JP6110663B2 - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器などに用いられる水晶振動子の製造方法に関する。

従来の水晶振動子の製造方法について、一般的な例を説明する。まず、セラミックなどからなるパッケージを用意する。このパッケージは、内側がキャビティとなる素子搭載部材と、そのキャビティを塞ぐ蓋部材とを有する。一方、水晶ウェハにウェットエッチングを施すことにより、多数の水晶片とこれらを連結するフレームとを形成する。そして、フレームから水晶片を折り取って、これを素子搭載部材内に導電性接着剤により実装する。このとき、水晶片は、素子搭載部材に設けられている外部端子と電気的に接続される。最後に、真空環境下で素子搭載部材に蓋部材を被せ、これらにシーム溶接を用いて気密封止を施すことにより、水晶振動子とする。

水晶振動子は、携帯電話などの電子機器において、例えば同期信号源として用いられている。近年の電子機器の小型化に伴い、そこで使われる水晶振動子も小型化が求められている。これに応じて水晶片を小さくすると、水晶片を素子搭載部材内に実装する際に水晶片をピックアップする吸着ノズルも、小さくする必要がある。しかし、吸着ノズルを小さくすると、その吸着力が弱まって水晶片を十分に把持できなくなるため、水晶片が回転したり脱落したりすることになる。また、水晶片を素子搭載部材に実装する際に水晶片が素子搭載部材の内側に接触すると、水晶片が損傷するおそれがある。これを避けるためにキャビティをその分大き目に設計する必要があり、このことは水晶振動子の小型化を妨げる。

このような問題を解決するため、ウェハレベルパッケージ技術と呼ばれる製造方法が知られている（例えば特許文献１参照）。従来のウェハレベルパッケージ技術について、その一例を説明する。まず、素子搭載部材の枠部となる外枠が一体化された水晶片を、ウェットエッチングなどにより水晶ウェハに多数形成する。続いて、この水晶ウェハに、蓋部材となるウェハと基板部となるウェハとを上下から貼り合せる。最後に、これらの貼り合わされた基板を、個々の水晶振動子に分離する。

この製造方法では、水晶片を一個ずつピックアップする必要がない。また、外枠と水晶片とが一体形成されることから、外枠と水晶片との間隔すなわちキャビティを最小限にできるので、小型化に有利である。

特開昭５３−２３５８８号公報（第１０図等） 特開２０１１−２１７０４１号公報（図４等） 特開２００４−２３３２８８号公報（図２等）

しかしながら、従来のウェハレベルパッケージ技術でも、次のような問題があった。ウェットエッチングなどにより水晶片及び外枠を形成した水晶ウェハは、水晶片及び外枠以外の水晶が除去された状態となっているため強度が失われている。このような水晶ウェハを搬送したり貼り合せたりすれば、最悪の場合、水晶ウェハが破損することになる。この問題は、水晶振動子の小型化の更なる要請の下で、水晶ウェハが薄くなっていることから、近年ますます顕著になっている。

そこで、本発明の目的は、ウェハレベルパッケージ技術において、水晶片と外枠とが一体的に形成された水晶ウェハのハンドリング性を改善し、ひいては生産性及び製造歩留まりを向上し得る、水晶振動子の製造方法を提供することにある。

本発明に係る水晶振動子の製造方法は、
第一のウェハに、水晶片とこの水晶片を囲む外枠とをウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
第二のウェハに、前記外枠をウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
前記耐食膜が形成された前記第一のウェハと前記耐食膜が形成された前記第二のウェハとを、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程と、
前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハに対しウェットエッチングを施すことにより、前記水晶片及び前記外枠を形成する第四工程と、
を含む。

本発明によれば、耐食膜が形成された複数のウェハを貼り合せた後に、これらの貼り合されたウェハにウェットエッチングを施すことにより、水晶片及び外枠を形成できるので、水晶片と外枠とが一体的に形成されたウェハを、貼り合せのためにハンドリングする必要がなくなり、これにより生産性及び製造歩留まりを向上できる。

実施形態１における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図１［Ａ］は上側ウェハ、図１［Ｂ］は中間ウェハ、図１［Ｃ］は下側ウェハである。 実施形態１における第三工程を示す斜視図である。 実施形態１における第四工程を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は底面図である。 実施形態１の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。 図４及び図１０におけるＶ−Ｖ線断面図である。 実施形態１の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。 実施形態２における第一工程及び第二工程を示し、図７［Ａ］は上側ウェハの底面図、図７［Ｂ］は中間ウェハの平面図、図７［Ｃ］は下側ウェハの平面図である。 実施形態２における第三工程を示す斜視図である。 実施形態２における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。 実施形態２の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。 実施形態２の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。なお、水晶振動子は、わかりやすくするために全ての図面で一個分のみを示すが、実際には一枚のウェハに多数個が形成され、最終工程で一個ずつに分離される。

図１は実施形態１における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図１［Ａ］は上側ウェハ、図１［Ｂ］は中間ウェハ、図１［Ｃ］は下側ウェハである。図２は、実施形態１における第三工程を示す斜視図である。図３は実施形態１における第四工程を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は底面図である。以下、図１乃至図３に基づき、本実施形態１の製造方法について説明する。

本実施形態１の製造方法は、次の第一乃至第四工程を含む。以下の説明における水晶片１１、キャビティ１２、外枠１３、支持部２５ａ，２５ｂ及びビア孔２６ａ，２６ｂは、図３に記載されている。

第一のウェハとしての中間ウェハ１０に、水晶片１１をウェットエッチングで形成するための耐食膜１４１のパターン、及び、水晶片１１をキャビティ１２を介して囲む外枠１３をウェットエッチングで形成するための耐食膜１４２のパターン（図１［Ｂ］）を形成する第一工程。第二のウェハとしての上側ウェハ２０に外枠１３をウェットエッチングで形成するための耐食膜２４のパターン（図１［Ａ］）、及び、第二のウェハとしての下側ウェハ３０に外枠１３をウェットエッチングで形成するための耐食膜３４のパターン（図１［Ｃ］）を形成する第二工程。耐食膜１４１，１４２が形成された中間ウェハ１０、耐食膜２４が形成された上側ウェハ２０及び耐食膜３４が形成された下側ウェハ３０を、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程（図２）。貼り合わされた中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片１１及び外枠１３を形成する第四工程（図３）。

第三工程では、中間ウェハ１０の一方の面を上とし他方の面を下としたとき、上側ウェハ２０を中間ウェハ１０の上に貼り合わせ、下側ウェハ３０を中間ウェハ１０の下に貼り合わせる。第二工程では、上側ウェハ２０に、水晶片１１を固定する支持部２５ａ，２５ｂ及び水晶片１１に電気的に接続するビア孔２６ａ，２６ｂをウェットエッチングで形成するための耐食膜２４のパターンも形成する。

耐食膜１４１，１４２，２４，３４は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねている。第三工程では、中間ウェハ１０と上側ウェハ２０とを耐食膜１４１，１４２，２４を介して拡散接合により貼り合せ、中間ウェハ１０と下側ウェハ３０とを耐食膜１４２，３４を介して拡散接合により貼り合せる。

次に、上記第一乃至第四工程について、更に詳しく説明する。

第一工程（図１［Ｂ］）について説明する。中間ウェハ１０は、Ｚ板と呼ばれる水晶ウェハである。耐食膜１４１，１４２のパターンは、中間ウェハ１０の表裏で同じものを形成する。耐食膜１４１のパターンと耐食膜１４２のパターンとは、電気的に絶縁するために、分離されている。耐食膜１４１のパターンには、図示しないが、溝部１１３ａ，１１３ｂ（図４）を形成するためのエッチング抑制パターン（例えば特許文献２参照）が含まれている。なお、水晶は、シリコンと酸素で構成される三方晶系の単結晶からなり、成長軸（光軸）をＺ軸とし、これと垂直に稜線を結ぶ三本の軸をＸ軸(電気軸)とし、これと直交する軸をＹ軸(機械軸)として表現される。それらの軸のウェットエッチング中のエッチング速度は、Ｚ＞Ｘ＞Ｙの順となる。

第二工程（図１［Ａ］［Ｃ］）について説明する。上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０も、中間ウェハ１０と同じ水晶ウェハである。ただし、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０は、ウェットエッチングで中間ウェハ１０とともにエッチングされる材料であればよく、例えばガラス基板などを用いてもよい。耐食膜２４のパターンは上側ウェハ２０の表裏で同じものを形成し、耐食膜３４のパターンも下側ウェハ３０の表裏で同じものを形成する。なお、第一工程と第二工程とは、どちらが先でもよく、同時でもよい。

下側ウェハ３０の裏面の耐食膜３４は、省略することもできる。その場合、下側ウェハ３０は、中間ウェハ１０のエッチングの進行を表裏で均等にするための、ダミーウェハとして機能する。これに加え、後述する基板部ウェハ４２（図６）はキャビティ用の凹部を有するものとし、後述する第三工程と第四工程の間の研磨工程では中間ウェハ１０及び上側ウェハ２０の少なくとも一方を研磨することになる。

第三工程（図２）について説明する。第三工程では、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０の貼り合せに、原子拡散接合法と呼ばれる拡散接合を用いる。この場合、耐食膜１４１，１４２，２４，３４として例えばクロムを下地とした金を用い、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０に対して、所定のアライメントをした後、加熱しながら加圧することにより接合する。その結果、耐食膜１４１，１４２と耐食膜２４とが接合され、耐食膜１４２と耐食膜３４とが接合される。耐食膜１４１，１４２，２４，３４のうち接合に用いられた部分の多くは、以後露出することが無いので、ウェットエッチングの耐食膜として用いられない。なお、ウェハの貼り合せ方法としては、拡散接合に代えて、接着剤や陽極酸化などの手法を用いることもできる。

第四工程（図３）について説明する。第四工程では、図２に示す上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０からなる積層体に対して、例えばバッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いてウェットエッチングを施す。これにより、耐食膜１４１，１４２，２４，３４で表裏を覆われていない部分の水晶ウェハが抜け落ち、図３に示すように水晶片１１、キャビティ１２、外枠１３、支持部２５ａ，２５ｂ及びビア孔２６ａ，２６ｂが形成される。外枠１３は、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０由来の三層構造からなる。中間ウェハ１０由来の水晶片１１は、上側ウェハ２０由来の支持部２５ａ，２５ｂのみによって固定される。

また、第三工程と第四工程の間で、貼り合わされた上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０のうち、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方を研磨する工程を含めてもよい。更に、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方を消滅するまで研磨し、続いて中間ウェハ１０を研磨するようにしてもよい。なお、研磨することにより耐食膜が除去された場合、又は、研磨される面に対して第一及び第二工程で予め耐食膜を形成しない場合は、その研磨された面に対して第四工程の前に耐食膜を成膜及びパターニングする。

次に、第四工程の後の工程について説明する。図４は、実施形態１の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。以下、図３乃至図５に基づき説明する。

第四工程の後に、露出している耐食膜１４１，２４，３４（図３）の全部又は一部をエッチングにより除去する。耐食膜の一部除去には、金属膜のパターニングを用いる。金属膜のパターニングとは、例えば、金属膜の全体をスプレー塗布などによりフォトレジスト膜で覆い、ステッパなどによりフォトレジスト膜を露光し、現像することによりフォトレジスト膜を部分的に残し、残ったフォトレジスト膜をマスクにして金属膜をエッチングにより除去することである。このとき、図３に示す平面及び底面以外の、側面のフォトレジスト膜の露光には、斜め露光などの手法を用いる。また、金のエッチングには例えばヨウ素とヨウ化カリウムの混合液を用い、クロムのエッチングには例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液を用いる。

続いて、耐食膜１４１，２４，３４の全部又は一部が除去された水晶片１１、外枠１３、支持部２５ａ，２５ｂ及びビア孔２６ａ，２６ｂ（図３）の全体に、電極となる金属膜（図示せず）をスパッタリングなどにより成膜する。金属膜は、例えばチタンの上にパラジウム又は金が設けられた二層構造である。その金属膜をパターニングすることにより、電極形成後の水晶振動子１００（図４及び図５）が得られる。

図４及び図５に示すように、電極形成後の水晶振動子１００は、素子搭載部材の枠部となる三層の外枠１３と、振動素子１１０と、を備えている。振動素子１１０は、音叉型屈曲水晶振動素子であり、基部１１１と、基部１１１から同じ方向に延設された二本の振動腕部１１２ａ，１１２ｂと、を備えている。なお、図５において、本実施形態１で用いる水晶のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示す。

振動腕部１１２ａ，１１２ｂには、それぞれ溝部１１３ａ，１１３ｂが設けられている。基部１１１及び振動腕部１１２ａ，１１２ｂは、水晶片１１を構成する。振動素子１１０は、水晶片１１の他に、パッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ、配線パターン１２４ａ，１２４ｂなども備えている。

次に、振動素子１１０の構成について更に詳しく説明する。

基部１１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶片１１は、基部１１１と振動腕部１１２ａ，１１２ｂとが一体となって音叉形状をなしている。

振動腕部１１２ａ，１１２ｂの長さ方向には、それぞれ溝部１１３ａ，１１３ｂが設けられている。溝部１１３ａ，１１３ｂは、振動腕部１１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１１との境界部分から振動腕部１１２ａ，１１２ｂの先端に向って、振動腕部１１２ａ，１１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１１３ａ，１１３ｂは、本実施形態１では振動腕部１１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよく、あるいは一本も設けなくてもよい。

振動腕部１１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極１２２ａが設けられ、表裏面の溝部１１３ａの内側及び当該二つの溝部１１３ａの間に励振電極１２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極１２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１１３ｂの内側及び当該二つの溝部１１３ｂの間に励振電極１２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極１２２ａと溝部１１３ａ内に設けられた励振電極１２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極１２２ｂと溝部１１３ｂ内に設けられた励振電極１２２ａとが異極同士となる。

基部１１１には、パッド電極１２１ａ，１２１ｂと、パッド電極１２１ａ，１２１ｂと励振電極１２２ａ，１２２ｂとを電気的に接続する配線パターン１２４ａ，１２４ｂと、が設けられる。パッド電極１２１ａ、励振電極１２２ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ及び配線パターン１２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極１２１ｂ、励振電極１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ｂ及び配線パターン１２４ｂも、互いに電気的に導通している。

これらパッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂは、全て同じ金属膜から形成される。

振動素子１１０を振動させる場合、パッド電極１２１ａ，１２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１１２ａの表裏の溝部１１３ａに設けられた励振電極１２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１１２ａの両側面に設けられた励振電極１２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１１２ｂの表裏の溝部１１３ｂに設けられた励振電極１２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１１２ｂの両側面に設けられた励振電極１２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１１２ａ，１１２ｂに伸縮現象が生じることにより、屈曲振動モードが得られる。

電極形成後の水晶振動子１００は、その後の工程でパッケージが組み立てられる。図６は、実施形態１の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。

この工程では、電極形成後の水晶振動子１００に対して、真空中で、上側ウェハ２０の上に蓋部材となる蓋部材ウェハ４１を貼り合せ、下側ウェハ３０の下に素子搭載部材の基板部となる基板部ウェハ４２を貼り合せる。これにより、水晶振動子１００は、蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２と、接合膜として用いられた耐食膜１４２，２４，３４（図１）とによって、気密化される。

蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２は矩形平板状である。蓋部材ウェハ４１は、その四隅に外部電極４３ａ，４３ｂ及びダミー電極４４ａ，４４ｂを有する。ビア孔２６ａ，２６ｂには、例えば銅などからなる埋込み電極（図示せず）が形成される。外部電極４３ａはビア孔２６ａの埋込み電極を介してパッド電極１２１ａ（図４）に電気的に接続され、外部電極４３ｂはビア孔２６ｂの埋込み電極を介してパッド電極１２１ｂ（図４）に電気的に接続される。なお、蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２の貼り合せ方法は上側ウェハ２０、中間ウェハ１０及び下側ウェハ３０を貼り合せた方法と異なっていてもよく、蓋部材ウェハ４１及び基板部ウェハ４２の材質もこれらのウェハと同じである必要はない。

最後に、蓋部材ウェハ４１、上側ウェハ２０、中間ウェハ１０、下側ウェハ３０及び基板部ウェハ４２からなる積層体を、ダイシンングなどの手法により一個ずつ分離することで、水晶振動子１００が完成する。

次に、本実施形態１の製造方法の作用及び効果について説明する。

（１）前述したように、従来技術では、水晶ウェハに水晶片及び外枠を形成した後、この水晶ウェハを他のウェハに貼り合せていた。そのため、強度が弱くなった水晶ウェハを貼り合せのためにハンドリングするので、水晶ウェハの損傷を招いていた。これに対し、本実施形態１では、その発想を逆転させ、耐食膜１４１，１４２，２４，３４が形成された中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０を貼り合せた後に、これらの貼り合された中間ウェハ１０、上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０にウェットエッチングを施すことにより、水晶片１１及び外枠１３を形成する。そのため、水晶片１１と外枠１３とが一体的に形成された中間ウェハ１０を、貼り合せのためにハンドリングする必要がなくなり、これにより生産性及び製造歩留まりを向上できる。

（２）換言すると、従来の貼り合せ方法と比較して、水晶片１１や外枠１３が形成されて強度が低下した中間ウェハ１０を貼り合せる工程がない。そのため、水晶片１１が形成される中間ウェハ１０を薄くしても、中間ウェハ１０の割れや反りが問題にならず、十分な強度を確保できる。したがって、水晶片１１の厚みの薄い水晶振動子１００を実現できる。

（３）下側ウェハ３０を用いた場合は、中間ウェハ１０を上側ウェハ２０とともに表裏から挟んでエッチングできるので、中間ウェハ１０に形成される水晶片１１のエッチングの進行を表裏で均等化できるとともに、基板部ウェハ４２と水晶片１１との空間を確保できるので、基板部ウェハ４２の形状を平板などに単純化できる。

（４）耐食膜１４１，１４２，２４，３４が拡散接合に用いられる接合膜を兼ねる場合は、ウェットエッチングのマスクとして用いた膜をそのまま拡散接合に用いることができるので、製造工程を簡素化できる。

（５）貼り合せ後の中間ウェハ１０の強度が十分保たれていることから、貼り合せ後に上側ウェハ２０及び下側ウェハ３０の少なくとも一方、又は更に中間ウェハ１０も研磨することにより、水晶振動子１００の厚みを薄くすることが可能である。

図７は実施形態２における第一工程及び第二工程を示し、図７［Ａ］は上側ウェハの底面図、図７［Ｂ］は中間ウェハの平面図、図７［Ｃ］は下側ウェハの平面図である。図８は、実施形態２における第三工程を示す斜視図である。図９はおける実施形態２における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。以下、図７乃至図９に基づき、本実施形態２の製造方法について説明する。

本実施形態２の製造方法は、次の第一乃至第四工程を含む。以下の説明における水晶片５１、キャビティ５２、外枠５３、支持部７５及びビア孔５６ａ，５６ｂは、図３に記載されている。

第一のウェハとしての中間ウェハ５０に、水晶片５１をウェットエッチングで形成するための耐食膜５４１のパターン、及び、水晶片５１をキャビティ５２を介して囲む外枠５３をウェットエッチングで形成するための耐食膜５４２のパターン（図７［Ｂ］）を形成する第一工程。第二のウェハとしての上側ウェハ６０に耐食膜６４のパターン（図７［Ａ］）、及び、第二のウェハとしての下側ウェハ７０に外枠５３をウェットエッチングで形成するための耐食膜７４２のパターン（図７［Ｃ］）を形成する第二工程。耐食膜５４１，５４２が形成された中間ウェハ５０、耐食膜６４が形成された上側ウェハ２０及び耐食膜７４１，７４２が形成された下側ウェハ７０を、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程（図８）。貼り合わされた中間ウェハ５０、上側ウェハ６０及び下側ウェハ７０に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片５１及び外枠５３を形成する第四工程（図９）。

第三工程では、中間ウェハ５０の一方の面を上とし他方の面を下としたとき、上側ウェハ６０を中間ウェハ５０の上に貼り合わせ、下側ウェハ７０を中間ウェハ５０の下に貼り合わせる。第一工程では、中間ウェハ５０に、水晶片５１に電気的に接続するビア孔５６ａ，５６ｂをウェットエッチングで形成するための耐食膜５４２のパターンも形成する。第二工程では、下側ウェハ７０に、水晶片５１を水晶片５１よりも狭い幅で固定する支持部７５を、ウェットエッチングで形成するための、耐食膜７４１のパターンも形成する。

耐食膜５４１，５４２，６４，７４１，７４２は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねている。第三工程では、中間ウェハ５０と上側ウェハ６０とを耐食膜５４２，６４を介して拡散接合により貼り合せ、中間ウェハ５０と下側ウェハ７０とを耐食膜５４１，５４２，７４１，７４２を介して拡散接合により貼り合せる。

次に、上記第一乃至第四工程について、更に詳しく説明する。

第一工程（図７［Ｂ］）について説明する。中間ウェハ５０は、Ｚ板と呼ばれる水晶ウェハである。耐食膜５４１，５４２のパターンは、中間ウェハ５０の表裏で同じものを形成する。耐食膜５４１のパターンと耐食膜５４２のパターンとは、電気的に絶縁するために、分離されている。耐食膜５４１のパターンには、図示しないが、溝部１１３ａ，１１３ｂ（図１０）を形成するためのエッチング抑制パターン（例えば特許文献２参照）が含まれている。

第二工程（図７［Ａ］［Ｃ］）について説明する。上側ウェハ６０及び下側ウェハ７０も、中間ウェハ５０と同じ水晶ウェハである。ただし、上側ウェハ６０及び下側ウェハ７０は、ウェットエッチングで中間ウェハ５０とともにエッチングされる材料であればよく、例えばガラス基板などを用いてもよい。耐食膜６４のパターンは、上側ウェハ６０の裏面にのみ形成し、上側ウェハ２０の表面には形成しない。そのため、上側ウェハ６０は、中間ウェハ５０のエッチングの進行を表裏で均等にするための、ダミーウェハとして機能する。耐食膜７４１，７４２のパターンは、下側ウェハ７０の表裏で同じものを形成する。なお、耐食膜６４のパターンは、上側ウェハ６０の表裏にも形成してもよい。この場合は、中間ウェハ５０の上に上側ウェハ６０由来の外枠５３が形成されることになる。

第三工程（図８）について説明する。第三工程では、上側ウェハ６０、中間ウェハ５０及び下側ウェハ７０の貼り合せに拡散接合を用いる。この場合、上側ウェハ６０、中間ウェハ５０及び下側ウェハ７０に対して、所定のアライメントをした後、加熱しながら加圧することにより接合する。その結果、耐食膜６４と耐食膜５４２とが接合され、耐食膜５４１，５４２と耐食膜７４１，７４２とが接合される。

第四工程（図９）について説明する。第四工程では、図８に示す上側ウェハ６０、中間ウェハ５０及び下側ウェハ７０からなる積層体に対してウェットエッチングを施す。これにより、耐食膜６４，５４１，５４２，７４１，７４２で表裏を覆われていない部分の水晶ウェハが抜け落ち、図９に示すように水晶片５１、キャビティ５２、外枠５３、支持部７５及びビア孔５６ａ，５６ｂが形成される。外枠５３は、中間ウェハ５０及び下側ウェハ７０由来の二層構造からなる。中間ウェハ５０由来の水晶片５１は、下側ウェハ７０由来の支持部７５のみによって固定される。支持部７５は、中間ウェハ５０由来のビア孔５６ａ，５６ｂ及びその周辺にも延びて接合されている。

また、第三工程と第四工程の間で、貼り合わされた上側ウェハ６０及び中間ウェハ５０の少なくとも一方を研磨する工程を含めてもよい。更に、上側ウェハ６０を消滅するまで研磨し、続いて中間ウェハ５０を研磨するようにしてもよい。なお、研磨することにより耐食膜が除去された場合、又は、研磨される面に対して第一及び第二工程で予め耐食膜を形成しない場合は、その研磨された面に対して第四工程の前に耐食膜を成膜及びパターニングする。

次に、第四工程の後の工程について説明する。図１０は、実施形態２の製造方法によって得られる電極形成後の水晶振動子を示す平面図である。以下、図９及び図１０に基づき説明する。

第四工程の後に、露出している耐食膜６４，５４１，５４２，７４１，７４２（図９）の全部又は一部をエッチングにより除去する。続いて、耐食膜６４，５４１，５４２，７４１，７４２の全部又は一部が除去された水晶片５１、外枠５３、支持部７５及びビア孔５６ａ，５６ｂ（図９）の全体に、電極となる金属膜（図示せず）をスパッタリングなどにより成膜する。その金属膜をパターニングすることにより、電極形成後の水晶振動子２００（図９）が得られる。図９に示すように、電極形成後の水晶振動子２００は、素子搭載部材の枠部となる二層の外枠５３と、振動素子１１０とを、備えている。振動素子１１０は、実施形態１のそれと同じである。支持部７５には、配線パターン７５ａ，７５ｂが形成される。配線パターン７５ａはパッド電極１２１ａとビア孔５６ａとを電気的に接続し、配線パターン７５ｂはパッド電極１２１ｂとビア孔５６ｂとを電気的に接続する。

支持部７５は、水晶片５１を水晶片５１よりも狭い幅で、好ましくは一点で、固定する。ここで幅とは、図１０において振動腕部１１２ａ，１１２ｂの延設方向に直交する方向の長さである。水晶片５１の幅とは、基部１１１の幅である。支持部７５が水晶片５１を水晶片５１よりも狭い幅で固定することにより、振動漏れが抑制されるので、クリスタルインピーダンスが低下する。なお、支持部７５は、水晶片５１を一点で固定しているが、水晶片５１よりも狭い幅であれば、水晶片５１を二点以上で固定してもよい。

電極形成後の水晶振動子２００は、その後の工程でパッケージが組み立てられる。図１１は、実施形態２の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の水晶振動子を示す斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。

この工程では、電極形成後の水晶振動子２００に対して、真空中で、中間ウェハ５０の上に蓋部材ウェハ８１を貼り合せ、下側ウェハ７０の下に基板部ウェハ８２を貼り合せる。これにより、水晶振動子２００は、蓋部材ウェハ８１及び基板部ウェハ８２と、接合膜として用いられた耐食膜５４２，７４２（図１）とによって、気密化される。

蓋部材ウェハ８１はキャビティ用の凹部を有する矩形状であり、基板部ウェハ８２は矩形平板状である。蓋部材ウェハ８１は、その四隅に外部電極８３ａ，８３ｂ及びダミー電極８４ａ，８４ｂを有する。ビア孔５６ａ，５６ｂには埋込み電極（図示せず）が形成される。外部電極８３ａは、ビア孔５６ａの埋込み電極を介して配線パターン７５ａ及びパッド電極１２１ａ（図１０）に電気的に接続される。外部電極８３ｂは、ビア孔５６ｂの埋込み電極を介して配線パターン７５ｂ及びパッド電極１２１ｂ（図１０）に電気的に接続される。なお、蓋部材ウェハ８１及び基板部ウェハ８２の貼り合せ方法は上側ウェハ６０、中間ウェハ５０及び下側ウェハ７０を貼り合せた方法と異なっていてもよく、蓋部材ウェハ８１及び基板部ウェハ８２の材質もこれらのウェハと同じである必要はない。

最後に、蓋部材ウェハ８１、中間ウェハ５０、下側ウェハ７０及び基板部ウェハ８２からなる積層体を、ダイシンングなどの手法により一個ずつ分離することで、水晶振動子２００が完成する。

次に、本実施形態２の製造方法の作用及び効果について説明する。

水晶片の幅よりも狭い幅の支持台で水晶片を支持することにより、振動漏れを抑制しクリスタルインピーダンスを低下させる技術が知られている（例えば特許文献３参照）。しかし、この技術では、支持台が形成されたパッケージに、接着剤などを介して水晶片を実装するため、水晶片の位置決めや姿勢の制御が困難である。特に水晶片が小型化されるほど、この問題は深刻になる。これに対し、本実施形態２では、中間ウェハ５０と下側ウェハ７０とを貼り合せるだけで、水晶片５１を水晶片５１よりも狭い幅の支持部７５に固定できるので、水晶片５１の位置決めや姿勢の制御が不要となる。

本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合せたものも含まれる。

本発明は、実質的に水晶振動子であればどのようなものにでも利用でき、例えば音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。

１０ 中間ウェハ
１１ 水晶片
１２ キャビティ
１３ 外枠
１４１，１４２ 耐食膜
２０ 上側ウェハ
２４ 耐食膜
２５ａ，２５ｂ 支持部
２６ａ，２６ｂ ビア孔
３０ 下側ウェハ
３４ 耐食膜
４１ 蓋部材ウェハ
４２ 基板部ウェハ
４３ａ，４３ｂ 外部電極
４４ａ，４４ｂ ダミー電極

５０ 中間ウェハ
５１ 水晶片
５２ キャビティ
５３ 外枠
５４１，５４２ 耐食膜
５６ａ，５６ｂ ビア孔
６０ 上側ウェハ
６４ 耐食膜
７０ 下側ウェハ
７４１，７４２ 耐食膜
７５ 支持部
７５ａ，７５ｂ 配線パターン
８１ 蓋部材ウェハ
８２ 基板部ウェハ
８３ａ，８３ｂ 外部電極
８４ａ，８４ｂ ダミー電極

１００，２００ 水晶振動子
１１０ 振動素子
１１１ 基部
１１２ａ，１１２ｂ 振動腕部
１１３ａ，１１３ｂ 溝部
１２１ａ，１２１ｂ パッド電極
１２２ａ，１２２ｂ 励振電極
１２３ａ，１２３ｂ 周波数調整用金属膜
１２４ａ，１２４ｂ 配線パターン

Claims (5)

1. 第一のウェハに、水晶片とこの水晶片を囲む外枠とをウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
   第二のウェハに、前記外枠を前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
   前記耐食膜が形成された前記第一のウェハと前記耐食膜が形成された前記第二のウェハとを、それぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程と、
   前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハに対し前記ウェットエッチングを施すことにより、前記水晶片及び前記外枠を形成する第四工程と、
   を含む水晶振動子の製造方法。
2. 前記第二のウェハは、前記第一のウェハの一方の面を上とし他方の面を下としたとき、前記第一のウェハの上に貼り合わされる上側ウェハと、前記第一のウェハの下に貼り合わされる下側ウェハとからなり、
   前記第二工程では、前記上側ウェハに、前記水晶片を固定する支持部及び前記水晶片に電気的に接続するビア孔を前記ウェットエッチングで形成するための耐食膜のパターンも形成する、
   請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
3. 前記第二のウェハは、前記第一のウェハの一方の面を上とし他方の面を下としたとき、前記第一のウェハの上に貼り合わされる上側ウェハと、前記第一のウェハの下に貼り合わされる下側ウェハからなり、
   前記第一工程では、前記第一のウェハに、前記水晶片に電気的に接続するビア孔を前記ウェットエッチングで形成するための耐食膜のパターンを形成し、
   前記第二工程では、前記下側ウェハに、前記水晶片を当該水晶片よりも狭い幅で固定する支持部をウェットエッチングで形成するための耐食膜のパターンを形成する、
   請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
4. 前記耐食膜は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねており、
   前記第三工程では、前記第一のウェハと前記第二のウェハとを、前記耐食膜を介して拡散接合により貼り合せる、
   請求項１乃至３のいずれか一つに記載の水晶振動子の製造方法。
5. 前記第三工程と前記第四工程の間で、前記貼り合わされた前記第一のウェハ及び前記第二のウェハの少なくとも一方を研磨する工程を、
   更に含む請求項１乃至４のいずれか一つに記載の水晶振動子の製造方法。

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