JP4599231B2 - 水晶振動子の製造方法、及びその水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は水晶デバイスに属し、主として通信分野の伝送系装置に使用される水晶発振器に用いられる厚み滑り振動をする水晶振動子の製造方法、及びその水晶振動子に関する。

昨今の移動体や情報通信機器などに用いられる水晶振動子やフィルタなどの圧電デバイスは機器の小型化、及びデジタル化への展開と相まって、超高周波化・高帯域化といったように基本仕様が高機能化する傾向にある。また先述の機器などの著しい小型化に伴い、これらの機器に用いられる水晶振動子などの搭載される電子部品についても更なる小型化が急速に求められているのが現状である。

高周波を発振させる為の、従来の技術の一例としては、水晶振動子容器のなかに搭載される水晶素板の主面の一部に、フォトリソグラフィとエッチングにより矩形状で凹状の窪みが形成され、この凹状部分の厚みは所望する周波数の振動が得られる厚さとなるようエッチングされ、厚み滑り振動モードの振動領域部とされている。この振動領域部の周囲には、この振動領域部を支持し補強するより厚みのある補強部が先述の凹状部分と一体となって形成されている。

ＡＴカット水晶振動子の振動モードは厚み滑り振動であり、その周波数は先述の振動領域部の厚みに反比例するために、高周波化を図るためには振動領域部の厚さを薄くする必要がある。この振動領域部厚みよりも厚い先述の補強部とが一体で形成された図５に示されるような水晶振動子の場合は凹状部分の圧電振動領域部の厚みは約２μｍ、基本波の厚み滑り振動周波数が約８００ＭＨｚの水晶振動子が作られている。

特開２０００−０３１７６９号公報 特開２００１−１６８６７４号公報 特開２００４−０４０１９８号公報 特開２００３−３０９４４５号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、先述の水晶振動子の振動部の厚みは、補強部の厚みの１／１０以下といったように非常に薄いもので、その為に水晶振動子の振動部と一体と成っている周囲部分の僅かな機械的な歪みの影響も受けやすい構造と成っており、先の機械的な歪みは振動部の薄板の厚みを変化させて、その結果、主振動以外の多数の不要なスプリアス振動の発生を招くおそれがあった。

以上を鑑みて、この様な一体形状をした水晶振動子の振動部は厚い補強部の厚みから、所望の周波数が得られる振動部の厚みとなるまでエッチング加工により形成され、上述したように水晶素板薄板の振動部とその周囲を囲う水晶素板厚板の補強部とから成る形状をした水晶振動子が、多数個一枚のウェハー上にパターンニングされているのが一般的である。

しかしながら、振動部の厚みが数μｍ以下（例えば３μｍ程度）になるとエッチングむらにより凹状の振動部内での厚みのばらつきが発生し、周波数の振動部内分布が悪くなり安定した周波数を得ることが出来ないおそれがあるといった問題があった。

一枚のウェハー上に多数個の水晶振動子が形成される場合、その各々の水晶振動子の振動特性にばらつきが生じて安定した品質が得られず、その結果、生産の歩留まりが悪化するおそれがあるといった問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとで成されたものであり、従がってその目的は、薄片振動素板の振動部とその周囲を囲う補強部から成る水晶振動子の製造方法、及びその水晶振動子を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の水晶振動子の製造方法は、一枚のウェハー上に多数個の水晶振動子が形成された、水晶薄片素板の振動部と該振動部の周囲を囲う補強部が一体と成った厚み滑り振動をする水晶振動子の製造方法において、
水晶薄片素板の振動領域とする部分に電極を形成する工程（Ｓ１０１）と、該水晶薄片素板の電極を含む振動部分にマスキングを施す工程（Ｓ１０２）と、該水晶薄片素板のマスキングされた部分の周辺に所望の厚さの、該振動部の周囲を囲う補強部を形成する酸化シリコンを蒸着する工程（Ｓ１０３）と、該マスキングを該水晶薄片素板から剥離する工程（Ｓ１０４）を有することを特徴とする。

また、フォトリソグラフィを用いて水晶薄片素板の振動領域とする部分にマスキングを施すことを特徴とする。

また、電極が形成され振動部となる部分を有する水晶薄片素板上に、振動部の周囲を囲むように酸化シリコンの蒸着層が堆積して形成されたことを特徴とする。

本発明の水晶振動子の製造方法によれば、厚みばらつきが非常に小さな水晶薄片素板を用いる為に、周波数の振動部内分布が著しく良い安定した品質の水晶振動子を得ることが出来る。

また、水晶振動子の振動面の形成をエッチングによらないために生産歩留まりを高めることが出来る。

また、エッチングによらず、蒸着により振動部の周囲を囲う酸化シリコンの補強部が形成されるために、水晶薄片素板の厚みを始めから目的の周波数が得られる厚みとすることが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の水晶振動子２の製造方法の工程図である。即ち、一枚のウェハー１上に多数個の水晶振動子２が形成された、水晶薄片素板３の振動部４と振動部の周囲を囲う酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の蒸着層５が一体と成った厚み滑り振動をする水晶振動子２の製造方法であり、最初に水晶薄片素板３の振動領域とする部分に電極７を形成し（Ｓ１０１）、次に水晶薄片素板３の電極７の振動部分にマスキングを施し（Ｓ１０２）、それから先述の水晶薄片素板３のマスキングされた部分の周辺に所望の厚さ８の、該振動部の周囲を囲う補強部を形成する酸化シリコンを蒸着し（Ｓ１０３）、最後にマスキングされた部分を水晶薄片素板３から剥離する工程（Ｓ１０４）を有するものである。本発明の水晶振動子２の製造方法によれば、厚みばらつきが非常に小さな、始めから、所望の周波数を得ることが出来る厚みの水晶薄片素板３を用いる為に、周波数の振動部内分布が著しく良い安定した品質の水晶振動子２を得ることが出来る。なお、水晶薄片素板の振動領域とする部分に電極部を形成する工程（Ｓ１０１）は、必ずしも水晶薄片素板の電極を含む振動部分にマスキングを施す工程（Ｓ１０２）の前に実施されなくとも構わず、マスキングされた部分を水晶薄片素板から剥離する工程（Ｓ１０４）の後に行っても全く構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。なお、マスキングされた部分を水晶薄片素板から剥離するには、液剤を用いた化学的な方法が繊細な構造をもつ振動領域に損傷を与えるおそれ無く用いることが出来る。

図２は本発明の水晶振動子２を側面方向からみた概略の側面模式図である。図２は概略の側面図であり示されてはいないが、次の図３にあるように、水晶振動子２の中央部は凹んだ凹形状をしている。本発明の水晶振動子２の製造方法によれば、この凹形状の形成にはエッチングによらず、蒸着により振動部４の周囲を囲う酸化シリコンの補強部が形成されるために、水晶薄片素板３の厚みを始めから目的の周波数が得られる厚みとすることが出来、生産効率を著しく高めることが出来る。

図３は本発明の水晶振動子２を斜め上面方向からみた概略の上面斜視図である。なお、水晶薄片素板３は従来の研削加工によって形成されたものや、ＣＶＤなどの成膜方法によって形成されたものを使用することが出来る。また、補強部を形成する物質は、補強の効果を持ち、厚みのある層を成して、かつ振動部４の振動特性を抑制するものでなければ酸化シリコン（ＳｉＯ_２）に限られるものでは無く、その形成方法も蒸着法に限らず、ＥＢ（電子ビーム）、スパッタリング、ＣＶＤといった方法でも全く構わず、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

図４は本発明の水晶振動子２が多数個一枚のウェハー１上に形成された様子を示す、ウェハー１の上面方向からみた概略の上面模式図である。この様に本発明の水晶振動子２では一枚のウェハー１上に多数の水晶振動子２を形成することにより、一括的に各々の水晶振動子２の製造工程を行うことが出来るために、著しく生産効率良く水晶振動子２を製造することが出来るといった効果を奏する。

図５は従来の水晶振動子２を斜め上面からみた概略の上面斜視図である。従来の水晶振動子２では、エッチングの工程を必要とするために薄い振動部４の厚みが数μｍ以下になるとエッチングむらにより凹状の振動部４内での厚みのばらつきが発生し、周波数の振動部内分布が悪くなり安定した周波数を得ることが出来ないおそれがあるといった問題があった。

本発明の水晶振動子の製造方法の工程図である。 本発明の水晶振動子を側面方向からみた概略の側面模式図である。 本発明の水晶振動子を斜め上面方向からみた概略の上面斜視図である。 本発明の水晶振動子が、多数個一枚のウェハー上に形成された様子を示す、ウェハーの上面方向からみた概略の上面模式図である。 従来の水晶振動子を斜め上面からみた概略の上面斜視図である。

符号の説明

１ ウェハー
２ 水晶振動子
３ 水晶薄片素板
４ 振動部
５ 酸化シリコンの蒸着層
６ 振動領域とする部分
７ 電極部
８ （酸化シリコン）厚さ

Claims (3)

1. 一枚のウェハー上に多数個の水晶振動子が形成された、水晶薄片素板の振動部と該振動部の周囲を囲う補強部が一体と成った厚み滑り振動をする水晶振動子の製造方法において、
   水晶薄片素板の振動領域とする部分に電極を形成する工程と、
   該水晶薄片素板の電極を含む振動部分にマスキングを施す工程と、
   該水晶薄片素板のマスキングされた部分の周辺に所望の厚さの、該振動部の周囲を囲う補強部を形成する酸化シリコンを蒸着する工程と、
   該マスキングを該水晶薄片素板から剥離する工程と、
   を有する水晶振動子の製造方法。
2. フォトリソグラフィを用いて該水晶薄片素板の振動領域とする部分にマスキングを施す請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
3. 電極が形成され振動部となる部分を有する水晶薄片素板上に、該振動部の周囲を囲むように酸化シリコンの蒸着層が堆積して形成されたことを特徴とする厚み滑り振動をする水晶振動子。

Images