JP2008167171A - 圧電振動片の製造方法、圧電振動片および圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動片（２０）の振動腕の断面が正確な矩形形状に形成する圧電振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】 圧電振動片を製造する製造方法は、エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程（Ｓ１１２）と、この圧電材料の両面に耐蝕膜を形成する工程（Ｓ１１２）と、この耐蝕膜の両面にフォトレジストを塗布する第一塗布工程（Ｓ１１４）と、圧電材料の片面のみに圧電振動片のパターンを露光する第一露光工程（Ｓ１１６）と、この第一露光工程後にフォトレジストを現像し、片面にのみ現れた耐蝕膜を除去する（Ｓ１１８）工程と、耐蝕膜を除去して現われた圧電材料をエッチングする第一エッチング工程（Ｓ１２６）と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電振動片の形状の製造方法に関し、詳細には圧電振動片の外形パターンの側面を正確な形状にする圧電振動片を製造する製造方法、この製造方法によって製造された圧電振動片および圧電デバイスに関する。

従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶・航空機・自動車等の姿勢制御や航行制御、ビデオカメラ等の手振れ防止・検出等における回転角速度センサとして、圧電振動ジャイロが広く利用され、３次元立体マウス等の回転方向センサにも応用されている。

特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。ＣＩ値を低く保持するために、たとえば振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発されている。このような音叉型圧電振動片は、たとえば特許文献１に記載されたものが知られている。

この音叉型圧電振動片は、たとえば水晶のような圧電単結晶材料からなるウエハを、フォトリソグラフィ技術によって露光した後、水晶用エッチング液に浸す。このウェットエッチングすることにより、音叉型の圧電振動片の外形を加工している。具体的には、水晶ウエハの両面に耐蝕膜を形成しかつその上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜上に音叉型の圧電振動片の外形に対応する同一の形状パターンを有するフォトマスクを配置し、水晶ウエハの両面を露光・現像する。

図８（ａ）は、音叉型圧電振動片２００の斜視図であり、（ｂ）は矢印方向からみた振動腕２１０の断面である。水晶ウエハの両面に同一の形状パターンを露光する際には、マイクロスコープなどを用いて、水晶ウエハの両面とも同一の形状パターンが位置ずれしないよう露光しなければならない。同一の形状パターンの位置ずれがなければ、（ｂ）の点線で示すように、振動腕２１０は、Ｘ１軸を対象な断面形状となる。しかし、この音叉型水晶振動片２００は非常に小さなものであり、位置合わせが難しい。フォトマスクが距離ΔＸだけずれてしまうとＸ１軸に対象でない実線の断面形状となってしまう。この非対称の断面形状であると、振動腕２１０が、励振時に全体としてＺ方向にねじりモーメントを受け、Ｚ方向に変位を生じながらＸ方向に屈曲振動することになる。この結果、振動が漏れて歪みエネルギの損失を生じたり、振動特性が不安定になったりする。これを防ぐために、特許文献２のような露光方法も提案されている。特許文献２では、一旦、片面を露光して、その片面の金属層をエッチングした後に、そのエッチングされた金属層をマスクとして使用する発明である。
特開２００３−２５８３３１号公報 特開２００５−０１２７６７号公報

特許文献２の発明では、フォトマスクの位置合わせの作業が不要となり、位置ずれも生じない。しかし、露光光が水晶ウエハを通過して裏面のフォトレジスト層にまで十分に届かず、露光を十分に行うことができない。

本発明の目的は、簡易な工程で、圧電振動片の側面部の断面が正確な矩形形状にし、且つ、表面と裏面との外形形状が一致する圧電振動片の製造方法を提供することである。

本発明の第１の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、上記目的を達成するために、エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、この圧電材料の両面に耐蝕膜を形成する工程と、この耐蝕膜の両面にフォトレジストを塗布する第一塗布工程と、圧電材料の片面のみに圧電振動片のパターンを露光する第一露光工程と、この第一露光工程後にフォトレジストを現像し、片面にのみ現れた耐蝕膜を除去する工程と、耐蝕膜を除去して現われた圧電材料をエッチングする第一エッチング工程と、を備える。
この構成によれば、片側のみに圧電振動片のパターンを露光した状態で、エッチングを行う。このため、両面の圧電振動片のパターンが位置ずれするということがないし、表面から裏面のフォトレジストに露光することがないので、露光光の不足という問題もない。

本発明の第２の観点によれば、圧電振動片のパターンは、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片のパターンであり、耐蝕膜を除去した後に、新たにフォトレジストを塗布する第二塗布工程と、振動腕に溝部のパターンを露光する第二露光工程と、この第二露光工程後にフォトレジストを現像する工程と、溝部に対応する耐蝕膜を除去して現われた圧電材料をエッチングする第二エッチング工程と、を備え、第一エッチング工程は、第二露光工程後に行う。
このような構成によると、ＣＩ値を下げる溝部を振動腕に形成した音叉型の圧電振動片を形成する際にも、本発明は適用することができる。振動腕は位置ずれなく露光され、エッチングがなされる。このため、振動腕は、励振時にＸ方向にのみ屈曲振動することになる。

本発明の第３の観点によれば、ウェットエッチング後にドライエッチングを行う。
圧電材料が水晶で圧電振動片が音叉型である場合、振動腕の長手方向、幅方向および厚み方向をそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対応させて配向する。そして、ウェットエッチングを行う。水晶は＋Ｘ方向のエッチングレートが高いのでウェットエッチングだと、振動腕の断面形状が非対称になる。このため、ウェットエッチングに続いてドライエッチングで異方性の箇所をエッチングする。このようにして、エッチング形状の精度が上がる。
さらに、エッチング表面の仕上がり粗さもコントロールすることができる。このため、その振動腕におけるバランスを良好に確保することができる。

本発明の第４の観点によれば、第一エッチング工程は、ウェットエッチングであり、このウェットエッチングの後に圧電振動片の側面部に対してレーザー加工を行う。
耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の少なくとも一面に形成されている。この状態の圧電材料に対してレーザー光が照射されることになる。圧電材料の側面部の一部を除去する際に、誤って圧電材料の一面にレーザー光が照射されても、耐蝕膜およびレジスト膜が存在するために、直ちに圧電材料までレーザー光が到達しない。このため、その圧電振動片が不良品になるおそれが少なくなる。エッチング異方性を有する圧電材料から圧電振動片の外形をウェットエッチングで加工すると、圧電振動片の断面形状は非対称となり側面部の一部が突き出た形状となる。しかし、側面部の一部をレーザー光で除去することによって、かかる断面形状の非対称を解消または改善することができる。したがって、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能になる。また、ウェットエッチングを行わず直接レーザー光で圧電振動片の外形を加工することも考えられるが、その方法だと、非常に時間がかかることになる。一方、第４の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、断面が非対称の側面部のみをレーザー光で加工するため生産性が高い。

本発明の第５の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、第５の観点において、レーザー加工の工程は、圧電振動片に保護マスクを配置してからレーザー光を照射する。
耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面から除去された状態で、誤って圧電材料の表面にレーザー光が照射されると、圧電振動片は不良品となってしまう。この構成によれば、圧電振動片に保護マスクを配置することで直ちに不良品となることはない。また、耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面に存在している場合であっても、保護マスクを配置すれば、誤ってレーザー光が照射された場合に確実に圧電振動片を保護できる。

本発明の第６の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、レーザー光は、フェムト秒レーザーを含む。
フェムト秒レーザーは、多光子吸収プロセスにより、熱を介在せずに精密な加工を実現することができるため、数ミリメートル以下の大きさである圧電振動片の加工には最適である。

本発明の第７の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、第二エッチング工程は、ウェットエッチングまたはドライエッチングである。
ＣＩ値を下げるための溝部も、エッチング異方性の影響があるが両面からエッチングされるため、振動に与える影響は少ない。このためウェットエッチングでも、安定した振動特性を発揮する圧電振動片を製造することができる。

本発明のその他の観点によれば、上述した観点の製造方法により製造された圧電振動片またはさらにパッケージングした圧電デバイスは、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して安定した屈曲運動を繰り返す圧電振動片または圧電デバイスとして、高品質なものとなる。

本発明の製造方法によれば、圧電振動片の側面部を正確な形状にすることができる。フォトマスクの両面の位置合わせをする必要がなく、また、圧電振動片の外形形状を形成するためのエッチングの際には、エッチングで異方性による断面の非対称性を小さくできる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図１（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚ板に加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９の一端部から図１において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。一対の振動腕２１の根元２６は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元２６のテーパー部の形状はＵ字形状でもＶ字形状などでよい。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０であってもよい。

音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが１．７ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏両面には、溝部２７が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成される。溝部２７の深さは、水晶単結晶ウエハ１０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に溝部２７があるため、図１（ｂ）に示すように、溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成されている。溝部２７は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。

音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が略板状に形成されている。振動腕２１に対する基部２９の長さは、約３６％となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９の一端で且つ一対の振動腕２１の根元には、連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０から、図１に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とが形成されている。第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第二層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、ニッケルタングステン層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。

音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１（ａ）に示すように、第一基部電極２３ａと第二基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の溝部２７には、第一溝電極２３ｄ，第二溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第二側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の腕部２１の両側面には、第一側面電極２３ｃが形成されている。

＜水晶振動子５０の構成＞
本実施形態の水晶振動子５０について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる水晶振動子５０の概略図を示している。図２（ａ）は全体斜視図であり、図２（ｂ）は断面図であり、図２（ｃ）は金属蓋体７１を取り外した上面図である。

表面実装型の水晶振動子５０は、絶縁性のセラミックパッケージ５１と水晶振動子５０のパッケージを覆う金属蓋体７１とからなる。金属蓋体７１は、コバール（鉄（Ｆｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／コバルト（Ｃｏ）合金）製である。セラミックパッケージ５１は、アルミナを主原料とするセラミック粉末およびバインダ等を含むスラリーを用いたグリーンシートからプレス抜きされた底面用セラミック層５１ａ、壁用セラミック層５１ｂおよび台座用底面用セラミック層５１ｃからなる。パッケージを構成するセラミックパッケージ５１の材料として、アルミナを主原料とするセラミック粉末の代わりにガラスセラミックを使用したり、無収縮ガラスセラミック基板を用いたりしてもよい。図２（ｂ）から理解されるように、これら複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃから構成されたパッケージは、キャビティ５８を形成し、このキャビティ５８内に、図１で説明した音叉型水晶振動片２０を実装する。

基部２９の配線パターンは、導電性接着剤３１と導通接続する接着領域を有している。音叉型水晶振動片２０は、底面用セラミック層５１ａと水平になるように導電性接着剤３１で接着されて、所定の振動を発生する。台座用セラミック層５１ｃの上面の一部には、音叉型水晶振動片２０の接着領域と導通を取る配線層８１が形成されている。セラミックパッケージ５１の下面に形成された少なくとも２つの端子電極８２は、不図示のプリント基板に表面実装された際の外部端子である。また、内部配線８３は配線層８１、端子電極８２を接続する電気的導通部である。壁用セラミック層５１ｂの上端にはメタライズ層があり、金属蓋体７１の接合のために、メタライズ層上に形成された低温金属ろう材からなる封止材５７が形成されている。壁用セラミック層５１ｂと金属蓋体７１は、封止材５７を介して溶着されている。

＜単結晶水晶ウエハの構成＞
図３は、音叉型水晶振動片のパターンの露光が終了し、現像が終わった状態の単結晶水晶ウエハを示している。図３（ａ）は、本実施形態に用いる円形の単結晶水晶ウエハ１０の構成を示す一方の面の斜視図であり、（ｂ）は他方の面の斜視図である。
この円形の単結晶水晶ウエハ１０は、たとえば厚さ０．１mmの人工水晶からなり、円形の単結晶水晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。さらに、円形の単結晶水晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、図３（ａ）に示すように、単結晶水晶ウエハ１０の周縁部の一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

図３の円形の単結晶水晶ウエハ１０には、露光（フォトリソグラフィ）工程およびウェットエッチング工程を経て、数千個の音叉型水晶振動片２０が形成される。工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部１８が設けられ、その窓部に数十から数百の音叉型水晶振動片２０が形成されている。図３のオリエンテーションフラット１０ｃと、各窓部１８の位置および各音叉型水晶振動片２０との位置が定義付けられている。したがって、露光工程または後述するレーザー加工においても、オリエンテーションフラット１０ｃが位置決めの基準となる。

図３に示すように、音叉型水晶振動片のパターンの露光が終了した状態であっても、単結晶水晶ウエハ１０の表面１０aのみが露光され、裏面１０ｂは露光されていない。したがって、音叉型水晶振動片の外形形状は、片面からエッチングされることになる。
＜音叉型水晶振動デバイスの製造工程＞
図４および図５は、音叉型水晶振動片２０の外形および溝部を形成するためのフローチャートである。各図の右側に、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１となる付近の単結晶水晶ウエハ１０の断面を示す。図６は、電極パターンの形成およびパッケージングのためのフローチャートである。

＜＜音叉型水晶振動片の外形および溝部の形成の工程＞＞
図４のステップＳ１１２では、まず、単結晶水晶ウエハ１０を用意する。そして、単結晶水晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜３２をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。圧電材料としての単結晶水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜３２としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層の厚みは５００オングストローム、金層の厚みも１０００オングストローム程度とする。この状態の単結晶水晶ウエハ１０を、図４（ａ）に示す。

ステップＳ１１４では、クロム層および金層が形成された単結晶水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層３６としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。この状態の単結晶水晶ウエハ１０を、図４（ｂ）に示す。

次に、ステップＳ１１６では、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた音叉型水晶振動片２０の外形パターンをフォトレジスト層３６が塗布された単結晶水晶ウエハ１０に露光する。露光されたフォトレジスト４２は、ステップＳ１１８で、現像され除去される。ステップＳ１１６では、片面にしか露光されない。この状態の単結晶水晶ウエハ１０を、図４（ｃ）に示す。
従来は、片面露光装置を使って単結晶水晶ウエハ１０の片側ずつ露光して両面露光したり、両面露光装置を使って一度に単結晶水晶ウエハ１０の両面を露光したりする。片面露光装置では、単結晶水晶ウエハ１０を裏返したりするために、音叉型水晶振動片２０の外形パターンが両面で一致しない場合がある。両面露光装置を用いた場合であっても、２枚のフォトマスクを互いに位置合わせする際に位置ずれが生じてしまう。本実施形態では、片面しか露光しないため両面で音叉型水晶振動片２０の外形パターンの位置合わせをする必要がない。

ステップＳ１１８では、単結晶水晶ウエハ１０のフォトレジスト層３６を現像して、感光したフォトレジスト層４２を除去する。さらに、フォトレジスト層３６から露出した金層を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜３２を除去することができる。こうすることで、図４（ｄ）に示すように、単結晶水晶ウエハ１０の片面のみに、音叉型水晶振動片２０の外形パターンの水晶材料１０が現われる。この状態が、図３（ａ）に示した単結晶水晶ウエハ１０の表面であり、図３（ｂ）がその裏面である。

ステップＳ１２０では、残ったフォトレジスト３６が除去され、その後新たなフォトレジスト３６’が、スピンコートまたはスプレーで塗布される。この状態の単結晶水晶ウエハ１０を、図４（ｅ）に示す。
次に、図５のステップＳ１２２では、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１に溝部２７を形成するため、溝部２７のパターンを振動腕２１のフォトレジスト層３６’を露光する。この状態の単結晶水晶ウエハ１０を、図５（ｆ）に示す。
ステップＳ１２４では、露光されたフォトレジスト４２’が現像され除去される。ただし、図５（ｇ）に示すように、この時点では耐蝕膜３２まではエッチングで除去しない。この状態では、図４（ｄ）に示したように、ステップＳ１２４で単結晶水晶ウエハ１０の片面の耐蝕膜３２が除去されており、再び、音叉型水晶振動片２０の外形パターンの水晶材料１０が現われる。また、溝部２７に関しては露光されたフォトレジスト４２’が除去されるが、耐蝕膜３２が残っている。

ステップＳ１２６では、フォトレジスト層３６’および耐蝕膜３２から露出した水晶材料１０を、音叉型水晶振動片２０の外形になるように最初にウェットエッチングを行う。ウェットエッチングを行うと、単結晶水晶ウエハ１０のエッチング異方性のために、＋Ｘ方向にエッチングされ易いため、図１（ｂ）で示した理想的な矩形ではなく、図８（ｂ）で示すように側面部の一部が＋Ｘ方向に突き出た六角形状または五角形状になってしまう。また、本発明では片面からのみエッチングをするため、エッチング異方性の影響を大きく受ける。そのため、ウェットエッチング後にドライエッチングを行い、突き出た部分をエッチングする。このようにドライエッチングを行うことで、断面形状の精度を上がる。
さらに、エッチング表面の仕上がり粗さもコントロールすることができる。ドライエッチング後には、単結晶水晶ウエハ１０が図５（ｈ）に示した状態にする。

ドライエッチング法には、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）やイオンビームエッチングなどがあり、本発明では両方のドライエッチングを適用することができる。たとえば、ＲＩＥであれば、単結晶水晶ウエハ１０をＲＩＥ装置の真空容器内に入れて真空とする。真空に排気した後、反応性ガス（ＣＦ４ガス、ＳＦ３ガス、ＣＨＦ３ガスなど）を導入して、電極間に約１５ＭＨｚの周波数の高電圧を印加する。そして、反応性ガスプラズマが発生して、単結晶水晶ウエハ１０のドライエッチングを行なうことができる。

ステップＳ１２８では、溝部２７の耐蝕膜３２をエッチングで除去する。耐蝕膜３２の金層を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いてエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。耐蝕膜３２をエッチングした後の単結晶水晶ウエハ１０は、図５（ｉ）に示した状態である。

次いで、ステップＳ１３０では、溝部２７のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層３６’および耐蝕膜３２から露出した水晶材料１０を、溝部２７の外形になるようにウェットエッチングを行う。図５（ｊ）に示すように、溝部２７が貫通孔にならないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングを行う。なお、上述したドライエッチングを用いて溝部２７のエッチングを行っても良い。
続いて、ステップＳ１３２で残ったフォトレジスト層３６’
および耐蝕膜３２を除去する。これらの工程を経て、図５（ｋ）に示すように、音叉型水晶振動片２０に溝部２７が正確な位置に形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１３４では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップＳ１３６では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。溝部２７などが形成されているため、溝部２７にも均一にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ１３８では、電極パターンと対応したフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。

ステップＳ１４０では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジスト層を除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジスト層になる。さらに電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
続いて、ステップＳ１４２で、残ったフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。

＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極パターン２３、電極パターン２５および溝部２７が形成された音叉型水晶振動片２０が得られた。
そこで、ステップＳ１４４では、セラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤３１で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、配線層８１に塗布した導電性接着剤３１の上に載置して、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を端子電極８２に対して接合する。

ステップＳ１４６では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端にレーザー光を照射して、振動腕２１の錘金属層の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
次に、ステップＳ１４８で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体７１を封止材５７により接合する。
続いてステップＳ１５０で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。

＜＜音叉型水晶振動片の外形の形成の別の工程＞＞
図５のステップＳ１２６では、ドライエッチングを行ったが、ドライエッチングは一般にエッチング速度がウェットエッチングに比べて十分の一以下の速度である。そのため、ウェットエッチングを利用しつつ、振動腕２１の側面部が表面または裏面に対して垂直になるようにレーザー加工を行う工程を使用しても良い。
図７（ａ）は、図５のステップＳ１２６に代えて、レーザー加工するフローチャートである。（ｂ）は、本発明の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の側面部を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。

ステップＳ１２６’では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層３６’および耐蝕膜３２から露出した水晶材料１０を、溝部２７の外形になるようにウェットエッチングを行う。ウェットエッチングではエッチング異方性により、振動腕２１の側面において、表面または裏面に対して垂直に形成されていない。
ステップＳ１２７では、フェムト秒レーザー光ＬＬで、振動腕２１の側面の水晶材料が表面または裏面に対して垂直になるようにレーザー加工を行う。なお、振動に寄与するのは振動腕２１だけであるので、基部２９に対してはレーザー加工を行う必要は無い。これらの工程は、ウェットエッチングを行わないでレーザー加工するよりも、生産性が高く、歩留まり良く、低コストで製造することができる。

＜＜レーザー加工装置の構成＞＞
次に、レ−ザー加工について説明する。
図７（ｂ）は、本発明の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の側面部を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。

ウェットエッチングを行った後も、図３に示すように、ウエット何千もの音叉型水晶振動片２０が連結部２８で単結晶水晶ウエハ１０に接続されている。そのような単結晶水晶ウエハ１０は、ステージ１２４に真空吸着またはメカニカルクランプでしっかりと載置される。ステージ１２４は、ステージ１２４をＸＹ方向に移動させるモータ１２５などを制御する制御回路１１１に接続されている。制御回路１１１から信号を受け取るレーザー駆動回路１２０は、チタンサファイアレーザーを使ったフェムト秒レーザー照射部１２２に接続されている。レーザー照射部１２２は、７６０ｎｍ波長のレーザー光ＬＬを１０ＫＨｚから４０ＫＨｚのパルスで照射する。制御回路１１１から信号を受け取るＸＹ駆動回路１３０は、レーザー光ＬＬの光路に配置されるＸ光学ミラー１３１とＹ光学ミラー１３３とを駆動する。Ｘ光学ミラー１３１をＸ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが音叉型水晶振動片２０を照射するＸ軸方向の位置を変化する。Ｙ光学ミラー１３３をＹ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが音叉型水晶振動片２０を照射するＹ軸方向の位置が変化する。

Ｘ光学ミラー１３１およびＹ光学ミラー１３３でレーザー光ＬＬの光路をしきい値、たとえば１０ｍｍ、以上の距離させることはできない。この場合に、制御回路１１１でモータ１２５を制御してステージ１２４を移動させる。しきい値より短い距離の場合にはＸ光学ミラー１３１とＹ光学ミラー１３３でレーザー光ＬＬの光路を変化させて対応する。レーザー光ＬＬを走査するように音叉型水晶振動片２０の除去する側面部をレーザートリミングすることができる。一つ一つの音叉型水晶振動片２０に対しては、ステージ１２４を移動させることなくレーザー光ＬＬを高速に走査することができるので、生産性を高めることができる。

フェムト秒レーザー照射部１２２を使用するため、音叉型水晶振動片２０の除去される微小な部分に熱を溜めることなく加工できるので、レーザー光ＬＬにより音叉型水晶振動片２０に損傷を与えてその特性を変えてしまうことがない。振動腕２１が励振時にねじりモーメントを受けないように、Ｘ方向のみに屈曲振動すれば歪みエネルギの損失を生じたりすることがない。

なお、フェムト秒レーザー照射部１２２からのレーザー光ＬＬが、振動腕２１の側面部ではなく、誤って上面に照射されて音叉型水晶振動片２０が不良品となってしまうことがないように、保護マスク１３５を必要に応じて配置してもよい。
また、フェムト秒レーザー以外に、炭酸ガスレーザーまたはグリーンレ−ザーなどを使用することも可能である。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

本実施形態では、図３で示した単結晶水晶ウエハ１０で説明してきたが、２枚の単結晶ウエハを接合した接合ウエハであってもよい。ジャイロなどに使用される接合水晶ウエハは、Ｚ軸方向に切断された、第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとからなる。第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとは直接接合、具体的には耐熱性が優れたシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。このシロキサン接合は、第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとの両方の単結晶面を清浄な状態にしてその面同士を貼り合わせ、その後約５００°Cのアニールを行うことによって単結晶が行われる。このような接合水晶ウエハに対しても本発明は適用できる。

また、水晶振動子５０ではなく、振動発振器に使用する音叉型水晶振動片にも適用できる。つまり、図２と同様のパッケージ内に、音叉型水晶振動片２０とともに、その駆動回路等を構成するＩＣを搭載することにより、圧電発振器やリアルタイムクロックのような圧電デバイスを構成することができる。

（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の拡大斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は実施形態にかかる水晶振動子５０の全体斜視図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は金属蓋体７１を取り外した上面図である。 現像が終わった状態の結像水晶ウエハを示した図である。（ａ）は円形の単結晶水晶ウエハ１０の表面斜視図であり、（ｂ）は裏面斜視図である。 音叉型水晶振動片２０の外形および溝部を形成するためのフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０の外形および溝部を形成するためのフローチャートである。 電極パターンの形成およびパッケージングのためのフローチャートである。 （ａ）は、図５のステップＳ１２６に代えて、レーザー加工するフローチャートである。（ｂ）は、本発明の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の側面部を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。 （ａ）は、水晶単結晶ウエハをウェットエッチングした後の圧電振動片２００の斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１０の断面である。

符号の説明

１０ …… 単結晶水晶ウエハ
２０，２００ …… 音叉型の圧電振動片、
２１，２１０ …… 振動腕
２９ …… 基部
３２ …… 耐蝕膜
３６，３６’ …… フォトレジスト層
４２，４２’ …… 露光されたフォトレジスト層
５０ …… 圧電デバイス
７１ …… 蓋体
１１１ …… 制御回路
１２０ …… レーザー駆動回路
１２２ …… フェムト秒レーザー照射部
１３０ …… ＸＹ駆動回路
１３１ …… Ｘ光学ミラー
１３３ …… Ｙ光学ミラー
１３５ …… 保護マスク
ＬＬ …… レーザー光

Claims (9)

1. 所定形状の圧電振動片を製造する製造方法において、
   エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、
   この圧電材料の両面に耐蝕膜を形成する工程と、
   この耐蝕膜の両面にフォトレジストを塗布する第一塗布工程と、
   前記圧電材料の片面のみに前記圧電振動片のパターンを露光する第一露光工程と、
   この第一露光工程後に前記フォトレジストを現像し、前記片面にのみ現れた前記耐蝕膜を除去する工程と、
   前記耐蝕膜を除去して現われた圧電材料をエッチングする第一エッチング工程と
   を備えることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 前記圧電振動片のパターンは、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片のパターンであり、
   前記耐蝕膜を除去した後に、新たにフォトレジストを塗布する第二塗布工程と、
   前記振動腕に溝部のパターンを露光する第二露光工程と、
   この第二露光工程後に前記フォトレジストを現像する工程と、
   前記溝部に対応する耐蝕膜を除去して現われた圧電材料をエッチングする第二エッチング工程と、を備え、
   前記第一エッチング工程は、第二露光工程後に行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
3. 前記第一エッチング工程は、ウェットエッチング後にドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 前記第一エッチング工程は、ウェットエッチングであり、このウェットエッチングの後に前記圧電振動片の側面部に対してレーザー加工を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
5. 前記レーザー加工の工程は、前記圧電振動片に保護マスクを配置してから前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項４に記載の圧電振動片の製造方法。
6. 前記レーザー光は、フェムト秒レーザーを含むことを特徴とする請求項５または請求項５に記載の圧電振動片の製造方法。
7. 前記第二エッチング工程は、ウェットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片の製造方法。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法により製造された圧電振動片。
9. 請求項８に記載の圧電振動片と、
   この圧電振動片を内部に固定支持して封止するパッケージと
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。