JP4525623B2

JP4525623B2 - 圧電振動片の製造方法

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Publication number: JP4525623B2
Application number: JP2006080404A
Authority: JP
Inventors: 秋伯耆原; 佐知石井
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: CN101405937A; CN101405937B; EP2007010A2; US7861387B2; US20070222342A1; KR20090015899A; JP2007259036A; KR101006786B1; EP2007010A4; WO2007122786A1; EP2007010A9

Description

本発明は、圧電振動片の製造方法に関する。

圧電材料である水晶基板を加工して圧電振動片を形成する方法として以下の方法が知ら
れている。
ドライエッチングであるリアクティブイオンエッチングによって、圧電振動片としての
水晶振動子を加工する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ドライエッチン
グでは、水晶基板の異方性の影響を受けにくい加工が可能である。

特開平８−２４２１３４号公報（第３頁、段落番号［００２０］〜［００２２］）

ドライエッチングによる加工では、イオンの衝突による基板表面の温度の上昇、ミキシ
ング等によって表面に変質層が生じる。この変質層は基板と同じ圧電特性をもたないので
、圧電振動片として有効に作動する部分が減少する。また、変質層の圧電特性の予測が困
難であるため、変質層を含めた振動特性を設計することが難しい。
本発明の目的は、表面の変質層が少なく、設計された振動特性との差が少ない振動特性
を備えた圧電振動片の製造方法を提供することにある。

本発明の圧電振動片の製造方法は、圧電材料からなる基板から振動部を備えた圧電振動片を形成する圧電振動片の製造方法であって、前記基板にドライエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスク形成工程後に、ドライエッチングによって、前記基板のエッチング加工部の一部を残してエッチングするドライエッチング工程と、前記ドライエッチング工程の後に、前記ドライエッチングマスクを除去するマスク除去工程と、前記マスク除去工程後に、ウェットエッチングによって、前記エッチング加工部の一部を除去し前記圧電振動片を前記基板から形成するとともに、前記ドライエッチング工程で前記振動部に形成された変質層の少なくとも一部を除去するウェットエッチング工程とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチングマスクを除去した後に、ウェットエッチングを行い圧電振動片を形成するので、ドライエッチングによって生じた変質層が露出し、ウェットエッチングによって変質層が除去またはその大部分が除去される。したがって、表面の変質層が少なく、設計された振動特性との差が少ない振動特性を備えた圧電振動片の製造方法が得られる。

本発明では、前記基板の両面それぞれについて、前記マスク形成工程と、前記ドライエ
ッチング工程と、前記マスク除去工程とを行った後に、前記ウェットエッチング工程を行
うのが好ましい。
この発明では、前述の効果に加え、基板の両面についてドライエッチングによる加工を
行うので、圧電振動片の両面に対して、ドライエッチングによる基板の異方性の影響を受
けにくい加工が可能である。

本発明では、前記ウェットエッチング工程は、前記ドライエッチングマスクが形成され
た基板の表面をウェットエッチングするのが好ましい。
この発明では、ウェットエッチングによって、マスクが形成された基板の表面に形成さ
れた変質層が除去される。

本発明では、前記圧電振動片は、音叉型圧電振動片であり、前記振動部は、前記音叉型圧電振動片の振動腕であるのが好ましい。
また本発明では、前記基板は水晶からなるのが好ましい。
この発明では、音叉型水晶振動片の振動腕は振動幅が大きく、変質層の影響を受けやすいため、より前述の効果の大きい圧電振動片の製造方法が得られる。

以下、本発明にかかる実施形態について図面に基づいて説明する。各実施形態において
、同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
図１〜図３には第１実施形態が示され、図４および図５には第２実施形態が示されてい
る。

（第１実施形態）
図１には、圧電振動片としての音叉型水晶振動片１０が連結された、本実施形態におけ
る水晶振動片連結体１００が示されている。図２には、音叉型水晶振動片１０の製造方法
を表すフロー図が示されている。図３には、音叉型水晶振動片１０の製造方法を表す概略
部分断面図が示されている。

図１（ａ）には、水晶振動片連結体１００の平面図、同図（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ断面図が示されている。
音叉型水晶振動片１０は、水晶振動片連結体１００の支持部１によって連結され、並ん
で配置されている。図１では、３個の音叉型水晶振動片１０が連結されているが、実際に
は図示しないそれ以上の音叉型水晶振動片１０が連結されている。
音叉型水晶振動片１０は、基部２に２本の振動腕３を備えている。振動腕３は断面が略
Ｈ型形状で、基部２から同じ方向に向けて形成されている。そして、基部２が支持部１と
連結している。
２本の振動腕３の主面および他方の主面の４ヵ所には、溝４が形成されている。溝４の
形状は４ヵ所とも略同形状で、その断面形状は略コの字型である。正確には、溝４の底面
４１の形状は平面とはなっていない。

以下に、音叉型水晶振動片１０の製造方法を図に基づいて説明する。
図２において、音叉型水晶振動片１０の製造方法は、マスク形成工程であるメタルマス
ク形成工程としてのステップ１（Ｓ１）およびステップ４（Ｓ４）と、ドライエッチング
工程としてのステップ２（Ｓ２）およびステップ５（Ｓ５）と、マスク除去工程であるメ
タルマスク除去工程としてのステップ３（Ｓ３）およびステップ６（Ｓ６）と、ウェット
エッチング工程としてのステップ７（Ｓ７）とを含む。ここで、ドライエッチングマスク
としてメタルマスクを使用している。
本実施形態では、メタルマスク形成工程と、ドライエッチング工程と、メタルマスク除
去工程とを２回行った後にウェットエッチング工程を行う。

図３において、（ａ）はＳ１、（ｂ）はＳ２、（ｃ）はＳ３、（ｄ）はＳ４、（ｅ）は
Ｓ５、（ｆ）はＳ６、（ｇ）はＳ７のそれぞれの工程を示した概略部分断面図である。
図３（ａ）において、圧電材料からなる基板としての水晶基板２０の主面２６にメタル
マスク３０を形成する。水晶基板２０は、表裏両面を均一になるように研磨しておく。メ
タルマスク３０は、図１（ａ）に示した水晶振動片連結体１００の主面から見た形状と略
同じ外形状に形成する。そして、溝４の部分には、開口部３１を形成する。
メタルマスク３０は、よく知られたフォトレジスト法とスパッタ法とによって選択的に
形成できる。また、メタルマスク３０の材料は、ニッケル等を用いることができる。メタ
ルマスク３０の形成されていない水晶基板２０の厚み方向の領域が、エッチング加工部２
５となる。

図３（ｂ）において、ドライエッチングを行う。エッチングにより、エッチング加工部
２５と、メタルマスク３０の開口部３１とに相当する水晶基板２０がエッチングされてい
る。振動腕３には、溝４が穿設される。ドライエッチングは、エッチング加工部２５の一
部を残すように行う。
ドライエッチングは、一般に採用されている酸化膜ドライエッチャーであるＲＩＥ（リ
アクティブイオンエッチング）装置にて、反応ガス、例えばＣＨＦ₃を用いて行う。ここ
で、水晶基板２０の温度上昇を防ぐためにエッチングされる主面２６の他方の主面２７は
冷却シート等と接触させておく。

ドライエッチングの際、イオンの衝突により水晶基板２０の表面温度が上昇し、変質層
２３が形成される。図３では、変質層２３はメタルマスク３０の部分しか図示されていな
いが、表面温度が上昇した表面には、変質層２３が形成されている。変質層２３は、イオ
ンのさらされる表面の場所等によりその厚さ、質が異なる。
メタルマスク３０が形成された水晶基板２０の表面であっても、メタルマスク３０の温
度上昇によって変質層２３が形成されている。

この際、狭い溝４におけるドライエッチングレートとその他の広い領域のドライエッチ
ングレートとは、ドライエッチングの特性であるマイクロローディング効果によって異な
る。したがって、同じエッチング条件であっても、溝４はその他の部分より浅くエッチン
グされている。
また、溝４および音叉型水晶振動片１０の側面に該当する部分は、ドライエッチングで
形成されるため、水晶の結晶の異方性から生ずるエッチング異方性がなく、水晶基板２０
の表面に対して略垂直に形成されている。
Ｓ２の工程で、水晶基板２０の主面２６がドライエッチングされた水晶基板２１が得ら
れる。

図３（ｃ）において、メタルマスク３０を除去する。メタルマスク３０の除去は、塩酸
等の酸の水溶液等に浸漬することで行う。

図３（ｄ）において、水晶基板２１の他方の主面２７にＳ１と同様にメタルマスク３０
を形成する。

図３（ｅ）において、Ｓ２と同様にドライエッチングを行う。このドライエッチングも
、エッチング加工部２５の一部が残るように行う。したがって、このＳ５の工程で、主面
２６と他の主面２７側からエッチングされた水晶基板２２が得られる。

図３（ｆ）において、Ｓ３と同様にメタルマスク３０を除去する。

図３（ｇ）において、ウェットエッチングを行う。ウェットエッチングを行うことによ
り変質層２３を除去するとともに、エッチング加工部２５の一部を除去する。つまり、ウ
ェットエッチングによって、メタルマスク３０が形成された水晶基板２０の表面をウェッ
トエッチングすることになる。したがって、メタルマスク３０が形成された水晶基板２０
の表面に形成された変質層２３を除去することができる。また、水晶の結晶の異方性から
溝４の底面４１は平面にエッチングされていない。ウェットエッチングは、フッ化水素酸
等を用いて行う。
ここで、音叉型水晶振動片１０は、水晶振動片連結体１００とともに水晶基板２０から
分離形成される。

最後に、水晶振動片連結体１００から音叉型水晶振動片１０を個々に切り離すことによ
って、音叉型水晶振動片１０が得られる。
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。

（１）メタルマスク３０を除去した後に、ウェットエッチングを行い音叉型水晶振動片
１０を分離形成するので、ドライエッチングによって生じた変質層２３を露出でき、ウェ
ットエッチングによって変質層２３を除去できる。つまり、ウェットエッチングによって
、メタルマスク３０が形成された水晶基板２０の表面に形成された変質層２３を除去でき
る。したがって、設計された振動特性との差が少ない振動特性を備えた音叉型水晶振動片
１０の製造方法を得ることができる。

（２）前述の効果に加え、水晶基板２０の両面についてドライエッチングによる加工を
行うので、音叉型水晶振動片１０の両面の溝４の加工に対して、ドライエッチングによる
水晶基板２０の異方性の影響を受けにくい加工ができる。

（第２実施形態）
図４には、圧電振動片としての音叉型水晶振動片５０が連結された、本実施形態におけ
る水晶振動片連結体２００が示されている。また、図５には、音叉型水晶振動片５０の製
造方法を表す概略部分断面図が示されている。

図４（ａ）には、水晶振動片連結体２００の平面図、同図（ｂ）は（ａ）におけるＢ−
Ｂ断面図が示されている。
音叉型水晶振動片５０には、第１実施形態における溝４が形成されていない点以外は、
第１実施形態と同様の構成となっている。

以下に、音叉型水晶振動片５０の製造方法を図に基づいて説明する。
本実施形態においても、図２に示した工程およびステップを含む。
図５において、（ａ）はＳ１、（ｂ）はＳ２、（ｃ）はＳ３、（ｄ）はＳ４、（ｅ）は
Ｓ５、（ｆ）はＳ６、（ｇ）はＳ７のそれぞれの工程を示した概略部分断面図である。
図５（ａ）および（ｄ）はメタルマスク形成工程であるＳ１およびＳ４を示しているが
、第１実施形態とは開口部３１が設けられていない点が異なる。その他は第１実施形態と
同様である。

第１実施形態と同様に、Ｓ１〜Ｓ７の工程を行なった後、水晶振動片連結体２００から
音叉型水晶振動片５０を個々に切り離すことによって、音叉型水晶振動片５０が得られる
。
このような本実施形態によれば、溝４のない音叉型水晶振動片５０においても第１実施
形態と同様の効果がある。

（第３実施形態）
図６には、本発明の第３実施形態にかかる音叉型水晶振動片１０の製造方法を表す概略
部分断面図が示されている。水晶振動片連結体１００は第１実施形態を表した図１に示し
たものと同様である。

図６において、（ａ）はＳ１、（ｂ）はＳ２、（ｃ）はＳ３、（ｄ）はＳ４、（ｅ）は
Ｓ５、（ｆ）はＳ６、（ｇ）はＳ７のそれぞれの工程を示した概略部分断面図である。
図６（ａ）において、水晶基板２０の主面２７にメタルマスク３０を形成する。メタル
マスク３０は、溝４の部分にのみ開口部３１を設けて全面に形成されている。
図６（ｂ）においてドライエッチングを行う。メタルマスク３０の開口部３１に相当す
る水晶基板２０がドライエッチングされ、主面２７に溝４のみが形成される。ドライエッ
チングを行っている間、他方の主面２６を冷却シート等によって冷却し、水晶基板２０の
温度上昇を防ぐ。

図６（ｃ）において、メタルマスク３０を除去する。メタルマスク３０の除去は、第１
実施形態と同様に行う。
図６（ｄ）において、水晶基板２１の他方の主面２６に、第１実施形態のＳ１で用いた
ものと同様のメタルマスク３０を形成する。

図６（ｅ）において、ドライエッチングを行う。このエッチングは、主面２７付近まで
エッチングを行う。このとき、主面２７には、冷却シート等を接触させ水晶基板２１の温
度上昇を防ぐ。また、エッチング加工部２５の一部が残るように行う。
このＳ５の工程で、主面２６と他方の主面２７側からエッチングされた水晶基板２２が
得られる。

図６（ｆ）において、メタルマスク３０を除去する。

図６（ｇ）において、ウェットエッチングを行い水晶基板２２のエッチング加工部２５
の一部を除去する。
このような実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え以下の効果がある。

（３）水晶基板２１を主面２６からドライエッチングするときに、主面２７には溝４の
みが形成されているだけなので、接触させる冷却シートの接触面積を十分にとることがで
き、温度上昇による水晶基板２１の歪みを押さえることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる
範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、ＡＴカット振動子、ジャイロ素子にも応用が可能である。
音叉型水晶振動片１０は、振動腕３の表裏両面（側面も含む）および溝４の内部に励振
電極や検出電極がそれぞれ基部２にまで延在されて形成され、パッケージ内に実装されて
水晶振動子を構成し、外部回路に接続されて使用される。

（ａ）は、本発明にかかる第１実施形態の水晶振動片連結体の平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。音叉型水晶振動片の製造方法を表すフロー図。音叉型水晶振動片の製造方法を表す概略部分断面図。（ａ）は、本発明にかかる第２実施形態の水晶振動片連結体の平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。音叉型水晶振動片の製造方法を表す概略部分断面図。本発明の第３実施形態にかかる音叉型水晶振動片の製造方法を表す概略部分断面図。

符号の説明

１０…圧電振動片としての水晶振動片、２０…圧電材料からなる基板としての水晶基板
、２５…エッチング加工部、３０…ドライエッチングマスクとしてのメタルマスク。

Claims

圧電材料からなる基板から振動部を備えた圧電振動片を形成する圧電振動片の製造方法であって、
前記基板にドライエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスク形成工程後に、ドライエッチングによって、前記基板のエッチング加工部の一部を残してエッチングするドライエッチング工程と、
前記ドライエッチング工程の後に、前記ドライエッチングマスクを除去するマスク除去工程と、
前記マスク除去工程後に、ウェットエッチングによって、前記エッチング加工部の一部を除去し前記圧電振動片を前記基板から形成するとともに、前記ドライエッチング工程で前記振動部に形成された変質層の少なくとも一部を除去するウェットエッチング工程とを含む
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
請求項１に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記基板の両面それぞれについて、
前記マスク形成工程と、
前記ドライエッチング工程と、
前記マスク除去工程とを行った後に、
前記ウェットエッチング工程を行う
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
請求項１または請求項２に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記ウェットエッチング工程は、前記ドライエッチングマスクが形成された基板の表面をウェットエッチングする
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記圧電振動片は、音叉型圧電振動片であり、
前記振動部は、前記音叉型圧電振動片の振動腕である
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記基板は水晶からなる
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。