JP4908614B2 - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は水晶ウェハからの外形加工とした水晶振動子（水晶片）の製造方法を技術分野とし、特にＡＴカットとしてエッチングの異方性に基づく影響を排除した水晶振動子の製造方法に関する。

（発明の背景）
水晶振動子の中でも代表的なＡＴカットは周波数帯を約2〜100MHz（基本波）とし、各種の電子機器に周波数源として内蔵される。近年では、フォトリソグラフィック及びエッチング（フォトエッチング）を用いた水晶ウェハからの水晶片の量産加工によって、生産性を高めることが求められている。

（従来技術の一例）
第６図乃至及び第８図は一従来例を説明する図であり、第６図はＡＴカットとした水晶板（ＡＴカット板あるいはＡＴ板）の切断方位図、第７図は一部破断のマスクを設けた水晶ウェハの平面図、第８図は第７図の点線枠で示す枠付き水晶片の拡大図である。

水晶振動子のＡＴカット（ＡＴ板１）は、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に主面が直交したＹカットの水晶板（Ｙカット板あるいはＹ板）２を、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に反時計回りにθ°（＝３５°１５′）回転してなる。ここでは、右水晶とし、＋Ｘ軸を手前として反時計回りに回転する（第６図）。左水晶の場合は−Ｘ軸を手前として同様に回転する。

この場合、通常では、Ｘ軸の回転によって生じた軸をＹ′軸及びＺ′軸と称し、ＡＴカットでの結晶軸（座標軸）は（ＸＹ′Ｚ′）として表記される。要するに、Ｙカットでは主面がＹ軸に直交するのに対し、ＡＴカットでは主面がＹ′軸に直交する。そして、振動周波数を決定する水晶片３の厚みをＹ′軸とし、例えば長さをＸ軸、幅をＺ′軸とする。

ここでは、先ず、ＡＴカットとして人工水晶から切り出された水晶ウェハ４の両主面に、クロム（Ｃｌ）を下地とした金（Ａu）からなるマスク５を蒸着やスパッタによって形成する（第７図）。次に、レジストを塗布して感光し、エッチング（ウェット）によって切除したい領域を露出する。ここでは、矩形状とした水晶片３、この外周を取り囲む枠部６及び両者を連結する支持部７とがマスク５によって覆われ、それ以外が露出する。

支持部７は水晶片３の長さ方向（Ｘ軸）の一端側（一端部）で枠部６と連結し、切断を容易にした括れを有する。この場合、支持部７の形成される水晶片３の長さ方向（Ｘ軸）の一端側（一端部）を＋Ｘ軸として他端側（他端部）を−Ｘ軸とする。なお、水晶のＺ軸（光軸）、Ｙ軸（機械軸）には基本的に極性（±）はなく、電気軸としてのＸ軸のみに極性（±）を有する。

次に、例えばフッ化水素によるエッチングによって、水晶ウェハ４の露出部分を除去して外形加工し、枠部６に連結した多数の水晶片３を得る。次に、例えば両主面のマスク５を除去し、前述同様の蒸着等によって、例えば水晶片３の一端部両側に図示しない引出電極の延出した励振電極を形成する。なお、マスク５のエッチングによって引出電極の延出した励振電極を形成することもできるが、外形加工時のエッチングによるＡu表面等の荒れから、再度の蒸着等によって励振電極を形成する。

最後に、支持部７を枠部６からブレーク冶具等によって機械的に切り取り、長さをＸ軸、幅をＺ′軸、Ｙ′軸を厚みとした個々の水晶片３を得る。そして、例えば図示しない凹状とした容器本体の内底面に引出電極の延出した一端部両側を固着し、開口端面をカバーによって封止し、密閉封入する。容器本体の外底面には実装端子を有する。

特開２００８−１３１４６２号公報「段落００２６〜００２９、本願発明との相違点（段落００３５での折り取り）」

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成（製造方法）による水晶振動子では、第９図に示したように、エッチングの異方性によって、水晶片３の一端部両側のそれぞれ反対面に斜対称となって、頂点を−Ｘ軸側とした三角形状の傾斜面Ｐ1、Ｐ2が形成される。なお、第９図は水晶片３の一端側から見た斜視図（第８図でのＡ−Ａ断面方向の斜視図）である。

すなわち、エッチングの異方性による結晶軸（ＸＹＺ）に対するエッチング速度はＺ≫＋Ｘ＞−Ｘ＞Ｙの順になる。但し、＋Ｘは＋Ｘ軸から−Ｘ軸方向に向かっての、−Ｘは−Ｘ軸から＋Ｘ軸方向に向かってのエッチング速度である。この例では、水晶片３はＡＴカットとするので、主面に対する法線（Ｚ′軸）から３５°１５′傾斜したＺ軸方向（傾斜軸）のエッチング速度が最も速くなる。

したがって、マスク５によって水晶ウェハ４の露出した領域では、先ず、水晶片３の主面に対して傾斜軸となるＺ軸方向に両主面側からエッチングが最も進行し「第１０図（ａ）」、次に−Ｘ軸方向に向かって進行する。これにより、前第８図の実線及び点線で示したように、水晶片３の一端側の両端部を起点とした両主面からの三角形状の傾斜面が中央領域に向かって進行する。

これにより、露出部が貫通したエッチングの終了時「第１０図（ｂ）」には、前述したように、水晶片３の一端部両側のマスク５下面ではそれぞれ反対面に斜対称となる三角形状の傾斜面が形成される「前第９図」。そして、支持部７でも同様に両側面がＺ軸方向に沿ってエッチングされる「第１０図（ｃ）」。なお、第１０図（ａｂ）は第８図のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。

この場合、例えば第１１図の一点鎖線で示す励振電極８が傾斜面Ｐ1、Ｐ2にまたがって形成されると不要振動等を引き起こしたりする。したがって、励振電極８の電極面積を小さくせざるを得ず、特にクリスタルインピーダンス（ＣＩ）が大きくなる問題を引き起こす。これらは、特に、振動周波数の高周波化や小型化に伴う水晶片３の平面外形が小さくなるほど、顕著になる。

そこで、例えば特許文献１に示されるように、水晶片３の一端部両側に枠部６と連結した突出部９（ａｂ）を設ける（本願図面の第１図参照）。これにより、エッチングの異方性による影響を排除し、枠部６から分離後の水晶片３には傾斜面はなく平行平面にすることが提案されている。しかし、この場合には、支持部７を水晶片３の一端部両端の２本としてエッチング後に折り取るとする。このため、枠部６からの機械的な分離時の欠損（チッピング）等の確率も高くなる。そして、これらの欠けは大きくて多いほど、導電性接着剤による保持等へ影響も大きくなって振動特性を悪化させる問題があった。

（発明の目的）
本発明はエッチングの異方性による傾斜面を小さくすると同時に角部での欠損を防止した水晶振動子（水晶片）の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、矩形状とした多数の水晶片及び支持部によって前記水晶片に連結して前記水晶片を取り囲む枠部に相当したマスクをＡＴカットとした水晶ウェハの両主面に形成してエッチングし、多数の水晶片が支持部によって枠部に連結した水晶ウェハを得た後、前記水晶片を枠部から機械的に切り取ってなる水晶振動子の製造方法において、前記マスクは前記水晶片及び支持部を含む枠部とともに前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端側の両端部に＋Ｘ軸方向に延出した突出部を有し、前記エッチングによって多数の水晶片が支持部によって枠部に連結した水晶ウェハを得るとともに、前記マスクに相当した水晶片の突出部は少なくとも前記エッチング後には前記枠部から離間し、一端部両側間で互いに反対面となる各角部の先端側を頂点として三角形状の傾斜面を形成しながらエッチングされた製造方法とする。

このような構成であれば、水晶片の＋Ｘ軸一端部両側には−Ｘ軸方向に延出した突出部に相当するマスクが設けられるので、従来例のように水晶片（矩形状）の一端部両側からのエッチングを防止する。そして、＋Ｘ軸方向に延出した突出部の先端側からエッチングされるので、水晶片のエッチングによる外形加工後（終了時）では、水晶片の両角部でのエッチングの異方性による三角形状の傾斜面を小さくできる。そして、一端部両側の突出部はエッチング後には枠部から離間するので、エッチング後に枠部から機械的に分離する必要はない。したがって、機械的な分離は支持部のみなので、水晶片に生じる欠け等の確率も小さくなる。

（請求項１の引用項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記第１マスクの突出部は前記枠部に連結して前記支持部の幅よりも狭くする。これにより、水晶ウェハのエッチング時には支持部は枠部に連結した状態で、突出部が枠部から分離して各角部の先端側を頂点とした三角形状の傾斜面を形成しながらエッチングされる。したがって、水晶片のエッチング後では、水晶片（矩形状）の一端部両側の傾斜面は小さくなる。

同請求項３では、請求項１において、前記第１マスクの突出部は前記枠部から予め離間する。この場合でも、突出部の設けられた一端部両側の各角部の先端側を頂点とした三角形状の傾斜面を形成しながらエッチングされる。したがって、水晶片のエッチングによる外形加工後は一端部両側の傾斜面が小さくなる。

同請求項４では、請求項１において、前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端部両側には前記突出部がエッチングされて各角部を頂点とした３角形状の傾斜面を有する平面視先細の突起を残存させる。この場合、突出部がエッチングされた突起を残すので、水晶片の矩形状領域内となる両角部の傾斜面をさらに小さくできる。

同請求項５では、請求項１において、前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端部両側の前記突出部はエッチングされて前記各角部を頂点とした３角形状の傾斜面は前記水晶片の矩形状領域内に形成される。この場合でも、傾斜面は突出部の先端側から形成されるので、水晶片のエッチング後では傾斜面は小さくなる。

同請求項６では、請求項１において、前記水晶片は＋Ｘ軸となる一端部の中央部が前記枠部に連結する。これにより、支持部の位置を明確にする。但し、これに限らず、支持部の位置は基本的には水晶片のいずれの外周であってもよい。

本発明の一実施形態を説明するマスクの形成されたエッチング前の水晶ウェハの一部である枠付き水晶片の平面図である。 本発明の一実施形態を説明するエッチング後のマスクを除去した枠付き水晶片の平面図である。 本発明の一実施形態のエッチング状況を示す枠付き水晶片の図で、同図（ａｂ）ともに第１図のＣ−Ｃ裁断図である。 本発明の一実施形態を説明する枠付き水晶片の一部図で、第１図の点線枠で示す領域の拡大平面図である。 本発明の他の例を説明する図で、同図（ａ）はマスクの形成された枠付き水晶片の平面図、同図（ｂ）はマスクを除去した枠付き水晶片の平面図である。 従来例を説明するＡＴカットとした水晶板（ＡＴカット板あるいはＡＴ板）の切断方位図である。 従来例を説明する一部破断のマスクを設けた水晶ウェハの平面図である。 従来例を説明する図で、第７図の点線枠で示すマスクを有するエッチング前の枠付き水晶片の拡大図である。 従来例を説明する図で、第８図のＡ−Ａ方向での水晶片の斜視図である。 従来例を説明する図で、同図（ａｂ）は第８図のＡ−Ａ断面図、同図（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。 従来例を説明する図で、第７図の点線枠で示すエッチング後のマスクを除去した枠付き水晶片の平面図である。

以下、本発明の一実施形態を第１図乃至第４図によって説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

水晶振動子は、前述したように、結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を中心として回転した座標軸（ＸＹ′Ｚ′）のＹ′軸に主面が直交したＡＴカットとする。そして、水晶ウェハ４に対するフォトエッチングによって、引出電極及び励振電極も含めて外形加工された多数の水晶片３を得る（前第６〜８図参照）。外形加工後には図示しない励振電極及び引出電極がフォトエッチングによって形成される。但し、水晶片３の分離後に蒸着やスパッタによって形成することもできる。

この実施形態では、水晶ウェハ４に塗布するマスク５は、前述同様に水晶片３、枠部６及び支持部７を覆う。支持部７は前述通りの＋Ｘ軸となる水晶片３の一端側の中央部に括れを有して形成される。ここでは、水晶片３及び支持部７を含む枠部６とともに、第１及び第２突出部９（ａｂ）に相当してこれらを覆うマスク５とする。第１及び第２突出部は９（ａｂ）は支持部７の形成される水晶片３の＋Ｘ軸となる一端部の両側（一端部両側）から＋Ｘ軸方向に延出する。この例では、第１及び第２突出部９（ａｂ）は枠部６とそれぞれ連結し、いずれの幅も支持部７の幅（Ｚ軸方向）よりも小さくする（第１図）。そして、このようにマスクの形成された水晶ウェハ４を、前述同様にフッ化水素によってエッチングする。

このようなものでは、水晶ウェハ４に対するマスク５の除去を含むエッチングの終了後は、水晶片３は一端側（＋Ｘ軸側）の支持部７によって枠部６と連結する。そして、水晶片３の一端部両側では、第１及び第２突出部９（ａｂ）がエッチングによって枠部６から切り離され、先端側を平面視先細とした突起１０が残る。ここでの突起１０は、両角部を直角としてその対辺である斜辺を内周側とした平面視直角３角形状となる（第２図、及び後述の第４図参照）。

この場合、突起１０の先端側には突出部９（ａｂ）が枠部６から切り離されたエッチングによる加工痕が残る。なお、図中の線α−αは突起１０が平面視直角３角形状であることを示す仮想線である。そして、突起１０は水晶片３の両主面間で斜対称とし、前述したと同様の３角形状の傾斜面が突起１０の先端側から形成される。要するに、水晶片３の、一端部両側間で互いに反対面となる、枠部６から切り離された突出部９（ａｂ）の外側となる先端側（各角部の先端側）を頂点として三角形状の傾斜面を形成しながらエッチングされることに起因する。

すなわち、第３図（第１図のＣ−Ｃ断面図）に示したように、エッチングの初期状態では、支持部７及び第１、第２突出部９（ａｂ）の間となる水晶の露出した領域では、エッチング速度が最も速いＺ軸方向にエッチングが進行する「第３図（ａ）」。そして、マスク５の間となる水晶の露出部は貫通する「第３図（ｂ）」。

この場合、第１及び第２突出部９（ａｂ）は支持部７の幅よりも狭く、Ｚ軸方向及び＋Ｘ軸から−Ｘ軸方向にエッチングされる。したがって、幅の狭い第１及び第２突出部９（ａｂ）は突起１０を残して枠部６から切り離される。但し、幅の広い支持部７は分離することなく前述のように枠部６に連結する。

ここで、第４図（第１図の点線枠で示す部分の拡大図）に示したように、例えば第１突出部９ａを例にすると、マスク５の間となる水晶の露出部では両主面側からＺ軸方向とともに＋Ｘ軸から−Ｘ軸方向に向かってエッチングされる。したがって、第１突出部９ａのＺ′軸方向の両側では枠部６との角部を起点として、両主面側から前述したと同様の３角形状の傾斜面が形成されてエッチングが進行する（実線及び点線）。

そして、第１突出部９ａの外周側（図の左側）では、外周側が直線状なのでエッチングの進行波面（点線）がそのまま進行する（起点からの点線が平行)。これに対し、第１突出部９ａの内周側（図の右側）では起点からのエッチングが進行し、実線の進行波面が水晶片３を覆うマスク５の角部に到達すると、−Ｘ軸方向へのエッチングはマスク５によって阻害される。

したがって、進行波面（実線）は水晶片３を覆うマスク５の角部を起点として回転した波面となる。そして、突起１０の平面視形状は、前述したように仮想線α−αと直交する外周の直角に対する対辺を内周側とした直角３角形状となる。これは、第２突出部９ｂでも同様の挙動によって直角３角形状とした突起１０が形成される。

このようなことから、本実施形態では、＋Ｘ軸となる水晶片３の一端側の両端部に設けた第１及び第２突出部９（ａｂ）によって、エッチングによる水晶片３の外形加工の終了後には、水晶片３の一端側の両端部に突起１０が形成される。そして、従来例で述べるエッチング時における＋Ｘ軸側からの３角形状として斜対称となる両主面の傾斜面は、本実施形態では枠部６に連結した第１及び第２突出部９（ａｂ）の＋軸側から形成される。したがって、突起１０を除く水晶片３の両端部に形成される傾斜面を小さくできる。

これにより、水晶片３の両主面での平坦面を大きくし、ここに形成する励振電極も大きくできる。そして、枠部６と結合する支持部７は中央部での一本とするので、エッチング後の枠部６からの機械的な水晶片３の分離時に生ずる欠け等を防止できる。これらから、ＣＩ等を含めた振動特性を良好に維持する。

（他の事項）
上記実施形態では、枠部６に結合した第１及び第２突出部９（ａｂ）とするマスク５によって水晶片３の一端側の両端部に突起１０を形成したが、例えば第５図（ａ）に示したようにしてもよい。すなわち、第１及び第２突出部１１（ａｂ）は、枠部６とは連結することなく、予め枠部６から離間して単に突出したマスク５としてもよい。この場合でも、エッチング後に実施形態と同様に概ねで平面視３角形状とした突起１０を得る。そして、水晶片３の一端部両側はマスク５の形状によっては平面視３角形状ではなく、単に３角形状の傾斜面を有する突起１０とすることもできる。

また、水晶片３の一端部両側には平面視３角形状とした突起１０を設けるとしたが、例えば第５図（ｂ）に示したように、さらにエッチングを進めて突起１０を排除して、矩形状とした水晶片３の一端部両側の各角部を頂点とした３角形状の傾斜面を矩形状領域内に形成することもできる。この場合でも、傾斜面は枠部６からエッチングによって分離した突出部９（ａｂ）又は予め分離された突出部１１（ａｂ）の先端側となる＋Ｘ軸の外側角部から形成されるので、水晶片３のエッチング後では傾斜面は小さくなる。

１、２ 水晶板、３ 水晶片、４ 水晶ウェハ、５ マスク、６ 枠部、７ 支持部、８ 励振電極、９、１１ 突出部、１０ 突起。

Claims (4)

1. 結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に主面が直交したＹカットの水晶板を、そのＸ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向で＋Ｘ軸を手前として反時計回りにθ（＝３５°１５’）回転した座標軸（ＸＹ’Ｚ’）を有し、厚みをＹ’軸方向、長さを＋Ｘ軸と−Ｘ軸の方向、幅をＺ’軸方向とするＡＴカットの水晶ウェハから切り取り加工する多数の矩形状の水晶片を用いて水晶振動子を製造する水晶振動子の製造方法であって、
   前記水晶板の両主面に、切り取り加工すべき矩形状の水晶片と、該水晶片の外周を取り囲む枠部と、前記水晶片と前記枠部を連結する支持部と、前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端側の両端部に＋Ｘ軸方向に延出した突出部を覆うと共に、前記突出部の幅を前記支持部が前記枠部に連結する部分の幅よりも狭いマスクを形成し、
   前記マスクを介してウエットエッチングを行い、前記突出部を前記枠部から分離させて、前記多数の水晶片を前記支持部で連結させ、
   前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端側の両端部に、互いに反対面となる各角部の先端側を頂点とした３角形状の傾斜面を形成させる工程を含むことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端部両側に形成される前記突出部は、エッチングによって各角部を頂点とした３角形状の傾斜面を有する平面視先細の突起としてを残存させることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
3. 請求項１において、
   前記水晶片の＋Ｘ軸となる一端部両側にエッチングによって形成される前記突出部の前記各角部を頂点とした３角形状の傾斜面を、前記水晶片の矩形状領域内に形成させることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、
   前記水晶片は、＋Ｘ軸となる一端部の中央部で前記枠部に連結させることを特徴とする水晶振動子の製造方法。