JP2010183138A - 音叉型水晶振動片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安定した周波数特性を有する音叉型水晶振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の音叉型水晶振動子の製造方法は、基部と基部から互いに平行に延出された一対の音叉腕とを有する振動片本体と、音叉腕の両主面に形成された励振電極と、音叉腕の両側面に形成された駆動電極とを有し、音叉腕の両主面に音叉腕の長さ方向に延びる溝が形成された水晶振動片の製造方法であって、水晶基板を加工して前記振動片本体を作製する工程（Ｓ５）と、振動片本体の音叉腕の溝が形成される領域にレーザーを照射することで水晶とは組織構造の異なる変質層を形成する工程（Ｓ７）と、変質層が形成された領域をエッチングして溝を形成する工程（Ｓ８）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉型水晶振動片の製造方法に関するものである。

従来より、水晶振動子が様々な電子機器の発振回路に周波数制御素子として採用されている。特に、小型で壊れにくく、正確に振動する省電力の水晶振動子として音叉型振動子が用いられている。このような音叉型振動子は、クロック源として時計を含む各種電子機器に発振回路とともに内蔵され、印加された電圧に伴って、逆圧電現象により振動する。

近年では、各種電子機器の小型化に対応すべく音叉型振動子の小型化の要求が高まってきている。しかしながら、音叉型振動子（振動片）を小型化していった場合、Ｑ値が著しく低下するという課題が存在する。
そこで、例えば振動片の一対の振動腕部の両主面に溝を設けて、熱弾性によるＱ値の低下を抑える構造が提案されている（特許文献１、２）。

実開平２−３２２２９号公報 特開２００２−２８０８７０号公報

しかしながら、振動片をさらに小型化した場合には以下のような問題が生じる。例えば、振動片に対する形成が非常に困難になる。従来はエッチング液を用いてエッチングを行っていたため、小型化された振動片に狭小な溝を形成しようとすると、水晶の異方性により溝の形状がいびつになったり水晶の深さ方向にエッチングが進まないなどの問題が生じて、所望形状の溝を形成することができないことがあった。

また、振動片の小型化が進むと、もはや溝を形成しただけではＱ値の低下を抑えることができない。Ｑ値が大きいほど振動片の発振が安定することから、より小型化した場合においても適正なＱ値が得られる構造が求められている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型で安定した周波数特性を有する音叉型水晶振動片の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の音叉型水晶振動片の製造方法は、上記課題を解決するために、基部と基部から互いに平行に延出された一対の振動腕部とを有する振動片本体と、振動腕部の両主面に形成された励振電極と、振動腕部の両側面に形成された駆動電極とを有し、振動腕部の両主面に振動腕部の長さ方向に延びる溝が形成された水晶振動片の製造方法であって、水晶基板を加工して振動片本体を作製する工程と、振動片本体の振動腕部の溝が形成される領域にレーザーを照射することで水晶とは組織構造の異なる変質層を形成する工程と、変質層が形成された領域をエッチングして溝を形成する工程と、を有する。

本発明によれば、振動片本体の振動腕部の溝が形成される領域に水晶とは組織構造の異なる変質層を形成した後、変質層をエッチングして溝を形成している。この方法によれば、変質層を形成することで水晶の方位性の影響を受けることなく微細加工が可能になるので所望形状の溝を形成することが可能である。また、水晶をエッチングする場合よりも速くエッチングすることができる。変質部を有する振動片は、振動に伴い水晶内部での熱の流れを制御することが可能となり安定した発振周波数を得ることができる。これにより、小型で高信頼性の音叉型水晶振動片を形成することができる。

本発明の音叉型水晶振動片の製造方法は、上記課題を解決するために、基部と基部から互いに平行に延出された一対の振動腕部とを有する振動片本体と、振動腕部の両主面に形成された励振電極と、振動腕部の両側面に形成された駆動電極とを有し、振動腕部の両主面に振動腕部の長さ方向に延びる溝が形成された水晶振動片の製造方法であって、振動片本体の基材である水晶基板における振動腕部の溝が形成される領域にレーザーを照射することで水晶とは組織構造の異なる変質層を形成する工程と、水晶基板を加工して振動片本体を作製する工程と、変質層が形成された領域をエッチングして溝を形成する工程とを有する。

本発明によれば、振動片本体の振動腕部の溝が形成される領域に水晶とは組織構造の異なる変質層を形成した後、変質層をエッチングして溝を形成している。この方法によれば、変質層を形成することで水晶の結晶の異方性の影響を受けることなく微細加工が可能になるので所望形状の溝を形成することが可能である。また、水晶をエッチングする場合よりも速くエッチングすることができる。また、水晶基板を個片化する前に予め変質層を形成すれば、複数の振動片に対応する変質層を一度に形成することができる。

また、溝を形成する工程において、変質層が形成された領域を部分的に残すことにより振動腕部に変質部を形成することが好ましい。
本発明によれば、溝の形成と同時に変質部を形成することが可能であるため製造効率がよい。変質部を有する振動片は、振動に伴い水晶内部での熱の流れを制御することが可能となり安定した発振周波数を得ることが可能であるため、小型で高信頼性の音叉型水晶振動片を形成することができる。

また、変質層を形成する工程において、振動腕部を厚さ方向に貫通する変質層を形成することが好ましい。
本発明によれば、溝および変質部に対応する領域にそれぞれ同時に変質層を形成することが可能である。また、変質部に対応する領域にのみ変質層を形成することも可能である。

また、変質層を形成する工程において、振動部の両主面に変質層をそれぞれ形成することが好ましい。
本発明によれば、溝の深さに対応した領域に変質層を形成することが可能となる。これにより、変質層のエッチング時間の管理が容易となって所定深さの溝を確実に形成することが可能である。また、振動腕部の変質部に対応する領域に、その厚さ方向に貫通する変質層を形成しておくことで、溝の形成と同時に変質部が形成されることとなる。

また、振動腕部の両主面側からレーザーを照射することが好ましい。
本発明によれば、溝および変質部に対応する領域だけにレーザーを照射することができるので、必要な箇所のみに変質層を形成することが可能である。これにより、水晶基板の厚さ方向に単結晶層を残すことができるので、変質層のエッチング量の管理が容易になり、所定の深さの溝を確実且つ容易に形成することが可能である。

また、変質層を形成する工程において、レーザーの焦点深度を異ならせることで、深さの異なる変質層を形成することが好ましい。
本発明によれば、水晶基板の一面側から所望の箇所に変質層を形成することが可能となる。

また、水晶基板の振動片本体を縁取る領域にレーザーを照射することで、水晶基板に水晶とは組織構造の異なる外形変質層を形成する工程と、外形変質層をエッチングすることで振動片本体を形成する工程とを有することが好ましい。
本発明によれば、振動片本体の外形形成を効率よく行える。

また、変質層の形成工程と外形変質層の形成工程とを同時に実行することが好ましい。
本発明によれば、製造工程数を削減することができるので、製造時間が短縮される。

また、レーザーが、フェムト秒パルスレーザーであることが好ましい。
本発明によれば、透過性を有する水晶基板に対して変質層を確実に形成することができる。また、変質層（レーザー照射領域）の周囲に損傷を及ぼすおそれがない。また、少なくともアモルファス、多結晶、水晶、空洞などが入り混じった状態の変質部を形成することができる。

また、レーザーの出力を、３００ｎＪ以上５００ｍＪ未満とすることが好ましい。
本発明によれば、変質層分を目視で確認できるので、変質層を所定領域に確実且つ容易に形成することができる。また、レーザー照射後、水晶基板に亀裂が入ることを防止できる。

第１実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造フロー図。 第１実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造工程図。 第１実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造工程図。 第１実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造工程図。 第１実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造工程図。 水晶基板に対するレーザー照射工程図。 加工装置の概略構成を示す模式図。 実施例１の音叉型水晶振動片を示す概略構成図。 第２実施形態に係る音叉型水晶振動片の製造工程図。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（音叉型水晶振動片の製造方法）
本実施の形態に係る音叉型水晶振動片１の製造方法について、図１は、第１実施形態の音叉型水晶振動片の製造フロー図、図２〜図６に示す工程図、および図７に示す加工装置２０を参照して説明する。なお、図８は、本実施の形態に係る音叉型水晶振動片の製造方法によって得られた音叉型水晶振動片の概略構成図である。
本実施形態の製造方法に用いる加工装置２０は、図７に示すように、レーザー光源２３、光学系、多軸ステージ２８を基本として構成されており、レーザー光源２３から発せられたレーザー光がハーフミラー２６等を経て対物レンズ２７に入射され、水晶基板３０に照射されるものである。

先ず、図２（ａ）に示すような水晶基板３０を用意する。水晶基板３０は、水晶ブロックからウェハ状に切り出されて研磨された水晶片からなる。そして、水晶基板３０の表裏に蒸着やスパッタ等によりＣｒ膜およびＡｕ膜をこの順で積層させることによって保護膜３１を形成する（Ｓ１）。例えば、Ｃｒ膜を１００Å、Ａｕ膜を５００Åで形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように保護膜３１の表面上にフォトレジストを塗布してレジスト膜Ｒｅを形成し、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーによって振動片の外形に沿ってパターン形成されたレジストマスク３２Ａを形成する（Ｓ２）。フォトレジストは、例えばスプレースピンコーターによって霧状に噴霧して塗布される。
そして、図２（ｄ）に示すようにレジストマスク３２Ａを介してＡｕ膜およびＣｒ膜の順でエッチングを行い、保護膜３１を部分的に除去する（Ｓ３）。その後、水晶基板３０上からレジストマスク３２Ａを剥離除去する。

次に、図３（ｅ）に示すように、再度、水晶基板３０の表面にフォトレジストを塗布し、図３（ｆ）に示すように溝パターンに対応したレジストマスク３２Ｂを形成する（Ｓ４）。同時に、振動片の外形に沿った抜き取り部分のフォトレジストも除去し、水晶基板３０を部分的に露出させる。

次に、図３（ｇ）に示すように水晶を溶解するエッチング液を用いて水晶基板３０を音叉型水晶振動片１の外形形状にエッチングすることによって、基部１１０および音叉腕１２１，１２２を有する振動片本体１０２を得る（Ｓ５）。このとき、保護膜３１によって覆われた部分はエッチングされずに残る。
その後、図３（ｈ）に示すように、溝パターンに対応する部分の保護膜３１をエッチングによって除去して水晶基板３０を露出させる（Ｓ６）。この状態の水晶基板３０を上述した加工装置２０の多軸ステージ２８上にセットする。

次に、加工装置２０の多軸ステージ２８上に載置した水晶基板３０の所定領域に対して図４（ｉ）に示すようにフェムト秒レーザー照射を行い、レーザー照射部分の結晶内部に変質層１５０を形成する（図６（ａ）：Ｓ７）。変質層１５０は、照射されたレーザー光の熱エネルギーによって水晶基板３０の水晶結晶の相転移などが生じて形成される。

ここで、フェムト秒レーザーとは、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ：１０^−１５秒）台のパルスレーザーであって、極めて短時間に高エネルギーが照射部位に集中するためその周囲に熱伝導が生じる前に加工が進行し、集光領域のみの加工が誘起される。このため、照射部位の周辺には影響が殆ど及ばない。また、フェムト秒レーザーを使用することで、水晶のような透明部材に対しても集光照射が可能である。

本実施形態では、フェムト秒レーザーとして、波長８００ｎｍ、パルス幅１３０ｆｓ、周波数５ｋＨｚのチタン−サファイヤレーザーを使用する。レーザー光線の集光スポット径は０．５〜１μｍ程度、レーザー彫刻深さは５μｍ程度である。ここで、レーザー彫刻深さとは、水晶基板３０の厚み方向に形成される変質領域の長さのことである。

また、レーザー出力は１５０ｎＪ〜４５０ｎＪ、好ましくは２００ｎＪ〜４００ｎＪであって、本実施形態では３００ｎＪに設定する。なお、レーザー出力を１００ｎＪとした場合には変質部分を目視で確認することができないが、出力を３００ｎＪにすることで変質部分を目視で確認することが可能となる。また、出力を５００ｎＪまで高めた場合には変質部分を目視で確認できるものの、多軸ステージ２８の移動方向に亀裂が入ってしまう。

水晶基板３０に対するレーザー光の照射位置の走査は、水晶基板３０を載置した多軸ステージ２８を移動させることによって行う。この多軸ステージ２８は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のいずれにも移動できるように構成されている。この多軸ステージ２８は、ドライバ９を介してコンピューター装置１０によって制御されて移動する。すなわち、コンピューター装置１０は、多軸ステージ２８を所定のプログラムに従って駆動させることにより、水晶基板３０において、レーザー光の集光点が任意の予定された軌跡上を走査される。

さらに、多軸ステージ２８の上方には、多軸ステージ２８上に載置される水晶基板３０のアライメントの整合をとるためのＣＣＤカメラ２１が備えられており、このＣＣＤカメラ２１の映像に基づいて水晶基板３０に対するレーザー光の照射位置等を定めることとする。

本実施形態では、多軸ステージ２８を例えば一方向に移動させることで、水晶基板３０に対してその音叉腕１２１，１２２の延在方向に沿った直線状の変質層１５０を形成する（図６（ｂ））。このとき、上述したように多軸ステージ２８の移動速度を毎秒２．５ｍｍ、レーザー光の照射間隔を５ｋＨｚとすることで隣り合う照射ラインの間隔、所謂スポット間隔を０．５μｍにし、照射ライン同士が繋がるように加工する。
さらに、板厚１００μｍの水晶基板３０の厚み方向に焦点距離を５μｍずつ変えて、図４（ｉ）及び図６（ｂ）に示すように水晶基板３０の厚み方向全体に変質層１５０を形成する。このように、本実施形態においては、溝１４１，１４２に対応する水晶基板３０の厚み方向全体にレーザーを照射することによって変質層１５０を形成している。

次に、図４（ｊ）に示すようにエッチング液を用いて所定時間エッチングを行うことで変質層１５０の一部を除去し、所定の深さの溝１４１，１４２を形成する（Ｓ８）。変質層１５０は、水晶の結晶性が変化してその結晶構造が粗な状態であるため、エッチング液が変質部分の結晶を素早く溶かすことになる。これにより、変質層１５０の一部が除去されて各音叉腕１２１，１２２にそれぞれ溝１４１，１４２が形成される。処理には、フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム溶液との混合液からなるエッチング液を用い、エッチング時間を調整することによって所定深さの溝１４１，１４２を形成することが可能である。ここでは、フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム溶液との混合液からなるエッチング液を２５℃に加熱してエッチングを行った。

なお、図６（ｃ）に示すように、残留させた変質層１５０の一部によって溝１４１，１４２の底壁が構成され、振動片のＱ値の低下を防ぐための変質部１５１，１５２が形成される。本工程において、溝１４１，１４２と変質部１５１，１５２とを同時に形成する。

そして、各音叉腕１２１，１２２に溝１４１，１４２を形成した後、図４（ｋ）に示すように、振動片本体１０２上からレジストマスク３２Ｂおよび保護膜３１を剥離する（Ｓ９）。

次に、図４（ｌ）に示すように水晶基板３０の表面全体に、スパッタ等によりＣｒ膜およびＡｕ膜をこの順で成膜して電極膜３３を形成する（Ｓ１０）。Ｃｒ膜およびＡｕ膜の膜厚は、上記保護膜３１における条件と同様である。続けて、図５（ｍ）に示すようにフォトレジストを電極膜３３上の全面に塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト膜Ｒｅをパターン化することで、図５（ｎ）に示すような電極パターンに対応したレジストマスク３２Ｃを形成する（Ｓ１１）。このレジストマスク３２Ｃを介して電極膜３３のエッチングを行うことにより、図５（ｏ）に示すように振動片本体１０２上に複数の電極（基部電極１２５ａ，電極１２５ｂ、励振電極１２３ａ，１２４ａおよび駆動電極１２３ｂ、１２４ｂ）を形成する（Ｓ１２）。
その後、図５（ｐ）に示すように振動片本体１０２上からレジストマスク３２Ｃを除去することによって（Ｓ１３）、内部に変質部１５１，１５２を備えた音叉型水晶振動片１が得られる。

本実施形態の製造方法では、水晶基板３０に対してフェムト秒レーザー照射を行うことによって、図８に示す音叉型水晶振動片１の溝１４１，１４２の形成のためにエッチングする部分と、変質部１５１，１５２となる部分とに変質層１５０を同時に形成している。水晶基板３０に対してフェムト秒レーザーを照射すると、レーザーが照射された部分が局所的に溶解して再結晶化した非結晶状態、すなわちアモルファスおよび多結晶、水晶などが混在した状態となる部分であって、微小な空洞や穴ができたりして水晶の結晶性が変化している状態を指す。つまり、変質層１５０は、空隙や単結晶が一部に含まれるなどして水晶とは異なる組織構造を有している。

レーザー照射により多結晶化が進むと、熱伝導率が低下するのと同時に熱膨張係数も低下することが予想される。一般的に、アモルファスの熱伝導率および熱膨張係数が単結晶より当然に低いことは明らかである。このため、多結晶化およびアモルファス化が進むと熱伝導率および熱膨張係数が低下するというのは、単結晶との差異を明確に示すものであると言える。そこで、アモルファスの特性、すなわち本実施形態における変質部１５１，１５２の特性を調べた結果を表１に示し、単結晶との違いを明らかにする。

表１には、レーザーが照射されたことによって水晶の結晶性が変化した本実施形態における変質部と単結晶層（水晶単結晶）とにおける熱膨張係数（ｐｐｍ/Ｋ）、弾性率（Ｎ/ｍ^２）、密度（ｇ/ｃｍ^３）、熱容量（Ｊ/Ｋｇ）、および熱伝導率（Ｗ/ｍＫ）の評価が示されている。

表１に示すように、変質層１５０と単結晶層（水晶単結晶）との比較において、弾性率、密度および熱容量に大きな違いは見受けられないが、熱膨張係数、熱伝導率に関しては単結晶層に比べて変質層１５０の値が大幅に低下しており物性が大きく変化している。単結晶層の熱膨張数が１３．７ｐｐｍ／Ｋであるのに対して、変質層１５０の熱膨張係数は０．５６ｐｐｍ／Ｋ程度である。一方、単結晶層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫであるのに対して、変質層１５０の熱伝導率は１．４Ｗ／ｍＫである。このことから、本実施形態における変質層１５０は、レーザーが照射されたことによって水晶の結晶構造が変質してアモルファス化したものと考えられる。

このような変質層１５０では水晶の異方性がなくなってしまうため、水晶自体をエッチングする場合に比べてエッチングレートが速くなる。このため、溝１４１，１２に対応する領域にレーザーを照射してその部分における水晶を変質させることによって、エッチング処理にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、溝１４１，１４２の形成と同時に変質部１５１，１５２を形成することができ、同じプロセスで行うことが可能になるので製造効率がよい。

なお、本実施形態においてはフェムト秒レーザーを用いている。これにより、透明な水晶基板に変質層１５０を必要な箇所に必要な数だけ確実且つ容易に形成することが可能である。

また、変質層１５０はレーザースポット照射を連続的に行うことによって形成されることから、たとえ一部に非変質部分が含まれていてもその領域は非常に微小であるためＱ値改善の妨げにはならない。
また、レジスト膜、Ａｕ膜およびＣｕ膜をフォトリソあるいはエッチングによって除去するのではなく、レーザーによって除去するようにしてもよい。

また、溝１４１，１４２や変質部１５１，１５２の形成領域だけでなく、水晶基板３０を振動片の外形に沿ってエッチングする前工程として振動片の外形に沿った抜き取り部分にレーザーを照射して外形変質層を形成しても良い。これにより、外形形成におけるエッチング処理を効率よく行うことが可能である。この場合、外形変質層と同時に変質層１５０を形成すればより製造効率が向上する。

（実施例１）
図８は、本発明に係る音叉型水晶振動片の製造方法によって得られた音叉型水晶振動片を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
図８（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片１は、基部１１０と、この基部１１０から図において上方（ｙ方向）に延出するようにして一対の音叉腕１２１，１２２とを備えた振動片本体１０２を有している。音叉型水晶振動片１は、例えば３２、７６８ｋＨｚで発振する小型振動片となっており、図８（ｂ）に示すように、全体の厚みＴが約１００μｍ、音叉腕１２１，１２２の幅Ｗが約２０μｍ、長さＬが約７００μｍとなっている。音叉腕１２１，１２２には、幅Ｗ１が１０μｍ、深さｔが４５μｍの溝１４１，１４２がそれぞれ形成されており、これら溝１４１，１４２の底部略全体に変質部１５１，１５２が形成されている。

音叉腕１２１，１２２には、図８（ａ），（ｂ）に示すように励振電極１２３ａ，１２３ａ，１２４ａ，１２４ａ、駆動電極１２３ｂ，１２３ｂ，１２４ｂ，１２４ｂが設けられており、基部１１０側には基部電極１２５ａ，１２５ａが設けられている。また、音叉型水晶振動片１には、給電を行うための電極１２５ｂも形成されている。

そして、各音叉腕１２１，１２２において、励振電極１２３ａ，１２４ｂに印加される励振電圧が同位相となり、駆動電極１２３ｂ、１２４ａに印加される駆動電圧が励振電極１２３ａ，１２４ｂとは逆位相となるよう負図示の駆動回路に結線される。

このような構成の音叉型水晶振動片１は、各音叉腕１２１，１２２の両主面と両側面との間で生じる互いに逆向きの電界によって屈曲振動を生じ、最終的に、音叉振動を生じることになる。例えば、音叉腕１２１において、中央部から両側面に向かうｘ方向の電界が印加されることにより、図８（ｂ）において右側の部分がｙ方向に伸びるとすると左側部分が収縮し、音叉腕１２２と対向する方向に変位する。

一方、音叉腕１２２において、両側面から中央部に向かう方向にｘ方向の電界が印加されることにより、図８（ｂ）において左側の部分がｙ方向に伸びるとすると右側部分が収縮し、他方の音叉腕１２１と対向する方向に変位する。また、電界をそれぞれ上記の場合と逆にする電圧が電極１２３ａ，１２４ａ，１２３ｂ，１２４ｂに印加されることにより、音叉腕１２１，１２２は離間する方向に振動し、一対の音叉腕１２１，１２２は互いに逆向きの水平方向に振動して、音叉振動を生じることになる。

音叉型水晶振動片は、各音叉腕１２１，１２２にそれぞれ変質部１５１，１５２が設けられていることから、小型化に伴うＱ値の低下を大幅に改善できる。すなわち、レーザー照射によって変質を加えられた変質部１５１，１５２は結晶構造が崩れて粗な状態となるため、熱の伝導が遮断されるとともに熱膨張係数が小さくなる（表１）。このように、内部に変質部１５１，１５２を形成することで水晶内部に生じる熱の流れを抑制し、熱膨張を抑える効果があることから熱弾性損失の影響を抑制することができる。したがって、変質部１５１，１５２を有した音叉型水晶振動片１は、Ｑ値が改善されて発振周波数が安定し、小型で高精度なものとなる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の音叉型水晶振動片の製造方法について説明する。図９は、本実施形態における音叉型水晶振動片の製造工程を示す図である。以下の説明では、先の実施形態と異なる構造について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図８と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

先の実施形態では、図９（ａ）に示すような水晶基板３０の溝１４１，１４２および変質部１５１，１５２に対応する領域の厚さ方向全体にレーザーを照射することにより変質層１５０を形成した。しかしながら、変質部分のエッチングレートは非常に早く、所望とする溝深さを得るためにエッチング量を管理するのはとても困難である。

そこで本実施形態においては、余分なエッチングが行われるのを抑制してエッチング工程を効率よく行えるようにするために、溝１４１，１４２および変質部１５１，１５２に対応する領域のみにレーザーを照射し、それ以外の領域にはレーザー照射を行わないようにした。具体的には、図９（ａ）に示すように、水晶基板３０の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２に対して表裏からそれぞれレーザーを照射することによって変質層１７０を形成した。

図１（ａ）〜図３（ｈ）に示す工程Ｓ１〜Ｓ６を終えた後、図９（ｂ）に示すように、水晶基板３０の表面１０ａ側から第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とでレーザー光の焦点深度を変化させながらレーザーを照射する。具体的には、音叉腕１２１，１２２のうち基部１１０側の第１領域Ａ１に対しては水晶基板３０の厚さ方向全体にレーザーを照射し、またそれ以外の第２領域Ａ２に対してはレーザーの焦点深度を浅くすることで所定の溝深さに対応した範囲にレーザーを照射する。

次に、図９（ｃ）に示すように、水晶基板３０を裏返して裏面１０ｂ側からレーザーを照射する。第１領域Ａ１には既にレーザーが照射されているため、残りの第２領域Ａ２に対して表面１０ａ側と同様に、溝の深さに対応した照点深度でレーザーを照射する。これにより、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２とで厚みの異なる変質層１７０が形成される。

次に、この変質層１７０に対し、レジストマスクおよび保護膜を介して所定時間エッチング処理を行うことによって、図９（ｄ）に示すような溝１４１，１４２を形成する。このとき、第２領域Ａ２の変質層１７０が除去された時点でエッチングを終了し、第１領域Ａ１における板厚中央の変質層１７０を部分的に残すことで、音叉腕１２１，１２２の基部１１０側に変質部１６１，１６２が形成される。
この後に続く電極の形成工程においては、先の実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の製造方法によれば、エッチングによって除去する領域に変質層１７０を形成することによって変質層１７０とそれ以外の領域（非変質部分）とのエッチングレートを異ならせているため、変質層１７０に対するエッチング量を管理することが容易になり、所定の深さの溝１４１，１４２を形成することができる。つまり、エッチング液が非変質部分（水晶）に達したとしても、多結晶あるいはアモルファス化された変質層１７０に比べるとエッチングされる量は少なく、エッチング処理による他領域への影響を最小限に抑えられる。これにより、余分なエッチングが行われるのを抑制することができて、所定の深さの溝１４１，４２を確実且つ容易に形成することが可能となる。

また、先の実施形態では、音叉型水晶振動片の長さ方向全体に亘って変質部１５１，１５２を形成したが、本実施形態のように、少なくとも、音叉腕１２１，１２２において最も振動応力がかかる領域、すなわち各音叉腕１２１，１２２の基部１１０側の領域に変質部１６１，１６２を形成することによって、小型化に伴うＱ値の低下を最小限に抑えることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、第２実施形態においては、水晶基板３０の表面１０ａおよび裏面１０ｂのそれぞれからレーザーを照射するとしたが、２ビームのレーザー集光位置等を調整するなど、条件によっては片面側からのレーザー照射によって変質層１７０を形成することも可能である。これにより、水晶基板３０を裏返すなどの手間が省けるので効率が良い。

また、先の実施形態においては、振動片本体１０２の外形エッチングを行った後にレーザーを照射して変質層１５０，１７０を形成する工程順となっているが、外形形成前に変質層１５０，１７０を形成してもよい。

１…音叉型水晶振動片、１２１，１２２…音叉腕（振動腕部）、１４１，１４２…溝、１５０，１７０…変質層、１５１，１５２，１６１，１６２…変質部、１０２…振動片本体、１２５ａ…基部電極、１２５ｂ…電極、１２３ａ，１２４ａ…励振電極、１２３ｂ、１２４ｂ…駆動電極、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域

Claims (11)

1. 基部と前記基部から互いに平行に延出された一対の振動腕部とを有する振動片本体と、前記振動腕部の両主面に形成された励振電極と、前記振動腕部の両側面に形成された駆動電極とを有し、前記振動腕部の両主面に前記振動腕部の長さ方向に延びる溝が形成された水晶振動片の製造方法であって、
   水晶基板を加工して前記振動片本体を作製する工程と、
   前記振動片本体の振動腕部の前記溝が形成される領域にレーザーを照射することで水晶とは組織構造の異なる変質層を形成する工程と、
   前記変質層が形成された領域をエッチングして前記溝を形成する工程と、を有する
   ことを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。
2. 基部と前記基部から互いに平行に延出された一対の振動腕部とを有する振動片本体と、前記振動腕部の両主面に形成された励振電極と、前記振動腕部の両側面に形成された駆動電極とを有し、前記振動腕部の両主面に前記振動腕部の長さ方向に延びる溝が形成された水晶振動片の製造方法であって、
   前記振動片本体の基材である水晶基板における前記振動腕部の前記溝が形成される領域にレーザーを照射することで水晶とは組織構造の異なる変質層を形成する工程と、
   前記水晶基板を加工して前記振動片本体を作製する工程と、
   前記変質層が形成された領域をエッチングして前記溝を形成する工程と
   を有することを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。
3. 前記溝を形成する工程において、
   前記変質層が形成された領域を部分的に残すことにより前記振動腕部に変質部を形成する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
4. 前記変質層を形成する工程において、
   前記振動腕部を厚さ方向に貫通する前記変質層を形成する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
5. 前記変質層を形成する工程において、
   前記振動部の両主面に前記変質層をそれぞれ形成する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
6. 前記振動腕部の両主面側から前記レーザーを照射する
   ことを特徴とする請求項４記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
7. 前記変質層を形成する工程において、
   前記レーザーの焦点深度を異ならせることで、深さの異なる前記変質層を形成する
   ことを特徴とする請求項４記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
8. 前記水晶基板の前記振動片本体を縁取る領域にレーザーを照射することで、前記水晶基板に水晶とは組織構造の異なる外形変質層を形成する工程と、
   前記外形変質層をエッチングすることで前記振動片本体を形成する工程と、を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
9. 前記変質層の形成工程と前記外形変質層の形成工程とを同時に実行する
   ことを特徴とする請求項７記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
10. 前記レーザーが、フェムト秒パルスレーザーである
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
11. 前記レーザーの出力を、３００ｎＪ以上５００ｍＪ未満とする
    ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。

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