谐振装置及其制造方法与流程

文档序号:14651767发布日期:2018-06-08 21:58阅读:235来源:国知局
谐振装置及其制造方法与流程

本发明涉及由硅基板形成的谐振装置及其制造方法。



背景技术:

以往,使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)技术的谐振装置例如被作为定时装置使用。该谐振装置安装于组装在智能手机等电子设备内的印刷电路基板上。谐振装置具备下侧基板、在自身与下侧基板之间形成腔室的上侧基板以及在下侧基板与上侧基板之间配置于腔室内的谐振子。

例如专利文献1中公开了具备多个振动臂的面外折曲谐振子。在该谐振子中,振动臂在其固定端与基部的前端连接,基部在与前端相反侧的后端与支承部连接。支承部例如与夹设于下侧基板和上侧基板之间的基台连接。在专利文献1的图1的例子中,通过将施加于振动臂的电场设定为互为相反方向,在内侧的振动臂与外侧的2根振动臂之间实现互为相反相位的振动。

专利文献1:日本特许5071058号公报

像在专利文献1中记载的那样的以往谐振装置中,对谐振频率的调整,是在例如制造谐振子的工序中,通过对构成谐振子的材料的膜厚进行调整而实施的。但是,像这样,在制造谐振装置的过程中的工序中对谐振频率进行了调整的情况下,在之后的制造工序中,会由于谐振子受到因热、应力产生的负荷而致使调整了的谐振频率发生变动。



技术实现要素:

本发明鉴于这样的情况而产生,目的在于在封装化了的谐振装置中,实施对谐振频率的调整。

本发明的一个侧面的谐振装置具备:下盖,其由未简并的硅构成;谐振子,其具有由简并了的硅构成且具有与下盖对置的下表面的基板、层叠于该基板的第一电极层和第二电极层、形成于第一电极层和第二电极层之间且具有隔着第一电极层与基板的上表面对置的面的压电膜;以及上盖,其与下盖对置,在该上盖和下盖之间隔着谐振子,基板的下表面具有调整部,调整部是形成于表面的凹凸的深度或高度都比该基板的下表面中的其它区域大的区域或者凹凸所占的面积比该基板的下表面中的其它区域大的区域。

根据本发明,能够在封装化了的谐振装置中实施对谐振频率的调整。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的谐振装置的外观的立体图。

图2是示意性地示出本发明的第一实施方式的谐振装置的构造的分解立体图。

图3是拆下了上侧基板的本发明的第一实施方式的谐振子的俯视图。

图4是从下盖侧观察本发明的第一实施方式的谐振子的俯视图和侧视图。

图5是沿图1的AA’线的剖视图。

图6A是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6B是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6C是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6D是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6E是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6F是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6G是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图6H是示出本发明的第一实施方式的谐振装置的工艺流程的一例的图。

图7是示出本发明的第一实施方式的谐振频率微调工序前后的谐振频率的偏移(Shift)量的图表。

图8A是示出本发明的第一实施方式的由点照射形成的调整部的形状的一例的图。

图8B是示出本发明的第一实施方式的由点照射形成的调整部的形状的一例的图。

图8C是示出本发明的第一实施方式的由点照射形成的调整部的形状的一例的图。

图9是示出在多重扫描照射了的情况下的照射线根数与频率偏移量之间的关系的图。

图10与图3对应,是拆下了上侧基板的本发明的第二实施方式的谐振子的俯视图。

图11与图4对应,是从下盖侧观察本发明的第二实施方式的谐振子的俯视图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下,参照附图说明本发明的第一实施方式。图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的谐振装置1的外观的立体图。另外,图2是示意性地示出本发明的第一实施方式的谐振装置1的构造的分解立体图。

该谐振装置1具备谐振子10和被设置为隔着谐振子10相互对置的上盖30与下盖20。即,谐振装置1依次层叠下盖20、谐振子10、上盖30而构成。

另外,谐振子10与下盖20和上盖30接合,由此,密封谐振子10,形成谐振子10的振动空间。谐振子10、下盖20以及上盖30分别使用Si基板而形成。而且,谐振子10、下盖20以及上盖30通过Si基板彼此相互接合而相互接合。谐振子10和下盖20可以使用SOI基板而形成。

谐振子10是使用MEMS技术制造的MEMS谐振子。此外,在本实施方式中,有关谐振子10,以使用硅基板形成的谐振子为例进行说明。

以下,详细说明谐振装置1的各结构。

(1.上盖30)

上盖30沿XY平面呈平板状扩展,在其背面例如形成有平坦的长方体形状的凹部31。凹部31由侧壁33围起,形成供谐振子10振动的空间即振动空间的局部。

(2.下盖20)

下盖20具有:矩形平板状的底板22,其沿XY平面设置;和侧壁23,其沿Z轴方向(即,下盖20与谐振子10的层叠方向)从底板22的周缘部延伸。在下盖20,在与谐振子10对置的面,设置由底板22的表面和侧壁23的内表面形成的凹部21。凹部21形成谐振子10的振动空间的局部。该振动空间由上述上盖30和下盖20气密地密封,维持真空状态。也可以向该振动空间中例如填充惰性气体等气体。

(3.谐振子10)

图3是示意性地示出本实施方式的谐振子10的构造的俯视图。使用图3说明本实施方式的谐振子10的各结构。谐振子10具备振动部120、保持部140以及保持臂110。

(a)振动部120

振动部120具有沿图3的正交坐标系中的XY平面扩展的矩形轮廓。振动部120设置于保持部140的内侧,在振动部120与保持部140之间,以规定间隔形成有空间。在图3的例子中,振动部120具有基部130和4根振动臂135A~135D(亦统称为“振动臂135”)。此外,振动臂的数量并不局限于4根,例如设定为2根以上的任意数量。

在本实施方式中,各振动臂135与基部130一体形成。

基部130在X轴方向上具有长边131a、131b,在Y轴方向具有短边131c、131d。基部130在长边131b处,借助后述的保持臂110,与保持部140连接,并被保持于保持部140。此外,在图3的例子中,在俯视观察下,基部130具有近似长方形的形状,但并不局限于此,只要相对于沿长边131a的垂直平分线限定的平面呈大致面对称地形成即可。基部130例如也可以是长边131b短于长边131a的梯形、以长边131a为直径的半圆形状。另外,长边131a、131b、短边131c、131d并不局限于直线,也可以是曲线。

振动臂135分别在基部130和保持部140之间与Y轴方向平行设置,一端与基部130的一个长边131a连接而成为固定端,另一端成为自由端。另外,振动臂135分别在X轴方向上以规定间隔并列设置。

而且,在振动臂135A~135D的自由端侧分别形成有X轴方向上的宽度比固定端侧大的锤部136A~136D(以下亦将锤部136A~136D统称为“锤部136”)。

在本实施方式的振动部120中,在X轴方向上,在外侧配置有2个振动臂135A、135D,在内侧配置有2个振动臂135B、135C。振动臂135B与振动臂135C在X轴方向上的间隔W1被设定得大于外侧的振动臂135A(135D)和与该外侧的振动臂135A(135D)相邻的内侧的振动臂135B(135C)之间在X轴方向上的间隔W2。间隔W1例如为25μ左右,间隔W2例如为10μm左右。通过将间隔W2设定得小于间隔W1,来改善振动特性。另外,也可以将间隔W1设定得小于间隔W2,还可以将间隔W1和间隔W2设定为相等间隔,来实现谐振装置1的小型化。

在振动部120的表面(与上盖30对置的面)形成有保护膜235(第一调整膜的一例),该保护膜235覆盖振动部120的整个表面。并且,在振动臂135A~135D的锤部136A~136D处的保护膜235的表面分别形成有调整膜236A~236D(第二调整膜的一例。以下,将调整膜236A~236D亦统称为“调整膜236”)。能够利用保护膜235和调整膜236,对振动部120的谐振频率进行调整。

一方面,调整膜236在振动部120中的因振动所致的变位较大的区域,形成为其表面暴露。具体而言,调整膜236形成于振动臂135的锤部136(第二区域的一例)。另一方面,保护膜235在振动臂135中的其它区域(第一区域的一例),其表面暴露。

使用图4,说明振动臂135的表面的形状。图4中的(A)是示意性地示出振动臂135的靠下盖20侧的面(以下亦称为“下表面”)的俯视图。另外,图4中的(B)是振动臂135D的侧视图。

如图4中的(A)、(B)所示,在振动臂135A~135D的锤部136A~136D的下表面形成有调整部137A~137D(以下亦统称为“调整部137”)。调整部137是指在振动臂135的下表面中,形成于其表面的凹凸的深度或高度比与该调整部137相邻的区域大的区域,或者在其表面中凹凸所占的面积比其它区域大的区域。调整部137优选设置于振动臂135的下表面中的与调整膜236对应的位置。

在制造谐振装置1的工艺中,为了调整谐振子10的谐振频率而将调整部137形成于振动部120的下表面,详情后述。

此外,如图2所示,在本实施方式中,将谐振子10设定为沿着XY平面的形状进行说明,但并不局限于此,也可以是在Z轴方向上形成了弯曲的近似长方体的形状。在该情况下,例如各振动臂135形成为沿Y轴方向延伸,在Z轴方向上形成了弯曲的大致棱柱形状。具体而言,振动臂135也可以具有随着从自由端趋向固定端而缓缓地朝向Z轴方向远离从沿保持部140限定的XY平面的立体形状。

(b)保持部140

返回图3,继续说明谐振子10的结构。

保持部140沿XY平面形成为矩形框状。在俯视观察下,保持部140设置为沿XY平面包围振动部120的外侧。此外,保持部140只要设置于振动部120的周围的至少局部即可,并不局限于框状形状。例如,只要保持部140以保持振动部120并且能够与上盖30和下盖20接合的程度,设置于振动部120的周围即可。

在本实施方式中,保持部140由一体形成的棱柱形状的框体140a~140d构成。

如图3所示,框体140a与振动臂135的自由端对置,长边方向与X轴平行设置。框体140b与基部130的长边131b对置,长边方向与X轴平行设置。框体140c与基部130的短边131c和振动臂135A对置,长边方向与Y轴平行设置,框体140c的两端分别与框体140a、140b的一端连接。框体140d与基部130的短边131d和振动臂135D对置,长边方向与Y轴平行设置,框体140d的两端分别与框体140a、140b的另一端连接。

在本实施方式中,设定为保持部140由保护膜235覆盖进行说明,但并不局限于此,保护膜235也可以不形成于保持部140的表面。

(c)保持臂110

保持臂110设置于保持部140的内侧,连接基部130的长边131b和框体140b。此外,并不局限于该结构,例如,保持臂110也可以构成为,由多个(例如2个)具有折曲部的臂形成,连接基部130的长边131b和保持部140的框体140c、140d。

另外,在图2中,保持臂110构成为,沿着沿保持部140限定的YX平面扩展,但并不局限于此。例如,也可以是在Z轴方向上形成了弯曲的形状。并且,在本实施方式中,设定为保持臂110由保护膜235覆盖进行说明,但并不局限于此,保护膜235也可以不形成于保持臂110的表面。

(4.层叠构造)

使用图5说明谐振装置1的层叠构造。图5是图1的AA’剖视图。

如图5所示,在本实施方式的谐振装置1中,谐振子10的保持部140接合于下盖20的侧壁23上,而且谐振子10的保持部140与上盖30的侧壁33接合。这样,在下盖20与上盖30之间保持谐振子10,由下盖20、上盖30、谐振子10的保持部140形成供振动臂135振动的振动空间。

下盖20的底板22和侧壁23由Si(硅)晶圆S1一体形成。此外,下盖20借助侧壁23的上表面与谐振子10的保持部140接合。在Z轴方向上规定的下盖20的厚度例如为150μm,凹部21的深度例如为50μm。此外,Si晶圆S1由未简并的硅形成,其电阻率例如为16mΩ·cm以上。

上盖30由规定厚度的Si(硅)晶圆S2形成。如图4所示,上盖30在其周边部(侧壁33)与谐振子10的保持部140接合。上盖30中的与谐振子10对置的正面和背面优选由氧化硅层S2’覆盖。为了接合上盖30与保持部140,而在上盖30的周缘部与保持部140之间,形成有接合部H。接合部H例如由Al(铝)膜和Ge(锗)膜形成。此外,接合部H也可以由Au(金)膜和Sn(锡)膜形成。

在谐振子10中,保持部140、基部130、振动臂135、保持臂110由相同工艺一体形成。在谐振子10中,首先,在Si(硅)基板F2(基板的一例)之上层叠有压电薄膜F3’,进而在压电薄膜F3’之上层叠有金属层E1(第一电极层的一例)。继而,在金属层E1之上,层叠有压电薄膜F3(压电膜的一例),覆盖金属层E1,进而,在压电薄膜F3之上层叠有金属层E2(第二电极层的一例)。在金属层E2上层叠有保护膜235,覆盖金属层E2。

一方面,在振动部120上,进一步在保护膜235之上层叠有调整膜236。另一方面,在保持部140上,在保护膜235之上,层叠有由绝缘体形成的绝缘膜F4。

Si基板F2例如由厚度为6μm左右的简并的n型Si半导体形成,能够含有P(磷)、As(砷)、Sb(锑)等作为n型掺杂剂。Si基板F2所使用的简并Si的电阻值例如小于16mΩ·cm,更加优选为1.2mΩ·cm以下。进而,在Si基板F2的下表面形成有氧化硅(例如SiO2)层F2’(温度特性修正层的一例)。由此,能够提高温度特性。

在本实施方式中,温度特性修正层是指具有如下功能的层,与不将该温度特性修正层形成于Si基板F2的情况相比,使在Si基板F2形成有温度修正层时的振动部中的频率的温度系数(即,单位温度的变化率)至少在常温附近减少。振动部120具有温度特性修正层,由此例如能够减小由Si基板F2、金属层E1、E2、压电薄膜F3以及氧化硅层(温度修正层)F2’构成的层叠构造体的谐振频率随着温度而产生的变化。

在谐振子10中,氧化硅层F2’优选以均匀的厚度形成。此外,均匀的厚度是指氧化硅层F2’的厚度的波动相对于厚度的平均值在±20%以内。

此外,氧化硅层F2’既可以形成于Si基板F2的上表面,又可以形成于Si基板F2的上表面和下表面双方。

另外,在保持部140中,也可以不在Si基板F2的下表面形成氧化硅层F2’。

另外,金属层E2、E1例如使用厚度为0.1μm~0.2μm左右的Mo(钼)、铝(Al)等形成。

金属层E2、E1通过蚀刻等形成为所希望的形状。一方面,金属层E1例如形成于振动部120上,作为下部电极(电极层的一例)发挥功能。另外,金属层E1形成于保持臂110、保持部140上,作为用于将下部电极与设置于谐振子10的外部的交流电源连接起来的布线发挥功能。

另一方面,金属层E2形成于振动部120上,作为上部电极(电极层的一例)发挥功能。另外,金属层E2形成于保持臂110、保持部140上,作为用于将上部电极与设置于谐振子10的外部的电路连接起来的布线发挥功能。

此外,在从交流电源朝向下部布线或者上部布线连接时,可以使用如下结构:在上盖30的外表面形成电极且该电极连接交流电源与下部布线或者上部布线的结构;在上盖30内形成导通孔,在该导通孔的内部填充导电性材料来设置布线,该布线连接交流电源与下部布线或者上部布线的结构。

压电薄膜F3、F3’是将所施加的电压转换为振动的压电体的薄膜,例如,能够以AlN(氮化铝)等氮化物、氧化物为主要成分。具体而言,压电薄膜F3、F3’能够由ScAlN(氮化铝钪)形成。ScAlN是将氮化铝中的一部分铝置换为钪而成的材料。另外,压电薄膜F3例如具有1μm的厚度,但也能够使用0.2μm至2μm左右的压电薄膜F3。

压电薄膜F3根据通过金属层E2、E1对压电薄膜F3施加的电场,沿XY平面的面内方向即Y轴方向伸缩。由于该压电薄膜F3的伸缩,振动臂135使其自由端朝向下盖20和上盖30的内表面变位,以面外的折曲振动模式振动。

在本实施方式中,设定为对外侧的振动臂135A、135D施加的电场的相位与对内侧的振动臂135B、135C施加的电场的相位为彼此相反的相位。由此,外侧的振动臂135A、135D与内侧的振动臂135B、135C向彼此相反的方向变位。例如,若外侧的振动臂135A、135D使自由端朝向上盖30的内表面变位,则内侧的振动臂135B、135C使自由端朝向下盖20的内表面变位。

保护膜235由因蚀刻所致的质量减少的速度慢于调整膜236的材料形成。例如,保护膜235由AlN、SiN等氮化膜、Ta2O5(五氧化钽)、SiO2等氧化膜形成。此外,质量减少速度用蚀刻速度(单位时间所去除的厚度)与密度之积表示。

调整膜236由因蚀刻所致的质量减少的速度快于保护膜235的材料形成。例如,调整膜236由钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、白金(Pt)、镍(Ni)等金属形成。

此外,保护膜235和调整膜236只要质量减少速度的关系如上所述,蚀刻速度的大小关系就为任意。

调整膜236在形成于振动部120的大致整个面之后,通过蚀刻等加工,仅形成于规定区域。

对保护膜235和调整膜236的蚀刻例如通过向保护膜235和调整膜236同时照射离子束(例如,氩(Ar)离子束)而实施。离子束能够照射到比谐振子10大的范围。此外,在本实施方式中,示出利用离子束实施蚀刻的例子,但蚀刻方法并不局限于使用离子束。

在如上所述的谐振装置1中,在相反相位的振动时,也就是说,振动臂135A和振动臂135B绕在图5所示的振动臂135A与振动臂135B之间与Y轴平行延伸的中心轴r1向上下相反方向振动;并且,振动臂135C与振动臂135D绕在振动臂135C与振动臂135D之间沿与Y轴平行延伸的中心轴r2向上下相反方向振动。由此,在中心轴r1和r2产生彼此相反方向上的扭转力矩,在基部130产生折弯振动。由此,会在中心轴r1与r2产生彼此相反方向的扭转力矩,在基部130产生折曲振动。

(5.工艺流程)

图6是示出本实施方式的谐振子10的工艺流程的一例的图。此外,在图6中,为了便于理解,而示出形成于晶圆上的多个谐振装置1中的一个谐振装置1进行说明,与通常的MEMS工艺相同,谐振装置1也是通过在一个晶圆上形成多个谐振装置1之后,分割该晶圆而得到的。

在图6A所示的最初的工序中,通过热氧化,在所准备的Si基板F2上形成氧化硅层F2’。接下来,准备具有凹部21的下盖20,将该下盖20和形成有氧化硅层F2’的Si基板F2配置为Si基板F2的下表面与下盖20对置,在侧壁23处将该下盖20和形成有氧化硅层F2’的Si基板F2接合。此外,虽然在图6中省略图示,但优选在接合后,通过化学机械研磨、蚀刻等处理使Si基板F2的表面平坦化。

然后在Si基板F2的表面层叠压电薄膜F3’,进而在压电薄膜F3’之上层叠金属层E1。金属层E1被利用蚀刻等加工成形,成为理想的形状。接下来,在金属层E1的表面,依次层叠压电薄膜F3和金属层E2。金属层E2在层叠之后,被利用蚀刻等加工成形,成为理想的形状(图6B)。

进而,在所成形的金属层E2的表面层叠保护膜235(图6C)。

继而,在保护膜235的表面层叠钼等金属层,通过蚀刻等对该金属层进行加工,由此在振动臂135(参见图6F)的成为自由端的部分附近形成调整膜236(图6D)。

接下来,在图6E所示的工序中,在谐振子10形成导通孔E1V、E2V,该导通孔E1V、E2V分部用于将下部电极和上部电极与外部电源连接。若形成导通孔E1V、E2V,则向导通孔E1V、E2V填充铝等金属,形成将金属层E1、E2向保持部140引出的引出线C1、C2。进而,在保持部140形成接合部H。

之后,利用蚀刻等加工,依次去除金属层E2、压电薄膜F3、金属层E1、Si基板F2、氧化硅层F2’,由此形成振动部120、保持臂110,从而形成谐振子10(图6F)。

在图6F所示的工序中,在形成了谐振子10之后,实施对调整膜236的膜厚进行调整的修整(Trimming)工序。在修整工序中,在同一晶圆上制造的多个谐振装置1之间,能够抑制频率的波动。

在修整工序中,首先,测定各谐振子10的谐振频率,来计算频率分布。接下来,基于计算出的频率分布,对调整膜236的膜厚进行调整。对调整膜236的膜厚的调整,例如通过对谐振装置1的整个面照射氩(Ar)离子束,来对调整膜236进行蚀刻而实施。而且,若对调整膜236的膜厚进行调整,则优选实施对谐振子10的清洗,去除飞散了的膜。

此外,在修整工序中,也能够取代测定频率而对压电薄膜F3和保护膜235的膜厚进行测定,根据该膜厚推断频率。在该情况下,可以首先,对压电薄膜F3和保护膜235的膜厚进行测定,继而,基于压电薄膜F3与保护膜235的膜厚,通过蚀刻等实施对调整膜236的膜厚的调整。

接下来,在图6G所示的工序中,使上盖30与下盖20隔着谐振子10对置。形成了对位的上盖30经由接合部H与下盖20接合,使上盖30中的凹部31与下盖20中的凹部21对齐。另外,在上盖30形成有与引出线C1、C2连接的电极C1’、C2’。电极C1’、C2’例如由铝层和锗层构成。金属层E1、E2经由电极C1’、C2’与设置于外部的电路连接。

若下盖20与上盖30接合,通过切割(Dicing),形成多个谐振装置1,则在图6H所示的工序中,实施对谐振频率进行微调的微调工序。在微调工序中,一边测定谐振频率一边从下盖20的下方对焦谐振子10的振动臂135中的锤部136的区域A,照射激光L。

微调工序中所使用的激光是具有从红外至近红外区域的波长的激光。具体而言,优选使用具有1064nm的波长的YAG激光。该区域的波长透过未简并的硅,但被简并了的硅吸收。因此,激光L的能量被由简并了的硅形成的Si基板F2的下表面吸收。由于所吸收的能量变为热,因此能够使配置于激光L的照射位置即区域A(振动臂135的自由端附近)的氧化硅层F2’熔化、再蒸发。另外,通过照射激光,还能够使氧化硅层F2’和Si基板F2这两者熔融、再蒸发。进而,也可以使金属层E1、压电薄膜F3、金属层E2、保护膜235、调整膜236熔融、再蒸发。此外,一方面,在想调整的频率量为1000ppm以下的微量的情况下,优选仅使氧化硅层F2’熔化、再蒸发,来去除氧化硅层F2’。另一方面,在想调整的频率量为1000ppm以上的情况下,优选使Si基板F2和氧化硅层F2’这两者熔化、再蒸发,来去除Si基板F2和氧化硅层F2’这两者。这样,在该下表面形成具有凹凸的调整部137,由此能够实施对谐振频率的调整。

图7是示出微调工序前后的频率的偏移量的图表。在图7中,纵轴表示阻抗(Ω),横轴表示频率(kHz),虚线表示微调工序前的波形,实线表示微调工序后的波形。在图7中,按照以下的参数点照射激光,示出形成有在图4中示出的形状的调整部137的情况下的频率的偏移量。此外,点照射是指向单一照射位置照射规定时间的激光的照射方法。在受到了点照射的振动臂135的表面分别形成一处调整部137。

·照射功率0.08W

·照射时间1秒/点

·焦点位置比振动臂135的下表面靠近近前数10μm(下盖20侧)

如图7所示可知,在本实施方式中,通过微调工序使频率向正方向偏移750ppm左右。

此外,也能够在微调工序中使用点照射以外的照射方法。图8是示意性地示出进行了扫描照射的情况下的振动臂135的下表面的形状的图。此外,扫描照射是指以一定速度向规定方向照射激光的照射方法。

在图8A中,示出在按照以下参数向锤部136的宽度为70μm的振动臂135扫描照射了激光的情况下的振动臂135的下表面的形状。

·照射功率1.5W

·扫描速度100mm/秒

·照射宽度(X轴方向)40μm

·焦点位置比振动臂135的下表面靠里侧数μm(上盖30侧)

在图8A的例子中,在被做过扫描照射的振动臂135的表面形成有调整部137,该调整部137的长边方向为与振动臂135的自由端大致平行的方向。此外,也可以以与振动臂135的自由端大致平行地,相互分离地形成多个调整部137。另外,形成于各振动臂135的调整部137在各振动臂135间,排列于同一直线上。

在形成有图8A的形状的调整部137的情况下,频率偏移量例如在正方向上为38ppm。

另外,在图8B中,示出按照以下参数向锤部136的宽度为70μm的振动臂135多重扫描照射了激光的情况下的振动臂135的下表面的形状。

·照射功率1.5W

·扫描速度100mm/秒

·照射宽度(X轴方向)40μm

·照射线根数间隔5μm,20根

·焦点位置比振动臂135的下表面靠里侧数μm(上盖30侧)

在图8B的例子中,在被做过多重扫描照射的各振动臂135的表面,图8A所示的调整部137以大致等间隔相互平行地排列有多个。并且,形成于各振动臂135的多个调整部137在各振动臂135之间分别排列于同一直线上。此外,多个调整部137也可以形成为相互接触。

在形成有图8B的形状的调整部137的情况下,频率偏移量例如在正方向上为100ppm。

此外,被做过多重扫描照射的各振动臂135的表面的形状并不局限于图8B的例子。例如,在图8C的例中,在振动臂135的表面上,多个调整部137几乎等间隔地形成为排列于同一直线上。并且,排列于同一直线上的调整部137的列在振动臂135的表面上形成有多个。在图8C的例子中,各列所包含的调整部137的数量都相同,在各列间,不同列所包含的调整部137彼此排列于同一直线上。此外,不同列所包含的调整部137彼此既可以形成为间隔一列地排列于同一直线上,也可以都不排列于同一直线上。

图9是示出按照以下参数进行了扫描照射的情况下的照射线根数与频率偏移量之间的关系的图。

·照射功率0.4W

·扫描速度100mm/秒

·照射宽度(X轴方向)40μm

·焦点位置振动臂135的下表面

在该情况下,例如图8B、图8C所示的形状的调整部137形成于振动臂135的下表面。在图9所示的图表中,纵轴表示频率偏移量,横轴表示照射根数(加工线数)。如图9所示可知,频率偏移量与照射线根数成正比,能够通过增加照射线根数来增加频率偏移量。

这样,在本实施方式的谐振装置1中,通过对下盖20使用未简并的硅,对谐振子10使用简并了的硅,由此能够在封装后对谐振频率进行调整。由此,由于在微调工序之后,没有施加热负荷、应力负荷的加工工序,因此能够防止产生频率变动。

[第二实施方式]

在第二实施方式以及之后的内容中,省略对与第一实施方式共用的事项的说明,仅说明不同点。特别是,由相同结构产生的相同的作用效果不在每个实施方式逐一阐述。

图10是示出本实施方式的谐振子10的俯视图的一例的图。以下,以本实施方式的谐振装置1的详细结构中与第一实施方式的差异点为中心进行说明。

在本实施方式中,谐振子10是在XY平面面内进行轮廓振动的面内振子。在本实施方式中,金属层E1、E2以及压电薄膜F3形成矩形的振动部120。

振动部120具有沿图10的正交坐标系中的XY平面呈平板状扩展的近似长方体的轮廓。另外,振动部120在X轴方向上具有短边121a、121b,在Y轴方向上具有长边121c、121d。振动部120在短边121a、121b处,借助保持臂110,与保持部140连接,并被保持于保持部140。并且,在振动部120形成有保护膜235,该保护膜235覆盖振动部120的整个面。并且,在保护膜235的表面上,在振动部120的四角,层叠有4个调整膜236A~236D。

图11是示意性地示出振动部120的靠下盖20侧的下表面的图。如图11所示,在本实施方式中,调整部137形成于振动部120的四角。

其它振动部120的结构、功能都与第一实施方式相同。

返回图10,对第二实施方式中的谐振子10的结构进行说明。

在本实施方式中,保持臂110具有近似矩形的2根臂110A、110B,该2根臂110A、110B在Y轴方向上具有长边,在X轴方向上具有短边。

一方面,臂110A的一端与振动部120中的短边121a的中心附近连接,臂110A从此连接点处起沿Y轴方向大致垂直地延伸。另外,臂110A的另一端与保持部140中的框体140a的中心附近连接。

另一方面,臂110B的一端与振动部120中的短边121b的中心附近连接,臂110B从此连接点处起沿Y轴方向大致垂直地延伸。另外,臂110B的另一端与保持部140中的框体140b的中心附近连接。

保持臂110的其它结构、功能都与第一实施方式相同。

谐振装置1的其它结构、功能都与第一实施方式相同。

以上,对本发明的例示性的实施方式进行了说明。在本实施方式的谐振装置1中,具备:下盖20,其由未简并的硅构成;谐振子10,其具有由简并了的硅构成且具有与下盖20对置的下表面的Si基板F2、层叠于该Si基板F2的金属层E1、E2、形成于金属层E1、E2之间并具有隔着金属层E1与Si基板F2的上表面对应的面的压电薄膜F3以及与下盖20对置且在自身和下盖20之间隔着谐振子10的上盖30,Si基板F2的下表面具有调整部137,该调整部137是形成于表面的凹凸的深度或高度比该Si基板F2的下表面中的其它区域大的区域或者是凹凸所占的面积比该Si基板F2的下表面中的其它区域大的区域。因此,通过对本实施方式的谐振装置1使用具有透过未简并的硅且被简并了的硅吸收的波长的激光,由此即使在封装化后,也能实施对谐振频率的调整。

另外,谐振子10中的与上盖30对置的面包括第一区域和第二区域,该第二区域是与第一区域不同的区域,其因谐振子10的振动所致的变位大于第一区域,调整部137优选设置于Si基板F2的下表面中与第二区域对应的位置。更加优选为,第一区域由保护膜235覆盖,第二区域由因蚀刻所致的质量减少速度比保护膜235大的调整膜236覆盖。

另外,谐振子10中的金属层E1、E2以及压电薄膜F3形成折曲振动的振动臂135,第二区域优选形成于振动臂135的顶端附近。

另外,优选为,谐振子10中的金属层E1、E2以及压电薄膜F3形成进行轮廓振动的近似矩形的振动部120,第二区域是与振动部120的四角对应的区域。另外,Si基板F2优选为在下表面包含氧化硅层F2’。

另外,本实施方式的谐振装置1的制造方法包括如下工序:准备由未简并的硅构成的下盖20;将由简并了的硅构成的Si基板F2配置为该Si基板F2的下表面与下盖20对置,在Si基板F2的上表面依次形成金属层E1、压电薄膜F3、金属层E2,来形成谐振子10;配置由硅构成的上盖30,使之隔着谐振子10与下盖20对置;隔着下盖20向Si基板F2的下表面照射激光,在Si基板F2的下表面形成调整部137,该调整部137是形成于表面的凹凸的深度或高度比该Si基板F2的下表面中的其它区域大的区域或者凹凸所占的面积比该Si基板F2的下表面中的其它区域大的区域。因此,在本实施方式的谐振装置1的制造方法中,通过使用具有透过未简并的硅且被简并了的硅吸收的波长的激光,即使在封装化后,也能实施对谐振频率的调整。

另外,形成谐振子10的工序包括如下工序:在金属层E2的表面进一步依次形成保护膜235以及因蚀刻所致的质量减少速度大于该保护膜235的调整膜236;在谐振子10中的第一区域,去除第二调整膜,使第一调整膜暴露;以及对在谐振子10中的因振动所致的变位比第一区域大的第二区域残留的调整膜236的膜厚进行调整,在形成调整部137的工序中,优选将调整部137形成于Si基板F2的下表面中与第二区域对应的位置。

另外,调整膜厚的工序优选包括对压电薄膜F3和保护膜235的膜厚进行测定的工序和基于测定出的膜厚对调整膜236的膜厚进行调整的工序。

特别是,调整膜厚的工序优选包括对谐振子10的谐振频率进行测定的工序和基于所测定出的谐振频率对调整膜236的膜厚进行调整的工序。在该优选方式中,能够亦兼顾基于谐振子10的尺寸的谐振频率的波动,对调整膜236的膜厚进行调整。另外,优选为,形成谐振子10的工序包括在Si基板F2的下表面形成氧化硅层F2’的工序,形成调整膜236的工序包括在氧化硅层F2’上或者在氧化硅层F2’和Si基板F2上形成调整膜236的工序。

以上说明的各实施方式用于方便理解本发明,并非用于限定解释本发明的内容。本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行变更/改进,并且本发明中亦包含其等价物。即,本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更所得的方案只要具备本发明的特征,就包含于本发明的范围中。例如,各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并非局限于例示的内容,也能够适当地变更。另外,各实施方式为例示,自然能够对不同实施方式中示出的结构进行部分置换或者组合,只要包含本发明的特征,它们就包含于本发明的范围之中。

附图标记说明

1…谐振装置;10…谐振子;30…上盖;20…下盖;140…保持部;140a~d…框体;110…保持臂;120…振动部;130…基部;135A~D…振动臂;136A~D…锤部;137A~D…调整部;F2…Si基板;F2’…氧化硅层(温度特性修正层);235…保护膜;236…调整膜。

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