JP5216288B2 - 圧電振動片の製造方法、圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、音叉型の圧電振動片を製造する方法及び圧電デバイスの製造する方法の技術に関する。
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、さらに振動腕に溝部を形成して振動効率を高めた物が用いられている。
この音叉型圧電振動片は図１に示すように基部２９に一対の振動腕２１が設けられ、各振動腕２１には第一溝部２７がそれぞれ設けられている。これらの第一溝部２７及び振動腕２１及び基部２９には屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための励振電極２３、２５がそれぞれ形成されている。
上述の音叉型圧電振動片は以下の工程によって製造されていた（特許文献１参照）。図９は音叉型圧電振動片の外形および第一溝部２７を形成するためのフローチャートである。なお、図９の右図は図１のＡ−Ａ断面部分についての単結晶水晶ウエハ１０を示している。
図９のステップＳ１１１では、研磨洗浄された単結晶水晶ウエハ１０にスパッタ法で図９（ａ）で示すように金属膜３２を形成する。この金属膜３２は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
ステップＳ１１２では、金属膜３２の上にフォトレジストを例えばスプレー法で全体を均一に塗布し（図９（ｂ））、ステップＳ１１３において音叉形状の水晶振動片のパターンを露光及び現像して、音叉形状のレジスト膜を形成する（図９（ｃ））。次に、ステップＳ１１４では、エッチングによりレジスト膜で覆われていない金属膜３２の部分を除去し、単結晶水晶ウエハ１０に残るレジスト膜を全て剥離する（図９（ｄ））。
ステップＳ１１５では、単結晶水晶ウエハ１０の全面に再度フォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、振動腕２１に第一溝部２７を含んだ水晶振動片のパターンを露光及び現像し（図９（ｅ））、ステップＳ１１６において、音叉形状の外形と第一溝部２７とのレジスト膜を剥離する。（図９（ｆ））
ステップＳ１１７では、図９（ｇ）で示すように単結晶水晶ウエハ１０を音叉型圧電振動片の形状にするためにエッチング液であるフッ酸を用いウェットエッチングを行うことで外形を形成する。
ステップＳ１１８では、ウェットエッチングを行うことで第一溝部２７の金属膜３２を除去する（図９（ｈ））。
ステップＳ１１９では、図９（ｉ）で示すようにフッ酸を用いウェットエッチングを行うことで第一溝部２７を形成する
ステップＳ１２０では、レジスト膜と金属膜３２を除去することにより、第一溝部２７を持つ音叉型圧電振動片を形成することができる（図９（ｊ））。
以上のように、第一溝部２７を持つ音叉型圧電振動片はステップＳ１１７で外形のエッチングを行い、ステップＳ１１９で第一溝部２７のエッチングを行うことで、それぞれ別々に処理されていた。このため、外形のエッチングでは時間が長くかかり、また第一溝部２７のエッチングでは単結晶水晶ウエハ１０を貫通した外形部と窪みを持つ第一溝部２７とでエッチング液の流れに差異がでて、同一ウエハ内の数千個の音叉型圧電振動片に寸法のバラツキが発生していた。このバラツキは周波数特性や電気的特性に影響を及ぼすために歩留まりを悪化させていた。
特開２００２−７６８０６
上記のように音叉型圧電振動片の第一溝部２７の形成と外形の形成とを別々で行うと、外形の形成に時間がかかり、また単結晶水晶ウエハ１０内の音叉型圧電振動片の寸法がばらついてしまう。また、圧電振動片の外形エッチング後は、圧電ウエハに開口が複数形成されていることから、圧電ウエハの移動時に衝撃が加わると圧電振動片が圧電ウエハから折れて外れてしまうことがあった。
本発明の目的は、溝部の形成と外形の形成とを同一工程で行うことで、エッチングにかかる時間の短縮、音叉型圧電振動片の精度の向上、さらに圧電ウエハから音叉型圧電振動片が衝撃で外れてしまわないようにすることを可能とする製造方法を提供することにある。
第１の観点の圧電振動片の製造方法は、圧電ウエハの表裏面に金属膜を形成する工程と、この金属膜にフォトレジスト層を形成する工程と、露光により圧電振動片の外枠のフォトレジスト層を除去し、金属膜をエッチングする第１金属膜エッチング工程と、金属膜が除去された圧電振動片の外枠を、圧電ウエハの表裏が貫通しない範囲でエッチングを行う第１圧電エッチング工程と、露光により第１溝部のフォトレジスト層を除去し、金属膜をエッチングする第２金属膜エッチング工程と、第１圧電エッチング工程で貫通していない外枠を貫通するようにエッチングするとともに第１溝部をエッチングする第２圧電エッチング工程と、を備える。
この構成により、第１圧電エッチング工程で圧電ウエハの表裏が貫通しない外枠のエッチングを行い、第２圧電エッチング工程で外枠を貫通させるとともに第１溝部をエッチングする。このため、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を提供でき、さらに工程の短縮及び圧電振動片の水晶ウエハからの剥離の防止を図ることが可能となる。
この構成により、第１圧電エッチング工程で圧電ウエハの表裏が貫通しない外枠のエッチングを行い、第２圧電エッチング工程で外枠を貫通させるとともに第１溝部をエッチングする。このため、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を提供でき、さらに工程の短縮及び圧電振動片の水晶ウエハからの剥離の防止を図ることが可能となる。
第２の観点の圧電振動片の製造方法は、圧電ウエハの表裏面に金属膜を形成する工程と、この金属膜にフォトレジスト層を形成する工程と、 露光により圧電振動片の外枠のフォトレジスト層が除去され、金属膜をエッチングする第１金属膜エッチング工程と、金属膜が除去された圧電振動片の外枠を、圧電ウエハの表裏が貫通しない範囲でエッチングを行う第１圧電エッチング工程と、残ったフォトレジスト層をすべて剥離し、新たにフォトレジスト層を形成する工程と、露光により圧電振動片の外枠及び第１溝部のフォトレジスト層が除去され、金属膜をエッチングする第２金属膜エッチング工程と、第１圧電エッチング工程で貫通していない外枠を貫通するようにエッチングするとともに第１溝部をエッチングする第２圧電エッチング工程と、を備える。
この構成により、第１圧電エッチング工程で圧電ウエハの表裏が貫通しない外枠のエッチングを行い、第２圧電エッチング工程で外枠を貫通させるとともに第１溝部をエッチングする。第１の観点の製造方法に比べて、残ったフォトレジスト層をすべて剥離し、新たにフォトレジスト層を形成する工程が増えるが、第１金属膜エッチング工程と第１圧電エッチング工程とによりフォトレジストが傷んでしまった場合には有効である。すなわち、本製造方法は、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を提供できるとともに、圧電振動片の水晶ウエハからの剥離の防止を図ることを可能にする。
この構成により、第１圧電エッチング工程で圧電ウエハの表裏が貫通しない外枠のエッチングを行い、第２圧電エッチング工程で外枠を貫通させるとともに第１溝部をエッチングする。第１の観点の製造方法に比べて、残ったフォトレジスト層をすべて剥離し、新たにフォトレジスト層を形成する工程が増えるが、第１金属膜エッチング工程と第１圧電エッチング工程とによりフォトレジストが傷んでしまった場合には有効である。すなわち、本製造方法は、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を提供できるとともに、圧電振動片の水晶ウエハからの剥離の防止を図ることを可能にする。
第３の観点の圧電振動片の製造方法は、第２圧電エッチング工程の後に、残ったレジスト層及び金属膜を除去し新たな金属膜を形成する工程と、この金属膜にフォトレジスト層を形成する工程と、露光により電極パターンの形状が残るようにフォトレジスト層が除去され、金属膜をエッチングする第３金属膜エッチング工程と、を備える。
この構成により、圧電振動片に電極を形成することできる。
この構成により、圧電振動片に電極を形成することできる。
第４の観点の圧電振動片の製造方法において、基部は第２溝部を有し、第２金属膜エッチング工程はさらに第２溝部のフォトレジスト層を除去し、第２圧電エッチング工程は第２溝部をエッチングする。
この構成では、圧電振動片の基部に振動腕の振動漏れを防ぐような第２溝部を有している場合であっても、第２圧電エッチング工程で第１溝部を形成すると同時には第２溝部を形成することができる。
この構成では、圧電振動片の基部に振動腕の振動漏れを防ぐような第２溝部を有している場合であっても、第２圧電エッチング工程で第１溝部を形成すると同時には第２溝部を形成することができる。
第５の観点の圧電振動片の製造方法において、圧電振動片は基部を支持するため基部からから突出して形成された支持腕を有するとともにこの支持腕に形成された第３溝部を有し、第２金属膜エッチング工程はさらに第３溝部のフォトレジスト層を除去し、第２圧電エッチング工程は第３溝部をエッチングする。
この構成では、圧電振動片が第３溝部を持つ支持腕を有している。振動腕の振動漏れを防ぐような第３溝部を有している場合であっても、第２圧電エッチング工程で第１溝部を形成すると同時には第３溝部を形成することができる。
この構成では、圧電振動片が第３溝部を持つ支持腕を有している。振動腕の振動漏れを防ぐような第３溝部を有している場合であっても、第２圧電エッチング工程で第１溝部を形成すると同時には第３溝部を形成することができる。
第６の観点の圧電振動片の製造方法において、第２圧電エッチング工程で第１溝部をエッチングする深さは、第１圧電エッチング工程で圧電ウエハをエッチングして貫通していない深さよりも大きい。
この構成により、第２圧電エッチング工程で第１溝部は適切な深さにエッチングできるとともに、貫通させる部分もエッチングで貫通させることができる。
この構成により、第２圧電エッチング工程で第１溝部は適切な深さにエッチングできるとともに、貫通させる部分もエッチングで貫通させることができる。
第７の観点の圧電振動片の製造方法において、第１溝部が振動腕の各々の表面及び裏面に形成されている。
この第１溝部が振動腕の各々の表面及び裏面に形成されているため、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を下げることができる。
この第１溝部が振動腕の各々の表面及び裏面に形成されているため、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を下げることができる。
第８の観点の圧電デバイスの製造方法は、第１の観点ないし第７観点のいずれか一項で形成された圧電振動片を、パッケージ内に固定する工程と、パッケージを封止する工程と、を備える。
この構成により、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を使って圧電デバイスを製造することができる。
この構成により、寸法の均一な音叉型の圧電振動片を使って圧電デバイスを製造することができる。
本発明の製造方法によれば、寸法の均一な音叉型圧電振動片を提供でき、さらに時間の短縮、工程の短縮及び圧電振動片の水晶ウエハからの剥離の防止を図ることが可能となる。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図１（ａ）は、背景技術でも示した音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、図１（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚ板に加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９の一端部から図１において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。一対の振動腕２１の根元２６は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元２６のテーパー部の形状はＵ字形状でもＶ字形状などでもよい。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０であってもよい。
図１（ａ）は、背景技術でも示した音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、図１（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚ板に加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９の一端部から図１において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。一対の振動腕２１の根元２６は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元２６のテーパー部の形状はＵ字形状でもＶ字形状などでもよい。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０であってもよい。
音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが１．７ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏両面には、第一溝部２７が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの第一溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの第一溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の第一溝部２７が形成される。第一溝部２７の深さは、水晶単結晶ウエハ１０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に第一溝部２７があるため、図１（ｂ）に示すように、第一溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成されている。第一溝部２７は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。本実施形態では１本の振動腕２１に２箇所ずつの計４箇所の第一溝部２７が形成されているが、１本の振動腕２１に１箇所ずつの計２箇所の第一溝部２７であってもよい。
音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が略板状に形成されている。振動腕２１に対する基部２９の長さは、約３６％となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９の一端で且つ一対の振動腕２１の根元の反対側の端部には、連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０から、図１に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。
音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とが形成されている。第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第二層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、ニッケル（Ｎｉ）層、またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。
音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１（ａ）に示すように、第一基部電極２３ａと第二基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の第一溝部２７には、第一溝電極２３ｄ，第二溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第二側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の腕部２１の両側面には、第一側面電極２３ｃが形成されている。
＜単結晶水晶ウエハの構成＞
図２は、図３のステップＳ１１５のウェットエッチングを終えて、音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハを示す平面図である。
図２は、図３のステップＳ１１５のウェットエッチングを終えて、音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハを示す平面図である。
図２（ａ）は、円形の水晶単結晶ウエハ１０である。この円形の水晶単結晶ウエハ１０は、たとえば厚さ０．４ｍｍの人工水晶からなり、円形の水晶単結晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。さらに、円形の水晶単結晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、水晶単結晶ウエハ１０の周縁部の一部には、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。
また、図２（ｂ）は、矩形の水晶単結晶ウエハ１５である。この矩形の水晶単結晶ウエハ１５も、たとえば厚さ０．４ｍｍの人工水晶からなり、その矩形の水晶単結晶ウエハ１５の一辺は２インチである。そして、矩形の水晶単結晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の水晶単結晶ウエハ１５の周縁部の一部には、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２（ａ）の円形の水晶単結晶ウエハ１０および図２（ｂ）の矩形の水晶単結晶ウエハ１５は、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、その窓部に複数の音叉型水晶振動片２０が形成されている。各窓部１８において、水晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを接続するため接続部２８が形成されている。
＜音叉型水晶振動デバイスの製造工程＞
≪実施形態１≫
本実施形態では外形と第一溝部２７のエッチングの工程を同時に行うことでエッチングにかかる時間を短縮し、単結晶水晶ウエハ１０内での形状の誤差を少なくする効果がある。
図３および図４は、音叉型水晶振動片２０の外形および第一溝部２７を形成するためのフローチャートである。各図の右側は、図１の一つの音叉型水晶振動片２０の振動腕２１部分であるＡ−Ａ断面の単結晶水晶ウエハ１０の各ステップの断面図を示す。
≪実施形態１≫
本実施形態では外形と第一溝部２７のエッチングの工程を同時に行うことでエッチングにかかる時間を短縮し、単結晶水晶ウエハ１０内での形状の誤差を少なくする効果がある。
図３および図４は、音叉型水晶振動片２０の外形および第一溝部２７を形成するためのフローチャートである。各図の右側は、図１の一つの音叉型水晶振動片２０の振動腕２１部分であるＡ−Ａ断面の単結晶水晶ウエハ１０の各ステップの断面図を示す。
図３のステップＳ１１１では、まず、単結晶水晶ウエハ１０を用意する。そして、単結晶水晶ウエハ１０の全面に、金属膜３２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。金属膜３２は単結晶水晶ウエハ１０に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することが困難なため、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、金属膜３２としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜３２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。図３（ａ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１２では、金属膜３２を形成した単結晶水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層３６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３６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。図３（ｂ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１３では、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた音叉型水晶振動片２０の外形パターンをフォトレジスト層３６が塗布された単結晶水晶ウエハ１０の両面に露光する。露光されたフォトレジスト４２は、現像することで除去される。図３（ｃ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１４では、フォトレジスト層３６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、たとえば硝酸第二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。これらのエッチングは水溶液の濃度、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。これらの処理により露出した金属膜３２を除去することができる。この工程は第１金属膜エッチング工程とする。また、残存するフォトレジスト層３６も除去する。図３（ｄ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１５では、金属膜３２から露出した単結晶水晶ウエハ１０を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このときのエッチングは図３（ｅ）に示すように単結晶水晶ウエハ１０を貫通させないような厚さｗ２が残るように調節する。この厚さｗ２は図４（ｊ）で示すように形成する第１溝部２７の深さをｄとすると、ｗ２≦ｄの関係になるように調整する。この工程は第１圧電エッチング工程とする。
図４のステップＳ１１６では、新たなフォトレジスト３６をスピンコートまたはスプレーで塗布する。図４（ｆ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１７では、露光装置を用いて、フォトマスクに描かれた音叉型水晶振動片２０の外形パターンと第一溝部２７とをフォトレジスト層３６の両面に露光する。また、露光されたフォトレジスト４２は、現像して除去する。図４（ｇ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１１８では、第一溝部２７の金属膜３２をエッチングで除去する。この場合も図３のステップＳ１１４での処理と同様の工程で金属膜３２を除去する。図４（ｈ）は金属膜３２をエッチングした後の単結晶水晶ウエハ１０を示す。この工程は第２金属膜エッチング工程とする。
ステップＳ１１９では、第一溝部２７と外形とのウェットエッチングを同時に行う。すなわち、エッチング液としてフッ酸溶液を用いてフォトレジスト層３６と金属膜３２とから露出した水晶材料１０を、第一溝部２７と外形との形成を同時に行う。図４（ｉ）に示すように、第一溝部２７の所定の深さになるような時間でエッチングを止めると、ｗ２＜ｄの関係により外形は貫通することになる。ｗ２をｄと比べてだいぶ小さくして第一溝部２７をオーバーエッチングすると、音叉型水晶振動片２０の外形断面がきれいに垂直になり音叉型水晶振動片２０の外形の寸法バラツキが小さくなる。この工程は第２圧電エッチング工程とする。
ステップＳ１２０では、残ったフォトレジスト層３６とおよび金属膜３２を除去する。これらの工程を経て、単結晶水晶ウエハ１０には図４（ｊ）に示すような第一溝部２７を持つ音叉型水晶振動片２０が形成される。
≪実施形態２≫
本実施形態では、実施形態１よりさらに工程を減らすことで、さらに短時間で音叉型水晶振動片２０を形成することができる。
図５はそのフローチャートを示す。また実施形態１と同様に各図の右側に、図１に示す音叉型水晶振動片２０のＡ−Ａ断面を示す。
本実施形態では、実施形態１よりさらに工程を減らすことで、さらに短時間で音叉型水晶振動片２０を形成することができる。
図５はそのフローチャートを示す。また実施形態１と同様に各図の右側に、図１に示す音叉型水晶振動片２０のＡ−Ａ断面を示す。
図３のステップＳ１１３までは、実施形態１と同様に処理する。露光したフォトレジスト４２は現像することで除去され、次に図５のステップＳ１３１においてフォトレジスト層３６を残したまま金属膜３２を除去する。金属膜３２の除去方法は第１金属膜エッチング工程と同様である。図５（ａ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１３２では、実施形態１と同様に金属膜３２から露出した単結晶水晶ウエハ１０を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このとき第１圧電エッチング工程と同様に単結晶水晶ウエハ１０を貫通させないように厚さｗ２を残しておく。このときもｗ２≦ｄの関係になるようにエッチングを行う。図５（ｂ）はこの状態の単結晶水晶ウエハ１０を示す。
ステップＳ１３３では、ステップＳ１３１で残しておいたフォトレジスト層３６に第一溝部２７のフォトマスクを露光し、現像することで第一溝部２７のフォトレジスト４２を除去する。次に、図４のステップＳ１１８に行き実施形態１と同様に第２金属膜エッチング工程と第２圧電エッチング工程とが行われることで、単結晶水晶ウエハ１０には第一溝部２７を持つ音叉型水晶振動片２０が形成される。
以上の実施形態１と実施形態２とによれば、エッチングの時間を短縮でき、さらに実施形態２において工程を短縮することで生産能力が上がる効果がある。また、音叉型水晶振動片２０の第一溝部２７の形成と外形の形成とを同時に行うことは、単結晶水晶ウエハ１０を流れるエッチング液の斑を少なくすることができるために精度よく音叉型水晶振動片２０を形成することができる。また外形の貫通を後にすることは図１で示す単結晶水晶ウエハ１０との連結部２８の形成も工程の後方になるため、工程中の破損の恐れが少なくなる。
≪実施形態３≫
音叉型水晶振動片はさらに小型化することが求められている。音叉型水晶振動片は小さく、また複雑な形状になるにつれ形成の工程中で破損する恐れと、形状の精密さが増す。このような音叉型水晶振動片には実施形態１と実施形態２との形成の工程を採る事でより安全に、また精度よく音叉型水晶振動片を形成することができる。
音叉型水晶振動片はさらに小型化することが求められている。音叉型水晶振動片は小さく、また複雑な形状になるにつれ形成の工程中で破損する恐れと、形状の精密さが増す。このような音叉型水晶振動片には実施形態１と実施形態２との形成の工程を採る事でより安全に、また精度よく音叉型水晶振動片を形成することができる。
たとえば図６（ａ）は、小さく、また複雑な形状の音叉型水晶振動片を示す。この音叉型水晶振動片１２０の部材については図１で使用した符号を使用している。複雑な音叉型水晶振動片１２０は基部２９を小型にして、音叉型水晶振動片２０よりもＹ方向の長さを小さくすることができる。
複雑な音叉型水晶振動片１２０は、基部２９の振動腕２１を形成した端から２箇所の連結部２８への途中において、基部２９の幅方向に延長され、振動腕２１の両外側の位置で振動腕２１と平行に延びる支持用腕部２９−３を備えている。支持用腕部２９−３の電極幅Ｗ６は０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度と狭く形成されている。支持用腕部２９−３の先端には、導電接着のための広域部２９−４を設けている。この広域部２９−４の電極幅Ｗ７は０．１４ｍｍから０．２０ｍｍ程度で長さＬ７が０．１４ｍｍから０．２０ｍｍ程度に形成されている。
また、図６（ｂ）は複雑な音叉型水晶振動片１２０のＡ−Ａ断面を示した図である。図６（ｂ）で示す第二溝部３０−１及び第三溝部３０−２は音叉型水晶振動片の振動漏れを下げる効果がある。また、その第二溝部３０−１及び第三溝部３０−２の深さは振動腕２１の第一溝部２７と同じ深さでよい。このため基部２９の第二溝部３０−１及び支持用腕部２９−３の第三溝部３０−２は図４のステップＳ１１９における第一溝部２７の形成時と同時に行うことで形成することができる。
＜電極の形成及び周波数調整及びパッケージングの工程＞
実施形態１、実施形態２及び実施形態３で作成した音叉型水晶振動片２０及び複雑な音叉型水晶振動片１２０は次に電極を形成し、周波数調整行いパッケージングする。図７はその工程のフローチャートを示す。ただし水晶振動片は代表して音叉型水晶振動片２０を用いて説明する。
実施形態１、実施形態２及び実施形態３で作成した音叉型水晶振動片２０及び複雑な音叉型水晶振動片１２０は次に電極を形成し、周波数調整行いパッケージングする。図７はその工程のフローチャートを示す。ただし水晶振動片は代表して音叉型水晶振動片２０を用いて説明する。
ステップＳ１４１では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜３２を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップＳ１４２では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。音叉型水晶振動片２０には第一溝部２７などが形成されているため、第一溝部２７にも均一にフォトレジストを塗布する。
ステップＳ１４２では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。音叉型水晶振動片２０には第一溝部２７などが形成されているため、第一溝部２７にも均一にフォトレジストを塗布する。
ステップＳ１４３では、電極パターンと対応したフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０に露光する。電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。
ステップＳ１４４では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジスト層を除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジスト層になる。さらに電極となる金属膜３２のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応した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でエッチングし、次に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。
続いて、ステップＳ１４５で、残ったフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０には励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。
続いて、ステップＳ１４５で、残ったフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０には励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。
これまでの工程により、電極パターン２３、電極パターン２５および第一溝部２７が形成された音叉型水晶振動片２０が得られた。
そこで、ステップＳ１４６では、図８（ｂ）で示すセラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤３１で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、配線層８１に塗布した導電性接着剤３１の上に載置して、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を端子電極８２に対して接合する。
そこで、ステップＳ１４６では、図８（ｂ）で示すセラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤３１で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、配線層８１に塗布した導電性接着剤３１の上に載置して、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を端子電極８２に対して接合する。
ステップＳ１４７では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端にレーザー光を照射して、振動腕２１の錘金属層の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
次に、ステップＳ１４８で、真空チャンバ内などに図８（ｂ）で示す音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体７１を封止材５７により接合する。
続いてステップＳ１４９で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。
次に、ステップＳ１４８で、真空チャンバ内などに図８（ｂ）で示す音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体７１を封止材５７により接合する。
続いてステップＳ１４９で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。
＜圧電振動デバイス５０の構成＞
上記の圧電振動デバイス５０について、図面を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態にかかる圧電振動デバイス５０の概略図を示している。図８（ａ）は全体斜視図であり、図８（ｂ）は断面図であり、図８（ｃ）は金属蓋体７１を取り外した上面図である。
上記の圧電振動デバイス５０について、図面を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態にかかる圧電振動デバイス５０の概略図を示している。図８（ａ）は全体斜視図であり、図８（ｂ）は断面図であり、図８（ｃ）は金属蓋体７１を取り外した上面図である。
表面実装型の圧電振動デバイス５０は、絶縁性のセラミックパッケージ５１と圧電振動デバイス５０のパッケージを覆う金属蓋体７１とからなる。金属蓋体７１は、コバール（鉄（Ｆｅ）／ニッケル（Ｎｉ）／コバルト（Ｃｏ）合金）製である。セラミックパッケージ５１は、アルミナを主原料とするセラミック粉末およびバインダ等を含むスラリーを用いたグリーンシートからプレス抜きされた底面用セラミック層５１ａ、壁用セラミック層５１ｂおよび台座用底面用セラミック層５１ｃからなる。パッケージを構成するセラミックパッケージ５１の材料として、アルミナを主原料とするセラミック粉末の代わりにガラスセラミックを使用したり、無収縮ガラスセラミック基板を用いたりしてもよい。図８（ｂ）から理解されるように、これら複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃから構成されたパッケージは、キャビティ５８を形成し、このキャビティ５８内に、音叉型水晶振動片２０を実装する。
基部２９の配線パターンは、導電性接着剤３１と導通接続する接着領域を有している。音叉型水晶振動片２０は、底面用セラミック層５１ａと水平になるように導電性接着剤３１で接着されて、所定の振動を発生する。台座用セラミック層５１ｃの上面の一部には、音叉型水晶振動片２０の接着領域と導通を取る配線層８１が形成されている。セラミックパッケージ５１の下面に形成された少なくとも２つの端子電極８２は、不図示のプリント基板に表面実装された際の外部端子である。また、内部配線８３は配線層８１、端子電極８２を接続する電気的導通部である。壁用セラミック層５１ｂの上端にはメタライズ層があり、金属蓋体７１の接合のために、メタライズ層上に形成された低温金属ろう材からなる封止材５７が形成されている。壁用セラミック層５１ｂと金属蓋体７１は、封止材５７を介して溶着されている。
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で示した単結晶水晶ウエハ１０で説明してきたが、２枚の単結晶ウエハを接合した接合ウエハであってもよい。ジャイロなどに使用される接合水晶ウエハは、Ｚ軸方向に切断された、第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとからなる。第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとは直接接合、具体的には耐熱性が優れたシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。このシロキサン接合は、第一水晶ウエハと第二水晶ウエハとの両方の単結晶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単結晶化が行われる。このような接合水晶ウエハに対しても本発明は適用できる。
１０ … 円形の単結晶水晶ウエハ
１５ … 矩形の水晶単結晶ウエハ
１８ … 窓部
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３ … 第一電極
２５ … 第二電極
２６ … テーパー部
２７ … 第一溝部
２８ … 連結部
２９ … 基部
３０−１ …第二溝部、３０−２ …第三溝部
３２ … 金属膜
３６ … フォトレジスト層
４２ … 露光されたフォトレジスト
５０ … 圧電振動デバイス
５１ … セラミックパッケージ
７１ … 蓋体
５７ … 封止材
５８ … キャビティ
８１ … 配線層
８２ … 端子電極
８３ … 内部配線
１２０ … 複雑な音叉型水晶振動片
１５ … 矩形の水晶単結晶ウエハ
１８ … 窓部
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３ … 第一電極
２５ … 第二電極
２６ … テーパー部
２７ … 第一溝部
２８ … 連結部
２９ … 基部
３０−１ …第二溝部、３０−２ …第三溝部
３２ … 金属膜
３６ … フォトレジスト層
４２ … 露光されたフォトレジスト
５０ … 圧電振動デバイス
５１ … セラミックパッケージ
７１ … 蓋体
５７ … 封止材
５８ … キャビティ
８１ … 配線層
８２ … 端子電極
８３ … 内部配線
１２０ … 複雑な音叉型水晶振動片
Claims (6)
- 基部とこの基部から突出して形成され第１溝部を有する少なくとも一対の振動腕とを有する圧電振動片の製造方法であって、
圧電ウエハの表裏面に金属膜を形成する工程と、
この金属膜にフォトレジスト層を形成する工程と、
露光により前記圧電振動片の外枠の前記フォトレジスト層を除去し、前記金属膜をエッチングする第１金属膜エッチング工程と、
前記金属膜が除去された前記圧電振動片の外枠を、前記圧電ウエハの表裏が貫通しない範囲でエッチングを行う第１圧電エッチング工程と、
露光により前記第１溝部の前記フォトレジスト層を除去し、前記金属膜をエッチングする第２金属膜エッチング工程と、
前記第１圧電エッチング工程で貫通していない外枠を貫通するようにエッチングするとともに前記第１溝部をエッチングする第２圧電エッチング工程と、
前記第２圧電エッチング工程の後に、残ったレジスト層及び金属膜を除去し、新たな金属膜を形成する工程と、
この金属膜にフォトレジスト層を形成する工程と、
露光により電極パターンの形状が残るようにフォトレジスト層が除去され、前記金属膜をエッチングする第３金属膜エッチング工程と、
を備えることを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 前記基部は第２溝部を有し、
前記第２金属膜エッチング工程はさらに前記第２溝部のフォトレジスト層を除去し、
前記第２圧電エッチング工程は前記第２溝部をエッチング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。 - 前記圧電振動片は、前記基部を支持するため前記基部からから突出して形成された支持腕を有するとともに、この支持腕に形成された第３溝部を有し、
前記第２金属膜エッチング工程はさらに前記第３溝部のフォトレジスト層を除去し、
前記第２圧電エッチング工程は前記第３溝部をエッチングすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片の製造方法。 - 前記第２圧電エッチング工程で前記第１溝部の深さは、前記第１圧電エッチング工程で前記圧電ウエハをエッチングして貫通していない深さよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
- 前記第１溝部が、前記振動腕の各々の表面及び裏面に形成されてい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。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか一項で形成された圧電振動片を、パッケージ内に固定する工程と、
前記パッケージを封止する工程と、
を備えた圧電デバイスの製造方法。
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