁では、外径方向へ向かうほどなだらかに質
量分布が変化することとなり、コンベックス型の圧電振
動素子と同様の効果によって、高次屈曲等の短波長の不
要振動モードを抑圧（減衰）することが可能となる。こ
れにより理想的な厚み滑り振動モードを得ることができ
る。また、水晶基板１２をコンベックス加工する必要が
ないため、低コストの圧電振動素子を製作することがで
きる。更に、端縁が垂直に切り立っている従来の励振電
極に比べて端縁の電極質量分布がなだらかになるため、
工程ばらつきによる電極ずれに起因した質量の影響が少
ない。また、このような構成を備えた励振電極１３は、
後述するように従来の蒸着装置を用いて簡単に形成でき
るので格別の設備投資が不要となり、コストアップを招
くことがない。

【０００９】次に、図２は本発明の圧電振動素子をスパ
ッタ蒸着法によって製造する装置構成及び方法を説明す
る図であり、所定の間隔を隔てて対向配置された２つの
スパッタ用ターゲット２０の中間位置にはマスク２１に
より保持された平板型の水晶基板１２がスパッタ用ター
ゲット２０と平行に配置されている。このマスク２１
は、水晶基板１２と同等の肉厚を有した中板２２の上下
面に夫々適切な厚みを有した第１のマスク板２３を固定
してから、各第１のマスク板２３の外側面に適切な厚み
を有した第２のマスク板２４を固定する。第１のマスク
板２３の開口部（第１の開口部）２３ａの開口面積は、
第２のマスク板２４の開口部（第２の開口部）２４ａの
開口面積よりも広く、しかも相似形状である。従って、
第２のマスク板２４の開口部２４ａの内周縁は、電極膜
を形成する主面領域の周縁に沿ってオーバーハングした
状態にある。第１のマスクの開口部２３ａは、水晶基板
１２に対して電界を印加する範囲（電極膜を形成する領
域）を定める開口であり、第１のマスクの開口部２３ａ
に対して、開口面積の小さい開口部２４ａを有した第２
のマスク２４を重ね合わせる。第２のマスク２４の開口
部２４ａは、水晶基板１２上に均一厚みで成膜する領域
を定める。即ち、第２のマスク板２４の開口部２４ａに
よって露出される水晶基板１２の中央部分を第１領域と
し、第１のマスク板の開口部２３ａによって露出される
が第２のマスクの開口部２４ａのオーバーハングした周
縁部によって隠蔽される領域を第２の領域とした場合
に、第１の領域は、水晶基板１２の両主面に対して夫々
各ターゲット２０から放出されるターゲット原子を付着
させて均一厚みの領域１３ａを形成させるための開口で
あり、第２の領域はスパッタリング時のターゲット原子
の回り込みによって膜厚漸減領域１３ｂを成膜させるた
めの空間Ｓと対応している。スパッタリング時にターゲ
ット原子が第２の領域内に回り込んで水晶基板表面に付
着する量は、第２のマスク２４の開口部２４ａの端縁か
らの距離に反比例するため、開口部２４ａの端縁から外
径方向へ向かうほど励振電極１３の膜厚が漸減する傾斜
状の膜厚となる。このように図２に示したスパッタリン
グ蒸着の装置構成によって実施される製造方法によれ
ば、図１に示した如き膜厚構成を備えた励振電極を具備
した圧電振動素子を、マスクの構成を変えるだけで、従
来の装置構成によって製造することができる。

【００１０】次に、図３は真空蒸着法によって図１に示
した励振電極の膜厚構成を備えた圧電振動素子を製造す
る為の装置構成例を示す。この実施形態に係る真空蒸着
法を実施する装置は、図示しない真空炉内において図２
のマスク２１と同一構成のマスクを用いて圧電基板１２
を支持した状態で、圧電基板１２の主面と平行な中心軸
Ｃを回転中軸としてマスク２１及び圧電基板１２を回転
させるように構成している。蒸着源３０は、放出する蒸
着粒子の移動方向が開口部２３ａ、２４ａに向くように
対向配置されており、圧電基板１２が水平な姿勢にある
時には第２のマスク２４の開口部２４ａを介して基板中
心部（第１の領域）に蒸着源３０から放出された蒸着粒
子を均一に付着させる。真空蒸着法においては、蒸着粒
子の回り込みは発生しにくいので、第２のマスクの開口
部２４ａの端縁より外側（第２の領域）に位置する基板
面にはオーバーハング部によって遮蔽されて蒸着粒子は
付着しない。一方、図示のように回転することによって
圧電基板の主面が蒸着源３０と対向する角度が変化して
ゆき、第２のマスクの開口部２４ａによって隠蔽されて
いる空間Ｓが蒸着源３０と対向する位置に達したときに
は、蒸着源３０からの蒸着粒子は、オーバーハングした
第２の開口部２４ａの内側の空間Ｓ内に進入して第２の
領域に対応する基板面に付着する。このように圧電基板
１２をマスク２１ごと回転させることにより、第１の領
域に相当する基板面には常に蒸着が施されるが、第２の
領域に相当する基板面に対しては回転によって傾きが大
きくなった時のみ蒸着が行われる。このような工程を実
施することにより、励振電極の端縁には膜厚漸減領域１
３ｂが容易に形成される。なお、上記実施形態では平板
型の圧電基板の両主面に励振電極１３を形成する場合を
示したが、コンベックス型の圧電基板の両主面に励振電
極１３を形成するようにしてもよい。この場合には、エ
ネルギー閉じ込め効果が更に高まる。また、圧電基板の
一方の主面のみに所望形状の電極膜を形成する場合に
も、本発明は適用可能である。なお、上記例では、励振
電極から基板端縁に延びるリード電極の形成について説
明されていないが、リード電極についても蒸着によって
一括形成することになるので、マスク２１にリード電極
形成用のスリット等を形成する。

【００１１】次に、図４は本発明の第２の実施形態に係
る圧電振動素子の製造装置の説明図であり、ここでは真
空蒸着法によって図１に示した電極構造を備えた圧電振
動素子を製造する装置構成例を説明する。図４（ａ）の
ように真空炉内において蒸着源４０から放出される蒸着
粒子をマスク４１を介して所要間隔を隔てて対向配置さ
れた圧電基板４２の主面に付着させることによって、マ
スク４１に設けた開口形状に応じたパターン及び肉厚分
布にて金属の電極膜４３が蒸着形成されることとなる。
図４（ｂ）は上記マスク４１の一実施形態を示す平面図
（或いは、底面図）であり、このマスク４１は平板状の
薄板であるマスク本体４５に、径の異なる多数の円形の
穴（開口）４６を所定の規則性をもって配置した構成が
特徴的である。この例では、中央部に最大径の中心穴４
６ａを一つ配置すると共に、中心穴４６ａの外周に沿っ
て円形配列となるように小径の穴４６ｂを所要の周方向
ピッチにて配置し、次に、小径の穴４６ｂの外径側に更
に複数の小径の穴４６ｃを所定の周方向ピッチにて円形
配列にて配置する。更に、穴４６ｃの外側に更に複数の
小径の穴４６ｄを所定の周方向ピッチにて円形に配列す
る。各穴４６ａ間の周方向ピッチは、その外径側に位置
する各穴４６ｂ間の周方向ピッチよりも狭く設定されて
おり、各穴４６ｂ間の周方向ピッチは、その外径側に位
置する各穴４６ｃ間の周方向ピッチよりも狭く設定され
ている。この関係は、各穴４６ｃ間の周方向ピッチと、
各穴４６ｄ間の周方向ピッチとの関係についても同様に
当てはまる。換言すれば、外径側に位置する穴の径が内
径側に隣接配置された穴よりも径が大きく設定されてい
る一方で、外径側に位置する穴の周方向ピッチは、内径
側に隣接配置された穴の周方向ピッチよりも大きく設定
されている。なお、各穴は、円形である必要はなく、周
方向へ延びる円弧状の長穴であってもよいし、円形以外
の多角形、異形の穴であってもよい。いずれにしても、
外径側の穴の径を順次小さくすると同時に、外径側の穴
の周方向ピッチが順次広くなるように設定する。このよ
うに構成したマスク４１を、図４（ａ）に示すように蒸
着源４０と圧電基板４２との間に配置する際に、マスク
４１と圧電基板４２とが平行になるように構成する一方
で、マスク４１と圧電基板４２との間の間隔を十分に確
保することによって、蒸着源４０から放出されて各穴４
６を通過した蒸着粒子は、各穴４６を通過したあとで適
度に拡散されて圧電基板４２に付着する。この際、複数
の穴４６（貫通穴）の中心部には、大径の穴４６ａが位
置しており、そのすぐ外側には少し小径の穴４６ｂが比
較的密な周方向ピッチにて配置されているので、中心穴
４６ａと対面する位置にある圧電基板面に付着する電極
膜４３の膜厚は（ｂ）に図示したように最大となり、円
形配列の複数の穴４６ｂに対面する位置にある基板面に
は中央部よりも少し薄い膜が形成される。このように中
央部の肉厚が最大で、外径側へ向かうほど漸次薄い膜が
形成される。なお、中心穴４６ａと外側の穴４６ｂを同
じ径の穴とすることにより、電極膜４３の中心部の肉厚
を均一化して、平坦な形状とすることができる。つま
り、図１に示した如き形状の電極膜を形成することも可
能である。この実施形態では、各穴４６を円盤形に配列
したため、形成される電極膜４３の平面形状が円盤形と
なるが、電極膜の平面形状は、各穴４６の配列を変える
ことによって、矩形その他の任意の平面形状に種々変形
することができ、また、膜厚の分布についても種々の変
形が可能である。

【００１２】次に、図４（ｃ）は本発明のマスクの他の
実施形態を示す平面図であり、この実施形態のマスク４
１は、マスク本体４５上に同一形状の穴４７（貫通穴）
を所定の規則性をもって多数配列することによって、図
４（ｂ）に示した如き形状の電極膜４３を蒸着できるよ
うにした点が特徴的である。この例では個々の穴４７の
形状を円形としたが、これは一例であり、長円、多角
形、その他どのような形状であってもよい。各穴４７
は、中心部ほど密に集合しており、外径方向へ向かうほ
ど粗となるように拡散して配置される。更に具体的に
は、各穴４７は周方向に所定のピッチで円形に配列され
ており、内側に位置する穴の周方向ピッチは直外側に位
置する穴の周方向ピッチよりも大きく設定されている。
また、各穴間の径方向ピッチも外側へ向かうほど広くな
るように設定する。このように穴間の周方向ピッチ、及
び径方向ピッチが外径方向へ向かうほど広くなるように
設定することにより、このマスクを使用して蒸着を行っ
た場合に、圧電基板４２上に形成される電極膜４３の膜
厚分布は中央部ほど厚くなり、外径側へ向かうほど漸減
するようになる。上記以外の膜厚分布を有した電極膜を
形成したい場合には、穴の配列を当該膜厚分布に見合う
ように変更すればよい。図４（ａ）（ｂ）に示した各実
施形態のマスク４１に共通する特徴的な構成は、マスク
面の単位面積当たりの穴の開口面積（合計面積）Ｓ
₀と、遮蔽面積（非穴部（遮蔽部）の合計面積）Ｓ₁との
比、Ｓ₀／Ｓ₁を、形成しようとする電極膜４３の中央部
が大きく、且つ外径方向へ向かうほど小さくなるように
した構成にある。また、これらの実施形態に係るマスク
を用いた製造装置、製造方法はスパッタ蒸着による電極
の製造にも適用することができる。

【００１３】次に、図５は本発明の第３の実施形態に係
る圧電振動素子の製造装置の原理を説明する略図であ
り、図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態において使用す
るマスクの構成例を示す図である。この圧電振動素子５
１は、例えば水晶振動素子であり、平板型（或いはコン
ベックス型）の水晶基板５２の両主面上に多段状の電極
膜５３を形成した構成を備えている。このような多段状
の電極膜５３を形成するために、本実施形態の製造装置
においては、シャッタ構造を備えたマスク５４を使用し
ている。このマスク５４は、例えばカメラの絞りと同様
の構成を備えたシャッタを有しており、このシャッタ
は、中央に円形の穴６０ａを備えた環状の絞り板６０
と、絞り板６０によって図示の如き状態で穴６０ａを開
閉するように支持された複数枚の絞り羽根６１とを有す
る。絞り羽根６１を開閉自在に支持するための機構は例
えば特開平１０−９０７５２号公報等に開示されている
が、従来からあるどのようなシャッタ機構であっても使
用することができる。絞り羽根６１は、例えば図６
（ａ）に示した最小開口面積にて穴６０ａを開口させた
状態から（ｂ）に示した最大開口面積にて穴６０ａを開
口させた状態まで任意の開口面積且つ無断階（或いは段
階的）に開口することができ、モータ、ソレノイド等の
駆動源を用いて、開閉制御されることができる。このた
め、例えば図５に示した如き多段階状の電極膜５３を蒸
着（スパッタ蒸着或いは真空蒸着）により形成する場合
には、マスク５４のシャッタ羽根６１の開口量を図６
（ｂ）に示した最大の状態から、図６（ａ）に示した最
小の状態まで複数段階に分けて設定しておき、各段階に
て所定時間だけ蒸着を行って各電極段５３−１，５３−
２，５３−３、５３−４を順次積層形成する。このよう
にして得られた水晶振動素子５１は、平板状の水晶基板
５２を用いていながらも電極部分にエネルギー閉じ込め
効果を備えたものとなるので、不要モードを抑圧し易く
なり、電極ずれ等の工程上のばらつきが特性に影響しに
くくなる。この実施形態に係るマスク５４を用いて蒸着
を行うことにより、図１に示した如き形状の電極膜を形
成することも可能である。即ち、この場合にはまず図１
中の均一厚みの領域１３ａを最初に形成するために、シ
ャッタ羽根６１の中心開口部６１ａの開口面積を領域１
３ａに合わせて固定した状態で開放しておき、所要時間
蒸着を行う。続いて、膜厚漸減領域１３ｂを形成するた
めに、シャッタ羽根６１を開放しながら蒸着を行って行
く。膜厚漸減領域１３ｂを蒸着形成する際には、外径方
向へ向かうほど膜厚が漸減するようにシャッタ羽根６１
の開口速度を一定の速度にて開口させればよい。このよ
うな制御は、駆動源の出力をコンピュータ等の制御部に
よって調整することによって実現可能である。

【００１４】更に、図７は第３の実施形態に係るマスク
５４を用いて製造することができる電極構造の他の例を
示す図であり、この水晶振動素子５１の電極膜５３は、
平板型の水晶基板５２の主面上に均一肉厚のベース電極
膜５３ａを形成した後で、ベース電極膜５３ａ上に最大
肉厚を有する中央部から外周に向けて肉厚が均等に漸減
する形状の山型電極５３ｂを蒸着形成した構成を有す
る。ベース電極５３ａは、マスク５４のシャッタ羽根６
１を所定の開口面積に固定した状態で図示しない蒸着源
（或いは、スパッタ用ターゲット）から一定時間蒸着を
行うことによって形成できる。また、山型電極５３ｂ
は、同じマスク５４を用いてシャッタ羽根６１の開口量
を所要に小さく設定した状態で蒸着を開始し、一定速度
で徐々に開口径を拡大させることによって形成すること
ができる。山型電極５３ｂを備えた水晶振動素子５１
は、平板状の水晶基板５２を用いていながらも電極部分
にエネルギー閉じ込め効果を備えたものとなるので、加
工工程が煩雑なコンベックス形状に基板を加工すること
なく、不要モードを抑圧することが可能となり、電極ず
れ等の工程上のばらつきが特性に影響しにくくなる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、平板型の
圧電基板を用いながらも大きなエネルギー閉じ込め効果
を得ることができ、不要モードを抑圧することができ、
しかも電極ずれ等に起因した質量による悪影響が少な
い、といった利点を備えた圧電振動素子を提供できると
共に、該圧電振動素子を低コスト、且つ歩留まりよく製
造する製造装置を提供することができる。即ち、請求項
１及び２に記載の発明は、圧電基板の励振電極が、膜厚
が均一な領域と、該膜厚が均一な領域の周縁に位置する
膜厚漸減領域と、から成ることを特徴とするので、平板
状の圧電基板を用いた圧電振動素子であってもコンベッ
クス型振動素子と同様に不要モードの抑圧が可能とな
る。即ち、コンベックス型振動素子と同様に高次屈曲等
の短波長の不要振動モードが減衰され、これにより理想
的な厚み滑り振動モードが得られる。また、膜厚漸減領
域の存在によって、圧電基板をコンベックス状に加工す
る必要がないため、低コストでコンベックス型圧電振動
素子と同様の効果を備えた圧電振動素子を製造すること
ができる。また、電極の周縁が垂直に切り立ったタイプ
に比して、電極周縁の質量分布がなだらかになるので、
電極ずれによる悪影響が少なくなる。しかも、従来構造
のスパッタ蒸着装置、及び真空蒸着装置を用いて、上記
構成の圧電振動素子を得ることができる。請求項３の発
明では、圧電基板の主面上にスパッタ蒸着法によって金
属膜を成膜して励振電極を形成する圧電振動素子の製造
装置において、電極形成領域の最外周縁を定める大面積
の第１の開口部を備えた第１のマスク板と、該第１のマ
スク板の外側面に添設され且つ第１の開口部の内側に位
置する小面積の第２の開口部を備えた第２のマスク板
と、を備えたマスクを用い、しかも、第２の開口部の内
周縁と第１の開口部の内周縁との間に形成される空間を
利用してスパッタ用ターゲットからのターゲット原子を
前記領域の外周縁に回り込ませるように構成したので、
既存のスパッタ蒸着装置を用い、マスクだけを変更使用
することにより、外周縁に膜厚漸減領域を備えた圧電振
動素子、その他任意の膜厚を備えた圧電振動素子の製造
装置を提供することができる。

【００１６】請求項４の発明は、圧電基板の主面上に真
空蒸着法によって金属膜を成膜して励振電極を形成する
圧電振動素子の製造装置において、電極形成領域の最外
周縁を定める大面積の第１の開口部を備えた第１のマス
ク板と、該第１のマスク板の外側面に固定され且つ第１
の開口部の内径側に位置する小面積の第２の開口部を備
えた第２のマスク板と、を備えたマスクを用い、しか
も、前記マスクによって保持された圧電基板は、その主
面と平行な中心軸を回転中心として回転可能に支持され
ることにより、前記蒸着源に対して前記領域が対面する
角度を可変に構成されているので、既存の真空蒸着装置
を用い、マスクだけを変更使用することにより、外周縁
に膜厚漸減領域を備えた圧電振動素子、その他任意の膜
厚を備えた圧電振動素子の製造装置を提供することがで
きる。請求項５、６及び７に記載の発明によれば、圧電
基板の主面上にスパッタ蒸着法或いは真空蒸着法によっ
て金属膜を成膜して励振電極を形成する圧電振動素子の
製造装置において、マスク面の単位面積当たりの開口部
の開口面積Ｓ₀と、遮蔽部の遮蔽面積Ｓ₁との比、Ｓ₀／
Ｓ₁を、形成しようとする電極膜の中央部が大きく、且
つ外径方向へ向かうほど小さくなるように構成されたマ
スクを用いたので、既存のスパッタ蒸着装置或いは真空
蒸着装置を用い、マスクだけを変更使用することによ
り、外周縁に膜厚漸減領域を備えた圧電振動素子、或い
はその他の任意の膜厚分布を備えた圧電振動素子の製造
装置を提供することができる。請求項８の発明は、カメ
ラのシャッタと同様のシャッタ羽根によるシャッタ機構
を用いてマスクの開口部を開閉して任意の開口面積に調
整できるようにしたので、種々の膜厚分布を備えた電極
を一つのマスクを駆使することによって容易に形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る
圧電振動素子の構成を示す断面図、及びその要部拡大
図。

【図２】本発明の圧電振動素子をスパッタ蒸着法によっ
て製造する装置構成及び方法を説明する図。

【図３】真空蒸着法によって図１に示した励振電極の膜
厚構成を備えた圧電振動素子を製造する為の装置構成例
を示す図。

【図４】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施
形態に係る圧電振動素子の製造装置の説明図。

【図５】本発明の第３の実施形態に係る圧電振動素子の
製造装置の原理を説明する略図。

【図６】（ａ）（ｂ）は図５の実施形態において使用す
るマスクの構成例を示す図。

【図７】本発明の第３の実施形態に係るマスクを用いて
製造することができる電極構造の他の例を示す図。

【図８】（ａ）（ｂ）は従来の圧電振動素子の構成例を
示す図。

【図９】従来の圧電振動素子の製造装置の構成例を示す
図。

【図１０】従来の圧電振動素子の他の構成例を示す図。

【符号の説明】

１１ 圧電振動素子、１２ ＡＴカット水晶基板、１３
励振電極、１３ａ 均一厚みの領域、１３ｂ 膜厚漸
減領域、２０ スパッタ用ターゲット、２１ マスク、
２２ 中板、２３ 第１のマスク板、２３ａ 第１のマ
スクの開口部（第１の開口部）、２４ 第２のマスク
板、２４ａ 第２のマスク板の開口部（第２の開口
部）、３０ 蒸着源、４０ 蒸着源、４１ マスク、４
２ 圧電基板、４３ 電極膜、４５ マスク本体、４６
ａ 中心穴、４６ｂ 小径の穴、４６ｃ小径の穴、４６
ｄ 小径の穴、４７ 穴、５１ 圧電振動素子、５２
水晶基板、５３ 多段状の電極膜、５３ａ ベース電
極、５３ｂ 山型電極、５４ マスク、６０ 絞り板、
６０ａ 穴、６１ 羽根。

フロントページの続き (72)発明者 小峰 賢二 神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号 東洋通信機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J108 BB02 CC04 DD02 FF02 KK02 MM14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板と、該圧電基板の主面に成膜さ
   れた励振電極と、を備えた圧電振動素子において、 前記励振電極は、膜厚が均一な領域と、該膜厚が均一な
   領域の周縁に位置する膜厚漸減領域と、から成ることを
   特徴とする圧電振動素子の電極構造。
2. 【請求項２】 前記励振電極の膜厚漸減領域は、励振電
   極の外径方向へ向かうほど傾斜面状に膜厚が漸減するこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧電振動素子の電極構
   造。
3. 【請求項３】 圧電基板の主面上にスパッタ蒸着法によ
   って金属膜を成膜して励振電極を形成する圧電振動素子
   の製造装置であって、 励振電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると
   共に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽するマスク
   と、該開口部から露出する前記領域と対向配置されたス
   パッタ用ターゲットを備えたものにおいて、 前記マスクは、前記領域の最外周縁を定める大面積の第
   １の開口部を備えた第１のマスク板と、該第１のマスク
   板の外側面に添設され且つ第１の開口部の内側に位置す
   る小面積の第２の開口部を備えた第２のマスク板と、を
   備え、 前記第２の開口部の内周縁と第１の開口部の内周縁との
   間に形成される空間を利用してスパッタ用ターゲットか
   らのターゲット原子を前記領域の外周縁に回り込ませる
   ように構成したことを特徴とする圧電振動素子の製造装
   置。
4. 【請求項４】 圧電基板の主面上に真空蒸着法によって
   金属膜を成膜して励振電極を形成する圧電振動素子の製
   造装置であって、 励振電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると
   共に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽するマスク
   と、該開口部から露出する前記領域と対向配置された蒸
   着源と、を備えたものにおいて、 前記マスクは、前記領域の最外周縁を定める大面積の第
   １の開口部を備えた第１のマスク板と、該第１のマスク
   板の外側面に固定され且つ第１の開口部の内径側に位置
   する小面積の第２の開口部を備えた第２のマスク板と、
   を備え、 前記マスクによって保持された圧電基板は、その主面と
   平行な中心軸を回転中心として回転可能に支持されるこ
   とにより、前記蒸着源に対して前記領域が対面する角度
   を可変に構成され、 前記第２の開口部の内周縁と第１の開口部の内周縁との
   間に形成される空間を利用して蒸着源からの蒸着粒子を
   前記領域の外周縁に付着せるように構成したことを特徴
   とする圧電振動素子の製造装置。
5. 【請求項５】 圧電基板の主面上にスパッタ蒸着法或い
   は真空蒸着法によって金属膜を成膜して励振電極を形成
   する圧電振動素子の製造装置であって、 励振電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると
   共に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽する遮蔽部と
   を備えたマスクと、該開口部から露出する前記領域と対
   向配置されたスパッタ用ターゲット或いは蒸着源を備え
   たものにおいて、 前記マスクは、マスク面の単位面積当たりの開口部の開
   口面積Ｓ₀と、遮蔽部の遮蔽面積Ｓ₁との比、Ｓ₀／Ｓ
   ₁を、形成しようとする電極膜の中央部が大きく、且つ
   外径方向へ向かうほど小さくなるように構成されている
   ことを特徴とする圧電振動素子の製造装置。
6. 【請求項６】 形成しようとする前記電極膜の中央部に
   相当する前記マスクの開口部を少なくとも一つの大径の
   穴にて構成し、該大径の穴の外径側に向かうほど穴の径
   が順次小径となるように設定し、且つ各小径の穴の周方
   向ピッチが外径方向へ向かう程粗となるように構成した
   ことを特徴とする請求項５記載の圧電振動素子の製造装
   置。
7. 【請求項７】 前記マスクを構成する各穴の径を全て一
   定とし、前記電極膜の中央部に相当するマスク部分に位
   置する穴の密度を最大とし、外径側に位置する穴ほど密
   度が順次粗となるように構成したことを特徴とする請求
   項５記載の圧電振動素子の製造装置。
8. 【請求項８】 圧電基板の主面上にスパッタ蒸着法或い
   は真空蒸着法によって金属膜を成膜して励振電極を形成
   する圧電振動素子の製造装置であって、 励振電極を成膜する領域を露出させる開口部を備えると
   共に、該領域を除いた他の主面部分を隠蔽する遮蔽部と
   を備えたマスクと、該開口部から露出する前記領域と対
   向配置されたスパッタ用ターゲット或いは蒸着源を備え
   たものにおいて、 前記マスクは、複数枚のシャッタ羽根から成るシャッタ
   を備え、該シャッタの中心開口部の開口面積を増減変更
   可能に構成されていることを特徴とする圧電振動素子の
   製造装置。