JP7456264B2 - 振動素子の製造方法、振動素子および振動子 - Google Patents

Description

本発明は、振動素子の製造方法、振動素子および振動子に関する。

特許文献１には、水晶振動板の主面の形状を凸面状に形成するコンベックス加工方法が記載されている。このようなコンベックス加工方法は、水晶板に水晶と同一条件でエッチングされる凸面形状のレジスト膜を形成する工程と、レジストを介してドライエッチングする工程と、を含む。また、ドライエッチングの工程では、ドライエッチングの途中でレジスト膜が消失し、水晶板の主面にレジスト膜の凸面形状が転写される。これにより、水晶板の主面がコンベックス形状となる。

特開２００５－２４４６７７号公報

しかしながら、このようなコンベックス加工方法では、水晶板の主面がドライエッチング面で構成される。ドライエッチング面は、レジスト膜の厚さのばらつきに依存して荒れやすい。そのため、水晶板の主面の表面粗さが大きくなり易い。そして、主面の荒れに起因して、水晶振動板の厚さのばらつきが生じて所望の駆動周波数が得られなかったり、主振動である厚みすべり振動以外の不要振動（スプリアス）が生じ易くなったりする。したがって、特許文献１のコンベックス加工方法では、振動特性の劣化が生じるという課題があった。

本発明の振動素子の製造方法は、厚みすべり振動する振動部と、前記振動部に接続され前記振動部よりも薄い薄肉部とを有する振動素子の製造方法であって、
水晶基板を用意する準備工程と、
前記水晶基板の前記振動部を形成する振動部領域にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜を介して前記水晶基板をエッチングし、前記エッチングを前記振動部領域に前記レジスト膜が残存した状態で終了することにより、前記振動部および前記薄肉部を形成するエッチング工程と、
残存した前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、を含む。

本発明の振動素子は、厚みすべり振動する振動部と、
前記振動部に接続され前記振動部よりも薄い薄肉部と、を有し、
前記振動部の主面の表面粗さは、前記薄肉部の主面の表面粗さよりも小さい。

本発明の振動子は、上述の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有する。

本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。 ＡＴカットのカット角を示す図である。 図１中のＡ－Ａ線断面図である。 図１中のＢ－Ｂ線断面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。 振動素子の製造工程を示すフローチャートである。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 レジスト膜形成工程を示すフローチャートである。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の製造工程を示すフローチャートである。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第５実施形態に係る振動子を示す断面図である。

以下、本発明の振動素子の製造方法、振動素子および振動子を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。図２は、ＡＴカットのカット角を示す図である。図３は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図４は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図５および図６は、振動素子の変形例を示す断面図である。図７は、振動素子の製造工程を示すフローチャートである。図８および図９は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。図１０は、レジスト膜形成工程を示すフローチャートである。図１１ないし図１４は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。図１５は、振動素子の製造方法を説明するための平面図である。

図１に示す振動素子１は、ＡＴカット水晶振動素子である。振動素子１は、ＡＴカットの水晶基板２と、水晶基板２に配置された一対の電極３、４と、を有する。ＡＴカットの水晶基板２は、厚みすべり振動モードを有し、三次の周波数温度特性を有する。そのため、振動素子１は、優れた温度特性を有する。なお、水晶基板２としては、主振動として厚みすべり振動モードを有すれば、ＡＴカットに限定されない。

ＡＴカットについて簡単に説明すると、図２に示すように、水晶は、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼ばれる。水晶基板２は、Ｘ－Ｚ面をＸ軸回りに所定の角度θ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」であり、θ＝３５°１５’回転させた平面に沿って切り出した基板を「ＡＴカット水晶基板」という。なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸をＹ’軸およびＺ’軸とする。すなわち、水晶基板２は、Ｙ’軸に沿った方向に厚みを有し、Ｘ－Ｚ’面に沿った方向に広がりを有する。また、以下では、Ｙ’軸に沿った方向の長さを「厚さ」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｙ’軸のプラス側を「下」とも言い、マイナス側を「上」とも言う。

また、水晶基板２は、薄板であり、互いに表裏関係にある主面としての上面２１および下面２２を有する。また、水晶基板２の平面視形状は、矩形である。特に、本実施形態では、Ｘ軸に沿った方向を長辺とし、Ｚ’軸に沿った方向を短辺とする長方形である。ただし、これに限定されず、水晶基板２は、Ｘ軸に沿った方向を短辺とし、Ｚ’軸に沿った方向を長辺とする長手形であってもよいし、正方形であってもよい。

また、図３および図４に示すように、水晶基板２は、厚みすべり振動する振動部２３と、振動部２３の周囲を囲むように配置された薄肉部２４と、を有する。また、水晶基板２は、メサ型であり、振動部２３の厚さＴ１が薄肉部２４の厚さＴ２よりも厚い。また、振動部２３は、薄肉部２４に対してＹ’軸のマイナス側にだけ突出している。つまり、振動部２３の上面２１は、薄肉部２４の上面２１からＹ’軸のマイナス側に突出し、振動部２３の下面２２は、薄肉部２４の下面２２と面一、すなわち連続した平坦面となっている。このように、水晶基板２をメサ型とすることより、振動部２３に生じる厚み滑り振動を振動部２３内に効果的に閉じ込めることができる。そのため、振動漏れを効果的に抑制することができ、優れた振動特性を有する振動素子１となる。なお、以下では、説明の便宜上、振動部２３の上面２１と薄肉部２４の上面２１とのＹ’軸に沿った方向へのずれ量を離間距離Δｄとする。

また、振動部２３は、平坦な上面２１と重なる中央部２３１と、中央部２３１の周囲に位置し、中央部２３１と薄肉部２４とを接続する外縁部２３２と、を有する。外縁部２３２は、テーパー状であり、Ｘ軸に沿った方向の幅ＷｘおよびＺ’軸に沿った方向の幅Ｗｚがそれぞれ振動部２３の上面２１から薄肉部２４の上面２１に向けて漸増している。また、幅Ｗｘおよび幅Ｗｚの漸増率は、それぞれ、振動部２３の上面２１から薄肉部２４の上面２１に向けて漸減している。そのため、外縁部２３２の輪郭は、Ｘ軸に沿った方向からの断面視およびＺ’に沿った方向からの断面視において、それぞれ、凸状に湾曲している。このように、外縁部２３２をテーパー状とすることにより、厚みすべり振動の閉じ込め効果が向上する。つまり、振動部２３に生じる厚みすべり振動を振動部２３内により効果的に閉じ込めることができる。そのため、振動漏れをより効果的に抑制することができ、より優れた振動特性を有する振動素子１となる。

なお、外縁部２３２の形状としては、特に限定されず、例えば、図５および図６に示すように、幅Ｗｘおよび幅Ｗｚの漸増率がそれぞれ一定であり、平坦面で構成されたテーパー状であってもよい。

また、振動部２３の上面２１および下面２２の表面粗さＲ１は、薄肉部２４の上面２１の表面粗さＲ２よりも小さい。つまり、Ｒ１＜Ｒ２である。これにより、振動部２３の上面２１および下面２２は、表面粗さが十分に小さい面、すなわち、平坦な面となり、振動部２３に主振動である厚みすべり振動以外の不要振動（スプリアス）が生じ難くなる。そのため、優れた振動特性を有する振動素子１となる。一方で、振動特性に殆ど影響しない薄肉部２４の表面粗さＲ２については、大きくてもよいため、薄肉部２４の形成手段の選択肢が増え、また、表面粗さＲ２を小さくするための表面処理が不要となる。そのため、水晶基板２の形成が容易となる。なお、表面粗さＲ１、Ｒ２としては、特に限定されず、例えば、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚを用いることができるが、本願明細書では算術平均粗さＲａを用いている。

表面粗さＲ１（μｍ）としては、特に限定されないが、例えば、１×１０^－３以下であることが好ましく、０．５×１０^－３以下であることがより好ましく、０．２×１０^－３以下であることがさらに好ましい。これにより、振動部２３の上面２１および下面２２がより平滑な面すなわち鏡面となり、振動部２３に不要振動がより生じ難くなる。そのため、より優れた振動特性を有する振動素子１となる。

なお、本実施形態では、振動部２３の上面２１および下面２２の両方の表面粗さＲ１が薄肉部２４の上面２１の表面粗さＲ２よりも小さいが、これに限定されず、振動部２３の上面２１および下面２２の少なくとも一方の表面粗さＲ１が薄肉部２４の上面２１の表面粗さＲ２よりも小さければよい。

このような水晶基板２は、後述するように、研磨によって厚さＴ１に調整されると共に上下面が平坦化された水晶基板２００を準備し、振動部２３の周囲を上面側からのドライエッチングによって薄肉化して薄肉部２４を形成することにより得られる。そのため、振動部２３の上面２１および下面２２と薄肉部２４の下面２２とは、ドライエッチングされずに研磨面のままとなり、薄肉部２４の上面２１は、ドライエッチングにより形成されたエッチング面となる。

このように、振動部２３の上面２１および下面２２を研磨面のままにしておくことにより、研磨によって十分に小さくした表面粗さＲ１が、ドライエッチングにより劣化して表面粗さが増大したり、ばらつきが大きくなったりすることがない。そのため、ドライエッチング後においても、表面粗さＲ１を十分に小さく維持することができる。また、ドライエッチング後においても、振動部２３を厚さＴ１のまま維持することができる。そのため、ドライエッチングによる発振周波数のずれを抑制することもできる。一方、薄肉部２４の上面２１をエッチング面で構成すること、つまり、薄肉部２４をドライエッチングで形成することにより、水晶基板２の形成が容易となる。

なお、Ｒ１＜Ｒ２を満足していれば、振動部２３の上面２１および下面２２の形成方法および薄肉部２４の上面２１および下面２２の形成方法については特に限定されない。振動部２３の上面２１および下面２２や薄肉部２４の下面２２は、研磨面でなくてもよいし、薄肉部２４の上面２１は、エッチング面でなくてもよい。例えば、振動部２３の上面２１および下面２２は、表面粗さＲ１をさらに小さくする目的で研磨面にさらなる平坦化処理を施して形成された面であってもよい。

図１および図３に示すように、電極３は、振動部２３の上面２１に配置された第１励振電極３１と、薄肉部２４の下面２２に配置された第１端子３２と、第１励振電極３１と第１端子３２とを電気的に接続する第１接続配線３３と、を有する。一方、電極４は、振動部２３の下面２２に、第１励振電極３１と対向して配置された第２励振電極４１と、薄肉部２４の下面２２に配置された第２端子４２と、第２励振電極４１と第２端子４２とを電気的に接続する第２接続配線４３と、を有する。

以上、振動素子１について説明した。このような振動素子１は、前述したように、厚みすべり振動する振動部２３と、振動部２３に接続され振動部２３よりも薄い薄肉部２４と、を有する。そして、振動部２３の主面である上面２１の表面粗さＲ１は、薄肉部２４の主面である上面２１の表面粗さＲ２よりも小さい。つまり、Ｒ１＜Ｒ２である。これにより、振動部２３の上面２１がより平滑な面となり、振動部２３に不要振動が生じ難くなる。そのため、優れた振動特性を有する振動素子１となる。一方で、振動特性に殆ど影響しない薄肉部２４の表面粗さＲ２が表面粗さＲ１よりも大きくてよいため、薄肉部２４の形成手段の選択肢が増え、また、表面粗さＲ２を小さくするための表面処理等が不要となる。そのため、水晶基板２の形成が容易となる。

また、前述したように、振動部２３の上面２１は、研磨面である。これにより、振動部２３の上面２１の表面粗さＲ１を比較的容易に小さくすることができる。また、前述したように、薄肉部２４の上面２１は、エッチング面である。これにより、薄肉部２４の形成が容易となる。

また、前述したように、振動部２３の外縁部２３２は、テーパー状である。これにより、厚み滑り振動を振動部２３により効果的に閉じ込めることができる。そのため、振動漏れが抑制され、優れた振動特性を有する振動素子１となる。

次に、振動素子１の製造方法について説明する。図７に示すように、振動素子１の製造方法は、水晶基板２の母材としての水晶基板２００を用意する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００にレジスト膜５００を形成するレジスト膜形成工程Ｓ２と、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をエッチングし、振動部２３および薄肉部２４を形成するエッチング工程Ｓ３と、水晶基板２００上に残存したレジスト膜５００を除去するレジスト膜除去工程Ｓ４と、水晶基板２の輪郭を形成する輪郭形成工程Ｓ５と、水晶基板２に電極３、４を形成する電極形成工程Ｓ６と、振動素子１を個片化する個片化工程Ｓ７と、を含む。

［準備工程Ｓ１］
まず、図８に示すように、水晶基板２の母材であるＡＴカットの水晶基板２００を用意する。水晶基板２００は、水晶ウエハであり、水晶基板２よりも大きく、水晶基板２００から複数の水晶基板２を形成することができる。なお、以下では、水晶基板２となる領域を「素子領域Ｑ２」とも言う。各素子領域Ｑ２には、後のエッチング工程Ｓ３によって振動部２３となる振動部領域Ｑ２３および薄肉部２４となる薄肉部領域Ｑ２４が含まれている。さらに、振動部領域Ｑ２３内には、中央部２３１となる中央部領域Ｑ２３１と、外縁部２３２となる外縁部領域Ｑ２３２と、が含まれている。

次に、水晶基板２００の両主面に対して厚み調整および平坦化のための研磨加工を行う。このような研磨加工は、ラッピング加工とも呼ばれる。例えば、上下一対の定盤を備えるウエハ研磨装置を用いて、互いに逆向きに回転する定盤の間で水晶基板２００を挟み込み、水晶基板２００を回転させると共に研磨液を供給しながら、水晶基板２００の両面を研磨する。なお、研磨加工では、上述のラッピング加工に続けて、必要に応じて水晶基板２００の両主面に対して鏡面研磨加工を行ってもよい。このような研磨加工は、ポリッシング加工とも呼ばれる。これにより、水晶基板２００の両主面を鏡面化することができる。以上のような研磨加工によって、水晶基板２００の両主面を平坦化する共に、図９に示すように、水晶基板２００の厚さを振動部２３の厚さＴ１とする。このような研磨加工によれば、他の方法と比べて、水晶基板２００の両主面の表面粗さを十分に小さくすることができると共に、水晶基板２００の厚さ制御を高精度に行うことができる。

［レジスト膜形成工程Ｓ２］
本工程は、図１０に示すように、水晶基板２００の上面にレジスト材５を塗布する塗布工程Ｓ２１と、水晶基板２００上のレジスト材５を露光する露光工程Ｓ２２と、水晶基板２００上のレジスト材５を現像する現像工程Ｓ２３と、を含む。このような方法によれば、水晶基板２００の上面にレジスト膜５００を容易に形成することができる。以下、詳細に説明する。ただし、レジスト膜５００の形成方法は、特に限定されない。

まず、水晶基板２００の上面にレジスト材５を所定の厚みで塗布する。レジスト材５としては、後のエッチング工程Ｓ３の際に水晶と同一条件でエッチングされる材料が用いられる。次に、各素子領域Ｑ２の中心部から外縁部に向けて露光強度をフィルター、マスク等を用いて変化させた電磁波Ｉを照射し、レジスト材５内に感光の有無による露光境界域５０を形成する。図１１にＺ’軸に沿った方向の露光強度の分布の一例を示す。

次に、レジスト材５を現像する。これにより、図１２に示すように、水晶基板２００の上面にレジスト材５からなるレジスト膜５００が形成される。なお、以下では、説明の便宜上、レジスト膜５００のエッチングレートと水晶のエッチングレートとが等しいこととする。本実施形態では、各素子領域Ｑ２の振動部領域Ｑ２３上にだけレジスト膜５００が形成され、薄肉部領域Ｑ２４上にはレジスト膜５００が形成されていない。つまり、薄肉部領域Ｑ２４では水晶基板２００の上面がレジスト膜５００から露出している。また、レジスト膜５００の中央部領域Ｑ２３１と重なる部分は、離間距離Δｄよりも厚く、外縁部領域Ｑ２３２と重なる部分は、中央部領域Ｑ２３１から薄肉部領域Ｑ２４に向けてその厚さが離間距離Δｄから０（ゼロ）まで漸減している。

［エッチング工程Ｓ３］
次に、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をその上面側からドライエッチングする。レジスト膜５００が水晶基板２００と同一条件でエッチングされるため、水晶基板２００のレジスト膜５００と重なっている部分においても、レジスト膜５００が除去され次第エッチングが開始される。そのため、水晶基板２００の上面にレジスト膜５００の形状が転写される。このドライエッチングは、図１３に示すように、振動部領域Ｑ２３の上面と薄肉部領域Ｑ２４の上面とのずれ量が離間距離Δｄとなったところで終了する。これにより、各素子領域Ｑ２に振動部２３および薄肉部２４が形成される。このように、ドライエッチングによれば、薄肉部２４を簡単に形成することができる。特に、本実施形態では、薄肉部領域Ｑ２４上にレジスト膜５００を形成していないため、ドライエッチング開始と共に薄肉部領域Ｑ２４のエッチングが開始される。そのため、エッチング工程Ｓ３をより短い時間で行うことができる。

なお、ドライエッチングが終了した状態では、レジスト膜５００の当初の厚さが離間距離Δｄよりも大きかった部分すなわち中央部領域Ｑ２３１と重なる部分が水晶基板２００上に残存する。そのため、中央部領域Ｑ２３１は、レジスト膜５００で保護されてドライエッチングされない。したがって、ドライエッチング後においても、振動部２３の上面２１が研磨面のまま維持されている。そのため、研磨によって平坦化した上面２１がエッチングにより荒れ、表面粗さＲ１が劣化してしまうことがない。したがって、振動部２３の上面２１は、ドライエッチング後においても十分に小さい表面粗さＲ１を維持することができる。また、ドライエッチング後においても振動部２３を厚さＴ１のままに維持することができる。そのため、ドライエッチングによる振動素子１の発振周波数のずれを抑制することもできる。

［レジスト膜除去工程Ｓ４］
次に、図１４に示すように、レジスト膜５００を除去する。

［輪郭形成工程Ｓ５］
次に、水晶基板２００の各水晶基板２以外の領域をドライエッチングにより除去し、図１５に示すように、各水晶基板２の輪郭を形成すると共に、フレーム６０と、フレーム６０と各水晶基板２とを接続する一対の連結梁６１、６２と、を形成する。これにより、水晶基板２００内に複数の水晶基板２が一体形成された状態となる。

［電極形成工程Ｓ６］
次に、各水晶基板２に電極３、４を形成する。これにより、水晶基板２００内に複数の振動素子１が形成される。電極３、４の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、各水晶基板２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより形成することができる。

［個片化工程Ｓ７］
次に、各振動素子１を連結梁６１、６２で折り取ることにより個片化する。これにより、個片化された複数の振動素子１が得られる。なお、振動素子１を個片化する方法は、特に限定されず、例えば、ダイシング、エッチング等によって個片化してもよい。

以上、振動素子１の製造方法について説明した。振動素子１の製造方法は、前述したように、厚みすべり振動する振動部２３と、振動部２３に接続され振動部２３よりも薄い薄肉部２４とを有する振動素子１の製造方法であり、水晶基板２００を用意する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００の振動部２３を形成する振動部領域Ｑ２３にレジスト膜５００を形成するレジスト膜形成工程Ｓ２と、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をエッチングし、エッチングを振動部領域Ｑ２３にレジスト膜５００が残存した状態で終了することにより、振動部２３および薄肉部２４を形成するエッチング工程Ｓ３と、残存したレジスト膜５００を除去するレジスト膜除去工程Ｓ４と、を含む。

このような製造方法によれば、振動部２３の上面２１のエッチングによる荒れを抑制することができる。そのため、振動部２３の上面２１の劣化がなく表面粗さＲ１の増大やばらつきを抑制することができる。よって、振動部２３に不要振動が生じ難くなる。また、エッチングの前後で振動部２３の厚さが変化しないため、エッチング前において振動部２３の厚さを調整しておくことにより、所定の発振周波数を有する振動素子１を得ることができる。また、エッチングによれば、容易にかつ高精度に薄肉部２４を形成することができる。このように、本実施形態の製造方法によれば、優れた振動特性を有する振動素子１を容易に製造することができる。

また、前述したように、上述の製造方法では、レジスト膜除去工程Ｓ４の後に、振動部２３に電極３、４を形成する電極形成工程Ｓ６を含む。これにより、電極３、４を容易に形成することができる。

また、前述したように、上述の製造方法では、レジスト膜形成工程Ｓ２において、水晶基板２００の薄肉部２４を形成する薄肉部領域Ｑ２４にはレジスト膜５００を形成しない。これにより、エッチング開始と共に薄肉部領域Ｑ２４のエッチングが開始される。そのため、エッチング工程をより短い時間で行うことができる。

また、前述したように、上述の製造方法では、レジスト膜形成工程Ｓ２は、水晶基板２００にレジスト材５を塗布する塗布工程Ｓ２１と、レジスト材５を露光する露光工程Ｓ２２と、レジスト材５を現像する現像工程Ｓ２３と、を含む。これにより、レジスト膜５００を容易に形成することができる。

また、前述したように、上述の製造方法では、準備工程Ｓ１で用意される水晶基板２００の振動部領域Ｑ２３の表面である上面２１は、研磨面である。これにより、より平坦な上面２１を形成することができる。そのため、振動部２３に不要振動がより生じ難くなる。

＜第２実施形態＞
図１６は、本発明の第２実施形態に係る振動素子の製造工程を示すフローチャートである。図１７および図１８は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。

本実施形態に係る振動素子１は、製造方法が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の振動素子１の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１６ないし図１８では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１６に示すように、本実施形態の振動素子１の製造方法は、水晶基板２００を用意する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００にレジスト膜５００を形成するレジスト膜形成工程Ｓ２と、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をエッチングして水晶基板２を形成するエッチング工程Ｓ３と、残存したレジスト膜５００を除去するレジスト膜除去工程Ｓ４と、水晶基板２に電極３、４を形成する電極形成工程Ｓ６と、振動素子１を個片化する個片化工程Ｓ７と、を含む。

本実施形態では、前述した第１実施形態の輪郭形成工程Ｓ５をエッチング工程Ｓ３と同時に行っている。なお、準備工程Ｓ１、レジスト膜除去工程Ｓ４、電極形成工程Ｓ６および個片化工程Ｓ７については、前述した第１実施形態と同様であるため、以下では、レジスト膜形成工程Ｓ２およびエッチング工程Ｓ３についてのみ説明する。

［レジスト膜形成工程Ｓ２］
まず、図１７に示すように、水晶基板２００の上面にレジスト材５からなるレジスト膜５００を形成する。なお、前述した第１実施形態と同様に、レジスト膜５００のエッチングレートと水晶のエッチングレートとが等しいこととする。本実施形態では、各素子領域Ｑ２の全体にレジスト膜５００を形成する。レジスト膜５００の薄肉部領域Ｑ２４と重なる部分の厚さＴａは、Ｔ１－Δｄ以上であり、中央部領域Ｑ２３１と重なる部分の厚さＴｂは、Ｔａ＋Δｄより厚く、外縁部領域Ｑ２３２と重なる部分の厚さＴｃは、中央部領域Ｑ２３１から薄肉部領域Ｑ２４に向けてＴａ＋ΔｄからＴａまで漸減している。

なお、図示しないが、隣り合う一対の素子領域Ｑ２の間の領域Ｑｓには、後のエッチング工程Ｓ３によってフレーム６０および連結梁６１、６２が形成されるように、所望の厚さのレジスト膜５００が形成される。

［エッチング工程Ｓ３］
次に、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をその上面側からドライエッチングする。そして、図１８に示すように、振動部領域Ｑ２３の上面と薄肉部領域Ｑ２４の上面とのずれ量が離間距離Δｄとなったところでドライエッチングを終了する。これにより、各素子領域Ｑ２に振動部２３および薄肉部２４が形成される。また、領域Ｑｓでは、水晶基板２００が貫通するまで掘り進められる。そのため、各水晶基板２の輪郭が形成されると共に、図示しないが、フレーム６０と、フレーム６０と各水晶基板２とを接続する一対の連結梁６１、６２と、が形成される。これにより、水晶基板２００内に複数の水晶基板２が一体形成された状態となる。このように、本実施形態によれば、水晶基板２の外形形状を一度のドライエッチングで形成することができるため、前述した第１実施形態と比べて、振動素子１の製造工程の簡略化を図ることができる。

なお、ドライエッチングが終了した状態では、レジスト膜５００の当初の厚さがＴａ＋Δｄよりも大きかった部分すなわち中央部領域Ｑ２３１と重なる部分が水晶基板２００上に残存した状態となる。そのため、中央部領域Ｑ２３１は、レジスト膜５００で保護されてドライエッチングされない。したがって、ドライエッチング後においても、振動部２３の上面２１を研磨面のままとすることができる。そのため、せっかく研磨によって平坦化（鏡面化）した上面２１がエッチングにより荒れてしまい、表面粗さＲ１が劣化してしまうことがない。したがって、エッチング後においても十分に小さい表面粗さＲ１を維持することができる。また、エッチング後においても振動部２３を厚さＴ１のままに維持することができる。そのため、エッチングによる発振周波数のずれを抑制することもできる。

以上のように、本実施形態の振動素子１の製造方法では、レジスト膜形成工程Ｓ２において、水晶基板２００の薄肉部２４を形成する薄肉部領域Ｑ２４に、レジスト膜５００を振動部領域Ｑ２３に位置する部分よりも薄く形成する。これにより、水晶基板２００の外形を一度のエッチング工程Ｓ３によって形成することができる。そのため、前述した第１実施形態と比べて、振動素子１の製造工程の簡略化を図ることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１９および図２０は、本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す断面図である。図２１および図２２は、振動素子の変形例を示す断面図である。なお、図１９および図２１は、図１中のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図であり、図２０および図２２は、図１中のＢ－Ｂ線断面図に相当する断面図である。

本実施形態の振動素子１は、振動部２３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子１と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の振動素子１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１９ないし図２２では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１９および図２０に示すように、本実施形態の振動素子１では、振動部２３の外縁部２３２は、複数の段差２３３を有する。本実施形態では、３つの段差２３３が形成されている。外縁部２３２をこのような構成とすることにより、前述した第１実施形態と同様に、厚みすべり振動を振動部２３内に効果的に閉じ込めることができる。そのため、振動漏れが抑制され、優れた振動特性を有する振動素子１となる。また、前述した第１実施形態と比べて１つの段差２３３が小さくなるため、電極３、４の母材となる金属膜を成膜する際のカバレッジが向上し、外縁部２３２上での第１接続配線３３の断線を抑制することができる。

ただし、段差２３３の数は、３つに限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、段差２３３の形状としては、特に限定されず、例えば、図２１および図２２に示すように、矩形状であってもよい。また、少なくとも１つの段差２３３が他の段差と異なる形状であってもよい。

以上のように、本実施形態の振動素子１では、振動部２３の外縁部２３２は、複数の段差２３３を有する。これにより、厚みすべり振動を振動部２３内に効果的に閉じ込めることができる。そのため、振動漏れが抑制され、優れた振動特性を有する振動素子１となる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図２３および図２４は、本発明の第４実施形態に係る振動素子を示す断面図である。図２５ないし図２７は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、図２３は、図１中のＡ－Ａ線断面図に相当する断面図であり、図２４は、図１中のＢ－Ｂ線断面図に相当する断面図である。

本実施形態の振動素子１は、振動部２３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子１と同様である。なお、以下の説明では、第４実施形態の振動素子１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３ないし図２７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２３および図２４に示すように、本実施形態の振動素子１では、振動部２３の外縁部２３２が省略されており、振動部２３の側面が上面２１に対して直交している。

本実施形態の振動素子１の製造方法は、前述した第１実施形態と同様に、水晶基板２００を用意する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００にレジスト膜５００を形成するレジスト膜形成工程Ｓ２と、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をエッチングし、振動部２３および薄肉部２４を形成するエッチング工程Ｓ３と、水晶基板２００上に残存したレジスト膜５００を除去するレジスト膜除去工程Ｓ４と、水晶基板２の輪郭を形成する輪郭形成工程Ｓ５と、水晶基板２に電極３、４を形成する電極形成工程Ｓ６と、振動素子１を個片化する個片化工程Ｓ７と、を含む。

なお、準備工程Ｓ１、レジスト膜除去工程Ｓ４、輪郭形成工程Ｓ５、電極形成工程Ｓ６および個片化工程Ｓ７については、前述した第１実施形態と同様であるため、以下では、レジスト膜形成工程Ｓ２およびエッチング工程Ｓ３についてのみ説明する。

［レジスト膜形成工程Ｓ２］
まず、図２５に示すように、水晶基板２００の上面にレジスト材５を所定の厚みで塗布する。次に、マスクＭを介して各素子領域Ｑ２に一定の露光強度の電磁波Ｉを照射し、レジスト材５内に感光の有無による露光境界域５０を形成する。次に、レジスト材５を現像する。これにより、図２６に示すように、水晶基板２００の上面にレジスト材５からなるレジスト膜５００が形成される。

［エッチング工程Ｓ３］
次に、レジスト膜５００を介して水晶基板２００をその上面側からドライエッチングする。そして、図２７に示すように、振動部領域Ｑ２３の上面と薄肉部領域Ｑ２４の上面とのずれ量が離間距離Δｄとなったところでドライエッチングを終了する。これにより、各素子領域Ｑ２に振動部２３および薄肉部２４が形成された状態となる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図２８は、本発明の第５実施形態に係る振動子を示す断面図である。

図２８に示すように、振動子１００は、振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ７と、を有する。また、パッケージ７は、上面に開口する凹部７１１を備えるベース７１と、凹部７１１の開口を塞ぐようにベース７１の上面に接合部材７３を介して接合された板状のリッド７２と、を有する。パッケージ７の内側には凹部７１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに振動素子１が収納されている。例えば、ベース７１は、アルミナ等のセラミックスで構成され、リッド７２は、コバール等の金属材料で構成される。ただし、パッケージ７としては、内部に振動素子１を収容することができれば、特に限定されない。また、ベース７１およびリッド７２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。

内部空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態である。これにより、振動素子１の振動特性が向上する。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素またはＡｒ等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態または加圧状態となっていてもよい。

また、凹部７１１の底面には一対の内部端子７４１が配置され、ベース７１の下面には一対の外部端子７４３が配置されている。各内部端子７４１は、ベース７１内に形成された図示しない内部配線を介して対応する外部端子７４３と電気的に接続されている。また、一方の内部端子７４１は、導電性の接合部材Ｂ１を介して振動素子１の第１端子３２と電気的に接続され、他方の内部端子７４１は、導電性の接合部材Ｂ２を介して振動素子１の第２端子４２と電気的に接続されている。

以上のように、振動子１００は、振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ７と、を有する。そのため、上述した振動素子１の効果を享受でき、高い信頼性を有する振動子１００となる。

なお、振動素子１は、例えば、発振回路と組み合わせて発振器として用いられ、スマートフォン、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、インクジェットプリンター、テレビ、スマートグラス、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ドライブレコーダー、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、玩具、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、鉄道車輌、航空機、ヘリコプター、船舶等の各種計器類、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等の各種電子機器、自動車、ロボット、ドローン、二輪車、航空機、船舶、電車、ロケット、宇宙船等の各種移動体に搭載することができる。

以上、本発明の振動素子の製造方法、振動素子および振動子を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。

また、前述した実施形態では、水晶基板２が、振動部２３が上面２１側にだけ突出したメサ型であったが、これに限定されず、振動部２３が上面２１側および下面２２側の両方に突出したメサ型であってもよい。この場合は、上面２１側と同様に、下面２２側についてもレジスト膜形成工程Ｓ２およびエッチング工程Ｓ３を行えばよい。また、水晶基板２の周囲を研削して面取りするベベル加工や、上面２１および下面２２を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。

１…振動素子、２…水晶基板、３、４…電極、５…レジスト材、７…パッケージ、２１…上面、２２…下面、２３…振動部、２４…薄肉部、３１…第１励振電極、３２…第１端子、３３…第１接続配線、４１…第２励振電極、４２…第２端子、４３…第２接続配線、５０…露光境界域、６０…フレーム、６１、６２…連結梁、７１…ベース、７２…リッド、７３…接合部材、１００…振動子、２００…水晶基板、２３１…中央部、２３２…外縁部、２３３…段差、４００…レジスト膜、５００…レジスト膜、７１１…凹部、７４１…内部端子、７４３…外部端子、Ｂ１、Ｂ２…接合部材、Ｉ…電磁波、Ｍ…マスク、Ｑ２…素子領域、Ｑ２３…振動部領域、Ｑ２３１…中央部領域、Ｑ２３２…外縁部領域、Ｑ２４…薄肉部領域、Ｑｓ…領域、Ｓ…内部空間、Ｓ１…準備工程、Ｓ２…レジスト膜形成工程、Ｓ３…エッチング工程、Ｓ４…レジスト膜除去工程、Ｓ５…輪郭形成工程、Ｓ６…電極形成工程、Ｓ７…個片化工程、Ｓ２１…塗布工程、Ｓ２２…露光工程、Ｓ２３…現像工程、Ｔ１、Ｔ２、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ…厚さ、Δｄ…離間距離、θ…角度

Claims (12)

1. 厚みすべり振動する振動部と、前記振動部に接続され前記振動部よりも薄い薄肉部とを有する振動素子の製造方法であって、
   前記振動部を形成する振動部領域の表面が研磨面である水晶基板を用意する準備工程と、
   前記水晶基板の前記振動部領域にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
   前記レジスト膜を介して前記水晶基板をドライエッチングし、前記ドライエッチングを前記振動部領域に前記レジスト膜が残存した状態で終了することにより、前記振動部および前記薄肉部を形成するドライエッチング工程と、
   残存した前記レジスト膜を除去し前記研磨面を露出させるレジスト膜除去工程と、を含み、
   前記研磨面の表面粗さは、前記ドライエッチング工程で形成された前記薄肉部の表面粗さよりも小さいことを特徴とする振動素子の製造方法。
2. 前記レジスト膜除去工程の後に、前記振動部に電極を形成する電極形成工程を含む請求項１に記載の振動素子の製造方法。
3. 前記レジスト膜形成工程において、前記水晶基板の前記薄肉部を形成する薄肉部領域には前記レジスト膜を形成しない請求項１または２に記載の振動素子の製造方法。
4. 前記レジスト膜形成工程では、
   前記振動部領域の中央部における前記レジスト膜の厚さが、前記ドライエッチング工程で形成される前記薄肉部の表面から前記振動部の表面までの厚さ方向に沿った距離よりも大きく、かつ、前記振動部領域の外縁部における前記レジスト膜の厚さが、前記中央部側から前記薄肉部領域側に向かって漸減するよう形成される請求項３に記載の振動素子の製造方法。
5. 前記レジスト膜形成工程において、前記水晶基板の前記薄肉部を形成する薄肉部領域に、前記レジスト膜を前記振動部領域に位置する部分よりも薄く形成する請求項１または２に記載の振動素子の製造方法。
6. 前記レジスト膜形成工程は、
   前記水晶基板にレジスト材を塗布する塗布工程と、
   前記レジスト材を露光する露光工程と、
   前記レジスト材を現像する現像工程と、を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 前記ドライエッチング工程においては、
   前記振動素子の外縁部も形成される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 厚みすべり振動する振動部と、
   前記振動部に接続され前記振動部よりも薄い薄肉部と、を有し、
   前記振動部の主面は、研磨面であり、
   前記薄肉部の主面、および、前記振動部の外縁部は、ドライエッチング面であり、
   前記振動部の主面の表面粗さは、前記薄肉部の主面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする振動素子。
9. 前記振動素子の厚さ方向における断面視において、前記振動部の外縁部は、凸状に湾曲したテーパー状である請求項８に記載の振動素子。
10. 前記振動部の外縁部は、複数の段差を有する請求項８に記載の振動素子。
11. 前記振動素子の外縁部は、ドライエッチング面を含む請求項８に記載の振動素子。
12. 請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。

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