JP5246701B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片の製造方法に関するものである。

近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られているが、その１つとして、表面実装（ＳＭＤ）型の圧電振動子が知られている。この種の圧電振動子としては、例えば互いに接合されたベース基板及びリッド基板と、両基板の間に形成されたキャビティと、キャビティ内に気密封止された状態で収納された圧電振動片とを備えている。

上述した圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる一対の励振電極とを備えている。
また圧電振動片は、一般的に水晶等のウエハをエッチング加工することで製造されている。具体的には、例えば特許文献１に示されるように、圧電振動片の外形パターンとなるウエハ用マスク（第１マスク）を圧電振動片の外形形状にパターニングし、このウエハ用マスクを介してウエハから圧電振動片の外形を形作るようになっている。

ところで、この圧電振動片は、搭載される機器の小型化に伴って、さらなる小型化が望まれている。小型化を図る方法としては、いくつかの方法が考えられているが、その１つとして振動腕部の両面に溝部を形成する方法がある。この構成によれば、一対の励振電極間における電界効率を上げることができるので、振動損失を抑えて振動特性を向上させることができる。つまり、圧電振動片の小型化を図った上で、圧電振動片のＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）をさらに低くすることができるとされている。
圧電振動片に溝部を形成するには、まず上述したウエハ用マスク上に溝パターンとなるフォトレジスト膜を形成する。次いで、溝部の形成領域を開口させるとともに、外形形状がウエハ用マスクの外形形状と同形状になるように、フォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜から露出した領域（溝部の形成領域）のウエハ用マスクをエッチングした後、ウエハにおける溝部の形成領域のエッチングを行うようになっている。

特開２００２−７６８０６号公報

しかしながら、圧電振動片に溝部を形成する場合、外形パターンとなるウエハ用マスクと溝パターンとなるフォトレジスト膜との重ね合わせ精度が、実際の圧電振動片の外形形状の精度に影響するという問題がある。

ここで、図３２〜３５に基づいて、従来の圧電振動片の製造方法を説明する。
図３２に示すように、フォトレジスト膜２４２がウエハ用マスク２４０に対してずれて配置されていると、ずれた幅の分だけウエハ用マスク２４０の外周部分が露出する。
そして、図３３に示すように、フォトレジスト膜２４２をマスクとして、溝部の形成領域（フォトレジスト膜２４２の開口部２４２ａ）のウエハ用マスク２４０をエッチングする際に、露出したウエハ用マスク２４０の外周部分もともにエッチングしてしまう虞がある。上述したように特許文献１の構成では、フォトレジスト膜２４２の外形形状をウエハ用マスク２４０の外形形状と同形状にパターニングしているため、フォトレジスト膜２４２の重ね合わせ精度のバラツキが生じやすいという問題がある。
その結果、図３４に示すように、溝部２１８の形成時に圧電振動片２０４の外周部分がエッチングされ、図３５に示すように、圧電振動片２０４を所望の外形形状に形成できない場合がある。これにより、製品となる圧電振動片２０４にバラツキが生じることで、圧電振動片２０４の周波数のバラツキが生じ、振動特性の低下に繋がる。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、外形精度のバラツキを抑制し、安定した振動特性を得ることができる圧電振動片の製造方法を提供するものである。

上述した課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動片の製造方法は、平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部上に前記振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部とを備えた圧電振動片を、ウエハから製造する圧電振動片の製造方法であって、前記ウエハ上の前記圧電振動片の形成領域に、前記圧電振動片の外形形状と同等の外形形状を有し、前記圧電振動片の外形および前記溝部を形成するための第１マスクを形成する第１マスク形成工程と、前記第１マスク上に、前記溝部の形成領域に開口部を有する第２マスクを形成する第２マスク形成工程と、前記第２マスクをマスクとして、前記開口部から露出している前記第１マスクを除去する工程と、を有し、前記第２マスク形成工程では、前記圧電振動片の外形形状より大きい外形形状を有する前記第２マスクを形成することを特徴としている。

この構成によれば、第２マスクが圧電振動片よりも大きく形成されているので、例え第２マスクの重ね合わせ精度にバラツキが生じた場合であっても、第２マスクによって、溝部の形成領域（開口部）を除く第１マスク上が外周部分まで完全に被覆される確率が高くなる。すなわち、圧電振動片の形成領域（第１マスク）が、第２マスクから露出することを防止できる。これにより、開口部から露出している第１マスクを除去する際に、第１マスクの外周部分を除去してしまうことがない。そのため、溝部を形成する際に、圧電振動片の外周部分を除去してしまうことなく溝部を形成することができる。その結果、所望の外形形状に圧電振動片を形作ることができる。すなわち、第２マスクの重ね合わせ精度のバラツキによる、圧電振動片の外形形状のバラツキを抑制することができる。
したがって、圧電振動片の周波数のバラツキを抑制し、安定した振動特性を有する圧電振動片を製造することができる。
また、本発明の構成によれば、第２マスクの外形形状を圧電振動片の外形形状に比べて大きく形成するのみであるので、製造効率の低下及び製造コストの増加を抑えた上で、安定した振動特性を有する圧電振動片を提供することができる。

また、前記第２マスク形成工程では、前記第２マスクの前記圧電振動片の外周縁からの拡大代が３μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定することを特徴としている。
圧電振動片の外形形状に対する第２マスクの拡大代が３μｍよりも小さいと、第２マスクの重ね合わせ精度の限界により、第１マスクの外周部分が第２マスクから露出する虞があるため好ましくない。一方、１０μｍよりも大きいと、第１マスクよりも外側に第２マスクが大きくはみ出すことになった場合に、圧電振動片の外形を形成する工程において、第２マスクが障害となって、圧電振動片の所望の外形形状にパターニングすることができなくなる虞があるため好ましくない。
これに対して、本発明の構成によれば、圧電振動片の外形形状に対する第２マスクの拡大代を３μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定することで、圧電振動片の外形を形成する工程に影響を及ぼさない範囲で、第２マスクにより第１マスクの外周部分を確実に被覆することができる。

また、前記第２マスクを、前記圧電振動片よりも前記圧電振動片の少なくとも前記長手方向に直交する短手方向に沿って大きく形成することを特徴としている。
この構成によれば、振動特性への影響が大きい圧電振動片の短手方向において、第２マスクを、圧電振動片の外形形状よりも大きく形成することで、振動特性のバラツキを効果的に抑制することができる。

また、前記第２マスク形成工程の後に、前記第１マスクをマスクとして、前記ウエハから前記圧電振動片の外形を形成する工程と、前記第１マスクをマスクとして、前記溝部を形成する工程とを有することを特徴としている。
この構成によれば、第２マスク形成工程の後に、圧電振動片を所望の外形形状に形成することで、例えば第２マスク形成工程において、第２マスクの形成材料（例えば、フォトレジスト膜）をスピンコート法等によりウエハ上に一括して塗布することができる。したがって、ウエハの全面に亘って均一な膜を速やかに形成することができる。

また、前記前記圧電振動片の外形形状に形成する工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴としている。
この構成によれば、第２マスクが第１マスクの外周部分を覆ってウエハ上にまで形成された場合であっても、第２マスクとウエハとの間にエッチャントが入り込んで、第１マスクの外周部分まで到達する。これにより、第１マスクの外形形状に倣って、ウエハを所望の外形形状（圧電振動片の外形形状）に確実にエッチング加工することができる。

本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に信頼性の高い製品を提供することができる。

本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、圧電振動片の周波数のバラツキを抑制し、安定した振動特性を有する圧電振動片を製造することができる。

本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図である。 図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図１に示す圧電振動子の分解斜視図である。 図１に示す圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図である。 図５に示す圧電振動片の下面図である。 図５に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の流れを示すフローチャートである。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、ウエハの平面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図である。 同一ウエハ上において、フォトレジスト膜がずれた場合を示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 同一ウエハ上において、フォトレジスト膜がずれた場合を示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 同一ウエハ上において、フォトレジスト膜がずれた場合を示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 同一ウエハ上において、フォトレジスト膜がずれた場合を示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。 従来における圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 従来における圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 従来における圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。 従来における圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。

次に、図面に基づいて本発明に係る実施形態を説明する。
（圧電振動子）
図１は本発明に係る圧電振動子の外観斜視図であり、図２は圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態で圧電振動片を上方から見た図ある。また、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った圧電振動子の断面図であり、図４は圧電振動子の分解斜視図である。
図１〜４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板２とリッド基板３とで２層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティＣ内に圧電振動片４が収納された表面実装型の圧電振動子である。なお、図４においては、図面を見易くするために後述する励振電極１５、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７及び重り金属膜２１の図示を省略している。

図５は圧電振動子を構成する圧電振動片の上面図であり、図６は下面図、図７は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図５〜７に示すように、圧電振動片４は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０，１１と、一対の振動腕部１０，１１の基端側を一体的に固定する基部１２と、一対の振動腕部１０，１１の外表面上に形成されて一対の振動腕部１０，１１を振動させる第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５と、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４に電気的に接続されたマウント電極１６，１７とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片４は、一対の振動腕部１０，１１の両主面上に、振動腕部１０，１１の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部１８を備えている。この溝部１８は、振動腕部１０，１１の基端側から略中間付近まで形成されている。

第１の励振電極１３と第２の励振電極１４とからなる励振電極１５は、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部１０，１１の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、第１の励振電極１３が、一方の振動腕部１０の溝部１８上と他方の振動腕部１１の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１４が、一方の振動腕部１０の両側面上と他方の振動腕部１１の溝部１８上とに主に形成されている。

また、第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４は、基部１２の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９，２０を介してマウント電極１６，１７に電気的に接続されている。そして圧電振動片４は、このマウント電極１６，１７を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、上述した励振電極１５、マウント電極１６，１７及び引き出し電極１９，２０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。

また、一対の振動腕部１０，１１の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

このように構成された圧電振動片４は、図３，４に示すように、金等のバンプＢを利用して、ベース基板２の上面にバンプ接合されている。より具体的には、ベース基板２の上面にパターニングされた後述する引き回し電極３６，３７上に形成された２つのバンプＢ上に、一対のマウント電極１６，１７がそれぞれ接触した状態でバンプ接合されている。これにより、圧電振動片４は、ベース基板２の上面から浮いた状態で支持されると共に、マウント電極１６，１７と引き回し電極３６，３７とがそれぞれ電気的に接続された状態となっている。

上述したリッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、図１，３，４に示すように、板状に形成されている。そして、ベース基板２が接合される接合面側には、圧電振動片４が収まる矩形状の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａは、両基板２，３が重ね合わされたときに、圧電振動片４を収容するキャビティＣとなるキャビティ用の凹部である。そして、リッド基板３は、この凹部３ａをベース基板２側に対向させた状態でベース基板２に対して陽極接合されている。

上述したベース基板２は、リッド基板３と同様にガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明な絶縁基板であり、図１〜４に示すように、リッド基板３に対して重ね合わせ可能な大きさで板状に形成されている。
このベース基板２には、ベース基板２を貫通する一対のスルーホール３０，３１が形成されている。この際、一対のスルーホール３０，３１は、キャビティＣ内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態のスルーホール３０，３１は、マウントされた圧電振動片４の基部１２側に対応した位置に一方のスルーホール３０が形成され、振動腕部１０，１１の先端側に対応した位置に他方のスルーホール３１が形成されている。また、本実施形態では、ベース基板２の下面から上面に向かって漸次径が縮径した断面テーパ状のスルーホールを例に挙げて説明するが、この場合に限られず、ベース基板２を真っ直ぐに貫通するスルーホールでも構わない。いずれにしても、ベース基板２を貫通していれば良い。

そして、これら一対のスルーホール３０，３１には、これらスルーホール３０，３１を埋めるように形成された一対の貫通電極３２，３３が形成されている。これら貫通電極３２，３３は、図３に示すように、焼成によってスルーホール３０，３１に対して一体的に固定された筒体６及び芯材部７によって形成されたものであり、スルーホール３０，３１を完全に塞いでキャビティＣ内の気密を維持しているとともに、後述する外部電極３８，３９と引き回し電極３６，３７とを導通させる役割を担っている。

筒体６は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体６は、両端が平坦で且つベース基板２と略同じ厚みの円筒状に形成されている。そして、筒体６の中心には、芯材部７が筒体６を貫通するように配されている。また、本実施形態ではスルーホール３０，３１の形状に合わせて、筒体６の外形が円錐状（断面テーパ状）となるように形成されている。そして、この筒体６は、スルーホール３０，３１内に埋め込まれた状態で焼成されており、これらスルーホール３０，３１に対して強固に固着されている。

上述した芯材部７は、金属材料により円柱状に形成された導電性の芯材であり、筒体６と同様に両端が平坦で、且つベース基板２の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。そして、この芯材部７は、筒体６の中心孔６ｃに位置しており、筒体６の焼成によって筒体６に対して強固に固着されている。
なお、貫通電極３２，３３は、導電性の芯材部７を通して電気導通性が確保されている。

ベース基板２の上面側（リッド基板３が接合される接合面側）には、図１〜４に示すように、導電性材料（例えば、アルミニウム）により、陽極接合用の接合膜３５と、一対の引き回し電極３６，３７とがパターニングされている。このうち接合膜３５は、リッド基板３に形成された凹部３ａの周囲を囲むようにベース基板２の周縁に沿って形成されている。

また、一対の引き回し電極３６，３７は、一対の貫通電極３２，３３のうち、一方の貫通電極３２と圧電振動片４の一方のマウント電極１６とを電気的に接続するとともに、他方の貫通電極３３と圧電振動片４の他方のマウント電極１７とを電気的に接続するようにパターニングされている。
より詳しく説明すると、一方の引き回し電極３６は、圧電振動片４の基部１２の真下に位置するように一方の貫通電極３２の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極３７は、一方の引き回し電極３６に隣接した位置から、振動腕部１０，１１に沿ってこれら振動腕部１０，１１の先端側に引き回しされた後、他方の貫通電極３３の真上に位置するように形成されている。
そして、これら一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれバンプＢが形成されており、このバンプＢを利用して圧電振動片４がマウントされている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１６が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１７が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。

また、ベース基板２の下面には、図１，３，４に示すように、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極３８，３９が形成されている。つまり、一方の外部電極３８は、一方の貫通電極３２及び一方の引き回し電極３６を介して圧電振動片４の第１の励振電極１３に電気的に接続されている。また、他方の外部電極３９は、他方の貫通電極３３及び他方の引き回し電極３７を介して、圧電振動片４の第２の励振電極１４に電気的に接続されている。

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８，３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３及び第２の励振電極１４からなる励振電極１５に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０，１１を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０，１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

（圧電振動片の製造方法）
次に、上述した圧電振動片の製造方法について説明する。以下の説明では、主として水晶からなるウエハから複数の圧電振動片を製造する場合について説明する。図８は、圧電振動片の製造方法を示すフローチャートであり、図９〜２４は圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、図９はウエハの平面図、図１０〜２４は図９のＣ−Ｃ線に沿うウエハの断面図を示している。
図８，１０に示すように、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハＳとする。続いて、このウエハＳをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハＳとする（Ｓ１０）。

次に、複数の圧電振動片４の外形形状をパターニングするための外形パターンとなる、ウエハ用マスク（第１マスク）４０を形成する外形パターン形成工程を行う（Ｓ２０：第１マスク形成工程）。この工程について、具体的に説明する。
始めに、図１１に示すように、ポリッシングが終了したウエハＳを準備した後、ウエハＳの両面にウエハ用マスク４０をそれぞれ成膜する（Ｓ２１）。このウエハ用マスク４０としては、例えば、クロム（Ｃｒ）を数μｍ成膜する。
次いで、図１２に示すように、ウエハ用マスク４０上にスピンコート法等によりフォトレジスト膜４１を形成する。その後、図１３，１４に示すように、フォトリソ技術によって露光・現像を行うことで、圧電振動片４の形成領域において、フォトレジスト膜４１が圧電振動片４の外形形状と同等の外形形状を有するようにパターニングする（図１４参照）。

そして、図１５に示すように、パターニングされたフォトレジスト膜４１をマスクとしてエッチング加工（例えば、ウェットエッチング）を行い、マスクされていないウエハ用マスク４０（圧電振動片４の形成領域以外のウエハ用マスク４０）を選択的に除去する（Ｓ２２）。その後、図１６に示すように、エッチング加工後にフォトレジスト膜４１を除去する。これにより、図９，１６に示すように、ウエハ用マスク４０を圧電振動片４の外形形状と同等の形状にパターニングすることができる。すなわち、一対の振動腕部１０，１１及び基部１２の外形形状に倣って、ウエハ用マスク４０をパターニングすることができる。またこの際、ウエハＳ上に形成する複数の圧電振動片４の数だけ、一括してパターニングを行う。

次に、複数の圧電振動片４の溝部１８形状をパターニングするための溝パターンとなる、フォトレジスト膜（第２マスク）４２を形成する溝パターン形成工程を行う（Ｓ３０：第２マスク形成工程）。この工程について、具体的に説明する。
まず、図１７に示すように、ウエハ用マスク４０がパターニングされたウエハＳ上に、再びフォトレジスト膜４２を形成する（Ｓ３１）。具体的には、まずスピンコート法によりフォトレジスト膜４２の形成材料を、ウエハＳの両面にウエハ用マスク４０を覆うように塗布する。なお、この時点でウエハＳ上における圧電振動片４の形成領域にはウエハ用マスク４０が形成されているが、ウエハ用マスク４０は膜厚数μの非常に薄い膜なので、フォトレジスト膜４２の形成材料をスピンコート法によりウエハＳ全面に塗布する際に、ウエハ用マスク４０によってフォトレジスト膜４２の形成材料の進行が阻害されることはない。すなわち、ウエハＳを圧電振動片４の外形形状にパターニングする前段で、スピンコート法によりフォトレジスト膜４２の形成材料を塗布することで、ウエハＳの全面に亘って均一な膜を速やかに形成することができる。なお、フォトレジスト膜４２の形成材料は、スピンコート法以外にスプレーコート法等でも塗布することが可能である。

次に、図１８に示すように、上述したフォトレジスト膜４２を、フォトリソ技術によってパターニングする（Ｓ３２）。この際、図１９に示すように、溝部１８の形成領域に開口部４２ａを有した状態で、かつ圧電振動片４（ウエハ用マスク４０）の外形形状よりも大きくなるようにパターニングする。具体的には、フォトレジスト膜４２の開口部４２ａは、溝部１８の形成領域に、形成すべき溝部１８の幅方向及び長さ方向の長さと同等になるようにパターニングする。一方、フォトレジスト膜４２の外形形状は、圧電振動片４の形成領域に、形成すべき圧電振動片４の幅方向及び長さ方向よりもそれぞれ大きくパターニングする。したがって、フォトレジスト膜４２が所望の位置で重ね合わされた場合、すなわち、ウエハ用マスク４０の幅方向における中心とフォトレジスト膜４２の幅方向における中心とが一致している場合、フォトレジスト膜４２の外周部分は、ウエハ用マスク４０の外周部分から側面を覆ってウエハＳの主面上まで達した状態となる。

この場合、少なくとも振動腕部１０，１１の形成領域にいて、ウエハ用マスク４０（圧電振動片４）に対するフォトレジスト膜４２の拡大代は、ウエハ用マスク４０の外周縁から幅方向及び長さ方向にそれぞれ３μｍ以上１０μｍ以下の範囲で大きく設定することが好ましい。すなわち、ウエハ用マスク４０に対するフォトレジスト膜４２の拡大代が３μｍよりも小さいと、パターニング時の重ね合わせ精度の限界により両者間でずれが生じた場合に、ウエハ用マスク４０の外周部分がフォトレジスト膜４１から露出する虞があるため好ましくない。一方、１０μｍよりも大きいと、後述する外形形成工程（Ｓ４０）において、ウエハ用マスク４０の側面に回り込んだフォトレジスト膜４２とウエハＳとの間に、エッチャントが回り込まず、圧電振動片４の所望の外形形状にパターニングすることができなくなる虞があるため好ましくない。
これに対して、フォトレジスト膜４２のウエハ用マスク４０の外周縁からの拡大代を、ウエハ用マスク４０の長さ方向及び幅方向に３μｍ以上１０μｍ以下の範囲で長く設定することで、後述する外形形成工程において影響を及ぼさない範囲で、フォトレジスト膜４２によりウエハ用マスク４０の外周部分を確実に被覆することができる。なお、フォトレジスト膜４２は、本実施形態のようにウエハ用マスク４０の幅方向及び長さ方向にそれぞれ長く形成されていることが好ましいが、振動特性への影響が大きい幅方向のみが少なくともウエハ用マスク４０よりも長く形成されていればよい。この時点で、溝パターン形成工程が終了する。

次に、複数の圧電振動片４の外形形状をパターニングする外形形成工程を行う（Ｓ４０）。
まず、図２０に示すように、パターニングされたウエハ用マスク４０をマスクとして、ウエハＳの両面をそれぞれウェットエッチングする。これにより、ウエハ用マスク４０でマスクされていない領域を選択的に除去して、溝部１８を除く圧電振動片４の外形形状を形作ることができる。なお、本実施形態では、フォトレジスト膜４２がウエハ用マスク４０の外周部分及び側面を覆ってウエハＳ上にまで形成されているが、フォトレジスト膜４２とウエハＳとは密着性が無いため、フォトレジスト膜４２とウエハＳとの間にエッチャントが入り込んでいく。これにより、ウエハ用マスク４０の外周部分まで到達するため、エッチングには何ら影響はない。すなわち、ウエハ用マスク４０の外形形状に倣って、ウエハＳを所望の外形形状（圧電振動片４の外形形状）に確実にエッチング加工することができる。なお、複数の圧電振動片４は、後に行う切断工程（Ｓ１１０）を行うまで、図示しない連結部を介してウエハＳに連結された状態となっている。

そして、図２１に示すように、フォトレジスト膜４２の開口部４２ａ（溝部１８の形成領域）から露出したウエハ用マスク４０を、ウェットエッチングにより除去する（Ｓ５０）。具体的には、フォトレジスト膜４２をマスクとしてエッチング加工することで、溝部１８の形成領域のウエハ用マスク４０を選択的に除去する。
続いて、図２２に示すように、再度パターニングされたウエハ用マスク４０及びフォトレジスト膜４２をマスクとして、ウエハＳの両面にウェットエッチングを行うことで溝部１８を形成する（Ｓ６０：溝部形成工程）。これにより、ウエハ用マスク４０でマスクされていない領域を選択的に除去して、圧電振動片４の振動腕部１０，１１上に溝部１８を形成することができる。

次に、図２３に示すように、溝部１８を形成した後、マスクとしていたフォトレジスト膜４２を除去し（Ｓ７０）、続いて図２４に示すようにウエハ用マスク４０を除去する（Ｓ８０）。以上により、図２４に示すように、振動腕部１０，１１上に溝部１８を有する複数の圧電振動片４が、ウエハＳに連結された状態で形成される。
そして、ウエハＳに複数の圧電振動片４が連結された状態で、圧電振動片４の外表面上に励振電極１５、引き出し電極１９，２０及びマウント電極１６，１７を形成する電極形成工程を行う（Ｓ９０）。

また、上記電極形成工程が終了した後、一対の振動腕部１０，１１の先端に周波数調整用の粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂからなる重り金属膜２１（例えば、銀や金等）を被膜させる（Ｓ１００）。
最後に、ウエハＳと圧電振動片４とを連結していた連結部を切断して、複数の圧電振動片４をウエハＳから切り離して小片化する切断工程を行う（Ｓ１１０）。これにより、ウエハＳから、励振電極１４、引き出し電極１９，２０及びマウント電極１６，１７が形成された圧電振動片４を一度に複数製造することができる。

ここで、フォトレジスト膜４２の重ね合わせ精度がずれた場合について説明する。図２５〜２８は、同一ウエハ上において、フォトレジスト膜がずれた場合を示す圧電振動片を製造する際の工程図であって、図９のＣ−Ｃ線に相当するウエハの断面図である。なお、以下の説明では、上述した溝パターン形成工程（Ｓ３０）以降の工程について説明する。

溝パターン形成時において、フォトレジスト膜４２の重ね合わせ精度にずれが生じた場合には、例えば、図２５に示すように、フォトレジスト膜４２の幅方向一端側はウエハ用マスク４０の幅方向一端側と面一になる一方、フォトレジスト膜４２の他端側はウエハ用マスク４０の幅方向他端側を覆ってウエハＳの主面上まで達した状態となる。そのため、フォトレジスト膜４２の開口部４２ａの幅方向における中心は、ウエハ用マスク４０の幅方向における中心から他端側寄りにずれている。

しかしながら、本実施形態では、フォトレジスト膜４２のウエハ用マスク４０の外周縁からの拡大代を、ウエハ用マスク４０のよりも３μｍ以上１０μｍ以下の範囲で長く設定しているため、フォトレジスト膜４２の重ね合わせ精度にずれが生じた場合であっても、フォトレジスト膜４２によりウエハ用マスク４０を被覆することができる。
しかも、図２６に示すように、外形形成工程においても、フォトレジスト膜４２とウエハＳとの間にエッチャントが入り込んでいくので、ウエハ用マスク４０の外形形状に倣って、ウエハＳを所望の外形形状（圧電振動片４の外形形状）に確実にエッチング加工することができる。その後、フォトレジスト膜４２の開口部４２ａ（溝部１８の形成領域）から露出したウエハ用マスク４０を、ウェットエッチングにより除去する。そのため、ウエハ用マスク４０の開口部分は、幅方向中心より他端側寄りに形成される。

そして、図２７に示すように、ウエハ用マスク４０及びフォトレジスト膜４２をマスクとして、ウエハＳの両面にウェットエッチングを行うことで溝部１８を形成する。この時、フォトレジスト膜４２が所望の位置で重ね合わされた場合に比べて、溝部１８が若干ずれることになるが、圧電振動片４の外周部分はウエハ用マスク４０及びフォトレジスト膜４２によって確実に保護されている。すなわち、同一ウエハＳ上において、フォトレジスト膜４２の重ね合わせ精度にずれが生じた場合であっても、図２８に示すように、圧電振動片４自体の体積は各圧電振動片４間で変わらないため、各圧電振動片４によって同様の振動特性を発揮させることができる。

このように、本実施形態では、溝パターン形成工程（Ｓ３０）において、ウエハ用マスク４０上に溝部１８の形成領域に開口部４２ａを有するとともに、圧電振動片４（ウエハ用マスク４０）の外形形状よりも大きいフォトレジスト膜４２を形成する構成とした。
この構成によれば、フォトレジスト膜４２がフォトレジスト膜４１よりも大きく形成されているので、例えフォトレジスト膜４２の重ね合わせ精度にバラツキが生じた場合であっても、フォトレジスト膜４２によって、溝部１８の形成領域（開口部４２ａ）を除くウエハ用マスク４０上が完全に被覆される確率が高くなる。すなわち、圧電振動片４の形成領域が、フォトレジスト膜４２から露出することを防止できる。これにより、開口部４２ａから露出しているウエハ用マスク４０を除去する際に、ウエハ用マスク４０の外周部分を除去してしまうことがない。そのため、溝部１８を形成する際に、圧電振動片４の外周部分を除去してしまうことなく溝部１８を形成することができる。その結果、所望の外形形状に圧電振動片４を形作ることができる。すなわち、重ね合わせ精度のバラツキによる、圧電振動片４の外形形状のバラツキを効果的に抑制することができる。
したがって、圧電振動片４の周波数のバラツキを抑制し、安定した振動特性を有する高性能な圧電振動子１をウエハＳ上で一括して製造することができる。そして、本実施形態の圧電振動子１は、上述した製造方法で製造された圧電振動片４を備えているので、小型で高性能な圧電振動子１を提供することができる。
また、本実施形態によれば、フォトレジスト膜４２の外形形状を圧電振動片４の外形形状に比べて大きく形成するのみであるので、製造効率の低下及び製造コストの増加を抑えた上で、安定した振動特性を有する圧電振動片４を提供することができる。

（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２９を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２９に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上述した集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、この圧電振動子１内の圧電振動片４が振動する。この振動は、圧電振動片４が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図３０を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図３０に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、このＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、このＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片４が振動し、この振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

すなわち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。

（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図３１を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図３１に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上述した搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、圧電振動子の一例として、表面実装型の圧電振動子１を例に挙げて説明したが、この圧電振動子１に限定されるものではない。例えば、シリンダパッケージタイプの圧電振動子や、セラミックパッケージタイプの圧電振動子にも本発明を適用することができる。また、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。

また、上述した圧電振動片４は、上述した製造方法以外にも種々の製造方法で製造することが可能である。例えば、上述した実施形態ではフォトレジスト膜４２を形成した後に、外形形成工程（Ｓ４０）及び溝部形成工程（Ｓ５０）を連続して行う場合について説明したが、フォトレジスト膜４２を形成する前段でウエハ用マスク４０のみをマスクにして外形形成工程を行ってもよい。この場合は、溝部１８を除く圧電振動片４の外形形状が形成された後に、フォトレジスト膜４２を形成して溝部形成工程を行うことになる。
また、上述した実施形態では、各エッチング加工時において、主としてウェットエッチングを行う場合について説明したが、ドライエッチングを採用することも可能である。

１…圧電振動子 ４…圧電振動片 １０，１１…振動腕部（振動領域） １２…基部 １８…溝部 ４０…ウエハ用マスク（第１マスク） ４２…フォトレジスト膜（第２マスク） ４２ａ…開口部 １００…発振器 １０１…発振器の集積回路 １１０…携帯情報機器（電子機器） １１３…電子機器の計時部 １３０…電波時計 １３１…電波時計のフィルタ部

Claims (4)

1. 平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部上に前記振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部とを備えた圧電振動片を、ウエハから製造する圧電振動片の製造方法であって、
   前記ウエハ上の前記圧電振動片の形成領域に、前記圧電振動片の外形形状と同等の外形形状を有し、前記圧電振動片の外形および前記溝部を形成するための第１マスクを形成する第１マスク形成工程と、
   前記第１マスク上に、前記溝部の形成領域に開口部を有する第２マスクを形成する第２マスク形成工程と、
   前記第２マスクをマスクとして、前記開口部から露出している前記第１マスクを除去する工程と、を有し、
   前記第２マスク形成工程では、前記圧電振動片の外形形状より大きい外形形状を有する前記第２マスクを形成し、前記第２マスクの前記圧電振動片の外周縁からの拡大代を３μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 前記第２マスクを、前記圧電振動片よりも前記圧電振動片の少なくとも前記長手方向に直交する短手方向に沿って大きく形成することを特徴とする請求項１記載の圧電振動片の製造方法。
3. 前記第２マスク形成工程の後であって前記第１マスクを除去する工程の前に、前記第１マスクをマスクとして、前記ウエハから前記圧電振動片の外形を形成する工程と、
   前記第１マスクを除去する工程の後に、前記第１マスクをマスクとして、前記溝部を形成する工程とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 前記圧電振動片の外形を形成する工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする請求項３記載の圧電振動片の製造方法。

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