JP5584728B2 - 音叉型圧電振動片および振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電材料よりなる音叉型の圧電振動片、この圧電振動片を有する圧電デバイスに関する。より詳細には強度を増した音叉型圧電振動片に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話などのクロック源等において、音叉型圧電振動片や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。そして、これら製品の小型化の要求に伴って、音叉型圧電振動片などの小型化がさらに求められている。

たとえば、特許文献１に開示されるような溝部付の音叉型圧電振動片が提案されている。溝部付の音叉型圧電振動片は、振動片の大きさを小型化しても、振動腕の振動損失が低くＣＩ値（クリスタルインピーダンスまたは等価直列抵抗）も低く抑えることができるという特性を有する。このため、溝部付の音叉型圧電振動片は、たとえば特に小型でも高精度な性能が求められる振動子に適用されている。溝部付の音叉型圧電振動片の大きさとしては、振動腕の長さが１．６４４ｍｍ、振動腕の幅が０．１ｍｍとなっており、この振動腕に幅０．０７ｍｍの幅で溝が形成されている。さらに、基部は縦方向の長さが０．５６ｍｍとなり、全体として小型化された音叉型圧電振動片である。

特開２００２−２６１５７５号公報

このような音叉型圧電振動片は非常に小さいものであり、製造途中において破損してしまうことがある。また、このような音叉型圧電振動片をパッケージングした音叉型圧電振動子を、実際に電子機器等に使用すると、使用者の不注意等により電子機器等が落下し、この落下等により音叉型圧電振動子も衝撃を受けることになる。この衝撃で音叉型圧電振動片が発振する周波数が大きく変化すると、音叉型圧電振動片および圧電デバイスの不良の原因となる。さらに、音叉型圧電振動片の基部を小さくすると、振動腕に垂直方向成分を有した振動が生じた際に、振動腕の振動が基部へ漏れ、その振動を抑えることができない。

本発明の目的は、音叉型圧電振動片の製造途中において破損しにくくするとともに、音叉型圧電振動子を衝撃または振動に強くした音叉型圧電振動片または音叉型圧電振動子を提供することである。

第１の観点の音叉型圧電振動片は、第１厚さの基部と、第１厚さよりも薄い第２厚さで基部の一端部より突出して形成される第１および第２の振動腕と、を有する。
上記構成によれば、第１および第２の振動腕が基部よりも薄い。振動腕の厚みは周波数振動数によって凡その大きさが決まるので、逆に言えば、基部が振動腕に比べて厚いことを意味する。基部が厚いため、音叉型圧電振動片が製造過程において破損しにくく、また、パッケージされた圧電振動子であっても、衝撃・振動に強くなる。

第２の観点の音叉型圧電振動片は、第１厚さは、第２厚さよりも５パーセント以上厚い。
上記構成によれば、基部の第１厚さが、振動腕の第２厚さよりも５パーセント程度厚いため、振動腕が振動する際に図１（ａ）に示すようなＸ方向成分だけでなく、Ｚ方向の成分を有した振動を生じても、振動腕のＺ方向成分の振動が基部へ漏れる振動を緩和することができる。基部の第１厚さが振動腕の第２厚さより厚くなればなるほど基部の体積が大きくなり、振動腕の漏れ振動を基部で緩和することができる。

第３の観点の音叉型圧電振動片は、第１厚さは、第２厚さの５倍以内である。
基部の第１厚さが厚くなればなるほど、音叉型圧電振動片が製造過程において破損しにくく、また、振動腕の漏れ振動を基部で緩和することができるが、基部の第１厚さと振動腕の第２厚さとの差異が大きくなると、無駄にする圧電材料が増えるとともに、製造時間、たとえば、圧電材料のエッチング時間がかかることになる。このため、第１厚さが第２厚さの５倍以内であれば、製造コストの観点から適している。

第４の観点の感光剤塗布方法は、振動腕の先端部または中間部において第２厚さよりも厚い第３厚さを有する。
振動腕の先端部または中間部が厚い第３厚さを有していれば、振動腕の重量が増すことで、振動腕が振動しやすくなる。このため所定の振動周波数を得るために必要な振動腕の腕長さを短くすることができる。したがって、さらに小型化の音叉型圧電振動片を提供できることになる。

第５の観点の音叉型圧電振動片は、基部の一端部は第１幅を有し、基部の他端部は第１幅よりも幅の広い第２幅を有する。
振動腕が振動する際に図１（ａ）に示すようなＸ方向成分だけでなく、Ｚ方向の成分を有した振動を生じても、振動腕のＺ方向成分の振動が基部へ漏れる振動を緩和することができる。

第６の観点の音叉型圧電振動片によれば、基部の一端部と他端部との間に、第１幅よりも狭い第３幅の切り込む部が形成されている。
振動腕が振動する際に図１（ａ）に示すようなＸ方向成分だけでなく、Ｚ方向の成分を有した振動を生じても、振動腕のＺ方向成分の振動が基部へ漏れる振動を緩和することができる。また、幅の狭い切り込み部が形成されていても、基部の厚みが厚いため、音叉型圧電振動片が製造過程において破損しにくく、また、パッケージされた圧電振動子であっても、衝撃・振動に強くなる。

第７の観点の音叉型圧電振動片は、第１および第２の振動腕には、溝部が形成されるとともにその溝部に導電パターンが形成される。
上記構成によれば、音叉型圧電振動片の振動腕の腕長さを短くしても、ＣＩ値の上昇およびＣＩ値のばらつきを抑えることができる。

また第８の観点の音叉型圧電振動片は、基部の第一面と振動腕の第一面とは同一面であり、基部の第二面と振動腕の第二面とが異なる高さである。
図１（ｂ）に示すように基部２９の両面と振動腕２１の両面とに段差を形成するには、露光（リソグラフィ）工程とエッチング工程とを行う際には、表面と裏面とに位置ズレなくフォトマスクを露光する必要がある。一方、図３（ｂ）のように基部４９の片面と振動腕４１の片面のみに段差を形成するには、片面のみを露光してエッチングすれば、基部の第二面と振動腕の第二面とを異なる高さにすることができる。露光しない基部の第一面と振動腕の第一面とは同一面となるが、基部の第１厚さが振動腕の第２厚さより厚くなるため、音叉型圧電振動片が製造過程において破損しにくい。それでありながら、露光工程の際に両面を露光する必要が無く製造が簡単になる。

また第９の観点の振動デバイスは、第１の観点ないし第９の観点の音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片を真空封止するパッケージとを備える。
振動デバイスとしても、衝撃または振動に強くなる。

また第１０の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第１フォトマスクを使用して音叉型圧電振動片の外形形状を形成する工程と、第１フォトマスクと異なる第２フォトマスクを使用して、第１および第２の振動腕の厚みを薄くする工程と、を有する
振動腕を基部の厚さより薄くするために第１フォトマスクと第２フォトマスクを使用することで正確な位置調整ができるとともに厚さ調整が可能となる。

本発明によれば、非常に小さな音叉型圧電振動片が、製造途中において破損してしまうおそれを少なくするとともに、このような音叉型圧電振動片をパッケージングした音叉型圧電振動子が衝撃または振動を受けた際にも、安定した周波数振動を行うことができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（ａ）は、第１の音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、(ｂ)は、その即面図である。（ｃ）は、一本の振動腕２１のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は、第２の音叉型水晶振動片３０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、第３の音叉型水晶振動片４０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。 音叉型水晶振動片２０などを使ったセラミックパケージ音叉型振動子５０、音叉型水晶発振器６０およびシリンダータイプ音叉振動子７０を示した図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの音叉型水晶振動片の外形形状を形成する工程のフローチャート、外形フォトマスク９１の図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの振動腕２１を薄くする段差工程のフローチャート、段差用フォトマスク９２の図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの振動腕の溝部２１１を形成する工程のフローチャート、溝部フォトマスク９３を示した図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの導電パターン、パッケージングの工程を示すフローチャートである。 近接露光装置１００の構成例を示す側面図である。

＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
＜＜実施形態１＞＞
図１（ａ）は、第１の音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。（ｃ）は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＣ−Ｃ断面図である。第１の音叉型水晶振動片２０の母材は、水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。図１（ａ）に示すように、第１の音叉型水晶振動片２０は、第１基部２９−１と第２基部２９−２とから構成される基部２９と、この第１基部２９−１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。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で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた水晶振動片であってもよい。

第１の音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっている。図１（ａ）において、振動腕２１の長さＬ１は、１．５０ｍｍから１．７０ｍｍであり、基部２９の長さＬ２は０．５０ｍｍから０．７０ｍｍ程度であり、第１の音叉型水晶振動片２０の全体の長さが２．００ｍｍから２．４０ｍｍ程度である。第１基部２９−１の幅Ｗ１は０．３４ｍｍから０．５０ｍｍ、第２基部２９−２の幅Ｗ２は０．４０ｍｍから０．６０ｍｍ程度である。振動腕２１の幅Ｗ３は０．０８ｍｍから０．１３ｍｍ程度である。図１（ｂ）に示すように、振動腕２１の厚さＤ１は、０．０８ｍｍから０．１３ｍｍであり、基部２９の厚さＤ２は０．０８５ｍｍから０．５０ｍｍ程度である。基部の厚さＤ２の方が少なくとも振動腕２１の厚さＤ１より５μｍ以上厚い。つまり約５パーセント程度厚くなっており、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が基部へ漏れる振動を緩和することができる。また基部の厚さＤ２は、０．５ｍｍよりも薄く、つまり５倍以内としている。振動腕２１との厚さの違いが大きくなるとウェットエッチングなどの工程で時間がかかり、また無駄になる水晶の量が多くなる。このため、製造コストを考えて０．５ｍｍよりも小さくしている。０．５ｍｍよりも小さくしている。

振動腕２１の厚さＤ１から基部２９の厚さＤ２へ厚くなるため、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が第２基部２９−２へ漏れる振動を緩和することができる。さらに、基部の厚さＤ２が厚いため、製造途中において破損することが少なくなり、また、衝撃や振動にも強くなる。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏面には、溝部２１１が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２１１が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２１１が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２１１が形成される。溝部２１１の深さは、振動腕２１の厚さの約３５〜４５％である。溝部２１１の幅Ｗ４は、振動腕２１の幅Ｗ３の約６５〜８５％である。表裏面に溝部２１１があるため、図１（ｃ）に示すように、溝部２１１の断面は、Ｈ型に形成されている。溝部２１１は、ＣＩ値の上昇およびＣＩ値のばらつきを抑えるために設けられている。

第１の音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が板状に形成されている。第１基部２９−１の幅Ｗ１と第２基部２９−２の幅Ｗ２との差異があるため、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が第２基部２９−２へ漏れる振動を緩和することができる。第１の音叉型水晶振動片２０の基部２９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と第１の音叉型水晶振動片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１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）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Ａｌ（アルミ）層が用いられる。

第１の音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１（ａ）に示すように、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の溝部２１１には、第１溝電極２３ｄ，第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１（ｃ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第２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１側面電極２３ｃが形成されている。

＜＜実施形態２＞＞
図２は、別の実施形態である第２の音叉型水晶振動片３０である。（ａ）は、第２の音叉型水晶振動片３０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。実施形態で示した第１の音叉型水晶振動片２０と異なる部分のみ符号が異なり、同じ部分には同じ符号を付している。第２の音叉型水晶振動片３０も、たとえば３２．７６８ＫＨｚで信号を発信する振動片ある。

実施形態２の第２の音叉型水晶振動片３０が、第１の音叉型水晶振動片２０と大きく異なるところは、振動腕３１の先端部３２も厚くなっている点である。また、音叉型水晶振動片３０の振動腕３１には、一本の振動腕３１の表面に１つの溝部３１１が形成されており、振動腕３１の裏面側にも同様に１つの溝部３１１が形成されている点が異なり、また、基部３９が第３基部３９−３を有している点が異なる。

第２の音叉型水晶振動片３０は、第１の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１と先端形状が異なる振動腕３１を有し、また、基部２９と異なる形状の基部３９を有している。
振動腕３１の長さＬ３は、１．２０ｍｍから１．５０ｍｍであり、基部３９の長さＬ２は０．５０ｍｍから０．７０ｍｍ程度であり、第２の音叉型水晶振動片３０の全体の長さが１．７０ｍｍから２．２０ｍｍ程度である。振動腕３１の幅Ｗ３は０．０８ｍｍから０．１３ｍｍ程度である。図２（ｂ）に示すように、振動腕３１の厚さＤ１は、０．０８ｍｍから０．１３ｍｍである。但し、振動腕３１の先端部３２の厚さＤ３は、０．０８５ｍｍから０．５０ｍｍである。この先端部３２の長さＬ４は、０．１０ｍｍから０．７０ｍｍ程度である。先端部３２の長さＬ４が０．７０ｍｍのときには、溝部３１１の先端とほぼ接する程度にまで、先端部の厚さＤ３が厚いことになる。

この振動腕３１の先端部３２は、振動腕３１の根元側よりも厚みが厚いため重たくなっており、振動腕３１が振動しやすくなっている。このため、振動腕３１の長さＬ３は、実施形態１の振動腕２１の長さＬ１よりも短くなっている。このため、実施形態２の振動腕３１は、衝撃などの強度の確保とともに音叉型水晶振動片３０の小型化を図ることができる。

図示しないが、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とは絶縁された金属膜を形成し、振動腕３１の先端部３２をより重たくしてもよい。また、振動腕３１の厚い箇所は先端部３２ではなく、振動腕３１の先端と溝部３１１の先端との中間部に設けてもよい。

基部３９は、第１基部３９−１、第２基部３９−２および第３基部３９−３から構成される。第１基部３９−１の幅Ｗ１は０．３４ｍｍから０．５０ｍｍ、第２基部３９−２の幅Ｗ２は０．４０ｍｍから０．６０ｍｍ、第３基部３９−３の幅Ｗ５は０．２５ｍｍから０．４０ｍｍ程度である。基部３９の厚さＤ２は０．０８５ｍｍから０．５０ｍｍ程度である。すなわち、第３基部３９−３は、第１基部３９−１と第２基部３９−２との間で、切れ込み部を形成している。この切れ込み部は、振動腕３１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕３１の振動が第２基部３９−２へ漏れる振動を緩和することができる。また、第３基部３９−３の幅Ｗ５は細くなっても、基部３９の厚さＤ２が厚いので、製造途中において破損することが少なくなり、また、衝撃や振動にも強くなる。

＜＜実施形態３＞＞
図３は、別の実施形態である第３の音叉型水晶振動片４０である。（ａ）は、第３の音叉型水晶振動片４０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。実施形態で示した第１の音叉型水晶振動片２０と異なる部分のみ符号が異なり、同じ部分には同じ符号を付している。第３の音叉型水晶振動片４０も、たとえば３２．７６８ＫＨｚで信号を発信する振動片ある。

実施形態３の第３の音叉型水晶振動片４０が、第１の音叉型水晶振動片２０または第２の音叉型水晶振動片３０と大きく異なるところは、（ｂ）の側面図から理解できるように、振動腕４１の片面と基部４９の片側とは同一面で、基部４９の他方の片側のみ厚くなっているところである。

第３の音叉型水晶振動片４０は、第１の音叉型水晶振動片２０と平面形状は同じであり、側面のみ形状が異なる。このため、図３（ａ）に示す第３の音叉型水晶振動片４０の寸法は、第１の音叉型水晶振動片２０と同じである。一方、図３（ｂ）に示すように、振動腕３１の厚さＤ１は、０．０８ｍｍから０．１３ｍｍである。基部４９の厚さＤ４は０．０８５ｍｍから０．５０ｍｍ程度である。基部の厚さＤ２の方が少なくとも振動腕４１の厚さＤ１より５μｍ以上厚く、また基部の厚さＤ２は、０．５ｍｍよりも小さくしている。振動腕２１との厚さの違いが大きくなるとウェットエッチングなどの工程で時間がかかり、また無駄になる水晶の量が多くなる。このため、製造コストを考えて０．５ｍｍよりも小さくしている。０．５ｍｍよりも小さくしている。

第３の音叉型水晶振動片４０の基部４９は、その全体が板状に形成されている。第１基部４９−１の幅Ｗ１と第２基部４９−２の幅Ｗ２との差異があるため、振動腕４１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕４１の振動が第２基部４９−２へ漏れる振動を緩和することができる。

＜＜他の実施形態＞＞
図では示さないが、図３に示した第３の音叉型水晶振動片４０の振動腕４１に、図２に示した実施形態２の厚い先端部３２を形成したり、一本の振動腕４１の表面に１つの溝部３１１を形成したりしてもよい。また、第３の音叉型水晶振動片４０の基部４９に、図２に示した切れ込み形状の第３基部３９−３を形成してもよい。
本発明では、振動腕２１、３１および４１よりも、基部２９、３９および４９が厚い。このため、音叉型水晶振動片の製造途中において破損することが少なくなり、また、音叉型水晶振動片は衝撃や振動に対して強くなる。

＜セラミックパケージ音叉型振動子の構成＞
図４（ａ）は、本実施形態に係るセラミックパケージ音叉型振動子５０を示す図である。
このセラミックパケージ音叉型振動子５０は、上述の第１の音叉型水晶振動片２０、第２の音叉型水晶振動片３０または第３の音叉型水晶振動片４０を使用している。図４（ａ）は、セラミックパケージ音叉型振動子５０の構成を示す概略断面図である。セラミックパケージ音叉型振動子５０は、その内側に空間を有する箱状のパッケージ５２を有している。このパッケージ５２には、その底部にベース部５４を備えている。このベース部５４は、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基板を積層し、焼結して形成されている。

ベース部５４の上には、封止材５８が設けられており、この封止材５８は、蓋体５６と同様の材料から形成されている。また、この封止材５８の上には蓋体５６が載置され、これらベース部５４、封止材５８および蓋体５６で、中空の箱体を形成することになる。コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体５６はシーム溶接等の手法により、ベース部５４に対して固定される。

このように形成されているパッケージ５２のベース部５４上にはパッケージ側電極５９が設けられている。このパッケージ側電極の上には導電性接着剤５９を介して第１の音叉型水晶振動片２０、第２の音叉型水晶振動片３０または第３の音叉型水晶振動片４０の基部電極２３ａ、２５ａが電気的に接続される。パッケージ側電極は、パーケージの外側に形成された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が施された電極部に接続される。

この第１の音叉型水晶振動片２０、第２の音叉型水晶振動片３０または第３の音叉型水晶振動片４０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。このとき、基部２９、基部３９または基部４９が振動腕よりも厚いため、音叉型水晶振動片が衝撃や振動に対して強くなる。

＜音叉水晶発振器の構成＞
図４（ｂ）は、音叉水晶発振器６０を示す図である。このデジタル音叉水晶発振器６０は、上述のセラミックパケージ音叉型振動子５０と多くの部分で構成が共通している。したがって、セラミックパケージ音叉型振動子５０と同じ構成、作用等については、同一符号を付する等して、その説明を省略する。

図４（ｂ）に示す音叉型水晶発振器６０は、図４（ａ）に示すセラミックパッケージ音叉振動子５０のベース部５４の上に集積回路６１を配置したものである。すなわち、音叉水晶発振器６０では、その内部に配置された、第１の音叉型水晶振動片２０、第２の音叉型水晶振動片３０または第３の音叉型水晶振動片４０が振動すると、その振動は、集積回路６１に入力され、その後、所定の周波数信号を取り出すことで、発振器として機能することになる。

＜シリンダータイプ音叉水晶発振器の構成＞
図４（ｃ）は、シリンダータイプ音叉振動子７０を示す概略図である。このシリンダータイプ音叉振動子７０は、上述の第１の音叉型水晶振動片２０、第２の音叉型水晶振動片３０または第３の音叉型水晶振動片４０を使用している。
シリンダータイプ音叉振動子７０は、その内部に音叉型水晶振動片２０を収容するための金属製のキャップ７５を有している。このキャップ７５は、ステム７３に対して圧入され、その内部が真空状態に保持されるようになっている。また、キャップ７５に収容された音叉型水晶振動片２０を保持するためのリード７１が２本配置されている。

＜セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造工程＞
図５ないし図８は、図１で示した第１の音叉型水晶振動片２０を使って図４（ａ）に示したセラミックパケージ音叉型振動子５０を製造する工程を示したフローチャートである。音叉型水晶発振器６０またはシリンダータイプ音叉振動子７０の製造工程は、大筋は同じである。
＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
図５は、音叉型水晶振動片の外形形成の工程のフローチャートと、水晶振動片の外形形成に使用される外形フォトマスク９１の一部を示した図である。
ステップＳ１１２では、水晶単結晶ウエハ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、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ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。

ステップＳ１１４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ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Ｓ１１６では、図９に示す露光装置１００を用いて、外形フォトマスク９１のパターン９１−２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。水晶単結晶ウエハ１０の両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハ１０の両面に露光する。

外形フォトマスク９１は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠９１−１と音叉型振動片パターン９１−２とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部９１−３は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９１−３がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。音叉型振動片パターン９１−２は、図１で示した第１の音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１および基部２９の外形と一致する。

ステップＳ１１８では、水晶単結晶ウエハ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、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Ｓ１２０では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜を除去することによりに、図１示した第１の音叉型水晶振動片２０が形成される。ただし、水晶単結晶ウエハ１０と第１の音叉型水晶振動片２０とは、連結部２８で連結された状態であり、第１の音叉型水晶振動片２０は個々に切り取られていない。

＜＜振動腕の厚さを薄くする工程＞＞
図６は、振動腕の厚さを薄くする工程のフローチャートと、基部と振動腕とに段差を形成する段差用フォトマスク９２の一部を示した図である。
ステップＳ１２２では、第１の音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、水晶単結晶ウエハ１０の全面に、クロム層の上に金層を重ねた金属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。
ステップＳ１２４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジストをスピンコートまたはスプレーなどの手法で均一に塗布する。

次に、ステップＳ１２６では、図９に示す露光装置１００を用いて、段差用フォトマスク９２のパターン９２−２をフォトレジスト層が塗布された第１の音叉型水晶振動片２０に合わせて露光する。水晶単結晶ウエハ１０の両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハ１０の両面に露光する。なお、図３に示した第３の音叉型水晶振動片４０の場合には、片側からのみウェットエッチングを行うので、段差用フォトマスク９２のパターン９２−２を水晶単結晶ウエハ１０の片面のみに露光する。

段差用フォトマスク９２は、マスク枠９２−１と振動腕パターン９２−２とが石英ガラスの上にクロムで描かれている。振動腕パターン９２−２は、図１で示した第１の音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１の外形と一致する。なお、すでに外形が形成された第１の音叉型水晶振動片２０に対して露光するので、基部２９の方に広がらなければ、振動腕２１よりも大きなパターンであっても支障はない。
また図２に示した第２の音叉型水晶振動片３０の場合には、先端部３２をエッチングしないように遮光した段差用フォトマスク９２を用意する。

ステップＳ１２８では、水晶単結晶ウエハ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エッチングする。このウェットエッチングは、振動腕２１の厚さを薄くするためのものであるので、途中までエッチングを行ういわゆるハーフエッチングを行う。フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により、エッチング時間は変化するが、エッチング時間は約０．５時間ないし約２時間でよい。
ステップＳ１３０では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜を除去することによりに、振動腕２１の厚みが薄くなった第１の音叉型水晶振動片２０が形成される。

＜＜溝部の形成の工程＞＞
図７は、振動腕に溝部を形成する工程のフローチャートと、溝部を形成する溝部フォトマスク９３の一部を示した図である。
ステップＳ１３２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の全面に溝部２７を形成するための金属膜を形成する。
ステップＳ１３４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の形状が形成されているため、スプレーを使って側面にもフォトレジストを塗布する。

ステップＳ１３６では、溝部２７に対応した溝部フォトマスク９３を用意して、溝部パターン９３−２をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。溝部２７は振動腕２１の両面に形成する必要があるため、ステップＳ１２６では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。
溝部フォトマスク９３は、マスク枠９３−１と溝部パターン９３−２とが石英ガラスの上にクロムで描かれている。溝部パターン９３−２は、図１で示した溝部２１１の外形と一致する。

ステップＳ１３８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を除去する。次いで、溝部２１１のエッチングを行う。すなわち、溝部２１１と対応したフォトレジスト層から露出した水晶材料を、溝部２７の外形になるようにウェットエッチングを行う。溝部２７が貫通孔にならないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングを行う。
続いて、ステップＳ１４０で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に溝部２７が正確な位置に形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
図８は、電極パターンおよびパッケージングの工程のフローチャートである。
ステップＳ１４２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Ｓ１４４では、全面にフォトレジストをスプレーにより塗布する。
ステップＳ１４６では、電極パターンと対応した不図示の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を露光する。この電極パターンは第１の音叉型水晶振動片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Ｓ１４８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になる。
次いで、電極となる金属膜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Ｓ１５０でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、第１の音叉型水晶振動片２０に電極２３、２５などが正確な位置および電極幅で形成される。
ステップＳ１５２では、第１の音叉型水晶振動片２０の連結部２８を折り、水晶単結晶ウエハ１０から第１の音叉型水晶振動片２０を切り取る。

＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１５４では、図４（ａ）に示したセラミック製のパッケージ５２に音叉型水晶振動片２０を導電接着剤で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９の電極部２３ａ、２５ａを塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化する。さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１にレーザ光を照射して、振動腕２１の錘金属を蒸散・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Ｓ１５６で、真空チャンバ内などに水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、封止材５８により蓋体５９を封止する。続いてステップＳ１５８で、最後に音叉型振動子５０の駆動特性などの検査を行い、音叉型振動子５０を完成させる。

＜近接露光装置１００の構成＞
図７は、原板である外形フォトマスク９１、段差用フォトマスク９２または溝部フォトマスク９３の所定のパターンを露光基板である水晶単結晶ウエハ１０に露光する際に用いられる近接（プロキシミティ）露光装置１００の構成例を示す側面図である。この近接露光装置１００は、短波長の光線、たとえば３６５ｎｍの露光光ＩＬを照射する露光光源１０１と、露光光源１０１から照射された露光光ＩＬを露光マスク９１に対して平行光を導く、コンデンサーレンズ１０３Ｌ１および１０３Ｌ２からなる露光光学系１０３を有している。

さらに、近接露光装置１００は、外形フォトマスク９１、段差用フォトマスク９２または溝部フォトマスク９３を保持しＸＹ平面で移動可能なマスクステージ１０５と、水晶単結晶ウエハ１０を真空吸着する真空チャック１１４、この真空チャック１１４を備えるウエハステージ１１２とを有している。ウエハステージ１１２は、使用者の操作によって、ベース１１０上のＸＹ平面でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸を中心とした回転方向に移動することが可能である。ウエハステージ１１２は、Ｚ方向にも移動可能であり、水晶単結晶ウエハ１０と外形フォトマスク９１などとの間隔を微調整できる。具体的には、１ミクロンから十数ミクロンにまで近接できるように調整可能である。水晶単結晶ウエハ１０を真空チャック１１４に真空吸着したり真空開放したりして、水晶単結晶ウエハ１０は着脱可能になっている。

上記実施形態では、音叉型水晶振動片で説明してきたがこれに限定されることはなく、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。

１０ … 水晶単結晶ウエハ
２０ … 第１の音叉型水晶振動片、３０ … 第２の音叉型水晶振動片，４０ … 第３の音叉型水晶振動片
２１，３１，４１ … 振動腕
２９，３９，４９ … 基部
２３ … 第１電極パターン
２５ … 第２電極パターン
５０ … セラミックパケージ音叉型振動子
６０ … 音叉型水晶発振器
７０ … シリンダータイプ音叉振動子
９１，９２，９３ … フォトマスク

Claims (5)

1. 第１厚さの基部と、
   前記第１厚さよりも薄い第２厚さで前記基部の一端部より突出する第１および第２の振動腕と、を有し、
   前記第１および第２の振動腕の第２厚さの部分には、前記振動腕の延びる方向に延びた溝部が形成されるとともにその溝部に導電パターンが形成され、
   前記第１および第２の振動腕の先端と前記溝部の先端との中間部に、前記第１厚さと同じ厚さの箇所が形成され、その箇所から前記第１および第２の振動腕の先端までが前記第２厚さであることを特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 前記基部の一端部は第１幅を有し、前記基部の他端部は前記第１幅よりも幅の広い第２幅を有することを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
3. 前記基部の一端部と他端部との間に、前記第１幅よりも狭い第３幅の切り込み部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
4. 前記基部の第１面と前記振動腕の第１面とは同一面であり、前記基部の第２面と前記振動腕の第２面とが異なる高さである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音叉型圧電振動片。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
   前記音叉型圧電振動片を真空封止するパッケージと、
   を有する圧電デバイス。