JP2009284218A - 圧電振動片を製造する製造方法、及び音叉型圧電振動片を製造する製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶ウエハ１０の全面において圧電振動片（２０）の溝部（２７）の深さを個々に制御することができる圧電振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】 圧電ウエハ（１０）から圧電振動片（２０）を製造する製造方法は、複数の溝部（２７）を有する圧電ウエハを用意する工程（Ｓ１１）と、複数の溝部に対して、個々の溝部ごとにエッチング材を塗布する塗布工程（Ｓ１８）と、複数の溝部からエッチング材を除去する除去工程（Ｓ１９）と、複数の溝部（２７）に電極パターンを形成する電極形成工程（Ｓ４３）と、圧電ウエハ（１０）から溝部（３７）を有する個々の圧電振動片を切り出す振動片切り出し工程（Ｓ４６）と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電振動片を形成する際の溝部形成についての圧電振動片を製造する製造方法、及び音叉型圧電振動片を製造する製造方法に関する。
関する。

移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電デバイスも、より一層の小型化への対応が求められ、また回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）の可能な圧電デバイスが要求されている。圧電振動片のＡＴカット振動片では溝部を形成することで形状を逆メサ型にして小型化及び高周波数化していた。また、小型な圧電振動片の音叉型圧電振動片では振動腕に溝部を形成することで振動効率を高めてＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低く保持している。

こうした圧電振動片の溝部の形成は水晶ウエハを公知のフォトリソグラフィ・エッチング技術により水晶ウエハに数百から数千の圧電振動片を形成するために、耐蝕膜（金属膜）を形成した水晶ウエハをエッチング液に漬けることで、微小な溝を形成していた。特許文献１ではサイズの異なるフォトマスクのウエットエッチングを繰り返すことで逆メサ型のＡＴカット振動子を製造していた。また特許文献２では外形の形成と、溝部の形成を分離することで振動腕に溝部を形成していた。
特開２００２−３７４１３５号公報 特開２００２−０７６８０６号公報

しかしながら、圧電振動片が小型化されるに従い、水晶ウエハ全面の溝部の形成をエッチング液に漬けて同時に形成すると、外形及び溝部の窪みでエッチングの流れが淀むことで水晶ウエハ上の流れが不均一になり、水晶ウエハ全面で均一な溝部の深さを形成することが難しかった。不均一な溝部の深さはＣＩ値、スプリアスの発生、及び周波数のバラツキの原因となり、製品の歩留まりを悪化させていた。

そこで本発明の溝部のエッチング方法は、水晶ウエハより圧電振動片を製造する過程の溝部を形成する工程で、個々の溝部でエッチング時間を制御することで、水晶ウエハ全面で均一な溝部の形成を行うことができる。

第１の観点の圧電ウエハから圧電振動片を製造する製造方法は、複数の溝部を有する圧電ウエハを用意する工程と、複数の溝部に対して、個々の溝部ごとにエッチング材を塗布する塗布工程と、複数の溝部からエッチング材を除去する除去工程と、複数の溝部に電極パターンを形成する電極形成工程と、圧電ウエハから溝部を有する個々の圧電振動片を切り出す振動片切り出し工程と、を備える。
この構成により、個々の溝部に対してエッチングを行うため圧電ウエハ全面で均一な溝部の深さを形成しやすくなる。また、個々の圧電振動片のばらつきを抑えることができる。

第２の観点の製造方法は、塗布工程の前に、溝部を有する個々の圧電振動片の周波数振動を測定する測定工程を備え、塗布工程はその圧電振動片に求められる振動周波数と測定された振動周波数との差に応じて、時間差を設ける。
個々の溝部に時間差を設けてエッチングすることで、ウエハ単位においても周波数の微調整が可能となる。

第３の観点の製造方法は、圧電振動片が逆メサタイプの振動片である。
特に逆メサタイプの振動周波数は圧電材料の厚さによって周波数が決まるため、この製造方法が適している。

第４の観点の製造方法は、溝部を有する音叉型圧電振動片が複数形成された圧電ウエハを用意する工程と、複数の溝部に対して個々の溝部ごとにエッチング材を塗布する塗布工程と、溝部からエッチング材を除去する除去工程と、複数の溝部に第１電極パターンを形成する第１電極形成工程と、圧電ウエハから溝部を有する個々の音叉型圧電振動片を切り出す振動片切り出し工程と、を備える。
振動腕の両面に溝部を有する音叉型圧電振動片は、溝部の深さによってＣＩ値の変動及びスプリアスの発生が生じやすい。このため、個々の溝部ごとにエッチング材を塗布することで溝の深さを正確にエッチングすることができる。

第５の観点の製造方法は、第４の観点において、溝部に形成された電極パターンを形成する第２電極パターンを形成する第２電極形成工程と、第２電極パターンが形成された状態で個々の音叉型圧電振動片の周波数振動を測定する測定工程と、測定工程後に塗布工程の前に、溝部の第２電極パターンを削除する削除工程と、を備え、塗布工程は、音叉型圧電振動片に求められる振動周波数と測定された振動周波数との差に応じて、時間差を設ける。
一度溝部を形成して振動周波数を測定した後、その周波数振動に基づいて個々の溝部をエッチングする時間差を変えるようにしてエッチングを行う。このため、圧電ウエハ全体の溝部のエッチングであっても、個々の溝部の深さを調整することができる。

第６の観点の製造方法の塗布工程は、第４または第５の観点において、振動腕の片面の溝部にエッチング材を塗布する。

第７の観点の製造方法のエッチング材は、第４から第６の観点において、液体である。
エッチング材が液体であると気体のエッチング材と比べてエッチング速度が速い。

本発明の溝形成方法は水晶ウエハ全面において圧電振動片の溝部の深さを個々に制御することが可能であるため、発振周波数、及びＣＩ値の安定した圧電振動片を製造することができる。つまり本発明の溝形成方法は水晶ウエハのどの位置においても均一な製品を提供でき、歩留まりを向上させ、製品単価を下げることができる。

＜＜実施形態１＞＞
＜圧電振動デバイス５０の構成＞

図１（ａ）は、本実施形態に係るＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの圧電振動デバイス５０を示す概略斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の構成を示した概略側面図である。図１（ｃ）は図１（ａ）の蓋体５９を外した概略上面図である。なお、ここでは代表して音叉型水晶振動片２０を内部に載置した圧電振動デバイス５０について説明するが、逆メサ型ＡＴカット振動片６０（図１１参照）も載置することができる。以下の説明においては主に音叉型水晶振動片２０について説明する。

表面実装型の圧電振動デバイス５０は、絶縁性のセラミックパッケージ５１と圧電振動デバイス５０のパッケージを覆う蓋体５９とからなる。蓋体５９は、コバール（鉄ＦｅとニッケルＮｉとコバルトＣｏとの合金）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より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および台座底面用セラミック層５１ｃからなる。これら複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃより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、音叉型水晶振動片２０を実装する。セラミックパッケージ５１はこれらの複数の基板を積層し、焼結して形成されている。

音叉型水晶振動片２０の基部２９の配線は、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４２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つの外部端子電極４３は、不図示のプリント基板に表面実装する際の外部端子である。また、内部配線４４は配線層４２、外部端子電極４３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、蓋体５９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と蓋体５９は、封止材５７を介して溶着されている。なお、蓋体５９はガラスで形成することもでき、低融点ガラスの封止材５７で封止される。

＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図２（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１のＡ−Ａ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２（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の一端部から長さ方向（Ｙ方向）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字形状などでもよい。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２．３ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏両面には第１溝部２７が形成されている。一本の振動腕２１の表面には２つの第１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つの第１溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の第１溝部２７が形成される。第１溝部２７の深さは、水晶ウエハ１０の厚さ、つまり音叉型水晶振動片２０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に第１溝部２７があるため、図２（ｂ）に示すように、第１溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成されている。第１溝部２７は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。本実施形態では、たとえば水晶ウエハ１０の厚さが１００μｍから１２０μｍ程度であり、第１溝部２７の深さが表裏で８０μｍから１００μｍ程度となる。

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。音叉型水晶振動片２０に対する基部２９の長さは３６％程度となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９の一端には連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶ウエハ１０から、図２（ａ）に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウエットエッチングで形成する際に、水晶ウエハ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１電極パターン２３が形成されている。第１電極パターン２３は、５０オングストローム〜１０００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〜１０００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１層と第２層とを合わせると、１５０オングストローム〜２０００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の上面には、図２（ａ）に示すように、基部電極２３ａが形成され、振動腕部２１の第１溝部２７には、溝電極２３ｄがそれぞれ形成される。また、図２（ｂ）に示すように、振動腕部２１の両側面には、側面電極２３ｃが形成されている。図示しない右側の振動腕部２１の両側面には、側面電極２３ｃが形成されている。音叉型水晶振動片２０の下面は図示していないが、上面と対称関係になるように各電極が形成されている。

＜水晶ウエハの構成＞
図３は、音叉型水晶振動片の外形を形成した単結晶の水晶ウエハ１０を示す平面図である。

図３（ａ）は、円形の水晶ウエハ１０である。この円形の水晶ウエハ１０は、たとえば厚さ１２０μｍの人工水晶からなり、円形の水晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。さらに、円形の水晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、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。

また、図３（ｂ）は、矩形の水晶ウエハ１５である。この矩形の水晶ウエハ１５も、たとえば厚さ１２０μｍの人工水晶からなり、その矩形の水晶ウエハ１５の一辺は２インチである。そして、矩形の水晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の水晶ウエハ１５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１５ｃが形成されている。

図３（ａ）の円形の水晶ウエハ１０および図３（ｂ）の矩形の水晶ウエハ１５は、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、その窓部に複数の音叉型水晶振動片２０が形成されている。各窓部１８において、水晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを接続するため連結部２８が形成されている。以下は上記の水晶ウエハより音叉型水晶振動片２０を製造する方法を示す。

＜音叉型水晶振動デバイスの製造工程＞
図４は音叉型水晶振動片２０の外形、また第１溝部２７を形成するための代表的な製造工程のフローチャートである。なお、図４の右図は図２（ａ）のＡ−Ａ断面部分についての水晶ウエハ１０を示している。

図４のステップＳ１１では、研磨洗浄された水晶ウエハ１０にスパッタ法で図４（ａ）で示すように金属膜３２を形成する。この金属膜３２は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。

ステップＳ１２では、金属膜３２の上にフォトレジストを例えばスプレー法で全体を均一に塗布しレジスト膜３６を形成する（図４（ｂ））。ステップＳ１３において音叉型水晶振動片２０の外形パターンを露光及び現像して、音叉型水晶振動片２０の外形をしたレジスト膜３６を形成する（図４（ｃ））。

ステップＳ１４では、エッチングによりレジスト膜３６で覆われていない金属膜３２の部分を除去する。この工程は第１金属膜エッチング工程とする。次に、水晶ウエハ１０に残るレジスト膜３６を全て剥離する（図４（ｄ））。

ステップＳ１５では、水晶ウエハ１０の全面に再度フォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、振動腕２１に第１溝部２７を形成するためのパターンを露光する。フォトレジスト３９は露光されたレジスト膜である。図４（ｅ）は振動腕２１に第１溝部２７を形成するためのパターンを露光した断面図である。

ステップＳ１６において、音叉形状の外形と第１溝部２７との露光したレジスト膜３９を剥離する（図４（ｆ））。この状態では第１溝部２７の箇所には金属膜３２が残っているのでステップＳ１７において水晶ウエハ１０がエッチングされない。

ステップＳ１７では、図４（ｇ）で示すように水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸を用いウエットエッチングすることで音叉型水晶振動片２０の外形を形成する。この工程は第１圧電エッチング工程とする。

ステップＳ１８では、ウエットエッチングを行うことで第１溝部２７の金属膜３２を除去する（図４（ｈ））。この工程は第２金属膜エッチング工程とする。

ステップＳ１９では、第１溝部２７を形成するために、図４（ｉ）で示すように水晶ウエハ１０の第１溝部２７ごとに、エッチング塗布ノズル７２からエッチング液を塗布することで溝部の深さを調節する。この工程を第２圧電エッチング工程とし、塗布装置は図５及び図６を使って説明する。本実施形態では第１溝部２７ごとにエッチング液を塗布することでエッチング液の対流の影響を除くことができ均一な深さの溝部を形成することができる。均一な深さの溝部は音叉型水晶振動片２０の特性のバラツキを抑えＣＩ値の良い、安定した音叉型水晶振動片２０を製造することができる。なお、水晶ウエハ１０の両面の第１溝部２７にエッチング液を塗布するため、水晶ウエハ１０の片面のエッチングが終了したら水晶ウエハ１０を裏返して同様にエッチング塗布ノズル７２からエッチング液を塗布する。

ステップＳ２０では、エッチング終了後にエアーを噴射することでエッチング液を除去した後に水で洗浄する。それから、レジスト膜と金属膜３２を除去することにより、第１溝部２７を形成した音叉型水晶振動片２０を製造することができる（図４（ｊ））。

＜第２圧電エッチング工程＞
第２圧電エッチング工程における水晶ウエハ１０の第１溝部２７ごとの塗布方法は図５に示すような１次元のエッチング塗布装置７０、及び図６に示すような２次元のエッチング塗布装置７０’を用いることで可能となる。

図５（ａ）に示す１次元のエッチング塗布装置７０は可動ステージ７１を備え、エッチング塗布ノズル７２を１列に配置した装置であり、その上面図である。図５（ｂ）は（ａ）の概略側面図である。エッチング塗布ノズル７２の先端は第１溝部２７の大きさと比べ小さな構造であり、エッチング塗布ノズル７２から噴出するエッチング液は隣り合う第１溝部２７に余分なエッチング液が流れ出すことがない量を正確に塗布することができる。

エッチング塗布ノズル７２は、インクジェット方式又はディスペンサー方式を採用することができる。インクジェット方式としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。液滴塗布法は、材料の使用に無駄が少なくしかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できる。

１次元のエッチング塗布装置７０は水晶ウエハ１０を載置し可動ステージ７１上のエッチング塗布アーム７３を移動させることで第１溝部２７の位置ごとにエッチング液を塗布する。１次元のエッチング塗布装置７０は所定時間を経過した後に水晶ウエハ１０を洗浄し、水晶ウエハ１０を反転させる。そして再度水晶ウエハ１０を可動ステージ７１上に載置し、第１溝部２７の位置ごとにエッチング液を塗布して所定時間を経過させる。

図６（ａ）に示す２次元のエッチング塗布装置７０はエッチング塗布アーム７３に多列のエッチング塗布ノズル７２を配置した装置であり、その上面図である。図６（ｂ）は（ａ）の概略側面図である。

２次元のエッチング塗布装置７０’も塗布装置は１次元のエッチング塗布装置７０’と同様に可動ステージ７１上をエッチング塗布アーム７３が動くことで水晶ウエハ１０の第１溝部２７ごとにエッチング液を塗布することができる。２次元のエッチング塗布装置７０’は多列でエッチング液を塗布するため短時間に処理することができ、第１溝部２７ごとの時間差が少なくなる。また２次元のエッチング塗布装置７０’も片面ずつの第１溝部２７の形成となるため、２次元のエッチング塗布装置７０’も水晶ウエハ１０を反転して同様にエッチングする。なお図６では水晶ウエハ１０の半分程度を塗布することが可能な２次元のエッチング塗布装置７０’を示しているが、水晶ウエハ１０の全面を覆う形状でもよい。その場合は可動ステージが不要となり、１度に全面の第１溝部２７の塗布をすることができる。

＜第１電極パターン２３の形成及びパッケージングの工程＞
外形及び第１溝部２７を形成した音叉型水晶振動片２０は次に電極を形成し、周波数調整を行いパッケージングする。図７はその工程のフローチャートを示す。

ステップＳ４１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Ｓ４２では、スプレー法などを用いて全面にフォトレジストを塗布する。音叉型水晶振動片２０には第１溝部２７などが形成されているため、第１溝部２７にも均一にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ４３では、第１電極パターン２３と対応したフォトマスクを用意して、第１電極パターン２３をフォトレジスト層が塗布された水晶ウエハ１０に露光する。第１電極パターン２３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Ｓ４４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第１電極パターン２３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３２のエッチングを行う。例えば、第１電極パターン２３と対応したフォトレジスト層から露出した金層を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Ｓ４５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には励振電極などが正確な位置および電極幅で形成することができる。これまでの工程により、第１電極パターン２３を形成した音叉型水晶振動片２０が得られる。

ステップＳ４６では、ダイシングなどにより水晶ウエハから切り出すことで数百から数千の音叉型水晶振動片２０を得る。そして、図１（ｂ）で示すセラミック製のパッケージ５１に１個の音叉型水晶振動片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４２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を外部端子電極４３に対して接合する。

ステップＳ４７では、音叉型水晶振動片２０を周波数調整する。周波数調整は振動腕２１の先端の錘金属膜にレーザ光を照射して、錘金属層の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式により発振周波数が所望の周波数になるようにする。
ステップＳ４８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５９を封止材５７により接合する。
ステップＳ４９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。蓋体５９をガラスで形成した圧電振動デバイス５０はステップＳ４８で蓋体５９を封止材５７により接合した後でも周波数調整をすることができる。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態１における第２圧電エッチング工程は均一な深さの第１溝部２７を形成することができるが、上面と下面との処理時間がエッチング液に漬ける方法と比べ処理時間が約２倍となる。処理時間を短くするために本実施形態では第２圧電エッチング工程で第２電極パターン２５を形成して音叉型水晶振動片２０の特性を計測することで、水晶ウエハ１０の中で補正が必要とする音叉型水晶振動片２０に対してのみ選択的にエッチングをする。

図８は本実施形態の第２圧電エッチング工程において第１溝部２７を選択処理するフローチャートである。
ステップＳ６１では、従来の手法のように水晶ウエハ１０の全面をエッチング液に漬けることで、所望の深さになるようにエッチングを行う。水晶ウエハ１０の上面と下面との両面で処理することができるため処理時間の短縮ができる。処理時間は最初に所定の深さになる溝部の時間を設定しておくことで、エッチング時間を長くしすぎて溝部の深さが深くなりすぎることを防ぐ。

ステップＳ６２では第２電極パターン２５の形成をする。第２電極パターン２５の形成は図７のステップＳ４１からステップＳ４５の工程と同様である。第２電極パターン２５の形成は音叉型水晶振動片２０の特性を計測するためのものであり、接続部２８を介して図９に示すような計測用電極４９を水晶ウエハ１０に形成しておく。

ステップＳ６３では、不図示の計測器のプローブを計測用電極４９にあてて、電圧をかけることで水晶ウエハ１０のすべての音叉型水晶振動片２０を計測する。個々の音叉型水晶振動片２０の周波数特性を調べる。

ステップＳ６４では、ステップＳ６３の計測した周波数特性に基づいて、複数の音叉型水晶振動片２０から補正が必要な第１溝部２７を特定する。また、その音叉型水晶振動片２０に求められる振動周波数と測定された振動周波数との差に応じて補正すべき第１溝部２７の深さを計算により求める。

ステップＳ６５では、水晶ウエハ１０に形成した第１溝部２７の第２電極パターン２５を除去する。補正が必要な第１溝部２７の第２電極パターン２５だけを除去してもよいしすべての第２電極パターン２５を除去しても良い。第２電極パターン２５の除去は金属エッチングすることで除去することができる。

ステップＳ６６では１次元のエッチング塗布装置７０及び２次元のエッチング塗布装置７０’によりエッチング液を特定した上面及び下面の第１溝部２７に塗布し、所定の時間エッチングする。例えばエッチング塗布ノズル７２は、補正量が大きい第１溝部２７に対して最初にエッチング液を塗布し、補正量が小さい第１溝部２７に対して最後にエッチング液を塗布する。このように時間差を設けることでてすべての第１溝部２７からエッチング液を除去することができる。本実施形態の第２圧電エッチング工程は、第１溝部２７の深さを調整することで特性のバラツキのない、周波数の安定した音叉型水晶振動片２０となる。

図８のステップＳ６１で所望の深さの圧電エッチングを行ったが、所望の深さの半分程度のハーフエッチングを行い、第２電極パターン２５を形成して音叉型水晶振動片２０の特性を計測することでも、処理時間を短くして特性のバラツキのない、周波数の安定した音叉型水晶振動片２０を製造できる。

またステップＳ６５で補正すべき音叉型水晶振動片２０が微調整するだけでよい場合は第１溝部２７を片面のみを調整してもよい。また、第２圧電エッチング工程は、液体のエッチング液ではなく、エッチングガスを使ったドライエッチングを行ってもよい。

本実施形態では第１溝部２７ごとに塗布するタイミングで時間差をつけることで、エッチング液の除去を同時に行うことができる。エッチング液の除去は、エアーを噴射することで除去した後に水で洗浄するなどして、エッチング液が第１溝部２７に残ることのないようにする。

＜実施形態３＞
水晶ウエハ全面の溝部ごとに深さを調節する方法は、第２溝部６７を形成する逆メサ型のＡＴカット振動子についても同様に処理することができる。

図１０（ａ）は、第２溝部６７を形成する逆メサ型ＡＴカット振動片６０の概略斜視図である。図１０（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。なお逆メサ型ＡＴカット振動片６０の下面側も同様な形状をしている。逆メサ型ＡＴカット振動片６０は水晶ウエハ１０からなり、エッチングで加工した第２溝部６７の振動領域６２と、厚みを持つ非振動領域６３をもつ外周部とで構成される。両主面の振動領域６２には励振電極６４が形成され、非振動領域６３には引出電極６５が延出する。なお、外周部の非振動領域６３は通常では保持領域となる。

逆メサ型ＡＴカット振動片６０では逆メサ型ＡＴカット振動片６０の電極膜を含めた厚みにより基本周波数が決定する。例えば、逆メサ型ＡＴカット振動片６０の基本周波数は、電極膜を含めた逆メサ型ＡＴ振動子の厚みをｔ（ｍｍ）とすると、ｆ＝１６７０／ｔ（ＫＨＺ）となる。

逆メサ型ＡＴカット振動片６０の周波数の調整は厚めに製膜した逆メサ型ＡＴカット振動片６０の電極膜を解離することで厚みを薄くし、周波数を大きくさせる方法で目標とする周波数に合わせ込んでいる。エッチングで形成した逆メサ型ＡＴカット振動片６０の厚みにムラがあると、逆メサ型ＡＴカット振動片６０は周波数調整の工程で電極膜を解離しすぎて圧電基盤まで到達し不良品が発生してしまう。このため、第２溝部６７の深さを調整することで製品の歩留まりが向上する。

第２溝部６７の振動領域６２は実施形態１の第２金属膜エッチング工程を行うことで水晶ウエハ１０に第２溝部６７以外をマスクし、実施形態１の第２圧電エッチング工程をとることで、図１１に示すように水晶ウエハ１０に数百から数千の逆メサ型ＡＴカット振動片６０を形成することができる。エッチング塗布ノズル７２によるエッチング液の塗布で形成された第２溝部６７は水晶ウエハ１０の全面で均一な深さを形成することができる。また実施形態２の第２圧電エッチング工程をとることでも、同様に均一な深さを持つ振動領域を形成することができる。

逆メサ型ＡＴカット振動片６０の第２電極パターン２５は実施形態１の第１電極パターン２３と同様に形成する。第２電極パターン２５を形成した逆メサ型ＡＴカット振動片６０は、図１１に示すように上述した製造工程に従って縦及び横方向に連続して多数を形成することができる。次に、個々の逆メサ型ＡＴカット振動片６０を画定する縦及び横方向の切断線６９ａ、６９ｂに沿ってダイシングすることにより、個々の振動片に分割する。切断線６９ａ、６９ｂは、使用するダイシングブレードの刃厚を考慮して、所定の非振動領域６３の外形寸法が得られるように設定する。このように個片化することによって、１枚の水晶ウエハから得られる振動片の個数をより多くすることができる。

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。例えば、水晶振動片のメサ形状は、異方性ウエットエッチング以外にドライエッチングや機械的加工方法により形成することもできる。更に、水晶ウエハから個々の振動片を個片化する際に、ダイシング以外の機械的加工やウエットエッチングを用いることができる。また、水晶以外の圧電材料からなる圧電振動片についても同様に適用することができる。

（ａ）は、ＳＭＤタイプの圧電振動デバイス５０の概略斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）の構成を示した概略側面図である。 （ｃ）は、（ａ）の蓋体５９を外した概略上面図である。 （ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図である。 （ｂ）は、（ａ）の振動腕２１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、円形の水晶ウエハ１０の上面図である。 （ｂ）は、矩形の水晶ウエハ１５の上面図である。 音叉型水晶振動片２０の代表的な製造工程のフローチャートである。 （ａ）は、可動ステージ７１を備え、エッチング塗布ノズル７２を１列に配置した装置の上面図である。 （ｂ）は、（ａ）の概略断面図である。 （ａ）は、可動ステージ７１を備え、多列のエッチング塗布ノズル７２を配置した装置の上面図である。 （ｂ）は、（ａ）の概略断面図である。 音叉型水晶振動片２０の第１電極パターン２３の形成及びパッケージングの工程のフローチャートである。 第２圧電エッチング工程における第１溝部２７を選択処理するフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０の計測用電極４９を形成した第２電極パターン２５を示す図である。 （ａ）は、逆メサ型ＡＴカット振動片６０の概略斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）の概略断面図である。 水晶ウエハ１０に形成した逆メサ型ＡＴカット振動片６０を示す図である。

符号の説明

１０ … 円形の水晶ウエハ、１５ … 矩形の水晶ウエハ
１８ … 窓部
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３ … 第１電極パターン、２５ … 第２電極パターン
２７ … 第１溝部
２８ … 連結部
２９ … 基部
３１ … 導電性接着剤
３２ … 金属膜
３６ … レジスト膜、３９ … 露光されたレジスト膜
４２ … 配線層、４３ … 外部端子電極、４４ … 内部配線
５０ … 圧電振動デバイス
５１ … セラミックパッケージ、５１ａ … 底面用セラミック層、５１ｂ … 壁用セラミック層、５１ｃ … 台座用セラミック層
５７ … 封止材
５８ … キャビティ
５９ … 蓋体
６０ … 逆メサ型ＡＴカット振動片
６２ … 振動領域
６３ … 非振動領域
６４ … 励振電極
６５ … 引出電極
６７ … 第２溝部
７１ … 可動ステージ
７２ … エッチング塗布ノズル
７３ … エッチング塗布アーム

Claims (7)

1. 圧電ウエハから圧電振動片を製造する製造方法において、
   複数の溝部を有する圧電ウエハを用意する工程と、
   前記複数の溝部に対して、個々の溝部ごとにエッチング材を塗布する塗布工程と、
   前記複数の溝部から前記エッチング材を除去する除去工程と、
   前記複数の溝部に電極パターンを形成する電極形成工程と、
   前記圧電ウエハから前記溝部を有する個々の圧電振動片を切り出す振動片切り出し工程と、
   を備えることを特徴とする圧電振動片を製造する製造方法。
2. 前記塗布工程の前に、前記溝部を有する個々の圧電振動片の周波数振動を測定する測定工程を備え、
   前記塗布工程は、その圧電振動片に求められる振動周波数と測定された振動周波数との差に応じて、前記時間差を設けることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片を製造する製造方法。
3. 前記圧電振動片は逆メサタイプの振動片であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
4. 圧電ウエハから振動腕の両面に溝部を有する音叉型圧電振動片を製造する製造方法において、
   前記溝部を有する音叉型圧電振動片が複数形成された圧電ウエハを用意する工程と、
   複数の溝部に対して、個々の溝部ごとにエッチング材を塗布する塗布工程と、
   前記溝部から前記エッチング材を除去する除去工程と、
   前記複数の溝部に第１電極パターンを形成する第１電極形成工程と、
   前記圧電ウエハから前記溝部を有する個々の音叉型圧電振動片を切り出す振動片切り出し工程と、
   を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
5. 前記溝部に形成された電極パターンを形成する第２電極パターンを形成する第２電極形成工程と、
   前記第２電極パターンが形成された状態で個々の音叉型圧電振動片の周波数振動を測定する測定工程と、
   前記測定工程後に前記塗布工程の前に、前記溝部の第２電極パターンを削除する削除工程と、を備え、
   前記塗布工程は、前記音叉型圧電振動片に求められる振動周波数と測定された振動周波数との差に応じて、前記時間差を設けることを特徴とする請求項４に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
6. 前記塗布工程は、前記振動腕の片面の溝部にエッチング材を塗布することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
7. 前記エッチング材は液体であることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。