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JP5940901B2 - Method for manufacturing element having electrode film - Google Patents
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JP5940901B2 - Method for manufacturing element having electrode film - Google Patents

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Description

本発明は、音叉型水晶振動子等の素子の製造方法関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a device such as a tuning fork type quartz oscillator.

真空蒸着は、一般的には到達圧力が10−4Pa、蒸着時の圧力は10−3Pa〜10−2Paである。基板を300〜400℃に加熱して蒸着することも実施されている。 In vacuum vapor deposition, the ultimate pressure is generally 10 −4 Pa, and the pressure during vapor deposition is 10 −3 Pa to 10 −2 Pa. It is also practiced to heat the substrate to 300 to 400 ° C. for vapor deposition.

従来、音叉型水晶振動子(以下、振動子ともいう)を用いて主として大気圧以下の圧力を測定する方法が知られている(特許文献1)。これは、振動子の共振インピーダンスが、分子流領域では圧力に比例して増加し、粘性流領域では圧力の1/2乗に比例して増加するという、振動子の持つ優れた特徴を利用したものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a method of mainly measuring a pressure below atmospheric pressure using a tuning fork type crystal resonator (hereinafter also referred to as a resonator) (Patent Document 1). This is because the resonance impedance of the vibrator increases in proportion to the pressure in the molecular flow region and increases in proportion to the 1/2 power of the pressure in the viscous flow region. Is.

大気圧から10−2〜10−3Torr台までの広い圧力範囲での測定が可能なことから、有力な圧力測定手段として認められている。 Since it is possible to measure in a wide pressure range from atmospheric pressure to 10 −2 to 10 −3 Torr, it is recognized as an effective pressure measuring means.

この振動子を用いた測定方法では、圧力を測定すべき空間に振動子を配置し、発振回路を介して振動子を振動させ、その共振インピーダンスZを求める。この測定された共振インピーダンスZと、固有共振インピーダンスZ(一般に高真空における値であり、高真空下にて測定されていないCI値とは異なる)との差ΔZ(=Z−Z)から、気体の圧力を測定するようにしている。 In this measurement method using a vibrator, the vibrator is arranged in a space where pressure is to be measured, the vibrator is vibrated through an oscillation circuit, and the resonance impedance Z is obtained. From the difference ΔZ (= Z−Z 0 ) between the measured resonance impedance Z and the intrinsic resonance impedance Z 0 (generally a value at high vacuum and different from a CI value not measured under high vacuum). The gas pressure is measured.

この測定方法では、振動子の周囲温度の変化によって固有共振インピーダンスも変化するので、低い圧力側で測定誤差が大きくなり、正確な圧力測定ができないという問題があった。   In this measurement method, the natural resonance impedance also changes due to a change in the ambient temperature of the vibrator. Therefore, there is a problem in that a measurement error increases on the low pressure side and accurate pressure measurement cannot be performed.

固有共振インピーダンスZは、広い温度範囲(−20〜+60℃)において数kΩ変化する。これに対して、差ΔZは10−1〜10−2Torrの領域では数kΩ程度、10−2〜10−3Torr領域では数10Ω程度と、圧力が低くなるに従って差ΔZが小さくなる。つまり、温度によって変化する振動子の固有共振インピーダンスZの変化が無視できなくなる。そして、このことが、振動子を用いて圧力測定する際の圧力範囲の測定限界となっていた。 The natural resonance impedance Z 0 varies by several kΩ over a wide temperature range (−20 to + 60 ° C.). On the other hand, the difference ΔZ is about several kΩ in the region of 10 −1 to 10 −2 Torr, and about several tens of Ω in the region of 10 −2 to 10 −3 Torr, and the difference ΔZ decreases as the pressure decreases. That is, change in the natural resonance impedance Z 0 of the oscillator varies with the temperature can not be ignored. This is the measurement limit of the pressure range when measuring pressure using a vibrator.

本願出願人は、音叉型水晶振動子の共振周波数fを測定し、その共振周波数fから音叉型水晶振動子の温度Tを求め、温度Tにおける固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)と共振インピーダンスZとの差ΔZ=Z−(Z+ΔZ)から、気体の圧力を測定する方法を提案し、特許第2077851号を得ている(特許文献2)。この方法は、測定中の振動子の温度に基づく誤差をなくし、正確な圧力を測定できるという効果がある。 The applicant of the present application measures the resonance frequency f of the tuning fork type crystal resonator, obtains the temperature T of the tuning fork type crystal resonator from the resonance frequency f, and obtains the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) and the resonance impedance Z at the temperature T. From the difference ΔZ = Z− (Z 0 + ΔZ T ), a method for measuring the gas pressure is proposed, and Patent No. 2077851 is obtained (Patent Document 2). This method has an effect of eliminating an error based on the temperature of the vibrator under measurement and measuring an accurate pressure.

ただし、共振周波数fと温度Tとの相関データや、温度Tと固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)との相関に基づいて圧力を演算することから、個々の水晶振動子についての相関データのデータ収集工数と演算回路の分だけコストアップするという課題を有していた。 However, since the pressure is calculated based on the correlation data between the resonance frequency f and the temperature T and the correlation between the temperature T and the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ), the data of the correlation data for each crystal resonator. There was a problem of increasing the cost by the number of man-hours and the arithmetic circuit.

実開昭64−38547号公報Japanese Utility Model Publication No. 64-38547 特公平7−97060号公報Japanese Patent Publication No. 7-97060

特許文献2の方法は、共振周波数fと温度Tとの相関データや、温度Tと固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)との相関に基づいて圧力を演算することから、個々の水晶振動子についての相関データのデータ収集工数と演算回路の分だけコストアップするという課題を有していた。 The method of Patent Document 2 calculates pressure based on correlation data between the resonance frequency f and the temperature T, and correlation between the temperature T and the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ). However, there is a problem of increasing the cost by the amount of man-hours for collecting the correlation data and the arithmetic circuit.

固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度依存性を改善することに加えて、水晶摩擦圧力計の測定下限を下げる要求がある。水晶摩擦圧力計の測定下限は、音叉型水晶振動子の圧力感度と、固有共振インピーダンスZの電気雑音(瞬時の最大電圧変化、単位時間内の電圧ドリフトまたは1℃あたりの電圧変化)によって決定される。圧力感度は音叉型水晶振動子のサイズに依存して実用的な限度が存在する。一方、電気雑音については、固有共振インピーダンスZの温度依存性と同様に、水晶の物性に深く係っているため、理論的解析が待たれていた。 In addition to improving the temperature dependence of the intrinsic resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ), there is a need to lower the measurement lower limit of the quartz friction pressure gauge. Detection limit of the quartz friction manometer determined, the pressure sensitivity of the tuning fork crystal, by electrical noise inherent resonance impedance Z 0 (maximum voltage change instantaneously, the voltage change of the voltage drift or per 1 ℃ in unit time) Is done. The pressure sensitivity has a practical limit depending on the size of the tuning fork crystal unit. On the other hand, the electrical noise is deeply related to the physical properties of the crystal as well as the temperature dependence of the natural resonance impedance Z 0 , so that a theoretical analysis has been awaited.

本発明者は、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度特性及び電気雑音に関する実験データから、従来から言われている水晶振動子の振動時の内部摩擦や水晶片の支持系損失といった振動エネルギーの損失の他に違う要因があると確信した。そして、水晶振動子に形成される電極膜の特性が、固有共振インピーダンスに大きな影響を与えることを発見した。 From the experimental data regarding the temperature characteristics of the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) and electrical noise of the tuning fork type crystal resonator, the present inventor has studied the internal friction during the vibration of the crystal resonator and the crystal piece. I was convinced that there were other factors besides the loss of vibration energy such as support system loss. And it discovered that the characteristic of the electrode film formed in a quartz oscillator had a big influence on a specific resonance impedance.

音叉型水晶振動子は、一枚の水晶基板上に同時に多数個製造される。このような場合、基板に形成される複数の素子(例えば音叉型水晶振動子)の各々が矩形断面の素子部を含み、素子部が、基板の厚さ方向で対向する第1及び第2主面と、前記第1及び第2主面と直交する第1及び第2側面とを有する。そして、電極膜は、第1及び第2主面と、第1及び第2側面との全ての面に形成される。この場合、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンス等の素子の特性が、特に第1及び第2の側面に形成される電極膜の膜厚及び膜質に影響される。   A large number of tuning fork crystal units are manufactured simultaneously on a single crystal substrate. In such a case, each of a plurality of elements (for example, a tuning fork type crystal resonator) formed on the substrate includes an element portion having a rectangular cross section, and the element portions are opposed to each other in the thickness direction of the substrate. And a first side surface and a second side surface perpendicular to the first and second main surfaces. The electrode film is formed on all surfaces of the first and second main surfaces and the first and second side surfaces. In this case, the characteristics of the element such as the natural resonance impedance of the tuning fork type crystal resonator are particularly affected by the film thickness and film quality of the electrode film formed on the first and second side surfaces.

本発明の幾つかの態様では、素子に形成される矩形断面の第1及び第2主面と第1及び第2側面との全ての面に良質で適切な膜厚の電極膜を形成することができる素子の製造方法提供することを目的とする。 In some embodiments of the present invention, an electrode film having a good quality and an appropriate thickness is formed on all surfaces of the first and second main surfaces and the first and second side surfaces of the rectangular cross section formed in the element. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an element that can be used.

本発明の他のいくつかの態様は、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンスの特性を改善する素子の製造方法提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an element that improves the characteristic of the natural resonance impedance of a tuning fork type crystal resonator.

(1)本発明の一態様は、基板に形成される素子が、前記基板の表裏面と直交する断面が矩形である素子部を含み、前記素子部が、前記基板の厚さ方向で対向する第1及び第2主面と、前記第1及び第2主面と直交する第1及び第2側面とを有し、前記素子部に電極膜を成膜して前記素子を製造する方法であって、
真空チャンバー内にて成膜源と離間して配置され、かつ、回転軸に支持された基板ホルダーに、前記基板の表裏面を露出させて前記基板を支持して、前記回転軸をチルト駆動させて前記第1主面及び前記第1側面を前記成膜源と向い合わせ、前記第1主面及び第1側面に電極膜を成膜する第1成膜工程と、
前記第1成膜工程の後に、前記回転軸をチルト駆動させて前記第1主面及び前記第2側面を前記成膜源と向い合わせ、前記第1主面及び前記第2側面に前記電極膜を成膜する第2成膜工程と、
前記第1または第2成膜工程の後に、前記回転軸の駆動により前記基板を反転駆動させて、前記第2主面と前記第1及び第2側面の一方とを前記成膜源と向い合わせ、前記第2主面と前記第1及び第2側面の一方とに前記電極膜を成膜する第3成膜工程と、
前記第3成膜工程後に、前記回転軸をチルト駆動させて前記第2主面と前記第1及び第2側面の他方とを前記成膜源と向い合わせ、前記第2主面及び第2側面の他方とに前記電極膜を成膜する第4成膜工程と、
を含むことを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法に関する。
(1) In one embodiment of the present invention, an element formed on a substrate includes an element portion having a rectangular cross section orthogonal to the front and back surfaces of the substrate, and the element portion faces in the thickness direction of the substrate. A method of manufacturing the device by forming first and second main surfaces and first and second side surfaces orthogonal to the first and second main surfaces and forming an electrode film on the device portion. And
In a vacuum chamber, a substrate holder that is spaced apart from the film forming source and supported by the rotation shaft exposes the front and back surfaces of the substrate, supports the substrate, and drives the rotation shaft to tilt. A first film forming step of forming an electrode film on the first main surface and the first side surface by facing the first main surface and the first side surface to the film forming source;
After the first film formation step, the rotation axis is tilt-driven so that the first main surface and the second side surface face the film formation source, and the electrode film is formed on the first main surface and the second side surface. A second film forming step of forming a film;
After the first or second film forming step, the substrate is driven in reverse by driving the rotating shaft so that the second main surface and one of the first and second side surfaces face the film forming source. A third film forming step of forming the electrode film on the second main surface and one of the first and second side surfaces;
After the third film formation step, the rotation axis is tilt-driven so that the second main surface and the other of the first and second side surfaces face the film formation source, and the second main surface and second side surface A fourth film forming step of forming the electrode film on the other of
The present invention relates to a method for manufacturing an element having an electrode film.

本発明の一態様では、素子の第1及び第2主面が露出された状態で基板が基板ホルダーに支持されている。よつて、回転軸により基板ホルダーを反転させれば、素子の第1及び第2主面に電極膜を形成する動作を、基板を大気に接触させずに実現できる。   In one embodiment of the present invention, the substrate is supported by the substrate holder with the first and second main surfaces of the element exposed. Therefore, if the substrate holder is reversed by the rotation axis, the operation of forming the electrode films on the first and second main surfaces of the element can be realized without bringing the substrate into contact with the atmosphere.

基板ホルダーの回転軸は、チルト駆動により基板を傾斜させことができる。よって、チルト駆動無しでは成膜源と向かい合うことができなかった第1または第2側面を、基板をチルト駆動させることで、第1または第2側面を成膜源と向かい合わせることができる。それにより、第1〜第4成膜工程では、第1または第2の主面と同時に第1または第2側面に成膜することができる。ここで、成膜源と向かい合うとの意味は、第1及び第2主面の一方と第1及び第2側面の一方の面上の任意の点と、成膜源上の点とを、基板と干渉せずに直線で結ぶことができる位置関係を意味する。   The rotation axis of the substrate holder can tilt the substrate by tilt drive. Therefore, the first or second side face that could not face the film forming source without tilt driving can be driven to tilt the substrate, whereby the first or second side face can face the film forming source. Thereby, in the 1st-4th film-forming process, it can form into a film on the 1st or 2nd side surface simultaneously with the 1st or 2nd main surface. Here, the meaning of facing the film forming source means that an arbitrary point on one of the first and second main surfaces and one of the first and second side surfaces, and a point on the film forming source, This means a positional relationship that can be connected with a straight line without interfering with the line.

ここで、第1〜第4成膜工程の計4回の成膜工程中に、第1主面、第2主面、第1側面および第2側面の各々について、2回ずつ成膜を実施することができる。これにより、特に成膜が困難であった第1及び第2側面にも、連続膜となって低い電気抵抗の所望の膜厚の電極膜を、基板を大気と接触させずに形成することができる。   Here, during each of the first to fourth film forming steps, a total of four film forming steps, the first main surface, the second main surface, the first side surface, and the second side surface were formed twice. can do. As a result, an electrode film having a desired film thickness with a low electrical resistance can be formed on the first and second side surfaces, which are particularly difficult to form, without contacting the substrate with the atmosphere. it can.

(2)本発明の一態様では、
前記電極膜は、前記基板に形成される第1電極膜と、前記第1電極膜上に形成される第2電極膜とを含み、
前記成膜源は、前記第1電極膜となる材料を蒸着させる第1蒸着源と、前記第2電極膜となる材料を蒸着させる第2蒸着源とを含み、
前記第1蒸着源を用いた前記第1〜第4成膜工程にて前記第1電極膜を形成し、前記第2蒸着源を用いた前記第1〜第4成膜工程にて前記第2電極膜を形成することができる。
(2) In one aspect of the present invention,
The electrode film includes a first electrode film formed on the substrate and a second electrode film formed on the first electrode film,
The film formation source includes a first vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the first electrode film, and a second vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the second electrode film,
The first electrode film is formed in the first to fourth film forming steps using the first evaporation source, and the second electrode is formed in the first to fourth film forming steps using the second evaporation source. An electrode film can be formed.

この場合、第1電極膜として例えば基板との密着性が高い例えば高融点金属を選択でき、第2電極膜として例えば高融点金属と拡散合金化する金属材料を選択できる。   In this case, for example, a refractory metal having high adhesion to the substrate, for example, can be selected as the first electrode film, and a metal material that forms a diffusion alloy with the refractory metal can be selected as the second electrode film.

(3)本発明の一態様では、
前記電極膜は、前記基板に形成される第1電極膜と、前記第1電極膜上に形成される第2電極膜とを含み、
前記成膜源は、前記第1電極膜となる材料を蒸着させる第1蒸着源と、前記第2電極膜となる材料を蒸着させる第2蒸着源とを含み、
前記第1〜第4成膜工程の各々では、前記第1蒸着源と前記第2蒸着源とを同時に用いて、前記第1電極膜と前記第2電極膜との拡散合金化電極膜を形成することができる。
(3) In one aspect of the present invention,
The electrode film includes a first electrode film formed on the substrate and a second electrode film formed on the first electrode film,
The film formation source includes a first vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the first electrode film, and a second vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the second electrode film,
In each of the first to fourth film forming steps, a diffusion alloyed electrode film of the first electrode film and the second electrode film is formed using the first vapor deposition source and the second vapor deposition source simultaneously. can do.

このように、上記(2)とは異なり第1及び第2蒸着源から第1及び第2電極膜を同時蒸着することで、第1,第2電極膜の拡散合金化を達成することができる。それにより、第1,第2電極膜の成膜時間を大幅に短縮できる。後述の通り上記(2)でも熱処理により拡散合金化が可能であるが、同時蒸着によって再結晶化温度がより低い条件で拡散合金化することができる。また、この場合にも第1,第2電極膜間の酸化膜の形成を無視できる。   In this way, unlike the above (2), the first and second electrode films can be simultaneously vapor-deposited from the first and second vapor deposition sources to achieve diffusion alloying of the first and second electrode films. . Thereby, the film formation time of the first and second electrode films can be greatly shortened. As described later, diffusion alloying can also be performed by heat treatment in the above (2), but diffusion alloying can be performed under a condition where the recrystallization temperature is lower by simultaneous vapor deposition. Also in this case, the formation of an oxide film between the first and second electrode films can be ignored.

(4)本発明の一態様では、
前記成膜源は、前記電極膜を蒸着させる蒸着源であり、
前記蒸着源と前記基板間の距離をLとした時、前記真空チャンバー内にて前記電極膜を蒸着する圧力は、前記真空チャンバー内での残留気体分子の平均自由工程がLの1000倍以上となる圧力とすることができる。
(4) In one aspect of the present invention,
The film forming source is a vapor deposition source for depositing the electrode film,
When the distance between the deposition source and the substrate is L, the pressure for depositing the electrode film in the vacuum chamber is such that the mean free path of residual gas molecules in the vacuum chamber is 1000 times or more of L. The pressure can be

こうすると、蒸着源と基板との距離Lが、真空チャンバー内での蒸着時の圧力に依存して決定される残留気体分子の平均自由工程laよりも十分に小さくなり、蒸発分子と残留ガス分子との衝突の確率は1/1000以下に低減できる。これにより、真空チャンバー内の気相中で残留ガスとの反応によって発生する不純物が、電極膜中に混入されることを防ぐことができる。それにより、成膜中の構造欠陥の発生が抑えられ、素子が例えば音叉型水晶振動子の場合には、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンスを低くすると共に、固有共振インピーダンスの温度係数に基づく温度勾配を小さくして、固有共振インピーダンスの温度依存性を小さくすることができる。   In this way, the distance L between the vapor deposition source and the substrate is sufficiently smaller than the mean free path la of the residual gas molecules determined depending on the pressure during vapor deposition in the vacuum chamber, and the evaporated molecules and the residual gas molecules The probability of collision with can be reduced to 1/1000 or less. Thereby, it is possible to prevent impurities generated by the reaction with the residual gas in the gas phase in the vacuum chamber from being mixed into the electrode film. As a result, the occurrence of structural defects during film formation is suppressed, and when the element is, for example, a tuning fork crystal resonator, the natural resonance impedance of the tuning fork crystal resonator is lowered and the temperature coefficient of the natural resonance impedance is used. The temperature gradient can be reduced to reduce the temperature dependence of the natural resonance impedance.

(5)本発明の一態様では、前記真空チャンバー内の蒸着時の圧力を、1.33×10−5Pa以下とすることができる。この圧力は、真空チャンバー内での残留気体分子の平均自由工程がLの1000倍以上となる圧力である。 (5) In 1 aspect of this invention, the pressure at the time of vapor deposition in the said vacuum chamber can be 1.33 * 10 < -5 > Pa or less. This pressure is a pressure at which the mean free path of residual gas molecules in the vacuum chamber is 1000 times or more of L.

(6)本発明の一態様では、前記真空チャンバー内の蒸着時の酸素分圧を、1×10−6Pa以下とすることができる。これにより、電極膜に酸化膜が形成されることを防止できる。とくに、電極膜として第1,第2電極膜を積層形成する時に、第1,第2電極膜間に酸化膜が形成されることを防止して、第1,第2電極膜を拡散合金化させる熱処理温度を低下させることができる。 (6) In one aspect of the present invention, the oxygen partial pressure during vapor deposition in the vacuum chamber can be 1 × 10 −6 Pa or less. Thereby, it can prevent that an oxide film is formed in an electrode film. In particular, when the first and second electrode films are stacked as electrode films, an oxide film is prevented from being formed between the first and second electrode films, and the first and second electrode films are formed into a diffusion alloy. The heat treatment temperature to be reduced can be reduced.

(7)本発明の一態様では、前記基板を、前記基板とは非接触にて、前記電極膜を形成する蒸着材料の再結晶化温度未満の成膜温度で加熱しながら、前記電極膜を蒸着することができる。   (7) In one embodiment of the present invention, the electrode film is heated while being heated at a film formation temperature lower than a recrystallization temperature of a vapor deposition material for forming the electrode film in a non-contact manner with the substrate. It can be deposited.

これにより、基板表面の水、不純物を除去して基板と電極膜との付着力を高めると共に、蒸着された電極膜と基板との熱膨張率の差により発生する内部応力を低減できる。しかも、再結晶化温度未満の基板温度で成膜することで、蒸着される電極膜の巨視的形状を変化させることがない。   Thereby, water and impurities on the surface of the substrate are removed to increase the adhesion between the substrate and the electrode film, and internal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the deposited electrode film and the substrate can be reduced. Moreover, the macroscopic shape of the deposited electrode film is not changed by forming the film at a substrate temperature lower than the recrystallization temperature.

(8)本発明の一態様では、前記電極膜の成膜後に、前記成膜温度より高い温度で、前記基板を熱処理する工程をさらに有することができる。   (8) In one embodiment of the present invention, the method may further include a step of heat-treating the substrate at a temperature higher than the film formation temperature after forming the electrode film.

それにより、成膜時に電極膜中に生じた空孔、格子間原子、各種の転移、積層欠陥、不純物(異種原子・分子)などの構造欠陥を、成膜後に減少させることができる。構造欠陥の少ない電極膜を形成することで、例えば音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンス値及び電気雑音を下げることができる。それにより、この音叉型水晶振動子を用いて摩擦水晶圧力計を構成した時、測定圧力範囲の下限を下げることができる。とくに、電極膜として第1,第2電極膜を積層形成する時に、第1,第2電極膜を拡散合金化させることができる。その際に、上述した通り第1,第2電極膜間に酸化膜が形成されることが防止される。また、第1,第2電極膜を拡散合金化させる熱処理温度は、上記(2)の時分割蒸着と同じか、もしくは蒸着材料の再結晶化温度よりも低い温度とすることができる。   Thereby, structural defects such as vacancies, interstitial atoms, various transitions, stacking faults, and impurities (heterogeneous atoms / molecules) generated in the electrode film at the time of film formation can be reduced. By forming an electrode film with few structural defects, for example, the natural resonance impedance value and electrical noise of a tuning fork type crystal resonator can be lowered. Thereby, when a friction crystal pressure gauge is configured using this tuning fork type crystal resonator, the lower limit of the measurement pressure range can be lowered. In particular, when the first and second electrode films are stacked as electrode films, the first and second electrode films can be formed into a diffusion alloy. At this time, as described above, the formation of an oxide film between the first and second electrode films is prevented. Further, the heat treatment temperature for forming the first and second electrode films into a diffusion alloy can be the same as the time-division vapor deposition in the above (2) or lower than the recrystallization temperature of the vapor deposition material.

(9)本発明の一態様では、前記電極膜を蒸着する時の蒸着速度をAvとしたとき、10−5g/(cm・S)≦Av≦10−2g/(cm・S)とすることができる。 (9) In one aspect of the present invention, when the deposition rate when depositing the electrode film is Av, 10 −5 g / (cm 2 · S) ≦ Av ≦ 10 −2 g / (cm 2 · S ).

実用的範囲である上記の蒸着速度を得るための電極膜材料の蒸発温度と飽和蒸気圧曲線との関係から、蒸着時の圧力が10−5Pa以下では、電極膜材料が蒸発するのに全く問題にならない。 From the relationship between the evaporation temperature of the electrode film material and the saturated vapor pressure curve for obtaining the above deposition rate, which is a practical range, when the pressure during deposition is 10 −5 Pa or less, the electrode film material is completely evaporated. It doesn't matter.

(10)本発明の一態様では、前記基板は水晶基板であり、前記素子は、2本の腕を前記素子部として有する音叉型水晶振動子とすることができる。   (10) In one aspect of the present invention, the substrate may be a quartz substrate, and the element may be a tuning fork type crystal resonator having two arms as the element portion.

音叉型水晶振動子の製造方法に本発明を適用すると、上述した通り、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンスの温度係数に基づく温度勾配を小さくして、固有共振インピーダンスの温度依存性を小さくすることができる。また、音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンス値及び電気雑音を下げることができる。   When the present invention is applied to a method for manufacturing a tuning fork crystal resonator, as described above, the temperature gradient based on the temperature coefficient of the natural resonance impedance of the tuning fork crystal resonator is reduced, and the temperature dependence of the natural resonance impedance is reduced. be able to. In addition, the natural resonance impedance value and electric noise of the tuning fork type crystal resonator can be lowered.

(11)本発明の他の態様は、
真空チャンバーと、
前記真空チャンパ内に配置された成膜源と、
前記真空チャンバー内にて前記成膜源と離間して配置され、かつ、基板の表面及び裏面を露出させて前記基板を支持し、回転軸に支持されて基板を支持する基板ホルダーと、
を有し、
前記基板ホルダーは、前記回転軸の回転角が制御されて、前記基板の前記表面及び前記裏面の一方が前記成膜源と向かい合うように前記基板を反転させる反転駆動と、前記基板を傾斜させるチルト駆動とを行う成膜装置に関する。
(11) Another aspect of the present invention is:
A vacuum chamber;
A film forming source disposed in the vacuum chamber;
A substrate holder disposed in the vacuum chamber and spaced apart from the film forming source, supporting the substrate by exposing a front surface and a back surface of the substrate, and supported by a rotating shaft to support the substrate;
Have
The substrate holder is controlled so that a rotation angle of the rotation shaft is controlled so that one of the front surface and the back surface of the substrate faces the film formation source, and a reversing drive for tilting the substrate. The present invention relates to a film formation apparatus that performs driving.

本発明の他の態様によれば、上述した(1)の本発明方法を好適に実施することができる。   According to another aspect of the present invention, the above-described method (1) of the present invention can be suitably carried out.

(12)本発明の他の態様では、前記成膜源は蒸着材料の蒸着源であり、前記真空チャンバー内には、前記基板ホルダーに支持された前記基板を、前記電極膜の成膜中に、前記蒸着材料の再結晶化温度未満の成膜温度にて、前記基板とは非接触にて加熱する加熱部をさらに有することができる。   (12) In another aspect of the invention, the deposition source is a deposition source of a deposition material, and the substrate supported by the substrate holder is placed in the vacuum chamber during the deposition of the electrode film. And a heating unit that heats the deposition material at a film formation temperature lower than a recrystallization temperature in a non-contact manner with the substrate.

これにより、基板表面の水、不純物を除去して基板と電極膜との付着力を高めると共に、蒸着された電極膜と基板との熱膨張率の差により発生する内部応力を低減できる。しかも、再結晶化温度未満の基板温度で成膜することで、蒸着される電極膜の巨視的形状を変化させることがない。   Thereby, water and impurities on the surface of the substrate are removed to increase the adhesion between the substrate and the electrode film, and internal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the deposited electrode film and the substrate can be reduced. Moreover, the macroscopic shape of the deposited electrode film is not changed by forming the film at a substrate temperature lower than the recrystallization temperature.

(13)本発明の他の態様では、前記加熱部は、前記電極膜の成膜後に、前記基板ホルダーに支持された前記基板を、前記成膜温度より高い温度にて、前記基板を熱処理することができる。   (13) In another aspect of the invention, the heating unit heat-treats the substrate supported by the substrate holder at a temperature higher than the film formation temperature after the electrode film is formed. be able to.

成膜後に電極膜を成膜温度よりも高い基板温度で熱処理することで、成膜時に生じた電極膜中の構造欠陥を少なくすることができる。熱処理温度は成膜時の温度よりも高ければ、再結晶化温度未満でも再結晶化温度以上でもよい。熱処理温度が再結晶化温度未満であれば、蒸着された電極膜の巨視的形状を変化させることがない。熱処理温度が再結晶化温度以上であっても、短時間の熱処理であれば、蒸着された電極膜の巨視的形状を変化させることがない。   By heat-treating the electrode film at a substrate temperature higher than the film formation temperature after the film formation, structural defects in the electrode film generated during the film formation can be reduced. The heat treatment temperature may be lower than the recrystallization temperature or higher than the recrystallization temperature as long as it is higher than the temperature at the time of film formation. If the heat treatment temperature is lower than the recrystallization temperature, the macroscopic shape of the deposited electrode film is not changed. Even if the heat treatment temperature is equal to or higher than the recrystallization temperature, the macroscopic shape of the deposited electrode film is not changed as long as the heat treatment is performed for a short time.

本発明の実施形態に係る水晶摩擦圧力計の断面図である。It is sectional drawing of the quartz friction pressure gauge which concerns on embodiment of this invention. 図1の水晶摩擦圧力計に用いられる音叉型水晶振動子の概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of a tuning fork type crystal resonator used in the quartz friction pressure gauge of FIG. 1. 音叉型水晶振動子の2つの腕部の素子部を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the element part of the two arm parts of a tuning fork type crystal resonator. 音叉型水晶振動子の主面に形成される電極膜の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electrode film formed in the main surface of a tuning fork type crystal resonator. 水晶摩擦圧力計を含む測定回路のブロック図である。It is a block diagram of a measurement circuit including a quartz friction pressure gauge. 音叉型水晶振動子(感温振動子)の発振周波数と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oscillation frequency and temperature of a tuning fork type crystal resonator (temperature-sensitive resonator). 音叉型水晶振動子のインピーダンス変化分ΔZと圧力(Pa)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between impedance variation (DELTA) Z and pressure (Pa) of a tuning fork type crystal resonator. 音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンスの温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the natural resonance impedance of a tuning fork type crystal resonator. 水晶摩擦圧力計の出力電圧と圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage and pressure of a quartz friction pressure gauge. 一般的な音叉型水晶振動子の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of a general tuning fork type crystal resonator. 図3に示す電極膜の展開図を示す図である。It is a figure which shows the expanded view of the electrode film shown in FIG. 図12(A)〜図12(D)は、電極膜の薄膜抵抗を考慮に入れた音叉型水晶振動子の等価回路を示す図である。FIG. 12A to FIG. 12D are diagrams showing an equivalent circuit of a tuning fork type crystal resonator taking into consideration the thin film resistance of the electrode film. 音叉型水晶振動子に形成される電極膜の抵抗値(実測値)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the resistance value (measured value) of the electrode film formed in a tuning fork type crystal resonator. 音叉型水晶振動子の腕部の側面に形成される膜厚が異なる2種類の電極膜の抵抗値(実測値)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of resistance value (actually measured value) of two types of electrode films from which the film thickness formed in the side surface of the arm part of a tuning fork type crystal vibrator differs. 水晶振動子の固有共振インピーダンスを改善する要因を示す図である。It is a figure which shows the factor which improves the natural resonance impedance of a crystal oscillator. 高真空下での焼鈍しの前後の水晶振動子の固有共振インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the natural resonance impedance characteristic of the crystal oscillator before and behind annealing in a high vacuum. 低真空下での焼鈍しの前後の水晶振動子の固有共振インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the natural resonance impedance characteristic of the crystal oscillator before and behind annealing in a low vacuum. 図18(A)〜図18(C)は、水晶振動子の固有共振インピーダンスの3つのタイプの電気雑音を示す図である。18A to 18C are diagrams showing three types of electrical noise of the natural resonance impedance of the crystal resonator. 図19(A)〜図19(H)は音叉型水晶振動子の製造工程の概略を模式的に示す図である。FIGS. 19A to 19H are views schematically showing an outline of the manufacturing process of the tuning fork type crystal resonator. 成膜装置(蒸着装置)を示す図である。It is a figure which shows the film-forming apparatus (vapor deposition apparatus). 図21(A)(B)は基板の反転駆動を示す図である。FIGS. 21A and 21B are diagrams showing inversion driving of the substrate. 図22(A)(B)は基板のチルト駆動を示す図である。22A and 22B are diagrams showing tilt drive of the substrate. 第1成膜工程を示す図である。It is a figure which shows a 1st film-forming process. 第2成膜工程を示す図である。It is a figure which shows a 2nd film-forming process. 第3成膜工程を示す図である。It is a figure which shows a 3rd film-forming process. 第4成膜工程を示す図である。It is a figure which shows a 4th film-forming process. 従来の蒸着時圧力の下での蒸着分子と残留気体分子との衝突確率を示す図である。It is a figure which shows the collision probability of the vapor deposition molecule | numerator and residual gas molecule under the pressure at the time of the conventional vapor deposition. 本実施形態の蒸着時圧力の下での蒸着分子と残留気体分子との衝突確率を示す図である。It is a figure which shows the collision probability of the vapor deposition molecule | numerator and residual gas molecule under the pressure at the time of vapor deposition of this embodiment. 基板に入射する残留ガス分子の入射率νLと蒸発分子の入射率νLとの比率と、CrとAuの薄膜成長速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of incident rate (nu) L of the residual gas molecule which injects into a board | substrate, and incident rate (nu) L of an evaporation molecule, and the thin film growth rate of Cr and Au. 図29よりも低圧において、基板に入射する残留ガス分子の入射率νLと蒸発分子の入射率νLとの比率と、CrとAuの薄膜成長速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the incidence rate (nu) L of the residual gas molecule which injects into a board | substrate, and the incidence rate (nu) L of an evaporation molecule | numerator, and the thin film growth rate of Cr and Au in lower pressure than FIG. 本実施形態の音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the natural resonance impedance characteristic of the tuning fork type | mold crystal resonator of this embodiment. Cr、Auの飽和蒸気圧曲線を示す図である。It is a figure which shows the saturation vapor pressure curve of Cr and Au. Cr,Auが基板に蒸着される単位面積当たりの蒸着速度を示す図である。It is a figure which shows the vapor deposition rate per unit area in which Cr and Au are vapor-deposited on a board | substrate.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not always.

1.水晶摩擦圧力計の概要
1.1.圧力計の構造
図1は、本発明の第1実施形態に係る水晶摩擦圧力計の断面図である。図1において、この圧力計1は、真空室10と連通する部屋12を形成する筒状のケース本体20を有する。ケース本体20の下端フランジ22が、真空室10の壁部14に固定される。音叉型水晶振動子30は、電極40に接続されている。電極40を気密シールして保持し、かつ、電極40に接続された水晶振動子30を部屋12内に配置して、ケース本体20に対して気密シールされて支持される気密シール構造50が設けられている。さらに、気密シール構造50に保持され、電極40に接続された水晶振動子30を包囲して測定室62を形成し、かつ、測定室62と真空室10とを連通させるフィルタ部材60が設けられている。フィルタ部材60は、例えばSUS(ステンレス)焼結体にて形成される。
1. Overview of quartz friction pressure gauge 1.1. FIG. 1 is a cross-sectional view of a quartz friction pressure gauge according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the pressure gauge 1 has a cylindrical case body 20 that forms a chamber 12 that communicates with a vacuum chamber 10. A lower end flange 22 of the case body 20 is fixed to the wall portion 14 of the vacuum chamber 10. The tuning fork type crystal resonator 30 is connected to the electrode 40. The electrode 40 is hermetically sealed and held, and the quartz crystal resonator 30 connected to the electrode 40 is disposed in the chamber 12 to provide an airtight seal structure 50 that is hermetically sealed and supported with respect to the case body 20. It has been. Furthermore, a filter member 60 that is held by the hermetic seal structure 50 and surrounds the crystal resonator 30 connected to the electrode 40 to form the measurement chamber 62 and that allows the measurement chamber 62 and the vacuum chamber 10 to communicate with each other is provided. ing. The filter member 60 is formed of, for example, a SUS (stainless steel) sintered body.

気密シール構造50は、例えば第1シール体52、金属製筒体54及び第2シール体58に3分割されている。第1シール体52は、筒体54内にて電極40を気密シールして保持し、かつ電極40を電気的に絶縁する碍子として機能する。筒体54の下端にはネジ部56が形成され、フィルタ部材60と螺合している。第2シール体58はリング状に形成され、筒体54をケース本体20内にて気密シールして保持している。この第2シール体58は、ケース本体20と筒体54とがそれぞれ接地される場合に、両者を電気的に絶縁する碍子としても機能する。   The hermetic seal structure 50 is divided into, for example, a first seal body 52, a metal cylinder 54, and a second seal body 58. The first seal body 52 functions as a lever that hermetically seals and holds the electrode 40 in the cylindrical body 54 and electrically insulates the electrode 40. A threaded portion 56 is formed at the lower end of the cylindrical body 54 and is screwed into the filter member 60. The second seal body 58 is formed in a ring shape, and the cylinder body 54 is hermetically sealed in the case body 20 and held. The second seal body 58 also functions as an insulator that electrically insulates the case main body 20 and the cylindrical body 54 from each other when they are grounded.

1.2.音叉型水晶振動子の構造
素子部に電極膜を有する素子の一例である音叉型水晶振動子30は、図2に示すように、素子部である2つの腕部32A,32Bと、この2つの腕部32A,32Bの一端を連結した基部34と、を有する。2つの腕部32A,32Bの各々は、断面幅Wおよび断面厚tの矩形断面部を有する。2つの腕部32A,32Bの矩形断面部の寸法W,t及び腕の長さLaは、共振インピーダンスZの圧力依存性が大きくなるように設計される。2つの腕部32A,32Bの寸法については後述する。
1.2. Tuning Fork Type Crystal Resonator Structure As shown in FIG. 2, the tuning fork type crystal resonator 30 which is an example of an element having an electrode film on the element portion includes two arm portions 32A and 32B which are element portions. And a base 34 connecting one end of each of the arms 32A and 32B. Each of the two arm portions 32A and 32B has a rectangular cross section having a cross section width W and a cross section thickness t. The dimensions W and t of the rectangular cross-sections of the two arm portions 32A and 32B and the arm length La are designed so that the pressure dependency of the resonance impedance Z is increased. The dimensions of the two arm portions 32A and 32B will be described later.

図3は、図2に示す音叉型水晶振動子30の2つの腕部32A,32Bの矩形断面部を模式的に示す。図3に示すように、2つの腕部32A,32Bには、図1に示す電極40を構成する2本の第1,第2の電極40A,40Bに接続される第1,第2の電極パターン(電極膜)70A,70Bが形成される。   FIG. 3 schematically shows rectangular cross sections of the two arm portions 32A and 32B of the tuning fork type crystal resonator 30 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the two arm portions 32A and 32B have first and second electrodes connected to the two first and second electrodes 40A and 40B constituting the electrode 40 shown in FIG. Patterns (electrode films) 70A and 70B are formed.

図3では、腕部32Aの2つの主面であって、腕部32Aの厚さ方向(断面厚tの方向)にて相対向する第1主面32A1および第2主面32A3には、第1の電極パターン70Aが形成されている。腕部32Aの2つの側面であって、厚さ方向と直交する幅方向(断面幅Wの方向)にて相対向する第1側面32A2および第2側面32A4には、第2の電極パターン70Bが形成されている。   In FIG. 3, the first main surface 32A1 and the second main surface 32A3, which are the two main surfaces of the arm portion 32A and face each other in the thickness direction of the arm portion 32A (the direction of the cross-sectional thickness t), One electrode pattern 70A is formed. The second electrode pattern 70B is formed on the first side surface 32A2 and the second side surface 32A4 which are opposite to each other in the width direction (direction of the cross-sectional width W) orthogonal to the thickness direction on the two side surfaces of the arm portion 32A. Is formed.

一方、腕部32Bの2つの主面であって、腕部32Bの厚さ方向(断面厚tの方向)にて相対向する第1主面32B1および第2主面32B3には、第2電極パターン70Bが形成されている。腕部32Bの2つの側面であって、厚さ方向と直交する幅方向(断面幅Wの方向)にて相対向する第1側面32B2および第2側面32B4には、第1の電極パターン70Aが形成されている。   On the other hand, two main surfaces of the arm portion 32B, which are opposite to each other in the thickness direction of the arm portion 32B (the direction of the cross-sectional thickness t), are the second main surface 32B1 and the second main surface 32B3. A pattern 70B is formed. On the two side surfaces of the arm portion 32B, the first electrode pattern 70A is formed on the first side surface 32B2 and the second side surface 32B4 that face each other in the width direction (direction of the cross-sectional width W) orthogonal to the thickness direction. Is formed.

ただし、図3は第1,第2の電極パターン70A,70Bと電極40A,40Bとの接続を模式的に示したもので、実際には図4に示すように、2つの腕32A,32Bの4つの面(32A1〜32A4,32B1〜32B4)の各々にて、第1及び第2の電極パターン70A,70Bの一方または双方が、互いに絶縁された異なる領域に形成されている。   However, FIG. 3 schematically shows the connection between the first and second electrode patterns 70A and 70B and the electrodes 40A and 40B. Actually, as shown in FIG. 4, the two arms 32A and 32B are connected to each other. On each of the four surfaces (32A1 to 32A4, 32B1 to 32B4), one or both of the first and second electrode patterns 70A and 70B are formed in different regions insulated from each other.

音叉型水晶振動子30は、第1,第2の電極パターン70A,70B間に挟まれた水晶片に発生する圧電効果と、外部から掛けられる振動電界が「共振」することを利用して、一定周波数のメカ的振動と電気的振動(圧電効果)を起こすものである。   The tuning fork type crystal resonator 30 utilizes the fact that the piezoelectric effect generated in the crystal piece sandwiched between the first and second electrode patterns 70A and 70B and the oscillating electric field applied from the outside “resonate”. It causes mechanical vibration and electrical vibration (piezoelectric effect) at a certain frequency.

1.3.水晶摩擦圧力計を含む測定回路
図5は、水晶摩擦圧力計1を含む測定回路200のブロック図である。図5において、水晶振動子30の一端に接続され、水晶振動子30を流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換器210と、水晶振動子30の他端に接続された減衰器例えば1/10減衰器220と、1/10減衰器220からの電流を整流する第1の全波整流器230と、第1の全波整流器230からの電圧と、基準電圧源240からの基準電圧とを比較する比較器250と、比較器250の出力電圧に基づいて1/10減衰器220の出力をさらに減衰する電圧制御減衰器260と、電圧制御減衰器260及び電流電圧変換器210の加算出力を整流する第2の全波整流器270と、を有する。
1.3. FIG. 5 is a block diagram of a measurement circuit 200 including the quartz friction pressure gauge 1. In FIG. 5, a current-voltage converter 210 that is connected to one end of the crystal resonator 30 and converts a current flowing through the crystal resonator 30 into a voltage, and an attenuator connected to the other end of the crystal resonator 30, for example, 1/10. The attenuator 220, the first full-wave rectifier 230 that rectifies the current from the 1/10 attenuator 220, the voltage from the first full-wave rectifier 230, and the reference voltage from the reference voltage source 240 are compared. Comparator 250, voltage-controlled attenuator 260 that further attenuates the output of 1/10 attenuator 220 based on the output voltage of comparator 250, and the summed output of voltage-controlled attenuator 260 and current-voltage converter 210 are rectified. A second full-wave rectifier 270.

図5では、第2の全波整流器270に接続されたアナログ/デジタル(A/D)変換器280と、水晶振動子30の発振周波数を測定する周波数測定手段例えば周波数カウンタ320と、1/10減衰器220に接続された周波数カウンタ290と、記憶部300とが設けられる。A/D変換器280、周波数カウンタ290及び記憶部300の出力は演算回路310に入力され、演算回路310の演算結果が表示部320に表示される。   In FIG. 5, an analog / digital (A / D) converter 280 connected to the second full-wave rectifier 270, frequency measuring means for measuring the oscillation frequency of the crystal resonator 30, for example, a frequency counter 320, and 1/10 A frequency counter 290 connected to the attenuator 220 and a storage unit 300 are provided. Outputs of the A / D converter 280, the frequency counter 290, and the storage unit 300 are input to the arithmetic circuit 310, and the calculation result of the arithmetic circuit 310 is displayed on the display unit 320.

ここで、電流電圧変換器210、電圧制御減衰器260、1/10減衰器220及び比較器250によって定電圧駆動型の自励発振回路を構成する。図3に示すように電極40A,40Bを、例えば±100mVピーク値の一定電圧で例えば周波数32kHzで交流駆動すると、電流電圧変換器210の出力振幅は水晶振動子の共振インピーダンス(Z)に反比例する。よって、水晶振動子30の共振インピーダンスZを反映した値(1/Z)が第2の全波整流器270の出力として得られる。例えば24bit分解能のA/D変換器280は、第2の全波整流器270の出力をデジタル変換して演算回路310に出力する。   Here, the current-voltage converter 210, the voltage controlled attenuator 260, the 1/10 attenuator 220, and the comparator 250 constitute a constant voltage drive type self-excited oscillation circuit. As shown in FIG. 3, when the electrodes 40A and 40B are AC driven at a constant voltage of, for example, ± 100 mV peak value, for example, at a frequency of 32 kHz, the output amplitude of the current-voltage converter 210 is inversely proportional to the resonance impedance (Z) of the crystal resonator. . Therefore, a value (1 / Z) reflecting the resonance impedance Z of the crystal resonator 30 is obtained as the output of the second full-wave rectifier 270. For example, the 24-bit resolution A / D converter 280 digitally converts the output of the second full-wave rectifier 270 and outputs it to the arithmetic circuit 310.

ここで、水晶振動子30の発振周波数と温度の関係は図6に示す通りであり、水晶振動子30の発振周波数fは実温度Tと直線的な相関を有する。このように、発振周波数が温度に対して直線的に変化する水晶振動子30を感温振動子と称する。このような感温振動子は、水晶のカット角に依存して形成することができる。   Here, the relationship between the oscillation frequency of the crystal unit 30 and the temperature is as shown in FIG. 6, and the oscillation frequency f of the crystal unit 30 has a linear correlation with the actual temperature T. In this way, the crystal resonator 30 whose oscillation frequency changes linearly with respect to temperature is referred to as a temperature-sensitive resonator. Such a temperature sensitive oscillator can be formed depending on the cut angle of the crystal.

1/10減衰器220の出力は、音叉型水晶振動子30の発振周波数fと相関のある矩形波出力である。よって、周波数カウンタ290は1/10減衰器220の出力周波数をカウントすることで、水晶振動子30の発振周波数fと相関のある温度T、その温度Tと対応する水晶振動子30のインピーダンスの温度依存値ΔZを検出できる。 The output of the 1/10 attenuator 220 is a rectangular wave output correlated with the oscillation frequency f of the tuning fork type crystal resonator 30. Therefore, the frequency counter 290 counts the output frequency of the 1/10 attenuator 220, so that the temperature T correlates with the oscillation frequency f of the crystal resonator 30 and the temperature of the impedance of the crystal resonator 30 corresponding to the temperature T. The dependency value ΔZ T can be detected.

一方、記憶部300はRAM、PPROMまたはROMなどにより形成され、水晶振動子30の固有共振インピーダンスZ0(高真空における値)を記憶している。従って、演算回路310は、A/D変換器280、周波数カウンタ290及び記憶部300の出力に基づいて、ΔZ=Z−(Z+ΔZ)に相当する電圧VDCを出力することができる。 On the other hand, the storage unit 300 is formed of RAM, PPROM, ROM, or the like, and stores the natural resonance impedance Z0 (value in high vacuum) of the crystal unit 30. Therefore, the arithmetic circuit 310 can output a voltage V DC corresponding to ΔZ = Z− (Z 0 + ΔZ T ) based on the outputs of the A / D converter 280, the frequency counter 290, and the storage unit 300.

測定された水晶振動子30の共振インピーダンスZと、温度Tにおける水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)との差ΔZは、気体の粘性(濃度)に依存した気体の圧力に相当する。なお、固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)は、高真空下で測定される値であり、高真空下にて測定されていないCI値とは異なる。インピーダンス変化分ΔZは、共振状態の水晶振動子30と、気体等との摩擦とによって生ずる。水晶摩擦圧力計1の測定原理は、気体の摩擦効力による水晶振動子30の共振インピーダンス変化分ΔZが、分子流領域(≧10Pa)では圧力の1乗に比例し、粘性流領域(≦100Pa)では圧力の1/2乗に比例する特性を利用している。ただし、中間流領域(10〜100Pa)では、気体の平均自由工程と振動子サイズが同程度になるため、すべり効果(振動子表面での気体の流れと振動子表面の速度との間にずれが生じる現象)によって特性が複雑となる。図7は、音叉型水晶振動子30のインピーダンス変化分ΔZと圧力(Pa)との関係を示す特性の一例を示している。 The difference ΔZ between the measured resonance impedance Z of the crystal unit 30 and the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the crystal unit 30 at the temperature T corresponds to the gas pressure depending on the viscosity (concentration) of the gas. To do. The natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) is a value measured under high vacuum, and is different from a CI value not measured under high vacuum. The impedance change ΔZ is generated by the resonance between the quartz crystal resonator 30 in the resonance state and the friction between the gas and the like. The measurement principle of the quartz friction pressure gauge 1 is that the change in resonance impedance ΔZ of the quartz resonator 30 due to the frictional effect of gas is proportional to the first power of pressure in the molecular flow region (≧ 10 Pa), and the viscous flow region (≦ 100 Pa). Uses a characteristic proportional to the 1/2 power of the pressure. However, in the intermediate flow region (10 to 100 Pa), the mean free path of the gas and the size of the vibrator are the same, so the slip effect (the gap between the gas flow on the vibrator surface and the velocity of the vibrator surface) Phenomenon), the characteristics become complicated. FIG. 7 shows an example of the characteristics indicating the relationship between the impedance change ΔZ and the pressure (Pa) of the tuning fork type crystal resonator 30.

2.音叉型水晶振動子の課題とその原因の考察
2.1.音叉型水晶振動子の課題
上述の通り、音叉型水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZT)は温度Tに依存したΔZ成分を含む温度依存性を有する。図8は、音叉型水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)を示している。固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)は一般に、温度Tにて最小値Zとなり、温度Tより低い温度ではΔZ成分は負の温度係数T1(ppm/℃)となり、温度Tより高い温度領域ではΔZ成分は正の温度係数T2となる。
2. 2. Considerations of tuning fork-type crystal units and their causes 2.1. Problems of Tuning Fork Crystal Resonator As described above, the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZT) of the tuning fork crystal resonator 30 has a temperature dependency including a ΔZ T component that depends on the temperature T. FIG. 8 shows the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the tuning fork type crystal resonator 30. The natural resonance impedance (Z 0 + [Delta] Z T) is generally the minimum value Z 0 becomes, [Delta] Z T component negative temperature coefficient T1 (ppm / ℃) at a temperature lower than the temperature T P becomes at a temperature T P, the temperature T P In the high temperature region, the ΔZ T component has a positive temperature coefficient T2.

音叉型水晶振動子30の課題は、振動子30の固有共振インピーダンスCIの最小値Zが大きいことと、ΔZ成分に伴う温度依存性が大きいことである。固有共振インピーダンスCIの最小値Zが大きいと、水晶振動子30の共振インピーダンス変化分ΔZの測定値が小さくなり、図7に示すように特に低い圧力での感度が劣化するという問題がある。それにより、圧力測定の下限値が高くなる。 Problems of the tuning-fork quartz resonator 30, and that the minimum value Z O of the natural resonance impedance CI of the vibrator 30 is large, is that a large temperature dependence due to [Delta] Z T component. If the minimum value Z 0 of the natural resonance impedance CI is large, the measured value of the resonance impedance change ΔZ of the crystal resonator 30 becomes small, and there is a problem that sensitivity at a particularly low pressure deteriorates as shown in FIG. Thereby, the lower limit of the pressure measurement is increased.

一方、ΔZ成分に伴う温度依存性が大きいと、ΔZ成分に相当する圧力が誤差となる。この点に関して、本願出願人による特許第2077851号では、水晶振動子30が、図6に示すように周波数が温度に対して比例する温度センサー機能を持つことを利用して、温度補償している。つまり、周波数から振動子30の温度Tを算出し、その温度Tでのインピーダンス値を補正し、圧力測定の下限を例えば10‐3Paまで可能にしている。ただし、ΔZ成分に伴う温度依存性は小さい方が良いことには変わりはない。 On the other hand, when a large temperature dependence due to [Delta] Z T components, pressure corresponding to [Delta] Z T component becomes error. In this regard, in Japanese Patent No. 2077851 filed by the present applicant, temperature compensation is performed by utilizing the temperature sensor function in which the crystal resonator 30 has a frequency proportional to the temperature as shown in FIG. . That is, the temperature T of the vibrator 30 is calculated from the frequency, the impedance value at the temperature T is corrected, and the lower limit of the pressure measurement is made, for example, 10 −3 Pa. However, the temperature dependence due to [Delta] Z T components smaller that the change is not good.

他の課題として、共振インピーダンス変化分ΔZは電圧として検出されるので、電気雑音の問題がある。図9は、水晶摩擦圧力計1にて検出される共振インピーダンス変化分ΔZに相当する直流電圧VDCと圧力(Pa)との関係を示している。電気雑音が大きいと、図9に示すように特に低い圧力でのSNが劣化するという問題がある。それによっても、圧力測定の下限値が高くなる。 As another problem, since the resonance impedance change ΔZ is detected as a voltage, there is a problem of electrical noise. FIG. 9 shows the relationship between the DC voltage VDC corresponding to the resonance impedance change ΔZ detected by the quartz friction pressure gauge 1 and the pressure (Pa). When the electrical noise is large, there is a problem that SN at a particularly low pressure deteriorates as shown in FIG. This also increases the lower limit of pressure measurement.

音叉型水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度依存性は、これまで「水晶のカット角によって決まる」との定説があったが、制御が難しく、水晶の物性解析が待たれていた。 The temperature dependence of the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the tuning fork type crystal resonator 30 has so far been determined to be “determined by the cut angle of the crystal”, but it is difficult to control and the physical property analysis of the crystal has been awaited. It was.

2.2.音叉型水晶振動子の課題が生ずる原因の考察
本発明者は、音叉型水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度特性及び電気雑音に関する実験データから、従来から言われている水晶振動子の振動時の内部摩擦や水晶片の支持系損失といった振動エネルギーの損失の他に違う要因があると確信した。そのために、水晶インピーダンスの観点から、これまで一般的に使用されている水晶振動子30の等価回路を見直した。
2.2. Consideration of the cause of the problem of the tuning fork type crystal resonator The present inventor has been said from the experimental data regarding the temperature characteristics and electric noise of the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the tuning fork type crystal resonator 30. I was convinced that there were other factors besides the loss of vibration energy, such as internal friction during the vibration of the crystal unit and loss of the support system of the crystal piece. Therefore, from the viewpoint of crystal impedance, the equivalent circuit of the crystal resonator 30 generally used so far has been reviewed.

図10は、一般的な水晶振動子の等価回路を示している。ここで、等価直列抵抗Rsは、振動時の内部摩擦や水晶片の支持系損失、音響損失といった振動エネルギーの損失成分を表す。等価直列静電容量C1は、機械的な運動に置き換えると,バネやゴムの弾力に相当する。等価直列インダクタンスL1は、機械的な運動に置き換えると振動している部分の質量に相当する。等価並列容量C0は、浮遊容量を含めた電極間の静電容量である。   FIG. 10 shows an equivalent circuit of a general crystal resonator. Here, the equivalent series resistance Rs represents a loss component of vibration energy such as internal friction at the time of vibration, support loss of the crystal piece, and acoustic loss. The equivalent series capacitance C1 corresponds to the elasticity of a spring or rubber when replaced with a mechanical motion. The equivalent series inductance L1 corresponds to the mass of the vibrating portion when replaced with a mechanical motion. The equivalent parallel capacitance C0 is a capacitance between the electrodes including the stray capacitance.

従来、水晶摩擦圧力計1では、図10に示す等価回路中の等価直列抵抗Rsの特性を反映していると思われていた。しかし、図10に示す等価回路では、電極間容量C0は考慮されているが、図3に示す第1および第2の電極パターン(電極膜)70A,70Bの抵抗は考慮されていなかった。本発明者は、インピーダンス観点から見ると、第1および第2の電極パターン70A,70Bの電気抵抗は無視できないとの仮説を設定した。   Conventionally, the quartz friction pressure gauge 1 was thought to reflect the characteristics of the equivalent series resistance Rs in the equivalent circuit shown in FIG. However, in the equivalent circuit shown in FIG. 10, the interelectrode capacitance C0 is considered, but the resistances of the first and second electrode patterns (electrode films) 70A and 70B shown in FIG. 3 are not considered. The inventor has set a hypothesis that the electric resistance of the first and second electrode patterns 70A and 70B cannot be ignored from the viewpoint of impedance.

図11は、図3に示す第1および第2の電極パターン70A,70Bの展開図を示している。図11中、R1〜R4は第1及び第2側面32A2,32A4,32B2,32B4の電極膜70A,70Bの抵抗値を示し、r1〜r4は第1および第2主面32A1,32A3,32B1,32B3の電極膜70A,70Bの抵抗値を示している。   FIG. 11 shows a developed view of the first and second electrode patterns 70A and 70B shown in FIG. In FIG. 11, R1 to R4 indicate resistance values of the electrode films 70A and 70B on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2 and 32B4, and r1 to r4 indicate the first and second main surfaces 32A1, 32A3 and 32B1, respectively. The resistance values of the electrode films 70A and 70B of 32B3 are shown.

図12(A)〜図12(D)は、電極膜70A,70B抵抗値を考慮に入れた水晶振動子30の等価回路を示している。図12(A)は、水晶振動子30に接続される、図11に示す抵抗値R1〜R4およびr1〜r4を示している。図12(B)は、図12(A)を変形した等価回路図であり、水晶振動子30が図10に示す等価回路に置き換えられている。図12(B)ではさらに、第1の電極パターン70Aの抵抗値のうち、第1側面32A2および第2側面32A4の抵抗値R1,R2が側面合成抵抗Raと表記され、第1主面32B1および第2主面32B3の抵抗値r3,r4が主面合成抵抗raと表記されている。同様に、図12(B)では、第2の電極パターン70Bの抵抗値のうち、第1側面32B2および第2側面32B4の抵抗値R3,R4が側面合成抵抗Rbと表記され、第1主面32A1および第2主面32A3の抵抗値r1,r2が主面合成抵抗rbと表記されている。図12(C)は、図12(B)等価回路図での共振状態を示し、水晶振動子30は等価直列抵抗Rsと表記されている。図12(D)は、図12(C)を変形した等価回路図であり、側面32A2,32A4,32B2,32B4での合成抵抗R=Ra+Rb、主面32A1,32A3,32B1,32B3での合成抵抗r=ra+rbを示している。図12(D)の通り、共振時には側面合成抵抗Rおよび主面合成抵抗rと、水晶振動子30自体の等価直列抵抗Rsとが、直列に接続された形になる。   12 (A) to 12 (D) show an equivalent circuit of the crystal resonator 30 in which the resistance values of the electrode films 70A and 70B are taken into consideration. FIG. 12A shows the resistance values R1 to R4 and r1 to r4 shown in FIG. FIG. 12B is an equivalent circuit diagram obtained by modifying FIG. 12A, and the crystal unit 30 is replaced with the equivalent circuit shown in FIG. In FIG. 12B, among the resistance values of the first electrode pattern 70A, the resistance values R1 and R2 of the first side surface 32A2 and the second side surface 32A4 are represented as a side combined resistance Ra, and the first main surface 32B1 and The resistance values r3 and r4 of the second main surface 32B3 are expressed as a main surface combined resistance ra. Similarly, in FIG. 12B, among the resistance values of the second electrode pattern 70B, the resistance values R3 and R4 of the first side surface 32B2 and the second side surface 32B4 are denoted as side surface combined resistance Rb, and the first main surface. The resistance values r1 and r2 of the 32A1 and the second main surface 32A3 are expressed as a main surface combined resistance rb. FIG. 12C shows a resonance state in the equivalent circuit diagram of FIG. 12B, and the crystal unit 30 is expressed as an equivalent series resistance Rs. FIG. 12D is an equivalent circuit diagram obtained by modifying FIG. 12C. The combined resistance R = Ra + Rb on the side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4, and the combined resistance on the main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3. r = ra + rb is shown. As shown in FIG. 12D, at the time of resonance, the side surface combined resistance R and the main surface combined resistance r and the equivalent series resistance Rs of the crystal unit 30 itself are connected in series.

従来の用途では、水晶振動子30の共振時のインピーダンスを利用した例はほとんどなかった。これまでは、振動周波数が安定なことに基づいて水晶振動子30か利用されていた。この場合には、電極膜70A,70Bの抵抗値は温度特性に優れており、浮遊容量が小さく、表皮効果の影響も少ないため、極めて高い周波数領域でも使用に耐える性能を有しているため、問題にならなかつた。   In conventional applications, there have been almost no examples utilizing the impedance at the time of resonance of the crystal unit 30. Until now, the crystal unit 30 has been used based on the fact that the vibration frequency is stable. In this case, since the resistance values of the electrode films 70A and 70B are excellent in temperature characteristics, the stray capacitance is small and the influence of the skin effect is small, the electrode films 70A and 70B have a performance that can withstand use even in an extremely high frequency region. I did not become a problem.

図13は、上述した抵抗値R1〜R4、r1〜r4、Ra、Rb、ra、rb、R、rの計測値の一例である。ここで、各抵抗値R1〜R4、r1〜r4は、電気抵抗値(Ω)=体積抵抗率(μ・Ω・cm)×[電極膜の長さ(m)/電極膜の断面積(mm)]×0.01で計算される。ここで、図2に示す水晶振動子30の腕部32A,32Bの長さLaは2.7mmとし、腕部32A,32Bの矩形断面部の幅W=0.365mm、厚さt=0.13mmとした。 FIG. 13 is an example of measured values of the resistance values R1 to R4, r1 to r4, Ra, Rb, ra, rb, R, and r described above. Here, the resistance values R1 to R4 and r1 to r4 are: electric resistance value (Ω) = volume resistivity (μ · Ω · cm) × [length of electrode film (m) / cross-sectional area of electrode film (mm 2 )] × 0.01. Here, the length La of the arms 32A and 32B of the crystal unit 30 shown in FIG. 2 is 2.7 mm, the width W = 0.365 mm of the rectangular cross section of the arms 32A and 32B, and the thickness t = 0. It was set to 13 mm.

また、第1および第2電極パターン70A,70B(電極膜)は、図3に示すように第1電極膜(例えばCr)と第2電極膜(例えばAu)の二層とした。第1電極膜Crは、水晶振動子30と第2電極膜Auとの密着層として機能する。   Further, the first and second electrode patterns 70A and 70B (electrode film) are two layers of a first electrode film (for example, Cr) and a second electrode film (for example, Au) as shown in FIG. The first electrode film Cr functions as an adhesion layer between the crystal unit 30 and the second electrode film Au.

第1電極膜Crは、第1および第2主面32A1,32A3,32B1,32B3では50Åの膜厚、第1および第2側面32A2,32A4,32B2,32B4では10Åの膜厚にて形成し、第2電極膜Auは、第1および第2主面32A1,32A3,32B1,32B3では200Åの膜厚、第1および第2側面32A2,32A4,32B2,32B4では40Åの膜厚にて形成されていると仮定した。主面に比べて側面では電極膜を形成し難く、側面での膜厚が主面よりも薄くなる理由は後述する。電極膜70A,70の電気抵抗値の計算に用いられる第1電極膜Crおよび第2電極膜Auの長さと断面積は図13に示す通りである。また、温度0℃での第1電極膜Crの体積抵抗率は12.7(μ・Ω・cm)であり、温度0℃での第2電極膜Auの体積抵抗率は2.05(μ・Ω・cm)である。   The first electrode film Cr is formed with a thickness of 50 mm on the first and second main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3, and with a thickness of 10 mm on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4. The second electrode film Au is formed with a thickness of 200 mm on the first and second main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3, and with a thickness of 40 mm on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4. Assuming that It is difficult to form an electrode film on the side surface compared to the main surface, and the reason why the film thickness on the side surface is thinner than the main surface will be described later. The length and cross-sectional area of the first electrode film Cr and the second electrode film Au used for calculation of the electric resistance values of the electrode films 70A and 70 are as shown in FIG. The volume resistivity of the first electrode film Cr at a temperature of 0 ° C. is 12.7 (μ · Ω · cm), and the volume resistivity of the second electrode film Au at a temperature of 0 ° C. is 2.05 (μ (Ω · cm).

上述した計算式により算出される側面合成抵抗値R、主面合成抵抗rは、図13からR+r=10.4+0.62=11.02kΩとなる。別途計測される水晶振動子30の固有共振インピーダンスZ(=R+r+Rs)を約15kΩとすると、Rs=Z−(R+r)=3.76kΩとなる。よって、側面合成抵抗値Rおよび主面合成抵抗値rは水晶振動子30の等価直列抵抗Rsに対して無視できるものではなく、水晶振動子30自体の固有共振インピーダンスZに大きく影響することが分かる。 The side surface combined resistance value R and the main surface combined resistance r calculated by the above formula are R + r = 10.4 + 0.62 = 11.02 kΩ from FIG. If the inherent resonance impedance Z 0 (= R + r + Rs) of the crystal resonator 30 measured separately is about 15 kΩ, then Rs = Z 0 − (R + r) = 3.76 kΩ. Therefore, side surfaces combined resistance value R and the major surface combined resistance value r is not negligible with respect to the equivalent series resistance Rs of the crystal oscillator 30, can have a significant impact on the natural resonance impedance Z 0 of the crystal oscillator 30 itself I understand.

図14は、第1および第2側面32A2,32A4,32B2,32B4での第1電極膜Crの膜厚を、10Åと30Åとの2種類とした例を示す。膜厚10Åの第1電極膜Crのみでは、図14に示す値からR+r=10.6kΩ、膜厚30Åの第1電極膜Crのみでは、図14に示す値からR+r=3.98kΩとなる。図13と同じ第2電極膜Auを含めた全体の電気抵抗値(R+r)は、11.02kΩ(10Åのとき)、または4.52kΩ(30Åのとき)となる。よって、Rs=Z−(R+r)により求まる水晶振動子30の等価直列抵抗Rsは、水晶振動子30の固有共振インピーダンスZ(=R+r+Rs)が共に約15kΩであると仮定すると、Rs=3.75kΩ(10Åのとき)またはRs=10.48kΩ(30Åのとき)の値をとることになる。しかし、同じ水晶振動子30の等価直列抵抗Rsが、電極膜の厚さによって大きく変わることは考えられないので、側面での電極膜を10Åから30Åと厚く形成することで、水晶振動子30の固有共振インピーダンスの最小値Zは低下することが分かる。 FIG. 14 shows an example in which the film thickness of the first electrode film Cr on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 is two types of 10 mm and 30 mm. With only the first electrode film Cr having a thickness of 10 mm, R + r = 10.6 kΩ from the value shown in FIG. 14, and with only the first electrode film Cr having a thickness of 30 mm, R + r = 3.98 kΩ from the value shown in FIG. The entire electric resistance value (R + r) including the same second electrode film Au as in FIG. 13 is 11.02 kΩ (when 10)) or 4.52 kΩ (when 30)). Therefore, the equivalent series resistance Rs of the crystal resonator 30 obtained by Rs = Z 0 − (R + r) is assumed to be Rs = 3, assuming that the natural resonance impedance Z 0 (= R + r + Rs) of the crystal resonator 30 is about 15 kΩ. .75 kΩ (when 10 Å) or Rs = 10.48 kΩ (when 30)). However, since the equivalent series resistance Rs of the same crystal unit 30 is unlikely to vary greatly depending on the thickness of the electrode film, by forming the electrode film on the side surface from 10 to 30 mm thick, It can be seen that the minimum value Z 0 of the natural resonance impedance decreases.

以上のことから、固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度特性は、水晶振動子30の等価直列抵抗Rsの温度特性だけではなく、電極膜70A,70Bの側面合成抵抗値Rおよび主面合成抵抗値rの温度特性を反映していることになる。 From the above, the temperature characteristic of the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) is not only the temperature characteristic of the equivalent series resistance Rs of the crystal unit 30, but also the side surface combined resistance value R and the main surface combination of the electrode films 70A and 70B. The temperature characteristic of the resistance value r is reflected.

ところで、側面の薄い電極膜の抵抗値は、半導体と同じように温度係数(ppm/℃)が負(温度と抵抗値は反比例)となり、主面の厚い電極膜の抵抗値は、電極膜の構成素材である金属と同じく温度係数が正(温度と抵抗値は正比例)となる。よって、側面合成抵抗値Rおよび主面合成抵抗値rを含む図12(D)の等価回路の温度特性が、図8に示す特性となる理由は、次の通りと推測される。つまり、図8に示す温度Tより低い温度領域での負の温度係数T1は、側面合成抵抗Rの負の温度係数に依存し、図8に示す温度Tより高い温度領域での正の温度係数T2は、主面合成抵抗rの正の温度係数に依存すると推定される。そして、図8に示す温度特性は、側面合成抵抗Rおよび主面合成抵抗rを含む図12(D)の等価回路が持つ、正負の温度特性の合成であると推測される。 By the way, the resistance value of the electrode film having a thin side surface has a negative temperature coefficient (ppm / ° C.) as in the case of a semiconductor (temperature and resistance value are inversely proportional), and the resistance value of the electrode film having a thick main surface is The temperature coefficient is positive (the temperature and the resistance value are in direct proportion) as with the metal that is the constituent material. Therefore, the reason why the temperature characteristics of the equivalent circuit of FIG. 12D including the side surface combined resistance value R and the main surface combined resistance value r become the characteristics shown in FIG. 8 is estimated as follows. That is, the negative temperature coefficient T1 than at lower temperature range the temperature T P shown in FIG. 8 is dependent on the negative temperature coefficient aspects combined resistance R, the positive in the temperature range higher than the temperature T P shown in FIG. 8 It is estimated that the temperature coefficient T2 depends on the positive temperature coefficient of the main surface combined resistance r. The temperature characteristic shown in FIG. 8 is presumed to be a combination of positive and negative temperature characteristics possessed by the equivalent circuit of FIG. 12D including the side surface combined resistance R and the main surface combined resistance r.

2.3.薄膜の抵抗値
図3に示す第1および第2の電極パターン(電極膜)70A,70Bの成膜過程は次の通りである。先ず、水晶基板にぶつかる原子のうち、一部ははね返ってしまい、多くは基板面やその近くにとどまる。次に、基板に定着した原子、または基板近くにある原子は、気体または液体の状態でとどまる。その後、金属粒子の厚さが例えば5nm(原子の直径の約10倍)になると、金属粒子が点状に散在する。さらにその後、点と点とが接触し合って成長して、金属粒子の厚さが例えば8nmで島が現れる。金属粒子の厚さが11〜15nmになると、島と島の間に海峡を残すように、島が徐々に大きく成長する。金属粒子の厚さが例えば19nmになると、島と島との間の海峡が湖や穴のように小さくなる。金属粒子の厚さが例えば20〜22nmになると、金属粒子が基板面を覆って薄膜となる。
2.3. Thin Film Resistance Value The film formation process of the first and second electrode patterns (electrode films) 70A and 70B shown in FIG. 3 is as follows. First, some of the atoms that hit the quartz substrate rebound, and many remain on or near the substrate surface. Next, atoms fixed on the substrate, or atoms near the substrate remain in a gas or liquid state. Thereafter, when the thickness of the metal particles becomes, for example, 5 nm (about 10 times the diameter of the atoms), the metal particles are scattered in a dot shape. Thereafter, the dots grow in contact with each other, and an island appears when the thickness of the metal particles is, for example, 8 nm. When the thickness of the metal particles becomes 11 to 15 nm, the island gradually grows so as to leave a strait between the islands. When the thickness of the metal particles is, for example, 19 nm, the strait between the islands becomes smaller like a lake or a hole. When the thickness of the metal particles is, for example, 20 to 22 nm, the metal particles cover the substrate surface and become a thin film.

以上のことから、特に成膜が困難な第1および第2の側面32A2,32A4,32B2,32B4に形成される電極膜70A,70Bは、島状の金属粒子のままでは抵抗値が大きくなり、好ましくない。電極膜70A,70Bの膜厚が電子の平均自由工程よりも小さい場合(<10nm)は、電子は島伝いに飛び飛びに流れるため、電気抵抗が高くなるからである。   From the above, the electrode films 70A and 70B formed on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4, which are particularly difficult to form, have a large resistance value if they are island-shaped metal particles. It is not preferable. This is because, when the film thickness of the electrode films 70A and 70B is smaller than the mean free path of electrons (<10 nm), the electrons flow jumping along the islands, so that the electric resistance increases.

電極膜70A,70Bの膜厚が電子の平均自由工程よりも大きい場合は、電気抵抗が低くなる。ただし、ある程度(例えば50nm)以上に膜厚を厚くすると、抵抗は低くならない。また、電極膜70A,70Bの電気伝導はバルクよりも良くなることはない。バルクよりも密度が低く内部欠陥多いため。   When the film thickness of the electrode films 70A and 70B is larger than the electron mean free process, the electric resistance is lowered. However, if the film thickness is increased to some extent (for example, 50 nm), the resistance does not decrease. Further, the electrical conduction of the electrode films 70A and 70B does not become better than the bulk. Because the density is lower than the bulk and there are many internal defects.

電極膜70A,70Bの形成には、スバッタや蒸着等の成膜工程を適用できる。スパッタの方が蒸着よりも一般的に、電極膜70A,70Bの電気抵抗が小さい。スパッタの方が初期の核密度が大きいためである。   For the formation of the electrode films 70A and 70B, a film forming process such as sputtering or vapor deposition can be applied. In general, the electric resistance of the electrode films 70A and 70B is smaller in sputtering than in vapor deposition. This is because sputtering has a higher initial nuclear density.

バルクの金属は温度が高くなると抵抗が高くなるが、島状の金属粒子群のように非常に薄い薄膜の場合には、温度が高い方ほど抵抗が低い(図8に示す負の温度係数T1)。温度が高い方が化学的に活性で、亜酸化などの反応によって、半導体に近い性質示すためと考えられている。島と島を電子が飛ぶにはより活性な方がいいからである。電極膜70A,70Bの膜厚が厚くなると、バルクの金属と同じく抵抗温度係数が正となる(図8に示す正の温度係数T2)。   The resistance of bulk metal increases as the temperature increases. However, in the case of a very thin thin film such as an island-shaped metal particle group, the higher the temperature, the lower the resistance (the negative temperature coefficient T1 shown in FIG. 8). ). A higher temperature is considered to be chemically active and to exhibit properties close to semiconductors by reactions such as sub-oxidation. This is because it is better to be more active for electrons to fly between islands. When the film thickness of the electrode films 70A and 70B increases, the resistance temperature coefficient becomes positive as in the case of the bulk metal (positive temperature coefficient T2 shown in FIG. 8).

以上のことから、第1および第2の側面32A2,32A4,32B2,32B4に形成される電極膜70A,70Bは、島状の金属粒子群でなく薄膜として確保されるために、膜厚が20nm以上とすることが好ましい。それにより、上述した理由から、図8中の負の温度係数T1は、温度勾配が小さくなるか、または正の温度係数に変更することができ、しかも電極膜を有する振動子30の固有共振インピーダンスの最小値Zをより小さくすることが可能となる。ただし、第1および第2の側面32A2,32A4,32B2,32B4に形成される電極膜70A,70Bの膜厚をある程度以上厚くすると抵抗値は下がらないので、膜厚は40nm以下が好ましい。それにより、成膜時間を短縮できる。同様の理由により、第1および第2の主面32A1,32A3,32B1,32B2に形成される電極膜70A,70Bは、膜厚は80nm未満とすることができる。こうすると、電極膜中の内部歪の増大を防止でき、音叉型水晶振動子の特性を不安定にする要因となる内部応力を低減できるが、振動子を安定に発振させる電極膜として通常300Å程度の膜厚が選ばれている。 From the above, the electrode films 70A and 70B formed on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 are secured as thin films rather than island-like metal particle groups, so that the film thickness is 20 nm. The above is preferable. Thereby, for the reason described above, the negative temperature coefficient T1 in FIG. 8 can be changed to a positive temperature coefficient or a temperature gradient becomes small, and the intrinsic resonance impedance of the vibrator 30 having the electrode film. it is possible to further reduce the minimum value Z 0 of the. However, since the resistance value does not decrease when the film thickness of the electrode films 70A and 70B formed on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 is increased to a certain extent, the film thickness is preferably 40 nm or less. Thereby, the film formation time can be shortened. For the same reason, the electrode films 70A and 70B formed on the first and second main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B2 can have a film thickness of less than 80 nm. In this way, an increase in internal strain in the electrode film can be prevented and the internal stress that causes the characteristics of the tuning-fork type crystal resonator to become unstable can be reduced. The film thickness is selected.

2.4.電極膜(薄膜)の抵抗特性と熱処理との関係
一般に、薄膜の構造欠陥の要因として、空孔、格子間原子、各種の転移、積層欠陥、不純物(異種原子・分子)が知られている。これらの構造欠陥に起因する抵抗成分は、温度に依存しない。薄膜への不純物効果としては、薄膜を形成するときの雰囲気ガスが、薄膜の応力に影響を与える。薄膜への残留ガスの効果としては、薄膜での圧縮応力の発生に関係し、薄膜中に残留ガスが多いほど大きな圧縮応力が発生する。
2.4. Relationship between resistance characteristics of electrode film (thin film) and heat treatment Generally, vacancies, interstitial atoms, various transitions, stacking faults, and impurities (heterogeneous atoms / molecules) are known as the causes of structural defects in thin films. The resistance component resulting from these structural defects does not depend on temperature. As an impurity effect on the thin film, the atmospheric gas when forming the thin film affects the stress of the thin film. The effect of residual gas on the thin film relates to the generation of compressive stress in the thin film, and the greater the residual gas in the thin film, the greater the compressive stress.

図15は、水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)を改善する要因を示している。図15に示すように、水晶振動子30の固有共振インピーダンスの最小値Zは、薄膜である電極膜70A,70Bの構造欠陥に起因すると考えられる。一方、水晶振動子30の固有共振インピーダンスのうちのΔZ成分は、不純物効果に起因すると考えられる。この点は、以下の実験により立証された。 FIG. 15 shows factors that improve the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the crystal unit 30. As shown in FIG. 15, the minimum value Z 0 of the natural resonance impedance of the crystal unit 30 is considered to be caused by a structural defect of the electrode films 70A and 70B which are thin films. On the other hand, [Delta] Z T component of the natural resonance impedance of the quartz oscillator 30 is believed to be due to impurity effects. This point was verified by the following experiment.

構造欠陥(空孔・格子間原子・各種の転移等)及び薄膜を形成するときの雰囲気ガスによる圧縮応力は、成膜時の温度よりも高い温度、例えば薄膜金属の再結晶化温度以上の焼鈍しによって減少できる。この点については後述する。   Compressive stress due to atmospheric gas when forming a structural defect (vacancies, interstitial atoms, various transitions, etc.) and thin film is higher than the temperature at the time of film formation, for example, annealing above the recrystallization temperature of thin film metal Can be reduced by doing This point will be described later.

図16は、電極膜70A,70Bを高真空(<10−3Pa)下にて焼鈍し(300℃、1時間)して得られた水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の特性を示す。図17は、電極膜70A,70Bを高真空(<10Pa)下にて焼鈍し(300℃、1時間)して得られた水晶振動子30の固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の特性を示す。 FIG. 16 shows the intrinsic resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the crystal unit 30 obtained by annealing (300 ° C., 1 hour) the electrode films 70A and 70B under high vacuum (<10 −3 Pa). The characteristics are shown. FIG. 17 shows the characteristic resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) of the crystal resonator 30 obtained by annealing (300 ° C., 1 hour) the electrode films 70A and 70B under high vacuum (<10 2 Pa). Show the characteristics.

図16では、固有共振インピーダンス(Z+ΔZ)の温度特性は、15℃付近での最小でのインピーダンス値Zが焼鈍し前ではZ1=15.5kΩであったのに対して、焼鈍し後ではZ2=12.5kΩに低下している。加えて、高真空下での焼鈍し後では、抵抗値の温度係数も小さい値に変化していることが判る。これは、高真空下での薄膜の焼鈍によって、電極膜70A,70Bの構造欠陥が除去され、高真空処理によって、不純物による圧縮応力が減少した効果が現われているからである。 In FIG. 16, the temperature characteristic of the natural resonance impedance (Z 0 + ΔZ T ) is that the minimum impedance value Z 0 near 15 ° C. is Z 0 1 = 15.5 kΩ before annealing, After annealing, it decreases to Z 0 2 = 12.5 kΩ. In addition, it can be seen that the temperature coefficient of the resistance value also changes to a small value after annealing under high vacuum. This is because the structural defects of the electrode films 70A and 70B are removed by annealing the thin film under a high vacuum, and the effect of reducing the compressive stress due to impurities is exhibited by the high vacuum treatment.

これに対して図17では、T1=15℃付近での最小でのインピーダンス値Z1からT2=−15℃付近での最小値Z2へと約3kΩ低下した点は図16と同様であるが、抵抗値の温度係数は、低温側、高温側ともに大きくなっている。この現象は、300℃の熱処理によって電極薄70A,70Bの構造欠陥は除去されるものの、高真空下での処理とは逆に、成膜時よりも処理圧力が高いため、電極膜70A,70Bに不純物が取り込まれていることによるものである。 On the other hand, in FIG. 17, the point where the impedance value Z 0 1 at the minimum near T P 1 = 15 ° C. is decreased by about 3 kΩ from the minimum value Z 0 2 at the vicinity of T P 2 = −15 ° C. The temperature coefficient of the resistance value is large on both the low temperature side and the high temperature side. In this phenomenon, although the structural defects of the electrode thins 70A and 70B are removed by the heat treatment at 300 ° C., the processing pressure is higher than that at the time of film formation, contrary to the processing under high vacuum, the electrode films 70A and 70B. This is because impurities are incorporated into the substrate.

2.5.固有共振インピーダンスの電気雑音と熱処理との関係
図18(A)〜図18(C)は、水晶振動子30の固有共振インピーダンスの3つのタイプの電気雑音を示している。図18(A)〜図18(C)はいずれも、水晶振動子30を1.0×10Pa以下に減圧されたケースに封入して、各種電気雑音を計測した結果である。図18(A)は、出力電圧VDCの瞬時最大変化ΔVSを示している。図18(B)は、出力電圧VDCの4分内最大変化ΔV4を示している。図18(C)は、室温変化より変動が大きい数℃の温度変化ΔTに対する出力電圧VDCの最大変化ΔVを示している。
2.5. Relationship between Electric Noise of Natural Resonance Impedance and Heat Treatment FIGS. 18A to 18C show three types of electric noise of the natural resonance impedance of the crystal unit 30. FIG. 18A to 18C show the results of measuring various electrical noises by enclosing the crystal unit 30 in a case whose pressure is reduced to 1.0 × 10 Pa or less. FIG. 18A shows the maximum instantaneous change ΔVS of the output voltage VDC. FIG. 18B shows the maximum change ΔV4 within 4 minutes of the output voltage VDC. FIG. 18C shows the maximum change ΔV of the output voltage VDC with respect to a temperature change ΔT of several degrees C., which has a larger variation than the room temperature change.

薄膜である電極膜70A,70Bには、薄膜中に含まれる空孔、格子間原子、各種の転位、積層欠陥、結晶粒界など、結晶に固有のあらゆる欠陥が成膜形成時に導入されるとともに、異種原子・分子が不純物としても混入する。これらの欠陥は、すべての電子の散乱原因となり、欠陥の消滅の活性化エネルギーの小さい欠陥の消滅の過程が電気的性質の不安定性につながる。蒸着した薄膜に多く含まれるこれらの欠陥は、焼鈍しにより除去され、電気的特性が向上することが知られている。   In the electrode films 70A and 70B, which are thin films, all defects inherent to crystals such as vacancies, interstitial atoms, various dislocations, stacking faults, and crystal grain boundaries contained in the thin films are introduced during film formation. , Heterogeneous atoms and molecules are mixed as impurities. These defects cause scattering of all electrons, and the process of annihilation of defects having a small activation energy for annihilation of defects leads to instability of electrical properties. It is known that these defects contained in the deposited thin film are removed by annealing, and electrical characteristics are improved.

水晶振動子30として、焼鈍し前後のサンプルを各100ずつ用意して、図18(A)〜図18(C)に示す3つのタイプの電気雑音を評価してみた。図18(A)〜図18(C)にて定義された電気雑音ΔVs、ΔV4、ΔVは、焼鈍しの熱処理前には、ノイズ値が大きく、広いばらつき分布を示した。しかし、焼鈍しの熱処理後はノイズ値が小さく、かつ多くの振動子30の特性が揃っていることが判った。この結果、固有共振インピーダンスの電気雑音、電極膜の熱処理によって大きく改善され、電極薄膜が固有共振インピーダンス値に大きく影響していることを示している。   As the crystal unit 30, 100 samples before and after annealing were prepared, and three types of electrical noise shown in FIGS. 18A to 18C were evaluated. The electrical noises ΔVs, ΔV4, and ΔV defined in FIGS. 18A to 18C had large noise values and a wide variation distribution before annealing heat treatment. However, it was found that after annealing, the noise value was small and the characteristics of many vibrators 30 were uniform. As a result, the electric noise of the natural resonance impedance and the heat treatment of the electrode film are greatly improved, indicating that the electrode thin film has a great influence on the natural resonance impedance value.

ここで、図18(A)は、室温変化に対して、出力電圧VDCの瞬時最大変化電圧ΔVsが3.5mVであることを示している。そうすると、出力電圧VDCは7.5Vであり、瞬時最大変化電圧ΔVsによる誤差は約0.5%となる。 Here, FIG. 18A shows that the instantaneous maximum change voltage ΔVs of the output voltage VDC is 3.5 mV with respect to a change in room temperature. Then, the output voltage V DC is 7.5 V, and the error due to the instantaneous maximum change voltage ΔVs is about 0.5%.

しかし、1×10-2Pa等のより高真空の圧力において、電気雑音による誤差を1%以下にするには、1.5×10-5V以下の電気雑音に抑えることが必要である。 However, in order to reduce the error due to electrical noise to 1% or less at a higher vacuum pressure such as 1 × 10 −2 Pa, it is necessary to suppress the electrical noise to 1.5 × 10 −5 V or less.

従来、瞬時最大変化電圧ΔVsは最も良い数値で、2×10-4Vが得られている。ただし、水晶摩擦圧力計1の圧力測定範囲の下限を拡大するには、電極薄70A,70Bの低雑音化が重要である。後述する本実施形態の成膜装置によって電極膜70A,70Bを成膜すると、低雑音化が期待できるので、瞬時最大変化電圧ΔVsを1.5×10-5V以下が達成できれば、1×10-2Paの高真空測定帯域でも1%以下の測定精度が可能となる。 Conventionally, the instantaneous maximum change voltage ΔVs is the best value, and 2 × 10 −4 V is obtained. However, in order to expand the lower limit of the pressure measurement range of the quartz friction pressure gauge 1, it is important to reduce the noise of the electrode thins 70A and 70B. When the electrode films 70A and 70B are formed by the film forming apparatus of this embodiment to be described later, noise reduction can be expected. Therefore, if the instantaneous maximum change voltage ΔVs can be 1.5 × 10 −5 V or less, 1 × 10 5 can be achieved. Measurement accuracy of 1% or less is possible even in a high vacuum measurement zone of -2 Pa.

3.電極膜の成膜方法および成膜装置
3.1.水晶振動子の製造方法の概要
図19(A)〜図19(H)は、水晶振動子30の製造方法の概要を模式的に示し、各膜の膜厚の大小関係については考慮されていない。図19(A)は、表面100Aおよび裏面1100Bを有する水晶基板100の洗浄工程を示している。なお、図19(A)〜図19(H)は、水晶基板100のうち振動子30の一つ分の領域のみを示しているが、実際には一枚の水晶基板100に多数個の振動子30が形成される。
3. 3. Electrode film formation method and film formation apparatus 3.1. Overview of Manufacturing Method of Crystal Resonator FIGS. 19A to 19H schematically show an overview of a manufacturing method of the crystal resonator 30, and the relationship between the thicknesses of the respective films is not considered. . FIG. 19A shows a cleaning process of the crystal substrate 100 having the front surface 100A and the back surface 1100B. 19A to 19H show only one region of the vibrator 30 in the quartz substrate 100, but in reality, a large number of vibrations are formed in one quartz substrate 100. A child 30 is formed.

図19(B)は、水晶基板100の表面100A及び裏面100B上にレジスト膜102を形成する工程を示している。レジスト膜102は、露光され、現像されてパターニングされる。   FIG. 19B shows a step of forming a resist film 102 on the front surface 100 </ b> A and the back surface 100 </ b> B of the quartz substrate 100. The resist film 102 is exposed, developed, and patterned.

パターニングされたレジスト膜102Aをマスクとして、図19(C)に示すように水晶基板100がエッチングされ、音叉型水晶振動子30の輪郭形状が形成される。図19(C)には、音叉型水晶振動子30の素子部である2つの腕部32A,32Bが示されている。   Using the patterned resist film 102A as a mask, the quartz substrate 100 is etched as shown in FIG. 19C, and the contour shape of the tuning fork type crystal resonator 30 is formed. FIG. 19C shows two arm portions 32A and 32B that are element portions of the tuning-fork type crystal resonator 30. FIG.

図19(D)は、2本の腕部32A,32Bの矩形断面部の全面32A1〜32A4および32B1〜32B4(図3参照)に例えば第1電極膜104(Cr)と第2電極膜105(Au)を形成する工程を示している。図19(D)に示す工程の詳細については後述する。   19D shows, for example, the first electrode film 104 (Cr) and the second electrode film 105 (on the entire surfaces 32A1 to 32A4 and 32B1 to 32B4 (see FIG. 3) of the rectangular cross-sections of the two arms 32A and 32B. The process of forming Au) is shown. Details of the process illustrated in FIG. 19D will be described later.

図19(E)は、第2電極膜105の全面にレジスト膜106を形成する工程を示している。レジスト膜106は、露光され、現像されてパターニングされてマスク106A(図19(F)参照)となる。   FIG. 19E shows a step of forming a resist film 106 over the entire surface of the second electrode film 105. The resist film 106 is exposed, developed, and patterned to become a mask 106A (see FIG. 19F).

図19(F)は、マスク106Aで覆われた領域を除いて、第1および第2電極膜104,105の異方性エッチング工程を示している。これにより、図3に示す第1および第2の電極パターン70A,70Bが形成される。そして、図19(G)に示すように、マスク106Aを剥離することで、図3に示す音叉型振動子30が形成される。ここで、図19(D)の全面電極成膜工程は真空チャンバー内での超真空中で実施される。従って、従来のように第1および第2の電極パターン70A,70Bを形成する途中で大気と真空とに交互に基板100を出し入れすることで生ずる不純物の混入や酸化膜の形成等を、全く無視することができる。なお、図示していないが、上述した通り、第1および第2の電極パターン70A,70Bは焼鈍し等により熱処理される。第1および第2の電極パターン70A,70Bの熱処理は、後述する通り、図19(D)での成膜工程後に同一真空チャンバー内にて実施することができる。   FIG. 19F shows an anisotropic etching process of the first and second electrode films 104 and 105 except for the region covered with the mask 106A. Thereby, the first and second electrode patterns 70A and 70B shown in FIG. 3 are formed. Then, as shown in FIG. 19G, the tuning fork vibrator 30 shown in FIG. 3 is formed by peeling the mask 106A. Here, the entire surface electrode film forming step in FIG. 19D is performed in an ultra vacuum in a vacuum chamber. Accordingly, the contamination of impurities and the formation of an oxide film, etc., which are caused by alternately taking in and out the substrate 100 in the air and vacuum during the formation of the first and second electrode patterns 70A and 70B as in the prior art, are completely ignored. can do. Although not shown, as described above, the first and second electrode patterns 70A and 70B are heat-treated by annealing or the like. The heat treatment of the first and second electrode patterns 70A and 70B can be performed in the same vacuum chamber after the film formation step in FIG.

図19(H)は、追加的に実施される工程として、振動子30を絶縁膜107例えばSiOでコーティングする工程を示している。ここで、第1および第2の電極パターン70A,70Bを構成する二層電極膜(Au/Cr)のサイド側は、電極エッチングの過程で、クロムCrが露出する。このため、時間の経過と共にクロムCrの酸化が進行する。振動子30を絶縁膜107例えばSiOでコーティングすることで、振動子30の信頼性を高めることができる。また、絶縁膜例えばSiOは緻密な膜を形成する。このため、絶縁膜107例えばSiOは、振動子30および電極膜70A,70B内部からの異種原子の拡散を抑えるバリア層の役割も果たすことができる。なお、図19(H)の工程は、水晶基板100上にて音叉型水晶振動子30が完成された後に、水晶基板100から音叉型水晶振動子30を切り離した後であって、かつ、音叉型水晶振動子30をハーメチック端子に半田によって接合した後に実施されることが望ましい。それにより、半田部も、絶縁膜107でコーティングすることができ、耐食性を向上できる。 FIG. 19H shows a step of coating the vibrator 30 with an insulating film 107 such as SiO 2 as an additional step. Here, chromium Cr is exposed on the side of the two-layer electrode film (Au / Cr) constituting the first and second electrode patterns 70A and 70B in the course of electrode etching. For this reason, the oxidation of chromium Cr proceeds with time. By coating the vibrator 30 with the insulating film 107 such as SiO 2 , the reliability of the vibrator 30 can be improved. In addition, the insulating film such as SiO 2 forms a dense film. Therefore, the insulating film 107, for example, SiO 2 can also serve as a barrier layer that suppresses the diffusion of different atoms from inside the vibrator 30 and the electrode films 70A and 70B. The process of FIG. 19H is after the tuning fork crystal resonator 30 is separated from the quartz substrate 100 after the tuning fork crystal resonator 30 is completed on the quartz substrate 100, and the tuning fork. It is desirable to carry out after bonding the quartz crystal resonator 30 to the hermetic terminal by soldering. Thereby, the solder portion can also be coated with the insulating film 107, and the corrosion resistance can be improved.

3.2.電極膜の成膜装置(蒸着装置)の概要
図19(E)にて電極膜104,105を形成するには、スパッタ法または蒸着法を用いることができる。スパッタ法は、初期の核密度が大きいため電極膜104,105の電気抵抗を小さくでき、高沸点金属や化合物の薄膜形成ができ、基板100がプラズマに曝されるため基板表面を清浄化、活性化できる点で利点がある。ただし、スパッタ法は、蒸着法と比較して、原子に付与されるエネルギーが高い(〜10eV)。そのため、薄膜形成の過程で結晶内部に空孔や格子間原子が生成されることがある。これらは、構造欠陥や電気雑音をもたらす。その点、蒸着は、原子に付与されるエネルギーが低く(10−1〜100eV)、構造欠陥や電気雑音を低減できる。また、スパッタ法では、プラズマ中の加速イオンまたは中性化された加速原子が不純物として基板100に捕獲され、さらに表面原子を基板内部に叩き込む。これによりPeening効果が生じ、基板又は電極膜の圧縮残留応力が大きくなる。また、スパッタ法では、不純物の発生が妨げられない。これらの点を比較しても、スパッタ法より蒸着法が優れている。そこで、以下の説明では成膜装置を、蒸着装置の例を挙げて説明する。
3.2. Outline of Electrode Film Deposition Apparatus (Vapor Deposition Apparatus) In order to form the electrode films 104 and 105 in FIG. 19E, a sputtering method or a vapor deposition method can be used. In the sputtering method, since the initial nuclear density is large, the electric resistance of the electrode films 104 and 105 can be reduced, a thin film of high boiling point metal or compound can be formed, and the substrate 100 is exposed to plasma, so that the substrate surface is cleaned and activated. There is an advantage in that However, the sputtering method has higher energy imparted to the atoms (−10 1 eV) than the vapor deposition method. Therefore, vacancies and interstitial atoms may be generated inside the crystal during the thin film formation process. These lead to structural defects and electrical noise. In that respect, vapor deposition has low energy imparted to atoms (10 −1 to 10 0 eV), and can reduce structural defects and electrical noise. In the sputtering method, accelerated ions in the plasma or neutralized accelerated atoms are trapped by the substrate 100 as impurities, and surface atoms are struck into the substrate. As a result, the Peening effect occurs, and the compressive residual stress of the substrate or electrode film increases. In addition, the sputtering method does not prevent the generation of impurities. Even when these points are compared, the vapor deposition method is superior to the sputtering method. Therefore, in the following description, the film forming apparatus will be described with an example of a vapor deposition apparatus.

図20は、蒸着装置400を示している。蒸着装置400は、真空チャンバー401と、真空チャンバー401内に配置された成膜源である蒸着源402と、真空チャンバー401内にて蒸着源402と離間して配置された基板ホルダー403とを有する。   FIG. 20 shows the vapor deposition apparatus 400. The vapor deposition apparatus 400 includes a vacuum chamber 401, a vapor deposition source 402 that is a film forming source disposed in the vacuum chamber 401, and a substrate holder 403 that is disposed in the vacuum chamber 401 so as to be separated from the vapor deposition source 402. .

真空チャンバー401は、大気−真空置換するロードロックチャンバー(図示せず)をおよびゲートバルブ介して、搬送治具に支持された基板100が搬入出される。   In the vacuum chamber 401, the substrate 100 supported by the transfer jig is carried in and out through a load lock chamber (not shown) for air-vacuum replacement and a gate valve.

真空チャンバー401は、ドライポンプで粗引き後に、ターボポンプで10−6Paまで高真空引きされる。その後にクライオポンプで排気しながら蒸着時の圧力が1×10 −5 Pa以下に維持される。 The vacuum chamber 401 is evacuated to 10 −6 Pa with a turbo pump after roughing with a dry pump. Thereafter, the pressure during vapor deposition is maintained at 1 × 10 −5 Pa or less while evacuating with a cryopump.

蒸着源402は、第1電極膜104の材料(例えばCr)を蒸発させる第1蒸着源402Aと、第2電極膜105の材料(例えばAu)を蒸発させる第2蒸着源402Bとを有する。   The evaporation source 402 includes a first evaporation source 402A that evaporates a material (for example, Cr) of the first electrode film 104 and a second evaporation source 402B that evaporates a material (for example, Au) of the second electrode film 105.

基板ホルダー403は、基板100の表面100Aおよび裏面100Bを露出させて(図20では上向きの裏面100Bのみが示されている)基板100を支持する。このために、基板ホルダー403は基板100の周縁部で表面100Aおよび裏面100Bを挟んで固定することができる。   The substrate holder 403 supports the substrate 100 by exposing the front surface 100A and the back surface 100B of the substrate 100 (only the upward-facing back surface 100B is shown in FIG. 20). For this reason, the substrate holder 403 can be fixed by sandwiching the front surface 100A and the back surface 100B at the periphery of the substrate 100.

基板ホルダー403はさらに、回転軸404に支持(固定)されている。回転軸404は、軸受け405,405に支持され、真空チャンバー401の外部に設けられた駆動部により回転駆動またはチルト駆動される。   The substrate holder 403 is further supported (fixed) on the rotating shaft 404. The rotation shaft 404 is supported by bearings 405 and 405 and is driven to rotate or tilt by a driving unit provided outside the vacuum chamber 401.

基板ホルダー403に支持される基板100と対向して、真空チャンバー401内には、基板100とは非接触にて基板100を加熱して熱処理する加熱部406を有することができる。加熱部406は、抵抗加熱、熱電子発生用フィラメントなどでもよいが、本実施形態では、非接触加熱可能でかつ放出ガスが少ない赤外線ランプにて加熱部406を構成している。加熱部406は、蒸着材料の再結晶化温度を考慮した温度(例えばCr及びAuについて150〜400℃)にて基板100を加熱する。   Opposite to the substrate 100 supported by the substrate holder 403, the vacuum chamber 401 can include a heating unit 406 that heats the substrate 100 by heating without contacting the substrate 100. The heating unit 406 may be resistance heating, a thermoelectron generating filament, or the like, but in this embodiment, the heating unit 406 is configured by an infrared lamp that can be non-contact heated and emits less gas. The heating unit 406 heats the substrate 100 at a temperature that takes into account the recrystallization temperature of the vapor deposition material (for example, 150 to 400 ° C. for Cr and Au).

ここで、金属材料の再結晶化温度は融点の約1/3とされており、Crの融点1875℃、Auの融点1063℃から、再結晶化温度はCrで625℃、Auで350℃となる。例えばCr及びAuから成る電極膜70A,70Bが形成される基板100を、成膜中にて再結晶化温度未満の成膜温度例えば150℃に加熱すると、基板表面の水、不純物を除去して基板100と電極膜70A,70Bとの付着力を高めると共に、蒸着された電極膜70A,70Bと基板100との熱膨張率の差により発生する内部応力を低減できる。しかも、再結晶化温度未満の成膜温度で成膜することで、蒸着材料を単原子状態で蒸着させるなどして、蒸着される電極膜の巨視的形状を変化させることがない。加熱部406はさらに、成膜後に、基板100を成膜温度よりも高い温度、例えば再結晶化温度以上の温度例えば350〜400℃にて基板100を加熱して、基板100を熱処理することができる。この熱処理により、電極膜が形成された後に基板100の温度が下がるときに生ずる熱応力、成膜時に生じた薄膜中の構造欠陥および電気雑音を低減できる。加熱部406は、加熱部406を冷却例えば水冷する収容部407内に収容することができる。また、再結晶化温度以上の基板温度で熱処理しても、熱処理時間が短時間であれば巨視的形状を変えることがないと考えられる。   Here, the recrystallization temperature of the metal material is about 1/3 of the melting point. From the melting point of Cr of 1875 ° C. and the melting point of Au of 1063 ° C., the recrystallization temperature is 625 ° C. for Cr and 350 ° C. for Au. Become. For example, when the substrate 100 on which the electrode films 70A and 70B made of Cr and Au are formed is heated to a film formation temperature lower than the recrystallization temperature, for example, 150 ° C. during film formation, water and impurities on the substrate surface are removed. It is possible to increase the adhesion between the substrate 100 and the electrode films 70A and 70B, and to reduce the internal stress generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the deposited electrode films 70A and 70B and the substrate 100. In addition, by forming the film at a film formation temperature lower than the recrystallization temperature, the macroscopic shape of the electrode film to be deposited is not changed by, for example, depositing the deposition material in a monoatomic state. Further, after the film formation, the heating unit 406 heats the substrate 100 by heating the substrate 100 at a temperature higher than the film formation temperature, for example, a temperature higher than the recrystallization temperature, for example, 350 to 400 ° C. it can. By this heat treatment, thermal stress generated when the temperature of the substrate 100 decreases after the electrode film is formed, structural defects in the thin film and electrical noise generated during film formation can be reduced. The heating unit 406 can be housed in a housing unit 407 that cools, for example, water-cools the heating unit 406. Further, even if heat treatment is performed at a substrate temperature higher than the recrystallization temperature, it is considered that the macroscopic shape does not change if the heat treatment time is short.

収容部407と基板ホルダー403の間には、例えば有底筒状の反射板408と、その例えば底部に設けられるシールド板409と、を設けることができる。反射板408の反射機能により、加熱部406である赤外線を基板100に向けて効率よく集光して照射する。例えば、赤外線ランプ406が点光源であると、楕円形の反射板408の2つの焦点の一方に赤外線ランプ406を、他方に基板100を配置することで、加熱効率を高めることができる。シールド板409のシールド機能により、蒸発材料が赤外線ランプ406等に付着することを防止できる。   Between the housing portion 407 and the substrate holder 403, for example, a bottomed cylindrical reflector 408 and a shield plate 409 provided at the bottom, for example, can be provided. By the reflection function of the reflection plate 408, the infrared rays that are the heating unit 406 are efficiently condensed toward the substrate 100 and irradiated. For example, when the infrared lamp 406 is a point light source, the heating efficiency can be improved by arranging the infrared lamp 406 at one of the two focal points of the elliptical reflector 408 and the substrate 100 at the other. The shielding function of the shield plate 409 can prevent evaporation material from adhering to the infrared lamp 406 and the like.

なお、必要に応じて、蒸着源402と基板ホルダー403との間に設けられるシャッターや、第1,第2蒸着源402A,402B間のクロスコンタミネーションを防止する仕切り板や、膜厚モニター部などを配置することができる。   If necessary, a shutter provided between the vapor deposition source 402 and the substrate holder 403, a partition plate for preventing cross-contamination between the first and second vapor deposition sources 402A and 402B, a film thickness monitor unit, and the like Can be arranged.

3.3.基板ホルダーによる反転駆動およびチルト駆動
図21(A)(B)は基板100の反転駆動を示している。図21(A)は、基板100の裏面100Bが上向きとされているので、下向き状態の表面100Aが蒸着源402と向かい合わされている。これにより、表面100Aに第1電極膜104の材料(例えばCr)または第2電極膜105の材料(例えばAu)を蒸着させることができる。
3.3. Inversion Drive and Tilt Drive by Substrate Holder FIGS. 21A and 21B show inversion drive of the substrate 100. In FIG. 21A, since the back surface 100B of the substrate 100 is directed upward, the surface 100A in a downward state faces the vapor deposition source 402. Thereby, the material of the first electrode film 104 (for example, Cr) or the material of the second electrode film 105 (for example, Au) can be deposited on the surface 100A.

なお、基板100の表面100Aに異なる電極膜を積層するために、第1,第2蒸着源402A,402Bをそれぞれ加熱するための加熱源や電子線が切り換えられる。   In order to stack different electrode films on the surface 100A of the substrate 100, the heating source and the electron beam for heating the first and second vapor deposition sources 402A and 402B are switched.

基板100の表面100Aに電極膜が形成されたら、基板ホルダー403は、回転軸404の180度回転により反転駆動される。それにより、基板100の裏面100Bが蒸着源402と向かい合うように配置される。こうして、基板100を基板ホルダー403に保持したまま、真空チャンバー401内にて基板ホルダー403及び基板100を容易に反転させることができる。   When the electrode film is formed on the surface 100 </ b> A of the substrate 100, the substrate holder 403 is driven in reverse by the rotation of the rotation shaft 404 by 180 degrees. Thereby, the back surface 100 </ b> B of the substrate 100 is disposed so as to face the vapor deposition source 402. In this manner, the substrate holder 403 and the substrate 100 can be easily inverted in the vacuum chamber 401 while the substrate 100 is held by the substrate holder 403.

図22(A)(B)は基板100のチルト駆動を示している。図22(A)(B)では、基板100の裏面100B側が上向きとされているので、下向き状態の表面100A側が蒸着源402と向かい合わされているが、水平面に対する傾斜角(チルト角)のチルト方向が正負で異なる。図22(A)の時計回り方向のチルト角を例えば+30°とすると、図22(B)の反時計回り方向のチルト角は−30°である。   22A and 22B show tilt driving of the substrate 100. FIG. 22A and 22B, since the back surface 100B side of the substrate 100 is upward, the front surface 100A side in the downward state faces the vapor deposition source 402, but the tilt direction of the tilt angle (tilt angle) with respect to the horizontal plane Are positive and negative. If the clockwise tilt angle in FIG. 22A is, for example, + 30 °, the counterclockwise tilt angle in FIG. 22B is −30 °.

図23及び図24は、図21(A)に示す正転状態(基板100の表面100Aが下向き)にて実施される第1及び第2成膜工程を示している。図23は図22(A)のチルト駆動後の第1成膜工程を示し、図24は図22(B)のチルト駆動後の第2成膜工程を示している。図23および図24は、図3の2本の腕32A,32Bの間の空隙33を挟んで対向する第1側面32B2と第2側面32A4の成膜工程を拡大して示している。   23 and 24 show the first and second film forming steps performed in the normal rotation state (the surface 100A of the substrate 100 faces downward) shown in FIG. FIG. 23 shows the first film formation step after the tilt drive in FIG. 22A, and FIG. 24 shows the second film formation step after the tilt drive in FIG. FIG. 23 and FIG. 24 show the film forming process of the first side surface 32B2 and the second side surface 32A4 facing each other with the gap 33 between the two arms 32A and 32B of FIG.

図23の第1成膜工程では、基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)が蒸着源402と向かい合う。加えて、チルト駆動により腕部32Bの第1側面32B2が斜め下向きとなり、蒸着源402と向かい合う。それにより、上昇する蒸発材料は基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)に蒸着されると共に、空隙33を介して進行して第1側面32B2にも蒸着される。   In the first film formation step of FIG. 23, the surface 100A (first main surfaces 32A1, 32B1) of the substrate 100 faces the vapor deposition source 402. In addition, the first side surface 32B2 of the arm portion 32B is tilted downward by the tilt drive and faces the vapor deposition source 402. As a result, the rising evaporation material is deposited on the surface 100A (first main surfaces 32A1, 32B1) of the substrate 100, travels through the gap 33, and is also deposited on the first side surface 32B2.

図23の第1成膜工程後の図24の第2成膜工程でも、基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)が蒸着源402と向かい合う。加えて、チルト駆動により腕部32Aの第2側面32A4が斜め下向きとなり、蒸着源402と向かい合う。それにより、上昇する蒸発材料は基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)に蒸着されると共に、空隙33を介して進行して第2側面32A4にも蒸着される。このとき、図3に示すチルト駆動により、第1側面32Bの上端と第2側面32A4の下端とを実質的に同一鉛直線上に位置させると、蒸着材料が空隙33を介して基板100の上方に通り抜けてしまうことを低減できる。   In the second film formation step of FIG. 24 after the first film formation step of FIG. 23, the surface 100A (first main surfaces 32A1, 32B1) of the substrate 100 faces the vapor deposition source 402. In addition, the second side surface 32A4 of the arm portion 32A is tilted downward by the tilt drive and faces the vapor deposition source 402. Thereby, the rising evaporation material is deposited on the surface 100A (first main surfaces 32A1 and 32B1) of the substrate 100, and also proceeds through the gap 33 and is deposited on the second side surface 32A4. At this time, when the upper end of the first side surface 32B and the lower end of the second side surface 32A4 are positioned on substantially the same vertical line by tilt driving shown in FIG. 3, the vapor deposition material is placed above the substrate 100 via the gap 33. It is possible to reduce passing through.

図23の第1成膜工程後の図24の第2成膜工程でも、基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)が蒸着源402と向かい合う。加えて、チルト駆動により腕部32Aの第2側面32A4が斜め下向きとなり、蒸着源402と向かい合う。それにより、上昇する蒸発材料は基板100の表面100A(第1主面32A1,32B1)に蒸着されると共に、空隙33を介して進行して第2側面32A4にも蒸着される。   In the second film formation step of FIG. 24 after the first film formation step of FIG. 23, the surface 100A (first main surfaces 32A1, 32B1) of the substrate 100 faces the vapor deposition source 402. In addition, the second side surface 32A4 of the arm portion 32A is tilted downward by the tilt drive and faces the vapor deposition source 402. Thereby, the rising evaporation material is deposited on the surface 100A (first main surfaces 32A1 and 32B1) of the substrate 100, and also proceeds through the gap 33 and is deposited on the second side surface 32A4.

図25及び図26は、図21(B)に示す反転状態(基板100の裏面100Bが下向き)にて実施される第3及び第4成膜工程を示している。図25は例えば図24の状態から180度反転された反転駆動後の第3成膜工程を示し、図26は図25の状態からチルト駆動後の第4成膜工程を示している。   25 and 26 show third and fourth film forming steps performed in the inverted state shown in FIG. 21B (the back surface 100B of the substrate 100 faces downward). For example, FIG. 25 shows a third film formation process after inversion driving 180 degrees inverted from the state of FIG. 24, and FIG. 26 shows a fourth film formation process after tilt driving from the state of FIG.

図25の第3成膜工程では、基板100の裏面100B(第2主面32A3,32B3)が蒸着源402と向かい合う。加えて、チルト駆動により腕部32Bの第1側面32B2が斜め下向きとなり、蒸着源402と向かい合う。それにより、上昇する蒸発材料は基板100の裏面100B(第2主面32A3,32B3)に蒸着されると共に、空隙33を介して進行して第1側面32B2にも蒸着される。   In the third film forming step of FIG. 25, the back surface 100B (second main surfaces 32A3 and 32B3) of the substrate 100 faces the vapor deposition source 402. In addition, the first side surface 32B2 of the arm portion 32B is tilted downward by the tilt drive and faces the vapor deposition source 402. As a result, the rising evaporation material is deposited on the back surface 100B (second main surfaces 32A3 and 32B3) of the substrate 100, and proceeds through the gap 33 to be deposited on the first side surface 32B2.

図25の第3成膜工程後の図26の第4成膜工程でも、基板100の裏面100B(第3主面32A3,32B3)が蒸着源402と向かい合う。加えて、チルト駆動により腕部32Aの第2側面32A4が斜め下向きとなり、蒸着源402と向かい合う。それにより、上昇する蒸発材料は基板100の裏面100B(第3主面32A3,32B3)に蒸着されると共に、空隙33を介して進行して第2側面32A4にも蒸着される。   In the fourth film formation step of FIG. 26 after the third film formation step of FIG. 25, the back surface 100B (third main surfaces 32A3 and 32B3) of the substrate 100 faces the vapor deposition source 402. In addition, the second side surface 32A4 of the arm portion 32A is tilted downward by the tilt drive and faces the vapor deposition source 402. As a result, the rising evaporation material is deposited on the back surface 100B (third main surfaces 32A3 and 32B3) of the substrate 100, and proceeds through the gap 33 and is also deposited on the second side surface 32A4.

なお、第1〜第4成膜工程の順序は適宜変更して実施できる。第2成膜工程が第1成膜工程の後であり、第4成膜工程が第3成膜工程の後であり、第3成膜工程は第1成膜工程または第2成膜工程の後に実施できる。よって、第1、第3、第2、第4成膜工程の順序や、第1、第3、第2、第4成膜工程の順序であってもよい。   The order of the first to fourth film forming steps can be changed as appropriate. The second film forming step is after the first film forming step, the fourth film forming step is after the third film forming step, and the third film forming step is the first film forming step or the second film forming step. Can be implemented later. Therefore, the order of the first, third, second, and fourth film forming steps and the order of the first, third, second, and fourth film forming steps may be used.

ここで、第1〜第4成膜工程の各々において、主面32A1,32A3,32B1,32B3に蒸着される電極膜104の膜厚をt11と定義し、側面32A2,32A4,32B2,32B4に蒸着される電極膜104の膜厚をt21と定義する。第1〜第4成膜工程の各々において、主面32A1,32A3,32B1,32B3と、側面32A2,32A4,32B2,32B4とには、それぞれ2回ずつ蒸着が実施される。よって、主面32A1,32A3,32B1,32B3の電極膜104の最終膜厚をt12とし、側面32A2,32A4,32B2,32B4の電極膜104の最終膜厚をt22とすると、第1〜第4成膜工程の時間が等しい場合、t12=2×t11、t22=2×t21となる。   Here, in each of the first to fourth film forming steps, the film thickness of the electrode film 104 deposited on the main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3 is defined as t11, and vapor deposition is performed on the side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4. The film thickness of the electrode film 104 is defined as t21. In each of the first to fourth film forming steps, the main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3 and the side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 are each deposited twice. Therefore, when the final film thickness of the electrode film 104 on the main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3 is t12, and the final film thickness of the electrode film 104 on the side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 is t22, the first to fourth components. When the time of the film process is equal, t12 = 2 × t11 and t22 = 2 × t21.

また、図23〜図26から明らかなように、第1側面32B2および第2側面32A4では、蒸着材料の入射角度が第1,第2主面よりも浅く、蒸着効率は悪い。このことが、2本の腕部32A,32Bの第1,第2側面32A2,32A4,32B2,32B4への電極膜の膜厚t22が、2本の腕部32A,32Bの第1,第2主面32A1,32A3,32B1,32B3への電極膜の膜厚t12よりも薄くなる理由である。ただし、側面32A2,32A4,32B2,32B4とには、それぞれ2回ずつ蒸着が実施されることから、2本の腕部32A,32Bの第1,第2側面32A2,32A4,32B2,32B4への第1電極膜104(Cr)は、連続膜となる20〜40nmの膜厚が確保される。   Further, as is clear from FIGS. 23 to 26, in the first side surface 32B2 and the second side surface 32A4, the incident angle of the vapor deposition material is shallower than those of the first and second main surfaces, and the vapor deposition efficiency is poor. This means that the film thickness t22 of the electrode film on the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4 of the two arm portions 32A and 32B is the first and second of the two arm portions 32A and 32B. This is the reason why the thickness of the electrode film on the main surfaces 32A1, 32A3, 32B1, and 32B3 is thinner than t12. However, since the evaporation is performed twice on each of the side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4, the two arm portions 32A and 32B are applied to the first and second side surfaces 32A2, 32A4, 32B2, and 32B4. The first electrode film 104 (Cr) has a film thickness of 20 to 40 nm that is a continuous film.

上述した第1〜第4成膜工程は、図20に示す真空チャンバー401内に基板100を配置したまま実施することができる。よって、成膜途中で基板100が大気と接触して電極膜上に自然酸化膜が形成されることがない。また、図19に示すように第1,第2電極膜104,105を成膜する場合には、第1蒸着源402Aを用いて第1電極膜104を第1〜第4成膜工程にて成膜し、第2蒸着源402Bに切り換えた後に、第2電極膜105を第1〜第4成膜工程にて成膜することができる。この場合にも、図20に示す真空チャンバー401内に基板100を配置したまま第1,第2電極膜104,105を成膜することができる。よって、第1,第2電極膜104,105を成膜する途中で基板100が大気と接触して、第1,第2電極膜104,105間に電極膜上に自然酸化膜が形成されることがない。   The first to fourth film forming steps described above can be performed while the substrate 100 is placed in the vacuum chamber 401 shown in FIG. Therefore, the substrate 100 does not come into contact with the air during the film formation, so that a natural oxide film is not formed on the electrode film. As shown in FIG. 19, when the first and second electrode films 104 and 105 are formed, the first electrode film 104 is formed in the first to fourth film forming steps using the first vapor deposition source 402A. After film formation and switching to the second vapor deposition source 402B, the second electrode film 105 can be formed in the first to fourth film formation steps. Also in this case, the first and second electrode films 104 and 105 can be formed while the substrate 100 is placed in the vacuum chamber 401 shown in FIG. Therefore, the substrate 100 comes into contact with the air during the formation of the first and second electrode films 104 and 105, and a natural oxide film is formed on the electrode film between the first and second electrode films 104 and 105. There is nothing.

第1〜第4成膜工程の各々では、第1蒸着源402Aと第2蒸着源402Bとを同時に用いて、第1電極膜104と第2電極膜105との拡散合金化電極膜を形成しても良い。それにより、第1,第2電極膜104,105の成膜時間を大幅に短縮できる。上述の通り第1蒸着源402Aと第2蒸着源402Bとを切り換えても、熱処理により拡散合金化が可能であるが、同時蒸着によって基板温度が低い条件で拡散合金化することができる。また、この場合にも第1,第2電極膜104,105間の酸化膜の形成を無視できる。   In each of the first to fourth film forming steps, a diffusion alloyed electrode film of the first electrode film 104 and the second electrode film 105 is formed using the first vapor deposition source 402A and the second vapor deposition source 402B simultaneously. May be. Thereby, the film formation time of the 1st, 2nd electrode films 104 and 105 can be shortened significantly. As described above, even if the first vapor deposition source 402A and the second vapor deposition source 402B are switched, diffusion alloying can be performed by heat treatment, but by simultaneous vapor deposition, diffusion alloying can be performed at a low substrate temperature. Also in this case, the formation of an oxide film between the first and second electrode films 104 and 105 can be ignored.

3.4.蒸着装置での圧力と蒸着速度
本実施形態では、図20に示す蒸着源402と基板100との間の距離をLとした時、真空チャンバー401内にて電極膜を蒸着する圧力は、真空チャンバー401内での残留気体分子の平均自由工程がLの1000倍以上となる圧力に設定することができる。
3.4. In this embodiment, when the distance between the deposition source 402 and the substrate 100 shown in FIG. 20 is L, the pressure for depositing the electrode film in the vacuum chamber 401 is the vacuum chamber. The pressure can be set so that the mean free path of residual gas molecules in 401 is 1000 times or more of L.

ここで、平均自由行程(la)と蒸着時圧力(P)との間には、la=k/Pの関係が成立する。kはガスの種類に依存する定数であり、空気ついてはk=6.78Pa・mmである。蒸着時圧力(P)を1.33×10−2Paとすれば、平均自由工程laはla=500mmとなる。したがって、普通の真空チャンバーであれば、蒸着時圧力(P)≦1.33×10−2Paの場合、真空チャンバー内の分子は分子同士の衝突ではなくチャンバー壁との衝突が主となる。 Here, a relationship of la = k / P is established between the mean free path (la) and the deposition pressure (P). k is a constant depending on the type of gas, and for air, k = 6.78 Pa · mm. If the pressure (P) during vapor deposition is 1.33 × 10 −2 Pa, the mean free process la is la = 500 mm. Therefore, in the case of a normal vacuum chamber, when the deposition pressure (P) ≦ 1.33 × 10 −2 Pa, the molecules in the vacuum chamber mainly collide with the chamber wall, not with each other.

図27は、蒸着源402と基板100との間の距離がLの場合の蒸発分子と残留ガス分子との衝突する確率を示す。ただし、残留気体分子の平均自由工程はlaである。図27から、L=laの時にすでに蒸着分子のほぼ60%が残留気体分子と衝突を起こすことが判る。従って、残留ガスと蒸気分子の衝突確率を非常に小さくするには、L≪laにすることが要求される。本実施形態では、L≪laを満たす条件として、L≦1000×laを採用する。これを満たすためには、蒸着時圧力(P)≦1.33×10−5Paが成立する。 FIG. 27 shows the probability of collision between evaporated molecules and residual gas molecules when the distance between the vapor deposition source 402 and the substrate 100 is L. However, the mean free path of residual gas molecules is la. From FIG. 27, it can be seen that when L = la, almost 60% of the vapor deposition molecules collide with residual gas molecules. Therefore, to make the collision probability between the residual gas and the vapor molecule very small, L << la is required. In the present embodiment, L ≦ 1000 × la is adopted as a condition satisfying L << la. In order to satisfy this, the deposition pressure (P) ≦ 1.33 × 10 −5 Pa is established.

真空チャンバー401内の蒸着時圧力(P)を1.33×10−5Pa以下にすることにより、図28に示すように蒸発分子と残留ガス分子との衝突の確率は1/1000以下に低減できる。これにより、真空チャンバー401内の気相中で残留ガスとの反応によって発生する不純物が、薄膜である電極膜中に混入されることを防ぐことができる。 By setting the deposition pressure (P) in the vacuum chamber 401 to 1.33 × 10 −5 Pa or less, the probability of collision between evaporated molecules and residual gas molecules is reduced to 1/1000 or less as shown in FIG. it can. Thereby, impurities generated by the reaction with the residual gas in the vapor phase in the vacuum chamber 401 can be prevented from being mixed into the electrode film which is a thin film.

真空チャンバー401内の蒸着時圧力(P)を10−5Paオーダーとするには、蒸着前での真空チャンバー401の到達圧力PuをPu<1×10−6Paとする必要がある。Jまた、空チャンバー401内の蒸着時での酸素分圧PO2は、PO2<1×10−6Paとすることが好ましい。このように酸素分圧PO2を低くすると、図19に示す第1電極膜104(Cr)の成膜後に第1電極膜104上に酸化膜が形成されることを防止できる。それにより、第1電極膜104(Cr)と第2電極膜105(Au)とが、蒸着材料の再結晶化温度未満の基板温度で拡散合金化される。もし、第1電極膜104(Cr)と第2電極膜105(Au)との間に酸化膜が介在すると、拡散合金化させるために再結晶化温度以上に加熱することになる。 In order to set the deposition pressure (P) in the vacuum chamber 401 to the order of 10 −5 Pa, it is necessary to set the ultimate pressure Pu of the vacuum chamber 401 before the deposition to Pu <1 × 10 −6 Pa. J Further, the oxygen partial pressure P O2 at the time of vapor deposition in the empty chamber 401 is preferably P O2 <1 × 10 −6 Pa. When the oxygen partial pressure PO2 is thus lowered, it is possible to prevent an oxide film from being formed on the first electrode film 104 after the first electrode film 104 (Cr) shown in FIG. 19 is formed. Thereby, the first electrode film 104 (Cr) and the second electrode film 105 (Au) are diffusion-alloyed at a substrate temperature lower than the recrystallization temperature of the vapor deposition material. If an oxide film is interposed between the first electrode film 104 (Cr) and the second electrode film 105 (Au), the film is heated to a temperature higher than the recrystallization temperature in order to form a diffusion alloy.

蒸着時の圧力ついて、別の観点から考察する。残量ガスが293Kの温度の空気であると仮定すると、次式が当てはまる。   The pressure during deposition will be considered from another point of view. Assuming that the remaining gas is air at a temperature of 293K, the following equation is true.

νL/νD=7.4×103(MDPL/ρak)
ここで、νL: 基板に入射する残留ガス分子の入射
νD: 基板に入射する蒸発分子の入射率
MD: 蒸発分子の質量数
ρ: 蒸着膜の密度
PL: 蒸発時、蒸発容器内残量ガス全圧
aK: 薄膜の成長速度
νL / νD = 7.4 × 103 (MDPL / ρak)
Where νL: incident of residual gas molecules incident on the substrate
νD: Incidence rate of evaporating molecules incident on the substrate
MD: Mass number of evaporated molecules
ρ: Density of the deposited film
PL: Total pressure of remaining gas in evaporation container during evaporation
aK: Growth rate of thin film

図29は、1.33×10−3Pa(空気293K)におけるCrとAuの薄膜成長速度と、基板に入射する残留ガス分子の入射率νLと蒸発分子の入射率νDとの比率の関係を表したものである。成長速度akは、実際には1〜100nm/sの範囲内である。従って、圧力が1.33×10−3Paでは、図29に示すようにνL/νDは10−2〜1の範囲となり、残留ガスの混入が影響するのはあきらかである。 FIG. 29 shows the relationship between the thin film growth rate of Cr and Au at 1.33 × 10 −3 Pa (air 293K) and the ratio between the incident rate νL of residual gas molecules incident on the substrate and the incident rate νD of evaporated molecules. It is a representation. The growth rate ak is actually in the range of 1 to 100 nm / s. Therefore, when the pressure is 1.33 × 10 −3 Pa, νL / νD is in the range of 10 −2 to 1 as shown in FIG. 29, and it is obvious that the mixing of the residual gas has an effect.

残留ガス分子の混入を少なくするには、圧力を低くするか、または非常に速い蒸発速度を選ぶ必要がある.基板に蒸着膜が着膜する速さが速ければ欠陥が多く、遅ければ欠陥の少ない膜になることこれまでに判明している。   To reduce the contamination of residual gas molecules, it is necessary to lower the pressure or choose a very fast evaporation rate. It has been found so far that if the deposition film is deposited on the substrate at a high speed, there are many defects, and if it is slow, the film has few defects.

図30は、1×10-6PaにおけるCrとAuの薄膜成長速度と、基板に入射する残留ガス分子の入射率νLと蒸発分子の入射率νLとの比率の関係を表したものである。図29と同じくaK=1〜100nm/sの条件下では、νL/νDは8×10-3〜1×10-5の範囲となる。このように、真空チャンバー401内の蒸着時の圧力を10−6Pa台で成膜することによって、図29に示す成膜条件と比較して1/100以下に残留ガスの混入を抑えることができる。それにより、成膜された電極膜内の構造欠陥、内部応力を軽減できる。 FIG. 30 shows the relationship between the thin film growth rate of Cr and Au at 1 × 10 −6 Pa and the ratio between the incident rate νL of residual gas molecules incident on the substrate and the incident rate νL of evaporated molecules. Similarly to FIG. 29, under the condition of aK = 1 to 100 nm / s, νL / νD is in the range of 8 × 10 −3 to 1 × 10 −5 . In this way, by forming the film in the vacuum chamber 401 at a pressure of about 10 −6 Pa, the residual gas can be suppressed to 1/100 or less as compared with the film forming conditions shown in FIG. it can. Thereby, structural defects and internal stress in the formed electrode film can be reduced.

Cr,Auが基板100に蒸着される単位面積当たりの蒸着速度は、次式で表される。
Av1=5.85x10-2・Ps√(MD/T)
ここで、Av1: 理想的な条件での単位面積当たりの蒸発速度
Ps : 温度Tにおける飽和蒸気圧
MD : 蒸発分子のグラム分子量
T : 蒸発温度の絶対温度
The deposition rate per unit area at which Cr and Au are deposited on the substrate 100 is expressed by the following equation.
Av1 = 5.85x10-2 ・ Ps√ (MD / T)
Where Av1: Evaporation rate per unit area under ideal conditions
Ps: Saturated vapor pressure at temperature T
MD: Gram molecular weight of evaporated molecules
T: Absolute temperature of evaporation temperature

また、飽和蒸気圧Psは、K1,K2をそれぞれ材料の定数として、次式で表される。   Further, the saturated vapor pressure Ps is expressed by the following equation, where K1 and K2 are constants of materials, respectively.

Ps=K1×e−K2/T
図31は、Cr、Auの飽和蒸気圧曲線を示す。上式の飽和蒸気圧を用いて蒸着速度Av1が求められ、Cr,Auについての蒸着速度Av1は図32に示される。実用的には10−5〜10−2(g/cm・s)の蒸発速度が必要となる。図32から明らかなように、十分な蒸発速度を得るために、一般に蒸発材料を溶解し溶融表面からCr,Auを蒸発させるには、それぞれ1350〜1600K、1600〜2050Kの温度が必要である。この温度における飽和蒸気圧は、Cr、Auについては図31から10−1〜10Paとなり、この圧力以下では蒸着は可能である。
Ps = K1 * e- K2 / T
FIG. 31 shows saturation vapor pressure curves of Cr and Au. The vapor deposition rate Av1 is determined using the saturated vapor pressure of the above equation, and the vapor deposition rate Av1 for Cr and Au is shown in FIG. Practically, an evaporation rate of 10 −5 to 10 −2 (g / cm 2 · s) is required. As is apparent from FIG. 32, in order to obtain a sufficient evaporation rate, generally, temperatures of 1350 to 1600K and 1600 to 2050K are required to dissolve the evaporation material and evaporate Cr and Au from the molten surface, respectively. The saturated vapor pressure at this temperature is 10 −1 to 10 1 Pa from FIG. 31 for Cr and Au, and vapor deposition is possible below this pressure.

3.5.音叉型水晶振動子の特性
以上の通り、真空チャンバー401内の蒸着時の圧力を1.33×10−5Pa以下とし、蒸着時に基板100を加熱することにより、適切な薄膜成長速度で、残留ガス分子(特に酸素)の影響を受けずに、構造欠陥・内部応力の少ない水晶振動子電極薄膜の製膜が可能となる。
3.5. Characteristics of Tuning Fork Crystal Resonator As described above, the pressure during vapor deposition in the vacuum chamber 401 is set to 1.33 × 10 −5 Pa or less, and the substrate 100 is heated at the time of vapor deposition, so that the residual at a suitable thin film growth rate. A crystal oscillator electrode thin film with few structural defects and internal stress can be formed without being affected by gas molecules (especially oxygen).

上述のようにして製造される音叉型水晶振動子30は、図33に示す固有共振インピーダンス特性を有することができる。従来型の音叉型水晶振動子の固有共振インピーダンスの最小値Z0=12.5kΩ(T=15℃)は、本実施形態では電極膜の構造欠陥が低減されてZ0=10.0kΩ(T=15℃)まで低下させることができる。また、従来型の音叉型水晶振動子は、温度Tが15℃≦T≦55°範囲で±500ppm/℃温度依存性を有していたのが、本実施形態では電極膜中の不純物を低減することで±50ppm/℃以内に改善することができる。さらに、2つの腕34A,34Bの第1,第2側面34A2,34A4,34B2,34B4での第1電極膜(Cr)を20〜40nmの膜厚の連続膜として形成することで、温度TPよりも低温領域での抵抗値が正の温度係数となり、温度勾配も低減することができる。 The tuning fork type crystal resonator 30 manufactured as described above can have the characteristic resonance impedance characteristic shown in FIG. The minimum value Z0 = 12.5kΩ natural resonance impedance of a conventional tuning fork crystal (T P = 15 ℃) is, in the present embodiment is reduced structural defects of the electrode film is Z0 = 10.0kΩ (T P = 15 ° C). In addition, the conventional tuning fork type crystal resonator has a temperature dependency of ± 500 ppm / ° C. in a temperature T range of 15 ° C. ≦ T ≦ 55 °. In this embodiment, impurities in the electrode film are reduced. By doing so, it can be improved within ± 50 ppm / ° C. Further, by forming the first electrode film (Cr) on the first and second side surfaces 34A2, 34A4, 34B2, and 34B4 of the two arms 34A and 34B as a continuous film having a thickness of 20 to 40 nm, the temperature TP Also, the resistance value in the low temperature region has a positive temperature coefficient, and the temperature gradient can be reduced.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings.

例えば、素子の主面と側面とに電極膜を成膜するためのチルト及び反転駆動機構を基板ホルダーに設けた成膜装置は、圧力センサーやタイミングセンサを含む各種用途に用いられる音叉型水晶振動子等の素子の製造にも適用でき、必ずしも蒸着装置に限定されないことは明らかである。   For example, a film-forming apparatus provided with a tilt and inversion drive mechanism for forming an electrode film on the main and side surfaces of an element on a substrate holder is a tuning-fork type crystal vibration used for various applications including pressure sensors and timing sensors. It is obvious that the present invention can be applied to the manufacture of elements such as a child and is not necessarily limited to a vapor deposition apparatus.

また、電極膜を二層積層する場合には、第1電極膜はCrに限らず、他の高融点金属であるNi、Ti、V、Nb、Ta、Hf、Mo、Zrから選択できる。第2電極膜もAuに限らず、高融点金属と密着性の良いAg、Ptなどであって良い。   When two electrode films are stacked, the first electrode film is not limited to Cr, but can be selected from other high melting point metals such as Ni, Ti, V, Nb, Ta, Hf, Mo, and Zr. The second electrode film is not limited to Au but may be Ag, Pt or the like having good adhesion to the refractory metal.

1 水晶式圧力計、10 真空室、30 水晶振動子、32A,32B 第1,第2の腕部(素子部)、32A1,32B1 第1主面、32A2,32B2 第1側面、32A3,32B3 第2主面、32A4,32B4 第2側面、40 電極、70A 第1の電極パターン(電極膜)、70B 第2の電極パターン(電極膜)、100 基板(水晶基板)、100A 表面、100B 裏面、104 第1電極膜、105 第2電極膜、200 測定回路、 210 電流電圧変換器、220 減衰器(1/10減衰器)、230 第1の全波整流器、240 基準電圧源、250 比較器、260 電圧制御減衰器、270 第2の全波整流器、280 アナログ/デジタル(A/D)変換器、290 周波数カウンタ、300 記憶部、310 演算部、320 表示部、400 成膜装置(蒸着装置)、401 真空チャンバー、402 成膜源(蒸着源)、402A 第1蒸着源、402B 第2蒸着源、403 基板ホルダー、404 回転軸、406 加熱部(赤外線ランプ)、W 矩形断面部の断面幅、t 矩形断面部の断面厚、La 腕部の長さ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal type pressure gauge, 10 Vacuum chamber, 30 Crystal oscillator, 32A, 32B 1st, 2nd arm part (element part), 32A1, 32B1 1st main surface, 32A2, 32B2 1st side surface, 32A3, 32B3 1st 2 main surface, 32A4, 32B4 second side surface, 40 electrodes, 70A first electrode pattern (electrode film), 70B second electrode pattern (electrode film), 100 substrate (crystal substrate), 100A surface, 100B back surface, 104 First electrode film, 105 Second electrode film, 200 Measurement circuit, 210 Current-voltage converter, 220 Attenuator (1/10 attenuator), 230 First full-wave rectifier, 240 Reference voltage source, 250 Comparator, 260 Voltage controlled attenuator, 270 second full-wave rectifier, 280 analog / digital (A / D) converter, 290 frequency counter, 300 storage unit, 310 operation Part, 320 display part, 400 film forming apparatus (deposition apparatus), 401 vacuum chamber, 402 film forming source (deposition source), 402A first evaporation source, 402B second evaporation source, 403 substrate holder, 404 rotating shaft, 406 heating Part (infrared lamp), cross section width of W rectangular cross section, cross section thickness of rectangular cross section, length of La arm section

Claims (10)

基板に形成される素子が、前記基板の表裏面と直交する断面が矩形である素子部を含み、前記素子部が、前記基板の厚さ方向で対向する第1及び第2主面と、前記第1及び第2主面と直交する第1及び第2側面とを有し、前記素子部に電極膜を成膜して前記素子を製造する方法であって、
真空チャンバー内にて成膜源と離間して配置され、かつ、回転軸に支持された基板ホルダーに、前記基板の表裏面を露出させて前記基板を支持して、前記回転軸をチルト駆動させて前記第1主面及び前記第1側面を前記成膜源と向い合わせ、前記第1主面及び第1側面に電極膜を成膜する第1成膜工程と、
前記第1成膜工程の後に、前記回転軸をチルト駆動させて前記第1主面及び前記第2側面を前記成膜源と向い合わせ、前記第1主面及び前記第2側面に前記電極膜を成膜する第2成膜工程と、
前記第1または第2成膜工程の後に、前記回転軸の駆動により前記基板を反転駆動させて、前記第2主面と前記第1及び第2側面の一方とを前記成膜源と向い合わせ、前記第2主面と前記第1及び第2側面の一方とに前記電極膜を成膜する第3成膜工程と、
前記第3成膜工程後に、前記回転軸をチルト駆動させて前記第2主面と前記第1及び第2側面の他方とを前記成膜源と向い合わせ、前記第2主面及び第2側面の他方とに前記電極膜を成膜する第4成膜工程と、
を含むことを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
The element formed on the substrate includes an element part having a rectangular cross section orthogonal to the front and back surfaces of the substrate, and the element part includes first and second main surfaces facing each other in the thickness direction of the substrate, A first and second side surface perpendicular to the first and second main surfaces, and a method of manufacturing the device by forming an electrode film on the device portion,
In a vacuum chamber, a substrate holder that is spaced apart from the film forming source and supported by the rotation shaft exposes the front and back surfaces of the substrate, supports the substrate, and drives the rotation shaft to tilt. A first film forming step of forming an electrode film on the first main surface and the first side surface by facing the first main surface and the first side surface to the film forming source;
After the first film formation step, the rotation axis is tilt-driven so that the first main surface and the second side surface face the film formation source, and the electrode film is formed on the first main surface and the second side surface. A second film forming step of forming a film;
After the first or second film forming step, the substrate is driven in reverse by driving the rotating shaft so that the second main surface and one of the first and second side surfaces face the film forming source. A third film forming step of forming the electrode film on the second main surface and one of the first and second side surfaces;
After the third film formation step, the rotation axis is tilt-driven so that the second main surface and the other of the first and second side surfaces face the film formation source, and the second main surface and second side surface A fourth film forming step of forming the electrode film on the other of
A process for producing an element having an electrode film comprising:
請求項1において、
前記電極膜は、前記基板に形成される第1電極膜と、前記第1電極膜上に形成される第2電極膜とを含み、
前記成膜源は、前記第1電極膜となる材料を蒸着させる第1蒸着源と、前記第2電極膜となる材料を蒸着させる第2蒸着源とを含み、
前記第1蒸着源を用いた前記第1〜第4成膜工程にて前記第1電極膜が形成され、前記第2蒸着源を用いた前記第1〜第4成膜工程にて前記第2電極膜が形成されることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In claim 1,
The electrode film includes a first electrode film formed on the substrate and a second electrode film formed on the first electrode film,
The film formation source includes a first vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the first electrode film, and a second vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the second electrode film,
The first electrode film is formed in the first to fourth film forming steps using the first evaporation source, and the second electrode is formed in the first to fourth film forming steps using the second evaporation source. A method for manufacturing an element having an electrode film, wherein the electrode film is formed.
請求項1において、
前記電極膜は、前記基板に形成される第1電極膜と、前記第1電極膜上に形成される第2電極膜とを含み、
前記成膜源は、前記第1電極膜となる材料を蒸着させる第1蒸着源と、前記第2電極膜となる材料を蒸着させる第2蒸着源とを含み、
前記第1〜第4成膜工程の各々では、前記第1蒸着源と前記第2蒸着源とを同時に用いて、前記第1電極膜と前記第2電極膜との拡散合金化電極膜が形成されることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In claim 1,
The electrode film includes a first electrode film formed on the substrate and a second electrode film formed on the first electrode film,
The film formation source includes a first vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the first electrode film, and a second vapor deposition source for vapor-depositing a material to be the second electrode film,
In each of the first to fourth film forming steps, a diffusion alloyed electrode film of the first electrode film and the second electrode film is formed by using the first vapor deposition source and the second vapor deposition source simultaneously. A method for manufacturing an element having an electrode film.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記成膜源は、前記電極膜を蒸着させる蒸着源であり、
前記蒸着源と前記基板間の距離をLとした時、前記真空チャンバー内にて前記電極膜を蒸着する圧力は、前記真空チャンバー内での残留気体分子の平均自由工程がLの1000倍以上となる圧力であることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The film forming source is a vapor deposition source for depositing the electrode film,
When the distance between the deposition source and the substrate is L, the pressure for depositing the electrode film in the vacuum chamber is such that the mean free path of residual gas molecules in the vacuum chamber is 1000 times or more of L. The manufacturing method of the element which has an electrode film characterized by the above-mentioned pressure.
請求項4において、
前記真空チャンバー内の蒸着時の圧力が、1.33×10−5Pa以下であることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In claim 4,
A method for producing an element having an electrode film, wherein a pressure during vapor deposition in the vacuum chamber is 1.33 × 10 −5 Pa or less.
請求項5において、
前記真空チャンバー内の蒸着時の酸素分圧が、1×10−6Pa以下であることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In claim 5,
A method for manufacturing an element having an electrode film, wherein an oxygen partial pressure during vapor deposition in the vacuum chamber is 1 × 10 −6 Pa or less.
請求項2乃至6のいずれかにおいて、
前記第1〜第4成膜工程の各々にて、前記基板を、前記基板とは非接触にて、前記電極膜を形成する蒸着材料の再結晶化温度未満の成膜温度で加熱しながら、前記電極膜を蒸着することを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In any one of Claims 2 thru | or 6.
In each of the first to fourth film formation steps, the substrate is heated at a film formation temperature lower than the recrystallization temperature of the vapor deposition material for forming the electrode film in a non-contact manner with the substrate. A method for producing an element having an electrode film, comprising depositing the electrode film.
請求項7において、
前記電極膜の成膜後に、前記成膜温度よりも高い温度で、前記基板を熱処理する工程をさらに有することを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In claim 7,
A method for manufacturing an element having an electrode film, further comprising a step of heat-treating the substrate at a temperature higher than the film formation temperature after the electrode film is formed.
請求項5乃至8のいずれかにおいて、
前記電極膜を蒸着する時の蒸着速度をAvとしたとき、10−5g/(cm・S)≦Av≦10−2g/(cm・S)とすることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In any of claims 5 to 8,
10 −5 g / (cm 2 · S) ≦ Av ≦ 10 −2 g / (cm 2 · S), where Av is a deposition rate when the electrode film is deposited. The manufacturing method of the element which has this.
請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記基板は水晶基板であり、
前記素子は、2本の腕を前記素子部として有する音叉型水晶振動子であることを特徴とする電極膜を有する素子の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The substrate is a quartz substrate;
The element is a tuning fork type crystal resonator having two arms as the element portion. A method of manufacturing an element having an electrode film.
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