JP5042597B2 - 圧電振動片の製造方法、圧電振動片および圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片の形状の製造方法に関し、詳細にはウェットエッチングされた圧電振動片をレーザー加工することによりきれいな断面形状の圧電振動片を製造する製造方法、この製造方法によって製造された圧電振動片および圧電デバイスに関する。

従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶・航空機・自動車等の姿勢制御や航行制御、ビデオカメラ等の手振れ防止・検出等における回転角速度センサとして、圧電振動ジャイロが広く利用され、３次元立体マウス等の回転方向センサにも応用されている。

特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。ＣＩ値を低く保持するために、たとえば振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発されている。このような音叉型圧電振動片は、たとえば特許文献１に記載されたものが知られている。

この音叉型圧電振動片は、たとえば水晶のような圧電単結晶材料からなるウエハを、フォトリソグラフィ技術によって露光した後、水晶用エッチング液に浸す。このウェットエッチングすることにより、音叉型の圧電振動片の外形を加工している。具体的には、水晶ウエハの両面に耐蝕膜を形成しかつその上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜上に音叉型の圧電振動片の外形に対応する同一の形状パターンを有するフォトマスクを配置し、露光・現像して耐蝕膜表面を露出させる。そして、耐蝕膜表面をエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させる。

次に、水晶ウエハの露出表面を水晶用エッチング液でエッチングし、振動腕を含む振動片の外形形状を加工する。水晶ウエハは、たとえば水晶をそのＸ軸周りにＺ軸から所定の角度θのカットアングルで切り出したものを使用する。音叉型の圧電振動片は、振動腕の長手方向、幅方向および厚み方向を水晶の結晶構造の機械軸と呼ばれるＹ軸、電気軸と呼ばれるＸ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸にそれぞれ対応させて配向される。したがって、振動腕の幅方向はＸ軸方向に一致する。
特開２００３−２５８３３１号公報

しかし、圧電振動片はエッチング異方性を有する水晶等の圧電単結晶材料で形成されるため、ウェットエッチングした振動腕がその結晶配向によって中心線に関して非対称になる。特に水晶はそのエッチング速度が結晶軸依存性を有し、振動腕の幅方向（＋Ｘ方向）にエッチングされ易いため、振動腕の断面は理想的な矩形ではなく、非対称な断面形状になる。

このため、励振時に振動腕がＸ方向に振動するだけでなくＺ方向にも振動して、ねじりモーメントが発生して歪みエネルギの損失を生じる。そして、この圧電振動片の歪みエネルギの損失が大きくなると、その固有振動数即ち発振周波数が低下し、かつ固有振動数のばらつきが大きくなるという問題がある。また、上述した圧電振動片の外形加工において、振動腕の側面部に電極を形成することが困難となる問題も生じる。

本発明の目的は、圧電振動片の側面部の断面がきれいな矩形形状にする圧電振動片の製造方法を提供することである。そして、その圧電振動片の製造方法は、圧電振動片の生産性を高めることである。

本発明の第１の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、上記目的を達成するために、エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、この記圧電材料に圧電振動片を形成するため、圧電材料をウェットエッチングする工程と、このウェットエッチングされた圧電振動片の側面部にレーザー光を照射して、側面部の一部を除去するレーザー加工の工程と、を有する。
この構成によれば、エッチング異方性を有する圧電材料から圧電振動片の外形をウェットエッチングで加工すると、圧電振動片の断面形状は非対称となり側面部の一部が突き出た形状となる。しかし、側面部の一部をレーザー光で除去することによって、かかる断面形状の非対称を解消または改善することができる。したがって、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能になる。また、ウェットエッチングを行わず直接レーザー光で圧電振動片の外形を加工することも考えられるが、その方法だと、非常に時間がかかることになる。一方、第１の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、断面が非対称の側面部のみをレーザー光で加工するため生産性が高い。

本発明の第２の観点によれば、圧電振動片は、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片であり、レーザー加工の工程は、二本の振動腕の側面部に対してレーザー加工を行う。
このような構成によると、圧電振動片は二本の振動腕を有した音叉型の圧電振動片である。音叉型の圧電振動片は、励振時に振動腕のみ振動し基部は振動しない。このため、振動腕の側面部のみをレーザー光で加工することで、励振時に振動腕の幅方向にのみ振動し他の方向には振動しない振動腕にすることができる。振動腕は、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止し、安定して屈曲振動を繰り返すことが可能になる。また、振動腕の側面部に対してのみレーザー光による加工を行えばよいので生産性を上げることができる。

また、本発明の第３の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、圧電材料に対して耐蝕膜を成膜する工程と、耐蝕膜にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に圧電振動片の形状を露光する工程と、を有し、この露光の工程後、ウェットエッチングの工程を行う。
このような構成によると、耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の少なくとも一面に形成されている。この状態の圧電材料に対してレーザー光が照射されることになる。圧電材料の側面部の一部を除去する際に、誤って圧電材料の一面にレーザー光が照射されても、耐蝕膜およびレジスト膜が存在するために、直ちに圧電材料までレーザー光が到達しない。このため、その圧電振動片が不良品になるおそれが少なくなる。

本発明の第４の観点によれば、レーザー加工の工程は、圧電振動片に保護マスクを配置してからレーザー光を照射する。
耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面から除去された状態で、誤って圧電材料の表面にレーザー光が照射されると、圧電振動片は不良品となってしまう。これを防ぐために、この構成によれば、圧電振動片に保護マスクを配置することで直ちに不良品となることはない。また、耐蝕膜およびレジスト膜が圧電材料の表面に存在している場合であっても、保護マスクを配置すれば、誤ってレーザー光が照射された場合に確実に圧電振動片を保護できる。

本発明の第５の観点によれば、レーザー加工の工程は、所定の範囲内ではレーザー光を走査し、所定の範囲外では圧電材料を載置するステージを移動させて、圧電振動片の側面部にレーザー光を照射する。
この構成により、所定の範囲内ではレーザー光を走査するので、圧電振動片の側面部に高速にかつ正確にレーザー光を照射することができる。一方、所定の範囲外では、ステージを移動させることでレーザー光が照射できる領域に圧電振動片を移動させることができる。

本発明の第６の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、レーザー光は、フェムト秒レーザーである。
フェムト秒レーザーは、多光子吸収プロセスにより、熱を介在せずに精密な加工を実現することができるため、数ミリメートル以下の大きさである圧電振動片の加工には最適である。

本発明の第７の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、圧電材料が水晶基板を含む。
圧電材料が水晶で圧電振動片が音叉型である場合、振動腕の長手方向、幅方向および厚み方向をそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対応させて配向する。そして、水晶は＋Ｘ方向のエッチングレートが高いので、振動腕の断面形状が非対称になる。このため、レーザー光を側面部に照射して側面部の一部を除去すれば、その振動腕におけるバランスを良好に確保することができる。

本発明の第８の観点の圧電振動片を製造する製造方法は、第７の観点において、水晶基板がエッチング異方性を逆方向にした二枚の水晶基板をシロキサン結合させた基板を含む。
ジャイロ用の圧電振動片は、二枚の水晶基板を結合させた圧電材料から製造されることがある。このような結合水晶基板をウェットエッチングするとエッチング異方性の影響を大きく受ける。このような結合水晶基板に対しては、振動片の幅方向の断面の非対称をレーザー光による加工で、きれいな矩形形状の断面にすることで、安定した振動特性を発揮する圧電振動片を製造することができる。

本発明のその他の観点によれば、上述した観点の製造方法により製造された圧電振動片またはさらにパッケージングした圧電デバイスは、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して安定した屈曲運動を繰り返す圧電振動片または圧電デバイスとして、高品質なものとなる。

本発明によれば、断面形状がきれいな矩形形状にする工程を、ウェットエッチング後にレーザー光によって行う。ウェットエッチングを行わないでレーザー加工するよりも、生産性が高く、歩留まり良く、低コストで製造することができる。
また、圧電振動片のエッチング異方性による断面の非対称性の原因となる側面部の一部を除去して、きれいな矩形形状の断面とすることができる。このため、励振時における厚み方向の変位を解消または抑制できるため、振動の漏れによる歪みエネルギの損失が防止され、安定した屈曲振動を確保できる。したがって、圧電振動片はＣＩ値の抑制による高性能化に加えて、非常に安定した振動特性を実現することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜圧電振動デバイスの構成＞
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス５０の図である。図１（ａ）は圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。図１において、圧電振動デバイス５０は、音叉形状の圧電振動片２０を構成した例を示しており、圧電振動デバイス５０は、パッケージ５１内に圧電振動片２０を収容している。パッケージ５１は、たとえば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数のシートを積層し、焼結して形成されている。

この実施形態では、パッケージ５１は、図１（ｂ）に示すように、ベース基板５１ａ、壁基板５１ｂおよび床基板５１ｃで構成されている。パッケージ５１は、壁基板５１ｂで覆うことで内部空間を形成し、この内部空間に圧電振動片２０を収容している。そして、圧電振動片２０を所定の高さで支えるように、床基板５１ｃがベース基板５１ａ上に配置されている。床基板５１ｃには、たとえば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキで形成した電極部５２が設けられている。

この電極部５２は、ベース基板５１ａ下に形成された実装端子５５と接続されている。これにより、外部から印加される駆動電圧を、実装端子５５を介して電極部５２に伝え、最終的に圧電振動片２０に供給する。具体的には、図１（ｂ）に示すように、この実装端子５５と電極部５２は、パッケージ５１外部をメタライズにより引き回したり、もしくは、ベース基板５１ａの焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール（不図示）で接続したりすることで形成できる。ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ５１を形成して、圧電振動片２０を収容するようにしているが、たとえば、金属製の筒状のケース内に圧電振動片を収容し、圧電振動片と接続されたリードを外部に導出するプラグで気密に封止するようにしてもよい。

電極部５２の上には、導電性接着剤５７が塗布されて、圧電振動片２０の基部２９が接合されている。この導電性接着剤５７としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー（銀製の細粒等の導電粒子を含む）および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。

壁基板５１ｂの開放された上端には、蓋体５９が封止材５８で接合されることにより、封止されている。蓋体５９は、好ましくは、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックで形成されている。コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体５９はシーム溶接等の手法により、壁基板５１ｂに対して固定される。

圧電振動片２０は、たとえば材料は水晶で形成されており、小型で必要な性能を得るために、図２に示す形状になっている。すなわち、圧電振動片２０は、導電性接着剤５７と接着する基部２９と、この基部２９を基端として、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕を備えている。つまり、圧電振動片２０は、全体が音叉のような形状とされた、いわゆる音叉型圧電振動片である。なお、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた圧電振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた圧電振動片２０であってもよい。

図２（ａ）は、圧電振動片２０の拡大斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。圧電振動片２０は、導電性接着剤５７と接着する基部２９には、下地のクロム（Ｃｒ）層に金（Ａｕ）層が覆いかぶさった引出電極２２が設けられ、導電性接着剤５７と電気的に接続されている。また、圧電振動片２０は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとからなり、水晶の電気軸２７が互いにＸ軸方向に逆になるように結合されている。

基部２９から延びた一対の振動腕２１の表面には、引出電極２２と電気的に接続される、ドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５が形成されている。図２（ｂ）において、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”−”（マイナス）と示したものは負極を示し、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”＋”（プラス）と示したものは正極を示している。圧電振動片２０は不図示のドライバ回路で駆動されて振動を開始するとともに、モニター電極２４から振動の大きさに比例したモニター信号を発生し、それは不図示のモニター回路などを介してドライバ回路にフィードバックされる。このように圧電振動片２０は閉ループを構成する不図示の駆動手段によって安定に駆動される。

＜接合水晶ウエハの構成＞
図３は、ウェットエッチングが終わった状態の接合水晶ウエハを示している。
図３（ａ）は、本実施形態に用いる円形の接合水晶ウエハ１０の構成を示す斜視図である。この円形の接合水晶ウエハ１０は、たとえば厚さ０．８mmの人工水晶からなり、円形の接合水晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。円形の接合水晶ウエハ１０は、厚さ０．４mmの第一水晶ウエハ１０ａと厚さ０．４mmの第二水晶ウエハ１０ｂとからなり、両者ともＺ軸方向に切断されたＺカットウエハが用いられている。第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとは直接接合、具体的には耐熱性が優れたシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。このシロキサン結合は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの両方の接合面を清浄な状態にしてその面同士を貼り合わせ、その後約５００°Cのアニールを行うことによって結合が行われる。第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がＸ軸方向に逆になるように結合されている。つまり第一水晶ウエハ１０ａが＋（プラス）Ｘ軸方向に、第二水晶ウエハ１０ｂが−（マイナス）Ｘ軸方向に向くようにして結合されている。さらに、円形の接合水晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、図３（ａ）に示すように、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

図３（ｂ）は、本実施形態に用いる矩形の接合水晶ウエハ１５の構成を示す斜視図である。この矩形の接合水晶ウエハ１５も、たとえば厚さ０．８mmの人工水晶からなり、その矩形の接合水晶ウエハ１５の一辺は２インチである。矩形の接合水晶ウエハ１５も、厚さ０．４mmの第一水晶ウエハ１５ａと厚さ０．４mmの第二水晶ウエハ１５ｂとからなり、両者ともＺ軸方向に切断されたＺカットウエハが用いられ、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。また、第一水晶ウエハ１５ａと第二水晶ウエハ１５ｂとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がＸ軸方向に逆になるように結合されている。そして、矩形の接合水晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の接合水晶ウエハ１５の周縁部１５ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。

図３（ａ）の円形の結合水晶ウエハ１０および図３（ｂ）の結合水晶ウエハ１５では、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングにより、複数の圧電振動片２０が形成される。工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部１８が設けられ、その窓部に複数の圧電振動片２０が形成されている。図３のオリエンテーションフラット１０ｃまたはオリエンテーションフラット１５ｃと、各窓部１８の位置および各音叉型水晶振動片２０の位置が定義付けられている。したがって、後述するレーザー加工においても、オリエンテーションフラット１０ｃまたはオリエンテーションフラット１５ｃが位置決めの基準となる。以下の実施形態では、図３（ａ）に示すオリエンテーションフラット１０ｃを有する円形の接合水晶ウエハ１０で説明する。

＜ウェットエッチング後の圧電振動片の断面＞
図４は、図３で示したウェットエッチング後の接合水晶ウエハ１０の一つの圧電振動片２０である。図４（ａ）は、ウェットエッチング後の圧電振動片２０の斜視図である。図４（ｂ）は（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の断面である。図４（ｃ）は、（ｂ）と同様に（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の断面であり、エッチング異方性が大きいため一対の振動腕２１の側面部２１１が互いに連結してしまった状態を示している。

水晶は、水晶用エッチング液に対してエッチング異方性を有している。特に水晶はそのエッチング速度が結晶軸依存性を有し、＋Ｘ方向にエッチングされ易い。このため、単にウェットエッチングしただけでは、図２（ｂ）で示した理想的な矩形ではなく、側面部２１１が尖った形状になっている。図４（ｂ）または（ｃ）のように、側面部２１１がシロキサン結合面で線対称となった台形形状が引っ付いた形状になってしまう。このため、一対の振動腕２１の励振時に振動腕２１の撓みがアンバランスになり、振動が振動腕２１のＸ方向でなくＺ方向にも振動することになる。このため、振動腕２１は、励振時に全体としてこれを厚み方向にねじりモーメントを受け、Ｚ方向に変位を生じながらＸ方向に屈曲振動することになる。この結果、振動が漏れて歪みエネルギの損失を生じたり、振動特性が不安定になったりする。これをレーザー加工装置により断面がきれいな矩形形状になるように加工する。

＜レーザー加工装置の構成＞
図５は、本発明の圧電振動片２０の振動腕２１の一部、特に側面部２１１を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。水晶の除去を加える圧電振動片２０は、図３で示したように結合水晶ウエハ１０に圧電振動片２０に接続されている状態で行う。レーザー加工後に図２で示した引出電極２２、ドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５を形成する際に、まとめてフォトリソグラフィで処理するためである。しかし、一つ一つを不図示のパレットなどに載せて電極を形成する場合には、結合水晶ウエハ１０から圧電振動片２０を切り出して、一つ一つの圧電振動片２０をレーザー加工してもよい。

何千もの圧電振動片２０が接続された結合水晶ウエハ１０は、ステージ１２４に真空吸着またはメカニカルクランプでしっかりと載置される。ステージ１２４は、ステージ１２４をＸＹ方向に移動させるモータ１２５などを制御する制御回路１１１に接続されている。制御回路１１１から信号を受け取るレーザー駆動回路１２０は、チタンサファイアレーザーを使ったフェムト秒レーザー照射部１２２に接続されている。レーザー照射部１２２は、７６０ｎｍ波長のレーザー光ＬＬを１０ＫＨｚから４０ＫＨｚのパルスで照射する。制御回路１１１から信号を受け取るＸＹ駆動回路１３０は、レーザー光ＬＬの光路に配置されるＸ光学ミラー１３１とＹ光学ミラー１３３とを駆動する。Ｘ光学ミラー１３１をＸ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが圧電振動片２０を照射するＸ軸方向の位置を変化する。Ｙ光学ミラー１３３をＹ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが圧電振動片２０を照射するＹ軸方向の位置が変化する。

Ｘ光学ミラー１３１およびＹ光学ミラー１３３でレーザー光ＬＬの光路をしきい値、たとえば１０ｍｍ、以上の距離させることはできない。この場合に、制御回路１１１でモータ１２５を制御してステージ１２４を移動させる。しきい値より短い距離の場合にはＸ光学ミラー１３１とＹ光学ミラー１３３でレーザー光ＬＬの光路を変化させて対応する。レーザー光ＬＬを走査するように圧電振動片２０の除去する側面部２１１をレーザートリミングすることができる。一つ一つの圧電振動片２０に対しては、ステージ１２４を移動させることなくレーザー光ＬＬを高速に走査することができるので、生産性を高めることができる。

フェムト秒レーザー照射部１２２を使用するため、圧電振動片２０の除去される微小な部分に熱を溜めることなく加工できるので、レーザー光ＬＬにより圧電振動片２０に損傷を与えてその特性を変えてしまうことがない。また、圧電振動片２０の基部２９に対してはレーザートリミングする必要はない。振動腕２１が励振時にねじりモーメントを受けないように、Ｘ方向のみに屈曲振動すれば歪みエネルギの損失を生じたりすることがない。このため、振動腕２１のみを矩形形状になるようにレーザートリミングすればよい。

なお、フェムト秒レーザー照射部１２２からのレーザー光ＬＬが、振動腕２１の側面部２１１ではなく、誤って上面に照射されて圧電振動片２０が不良品となってしまうことがないように、保護マスク１３５を必要に応じて配置してもよい。
また、フェムト秒レーザー以外に、炭酸ガスレーザーまたはグリーンレ−ザーなどを使用することも可能である。

＜圧電振動片の外形形成の工程＞
図６は、圧電振動片２０の外形を形成するためのフローチャートである。
ステップＳ１０では、図３で説明したように、第一水晶ウエハ１０ａおよび第二水晶ウエハ１０ｂを貼り合わせて、接合水晶ウエハ１０を用意する。

次に、ステップＳ１２では、接合水晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての接合水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層の厚みは５００オングストローム、金層の厚みも１０００オングストローム程度とする。

ステップＳ１４では、クロム層および金層が形成された接合水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１６では、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた圧電振動片２０の外形パターンをフォトレジスト層が塗布された接合水晶ウエハ１０に露光する。ステップＳ１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて両面を露光する。

ステップＳ１８では、接合水晶ウエハ１０のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層から露出した金層を、たとえばヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液を水晶用エッチング液として、フォトレジスト層および耐蝕膜から露出した水晶材料を、圧電振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。

ステップＳ２０では、図５で説明したように圧電振動片２０の振動腕２１においてエッチング異方性により、断面が矩形でない部分にフェムト秒レーザーのレーザー光ＬＬを照射する。そして振動腕２１の断面形状をきれいな矩形に加工する。
ステップＳ２２では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜とを除去することにより、図２の振動腕２１および基部２９を有する圧電振動片２０が形成される。ステップＳ２０のレーザー加工の前にフォトレジスト層および耐蝕膜を除去しない方が好ましい。レーザー光ＬＬが圧電振動片２０の振動腕２１の側面部２１１ではなく、加工装置周辺の振動などで誤って振動腕２１の上面に照射された場合でも、フォトレジスト層および耐蝕膜があるために、水晶材料までレーザー光ＬＬが届かずに、圧電振動片２０が不良品となることが少なくなるからである。つまり、図５の示した保護マスク１３５の役目をフォトレジスト層および耐蝕膜が請け負うからである。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

本実施形態では、図３で示した接合水晶ウエハ１０で説明してきたが、接合しない単結晶ウエハであってもよい。図７はウェットエッチング後の水晶単結晶ウエハの一つの圧電振動片２０である。図７（ａ）は、単結晶ウエハをウェットエッチングした後の圧電振動片２０の斜視図である。図７（ｂ）は（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の断面である。上述してきたように、水晶は水晶用エッチング液に対してエッチング異方性を有している。水晶は、＋Ｘ方向にエッチングされ易いため、図２（ｂ）で示した理想的な矩形ではなく、図７（ｂ）で示すように側面部の一部が＋Ｘ方向に突き出た六角形状または五角形状になってしまう。したがって、本発明は、接合しない単結晶ウエハにも適用できる。

また、図１と同様のパッケージ内に接着された圧電振動片２０に加えて、その駆動回路等を構成するＩＣを搭載することにより、ジャイロ、圧電発振器やリアルタイムクロックのような圧電デバイスを構成することができる。

本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス５０の図である。（ａ）は圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。 （ａ）は、圧電振動片２０の拡大斜視図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 ウェットエッチングが終わった状態の結像水晶ウエハを示した図である。（ａ）は円形の接合水晶ウエハ１０の斜視図であり、（ｂ）は矩形の接合水晶ウエハ１５の斜視図である。 ウェットエッチング後の接合水晶ウエハ１０の一つの圧電振動片２０である。（ａ）はウェットエッチング後の圧電振動片２０の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の一例であり、（ｃ）も（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の別例である。 振動腕２１の側面部２１１を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。 圧電振動片２０の外形を形成するためのフローチャートである。 （ａ）は、水晶単結晶ウエハをウェットエッチングした後の圧電振動片２０の斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示した矢印方向からみた振動腕２１の断面である。

符号の説明

１０、１５ …… 結合水晶ウエハ
２０ …… 音叉型の圧電振動片、
２１ …… 振動腕
２１１ …… 側面部
２３ …… ドライブ電極
２４ …… モニター電極
２５ …… センス電極
２９ …… 基部
５０ …… 圧電デバイス
５５ …… 実装端子
５７ …… 接着剤
５８ …… 封止材
５９ …… 蓋体
１１１ …… 制御回路
１２０ …… レーザー駆動回路
１２２ …… フェムト秒レーザー照射部
１３０ …… ＸＹ駆動回路
１３１ …… Ｘ光学ミラー
１３３ …… Ｙ光学ミラー
１３５ …… 保護マスク
ＬＬ …… レーザー光

Claims (7)

1. 所定形状の圧電振動片を製造する製造方法において、
   エッチング異方性を有する平板の圧電材料を準備する工程と、
   前記圧電材料に前記圧電振動片を形成するため、前記圧電材料をウェットエッチングする工程と、
   このウェットエッチングされた圧電振動片の側面部にレーザー光を照射して、前記側面部の一部を除去するレーザー加工の工程と、を有し、
   前記レーザー加工の工程は、前記圧電振動片にウェットエッチングする工程にて用いられたフォトレジスト層および耐蝕膜を除去することなく、前記レーザー光を照射することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 前記圧電振動片は、少なくも二本の振動腕を有する音叉型の圧電振動片であり、前記レーザー加工の工程は、前記二本の振動腕の側面部に対してのみレーザー加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
3. 前記圧電材料に対して耐蝕膜を成膜する工程と、
   前記耐蝕膜にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜に前記圧電振動片の形状を露光する工程と、を有し、
   この露光の工程後、前記ウェットエッチングの工程を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 前記レーザー光は、レーザー照射部から第１方向に前記レーザー光を走査させる第１ミラー及び前記第１方向にと交差する第２方向に前記レーザー光を操作させる第２ミラーを介して、前記圧電振動片の側面部に照射され、
   前記レーザー加工の工程は、前記第１ミラー及び前記第２ミラーの走査範囲内では前記レーザー光を走査し、前記第１ミラー及び前記第２ミラーの走査範囲外では前記圧電材料を載置するステージを移動させて、前記圧電振動片の側面部にレーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
5. 前記レーザー光は、フェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
6. 前記圧電材料が水晶基板を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
7. 前記水晶基板がエッチング異方性を逆方向にした二枚の水晶基板をシロキサン結合させた基板を含むことを特徴とする請求項６に記載の圧電振動片の製造方法。