JP4685360B2 - 圧電薄膜の形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、水晶振動子に用いる水晶素板を気相成長法を用いて形成し、同時にベベリング加工を施す形成方法に関する。
一般的なベベリング加工工法とは、加工容器に研磨材のみ、あるいは研磨材と球状形状の補助材を入れて、加工容器を自転及び公転を含めた回転運動を行うことにより、ベベリング加工がなされていた。
この加工方法の前提には、水熱合成法により人工水晶を育成しアズグロンを形成し、その後の切断加工のためにランバード加工を行う。そのて所望となる切断カットアングルでランバード加工の状態から薄片に切断し、更にその後にラッピングやポリッシング加工を施すことで、所望の発振周波数にまで薄片加工を行っている。その後、発振特性を確保するために端面にテーパ加工（ベベリング加工）を施している。
ベベリング加工は、圧電振動子や圧電発振器に搭載する圧電素板の小型化に伴い、不要波を抑制するためにベベリング加工を必要とし、圧電素板の振動周波数の高周波化と圧電素板そのものの小型化が進む中で、加工時間の効率化と加工曲率の小径化が求められているのが現状である。
そのため、図３に示す従来のベベリング工法では研磨材や遊離砥粒などと共に筒状の容器の中で圧電素板を数日間回転運動を与えながら、圧電素板と加工容器の擦れ合いによって加工が進むため、運動量差が得られやすいバレル方式が有効とされ使用されている。
特開平１１−２４５１６０号公報
特開２００２−３３００４２号公報
上述のように従来工法で圧電素板を得る場合には、人工水晶の育成からはじまり、外形加工や厚みを薄くする加工など多工程を必要とすることから、工程と材料とに大きな無駄が発生している。
また、ベベリング加工は研磨材や遊離砥粒などと共に筒状の容器の中で圧電素板を数日間回転運動を与えながら、圧電素板と加工容器の擦れ合いによって加工を行うことから数日間の時間を必要とすることから、加工時間についても多量の無駄が発生している現状にある。また、近年の小型化、高周波化に対し現状の加工方法では対応が難しくなりつつある。
本発明の圧電薄膜の形成方法により、最終の形態のベベリング形状を薄膜の形成と同時に行ってしまうことから、材料、工程、時間の無駄を大幅に改善することができる。従って、従来の小型低周波用のベベリング加工の考えとは全く異なった手法の導入により、高周波化に対応することができる。
本発明は、結晶を気相成長法を用いて基台上に薄膜結晶を堆積して圧電薄膜を形成する圧電薄膜の形成方法であって、基台上には、この基台に向けて圧電薄膜の原料ガスを吐出するノズルが備えられており、このノズルを、原料ガスを吐出させながら、基台から徐々に遠ざけるように基台に対して垂直方向に移動させることにより、圧電薄膜の中心になる部分に薄膜結晶を多く堆積させ、圧電薄膜の外周になる部分に従って薄膜結晶を少なく堆積させて、中心部分が厚く且つ外周部に従って薄い形状の圧電薄膜を成すことを特徴とする圧電薄膜の形成方法である。
要するに、気相成長法により圧電薄膜を形成すると同時にその形成途中で圧電薄膜の中心部分を厚くし、外周部に従って徐々に厚みを薄くすることにより、従来技術でベベリング加工した形状と同様の形状にするものである。
以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。図１は本発明の形成方法で得られたベベリング形状を持った圧電薄膜の断面図である。
結晶を気相成長法を用いて基台上１に薄膜結晶２を堆積して圧電薄膜を形成する手段を用いて、圧電薄膜を中心部分を厚く、外周部に従って薄く形成させるために、圧電薄膜の中心部分に多く堆積させ、外周に従って少なく堆積量を加減して形成することで図１に示すような圧電薄膜を形成している。
従って、図１の状態を実現するための一手法として図２圧電薄膜の堆積時の状態を説明する。図２（ａ）では圧電薄膜の中心部分を中心に圧電薄膜の原料ガスを吐出して中心部分に多く堆積させるように形成を始める。その後、図２（ｂ）に示すように圧電薄膜を吐出するノズル３を原料ガスを吐出しながら基台１から垂直方向に徐々に遠ざけることで、堆積範囲を広くすると同時に、圧電薄膜の中心部分から外周に向かって緩やかな湾曲を持つように、形成部分をぼかしながら圧電薄膜を形成する。
その結果、図２（ｃ）に示すように基台１上に圧電薄膜を形成すると同時に形成表面に滑らかな曲線を持つ圧電薄膜を形成することができる。図２では、圧電薄膜を形成する箇所として例えばサファイア基台１にバッファー層としてＳｉＯ２膜を処理した基台１とし、その上部に気相状態の圧電材料をノズル３から原料ガスを吐出しながら圧電薄膜を堆積するものであるため、必要に応じて堆積範囲を限定するために、基台１の上にマスクを配置することが必要となってくる。
なお、広い面積の基台１にマスク３を配置することで、圧電薄膜の形成範囲を制御することができることから、圧電薄膜の堆積量を制御することで、複数の圧電薄膜を同じ基台の上に形成することも可能である。
また、本実施例では圧電薄膜の原料ガスを吐出するノズル３を基台１に対して上下方向に距離を変化させることで圧電薄膜の堆積量を制御しているが、同様の効果を得るために堆積させる圧電薄膜を特に図示していないが周辺をマスキングして堆積量を制御することもできる。
本発明で形成する圧電薄膜は、発振器用振動子の素板として、あるいは水晶共振器として使用する水晶素板などに適用できる。
１ 基台
２ 薄膜結晶
３ ノズル
２ 薄膜結晶
３ ノズル
Claims (1)
- 結晶を気相成長法を用いて基台上に薄膜結晶を堆積して圧電薄膜を形成する圧電薄膜の形成方法であって、
前記基台上には、前記基台に向けて前記圧電薄膜の原料ガスを吐出するノズルが備えられており、
前記ノズルを、前記原料ガスを吐出させながら、前記基台から徐々に遠ざけるように前記基台に対して垂直方向に移動させることにより、前記圧電薄膜の中心になる部分に前記薄膜結晶を多く堆積させ、前記圧電薄膜の外周になる部分に従って前記薄膜結晶を少なく堆積させて、中心部分が厚く且つ外周部に従って薄い形状の前記圧電薄膜を成すことを特徴とする圧電薄膜の形成方法。
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