JP2006211482A - 周波数調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される水晶振動子パッケージにおける周波数調整が、より迅速に行えるようにする。
【解決手段】真空チャンバ１００の中に、準備室１０１，第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，接合膜形成室１０４，取り出し室１０５を備える。これらは、ゲート１１２，ゲート１１３，ゲート１１４，ゲート１１５により隔離されている。第１周波数調整室１０２には、蒸着機構１２１，コンタクト部１２２，及びメタルマスク１２３が設けられている。また、第２周波数調整室１０３には、エッチング機構１３１とコンタクト部１３２とが設けられている。コンタクト部１２２，コンタクト１３２は、例えばネットワークアナライザなどの測定部１０７に接続している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスなどから構成されたカバーに覆われて封止された水晶などの振動子パッケージの製造において用いる周波数調整装置に関する。

水晶振動子などの圧電素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細な異物に影響されて特性が微妙に変化し、また、機械的振動や衝撃によって破損しやすい。このため、上述した素子は、パッケージに封止して使用に供されている。パッケージの方式としては、気密封止方式と樹脂を用いた簡易封止方式とに分けられ、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）タイプ気密封止方式では主にセラミックスや金属などの材料が用いられている。また、より安価な気密封止方式として、プラスチックを用いた気密封止方式のプラスチックパッケージも実現されている。

また、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成し、外枠の部分でガラスなどからなる蓋及びケースを陽極接合した気密パッケージが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術によれば、より小型のパッケージが実現され、加えて、蓋やケースの接合にハンダや低融点ガラスを用いていないため、水晶振動子片へのアウトガスの付着の問題が抑制でき、より高い気密性が得られるようになる。

また、複数の素子が同時に形成されているウエハレベルで、封止された状態とした後、個々の素子（チップ）に切り出すことによって、パッケージされたチップの状態とする技術も提案されている（特許文献２参照）。この技術では、複数の水晶振動子本体が形成された水晶ウエハに、ガラスウエハを貼り合わせて水晶振動子本体の部分が封止された状態としている。

ここで、ウエハの状態で封止するパッケージの製造方法について簡単に説明する。まず、図２に示すように、水晶ウエハ２０１に形成された複数のチップ部に各電極及び配線が形成された状態とする。図２に示すように、水晶ウエハ２０１に形成された複数のチップ部は、格子状に形成された枠部２１０と周囲がくり抜かれて形成された水晶振動子片２１１とから構成されている。また、枠部２１０の４角すなわち格子の交点に当たる領域に開口部２０２が形成されている。開口部２０２の内側には、枠部２１０の４角の角部２１０ａ，角部２１０ｂ，角部２１０ｃ，及び角部２１０ｄが突出している。ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ’線の断面を模式的に示した断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣＣ’線の断面を模式的に示した断面図である。

各断面図にも示すように、水晶振動子片２１１は、連結部２１３，連結部２１４により枠部２１０に固定され、また、水晶振動子片２１１には、両方の面に電極２２１及び電極２３１が形成されている。水晶振動子片２１１の一方の面に設けられている電極２２１は、連結部２１３に設けられた配線２２２を介し、枠部２１０の一方の面の角部２１０ｂの部分に設けられた周調端子５２３に接続している。枠部２１０の他方の面に設けられている電極２３１は、連結部２１４の他方の面に設けられた配線２３２及び連結部２１４の側面に設けられた側部配線５３３を介し、枠部２１０の一方の面の角部２１０ａの部分に設けられた周調端子５２４に接続している。

これら電極，配線，端子などは、例えば、真空蒸着法やスパッタ法などにより形成された金属膜より構成される。例えば、水晶振動子片の部分に開口部を備えたメタルマスクを用いて選択的に金属膜を蒸着（スパッタ）することで、電極２２１及び電極２３１が形成できる。また、蒸着（スパッタ）などにより水晶ウエハの全域に金属膜が形成された後、よく知られたフォトリソグラフィ技術により加工することで、電極２２１及び電極２３１や各配線などが形成できる。

図２に示すように各電極や配線及び端子などが形成された後、ガラスウエハを接合する前に、各チップ部毎に周波数調整を行う。周波数調整では、ネットワークアナライザなどにより、周調端子５２３，周調端子５２４を利用して各チップ部における振動領域（水晶振動子片）の共振周波数を測定しながら、電極膜２２１や電極膜２３１に金属材料を蒸着し、また、イオンビームエッチングなどにより、電極膜２２１や電極膜２３１をエッチングしている（特許文献３参照）。これらのことにより、水晶振動子片２１１に形成されている電極膜２２１や電極膜２３１の質量を付加したり減ずることにより厚みを調整し、周波数を調整している。金属材料の蒸着では、周波数調整用マスクを通して所定の電極の上に金属を蒸着している。また、レーザ照射により電極２２１や電極２３１の一部を除去する技術もある（特許文献４参照）。

以上のことにより、各チップ部毎に周波数調整を行った後、側部配線５３３を除去するなどのことにより配線２３２と周調端子５２４との電気的接続が切断された状態とする。次に、図３の斜視図に示すように、ガラスウエハ２４０及びガラスウエハ２５０とを用意する。また、ガラスウエハ２５０には、複数の凹部２５０ｂが形成されている。なお、図３には示されていないが、ガラスウエハ２４０にも同様に、複数の凹部が形成されている。このように形成されたガラスウエハ２４０及びガラスウエハ２５０を、枠部２１０に接合させ、ガラスウエハ２４０及びガラスウエハ２５０が、水晶ウエハ２０１（枠部２１０）に貼り合わされた状態とする。

例えば、枠部２１０にアルミニウムなどの金属膜（接合膜）が形成された状態とした後、公知の陽極接合により水晶ウエハ２０１とガラスウエハ２４０及びガラスウエハ２５０を接合することができる。貼り合わせた状態では、個々のチップ領域において、水晶振動子片２１１が、枠部２１０の枠内，ガラスウエハ２４０の凹部２４０ｂ，及びガラスウエハ２５０の凹部２５０ｂにより形成される空間内に、封止された状態となる。最後に、ガラスウエハ２４０の外側表面に、電極２２１及び電極２３１に接続する端子が形成された状態とし、個々のチップ部に切り出すことで、水晶振動子パッケージが得られる。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特許第３３９０３４８号公報 特開２００３−１８８４３６号公報 特開２００３−２０４２３６号公報 特開０５−２７５９５７号公報

ところで、上述した従来の製造方法では、周波数調整において金属を堆積しまた電極２２１及び電極２３１の一部をエッチングし、この後、接合膜の形成を行うようにしている。従って、周波数調整において真空容器内に搬入され、さらに、接合膜の形成において再び真空容器内に搬入されることになる。このとき、真空蒸着装置などの真空容器を用いた処理では、処理が行われる真空容器の内部に処理対象のウエハを搬入する時点では、真空容器内の圧力を大気圧程度とし、搬入して処理を行う時点では、真空容器内の圧力を所定の定圧状態とするため、真空容器を用いた処理を行う毎に、真空排気による減圧と大気開放とが繰り返されることになる。

従って、真空容器を用いる処理の回数が多いほど、処理がなされていない時間が多くなるという問題がある。また、異なる真空容器を用いる場合、処理対象がこれらの間を搬送されまた滞留するときに異物が付着し、接合の障害となる場合がある。異物が付着した場合、これを解消するためには洗浄が必要となり、より工程数や処理時間が増えるという問題もある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、水晶などの圧電基板より振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される振動子パッケージにおける周波数調整が、より迅速に行えるようにすることを目的とする。

本発明に係る周波数調整装置は、複数の処理室を備えた真空チャンバと、第１処理室内に配置された圧電素子の共振周波数を測定する測定手段と、第１処理室内に配置されて圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、測定手段が測定した圧電素子の共振周波数をもとに、周波数調整手段の動作を制御する制御手段と、第２処理室内に配置された圧電素子の例えば枠部などの接合領域の上に接合膜となる金属膜を形成する金属膜形成手段と、真空チャンバの内部の圧力を保った状態で圧電素子を第１処理室から第２処理室内に搬送する搬送手段とを少なくとも備えるようにしたものである。従って、真空チャンバの内部において、周波数調整と接合膜の形成とが行われる。

上記周波数調整装置において、周波数調整手段は、第１処理室において圧電素子の上に物質を付着させ、制御手段は、圧電素子に付着させる物質の質量を制御するものである。例えば、周波数調整手段は、蒸着法により圧電素子の上に金属材料を堆積する蒸着機構であればよく、周波数調整手段は、スパッタリング法により圧電素子の上に金属材料を堆積するスパッタ機構であってもよい。また、周波数調整手段は、第１処理室において圧電素子に付着している物質をエッチングし、制御手段は、周波数調整手段によるエッチング量を制御するものである。例えば、周波数調整手段は、イオンビームにより圧電素子に形成されている電極を含む堆積物をエッチングするエッチング機構であればよい。また、第１処理室と第２処理室との間に配置されて第１処理室と第２処理室とを区画するゲートを備えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、真空チャンバ内に周波数調整を行う第１処理室と金属膜を形成する第２処理室とを設けるようにし、真空チャンバの内部において、周波数調整と接合膜などの金属膜の形成とが行われる構成としたので、水晶基板より水晶振動子片と外枠とを一体に形成されて外枠の部分に蓋が接合される水晶振動子パッケージにおける周波数調整が、より迅速に行えるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における周波数調整装置の構成例の概略を示す構成図であり、断面を概略的に示している。図１に示す周波数調整装置は、真空チャンバ１００を備えこの中に、準備室１０１，第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，接合膜形成室１０４，取り出し室１０５を備える。これらは、ゲート１１２，ゲート１１３，ゲート１１４，ゲート１１５により隔離されている。また、準備室１０１は、搬入ゲート１１１を備え、取り出し室１０５は、搬出ゲート１１６を備えている。

第１周波数調整室１０２には、蒸着機構（周波数調整手段）１２１，コンタクト部１２２，及びメタルマスク１２３が設けられている。また、第２周波数調整室１０３には、イオンガンなどのエッチング機構（周波数調整手段）１３１とコンタクト部１３２とが設けられている。コンタクト部１２２，コンタクト部１３２は、例えばネットワークアナライザなどの測定部１０７に接続している。また、測定部１０７には制御部１０８が接続され、測定部１０７の測定結果に基づき、制御部１０８が、蒸着機構１２１及びエッチング機構１３１の動作を制御する。第１周波数調整室１０２では、制御部１０８に制御された蒸着機構１２１により、メタルマスク１２３を介し、水晶ウエハの各チップにおける水晶振動子片（圧電素子）に所定量の金属膜が堆積される。また、第２周波数調整室１０３では、制御部１０８に制御されたエッチング機構１３１が、水晶ウエハの各チップにおける水晶振動子片に形成されている電極（金属膜）などの堆積物を所定量エッチングする。

接合膜形成室１０４には、蒸着機構（金属膜形成手段）１４１とメタルマスク１４２が設けられている。接合膜形成室１０４では、蒸着機構１４１により、メタルマスク１４２を介し、水晶ウエハの各チップにおける枠部（接合部分）に、接合用の金属膜が形成される。なお、真空チャンバ１００は、図示しない排気装置が連通され、真空チャンバ１００内が真空排気可能とされている。上記排気装置は、準備室１０１及び取り出し室１０５と、第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，及び接合膜形成室１０４とを個別に排気する。

次に、図１に示す周波数調整装置の動作例について説明する。まず、第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，接合膜形成室１０４が、上記排気装置より、例えば、１０^-4Ｐａ程度の圧力に排気されている状態とする。ついで、周波数調整装置は、準備室１０１の中を大気圧にし、搬入ゲート１１１を開放する。このとき、ゲート１１２及びゲート１１５は閉じられ、第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，接合膜形成室１０４は、前述した１０^-4Ｐａ程度の圧力が維持されている。この状態で、処理対象の水晶ウエハが、準備室１０１内に搬入される。水晶ウエハが搬入された後、周波数調整装置は、搬入ゲート１１１を閉じ、準備室１０１の内部を１０^-4Ｐａ程度の圧力に減圧（排気）する。このことにより、ウエハが搬入された準備室１０１と第１周波数調整室１０２とが同一の圧力となり、ゲート１１２が開放可能となる。

準備室１０１と第１周波数調整室１０２とが同一の圧力とされた後、周波数調整装置は、ゲート１１２を開放し、図示しない搬送装置により、水晶ウエハを第１周波数調整室１０２に搬入し、ゲート１１２を閉じる。次に、周波数調整装置は、コンタクト部１２２に接続された水晶ウエハに形成されている個々のチップ部における水晶振動子片の共振周波数を、測定部１０７により測定する。この測定結果を基にした制御部１０８の制御により、蒸着機構１２１が、所定量の金属を各チップ部の水晶振動子片に堆積する。

次に、周波数調整装置は、蒸着機構１２１の動作を停止した後、ゲート１１３を開放し、図示しない搬送装置により、水晶ウエハを第２周波数調整室１０３に搬入し、ゲート１１３を閉じる。次に、周波数調整装置は、コンタクト部１３２に接続された水晶ウエハに形成されている個々のチップ部における水晶振動子片の共振周波数を、測定部１０７により測定する。この測定結果を基にした制御部１０８の制御により、エッチング機構１３１が、各チップ部毎に、水晶振動子片に形成されている電極（金属膜）を所定量エッチングする。

次に、周波数調整装置は、エッチング機構１３１の動作を停止し、ゲート１１４を開放し、図示しない搬送装置により、水晶ウエハを接合膜形成室１０４に搬入し、ゲート１１４を閉じる。次に、周波数調整装置は、蒸着機構１４１により、メタルマスク１４２を介し、水晶ウエハの各チップにおける枠部（接合部分）に、接合用の金属膜が形成された状態とする。次に、周波数調整装置は、蒸着機構１４１の動作を停止し、ゲート１１５を開放し、図示しない搬送装置により、水晶ウエハを取り出し室１０５に搬入し、ゲート１１５を閉じる。第２周波数調整室１０３と接合膜形成室１０４とは、ゲート１１４により区画（分離）されているので、接合膜形成室１０４において発生する成膜物などの異物が、周波数調整室側に進入することが防げる。

この後、周波数調整装置は、取り出し室１０５の中を大気圧にし、搬出ゲート１１６を開放し、水晶ウエハを周波数調整装置より搬出する。この結果、個々のチップ部における水晶振動子片の周波数が調整され、かつ接合用の金属膜が形成された水晶ウエハが得られる。上述したように、図１に示す周波数調整装置によれば、周波数調整をした後、同一の真空チャンバ内で接合膜の形成が行われるので、大気開放や真空排気をする時間が削減されるようになる。

なお、上述では、第１周波数調整室１０２，第２周波数調整室１０３，接合膜形成室１０４が、ゲート１１３及びゲート１１４により完全に分離されるようにしたが、これに限るものではない。蒸着機構１２１及び蒸着機構１４１による堆積物が、他の領域に影響しないように隔壁が設けられている状態でもよい。また、上述では、蒸着機構を用いるようにしたが、これに限るものではなく、スパッタリング法により金属材料が形成されるスパッタ機構を用いるようにしてもよい。

また、２つの周波数調整室を設けるようにしたが、いずれか一方のみでもよい。また、例えば、エッチング機構により周波数の粗調を行う周波数調整室と、エッチング機構により周波数の微調を行う周波数調整室とを設けるようにしてもよい。同様に、蒸着機構などにより周波数の粗調を行う周波数調整室と、蒸着機構などにより周波数の微調を行う周波数調整室とを設けるようにしてもよい。これらの場合、２つの周波数調整室の間にゲートを設ける必要はない。また、第１周波数調整室において金属材料を堆積するようにしたが、これに限るものではなく、水晶振動子片における質量が変化するように、有機樹脂など他の材料が堆積されるようにしてもよい。

本発明の実施の形態における周波数調整装置の構成例の概略を示す構成図である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の他の例の途中工程の状態を示す平面図（ａ），断面図（ｂ），及び断面図（ｃ）である。 従来よりある水晶振動子パッケージの製造方法の途中工程の状態を示す斜視図である。

符号の説明

１００…真空チャンバ、１０１…準備室、１０２…第１周波数調整室、１０３…第２周波数調整室、１０４…接合膜形成室、１０５…取り出し室、１０７…測定部、１０８…制御部、１１１…搬入ゲート、１１２，１１３，１１４，１１５…ゲート、１１６…搬出ゲート、１２１…蒸着機構、１２２…コンタクト部，１２３…メタルマスク、１３１…エッチング機構、１３２…コンタクト部、１４１…蒸着機構、１４２…メタルマスク。

Claims (7)

1. 複数の処理室を備えた真空チャンバと、
   第１処理室内に配置された圧電素子の共振周波数を測定する測定手段と、
   前記第１処理室内に配置されて前記圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
   前記測定手段が測定した前記圧電素子の共振周波数をもとに、前記周波数調整手段の動作を制御する制御手段と、
   第２処理室内に配置された圧電素子の上に金属膜を形成する金属膜形成手段と、
   前記真空チャンバの内部の圧力を保った状態で前記圧電素子を前記第１処理室から前記第２処理室内に搬送する搬送手段と
   を少なくとも備えることを特徴とする周波数調整装置。
2. 請求項１記載の周波数調整装置において、
   前記周波数調整手段は、前記第１処理室において前記圧電素子の上に物質を付着させ、
   前記制御手段は、前記圧電素子に付着させる物質の質量を制御する
   ことを特徴とする周波数調整装置。
3. 請求項２記載の周波数調整装置において、
   前記周波数調整手段は、蒸着法により前記圧電素子の上に金属材料を堆積する蒸着機構である
   ことを特徴とする周波数調整装置。
4. 請求項２記載の周波数調整装置において、
   前記周波数調整手段は、スパッタリング法により前記圧電素子の上に金属材料を堆積するスパッタ機構である
   ことを特徴とする周波数調整装置。
5. 請求項１記載の周波数調整装置において、
   前記周波数調整手段は、前記第１処理室において前記圧電素子に付着している物質をエッチングし、
   前記制御手段は、前記周波数調整手段によるエッチング量を制御する
   ことを特徴とする周波数調整装置。
6. 請求項５記載の周波数調整装置において、
   前記周波数調整手段は、イオンビームにより前記圧電素子に形成されている電極を含む堆積物をエッチングするエッチング機構である
   ことを特徴とする周波数調整装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の周波数調整装置において、
   前記第１処理室と前記第２処理室との間に配置されて前記第１処理室と第２処理室とを区画するゲート
   を備えることを特徴とする周波数調整装置。
   

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