JP3952811B2 - 圧電振動片、圧電振動片の製造方法および圧電デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片、その製造方法および圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路において一定の周波数を得るため、ＡＴカット圧電振動片を実装した圧電デバイスが広く利用されている。一般に、ＡＴカット圧電振動片は、水晶等の圧電材料におけるＸＺ平面をＸ軸周りに一定角度回転させた平面を想定し、この平面に沿って切り出した圧電基板から形成されるものである。
【０００３】
近年では、高い共振周波数を有する圧電デバイスが要求されている。一般に、圧電振動片の厚さが薄いほど圧電デバイスの共振周波数は高くなるので、例えば１００ＭＨｚ以上の共振周波数を得るためには、圧電振動片の厚さを１６μｍ以下とする必要がある。しかし圧電振動片が極端に薄くなると、加工自体が難しくなることに加え、衝撃力に対する剛性が弱くなる。
【０００４】
そこで、逆メサ型圧電振動片が提案されている。図１５に逆メサ型圧電振動片の説明図を示す。同図（１）は平面図であり、同図（２）はＦ−Ｆ線における正面断面図である。逆メサ型圧電振動片１００は、励振電極１２０を形成する振動部１０２の厚さを薄くすることにより高周波での共振を可能とする一方で、その周縁部１０４の厚さを厚くすることにより剛性を確保したものである。一例をあげれば、周縁部１０４の厚さは１００μｍ程度に形成し、振動部１０２の厚さは１０μｍ程度に形成する。
【０００５】
上述した逆メサ部はエッチングにより形成する。ここで、水晶等の圧電材料は、その結晶方位によりエッチングレートに異方性を有する。そのため、図１５（２）のように逆メサ部１１０が形成されると考えられていた。すなわち、逆メサ部１１０の＋Ｙ′側端部には急斜面１１４が形成され、−Ｙ′側端部には垂直面１１５等が形成されて、急斜面１１４と垂直面１１５等との間には、すべて水平面１１２が形成されると考えられていた。
【０００６】
そして、一対の励振電極が平行に配置されていない場合には、不要な振動が多く発生するので、逆メサ部の傾斜面を避けて励振電極を配置する必要がある。そこで、特開２００１−２０３４４９号公報では、図１６（１）に示す逆メサ部２１０を、矢印２１１のように移動させることにより、図１６（２）に示すように、励振電極２２０を配置する平行部分Ｐを、広く確保する構造が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発明者の実験によれば、図１（２）のように逆メサ部が形成されることが明らかになった。すなわち、＋Ｙ′側の逆メサ部の−Ｚ′側端部には、+Ｚ′側端部の急斜面１４に比べてＺ′方向長さの長い、緩斜面１６が形成されることが確認された。そして、この緩斜面１６の表面に励振電極の一部を形成すると、励振電極が平行に配置されずに、図１４（１）のＱ部に示すように、不要な振動が多く発生するという問題がある。
【０００８】
これを前提にして、図１６に示す特開２００１−２０３４４９号公報で提案された構造をみれば、矢印２１１の方向に逆メサ部を移動させると、励振電極を配置する平行部分がかえって減少することになり、不要な振動を発生させるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記問題点に着目し、励振電極を平行に配置することが可能であり、不要な振動を発生させることのない、圧電振動片およびその製造方法の提供を目的とする。
また本発明は、不要な振動を発生させることのない圧電デバイスの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電振動片は、結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置した、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片であって、
【数７】

を満たすように、＋Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点Ｒａを配置し、および／または、
【数８】

を満たすように、−Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点Ｒｂを配置して、前記各励振電極を平行に配置可能とした構成とした。ただし、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｓａは＋Ｙ′側の前記励振電極における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｓｂは−Ｙ′側の前記励振電極における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置である。
【００１１】
これにより、逆メサ型圧電振動片の振動部に、平行部分を広く確保することができる。したがって、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。
【００１２】
また、本発明に係る圧電振動片は、結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置した、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片であって、
【数９】

を満たすＰの範囲に、前記各励振電極を形成することにより、前記各励振電極を平行に配置可能とした構成とした。ただし、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｒａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｒｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置である。これにより、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。
【００１３】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片につき、圧電基板の±Ｙ′側にフォトマスクを配置してフォトリソグラフィを行うことにより、前記各逆メサ部を形成する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法であって、
【数１０】

を満たす範囲に、＋Ｙ′側フォトマスクの前記逆メサ部相当部分における−Ｚ′側端点Ｊａが位置するように、前記各フォトマスクを配置し、および／または、
【数１１】

を満たす範囲に、−Ｙ′側フォトマスクの前記逆メサ部相当部分における＋Ｚ′側端点Ｊｂが位置するように、前記各フォトマスクを配置して、前記各励振電極を平行に配置可能とする構成とした。ただし、Ｃは露光倍率であり、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｓａは＋Ｙ′側の前記励振電極における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｓｂは−Ｙ′側の前記励振電極における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置である。
これにより、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。
【００１４】
また、本発明に係る圧電振動片の他の製造方法は、結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片につき、圧電基板の±Ｙ′側にフォトマスクを配置してフォトリソグラフィを行うことにより、前記各励振電極を形成する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法であって、
【数１２】

を満足するＰの範囲に、前記フォトマスクの前記励振電極相当部分が位置するように、前記各フォトマスクを配置して、前記各励振電極を平行に配置可能とする構成とした。ただし、Ｃは露光倍率であり、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｒａは＋Ｙ′側逆メサ部の−Ｚ′側端点の位置であり、Ｒｂは−Ｙ′側逆メサ部の＋Ｚ′側端点の位置である。これにより、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。
【００１５】
一方、本発明に係る圧電デバイスは、上述に記載の圧電振動片を使用して製造した構成とした。これにより、不要な振動を発生させることのない圧電デバイスを提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電振動片、その製造方法および圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
本発明は、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の逆メサ部を、エッチングによって形成する場合に、逆メサ部のＺ′方向両端部に斜面が形成されるという知見に基づいている。図１に逆メサ部に形成される斜面の説明図を示す。一般に、水晶等の圧電材料は三方晶系であり、同図（１）に示す結晶軸を有する。図中のＸ軸は電気軸であり、Ｙ軸は機械軸であり、Ｚ軸は光軸である。ＡＴカット圧電振動片３０は、同図（１）の座標系におけるＸＺ平面を、Ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料から切り出された平板である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて、それぞれＹ′軸およびＺ′軸とする。したがって、ＡＴカット圧電振動片３０は、結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有する。
【００１８】
このＡＴカット圧電振動片３０は、Ｙ′軸に直交する面が励振面（主面）となるので、±Ｙ′側主面の中心部付近に、エッチングにより凹部（逆メサ部）を形成する。すると、図１（２）に示すように、逆メサ部のＺ′方向両端部に斜面が形成される。そのうち、＋Ｙ′側の逆メサ部１０において、＋Ｚ′側端部に形成される急斜面１４は、従来からその存在が知られていたものである。この急斜面１４は、上述したように圧電材料が三方晶系であって、Ｚ方向よりＹ方向のエッチングレートが低くなるために形成されるものと考えられる。一方、−Ｚ′側端部に形成される緩斜面１６は、今回初めてその存在が確認されたものである。発明者の実験によれば、この緩斜面１６は、あらゆる大きさの圧電振動片において規則的に形成されることが確認された。以下に、その実験の内容を詳述する。
【００１９】
実験は、逆メサ部のエッチングが進むにつれて、逆メサ部のＺ′方向の形状がどのように変化するかを測定することにより行った。実験には、図１（１）にθで示すカット角が３５゜１３′３０″のＡＴカット水晶振動片を使用した。なお、実験サンプルとして、あらゆる大きさの水晶振動片を使用した。表１に、実験サンプルとして使用した水晶振動片の逆メサ部の外形を示す。なお、水晶振動片の厚さはいずれも０．１ｍｍ（１００μｍ）である。
【表１】

【００２０】
エッチングは、ウエットエッチングによって行った。エッチング液には、フッ酸とフッ化アンモニウムとを重量比１：１で混合した液体を使用した。一方、逆メサ部の形状測定は、非接触３次元形状測定装置を使用して行った。
【００２１】
具体的な実験手順について、図９および図１０を使用して説明する。まず、図９（１）に示すように、水晶振動片６１の表面全体に、耐蝕膜であるＡｕ／Ｃｒ膜６２を、スパッタ法によって形成する。さらに、Ａｕ／Ｃｒ膜６２の表面全体に、レジスト６４を塗布する。次に、図９（２）に示すように、逆メサ部１０に相当する部分が透光部７１ａとなっているフォトマスク７０ａを使用して、水晶振動片６１の＋Ｙ′側のみレジスト６４を露光する。さらに、図９（３）に示すように、逆メサ部１０のレジスト６４を現像して除去する。次に、図１０（１）に示すように、パターニングされたレジスト６４をマスクとして、逆メサ部１０のＡｕ／Ｃｒ膜６２をエッチングする。以上により、水晶振動片６１の逆メサ部１０をエッチングするためのマスクが形成される。
【００２２】
次に、上記のように形成したマスクを使用して、水晶振動片の逆メサ部に対し１回目のエッチングを行う。ここでは、逆メサ部の最深部の深さが１０μｍ程度となるように、時間管理をしつつエッチングを行う。次に、３次元形状測定装置を使用して、逆メサ部のＺ′方向の形状を測定し記録する。さらに、同一部分に対して２回目のエッチングを行い、形状を測定する。このようにして、エッチングと３次元形状測定とを４回にわたって繰り返すことにより、エッチングが進むにつれて、逆メサ部のＺ′方向の形状がどのように変化するかを測定する。なお、各実験サンプルに対して上記と同じ実験を行う。
【００２３】
各実験サンプルに対する実験結果を、図２および図３の各図に示す。なお図３は、図２の原点付近の拡大図である。図２および図３の各図では、横軸に逆メサ部の水平（Ｚ′）方向距離を取り、縦軸に逆メサ部の深さ（Ｙ′）方向距離を取っている。また各図では、上から順に、１回目から４回目のエッチング後の形状測定結果を、重ねて記載している。なお、各形状測定結果における水平方向および深さ方向の原点は、逆メサ部の−Ｚ′方向端点とした。なお、エッチングにより逆メサ部は、わずかながら±Ｚ′方向のいずれにも拡大している点を付記しておく。
【００２４】
図２において、逆メサ部の中央部には、水平面が存在している。また、逆メサ部の＋Ｚ′側端部には、急斜面が存在している。さらに、逆メサ部の−Ｚ′側端部には、ほぼ垂直な面が存在している。以上の各部は、従来からその存在が知られていたものである。これに加えて、中央部の水平面と−Ｚ′側端部の垂直面との角部には、緩斜面が存在していることがわかる。この緩斜面は、その傾きが上述した急斜面に比べて非常に小さいことから、従来は上述した水平面の一部と考えられていたのである。
【００２５】
そして、水晶振動片における一対の励振電極は平行に配置する必要があるから、この緩斜面を避けて水平面上に励振電極を配置する必要がある。ところが、図２からわかるように、この緩斜面の水平方向長さは非常に長く、エッチングの進行により逆メサ部の半分以上を占める場合もある。従来の大型の逆メサ型圧電振動片では、結果的に水平面を広く確保できていたので、励振電極の形成位置が問題となることはなかった。しかし、圧電振動片の小型化が強く要求されている今日にあっては、水平面上に励振電極を配置するため、緩斜面がどの程度の長さに形成されるかを知ることが重要になる。
【００２６】
そこで、図２および図３の各図において、水平面と緩斜面との交点にドットを記載する。すると、エッチング途中の形状測定結果に記載された各ドットは、ほぼ一直線上に乗ることがわかる。特に、図３からは、緩斜面の長さが、逆メサ部の外形にかかわらず、逆メサ部の深さにより決定されることがわかる。そこで、図４（１）にエッチング量（逆メサ部の深さ）と緩斜面の長さとの関係を示す。図４（１）により、これらが比例関係にあることが確認できる。したがって、緩斜面のＺ′方向長さＧは、逆メサ部の深さをＤとして、以下の近似式で表すことができる。
【数１３】

【００２７】
一方、図５（１）にエッチング量（逆メサ部の深さ）と急斜面の長さとの関係を示す。これらも比例関係にあるので、急斜面のＺ′方向長さＨは、以下の近似式で表すことができる。
【数１４】

【００２８】
なお、図４（２）にエッチング量（逆メサ部の深さ）と緩斜面の高さとの関係を示し、図５（２）にエッチング量（逆メサ部の深さ）と急斜面の高さとの関係を示す。図４および図５により、急斜面および緩斜面の長さおよび高さは、エッチング量と比例関係にあることがわかる。また、急斜面および緩斜面の長さおよび高さは、逆メサ部の外形に依存しないことがわかる。以上のことから、主として結晶面に依存するエッチングの異方性により、急斜面および緩斜面が形成されると考えられる。とすれば、エッチングの条件が異なっても、同様の急斜面および緩斜面が形成されると考えられる。
【００２９】
上式を利用して、逆メサ型圧電振動片において、各励振電極を平行に配置可能な位置を特定する。図６に励振電極形成位置の説明図を示す。なお図６は、図１５のＦ−Ｆ線に相当する部分における正面断面図である。図６では、圧電振動片３０の＋Ｙ′側に深さＤａの逆メサ部１０ａが形成され、−Ｙ′側に深さＤｂの逆メサ部１０ｂが形成されている。そして、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点をＲａとし、逆メサ部１０ｂにおける＋Ｚ′側端点をＲｂとしている。ここで、励振電極２０を平行に配置することができるのは、逆メサ部１０ａの水平面１２ａと逆メサ部１０ｂの水平面１２ｂとがＺ′方向において重なり合った平行部分Ｐである。すなわち、ＲａのＺ′方向位置に、逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａを加算した位置以上であり、なおかつ、ＲｂのＺ′方向位置から、逆メサ部１０ｂの緩斜面１６ｂのＺ′方向長さＧｂを減算した位置以下である。そして数式１３により、Ｇａ＝４．０Ｄａであり、Ｇｂ＝４．０Ｄｂであるから、
【数１５】

を満足するＰの範囲に励振電極２０を形成すれば、励振電極を平行に配置することができる。
【００３０】
もっとも、励振電極２０の幅Ｗが、数式１５のＰの範囲より大きい場合には、励振電極を平行に配置することができない。この場合、逆メサ部の形成位置を変更することにより、平行部分Ｐの範囲を広げる必要がある。そこで、逆メサ部の形成位置を特定する。
【００３１】
図７に逆メサ部を移動させた場合の説明図を示す。図６に対し図７（１）では、矢印１１のように、逆メサ部１０ａを−Ｚ′側に移動させている。図７（１）では、平行部分Ｐの範囲が励振電極２０の幅Ｗと一致している。すなわち、励振電極２０を平行に配置可能となるように、最小限度で逆メサ部１０ａを移動させた状態である。この場合、圧電振動片の外形を小型化することができる。ここで、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点Ｒａの位置は、励振電極２０における−Ｚ′側端点ＳａのＺ′方向位置から、逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａ（＝４．０Ｄａ）を減算した位置である。
【００３２】
また、図７（１）に対し図７（２）では、矢印１１のように、逆メサ部１０ａをさらに−Ｚ′側に移動させている。図７（２）では、逆メサ部１０ａの水平面と逆メサ部１０ｂの水平面とが完全に重なり合い、これ以上逆メサ部１０ａを−Ｚ′側に移動させると、かえって平行部分Ｐが減少する。したがって、最大限度まで逆メサ部１０ａを移動させた状態である。この場合、励振電極の周辺部にも平行部分を確保することが可能となるので、圧電振動片の周波数特性を向上させることができる。ここで、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点Ｒａの位置は、逆メサ部１０ｂにおける−Ｚ′側端点ＵｂのＺ′方向位置に、逆メサ部１０ｂの急斜面１４ｂのＺ′方向長さＨｂ（＝１．７Ｄｂ）を加算し、さらに逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａ（＝４．０Ｄａ）を減算した位置である。
【００３３】
以上により、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点Ｒａは、次式を満足する位置に形成する。
【数１６】

なお、逆メサ部１０ｂにおける＋Ｚ′側端点Ｒｂも同様に、次式を満足する位置に形成する。
【数１７】

【００３４】
なお、上記には、逆メサ部を水平移動させて励振電極を平行に配置する場合について述べたが、逆メサ部を拡大することにより励振電極を平行に配置することも可能である。図８に逆メサ部を拡大する場合の説明図を示す。図６に対し図８（１）および（２）はいずれも、逆メサ部１０ａのみを−Ｚ′方向に拡大したものである。
【００３５】
図８（１）では、平行部分Ｐの範囲が励振電極２０の幅Ｗと一致している。すなわち、励振電極２０を平行に配置可能となるように、最小限度で逆メサ部１０ａを拡大したものである。一方、図８（２）では、逆メサ部１０ａの水平面と逆メサ部１０ｂの水平面とが完全に重なり合い、これ以上移動させるとかえって平行部分Ｐは減少する。すなわち、最大限度まで逆メサ部１０ａを拡大したものである。そしてこの場合にも、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点Ｒａは、数式１６を満足する位置に形成すればよい。なお以上には、＋Ｙ′側の逆メサ部１０ａを拡大する場合を例にして説明したが、−Ｙ′側の逆メサ部１０ｂを拡大する場合も同様に、逆メサ部１０ｂにおける＋Ｚ′側端点Ｒｂは、数式１７を満足する位置に形成すればよい。
【００３６】
次に、上述した本実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法について説明する。ここでは代表例として、図７（２）に示す圧電振動片の製造方法について説明する。図９ないし図１２に製造工程の説明図を示す。なお、図９および図１０では逆メサ部の形成工程を中心に説明するが、現実には圧電基板から圧電振動片をブランクとして形成する工程を同時または順次に行う必要がある。
【００３７】
まず、図９（１）に示すように、圧電基板６０の表面全体に、耐蝕膜であるＡｕ／Ｃｒ膜６２を、スパッタ法等により形成する。さらに、Ａｕ／Ｃｒ膜６２の表面全体にポジ型レジスト６４を塗布する。
次に、図９（２）に示すように、フォトマスク７０ａ，７０ｂをレジストの上方に配置して、レジスト６４を露光する。圧電基板６０の＋Ｙ′側には、逆メサ部１０ａ（図７（２）参照）に相当する部分に透光部７１ａを有するフォトマスク７０ａを配置し、圧電基板６０の−Ｙ′側には、逆メサ部１０ｂに相当する部分に透光部７１ｂを有するフォトマスク７０ｂを配置する。なお、ネガ型レジストを使用する場合には、逆メサ部相当部分は遮光部となる。フォトマスク７０ａ，７０ｂには、図１５に示す従来の圧電振動片における逆メサ部の形成に使用するフォトマスクを流用することができるので、製造コストを低減することができる。
【００３８】
もっとも、本実施形態では、透光部７１ａにおける−Ｚ′側端点Ｊａが、透光部７１ｂにおける−Ｚ′側端点Ｋｂより−Ｚ′側に位置するように、フォトマスク７０ａ，７０ｂを配置する。Ｊａの位置は、図７（２）に示すように、＋Ｙ′側励振電極における−Ｚ′側端点ＳａのＺ′方向位置から、逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａ（＝４．０Ｄａ）を減算した位置以下とする。なおかつ、逆メサ部１０ｂにおける−Ｚ′側端点ＵｂのＺ′方向位置に、逆メサ部１０ｂの急斜面１４ｂのＺ′方向長さＨｂ（＝１．７Ｄｂ）を加算し、さらに逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａ（＝４．０Ｄａ）を減算した位置以上とする。したがって、
【数１８】

を満たす範囲に、透光部７１ａにおける−Ｚ′側端点Ｊａが位置するように、フォトマスク７０ａ，７０ｂを配置する。
【００３９】
および／または、透光部７１ｂにおける＋Ｚ′側端点Ｊｂが、透光部７１ａの＋Ｚ′側端点Ｋａより＋Ｚ′側に位置するように、フォトマスク７０ａ，７０ｂを配置する。すなわち、上記と同様の考え方により、
【数１９】

を満たす範囲に、透光部７１ｂにおける＋Ｙ′側端点Ｊｂが位置するように、フォトマスク７０ａ，７０ｂを配置する。
【００４０】
なお以上には、逆メサ部の大きさと透光部の大きさとが１：１となる等倍露光の場合について述べている。これ以外の露光倍率（１／５、１／１０など）を前提にフォトマスクを形成した場合には、その露光倍率を数式１８および数式１９の左辺および右辺から除算して、ＪａおよびＪｂの位置を決定し、フォトマスク７０ａ，７０ｂを配置する。
そして、上記のように配置したフォトマスク７０ａ，７０ｂを使用して、レジスト６４を露光する。次に、図９（３）に示すように、レジスト６４を現像して逆メサ部のレジストを除去する。
【００４１】
次に、図１０（１）に示すように、パターニングされたレジスト６４をマスクとして、逆メサ部のＡｕ／Ｃｒ膜６２をエッチングする。これにより、逆メサ部における圧電基板６０が露出することになる。そして、図１０（２）に示すように、Ａｕ／Ｃｒ膜６２およびレジスト６４をマスクとして、圧電基板６０をエッチングする。エッチングはウエットエッチングによって行い、エッチング液にはフッ酸とフッ化アンモニウムとを重量比１：１で混合した液体等を使用する。これにより、圧電基板６０の±Ｙ′側が同時にエッチングされる。なお、圧電基板の主振動部が所望の厚さとなるように、時間管理をしつつエッチングを行う。エッチング終了後、レジスト６４およびＡｕ／Ｃｒ膜６２を除去すれば、図１０（３）に示すように、圧電振動片の逆メサ部が完成する。
【００４２】
次に、圧電振動片の表面に、図１５に示す各電極を形成する。まず、図１１（１）に示すように、圧電基板６０の表面全体に、電極材料であるＡｕ／Ｃｒ膜６６を、スパッタ法等により形成する。さらに、Ａｕ／Ｃｒ膜６６の表面全体にポジ型レジスト６８を塗布する。
【００４３】
次に、図１１（２）に示すように、圧電基板６０の両側におけるレジストの上方にフォトマスク７５を配置して、レジスト６８を露光する。フォトマスク７５は、電極形成部分に相当する部分に、遮光部を有している。なお、ネガ型レジストを使用する場合には、電極相当部分は透光部となる。フォトマスク７５には、図１５に示す従来の圧電振動片の電極形成に使用するフォトマスクを流用することができるので、製造コストを低減することができる。
【００４４】
もっとも、本実施形態では、図７（２）に示すように、逆メサ部１０ａの水平面と逆メサ部１０ｂの水平面とがＺ′方向において重なり合った平行部分Ｐに、遮光部の励振電極相当部分７６が位置するように、フォトマスク７５を配置する。平行部分Ｐは、逆メサ部１０ａにおける−Ｚ′側端点ＲａのＺ′方向位置に、逆メサ部１０ａの緩斜面１６ａのＺ′方向長さＧａ（＝４．０Ｄａ）を加算した位置以上であって、なおかつ、逆メサ部１０ｂにおける＋Ｚ′側端点ＲｂのＺ′方向位置から、逆メサ部１０ｂの緩斜面１６ｂのＺ′方向長さＧｂ（＝４．０Ｄｂ）を減算した位置以下の範囲である。すなわち、
【数２０】

を満たすＰの範囲に、遮光部の励振電極相当部分７６が入るように、フォトマスク７５を配置する。
【００４５】
なお以上には、励振電極の大きさと遮光部の大きさとが１：１となる等倍露光の場合について述べている。これ以外の露光倍率（１／５、１／１０など）を前提にフォトマスク７５を形成した場合には、その露光倍率を数式２０の左辺および右辺から除算して、Ｐの範囲を決定し、フォトマスク７５を配置する。
【００４６】
そして、上記のように配置したフォトマスク７５を使用して、レジスト６８を露光する。次に、図１１（３）に示すように、レジスト６８を現像して、電極形成部分以外の部分のレジストを除去する。
【００４７】
次に、図１２（１）に示すように、パターニングされたレジスト６８をマスクとして、電極形成部分以外の部分のＡｕ／Ｃｒ膜６６をエッチングする。その後、図１２（２）に示すようにレジスト６８を除去すれば、圧電基板６０の表面に電極が形成される。以上により、圧電振動片が完成する。
【００４８】
上記のように形成した本実施形態に係る圧電振動片は、パッケージ内に封入することにより、圧電振動子として使用することができる。図１３に圧電振動子の説明図を示す。同図（１）は平面図であり、同図（２）はＤ−Ｄ線における側面断面図である。パッケージ２はセラミック材料等により形成する。また、キャビティ３の底面には電極４及び配線パターン（不図示）を形成して、パッケージ２の底面に形成した外部端子（不図示）との導通を可能とする。そして、圧電振動片３０を片持ち状態で実装する。具体的には、電極４の上に導電性接着剤５を塗布し、その上に圧電振動片３０の接続電極２２を配置して固定する。これにより、パッケージ２の底面の外部端子から、圧電振動片３０の励振電極２０に通電可能となる。なお、パッケージ２の上部には蓋部材８を装着して、パッケージ２の内部を窒素雰囲気等に保持する。
【００４９】
また、本実施形態に係る圧電振動片は、集積回路素子と組み合わせて発振回路を形成することにより、圧電発振器として使用することができる。例えば、図１３に示す圧電振動子１と集積回路素子（不図示）とを、配線パターンを形成したモジュール基板上に実装することにより、圧電発振器モジュールを形成することができる。また、図１３に示すパッケージ２の内部に、圧電振動片３０とともに集積回路素子を封入することにより、圧電発振器パッケージを形成することができる。
【００５０】
上述した本実施形態に係る圧電振動片により、励振電極を平行に配置することができる。この点、従来では、逆メサ部に緩斜面が形成されることは知られていなかったので、この緩斜面に励振電極を形成している場合があった。その結果、励振電極が平行に配置されずに、図１４（１）のＱ部に示すように、不要な振動が多く発生していた。なお、緩斜面に励振電極を形成した場合には、振動部の圧電材料が厚くなっているので、主振動より低い周波数にピークが現れる。
【００５１】
なお、特開２００１−２０３４４９号公報では、図１６（１）に示すように、急斜面を外側へ配置する矢印２１１の方向に、逆メサ部２１０を水平移動させることにより、図１６（２）に示すように、励振電極２２０を配置する平行部分Ｐを、広く確保する構造が提案されている。しかし、本発明を前提とすれば、矢印２１１の方向に逆メサ部を移動させると、励振電極を配置する平行部分がかえって減少することになり、不要な振動を発生させるおそれがある。
【００５２】
これに対し、本実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片は、特開２００１−２０３４４９号公報に提案された構造とは逆に、緩斜面を外側へ配置する方向に、逆メサ部２１０を移動または拡大させる構成とした。これにより、逆メサ型圧電振動片の振動部に平行部分を広く確保することができる。したがって、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。また、周波数特性に寄与する励振電極の周辺部にも、平行部分を確保することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。特に、圧電振動片を小型化する場合には、逆メサ部の水平面が狭くなるので、本実施形態により平行部分を広く確保することが有効である。
【００５３】
【発明の効果】
結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置した、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片であって、
【数２１】

を満たすように、＋Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点Ｒａを配置し、
および／または、
【数２２】

を満たすように、−Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点Ｒｂを配置して、前記各励振電極を平行に配置可能としたので、励振電極を平行に配置することが可能となり、不要な振動を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 逆メサ部に形成される斜面の説明図である。
【図２】 エッチングの進行による逆メサ部の形状変化に関する実験の、各実験サンプルにおける実験結果のグラフであり、（１）はサンプルＮｏ．１の実験結果であり、（２）はサンプルＮｏ．２の実験結果であり、（３）はサンプルＮｏ．３の実験結果である。
【図３】 図２の各図の原点付近の拡大図である。
【図４】 エッチング量と緩斜面の形状との関係を表すグラフであり、（１）は緩斜面の長さとの関係であり、（２）は緩斜面の高さとの関係である。
【図５】 エッチング量と急斜面の形状との関係を表すグラフであり、（１）は急斜面の長さとの関係であり、（２）は急斜面の高さとの関係である。
【図６】 実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の励振電極形成位置の説明図であり、図１５のＦ−Ｆ線に相当する部分における正面断面図である。
【図７】 逆メサ部を移動させた場合の説明図であり、（１）は最小限移動させた場合であり、（２）は最大限移動させた場合である。
【図８】 逆メサ部を拡大させた場合の説明図であり、（１）は最小限拡大させた場合であり、（２）は最大限拡大させた場合である。
【図９】 実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法の工程説明図であり、逆メサ部形成工程の第１説明図である。
【図１０】 実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法の工程説明図であり、逆メサ部形成工程の第２説明図である。
【図１１】 実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法の工程説明図であり、電極形成工程の第１説明図である。
【図１２】 実施形態に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法の工程説明図であり、電極形成工程の第２説明図である。
【図１３】 圧電振動子の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）はＤ−Ｄ線における側面断面図である。
【図１４】 逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の振動特性図であり、（１）は従来技術に係る圧電振動片であり、（２）は実施形態に係る圧電振動片である。
【図１５】 従来技術に係る逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）はＦ−Ｆ線における正面断面図である。
【図１６】 特開２００１−２０３４４９号公報に記載された発明の説明図である。
【符号の説明】
１………圧電振動子、２………パッケージ、３………キャビティ、４………電極、５………導電性接着剤、８………蓋部材、１０，１０ａ，１０ｂ………逆メサ部、１２，１２ａ，１２ｂ………水平面、１４，１４ａ，１４ｂ………急斜面、１６，１６ａ，１６ｂ………緩斜面、２０………励振電極、２２………接続電極、３０………圧電振動片、６０………圧電基板、６２………Ａｕ／Ｃｒ膜、６４………レジスト、６６………Ａｕ／Ｃｒ膜、６８………レジスト、７０，７０ａ，７０ｂ………フォトマスク、７１ａ，７１ｂ………透光部、７５………フォトマスク、７６………遮光部、１００………圧電振動片、１０２………振動部、１０４………周縁部、１１０………逆メサ部、１１２………水平面、１１４………急斜面、１１５………垂直面、１２０………励振電極、２１０………逆メサ部、２２０………励振電極。

Claims (5)

1. 結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置した、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片であって、
   

   

   を満たすように、＋Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点Ｒａを配置し、
   および／または、
   

   

   を満たすように、−Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点Ｒｂを配置して、
   前記各励振電極を平行に配置可能としたことを特徴とする圧電振動片。
   ただし、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｓａは＋Ｙ′側の前記励振電極における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｓｂは−Ｙ′側の前記励振電極における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置である。
2. 結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置した、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片であって、
   

   

   を満たすＰの範囲に、前記各励振電極を形成することにより、
   前記各励振電極を平行に配置可能としたことを特徴とする圧電振動片。
   ただし、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｒａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｒｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置である。
3. 結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片につき、
   圧電基板の±Ｙ′側にフォトマスクを配置してフォトリソグラフィを行うことにより、前記各逆メサ部を形成する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法であって、
   

   

   を満たす範囲に、＋Ｙ′側フォトマスクの前記逆メサ部相当部分における−Ｚ′側端点Ｊａが位置するように、前記各フォトマスクを配置し、
   および／または、
   

   

   を満たす範囲に、−Ｙ′側フォトマスクの前記逆メサ部相当部分における＋Ｚ′側端点Ｊｂが位置するように、前記各フォトマスクを配置して、
   前記各励振電極を平行に配置可能とすることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
   ただし、Ｃは露光倍率であり、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｓａは＋Ｙ′側の前記励振電極における−Ｚ′側端点の位置であり、Ｓｂは−Ｙ′側の前記励振電極における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部における＋Ｚ′側端点の位置であり、Ｕｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部における−Ｚ′側端点の位置である。
4. 結晶軸（Ｘ，Ｙ′，Ｚ′）を有するＡＴカット圧電振動片の、±Ｙ′側主面にそれぞれエッチングにより形成された急斜面、緩斜面および該急斜面、緩斜面との間に水平面を有する逆メサ部を形成し、前記各逆メサ部にそれぞれ励振電極を配置する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片につき、
   圧電基板の±Ｙ′側にフォトマスクを配置してフォトリソグラフィを行うことにより、前記各励振電極を形成する、逆メサ型ＡＴカット圧電振動片の製造方法であって、
   

   

   を満足するＰの範囲に、前記フォトマスクの前記励振電極相当部分が位置するように、前記各フォトマスクを配置して、
   前記各励振電極を平行に配置可能とすることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
   ただし、Ｃは露光倍率であり、Ｄａは＋Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｄｂは−Ｙ′側の前記逆メサ部の深さであり、Ｒａは＋Ｙ′側逆メサ部の−Ｚ′側端点の位置であり、Ｒｂは−Ｙ′側逆メサ部の＋Ｚ′側端点の位置である。
5. 請求項１または２のいずれかに記載の圧電振動片を使用して製造したことを特徴とする圧電デバイス。

Images