JP2007243435A - Piezoelectric resonator chip and frequency adjustment method for same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなる圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法に係る。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece including a base and a plurality of legs protruding from the base, and a frequency adjusting method for the piezoelectric vibrating piece.
従来の圧電振動片を、音叉型水晶振動片を例にして説明すると、例えば、水晶振動片が基部と、この基部から突出された2本の脚部とから構成される。そして、これら基部および脚部の外面に励振電極が形成され、各脚部主面の先端部には周波数調整用の調整電極(周波数調整膜)が形成されている。励振電極は、例えば、一方の脚部の表裏主面と他方の脚部の両側面に第1の励振電極が形成され、一方の脚部の両側面と他方の脚部の表裏主面に第2の励振電極が形成されている。つまり、一方の脚部表裏主面中央に第1の励振電極が形成され、前記第1の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第2の励振電極が形成されるとともに、他方の脚部表裏主面中央に第2の励振電極が形成され、前記第2の励振電極から離隔して脚部の稜に近接した側面に第1の励振電極が形成されている。このような音叉型水晶振動片は、小型化に伴って、フォトリソグラフィ技術を用いて水晶ウェハを化学的エッチングすることにより、複数個の音叉型水晶振動片を作成している。 A conventional piezoelectric vibrating piece will be described by taking a tuning-fork type quartz vibrating piece as an example. For example, the quartz vibrating piece includes a base and two legs protruding from the base. Excitation electrodes are formed on the outer surfaces of the base and the leg, and an adjustment electrode (frequency adjustment film) for frequency adjustment is formed at the tip of each leg main surface. For example, the first excitation electrode is formed on the front and back main surfaces of one leg and both side surfaces of the other leg, and the excitation electrode is formed on both side surfaces of one leg and the front and back main surfaces of the other leg. Two excitation electrodes are formed. That is, a first excitation electrode is formed at the center of one leg front and back main surfaces, and a second excitation electrode is formed on a side surface that is spaced apart from the first excitation electrode and close to the ridge of the leg, A second excitation electrode is formed at the center of the front and back main surfaces of the other leg, and a first excitation electrode is formed on a side surface that is spaced apart from the second excitation electrode and close to the ridge of the leg. With such tuning fork type quartz crystal vibrating pieces, a plurality of tuning fork type quartz vibrating pieces are created by chemically etching a quartz wafer using a photolithographic technique with downsizing.
近年、このような圧電振動片の周波数調整手法として、粗調整工程と微調整工程で方法を異ならせることが多い。例えば、特許文献1に開示されているように、粗調整では調整電極の一部を完全に除去させることで調整幅のより高いレーザを用いる一方で、微調整工程ではマスク治具を用いて調整電極(周波数調整膜)を全体的に薄肉化させより調整幅が緩やかであるとともに、金属屑の発生が少ないミーリング等のドライエッチングを用いることがある。このように粗調整工程と微調整工程とで手法を変えることで、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるものである。また、このような周波数調整のうち、粗調整はウェハ状態で実施し、微調整はウェハから取り出された個々の圧電振動片をパッケージに搭載した後に実施される。ウェハで全ての周波数調整(粗調整と微調整)を終えた後に、圧電振動片をパッケージに搭載すると、搭載時の応力であったり接着剤硬化の際の加熱処理等の外的要因によって、周波数変動が生じることがある。このため、微調整工程をパッケージ搭載後に実施することで、圧電振動片をパッケージ搭載することによる周波数変動の外的要因を排除することができるのでより好ましい。
しかしながら、上述した圧電振動片では、周波数微調整工程におけるミーリング等のドライエッチング手法を実施する場合、圧電振動片とマスク部材の相互位置関係により、ドライエッチング領域のずれ込みが生じると言った問題があるが、近年開発が進んでいる超小型の圧電振動片にあっては、これらの問題が顕著に現れる。特に、マスク部材を用いたドライエッチング手法により周波数調整する場合、圧電振動片を搭載するパッケージ、パッケージを保持するホルダー、圧電振動片の調整電極部のみを開口させたマスク部材等の各構成要素を組み合わせて相互に位置決めしている。どころが、圧電振動片が小型化するに伴って、各構成要素での公差の影響が大きくなり、わずかなずれ込みによりマスクずれが生じてしまう。このため、調整電極からドライエッチング領域がずれ込み、所望の周波数調整が得られず、極めて周波数調整効率が悪くなるといった問題もあった。また、前記ドライエッチング領域がずれ込み、調整電極以外の励振電極領域まで達すると、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させる原因となることもあった。 However, in the above-described piezoelectric vibrating piece, when dry etching techniques such as milling in the frequency fine adjustment process are performed, there is a problem that the dry etching region shifts due to the mutual positional relationship between the piezoelectric vibrating piece and the mask member. However, in the ultra-compact piezoelectric vibrating piece that has been developed in recent years, these problems appear remarkably. In particular, when the frequency is adjusted by a dry etching method using a mask member, each component such as a package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted, a holder for holding the package, and a mask member in which only the adjustment electrode portion of the piezoelectric vibrating piece is opened is provided. They are combined and positioned with respect to each other. On the contrary, as the piezoelectric vibrating piece is reduced in size, the influence of tolerance on each component increases, and mask displacement occurs due to slight displacement. For this reason, the dry etching region is shifted from the adjustment electrode, so that the desired frequency adjustment cannot be obtained, and the frequency adjustment efficiency is extremely deteriorated. Further, when the dry etching region is shifted and reaches the excitation electrode region other than the adjustment electrode, the electrical characteristics of the piezoelectric vibrator such as the series resonance resistance value may be deteriorated.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライエッチングにより周波数調整する場合に、マスクずれの影響をなくし、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるより信頼性の高い圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to eliminate the influence of mask displacement when adjusting the frequency by dry etching, and to improve the electrical characteristics of the piezoelectric vibrator. It is an object of the present invention to provide a more reliable piezoelectric vibrating piece capable of achieving high stabilization and a frequency adjusting method for the piezoelectric vibrating piece.
前記の目的を達成するため、本発明の特許請求項1に係る圧電振動片では、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部には、脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極とを具備しており、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece according to
本発明の特許請求項1によれば、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されているので、励振電極に比べて周波数調整膜の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片が得られる。結果として、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。 According to the first aspect of the present invention, the surface material of the excitation electrode is formed of a material having a lower removal rate by dry etching than the surface material of the frequency adjustment film, so that it is compared with the excitation electrode. The frequency adjustment film is dry-etched with a much higher removal rate, and a piezoelectric vibrating piece that does not unnecessarily remove the excitation electrode is obtained. As a result, the electrical characteristics of the piezoelectric vibrator such as the series resonance resistance value are not deteriorated at all. Further, the tolerance of the piezoelectric vibrating piece and the mask member can be given a margin, the adverse effect of the mask displacement can be reduced, and the frequency adjustment efficiency is not lowered due to the dry etching region being displaced from the adjustment electrode.
また、本発明の特許請求項2に係る圧電振動片では、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部には、脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極と、当該励振電極の少なくとも上面に形成された表面膜を具備しており、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面膜の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする。
The piezoelectric vibrating piece according to
本発明の特許請求項2によれば、前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面層の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されているので、表面膜に比べて周波数調整膜の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片が得られる。結果として、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
According to
また、本発明の特許請求項3に係る圧電振動片の周波数調整方法では、上述の圧電振動片において、ドライエッチングにより前記周波数調整膜の質量を除去することで周波数調整してなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of adjusting a frequency of a piezoelectric vibrating piece, wherein the frequency of the piezoelectric vibrating piece is adjusted by removing the mass of the frequency adjusting film by dry etching. To do.
本発明によれば、上述の圧電振動片と同様に、励振電極を不要に除去することがない圧電振動片の周波数調整方法が得られる。結果として、上記本発明の圧電振動片と同様に、直列共振抵抗値などの圧電振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、圧電振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極からドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。 According to the present invention, similarly to the above-described piezoelectric vibrating piece, a method of adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating piece that does not unnecessarily remove the excitation electrode can be obtained. As a result, the electrical characteristics of the piezoelectric vibrator such as the series resonance resistance value are not deteriorated at all as in the piezoelectric vibrating piece of the present invention. Further, the tolerance of the piezoelectric vibrating piece and the mask member can be given a margin, the adverse effect of the mask displacement can be reduced, and the frequency adjustment efficiency is not lowered due to the dry etching region being displaced from the adjustment electrode.
本発明によれば、ドライエッチングにより周波数調整する場合に、マスクずれの影響をなくし、圧電振動子の電気的特性の高性能化や高安定化が実現できるより信頼性の高い圧電振動片、および圧電振動片の周波数調整方法を提供することができる。 According to the present invention, when the frequency is adjusted by dry etching, the influence of the mask displacement is eliminated, and a more reliable piezoelectric vibrating piece capable of realizing high performance and high stability of the electrical characteristics of the piezoelectric vibrator, and A method of adjusting the frequency of the piezoelectric vibrating piece can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片に本発明を適用した場合を示す。図1は本形態に係る水晶ウェハ1を示す平面図であり、図2は本形態に係る音叉型水晶振動片2を模式的に示したもので、励振電極23,24の配設状態を示す斜視図である。また、図3は図2のA−A線に沿った断面図であり、図4は図2のB−B線に沿った断面図である。図5は図2のC−C線に沿った断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, a case where the present invention is applied to a tuning fork type crystal vibrating piece as a piezoelectric vibrating piece is shown. FIG. 1 is a plan view showing a
音叉型水晶振動片2は、図1に示すように、1枚のウェハ1から、フォトリソグラフィ等の工法により、複数個を得るようにし、各水晶振動片を切り離す前に、励振電極等が形成される。
As shown in FIG. 1, a tuning fork type
音叉型水晶振動片2は、基部20と、この基部から突出された2本の脚部21,22を備えており、その脚部の主面(表裏面)に溝部211,221が形成されている。ここでいう溝部は、貫通孔であってもよく、窪み部であってもよい。これら基部および脚部の外面には、第1及び第2の励振電極23,24が形成され、各脚部主面の先端部には電極の質量が増減されることで周波数が調整されてなる調整電極25,26(周波数調整膜)が形成されている。前記励振電極23,24は、脚部21の表裏主面と脚部22の稜に近接する部分に第1の励振電極23が形成され、脚部21の稜に近接する部分と脚部22の表裏主面に第2の励振電極24が形成されている。
The tuning fork type
つまり、脚部21には、先端部に調整電極25(周波数調整膜)が形成され、当該調整電極25から第1の無電極部212を介して表裏主面中央に主面中央励振電231が形成され、当該主面中央励振電極231から第2の無電極部213を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極242が形成されている。脚部22には、先端部に調整電極26(周波数調整膜)が形成され、当該調整電極26から第1の無電極部222を介して表裏主面中央に主面中央励振電241が形成され、当該主面中央励振電極241から第2の無電極部223を介して脚部の稜に近接して形成される端部励振電極232が形成されている。
That is, an adjustment electrode 25 (frequency adjustment film) is formed at the tip of the
これら励振電極23,24は、金属蒸着によって形成されたクロム(Cr)の上層に金(Au)、その上部にさらにクロム(Cr)の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成されている。当該励振電極23,24では、最上面に形成されたクロム(Cr)の層が表面膜を構成している。調整電極25,26は、前記励振電極と同様にクロム(Cr)の上層に金(Au)等の薄膜がフォトリソグラフィ等の工法により形成され、その上部にさらに銀(Ag)等が蒸着マスクを用いた金属蒸着あるいはスパッタリング等によって形成された薄膜となっている。
In the
この調整電極25,26に対して、例えば同様の銀(Ag)を付加することや、その一部が、ビーム照射あるいはミーリング等によって除去されることで、音叉型水晶振動片2の発振周波数を調整することができる。このとき、調整電極25,26は、電極付加を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子の発振周波数が目標周波数よりも高くなるように形成され、電極除去を中心に周波数調整する場合、周波数調整前の振動子1の発振周波数が目標周波数よりも低くなるように形成されている。
For example, similar silver (Ag) is added to the
本発明の形態では、より精度の高く高率的な周波数調整を実施するために、調整電極25,26に対して、金属蒸着などにより同様の銀(Ag)を付加することや、レーザービーム照射により一部を完全に除去することで調整幅のより高い周波数粗調整を実施している。その後、同じ調整電極25,26に対して、図示しないマスク治具を用いてミーリング等のドライエッチング手法により調整電極を全体的に薄肉化することでより調整幅の緩やであるとともに金属屑の発生が少ない周波数微調整を実施している。ミーリング等のドライエッチング手法により調整電極25,26を除去して周波数を高める微調整を実施する場合、前記調整電極である銀材料に最適な除去レート時間に対応したドライエッチングの出力設定をしている。例えば、銀材料では、0.015〜0.05μm/sec程度で除去されるようにミーリング装置の出力を設定した。この出力設定は、調整電極(周波数調整膜)の材料に応じて最適な値に設定する必要がある。
In the embodiment of the present invention, the same silver (Ag) is added to the
このように、本発明の実施形態では、前記調整電極25,26の表面材質の銀(Ag)に対して、前記励振電極23,24の表面膜であるクロム(Cr)の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されており、前記調整電極(周波数調整膜)である銀の除去レート時間に対応したドライエッチングの出力設定をしながら、ドライエッチングにより調整電極25,26の質量を除去することで周波数調整している。このため、表面膜がクロムからなる励振電極23,24に比べて最上表面層が銀からなる調整電極25,26の方が極めて除去レートの高い状態でミーリング等のドライエッチングがなされ、励振電極23,24を不要に除去することがない。結果として、直列共振抵抗値などの音叉型水晶振動子の電気的特性を低下させることが一切なくなる。また、音叉型水晶振動片とマスク部材の公差に余裕を持たせることができ、マスクずれの悪影響を軽減することができ、調整電極25,26からミーリング等のドライエッチング領域がずれ込むことによって周波数調整効率を低下させることもなくなる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the surface material of chromium (Cr), which is the surface film of the
なお、本形態の実施形態では、調整電極25,26(周波数調整膜)は、最上部が銀(Ag)により形成されているが、金(Au)などでもよい。周波数調整膜としては、膜形成の容易性から金属からなる電極材料がより好ましいが、比重が高く、ミーリング等のドライエッチングによる除去レートが高いものであれば金属材料以外のものであってもよく、本形態のように多層構造の周波数調整膜に限らず単層構造の周波数調整膜であってもよい。
In the embodiment of the present embodiment, the uppermost portions of the
また、励振電極23,24は、クロム(Cr)の上層に金(Au)、その上部の表面膜として、クロム(Cr)を形成したものを例にしているが、ドライエッチングによる除去レートが周波数調整膜に対して十分に低いものを励振電極の表面膜として選択すればよい。例えば、ニッケル(Ni)等の金属膜、あるいは、酸化クロムや酸化ニッケル、SiO2、SiO等の絶縁膜でもよい。金属膜の場合、励振電極と同様に膜形成できるので比較的容易に作成できる利点がある。絶縁膜の場合、図6に示すように、異極の励振電極間にまたがって形成することができるので、脚部全面に形成することで短絡防止の用の保護膜とすることができる。
The
図6は、上記実施形態の変形例を示す模式的な斜視図である(上記形態と同様の部分は同番号を付している)。この音叉型水晶振動片2では、前記調整電極25,26を除く、第1の無電極部212,222と、前記主面中央励振電極231,241と、前記第2の無電極部213,223の上部で、音叉型水晶振動片の表裏主面部分と両側面部分にSiO2(酸化珪素)からなる絶縁膜3が蒸着あるいはスパッタリング等の工法により形成されている。ここで蒸着される絶縁膜3の膜厚は、約0.005〜0.03μm均一に形成することが好ましい。これにより、異極の励振電極である主面中央励振電極231,241と端部励振電極232,242の間でゴミ等の異物が付着したとしても絶縁性を確実に確保することができ、音叉方水晶振動片の振動を阻害してCI値特性が低下することがなくなる。また、図6に示すように、前記調整電極を除く脚部のほぼ全面に絶縁膜3を形成すれば、圧電振動片をパッケージに搭載する前の単体の状態あるいはウェハ状態でドライエッチングする場合、ドライエッチングの出力状態に応じて、マスク部材なしで周波数調整することもできる。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a modified example of the above embodiment (the same parts as those in the above embodiment are given the same numbers). In the tuning-fork type
また、励振電極23,24は、本形態のように多層構造としなくてもよく、図7に示すように、除去レートが十分に低い電極材料(クロム単層やニッケル単層等)を単層構造で形成したものであってもよい。図7は、上記実施形態の変形例を示す模式的な断面図である(上記形態と同様の部分は同番号を付している)。この音叉型水晶振動片2では、前記銀(Ag)等からなる調整電極25,26(周波数調整膜)の表面材質に対して、前記励振電極23,24の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料、例えば、クロム(Cr)やニッケル(Ni)等の単層電極としている。ここで形成される励振電極の厚みは、約0.005〜0.03μm程度で形成することが好ましい。これにより、クロムやニッケル等の膜応力など悪影響が生じることなく、励振電極23,24に比べて調整電極25,26(周波数調整膜)の方が極めて除去レートの高い状態でドライエッチングされ、励振電極23,24を不要に除去することがない。
Further, the
以上のような音叉型水晶振動片1は、例えば、パッケージ基体(図示省略)とキャップ(図示省略)とを接合することによりその内部に気密状態の空間が形成されたパッケージ(図示省略)内部に搭載されて、音叉型水晶振動子(図示省略)が構成される。
The tuning fork type
なお、上記実施形態では、圧電振動片として音叉型水晶振動片を適用した場合を示しているが、ATカット水晶振動片やGTカット水晶振動片、あるいは水晶振動片に限らずセラミック振動片など他の圧電振動片を用いた圧電振動子にも適用できる。ドライエッチングとして、ミーリングを例にしたが、プラズマエッチング法や、反応性ガスイオンを用いたドライエッチング等であってもよい。 In the above embodiment, a tuning fork type crystal vibrating piece is applied as the piezoelectric vibrating piece. However, the present invention is not limited to the AT-cut quartz vibrating piece, the GT-cut quartz vibrating piece, the crystal vibrating piece, and other ceramic vibrating pieces. The present invention can also be applied to a piezoelectric vibrator using the piezoelectric vibrating piece. As an example of dry etching, milling is used as an example. However, plasma etching, dry etching using reactive gas ions, or the like may be used.
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof, and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not limited by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
1 水晶ウェハ
2 音叉型水晶振動片(圧電振動片)
1
Claims (3)
各脚部には、
脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極とを具備しており、
前記周波数調整膜の表面材質に対して前記励振電極の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする圧電振動片。 In a piezoelectric vibrating piece comprising a base and a plurality of legs protruding from the base,
Each leg has
A frequency adjusting film formed on the tip of the leg main surface, and an excitation electrode formed on the leg;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the surface material of the excitation electrode is formed of a material having a lower removal rate by dry etching than the surface material of the frequency adjusting film.
各脚部には、
脚部主面の先端部に形成された周波数調整膜と、脚部に形成された励振電極と、当該励振電極の少なくとも上面に形成された表面膜を具備しており、
前記周波数調整膜の表面材質に対して前記表面膜の表面材質の方がドライエッチングによる除去レートの低い材料で形成されてなることを特徴とする圧電振動片。 In a piezoelectric vibrating piece comprising a base and a plurality of legs protruding from the base,
Each leg has
A frequency adjusting film formed on the tip of the leg main surface, an excitation electrode formed on the leg, and a surface film formed on at least the upper surface of the excitation electrode;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the surface material of the surface film is formed of a material having a lower removal rate by dry etching than the surface material of the frequency adjusting film.
3. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the frequency is adjusted by removing the mass of the frequency adjusting film by dry etching.
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