JP6778407B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Description
本発明は、振動腕が面外の屈曲振動モードで振動する共振子及び共振装置に関する。
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた共振装置が例えばタイミングデバイスとして用いられている。この共振装置は、スマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるプリント基板上に実装される。共振装置は、下側基板と、下側基板との間でキャビティを形成する上側基板と、下側基板及び上側基板の間でキャビティ内に配置された共振子と、を備えている。
このような共振子において、共振子を上蓋と下蓋とで封止した後に蓋の上からレーザを照射して、周波数を調整する技術が知られている。例えば特許文献１には、シリコン材料やその周辺の構成要素に対するダメージを最小限に抑えつつ、シリコン材料にレーザを透過させてその先の対象物に照射することが可能なレーザの照射方法、及びそれを用いた圧電振動子の周波数調整方法について開示されている。特許文献１に記載の方法では、パルス幅が５０〜１０００ｆｓのパルスレーザーを電子部品のパッケージのシリコン材料領域に照射して透過させることと、透過したレーザを圧電振動子に照射することにより圧電振動子の共振周波数を調整する。
ＭＥＭＳ技術を用いた共振装置を扱うような技術分野では、より簡便で高精度な周波数調整方法が求められ、さらなる改善の余地がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より簡便で高精度な周波数調整方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る共振装置の製造方法は、電極に印加された電圧に応じて振動する振動部を有する共振子を備える共振装置の製造方法であって、振動部における他の領域よりも振動による変位の大きい領域に、酸化モリブデンからなる調整膜を形成する工程と、レーザによって、調整膜のうち少なくとも一部を除去して共振子の周波数を調整する工程と、を含む。
本発明によれば、より簡便で高精度な周波数調整方法を提供することができる。
［第１実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで互いに対向するように設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０とがこの順で積層されて構成されている。
また、共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とが接合され、これにより、共振子１０が封止され、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されている。そして、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、互いに接合される。共振子１０及び下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。なお、本実施形態においては、共振子１０はシリコン基板を用いて形成されるものを例として説明する。以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。
（１．上蓋３０）
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
（２．下蓋２０）
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と共振子１０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が設けられる。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋３０と下蓋２０とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と共振子１０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が設けられる。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。上述した上蓋３０と下蓋２０とによって、この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
（３．共振子１０）
図３は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図３を用いて本実施形態に係る共振子１０の、各構成について説明する。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１、１１２と、調整膜２３７とを備えている。
図３は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図３を用いて本実施形態に係る共振子１０の、各構成について説明する。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１１、１１２と、調整膜２３７とを備えている。
（ａ）振動部１２０
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）とを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）とを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
・基部１３０
基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面１３１Ａ（以下、「前端１３１Ａ」とも呼ぶ。）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面１３１Ｂ（以下、「後端１３１Ｂ」とも呼ぶ。）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面１３１Ａ（以下、「前端１３１Ａ」とも呼ぶ。）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面１３１Ｂ（以下、「後端１３１Ｂ」とも呼ぶ。）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
基部１３０は、前端１３１Ａにおいて、後述する振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１１、１１２に接続されている。なお、基部１３０は、図３の例では平面視において、略長方形の形状を有しているがこれに限定されず、長辺１３１ａの垂直二等分線に沿って規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されていればよい。基部１３０は、例えば、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形や、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、基部１３０の各面は平面に限定されず、湾曲した面であってもよい。なお、仮想平面Ｐは、振動部１２０における、振動腕１３５が並ぶ方向の中心を通る中心軸を含む平面である。
基部１３０において、前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向における、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとの最長距離である基部長Ｌ（図３においては短辺１３１ｃ、１３１ｄの長さ）は３５μｍ程度である。また、基部長方向に直交する幅方向であって、基部１３０の側端同士の最長距離である基部幅Ｗ（図３においては長辺１３１ａ、１３１ｂの長さ）は２８０μｍ程度である。
・振動腕１３５
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４６５μｍ程度である。
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４６５μｍ程度である。
振動腕１３５はそれぞれ開放端に、錘部Ｇを有している。錘部Ｇは、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広い。錘部Ｇは、例えば、Ｘ軸方向の幅が７０μｍ程度である。錘部Ｇは、振動腕１３５と同一プロセスによって一体形成される。錘部Ｇが形成されることで、振動腕１３５は、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも開放端側の方が重くなっている。従って、振動腕１３５が開放端側にそれぞれ錘部Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば３０μｍ程度、間隔Ｗ２は例えば２５μｍ程度である。間隔Ｗ２を間隔Ｗ１より小さく設定することにより、振動特性が改善される。ただし、共振装置１の小型化を図る場合には、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔にしても良い。
・その他
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、下地膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、下地膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「下地膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び下地膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４の金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４の圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように保護膜２３５が形成されている。さらに、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄにおける保護膜２３５の表面の一部には、それぞれ、下地膜２３６Ａ〜２３６Ｄ（以下、下地膜２３６Ａ〜２３６Ｄをまとめて「下地膜２３６」とも呼ぶ。）が形成されている。保護膜２３５及び下地膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜２３５は振動部１２０の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜（例えば図４の金属層Ｅ２）及び圧電膜（例えば図４の圧電薄膜Ｆ３）へのダメージを保護する上で、振動部１２０の全面の方が望ましい。
下地膜２３６は、振動部１２０における、他の領域よりも振動による変位の比較的大きい領域の少なくとも一部において、その表面が露出するように、保護膜２３５上に形成されている。具体的には、下地膜２３６は、振動腕１３５の先端、即ち錘部Ｇに形成される。他方、保護膜２３５は、振動腕１３５におけるその他の領域において、その表面が露出している。この実施例では、錘部Ｇにおいて振動腕１３５の先端まで下地膜２３６が形成され、先端部では保護膜２３５は全く露出していないが、保護膜２３５の一部が露出する様に、下地膜２３６を振動腕１３５の先端部には形成されない構成も可能である。
（ｂ）保持部１４０
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に設けられていればよい。
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部１４０は、平面視において、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。例えば、保持部１４０は、振動部１２０を保持し、また、上蓋３０及び下蓋２０と接合できる程度に、振動部１２０の周囲に設けられていればよい。
本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される角柱形状の枠体１４０ａ〜１４０ｄからなる。枠体１４０ａは、図３に示すように、振動腕１３５の開放端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｂは、基部１３０の後端１３１Ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｃは、基部１３０の側端（短辺１３１ｃ）及び振動腕１３５Ａに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４０ｄは、基部１３０の側端（短辺１３１ｄ）及び振動腕１３５Ｄに対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの他端にそれぞれ接続される。
本実施形態においては、保持部１４０は、保護膜２３５で覆われているとして説明するが、これに限定されず、保護膜２３５は、保持部１４０の表面には形成されていなくてもよい。
（ｃ）保持腕１１１、１１２
保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
保持腕１１１及び保持腕１１２は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。図３に示すように、保持腕１１１と保持腕１１２とは、基部１３０のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。
保持腕１１１は、腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有している。保持腕１１１は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１１は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、再度枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲して、他端が枠体１４０ｃに接続している。
腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１１ａは、一端が、後端１３１Ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから後端１３１Ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に設けられることが望ましく、図３の例では、腕１１１ａは、振動腕１３５Ａと１３５Ｂとの間に設けられている。また腕１１１ａの他端は、その側面において、腕１１１ｂの一端に接続されている。腕１１１ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍ程度である。
腕１１１ｂは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｂは、一端が、腕１１１ａの他端であって枠体１４０ｃに対向する側の側面に接続し、そこから腕１１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１１１ｂの他端は、腕１１１ｃの一端であって振動部１２０と対向する側の側面に接続している。腕１１１ｂは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｘ軸方向に規定される長さが７５μｍ程度である。
腕１１１ｃは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃに対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｃの一端は、その側面において、腕１１１ｂの他端に接続されており、他端は、腕１１１ｄの一端であって、枠体１４０ｃ側の側面に接続されている。腕１１１ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
腕１１１ｄは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１１１ｄの一端は、腕１１１ｃの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。また、腕１１１ｄは、他端が、振動腕１３５Ａと基部１３０との接続箇所付近に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続しており、そこから枠体１４０ｃに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１１１ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
このように、保持腕１１１は、腕１１１ａにおいて基部１３０と接続し、腕１１１ａと腕１１１ｂとの接続箇所、腕１１１ｂと１１１ｃとの接続箇所、及び腕１１１ｃと１１１ｄとの接続箇所で屈曲した後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。
保持腕１１２は、腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有している。保持腕１１２は、一端が基部１３０の後端１３１Ｂに接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１２は、枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲して、再度枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）屈曲し、他端が枠体１４０ｄに接続している。腕１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの構成は、それぞれ腕１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと対称な構成であるため、詳細な説明については省略する。
なお、保持腕１１１、１１２は、各腕の接続箇所において直角に折れ曲がっている形状に限定されず、湾曲する形状でもよい。また、保持腕１１１、１１２が屈曲する回数は既述のものに限定されず、例えば１回だけ屈曲して基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｃ、１４０ｄとに接続される構成や、２回屈曲して基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ａとに接続される構成や、一度も屈曲せず基部１３０の後端１３１Ｂと枠体１４０ｂとに接続される構成でもよい。また、基部１３０における保持腕１１１、１１２の接続箇所は後端１３１Ｂに限定されず、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとをつなぐ側面に接続される構成でもよい。
（ｄ）調整膜２３７
複数の調整膜２３７は、下地膜２３６上に点在して形成されている。複数の調整膜２３７はそれぞれ、周波数調整用に各振動腕１３５の先端に形成されたスポット状の酸化モリブデンから成る膜である。下地膜２３６上において、複数の調整膜２３７のうち、一部の調整膜２３７は後述するＦ調工程で、レーザ（例えば基板を透過する波長を有するレーザ）によって除去される。図３は、一部の調整膜２３７が除去された後の様子を示している。図３の例では、振動腕１３５Ａ乃至振動腕１３５Ｄにおいて、いずれも同じ位置に形成された調整膜２３７が残存しているがこれに限定されない。例えば振動腕１３５毎に異なる位置に形成された調整膜２３７が残存する構成でもよい。また、１つの調整膜２３７の径は、レーザのスポット径よりも小さいことが好ましく、具体的には０．１μｍ以上２０μｍ以下程度である。
複数の調整膜２３７は、下地膜２３６上に点在して形成されている。複数の調整膜２３７はそれぞれ、周波数調整用に各振動腕１３５の先端に形成されたスポット状の酸化モリブデンから成る膜である。下地膜２３６上において、複数の調整膜２３７のうち、一部の調整膜２３７は後述するＦ調工程で、レーザ（例えば基板を透過する波長を有するレーザ）によって除去される。図３は、一部の調整膜２３７が除去された後の様子を示している。図３の例では、振動腕１３５Ａ乃至振動腕１３５Ｄにおいて、いずれも同じ位置に形成された調整膜２３７が残存しているがこれに限定されない。例えば振動腕１３５毎に異なる位置に形成された調整膜２３７が残存する構成でもよい。また、１つの調整膜２３７の径は、レーザのスポット径よりも小さいことが好ましく、具体的には０．１μｍ以上２０μｍ以下程度である。
（４．積層構造）
図４を用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４は、図３のＡＡ’断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。
図４を用いて共振子１０の積層構造について説明する。図４は、図３のＡＡ’断面、及び共振子１０の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。
共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、保持腕１１１，１１２は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０では、まず、Ｓｉ（シリコン）基板Ｆ２の上に、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように、圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の表面には、金属層Ｅ２が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、保護膜２３５が積層されている。振動部１２０上においては、さらに、保護膜２３５上に、下地膜２３６が積層されており、下地膜２３６の表面には複数の調整膜２３７が形成されている。尚、低抵抗となる縮退シリコン基板を用いる事で、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属層Ｅ１を兼ねる事で、金属層Ｅ１を省略する事も可能である。
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型Ｓｉ半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを含むことができる。Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらにＳｉ基板Ｆ２の下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）層（温度特性補正層）Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
本実施形態において、酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１とは、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度特性補正層を形成した時の振動部における周波数の温度係数（すなわち、温度当たりの変化率）を、少なくとも常温近傍において低減する機能を持つ層をいう。振動部１２０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属層Ｅ１、Ｅ２と圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素層（温度特性補正層）Ｆ２１による積層構造体の共振周波数の、温度に伴う変化を低減することができる。
共振子１０においては、酸化ケイ素層Ｆ２１は、均一の厚みで形成されることが望ましい。なお、均一の厚みとは、酸化ケイ素層Ｆ２１の厚みのばらつきが、厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
なお、酸化ケイ素層Ｆ２１は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面と下面の双方に形成されてもよい。また、保持部１４０においては、Ｓｉ基板Ｆ２の下面に酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されなくてもよい。
金属層Ｅ２、Ｅ１は、例えば厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。金属層Ｅ２、Ｅ１は、エッチング等により、所望の形状に形成される。金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１１，１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられたアースに下部電極を接続するための配線として機能するように形成されてもよい。
他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１１、１１２や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた回路に上部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
なお、交流電源及びアースから下部配線または上部配線への接続にあたっては、上蓋３０の外面に電極（外部電極の一例である。）を形成して、当該電極が回路と下部配線または上部配線とを接続する構成や、上蓋３０内にビアを形成し、当該ビアの内部に導電性材料を充填して配線を設け、当該配線が交流電源と下部配線または上部配線とを接続する構成が用いられてもよい。
圧電薄膜Ｆ３は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜Ｆ３は、ＳｃＡｌＮ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡｌＮは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば、１μｍ程度の厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度を用いることも可能である。
圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ２、Ｅ１によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５は、下蓋２０及び上蓋３０の内面に向かってその開放端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
保護膜２３５は、絶縁体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が下地膜２３６より遅い材料により形成される。例えば、保護膜２３５は、ＡｌＮやＳｉＮ等の窒化膜やＴａ２Ｏ５（５酸化タンタル）やＳｉＯ２等の酸化膜により形成される。なお、質量低減速度は、エッチング速度（単位時間あたりに除去される厚み）と密度との積により表される。保護膜２３５の厚さは、圧電薄膜Ｆ３の厚さの半分以下で形成され、本実施形態では、例えば０．２μｍ程度である。
下地膜２３６は、導電体の層であり、エッチングによる質量低減の速度が保護膜２３５より速い材料により形成される。下地膜２３６は、モリブデン（Ｍｏ）により形成される。
なお、保護膜２３５と下地膜２３６とは、質量低減速度の関係が上述のとおりであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
下地膜２３６は、振動部１２０の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。
調整膜２３７は、下地膜２３６を酸化することで、下地膜２３６上に点在して形成された所定形状の酸化モリブデンの膜である。酸化モリブデンには多数の種類があり、一般的にはＭｏＯ３（三酸化モリブデン）であるが、ＭｏＯ２（二酸化モリブデン）やそれ以外の非化学量論的な酸化Ｍｏでも良い。調整膜２３７の厚さは例えば０．１〜５μｍ程度である。
（５．共振子の機能）
図４を参照して共振子１０の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
図４を参照して共振子１０の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって開放端を変位する。
これによって、本実施形態に係る共振子１０では、逆位相の振動時、すなわち、図４に示す振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとが上下逆方向に振動する。これによって、中心軸ｒ１とｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、振動部１２０で屈曲振動が発生する。このとき、基部１３０における中心軸ｒ１、ｒ２近傍の領域には歪みが集中することになる。
（６．プロセスフロー）
図５Ａ乃至図５Ｌを用いて本実施形態に係る共振装置１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る共振子１０の製造方法においては、後述するＦ調工程において、上蓋を介してレーザを照射することで、複数の調整膜２３７のうち一部が削られ、振動腕１３５の重量が変化する。これによって、共振子１０の共振周波数を上昇させることで、共振周波数を所望の値に調整して、共振装置１を製造する。
図５Ａ乃至図５Ｌを用いて本実施形態に係る共振装置１の製造方法について説明する。
本実施形態に係る共振子１０の製造方法においては、後述するＦ調工程において、上蓋を介してレーザを照射することで、複数の調整膜２３７のうち一部が削られ、振動腕１３５の重量が変化する。これによって、共振子１０の共振周波数を上昇させることで、共振周波数を所望の値に調整して、共振装置１を製造する。
図５Ａ乃至図５Ｋは、本実施形態に係る共振装置１のプロセスフローの一例を示す図である。なお、図５Ａ乃至図５Ｋでは、便宜上、ウエハに形成される複数の共振装置１のうち、１つの共振装置１を示して説明するが、共振装置１は、通常のＭＥＭＳプロセスと同様に、１つのウエハに複数形成された後に、当該ウエハが分割されることによって得られる。
図５Ａに示す最初の工程では、用意したＳｉ基板Ｆ２に、熱酸化によって、酸化ケイ素層Ｆ２１を形成する。次に、凹部２１を有する下蓋２０を用意し、当該下蓋２０と、酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されたＳｉ基板Ｆ２とを、Ｓｉ基板Ｆ２の下面が下蓋２０と対向するように配置し、側壁２３で接合する。なお、図５Ａにおいては図示を省略するが、接合後に化学的機械研磨や、エッチバック等の処理によって、Ｓｉ基板Ｆ２の表面を平坦化することが望ましい。
次に図５Ｂに示す工程において、さらにＳｉ基板Ｆ２の表面には、下部電極や配線の材料となる金属層Ｅ１の成膜、パターニング及びエッチング等によって下部電極等が形成される。次に、金属層Ｅ１の表面に、圧電薄膜Ｆ３が積層され、さらに圧電薄膜Ｆ３上に上部電極や配線の材料となる金属層Ｅ２の成膜、パターニング及びエッチング等によって上部電極等が形成される。
次に図５Ｃに示す工程において、金属層Ｅ２の表面に、保護膜２３５が積層される。
次に図５Ｄに示す工程において、保護膜２３５の表面に、モリブデンから成る金属層が積層され、この金属層がエッチング等によって加工されることにより、振動腕１３５（図５Ｆ参照）の自由端となる部分の近傍に下地膜２３６が形成される。
次に、図５Ｅに示す工程において、共振子１０に、下部電極及び上部電極をそれぞれ外部電源と接続させるためのビアＥ１Ｖ、Ｅ２Ｖが形成される。ビアＥ１Ｖ、Ｅ２Ｖが形成されると、ビアＥ１Ｖ、Ｅ２Ｖにアルミニウム等の金属が充填され、下部電極、及び上部電極を保持部１４０に引き出す引出線Ｃ１、Ｃ２が形成される。さらに、保持部１４０に接合部Ｈが形成される。
次に、図５Ｆに示す工程において、エッチング等の加工によって、保護膜２３５、金属層Ｅ２、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３１、Ｓｉ基板Ｆ２、及び酸化ケイ素層Ｆ２１が順に除去されることによって、振動部１２０、保持腕１１１，１１２、が形成され、共振子１０が形成される。
次に図５Ｇに示す工程において、共振子１０の表面に酸化ケイ素膜２３８を形成する。そして、酸化ケイ素膜２３８を例えばフォトリソ等により直径が０．１μｍ以上２０μｍ以下程度の複数のパターン状にエッチングする。これによって、共振子１０のうち酸化させたい箇所（すなわち調整膜２３７が形成される箇所）以外の表面をマスクする。そして、酸素雰囲気中で熱処理を行った後に、酸化ケイ素膜２３８を除去する。これによって、下地膜２３６を直径が０．１μｍ以上２０μｍ以下程度の複数のパターン状に部分的に酸化して調整膜２３７を形成することができる（図５Ｈ）。なお、Ｍｏ膜上の酸化ケイ素膜を除去して、Ｍｏ膜の全面に酸化Ｍｏを形成してもよい（図６参照）。広い領域を除去する事で、より周波数調整範囲を広くする事ができる。なお、下地膜を酸化させる際には、ＭｏＯ２（二酸化モリブデン）に酸化させても、ＭｏＯ３（三酸化モリブデン）に酸化させてもよい。ただし、ＭｏＯ２（二酸化モリブデン）は、昇華性がないため、ＭｏＯ２（二酸化モリブデン）に酸化させて調整膜２３７を形成した方が封止の影響を受けにくい。また、Ｍｏを酸化させて酸化モリブデンを形成したが、例えばスパッタなどにより直接酸化モリブデンを形成しても良い。ＭｏＯ２を含む酸化モリブデン膜をスパッタで形成される事が知られている。
下地膜２３６における厚み方向の酸化量は、熱処理を行う時間や温度により調整することができる。例えば、図５Ｈに示した構成の代わりに、下地膜２３６を厚み方向においてすべてＭｏＯ３に酸化させ、Ｍｏ層をなくす構成でもよい（図５Ｉ）。
なお、酸化ケイ素膜２３８を成膜し除去すること等により、下地膜２３６の表面に自然酸化膜が形成される場合がある。自然酸化膜は調整膜２３７に比べて十分薄い膜（例えば５０ｎｍ以下である。）である。したがって、自然酸化膜が形成された場合でも、後述するＦ調工程において、バリを発生させずに周波数を調整することができる。
必須ではないが、共振子１０が形成された後、共振子１０の膜厚を粗調整するトリミング工程を行ってもよい。トリミング工程によって、同一ウエハにおいて製造される複数の共振装置１の間で、周波数のばらつきを抑えることができる。
トリミング工程では、まず各共振子１０の共振周波数を測定し、周波数分布を算出する。次に、算出した周波数分布に基づき、共振子１０の膜厚を調整する。共振子１０の膜厚の調整は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射してエッチングを行うことで行う。このときイオンビームの照射は、共振子１０の全面に対して行ってもよいし、例えばマスク等を用いて振動腕１３５の先端の錘部Ｇにのみ行ってもよい。全面に照射する場合には、例えばＡｌＮなど、Ｍｏや酸化モリブデンよりエッチングレートの低い保護膜が、変位の小さな領域に露出している事が望ましい。これにより、効率よく、しかも照射による温度特性の変化を抑制した周波数調整ができる。共振子１０の膜厚が調整されると、共振子１０の洗浄を行い、飛び散った膜を除去することが望ましい。なお、トリミング工程ではイオンビームの他、プラズマエッチングなどを用いてもよい。トリミング工程による周波数の調整は、なるべく広範囲の周波数調整に対応していることが好ましい。また、レーザにより周波数を調整しても良い。
次に、図５Ｊに示す工程において、共振子１０を封止（パッケージ）する工程が行われる。具体的には、この工程では、共振子１０を挟んで上蓋３０と下蓋２０とを対向させる。上蓋３０における凹部３１と、下蓋２０における凹部２１とが一致するように、位置合わせされた上蓋３０が、接合部Ｈを介して下蓋２０に接合される。また、上蓋３０には引出線Ｃ１、Ｃ２と接続する電極Ｃ１´、Ｃ２´が形成されている。電極Ｃ１´、Ｃ２´は例えばアルミニウムやゲルマニウム等の金属層から成る。電極Ｃ１´、Ｃ２´を介して、金属層Ｅ１、Ｅ２は外部に設けられた回路へ接続される。下蓋２０と上蓋３０とが接合されると、ダイシングによって、複数の共振装置１が形成される。
次に、図５Ｋに示す工程において、共振周波数を調整するＦ調工程が行われる。Ｆ調工程においては、上蓋３０を介してレーザを照射することで調整膜２３７を削ることで共振周波数の調整が行われる。前工程（図５Ｊ）において、共振子１０は上蓋３０と下蓋２０とによって封止されているが、用いるレーザの波長を選択することで、上蓋３０（又は下蓋２０）を透過させてレーザを調整膜２３７に照射することができる。例えば、本実施形態のように上蓋３０がシリコンから形成されている場合には、６００ｎｍ以上の波長を有するレーザを用いることが好ましい。
図５Ｌは、Ｆ調工程において、調整膜が除去される様子を概略的に示した模式図である。Ｆ調工程では、錘部Ｇの先端の調整膜２３７を除去することで周波数を上昇させることができる。さらにレンズ等を用いてレーザビームを、その焦点が調整膜２３７上となるように調節することで、効率よく調整膜２３７を除去することができる。
酸化モリブデンはモリブデンに比べ、昇華温度が低く、レーザの吸収性が良い。したがって、調整膜２３７に酸化モリブデンを用いることで、Ｆ調工程において、下地膜２３６には、ほとんど影響を与えずに、調整膜２３７のみをレーザで除去することができる。これにより下地膜２３６が残存するため、Ｆ調工程による圧電薄膜Ｆ３へダメージを低減することができる。また下地膜２３６は削られずに残存するため、下地膜２３６が削られた部位が発生することによる特性変動を防ぐことができる。さらに、Ｆ調工程にレーザを用いることで、熱の発生が部分的であり、かつ、短時間で冷却されるため、例えばモリブデンを酸化させる調整方法等に比べて、より正確な周波数調整を行うことができる。
このように本実施形態における周波数調整方法によると、共振子１０を封止後にＦ調工程を行うことができる。共振子１０を封止する際に発生する熱や、封止によって真空状態となることによって、共振子１０の周波数は変動してしまう。封止後にＦ調工程を行うことによって、このような封止による周波数変動を補正することができるため、より高精度な周波数を得ることができる。なお、ダイシングによる周波数への影響は小さいため、Ｆ調工程は封止後、ダイシングの前にウエハの状態で行ってもよい。さらに、複数の調整膜２３７をスポット状に形成することによって、周波数の調整は、複数の調整膜２３７のうち、所定の個数の調整膜２３７をすべて除去することによって行うことができる。これにより、１つの調整膜２３７に着目した場合に、その一部だけが、バリとして残存することを抑制できるため、特性の低下を防ぐことができる。
［第２実施形態］
第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図７は、本実施形態に係る、共振子１０の構造の一例を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。本実施形態に係る共振子１０は、第１実施形態に示した構成に加えて、ビアＶ１乃至Ｖ４を有している。
ビアＶ１乃至Ｖ４は振動腕１３５の先端（錘部Ｇ）上に形成された金属が充填された孔であり、下地膜２３６と、金属層Ｅ１、又はＥ２（図４参照）とを電気的に接続させる。
図８は、図７のＣＣ’断面を示す概略図である。図７を参照して、本実施形態に係る共振子１０における、下地膜２３６と金属層Ｅ１、又はＥ２との接続態様について、金属層Ｅ２と接続された場合を例に説明する。
図８に示すように、ビアＶ４は、金属層Ｅ２が露出するように、振動腕１３５Ｄの先端において、保護膜２３５の一部を除去して形成された孔に導電体が充填されて形成されている。ビアＶ４に充填される導電体は、例えばＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等である。
下地膜２３６が金属層Ｅ１，Ｅ２に電気的に接続されることの効果について説明する。後述するＦ調工程において、レーザが共振子１０に照射された場合、保護膜２３５にもレーザが照射されてしまうことで、レーザの有する電荷によって保護膜２３５も帯電してしまう。また、保護膜２３５に焦電体を使用した場合には、熱の昇降温によって焦電効果が発生するため、保護膜２３５の界面に電荷が析出する。
本実施形態に係る共振子１０では、保護膜２３５上の一部に形成された、導電体から成る下地膜２３６をビアＶ１乃至Ｖ４を介して金属層Ｅ２、又はＥ１へと接続させる。これによって、保護膜２３５に帯電された電荷を金属層Ｅ２、Ｅ１へと移動させることができる。金属層Ｅ２、Ｅ１へ移動させた電荷は、金属層Ｅ２、Ｅ１に接続された外部との接続端子を介して、共振装置１の外部へ逃がすことができる。このように本実施形態に係る共振子１０では、振動部１２０上に形成された保護膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
さらに、下地膜２３６が、金属層Ｅ２と接続される場合には、保護膜２３５上に形成された導電層（下地膜２３６）を保護膜２３５に近い層に接続させることができる。これによって、保護膜２３５に帯電した電荷が共振周波数に与える影響をより低減することができる。また、下地膜２３６が、金属層Ｅ２と接続される場合において、保護膜２３５にＡｌＮ等の圧電体を用いる場合には、圧電薄膜Ｆ３と同じ配向のものを用いることが好ましい。これによって、振動腕１３５の振動を阻害することなく、下地膜２３６を金属層Ｅ２に接続させることができる。
なお、ビアＶ１、Ｖ２、Ｖ３、の接続態様、及び材質、効果等は、ビアＶ４と同様であるため説明を省略する。
その他の共振子１０の構成、機能は第１の実施形態と同様である。
その他の共振子１０の構成、機能は第１の実施形態と同様である。
［第３実施形態］
図９乃至図１１を用いて第３実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１実施形態との差異点を中心に説明する。
図９乃至図１１を用いて第３実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１実施形態との差異点を中心に説明する。
図９は、本実施形態に係る共振子１０の平面図、図１０はそのＤＤ’断面図である。本実施形態では、共振子１０は、ＸＹ平面内において輪郭振動する面内振動子である。
（１）振動部１２０
振動部１２０は、図９の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。また、振動部１２０は、Ｘ軸方向に短辺１２１ａ、１２１ｂを有し、Ｙ軸方向に長辺１２１ｃ、１２１ｄを有している。振動部１２０は、短辺１２１ａ、１２１ｂにおいて、保持腕１１１、１１２によって保持部１４０に接続され、保持されている。また、振動部１２０の全面を覆うように、保護膜２３５が形成されている。
振動部１２０は、図９の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。また、振動部１２０は、Ｘ軸方向に短辺１２１ａ、１２１ｂを有し、Ｙ軸方向に長辺１２１ｃ、１２１ｄを有している。振動部１２０は、短辺１２１ａ、１２１ｂにおいて、保持腕１１１、１１２によって保持部１４０に接続され、保持されている。また、振動部１２０の全面を覆うように、保護膜２３５が形成されている。
保護膜２３５の表面には、下地膜２３６が積層されている。下地膜２３６は、少なくとも振動部１２０の４隅を覆うように形成されている。本実施形態においては、下地膜２３６は、４隅の領域のうち長辺に沿って並ぶ２つの隅の領域を結ぶように振動部１２０の長辺側の領域に亘って形成されている。
その他の振動部１２０の構成は、第１実施形態と同様である。
その他の振動部１２０の構成は、第１実施形態と同様である。
（２）保持腕１１１、１１２
本実施形態において、保持腕１１１，１１２は、Ｙ軸方向に長辺を、Ｘ軸方向に短辺を有する略矩形の形状を有している。
本実施形態において、保持腕１１１，１１２は、Ｙ軸方向に長辺を、Ｘ軸方向に短辺を有する略矩形の形状を有している。
保持腕１１１は、一端が振動部１２０における短辺１２１ａの中心近傍と接続し、そこからＹ軸方向に沿って略垂直に延びている。また、保持腕１１１の他端は、保持部１４０における枠体１４０ａの中心近傍と接続している。
他方、保持腕１１２は、一端が振動部１２０における短辺１２１ｂの中心近傍と接続し、そこからＹ軸方向に沿って略垂直に延びている。また、保持腕１１２の他端は、保持部１４０における枠体１４０ｂの中心近傍と接続している。
その他の保持腕１１１、１１２の構成・機能は第１実施形態と同様である。
その他の保持腕１１１、１１２の構成・機能は第１実施形態と同様である。
なお、本実施形態のように輪郭振動する面内振動子において、高調波モードで振動する場合、振動部１２０は振動方向に沿って複数の振動領域に分割されることになる（図１１の振動領域１２０Ａ乃至１２０Ｅ）。図１１は、高調波モードで振動する場合の振動部１２０の構成を模式的に示した図である。この場合、図１１に示すように下地膜２３６は、例えば各振動領域の長辺に沿って形成される。
［第４実施形態］
図１２を用いて第４実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１実施形態との差異点を中心に説明する。図１２は、静電ＭＥＭＳの技術を用いた共振子１０の平面図を示している。
図１２を用いて第４実施形態に係る共振子１０の詳細構成のうち、第１実施形態との差異点を中心に説明する。図１２は、静電ＭＥＭＳの技術を用いた共振子１０の平面図を示している。
本実施形態に係る共振子１０は、振動部１２０には圧電体は形成されておらず、半導体シリコンから構成されている。図１２に示すように、振動部１２０を挟むようにして駆動電極Ｅ４、Ｅ５が設けられている。また、振動部１２０からは検出電極Ｅ６が引き出されている。なお検出電極Ｅ６は出力回路（不図示）に接続されている。駆動電極Ｅ４，Ｅ５にはそれぞれ同位相となる交番電界が印加される。振動部１２０は駆動電極Ｅ４、Ｅ５によって電圧が印加されることによって図１２に示すＸＹ平面内において、輪郭振動する。このとき、共振子１０においては、振動部１２０と駆動電極Ｅ４、Ｅ５との間に発生する静電容量の変化を検出電極Ｅ６が検出し、当該検出電極Ｅ６を介して出力回路に出力する。例えば出力された静電容量に応じて駆動電極Ｅ４，Ｅ５に印加する電圧を制御することで、振動部１２０において所望の周波数の振動を得ることができる。
振動部１２０の表面においては、下地膜２３６が、少なくとも振動部１２０の４隅を覆うように形成されている。本実施形態においては、下地膜２３６は、４隅の領域のうち長辺に沿って並ぶ２つの隅の領域を結ぶように振動部１２０の長辺側の領域に亘って形成されている。なお、本実施形態では保護膜２３５は形成されていないが、これに限定されない。また、振動部１２０の形状は図１２のものに限定されず、例えば円形や多角形の板状のものでもよい。
その他の構成、機能等は第１実施形態と同様である。
その他の構成、機能等は第１実施形態と同様である。
［その他の実施形態］
図１３Ａ乃至図１３Ｉを用いてＦ調工程又は積層構造のバリエーションについて説明する。図１３Ａ乃至図１３Ｉは、いずれもＦ調工程において、調整膜が除去される様子を概略的に示した模式図である。
図１３Ａ乃至図１３Ｉを用いてＦ調工程又は積層構造のバリエーションについて説明する。図１３Ａ乃至図１３Ｉは、いずれもＦ調工程において、調整膜が除去される様子を概略的に示した模式図である。
第１実施形態では、図５Ｇに示す工程において、酸化ケイ素膜２３８をパターン状にエッチングする例について説明した。この点、図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１３Ｃは、酸化ケイ素膜２３８を下地膜２３６の全面から除去することで、下地膜２３６表面の全面に調整膜２３７を形成した場合において、Ｆ調工程を行う様子を示している（図６参照）。図１３Ａ，図１３Ｂは下地膜２３６を厚み方向においてすべて酸化させた例であり、図１３Ｃは途中まで酸化させた例を示している。また、積層構造として、図１３Ａは、上述の例と同様に金属層（上部電極）Ｅ２を保護膜２３５で覆った構成を表し、他方で図１３Ｂは、金属層Ｅ２が露出した構成を示している。
下地膜２３６表面の全面に調整膜２３７を形成した場合、レーザの照射位置を徐々に動かすことで、広範囲にわたって調整膜２３７を除去することができるため、周波数変化率の大きな周波数調整をすることができる。なお、図１３Ａのように金属層Ｅ２を保護膜２３５で覆うことで、圧電薄膜Ｆ３へのダメージをより低減することができる。
図１３Ｄ乃至図１３Ｇは、既述の実施形態とは異なる積層構造の共振子１０において、酸化ケイ素膜２３８をパターニングして、調整膜２３７を複数のパターン状に形成した場合の例を示している。図１３Ｄの例では、積層構造として、下地膜２３６が電極層Ｅ２（上部電極）を兼ねた例を示している。下地膜２３６が電極層Ｅ２を兼ねることにより、より簡易な積層構造を実現することができる。
図１３Ｅは、積層構造は図４に示したものと同様であるが、調整膜２３７が下地膜２３６の側面も覆うように形成された例を示している。例えば、上述した図５Ｆの工程の際に、下地膜２３６をあらかじめパターニングし、パターニングした下地膜２３６を酸化させることでこのような構成を得ることができる。なお、この場合のＦ調工程では、下地膜２３６の側面を覆う調整膜２３７も除去することが好ましいが、これに限らず、上面を覆う部分のみを除去してもよい。
図１３Ｆは、下地膜２３６及び調整膜２３７が振動腕１３５の根元（固定端近傍）にも形成されている場合において、Ｆ調工程を行う様子を示している。この場合、錘部Ｇの調整膜２３７を除去することで周波数を上昇させ、根元側の調整膜２３７を除去することで周波数を低下させることができる。
図１３H及び図１３Ｉは、上述の例とは、異なるパターンの調整膜２３７が形成された場合において、Ｆ調工程を行う様子を示している。図１３Ｈは、図１３Ｅと同様に下地膜２３６の側面も調整膜２３７で覆われている。図１３Ｈ及び１３Ｉに示すように、少なくとも錘部Ｇの先端において、調整膜２３７とは別に、別パターン２３７’を形成し、別パターン２３７’を上部電極（電極層Ｅ２）もしくは下部電極（電極層Ｅ１）と接続することによって、より効率よく電荷を逃すことができる。接続は、例えば、保護膜２３５を貫通するビア（図１３Ｈの例ではビアＶ１）を、別パターン２３７’に形成する事で可能となる。なお、この別パターン２３７’は、接続を維持するため、レーザを照射しないのが望ましい。
図１３Ｊは、保護膜２３５の上に下地膜２３６を形成せずに、金などの他の導電膜２３９を形成し、当該導電膜２３９上に調整膜２３７を形成する例を示している。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振装置１の製造方法は、電極に印加された電圧に応じて振動する振動部１２０を有する共振子１０を備える共振装置１の製造方法であって、振動部１２０における他の領域よりも振動による変位の大きい領域に、酸化モリブデンからなる調整膜２３７を形成する工程と、レーザによって、調整膜２３７のうち少なくとも一部を除去して共振子１０の周波数を調整する工程と、を含む。これにより、より簡便な方法によって高精度の周波数調整が可能になる。
また、調整膜２３７を形成する工程は、調整膜２３７を複数のスポット状に形成する工程を含み、周波数を調整する工程は、レーザによって少なくとも１つのスポット状の調整膜２３７を除去することが好ましい。また、周波数を調整する工程は、複数のスポット状の調整膜２３７の径よりも大きいスポット径を有するレーザを照射する工程をさらに含んでもよい。このように本発明の一実施形態に係る共振装置１の製造方法によると、複数の調整膜２３７をスポット状に形成される。そして、周波数の調整は、複数の調整膜２３７のうち、所定の個数の調整膜２３７をすべて除去することによって行われる。これにより、１つの調整膜２３７に着目した場合に、その一部だけが、バリとして残存することを抑制できるため、特性の低下を防ぐことができる。
また、上記の方法は、振動部１２０を形成する工程をさらに含み、当該振動部１２０を形成する工程は、基板Ｆ２の上面に、第１電極層Ｅ１、圧電層Ｆ３、第２電極層Ｅ２を順に形成する工程を含んでもよい。また、振動部１２０を形成する工程は、第１電極層Ｅ１、第２電極層Ｅ２、及び圧電層Ｆ３から、屈曲振動する振動腕１３５を形成する工程を含み、上記の他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、振動腕１３５の先端の領域であることが好ましい。また、振動部１２０を形成する工程は、第１電極層Ｅ１、第２電極層Ｅ２、及び圧電層Ｆ３から、輪郭振動する矩形形状の振動部１２０を形成する工程を含み、上記の他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、振動部１２０の四隅の領域であることが好ましい。
さらに、振動部１２０は、他の領域よりも振動による変位の大きい領域に、モリブデンからなる下地膜２３６を含む、調整膜２３７を形成する工程は、下地膜２３６を酸化させて調整膜２３７を形成する工程を含むことが好ましい。また、振動部１２０を形成する工程は、第２電極層Ｅ２の表面に保護膜２３５を形成し、当該保護膜２３５上に下地膜２３６を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
また、振動部１２０を形成する工程は、下地膜２３６と、第１電極層Ｅ１又は第２電極層Ｅ２とを電気的に接続させる工程をさらに含んでもよい。また、振動部１２０を形成する工程は、第２電極層Ｅ２に保護膜２３５を形成する工程をさらに含み、調整膜２３７を形成する工程は、調整膜２３７と、第１電極層Ｅ１又は第２電極層Ｅ２とを電気的に接続させる工程をさらに含んでもよい。これにより、振動部１２０上に形成された保護膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
また上記の方法は、下蓋２０を用意する工程と、共振子１０を挟んで、下蓋２０と対向するように上蓋３０を配置する工程とをさらに含んでもよい。さらに、周波数を調整する工程は、上蓋３０を配置する工程のあとに上蓋３０を通してレーザを調整膜２３７に照射させて行われることが好ましい。この好ましい態様によると、共振子１０を封止後にＦ調工程を行うことができる。共振子１０を封止する際に発生する熱や、封止によって真空状態となることによって、共振子１０の周波数は変動してしまう。封止後にＦ調工程を行うことによって、このような封止による周波数変動を補正することができるため、より高精度な周波数を得ることができる。
また、本発明の一実施形態に係る共振子１０は、電極に印加された電圧に応じて振動する圧電部を有する振動部１２０と、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部１４０と、振動部１２０と保持部１４０との間に設けられ、一端が振動部１２０に接続され、他端が保持部１４０に接続された保持腕１１１、１１２と、振動部１２０における、他の領域よりも振動による変位の大きい領域に形成された酸化モリブデンから成る、複数のスポット状の調整膜２３７と、を備える。
振動部１２０は、基板Ｆ２と、基板Ｆ２の上面に配置された、第１電極層Ｅ１、圧電層Ｆ３、及び第２電極層Ｅ２を有することが好ましい。また、振動部１２０は、他の領域よりも振動による変位の大きい領域に、モリブデンからなる下地膜を有することが好ましい。この好ましい態様によると、共振子１０の発振特性を向上させることができる。
また、振動部１２０は、第２電極層Ｅ２の表面に形成された保護膜２３５をさらに有しており、下地膜２３６は、保護膜２３５上に形成されたものであることが好ましい。さらに、振動部１２０は、下地膜２３６と、第１電極層Ｅ１又は第２電極層Ｅ２とを電気的に接続させるビアを有してもよい。また、振動部１２０は、第２電極層Ｅ２の表面に形成された保護膜２３５と、調整膜２３７と、第１電極層Ｅ１又は第２電極層Ｅ２とを電気的に接続させるビアと、を有してもよい。これにより、振動部１２０上に形成された保護膜２３５に電荷が帯電することを抑制できるため、振動部１２０に帯電した電荷による共振周波数の変動を防止することができる。
また、複数のスポット状の調整膜２３７は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の径を有することが好ましい。
また、振動部１２０は、固定端と開放端とを有し、屈曲振動する振動腕１３５、並びに、振動腕１３５の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部１３０を有し、下地膜２３６は、振動腕１３５における開放端側の先端の領域に形成されたことが好ましい。また、振動部１２０は、矩形状の主面を有し、当該主面に沿った平面内で輪郭振動し、下地膜２３６は、振動部１２０の四隅の領域に形成することが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る共振装置１は、上記の共振子１０と、共振子１０を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、外部電極とを備える。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、既述の実施形態において、共振子１０は、屈曲振動子として説明したがこれに限定されず、矩形形状の振動部を有する面内輪郭振動子でもよい。この場合、下地膜２３６は、振動部１２０の四隅に形成されることが好ましい。また、既述の実施形態では、Ｆ調工程は封止後に行う態様について説明したが、これに限定されない。Ｆ調工程は封止前に行ってもよい。本発明は、圧電方式以外の、例えば静電ＭＥＭＳの周波数調整に対しても適用できる。（幅拡がりモード）また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 共振装置
１０ 共振子
３０ 上蓋
２０ 下蓋
１４０ 保持部
１４０ａ〜ｄ 枠体
１１１、１１２ 保持腕
１２０ 振動部
１３０ 基部
１３５Ａ〜Ｄ 振動腕
Ｆ２ Ｓｉ基板
Ｆ２１ 酸化ケイ素層（温度特性補正層）
２３５ 保護膜
２３６ 下地膜
２３７ 調整膜
１０ 共振子
３０ 上蓋
２０ 下蓋
１４０ 保持部
１４０ａ〜ｄ 枠体
１１１、１１２ 保持腕
１２０ 振動部
１３０ 基部
１３５Ａ〜Ｄ 振動腕
Ｆ２ Ｓｉ基板
Ｆ２１ 酸化ケイ素層（温度特性補正層）
２３５ 保護膜
２３６ 下地膜
２３７ 調整膜
Claims (21)
- 電極に印加された電圧に応じて振動する振動部を有する共振子を備える共振装置の製造方法であって、
前記振動部における他の領域よりも振動による変位の大きい領域に設けたモリブデンからなる下地膜の表面に、酸化モリブデンからなる調整膜を形成する工程と、
レーザによって、前記下地膜を残存させつつ前記調整膜のうち少なくとも一部を除去して前記共振子の周波数を調整する工程と、
を含む、
共振装置の製造方法。 - 前記調整膜を形成する工程は、前記調整膜を複数のスポット状に形成する工程を含み、
前記周波数を調整する工程は、レーザによって少なくとも１つのスポット状の前記調整膜を除去する、
請求項１に記載の共振装置の製造方法。 - 前記周波数を調整する工程は、
前記複数のスポット状の調整膜の径よりも大きいスポット径を有するレーザを照射する工程をさらに含む、
請求項２に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程をさらに含み、
当該振動部を形成する工程は、
基板の上面に、第１電極層、圧電層、第２電極層を順に形成する工程を含む、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程は、
前記第１電極層、前記第２電極層、及び前記圧電層から、屈曲振動する振動腕を形成する工程を含み
前記他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、前記振動腕の先端の領域である、
請求項４に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程は、
前記第１電極層、前記第２電極層、及び前記圧電層から、輪郭振動する矩形形状の振動部を形成する工程を含み、
前記他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、前記振動部の四隅の領域である、
請求項４に記載の共振装置の製造方法。 - 前記調整膜を形成する工程は、前記下地膜を酸化させて前記調整膜を形成する工程を含む、
請求項４乃至６の何れか一項に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程は、
前記第２電極層の表面に保護膜を形成し、当該保護膜上に前記下地膜を形成する工程をさらに含む、
請求項７に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程は、
前記下地膜と、前記第１電極層又は前記第２電極層とを電気的に接続させる工程をさらに含む、
請求項８に記載の共振装置の製造方法。 - 前記振動部を形成する工程は、
前記第２電極層に保護膜を形成する工程をさらに含み、
前記調整膜を形成する工程は、
前記調整膜と、前記第１電極層又は前記第２電極層とを電気的に接続させる工程をさらに含む、
請求項４乃至７の何れか一項に記載の共振装置の製造方法。 - 下蓋を用意する工程と、
前記共振子を挟んで、前記下蓋と対向するように、上蓋を配置する工程と、
をさらに含む、
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の共振装置の製造方法。 - 前記周波数を調整する工程は、前記上蓋を配置する工程のあとに前記上蓋を通してレーザを前記調整膜に照射させて行われる、
請求項１１に記載の共振装置の製造方法。 - 電極に印加された電圧に応じて振動する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記保持部との間に設けられ、一端が前記振動部に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
前記振動部における、他の領域よりも振動による変位の大きい領域に設けられたモリブデンからなる下地膜と、
前記振動部における、他の領域よりも振動による変位の大きい領域において、前記下地膜の表面に形成された酸化モリブデンからなる、複数のスポット状の調整膜と、
を備える共振子。 - 前記振動部は、
基板と、当該基板の上面に配置された、第１電極層、圧電層、及び第２電極層を有する、
請求項１３に記載の共振子。 - 前記振動部は、
前記第２電極層の表面に形成された保護膜をさらに有しており、前記下地膜は、前記保護膜上に形成されたものである、
請求項１４に記載の共振子。 - 前記振動部は、
前記下地膜と、前記第１電極層又は前記第２電極層とを電気的に接続させるビアを有する、請求項１５に記載の共振子。 - 前記振動部は、
第２電極層の表面に形成された保護膜と、
前記調整膜と、前記第１電極層又は前記第２電極層とを電気的に接続させるビアと、
を有する、請求項１４に記載の共振子。 - 前記複数のスポット状の調整膜は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の径を有する、請求項１３乃至１７の何れか一項に記載の共振子。
- 前記振動部は、
固定端と開放端とを有し、屈曲振動する振動腕、並びに、前記振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部
を有し、
前記他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、
前記振動腕における開放端側の先端の領域である、
請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の共振子。 - 前記振動部は、
矩形状の主面を有し、当該主面に沿った平面内で輪郭振動し、
前記他の領域よりも振動による変位の大きい領域は、
前記振動部の四隅の領域である、
請求項１３乃至１８の何れか一項に記載の共振子。 - 請求項１３乃至２０の何れか一項に記載の共振子と、
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、
を備える共振装置。
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