JP2008079033A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングにより、水晶振動子のマスクである金属膜に対して水晶振動子の溝部に対応する開口部を形成するにあたり、金属膜の外周縁が波打ったようにエッチングされるため、水晶振動子へ溝部を形成する際、水晶振動子は、前記金属膜に倣って形成されて、外観不良や寸法不良となってしまうこと。
【解決手段】金属膜に対して水晶振動子の溝部に対応する開口部を形成する前に、金属膜の外形を水晶振動子の外形よりも小さく形成しておき、その後金属膜のエッチングと水晶振動子のエッチングとを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば水晶等からなる圧電振動子を製造する技術に関する。

音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。また、最近では、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス）をより小さくする要求が強く、水晶振動子に溝部を形成したものが用いられている。

音叉型の水晶振動子１００は、図７に示すように、基部１と基部１に設けられた一対の振動腕部２ａ及び２ｂとからなっている。振動腕部２ａ、２ｂにおける両主面には、溝部３１、３２が各々設けられており、これらの溝部３１、３２及び振動腕部２ａ、２ｂには、屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための図示しない励振電極が形成されている。この励振電極に電流を流すことによって、水晶振動子１００に振動が生じる。

この水晶振動子１００は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。尚、図８、９及び１１は、水晶振動子１００の図７におけるＡ−Ａ’線に沿った断面を示す図である。先ず、切り出された水晶ウェハ１０の研磨加工及び洗浄を行った後に、スパッタ法により金属膜１１を形成する（図８（ａ））。この金属膜１１は、例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜上に金（Ａｕ）が成膜されている膜である。

続いて金属膜１１の表面にレジスト膜１２を形成した後（図８（ｂ））、露光、現像処理を行い、レジスト膜１２に水晶振動子１００の形状、即ち音叉形状のパターンを形成する（図８（ｃ））。そしてヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液などに浸漬して、エッチングを行い金属膜１１にレジスト膜１２のパターンに対応したパターンを形成した後、レジスト膜１２を剥離する（図８（ｄ））。

次に、水晶ウェハ１０の全面にレジスト膜１３を形成して（図８（ｅ））、金属膜１１のパターンの開口部及び図７に示す溝部３１、３２に対応する部分のレジスト膜１３を剥離する（図９（ｆ））。

しかる後、水晶ウェハ１０をフッ酸に浸漬して、金属膜１１をマスクとして水晶片１７の外形を形成する（図９（ｇ））。この時、水晶片１７が金属膜１１の外形よりも僅かに小さくなるようにエッチングされて、金属膜１１の端部が露出する。続いて、図７の溝部３１に対応する部分の金属膜１１をエッチングする（図９（ｈ））。このエッチングによって、前述の水晶ウェハ１０のエッチングにより露出した金属膜１１の端部は、水晶片１７側からエッチングされて、水晶片１７の外形とほぼ同じ大きさとなる。そして、水晶片１７をフッ酸に浸漬して、水晶片１７の両主面に溝部３１を形成する（図９（ｉ））。前述の金属膜１１のエッチングによって、金属膜１１の外形が水晶片１７の外形とはほぼ等しい寸法に形成されているため、水晶片１７の外形は、上述の図９（ｇ）における水晶ウェハ１０のエッチングと同様に、金属膜１１の外形よりも僅かに小さくなるようにエッチングされる。

上述の製法によって水晶振動子１００が製造されるが、この製法には次のような問題がある。つまり、図９（ｉ）において形成された水晶振動子１００は、図１０に示すように、外形の角部のラインが波打った状態となってしまい、外観不良及び寸法不良の原因となり、更に水晶振動子１００の外形と密接な関係を持つＣＩ値が増加することが分かった。これは、以下の原因によるものではないかと推察される。

既述の通り、図９（ｇ）において、水晶ウェハ１０は、金属膜１１のパターン及びレジスト膜１３の端部が図１１（ａ）に示すように、水晶片１７の端部から独立して起立する（水晶片１７の端部に保持されない）ようにエッチングされる。このため、金属膜１１のパターン及びレジスト膜１３の端部は、エッチング液の撹拌や水晶片１７の揺動によって、図１１（ｂ）に示すように、部分的に水晶片１７側に折れ曲がり、水晶片１７に張り付いてしまうことがある。このように金属膜１１及びレジスト膜１３が水晶片１７側に折れ曲がった部位と、水晶片１７の端部から起立している部位と、では、金属膜１１とエッチング液との接触面積が異なる（折れ曲がった部位における接触面積が小さい）ため、図１１（ｃ）に示すように、図９（ｈ）の金属膜１１のエッチング後において、金属膜１１の寸法にばらつきが生じてしまう。その後、図９（ｉ）において、水晶片１７がこの金属膜１１の外形に倣ってエッチングされるため、水晶振動子１００の外形のラインが波打った形状となると考えられる。

特許文献２には、水晶ウェハに形成された金属膜の寸法よりも小さな寸法のレジスト膜を形成する技術が記載されているが、上述の水晶片の寸法不良については何ら思慮されていない。

特開２００２−７６８０６（（００９４）〜（０１１３）、図９〜図１３） 特開２００４−１２０３５１（（００２０）〜（００２３）、図１、図２）

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧電振動子の外形について良好な形状を得ることができる圧電振動子の製造方法、その方法により製造された圧電振動子及びこの圧電振動子を備えた電子部品を提供することにある。

本発明の圧電振動子の製造方法は、
基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子の製造方法において、
圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面に、圧電振動子の形状部分が残るようにパターニングされたレジスト膜を形成して、金属膜に対してエッチングによりパターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を全て剥離する工程と、
前記金属膜の表面に、前記金属膜のパターンの外形よりも片側３μｍ〜１２μｍ小さい外形と、振動腕部の溝部に相当する部分が開口した開口部と、を有するパターンのレジスト膜を形成する工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして圧電振動子の外形を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクとして、前記振動部の溝部に相当する部分の金属膜を除去すると共に、前記レジスト膜の外形よりも外側の金属膜を除去するエッチング工程と、
前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして、前記複数の振動腕部に各々溝部を形成すると共に振動腕部における金属膜の外縁よりも外側にはみ出ている部分を除去することにより、当該振動腕部の外形を前記金属膜の外形に応じた形状にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。
前記レジスト膜において、前記金属膜のパターンの外形よりも片側３μｍ〜１２μｍ小さい外形とは、このレジスト膜の形状が片側だけでなく、周縁部全体に亘って前記金属膜の外形より３μｍ〜１２μｍ小さい（内側に狭まっている）ことを意味している。

また、本発明の圧電振動子の製造方法は、
前記複数の振動腕部に各々溝部を形成すると共に振動腕部の外形を前記金属膜の外形に応じた形状にエッチングする工程の後に、
前記レジスト膜及び金属膜を除去する工程と、
次いで、前記複数の振動腕部に形成された溝部を含む領域に電極となる金属膜を形成する工程と、
この金属膜の表面にパターニングされたレジスト膜を形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を全て剥離する工程と、を含むことが好ましい。
前記圧電振動子が音叉型水晶片により形成されていても良い。

本発明の圧電振動子は、上記の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明の電子部品は、
前記圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧電振動子に溝部を形成するにあたり、マスクとして用いられる金属膜の外形を圧電振動子の外形の寸法よりも小さくなるように形成しているため、パターンの稜線が直線的になるように金属膜をエッチングすることができるので、圧電振動子の外形がこの金属膜の外形に倣って形成されて、圧電振動子の外形の寸法不良を抑えることができる。

次に、図１を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、この実施の形態に係る水晶振動子５は、図７に示した既述の水晶振動子１００と同一の構造であるため、重複する部分についての説明を省略する。

図１に示すように、この水晶振動子５には、一対をなす一方の励振電極４１と他方の励振電極５１とが形成されている。振動腕部２ａの２つの溝部３１、３２の内面全体及びこれら溝部３１、３２の間のいわば橋部と、振動腕部２ｂの両側面２１、２１及び主面２２、２２（表側及び裏側）における溝部３１よりも上方部位と、には、一方の励振電極４１が形成されている。また、振動腕部２ｂの２つの溝部３１、３２の内面全体及びこれら溝部３１、３２の間と、振動腕部２ａの両側面２１、２１及び主面２２、２２（表側及び裏側）における溝部３１よりも上方部位と、には、他方の励振電極５１が形成されている。

基部１の表面には、これらの一方の励振電極４１同士が電気的に接続されるように引き出し電極４２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極５１同士が電気的に接続されるように引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されている。

また、振動腕部２ａ、２ｂの先端部にはそれぞれ金属膜からなる調整用錘５０、４０が形成されており、その重量を調整することによって、水晶振動子５の発振周波数を調整することができる。この調整用錘５０、４０は、励振電極５１、４１の一部をなすものであるが、他の部位の電極とは例えば膜厚や材料が異なっている。つまり、振動腕部２ａ、２ｂは、引き出し電極４２、５２の配置と、励振電極４１、５１が互いに逆の配置であることと、以外は同じ構成となっている。尚、図１中の斜線の領域は、電極パターンを見やすくするために用いた区分けであり、断面を表しているものではない。

次に、図１に示した水晶振動子５の製造方法について図２〜４を参照して説明する。尚、図２〜４は、図１において、ｘ−ｚ平面に平行な溝部３１を通る平面Ａにおける水晶振動子５の切断面に対応した面を表している。

まず、切り出された基板である水晶ウェハ６０の研磨加工及び洗浄を行った後、スパッタ法によって金属膜６１を形成する（図２（ａ））。この金属膜６１は、例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）が成膜されている膜である。

続いて金属膜６１の上にフォトレジスト層であるレジスト膜６２を例えばスプレー法で形成した後（図２（ｂ））、露光、現像処理を行って、このレジスト膜６２を水晶片６５の形状、即ち音叉形状となるようにパターニングする（図２（ｃ））。図２（ｃ）におけるレジスト膜６２に形成されたパターンの寸法ｄ１は、振動腕部２ａ、２ｂのｘ方向の寸法に対応している。そしてこの後、水晶ウェハ６０をメタルエッチング液であるヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液に浸漬して、金属膜６１をレジスト膜６２に対応したパターンとなるようにエッチングした後（図２（ｄ））、レジスト膜６２を全て剥離する（図２（ｅ））。

そして、再度例えばスプレー法によって水晶ウェハ６０の表面にレジスト膜６３を形成した後（図３（ｆ））、露光、現像処理を行い、溝部３１と金属膜６１に形成された開口部とに対応したパターンをレジスト膜６３に形成する（図３（ｇ））。金属膜６１に形成された開口部に対応したレジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２は、金属膜６１のパターンの寸法ｄ１よりも例えば片側７．５μｍずつ小さく、更に後述の水晶片６５の外形の寸法ｄ３よりも例えば片側２．５μｍずつ小さな寸法となるように形成されている。

次いでこの水晶ウェハ６０をエッチング液であるフッ酸に浸漬して、水晶片６５の外形を形成する（図３（ｈ））。水晶片６５の外形の寸法ｄ３は、金属膜６１のパターンに倣って形成されるが、このエッチングがｘ方向（図中左右方向）にも進行するため、同図に示すように、金属膜６１のパターンの寸法ｄ１よりも例えば片側５μｍずつ小さい寸法となる。

そして、水晶ウェハ６０をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液に浸漬して、溝部３１に対応した開口部を金属膜６１に形成する（図３（ｉ））。このエッチングによって、金属膜６１のパターンの端部も同様に侵食されるため、金属膜６１のパターンの寸法は、既述の図２（ｅ）におけるエッチングによって形成されていたｄ１から、レジスト膜６３のパターンの寸法とほぼ等しいｄ４に減少する。この時、金属膜６１の端部は、直線的に形成されたレジスト膜６３のパターンに倣ってエッチングされるため、直線的となり、凹凸や波打ちなどがほとんどない状態となっている。また、金属膜６１及びレジスト膜６３の端部は、水晶片６５上に保持されているため、エッチング液の撹拌や水晶片６５の揺動などによってほとんど上下動せず、レジスト膜６３の寸法ｄ２が金属膜６１に転写される。

次に、水晶ウェハ６０をフッ酸に浸漬して、水晶片６５の両主面２２、２２に溝部３１を形成する（図３（ｊ））。図３（ｈ）のエッチングによって形成されていた水晶片６５の外形の寸法ｄ３は、金属膜６１のパターンの寸法ｄ４よりも大きいため、金属膜６１のパターンの形状に倣ってｄ５まで小さくなる。水晶片６５の稜線は、前述の通り、ほぼ直線状となっている金属膜６１のパターンの稜線に倣うため、ほぼ直線的となり、結果として水晶振動子５の外形とＣＩ値とはほぼ設計値に近い良好な状態となる。尚、この工程においても、エッチングがｘ方向（図中左右方向）にも進行するため、水晶片６５は、金属膜６１のパターンよりも細く形成される。
その後、レジスト膜６３及び金属膜６１を除去する（図４（ｋ））。以上の工程により、電極パターンが形成されていない状態の水晶片６５が製造される。

次に、電極パターンを形成する工程について説明する。先ず、水晶片６５の両面に例えばスパッタ法を用いて電極となる金属膜７１とレジスト膜７２とをこの順番で積層する（図４（ｌ））。この金属膜７１は、例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜の表面に金（Ａｕ）が成膜されている膜である。レジスト膜７２は、既述の方法と同様に例えばスプレー法によって形成される。その後、振動腕部２ａ、２ｂの主面２２、２２の電極パターンに対応するように、レジスト膜７２をパターニングする（図４（ｍ））。そして、レジスト膜７２をマスクとして用いて、エッチングにより金属膜７１に電極パターンを形成した後（図４（ｎ））、レジスト膜７２を剥離する（図４（ｏ））。しかる後、図５に示すように、複数の水晶振動子５が形成された基板から、水晶振動子５が切り出されることとなる。尚、図５における複数の水晶振動子５を囲むように形成された線は、基板とエッチングにより穿たれた凹部との境界を示している。

また、図１の振動腕部２ａ、２ｂの先端部に設けられた調整用錘５０、４０を形成する場合には、以下の工程を行う。先ず、図３（ｊ）において水晶片６５のエッチングを行った後、レジスト膜６３を除去する。続いて水晶片６５の表面にフォトレジストを例えばスプレー法によって形成した後、露光、現像処理によって振動腕部２ａ、２ｂの先端部以外のフォトレジストを除去する。次に水晶片６５をヨウ化カリウム溶液に浸漬して、振動腕部２ａ、２ｂの先端部以外の金属膜６１を除去した後、フォトレジストを剥離する。この工程の後、上述の図４（ｋ）以降の電極パターンの形成工程が行われる。

上述の本発明の実施の形態によれば、水晶ウェハ６０に対して溝部３１、３２を形成する際、レジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２をその後に形成される水晶片６５の寸法ｄ３よりも小さくしているため、溝部３１、３２に対応する開口部を金属膜６１に形成する時、金属膜６１のパターンの寸法ｄ１がレジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２に倣ってｄ４と小さくなる。このことによって、図３（ｊ）において水晶ウェハ６０に溝部３１を形成する際、水晶片６５は、直線的な稜線を持つ金属膜６１の外形に倣って小さくなるため、外観不良や寸法不良となることが抑えられる。また、水晶片６５の寸法ｄ５は、バッチ間においてばらつきを生じる可能性のある水晶片６５の寸法ｄ３ではなく、金属膜６１のパターンの寸法ｄ４を基準として形成されるため、バッチ間における水晶振動子５の寸法のばらつきが小さくなり、歩留まりが向上する。

図３（ｇ）におけるレジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２は、水晶振動子５の寸法の精度及び歩留まりなどと、水晶の原材料費及びエッチングに要する時間などと、の費用対効果から、金属膜６１のパターンの寸法ｄ１よりも片側３μｍ〜１２μｍ程度小さいことが好ましく、更に水晶片６５の外形の寸法ｄ３よりも片側１μｍ〜４μｍ程度小さいことが好ましい。つまり、レジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２が大きくなるにつれて、水晶片６５の外形の稜線が直線的でなくなる一方、レジスト膜６３のパターンの寸法ｄ２が小さくなるにつれて、水晶ウェハ６０の取り代が多くなり、原材料の無駄が多くなると共に、エッチングに要する時間が長くなって生産性が低下するためである。

上述の水晶振動子５は、例えば図６に示すように、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）構造のセラミックスからなるパッケージ８内に格納されて、電子部品を構成する。このパッケージ８は、上面が開口している例えばセラミックス製のケース体８ａと、例えば金属製の蓋体８ｂとから構成される。前記ケース体８ａと蓋体８ｂとは、例えば溶接剤からなるシール材８ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。水晶振動子５は、導電性接着剤８ｄによってパッケージ８内の台座８１に基部１が固定されて、振動腕部２ａ、２ｂがパッケージ８内部の空間に伸び出した横向きの姿勢となる。また、基部１の引き出し電極４２、５２は、前述の導電性接着剤８ｄによって、台座８１の表面に形成された導電路８２、８３（８３は紙面奥側の導電路である）にそれぞれ接続されている。導電路８２、８３は、ケース体８ａの外部底面の長手方向の両端に形成された電極８４、８５にそれぞれ接続されており、電極８４、８５、導電路８２、８３及び導電性接着剤８ｄを介して引き出し電極４２、５２に電流が流れることで、水晶振動子５が振動するように構成されている。この電子部品は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に設置されることによって、水晶発振器が構成される。

本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。 上述の音叉型水晶振動子の製造方法の一例を示す図である。 上述の音叉型水晶振動子の製造方法の一例を示す図である。 上述の音叉型水晶振動子の製造方法の一例を示す図である。 上述の音叉型水晶振動子の原型の一例を示す図である。 上述の音叉型水晶振動子を格納したパッケージの一例を示す図である。 音叉型水晶振動子の一例を示す概略平面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す図である。 従来の音叉型水晶振動子を示す図である。 従来の音叉型水晶振動子の振動腕部の断面図である。

符号の説明

１ 基部
２ａ 振動腕部
２ｂ 振動腕部
５ 水晶振動子
６０ 水晶ウェハ
６１ 金属膜
６２ レジスト膜
６３ レジスト膜
６５ 水晶片
７１ 金属膜
７２ レジスト膜

Claims (5)

1. 基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子の製造方法において、
   圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面に、圧電振動子の形状部分が残るようにパターニングされたレジスト膜を形成して、金属膜に対してエッチングによりパターンを形成する工程と、
   前記レジスト膜を全て剥離する工程と、
   前記金属膜の表面に、前記金属膜のパターンの外形よりも片側３μｍ〜１２μｍ小さい外形と、振動腕部の溝部に相当する部分が開口した開口部と、を有するパターンのレジスト膜を形成する工程と、
   前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして圧電振動子の外形を形成する工程と、
   前記レジスト膜をマスクとして、前記振動部の溝部に相当する部分の金属膜を除去すると共に、前記レジスト膜の外形よりも外側の金属膜を除去するエッチング工程と、
   前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして、前記複数の振動腕部に各々溝部を形成すると共に振動腕部における金属膜の外縁よりも外側にはみ出ている部分を除去することにより、当該振動腕部の外形を前記金属膜の外形に応じた形状にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 前記複数の振動腕部に各々溝部を形成すると共に振動腕部の外形を前記金属膜の外形に応じた形状にエッチングする工程の後に、
   前記レジスト膜及び金属膜を除去する工程と、
   次いで、前記複数の振動腕部に形成された溝部を含む領域に電極となる金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面にパターニングされたレジスト膜を形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、
   前記レジスト膜を全て剥離する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子の製造方法。
3. 前記圧電振動子が音叉型水晶片により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一に記載の方法によって製造された圧電振動子。
5. 請求項４に記載された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
   
   

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