JP2006211482A - 周波数調整装置 - Google Patents
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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
【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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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