JP5973212B2 - 音叉型圧電振動子の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は携帯電話などの発信回路に用いられる音叉型圧電振動子の製造方法に関する。
音叉型圧電振動子１１０は、水晶などの圧電材料からなり、基部１０１と基部１０１から同じ方向に平行に延びる振動腕１０２から形成され、その振動腕１０２には、表裏面の長さ方向に長溝１０３が形成されている。図７は、音叉型圧電振動子の概略斜視図である。振動腕１０２の側面や長溝１０３の内側面には、励振電極が形成され、励振電極に印加電圧を加えることで電界が発生し、屈曲振動をする。その音叉型圧電振動子１１０の振動腕１０２及び長溝１０３を形成する手法として、一般的には、まず圧電基板をエッチングして音叉形状の外形を形成し、次に長溝をハーフエッチングする手法が知られている。
長溝１０３のハーフエッチングでは、長溝１０３の形状に合わせた開口部１０７を有するエッチング耐蝕膜１０４を形成し、圧電材料に応じたエッチング液で、ハーフエッチングするが、水晶などの圧電材料は、結晶面に対してエッチング異方性によりエッチングスピードが異なるため、図８に示すように、長溝１０３には他の領域と比べ厚く残る残渣１０８ができてしまい、長溝１０３の溝底は傾斜して平らな面を形成することが困難である。このため、振動腕１０２の側面および長溝１０３の内側面に励振電極１０６を形成しても、図９に示すように、振動腕１０２の幅方向の長溝１０３の断面形状が左右非対称に形成されるため、振動腕１０２の左右の壁では、電界効率が異なることより、屈曲バランスが悪化してしまい、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の増大を招く。
長溝の形成を特許文献１などに記載されているように、複数回に分けてエッチングを行なうことで、長溝の断面形状を対称にする手法が提案されているが、長溝の形成工程が煩雑化し、生産コストが増加するという問題が生じる。
また、図１０に示すように、狭い溝幅の長溝１０３を複数設けることで残渣を小さくすることができる。しかし、溝幅が狭いために、溝開口部が狭くなり、励振電極１０６をスパッタリングで成膜する際、スパッタ膜が溝底まで形成できず、長溝１０３の内側面への励振電極１０６の形成領域が狭くなり、電界効率が低下悪くなり、ＣＩ値が増大するという問題が生じる。
本発明は、エッチング工程を簡素化しつつ、圧電材料のエッチング異方性の影響を抑え、屈曲バランスの良い圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。
圧電材料からなり、基部と、該基部から延在する複数の振動腕とを有し、前記振動腕に長溝を備える音叉型圧電振動子の製造方法であって、前記圧電基板にエッチング耐蝕膜を形成する工程と、前記エッチング耐蝕膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記長溝を形成する領域上の前記レジスト膜および前記エッチング耐蝕膜に、前記長溝を形成する領域で前記振動腕の幅方向に分割する複数の開口部を形成する工程と、前記圧電基板のエッチング異方性によって、残渣が出やすい側の前記開口部の幅を、残渣が出にくい側の前記開口部の幅より狭くした前記エッチング耐蝕膜をエッチングマスクとして、前記圧電基板をエッチングし前記長溝の底部が前記圧電基板の表面に略平行な平坦面となるよう前記長溝を形成する工程と、を有することを特徴とする音叉型圧電振動子の製造方法。
長溝を形成する工程は、音叉形状を形成する工程と異なる音叉型圧電振動子の製造方法。
長溝を形成する工程は、音叉形状を形成する工程と同時に行われる音叉型圧電振動子の製造方法。
従来厚く残っていた部分が除去され、長溝の底部が平らになることにより、振動腕の左右の振動バランスが改善されるので、Ｚ方向の変位やＹ方向の変位を抑え、ＣＩ値を低減することができる。また、最終的に複数の長溝ではなく単一の長溝が形成され、溝の開口部が広くなる。このため、複数の長溝では、溝開口部が狭くなり、励振電極をスパッタリングする際、スパッタ膜が溝底まで届かず、駆動電極として正常に働かないという問題についても解決できる。
本発明により、エッチング工程を簡素化しつつ、圧電材料のエッチング異方性の影響を抑え、屈曲バランスの良い圧電振動子の製造方法を提供することが可能となった。
本発明の実施の形態を、音叉型水晶振動子を例に、図を用いて説明する。水晶基板には、基部１とその基部１から同じ方向に平行に延びる振動腕２から形成される音叉型水晶振動子１０が複数形成される。本実施例では、音叉形状を形成した後の、振動腕の表面に長溝を形成するプロセスを説明する。
まず、全長約１３５０μｍ、幅約５４０μｍ、厚さ約１３０μｍの複数の音叉型水晶振動子１０を水晶基板に形成した後、長溝形成のための水晶エッチングのエッチングマスクとなるエッチング耐蝕膜４をスパッタで成膜する。エッチング耐蝕膜４には、水晶のエッチング液であるフッ酸に耐性のあるＡｕ、その下地膜としてＣｒが一般に用いられる。
複数の音叉型水晶振動子１０を形成した水晶基板にエッチング耐蝕膜４を形成した後、スピンコーターやスプレーコーターを用いて、レジスト膜５を水晶基板の両面に形成する。
図１および図２に示すように、フォトリソ技術を用いて、レジスト膜５およびエッチング耐蝕膜４に、長溝３を形成するための複数の開口部７を形成する。複数の開口部７は、音叉型水晶振動子１０の振動腕２の長溝形成領域３ａを、振動腕２の幅方向に分割するように形成する。複数の開口部７の幅を、残渣の出やすい側からａ、ｃ、ｅとし、開口部間のレジスト膜５およびエッチング耐蝕膜４の幅を、ｂ、ｄとする。
本実施例では、長さ約９７０μｍ、幅約５２μｍの振動腕２に、長さ約６７０μｍ、幅約３７μｍの長溝３を形成するための複数の開口部７の幅は、ａを７μｍ、ｃとｅを９μｍ、開口部間の幅ｂ、ｄを３μｍとした。振動腕２の幅方向に並べて形成した複数の開口部７で、特に、長溝３の内部に残渣が出やすい側の開口部７の幅ａを、残渣が出にくい側の開口部７の幅ｃ、ｅより狭くすることで、長溝３の側壁を、より左右対称に形成することが可能となる。尚、本実施例では、３つの開口部７を形成したが、これに限定されるのではなく、形成する長溝に合わせて、２つでも、４つ以上でも良い。
長溝３のエッチング過程を説明する。水晶音叉振動子１０を形成した水晶基板をエッチング液に浸漬すると、まず、図３に示すように、複数の開口部７から振動腕２の厚み方向（長溝の深さ方向）に水晶のエッチングが始まり、複数の開口部７に応じた複数の溝が形成される。
エッチングが進むと、振動腕２の厚み方向だけでなく、振動腕２の幅方向へもエッチングが進み、図４に示すように、複数の溝の間の壁がエッチングされ、底部に凸部８がある一つの長溝３となる。さらにエッチングが進み、長溝３の深さが６０μｍ程度になると、長溝３の底部にあった凸部８も除去され、図５に示すように、水晶基板の表面に略平行な平坦面となり、残渣の発生を抑え略左右対称の断面を備えた長溝３が形成される。
長溝３を形成した後、レジスト膜５やエッチング耐蝕膜４を除去し、音叉型水晶振動子１０の表面に電極膜を形成する。図６に示すように、振動腕２の側面と長溝３の内側面には、励振電極６を形成し、屈曲モードで振動するように電気的な配線を行なう。長溝３の底部が、水晶基板の表面に略平行な平坦面となり、長溝３の開口も広く形成されているので、長溝３の内側面への電極膜形成の作業性も良く、振動腕の左右の壁で、電界効率が同等になり、屈曲バランスが良い音叉型水晶振動子となる。
本実施例では、音叉形状を形成した後に、長溝を形成したが、これに限定するものではなく、音叉形状の形成前や、音叉形状の形成と同時に行なっても良い。
また、水晶以外にも、タンタル酸リチウムや、ランガサイトなどの圧電材料を用いた圧電振動子に適用できる。
１ 基部
２ 振動腕
３ 長溝
３ａ 長溝形成領域
４ エッチング耐蝕膜
５ レジスト膜
６ 励振電極
７ 開口部
８ 凸部
１０ 音叉型水晶振動子
１０１ 基部
１０２ 振動腕
１０３ 長溝
１０４ エッチング耐蝕膜
１０５ レジスト膜
１０６ 励振電極
１０７ 開口部
１０８ 残渣
１１０ 音叉型圧電振動子
２ 振動腕
３ 長溝
３ａ 長溝形成領域
４ エッチング耐蝕膜
５ レジスト膜
６ 励振電極
７ 開口部
８ 凸部
１０ 音叉型水晶振動子
１０１ 基部
１０２ 振動腕
１０３ 長溝
１０４ エッチング耐蝕膜
１０５ レジスト膜
１０６ 励振電極
１０７ 開口部
１０８ 残渣
１１０ 音叉型圧電振動子
Claims (3)
- 圧電材料からなり、基部と、該基部から延在する複数の振動腕とを有し、前記振動腕に長溝を備える音叉型圧電振動子の製造方法であって、前記圧電基板にエッチング耐蝕膜を形成する工程と、前記エッチング耐蝕膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記長溝を形成する領域上の前記レジスト膜および前記エッチング耐蝕膜に、前記長溝を形成する領域で前記振動腕の幅方向に分割する複数の開口部を形成する工程と、前記圧電基板のエッチング異方性によって、残渣が出やすい側の前記開口部の幅を、残渣が出にくい側の前記開口部の幅より狭くした前記エッチング耐蝕膜をエッチングマスクとして、前記圧電基板をエッチングし前記長溝の底部が前記圧電基板の表面に略平行な平坦面となるよう前記長溝を形成する工程と、を有することを特徴とする音叉型圧電振動子の製造方法。
- 前記長溝を形成する工程は、音叉形状を形成する工程と異なることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動子の製造方法。
- 前記長溝を形成する工程は、音叉形状を形成する工程と同時に行われることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動子の製造方法。
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