JP2001251160A

JP2001251160A - 圧電振動片及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001251160A
Application number: JP2000062300A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iwamoto; 修岩本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電振動片の振動周波数を測定しながら調整
することができると共に、振動周波数の調整量を大きく
採ることができ、振動周波数の経時変化が少ない圧電振
動片及びその製造方法を提供すること。【解決手段】中央部が薄板化された振動部３１と、前
記振動部の中央部に形成された励振電極３２とを備えた
圧電振動片３０の前記励振電極上に振動周波数調整膜３
４を備える。これにより、圧電振動片の振動周波数を所
定値よりも常に低くすることができるため、圧電振動片
の振動周波数の調整時には振動周波数調整膜の厚みを減
少させるのみでよいので、圧電振動片の振動周波数の調
整量を大きく採ることができると共に、振動周波数の経
時変化を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動片及びそ
の製造方法に関し、特に振動周波数の調整機能を有する
圧電振動片及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動片は、振動部と励振電極及び引
き出し電極で概略構成されている。このような構成の圧
電振動片は、振動部の板厚により振動周波数が決定され
る。振動部の板厚と振動周波数は反比例の関係にあり、
例えば振動部の板厚が１００μｍのときの振動周波数は
１７．５ＭＨｚとなり、振動部の板厚が５０μｍのとき
の振動周波数は３５ＭＨｚとなる。

【０００３】ところが、振動部の板厚が薄くなるほど、
機械的な研磨加工は困難になり、また振動に対する強度
は弱くなり、振動部が破損し易くなる。このため、高周
波数の圧電振動片は、振動部の中央部のみを薄く加工
し、外周部を補強枠として厚く加工した、いわゆる逆メ
サ型の形状に作製されている。振動部の中央部の薄板化
は、機械的な研磨で行う場合もあるが、殆どがウエット
エッチングで行われている。

【０００４】図８（Ａ）、（Ｂ）は、一般的な逆メサ型
圧電振動片の一例を示す斜視図及びそのＡ−Ａ線断面図
である。

【０００５】この逆メサ型圧電振動片１０は、矩形板状
の振動部１１の中央部のみが薄く加工され、外周部が厚
く加工されている。そして、振動部１１の中央部の表裏
面には励振電極１２が形成され、外周部の一端には各励
振電極１２に通電するための引き出し電極１３が形成さ
れている。

【０００６】このような逆メサ型圧電振動片１０の製造
方法としては、基板に複数のエッチングパターンをフォ
トリソグラフィで形成して所定の厚さまでウエットエッ
チングし、複数のチップをウエットエッチング等で分割
して振動部１１とする。そして、励振電極１２及び引き
出し電極１３をスパッタリング等で形成して最終的な逆
メサ型圧電振動片１０とする方法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の逆メサ
型圧電振動片１０の振動周波数を所定値に調整する方法
としては、振動部１１の厚みをウエットエッチング等で
減少させる方法と、励振電極１２の厚みを研磨等で減少
させ、あるいは再度のスパッタリング等で増加させる方
法が採られている。

【０００８】ところが、振動部１１の厚みをウエットエ
ッチング等で減少させる方法では、エッチング液を使用
するため、逆メサ型圧電振動片１０の振動周波数を測定
しながら所定値に調整することができない。このため、
逆メサ型圧電振動片１０の振動周波数が所定値に達する
まで、振動部１１のウエットエッチングと逆メサ型圧電
振動片１０の振動周波数の測定を交互に繰り返さなくて
はならず、多大な調整工数が掛かるという欠点があっ
た。

【０００９】また、励振電極１２の厚みを研磨等で減少
させる方法では、励振電極１２の厚みが極薄であるた
め、逆メサ型圧電振動片１０の振動周波数の調整量に限
界が生じ、所定値に調整することができない場合がある
という欠点があった。一方、励振電極１２の厚みを再度
のスパッタリング等で増加させる方法では、励振電極１
２の厚みが極端に厚くなってしまう場合があり、その後
の逆メサ型圧電振動片１０の使用において振動周波数が
大幅に変化してしまうおそれがあった。

【００１０】本発明の目的は、上記課題を解消して、圧
電振動片の振動周波数を測定しながら調整することがで
きると共に、振動周波数の調整量を大きく採ることがで
き、振動周波数の経時変化が少ない圧電振動片及びその
製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、中央
部が薄板化された振動部と、前記振動部の中央部に形成
された励振電極とを備えた圧電振動片において、前記励
振電極上に振動周波数調整膜を備えていることを特徴と
する圧電振動片である。

【００１２】この請求項１の発明では、励振電極上に振
動周波数調整膜を任意の厚みで別途形成するようにして
いるので、圧電振動片の振動周波数を所定値よりも常に
低くすることができる。このため、圧電振動片の振動周
波数の調整時には振動周波数調整膜の厚みを減少させる
のみでよいので、圧電振動片の振動周波数の調整量を大
きく採ることができると共に、振動周波数の経時変化を
抑制することができる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載の構成
において、前記振動周波数調整膜が、ドライエッチング
可能な材料で成る圧電振動片である。

【００１４】この請求項２の発明では、請求項１の発明
の作用に加え、振動周波数調整膜のガスエッチングによ
り圧電振動片の振動周波数を調整することが可能となる
ので、圧電振動片の振動周波数を測定しながら調整する
ことができる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の構成において、前記振動部が、水晶で成る圧電振動
片である。

【００１６】この請求項３の発明では、請求項１または
２の発明の作用に加え、ウエットエッチングが容易な水
晶を用いているので、振動部を中央部が薄板化された逆
メサ型の形状に容易に形成することができる。

【００１７】請求項４の発明は、振動部の中央部が薄板
化され、前記振動部の中央部に励振電極が形成された圧
電振動片の製造方法において、前記励振電極上に振動周
波数調整膜を成膜し、前記励振電極に電圧を印加し前記
振動部を振動させて振動周波数を測定し、前記測定振動
周波数が所定値になるまで前記振動周波数調整膜をエッ
チング処理することを特徴とする圧電振動片の製造方法
である。

【００１８】この請求項４の発明では、圧電振動片の振
動周波数が所定値よりも常に低くなるように、励振電極
上に振動周波数調整膜を任意の厚みで別途形成すること
ができる。このため、圧電振動片の振動周波数を測定し
ながら振動周波数調整膜の厚みを減少させるのみでよい
ので、圧電振動片の振動周波数の調整量を大きく採るこ
とができると共に、振動周波数の調整を迅速かつ高精度
に行うことができる。さらに、振動周波数の経時変化を
抑制することができる。

【００１９】請求項５の発明は、請求項４に記載の構成
において、前記振動周波数調整膜が、ドライエッチング
可能な材料をスパッタリングすることにより成膜されて
いる圧電振動片の製造方法である。

【００２０】この請求項５の発明では、請求項４の発明
の作用に加え、ガスエッチングにより圧電振動片の振動
周波数を調整することが可能な振動周波数調整膜を容易
に成膜することができる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項４または５に記
載の構成において、前記振動部が、水晶をエッチングす
ることにより形成されている圧電振動片の製造方法であ
る。

【００２２】この請求項６の発明では、請求項４または
５の発明の作用に加え、ウエットエッチングにより中央
部が薄板化された逆メサ型の振動部を容易に形成するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。

【００２４】図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の圧電振動
片の実施形態である逆メサ型圧電振動片を示す斜視図及
びそのＡ−Ａ線断面図である。

【００２５】この逆メサ型圧電振動片３０は、矩形板状
の振動部３１の中央部のみが薄く加工され、外周部が厚
く加工されている。そして、振動部３１の中央部の表裏
面には励振電極３２が形成され、外周部の一端には各励
振電極３２に通電するための引き出し電極３３が形成さ
れている。そして、励振電極３２上の一部、この例では
略中央部には、逆メサ型圧電振動片３０の振動周波数を
調整するための振動周波数調整膜３４が形成されてい
る。

【００２６】振動部３１は、ウエットエッチングが容易
な例えば水晶で作成されているが、他に例えばニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３）等で作成してもよ
い。このようにウエットエッチングが容易な水晶を用い
ているので、振動部３１を中央部が薄板化された逆メサ
型の形状に容易に形成することができる。

【００２７】励振電極３２及び引き出し電極３３は、例
えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）がこの順で積層成膜さ
れているが、他に例えばクロム（Ｃｒ）のみやアルミニ
ウム（Ａｌ）のみ等で成膜してもよい。

【００２８】振動周波数調整膜３４は、ドライエッチン
グが可能な例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で成膜さ
れているが、他に例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４
）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ダイアモンドライクカーボ
ン（Ｃ）等や、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）
等の金属で成膜してもよい。ここで、振動周波数調整膜
３４がＳｉＯ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｎＯ、Ｃ、Ａｌ、Ｔ
ｉで成膜されているときのエッチングガスとしては、四
フッ化炭素（ＣＦ４）、ＣＦ４、塩素（Ｃｌ２
）、酸素（Ｏ２）、Ｃｌ２、ＣＦ４がそれぞれ
用いられる。

【００２９】このように振動周波数調整膜３４をドライ
エッチングが可能な材料で励振電極３２上の一部に任意
の厚みで別途形成しておくことにより、逆メサ型圧電振
動片３０の振動周波数を所定値よりも常に低くすること
ができる。このため、逆メサ型圧電振動片３０の振動周
波数の調整時には、ガスエッチングにより振動周波数調
整膜３４の厚みを減少させるのみでよいので、逆メサ型
圧電振動片３０の振動周波数を測定しながら調整するこ
とができ、また逆メサ型圧電振動片３０の振動周波数の
調整量を大きく採ることができると共に、振動周波数の
経時変化を抑制することができる。

【００３０】また、図１では、振動周波数調整膜３４は
励振電極３２より小さいが、振動周波数調整膜３４が励
振電極３２より大きくてもよい。

【００３１】図２〜図６は、本発明の圧電振動片の製造
方法の実施形態を示す工程図である。

【００３２】先ず、サイズが３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．
１ｍｍの水晶で成るＡＴカット基板（３５度１５分回
転Ｙ板）２１を用意して表面をポリッシュ仕上げする
（図２（Ａ））。そして、このＡＴカット基板２１の両
面にＣｒを厚さ０．０５μｍとなるまでスパッタリング
あるいは蒸着してＣｒ膜２２を成膜し、さらにＡｕを厚
さ０．１μｍとなるまでスパッタリングあるいは蒸着し
てＡｕ膜２３を成膜してフッ酸の耐蝕膜とする（図２
（Ｂ））。そして、Ａｕ膜２３の表面にフォトレジスト
を塗布し乾燥させてフォトレジスト膜２４を成膜する
（図２（Ｃ））。

【００３３】次に、フォトレジスト膜２４上に振動部３
１の外形を形成するためのエッチングパターンが描画さ
れたフォトマスク２５を配置し、紫外線で露光してフォ
トマスク２５のエッチングパターンをフォトレジスト膜
２４に転写する（図２（Ｄ））。そして、フォトレジス
ト膜２４の感光部分を現像液で現像して除去し、Ａｕ膜
２３を露出させる（図２（Ｅ））。

【００３４】次に、露出したＡｕ膜２３を例えばヨウ素
（Ｉ２）とヨウ化カリウム（ＫＩ）の水溶液で成るＡ
ｕ用のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜２２を露出
させ、さらに露出したＣｒ膜２２をＣｒ用のエッチング
液でエッチングし、ＡＴカット基板２１を露出させる
（図３（Ａ））。そして、残存しているフォトレジスト
膜２４を剥離する（図３（Ｂ））。続いて、露出したＡ
Ｔカット基板２１と残存しているＣｒ膜２２、Ａｕ膜２
３を全て覆うようにフォトレジストを再度塗布し乾燥さ
せてフォトレジスト膜２６を成膜する（図３（Ｃ））。

【００３５】次に、フォトレジスト膜２６上に振動部３
１の形状を形成するためのエッチングパターンが描画さ
れたフォトマスク２７を配置し、紫外線で露光してフォ
トマスク２７のエッチングパターンをフォトレジスト膜
２６に転写する（図３（Ｄ））。そして、フォトレジス
ト膜２６の感光部分を現像液で現像して除去し、ＡＴカ
ット基板２１及びＡｕ膜２３を露出させる（図４
（Ａ））。

【００３６】次に、露出したＡＴカット基板２１を例え
ばフッ化水素酸（ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ４
Ｆ）が１：１の混合液（緩衝フッ酸）で成る水晶用の
エッチング液を５０°Ｃにして１時間エッチングし、サ
イズが３ｍｍ×２ｍｍの振動部３１を形成する（図４
（Ｂ））。一方、露出したＡｕ膜２３を上述したＡｕ用
のエッチング液でエッチングし、Ｃｒ膜２２を露出さ
せ、さらに露出したＣｒ膜２２を上述したＣｒ用のエッ
チング液でエッチングし、ＡＴカット基板２１を露出さ
せる（図４（Ｃ））。

【００３７】次に、露出したＡＴカット基板２１を上述
した水晶用のエッチング液でハーフエッチングし、振動
部３１の中央部を厚さ８μｍに形成する（図４
（Ｄ））。そして、残存しているフォトレジスト膜２６
とＣｒ膜２２、Ａｕ膜２３を剥離する。これにより、複
数の振動部３１が完成する（図４（Ｅ））。

【００３８】次に、振動部３１の両面上に励振電極３２
及び引き出し電極３３を形成するための電極パターンが
描画されたマスク２８を配置し（図５（Ａ））、振動部
３１の両面にＣｒを厚さ２０ｎｍとなるまでスパッタリ
ングしてＣｒ膜を成膜し、さらにＡｕを厚さ５０ｎｍと
なるまでスパッタリングしてＡｕ膜を成膜して励振電極
３２及び引き出し電極３３とする（図５（Ｂ））。この
時点における振動周波数は、例えば１６６．３ＭＨｚと
なる。

【００３９】次に、振動部３１の両面上に振動周波数調
整膜３４を形成するための調整膜パターンが描画された
マスク２９を配置し（図５（Ｃ））、各励振電極３２上
にＳｉＯ２を厚さ３００ｎｍとなるまでスパッタリン
グしＳｉＯ２膜を成膜して振動周波数調整膜３４とす
る（図５（Ｄ））。この時点における振動周波数は、例
えば１５８ＭＨｚとなる。

【００４０】次に、励振電極３２、引き出し電極３３及
び振動周波数調整膜３４が形成された振動部３１をドラ
イエッチング装置４０にセットし、引き出し電極３３を
振動周波数測定装置５０に接続する。そして、ドライエ
ッチング装置４０内にＣＦ４を流量が８×１０−５ｍ３
／ｍｉｎ、振動周波数調整膜３４への到達圧力が０．
００２Ｐａ、ガス導入後の圧力が２Ｐａとなるように流
し、振動周波数測定装置５０により引き出し電極３３を
介して励振電極３２に通電して振動部３１を振動させ振
動周波数を測定する。そして、測定振動周波数が所定値
になるまでドライエッチング装置４０によりプラズマの
発生パワーが１００Ｗ、周波数が１３．５６ＭＨｚで振
動周波数調整膜３４を１００ｓｅｃドライエッチングし
（図６（Ａ））、最終的な逆メサ型圧電振動片３０とす
る（図６（Ｂ））。

【００４１】尚、このときのドライエッチング装置４０
によるエッチング時間（ｓｅｃ）と振動周波数測定装置
５０による測定振動周波数変化（ＭＨｚ）との関係は、
ドライエッチング装置４０によるプラズマの発生パワー
が１００Ｗのときは図７の黒丸に示すように緩やかであ
るが、プラズマの発生パワーが２００Ｗのときは図７の
黒四角に示すように急峻となる。よって、エッチング時
間（ｓｅｃ）の短縮化及び振動周波数調整の高精度化を
図る場合は、初期段階ではプラズマの発生パワーを高く
し、最終段階ではプラズマの発生パワーを低くして行う
ようにすればよい。尚、振動周波数調整膜３４のドライ
エッチングは、片側からのみでもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、振動周
波数調整膜をドライエッチングが可能な材料で励振電極
上に任意の厚みで別途形成するようにしているので、圧
電振動片の振動周波数を所定値よりも常に低くすること
ができる。このため、振動周波数の調整時には、ガスエ
ッチングにより振動周波数調整膜３４の厚みを減少させ
るのみでよいので、圧電振動片の振動周波数を測定しな
がら調整することができる。また、圧電振動片の振動周
波数の調整量を大きく採ることができる。さらに、振動
周波数の経時変化を抑制することができる。したがっ
て、高精度、高信頼性で、かつ長寿命の圧電振動片とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動片の実施形態である逆メサ型
圧電振動片を示す斜視図及びそのＡ−Ａ線断面図。

【図２】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第１の工程図。

【図３】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第２の工程図。

【図４】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第３の工程図。

【図５】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第４の工程図。

【図６】本発明の圧電振動片の製造方法の実施形態を示
す第５の工程図。

【図７】本発明の圧電振動片の製造方法におけるドライ
エッチング装置によるエッチング時間（ｓｅｃ）と振動
周波数測定装置による測定振動周波数変化（ＭＨｚ）と
の関係を示す図。

【図８】従来の逆メサ型圧電振動片の一例を示す斜視図
及びそのＡ−Ａ線断面図。

【符号の説明】

１０、３０逆メサ型圧電振動片１１、３１振動部１２、３２励振電極１３、３３接続電極３４振動周波数調整膜２１ＡＴカット基板２２Ｃｒ膜２３Ａｕ膜２４、２６フォトレジスト膜２５、２７フォトマスク２８、２９マスク４０ドライエッチング装置５０振動周波数測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部が薄板化された振動部と、前記振
動部の中央部に形成された励振電極とを備えた圧電振動
片において、前記励振電極上に振動周波数調整膜を備えていることを
特徴とする圧電振動片。
【請求項２】前記振動周波数調整膜が、ドライエッチ
ング可能な材料で成る請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項３】前記振動部が、水晶で成る請求項１また
は２に記載の圧電振動片。
【請求項４】振動部の中央部が薄板化され、前記振動
部の中央部に励振電極が形成された圧電振動片の製造方
法において、前記励振電極上に振動周波数調整膜を成膜し、前記励振電極に電圧を印加し前記振動部を振動させて振
動周波数を測定し、前記測定振動周波数が所定値になるまで前記振動周波数
調整膜をエッチングすることを特徴とする圧電振動片の
製造方法。
【請求項５】前記振動周波数調整膜が、ドライエッチ
ング可能な材料をスパッタリングすることにより成膜さ
れている請求項４に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項６】前記振動部が、水晶をウエットエッチン
グすることにより形成されている請求項４または５に記
載の圧電振動片の製造方法。