JPH0583065A - 圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧電基板１１に圧電振動子形状を有するマス
キング材１３を形成し、その後金属やセラミックスから
なる微粒子１７を加圧した気体とともに圧電基板１１に
噴射して、圧電基板１１のマスキング材１３を形成して
いない領域の露出した圧電基板１１を加工除去し、しか
る後、マスキング材１３を除去する。 【効果】 フォトリソグラフィー技術により超小型の圧
電振動子の製造が可能となり、とくに従来製造が不可能
であった異形形状のＡＴカット水晶振動子が実現でき
る。さらに圧電振動子の側壁部にサイドエッチングが発
生せず、断面形状がほぼ直角の圧電振動子が得られる。
またさらに、圧電基板のポリシング加工工程が不要とな
り、ラッピング加工のみで製造できることから、製造コ
スト低減の効果をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水晶振動子などの圧電
振動子をフォトリソグラフィー技術にて作成する製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波の発振周波数を有するＡＴ
カット水晶振動子を加工する場合は、水晶原石をブレー
ドソーにより切断後、板状の水晶基板をラッピング加工
による粗研磨加工と、ブレードソーによる外形切断加工
とを繰り返し行う機械的加工法により、丸状や矩形状の
ＡＴカット水晶振動子を形成している。

【０００３】一方、低周波の発振周波数を有する音叉型
水晶振動子は、水晶基板をラッピング加工後に、ポリシ
ング加工を行って水晶基板表面の鏡面研磨加工を行い、
フオトリソグラフィー技術とエッチング技術とにより、
小型の音叉型水晶振動子を実現している。

【０００４】しかし、近年、高周波水晶振動子も電子機
器の軽薄短小化から、チップ型の超小型水晶振動子が求
められているが、現状の製造技術では下記に記載する点
で要求を満足出来ない。この点を図３、および図４を用
いて説明する。

【０００５】図３は機械的加工法によるＡＴカット水晶
振動子の製造方法を説明するための斜視図であり、図４
はフォトリソグラフィー技術による音叉型水晶振動子の
製造方法を説明するための図面である。以下図３、図４
を用いて説明する。

【０００６】図３は、矩形状の形状を有するＡＴカット
水晶振動子の製造方法を工程順に示す図面である。まず
図３（ａ）に示す水晶原石３１をブレードソーにて、所
定の結晶方位に切断し、図３（ｂ）に示すような水晶ブ
ロック３３を得る。その後さらに、ブレードソーにて、
薄板状の水晶基板３５に切断する。

【０００７】次に図３（ｃ）に示すように、切断した水
晶基板３５のおもて面と、裏面とをラッピング加工し、
水晶基板３５を所定の厚さにする。

【０００８】次に図３（ｄ）に示すように、複数枚の水
晶基板３５を、接着剤を用いて重ね合わせてブロック３
７を得る。このブロック３７の４つの端面３７ａ、３７
ｂ、３７ｃ、３７ｄをラッピング加工して、水晶基板３
５の外形寸法を所定寸法にする。

【０００９】次に図３（ｅ）に示すように、複数枚の水
晶基板３５を、接着剤を用いて重ね合わせたブロック３
７の接着剤を除去して、水晶片３９が完成する。

【００１０】その後、図３（ｆ）に示すように、水晶片
３９上に電極膜４１を真空蒸着法にて形成し、電極接続
後に電界を与えれば、ＡＴカット水晶振動子４０は振動
する状態となる。

【００１１】図４は、フォトリソグラフィー技術を用い
た音叉型水晶振動子の製造方法を、工程順に示す図面で
ある。

【００１２】まず図４（ａ）に示すように、ポリシング
加工し、表面を鏡面研磨した薄板の水晶基板４３のおも
て面と裏面との両面に、図４（ｂ）に示すように、真空
蒸着法によりクロム（Ｃｒ）膜と金（Ａｕ）膜とからな
る二層薄膜４５を形成する。

【００１３】その後、図４（ｃ）に示すように、水晶基
板４３の表裏両面に形成した二層薄膜４７であるＡｕ膜
上に感光性樹脂であるフォトレジスト（図示せず）を、
水晶基板４３両面の全面に形成する。このフォトレジス
トを音叉型振動子形状を有するフォトマスクを用いて露
光、現像して、フォトレジストをパターニングする。

【００１４】その後このパターニングしたフォトレジス
トをエッチングマスクとして、二層薄膜４５であるＡｕ
膜とＣｒ膜とを順次エッチングし、音叉型水晶振動子形
状を有する二層薄膜４７を得る。

【００１５】しかる後、図４（ｄ）に示すように、二層
薄膜４７をエッチングマスクにして露出した水晶基板４
３の水晶を、エッチング液としてフッ化水素酸を用い
て、水晶基板４３の両面よりエッチングする。

【００１６】このフッ化水素酸による水晶基板４３のエ
ッチングにおいては、水晶の結晶軸によってエッチング
速度に差があり、図４（ｄ）に示すように、水晶片４９
の側壁部にサイドエッチングによる張り出し部が形成さ
れる。さらにその後、Ｃｒ膜とＡｕ膜とからなる二層薄
膜４７を除去する。

【００１７】次に図４（ｅ）に示すように、全面にＣｒ
膜とＡｕ膜とを形成し、フォトエッチング技術により電
極膜５１を形成する。

【００１８】この電極膜５１の平面パターン形状を図４
（ｆ）に示す。なお図４（ｆ）におけるＡ―Ａ線での断
面を図４（ｄ）、（ｅ）に示す。

【００１９】電極膜５１の形成は、前述の方法とは別
に、マスキング蒸着の方法によっても形成することがで
きる。

【００２０】音叉形状を有する水晶片４９に電極膜５１
を形成し、音叉型水晶振動子５３が完成する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】近年、小型携帯通信機
器、情報機器等の電子機器の多くは軽薄短小化が進み、
この電子機器に搭載される部品も性能を維持した上で、
ますます超小型化が進んでいる。とくに、表面実装型の
部品が多く採用され、この表面実装の波は水晶振動子や
水晶発振器にも例外なく及んでいる。

【００２２】これらの超小型電子部品は、部品の自動挿
入機が普及してきたことから表面実装用素子が求めら
れ、とくに、高周波水晶振動子の表面実装素子化、薄型
化、小型化が重要となってきている。

【００２３】しかしながら、現在の高周波水晶振動子で
は前記の要求である薄型化、小型化を兼ね備えるには、
以下に記載する点で無理がある。この点を図２を用いて
説明する。

【００２４】図２（ａ）に、高周波水晶振動子である矩
形状のＡＴカット水晶振動子２１を気密端子２５の支持
部２３に接着固定したものを示す。

【００２５】ＡＴカット水晶振動子２１の小型化に伴
い、支持部２３領域の占有面積は増大し、ＡＴカット水
晶振動子２１の振動漏れが支持部２３に伝搬し、振動子
特性を維持できなくなる。したがって、水晶片の小型化
にともない支持部２３の占有面積を極力微少化するが必
要がある。

【００２６】図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す支持部２
３の占有面積を微少化したものである。水晶片２７の支
持部２９を細くし、かつ水晶片２７は支持部２９と一体
構造にしたものである。この図２に示す支持構造におい
ては、水晶片２７は接着剤等による支持固定の必要がな
く振動漏れは防げ、超小型化には有利である。

【００２７】しかし、以下に記載する点で、この水晶片
２７から支持部２９が突き出したような異形の形状を有
する水晶片２７の製造は困難である。

【００２８】図３に示すように、従来のＡＴカット水晶
振動子は機械的加工法にて製造している。図３（ａ）、
図３（ｂ）に示す外形加工は、ブレードソーにて行われ
るため、直線加工しか加工できない。

【００２９】丸め加工法による円形形状の水晶振動子の
加工は可能だが、図２（ｂ）に示すような、支持部２９
が細く、かつ水晶片２７から突き出すような形状を有す
る水晶片２７を得ることはできない。つまり、異形形状
の水晶振動子は機械的加工法で形成することは困難であ
る。

【００３０】一方、図４に示す低周波の音叉型水晶振動
子では、フォトリソグラフィー技術によって、機械的な
加工方法と異なり、異形形状の水晶振動子の加工は可能
である。

【００３１】図４（ｃ）に示す、感光性樹脂であるフォ
トレジストのパターニングで如何なる形状も可能であ
る。しかし、図４（ｃ）に示す、フッ化水素酸で水晶４
３をエッチングする際、二層薄膜４７であるＣｒ膜とＡ
ｕ膜とが剥離しないように、この二層薄膜４７と水晶基
板４３との密着性を保持するために、水晶基板４３はポ
リシング加工を行う必要がある。この水晶基板４３のポ
リシング加工は、製造コストの上昇につながる。

【００３２】また、フッ化水素酸などを用いた湿式のエ
ッチング法においては、水晶の持つＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
結晶軸によりエッチング速度が異なるために、図４
（ｆ）に示すように、水晶片４９の断面形状において異
形のサイドエッチングが生じ、所望の形状が得られな
い。

【００３３】またさらに、ＡＴカット水晶振動子の持つ
結晶方位では、このＡＴカット水晶振動子を湿式エッチ
ングにて加工しようとすると、音叉型水晶振動子よりさ
らにエッチング速度が遅く、しかもサイドエッチングも
音叉型水晶振動子以上に大きいため、実用に耐えない。

【００３４】さらに、フッ化水素酸のような湿式エッチ
ングとは異なる乾式エッチング法、たとえば反応性イオ
ンエッチング法や、イオンビームエッチング法などを用
いたエッチングでは、エッチング速度が遅い。さらにエ
ッチングマスクとなるマスキング材もイオンにてエッチ
ングされてしまい、エッチングの経過時間とともに、マ
スキング材のパターン幅寸法が変化し、水晶片の断面形
状として垂直断面が得られない。

【００３５】これらの問題点から、工業生産的には、乾
式エッチング法による圧電振動子の製造は実用化が困難
である。

【００３６】さらにたとえば特開昭５６ー６１８１７号
公報に記載のように、基板にマスキング材を形成し、露
出する水晶をアルミナなどの砥粒を噴射させて、水晶を
加工するサンドブラスト法がある。

【００３７】この公報に記載のサンドブラスト法は、噴
射するアルミナ砥粒の粒径が１００ミクロン以上であ
り、水晶を噴射加工した場合はクラック層が大きく、振
動子特性が満足できない。とくに、経時変化の少ない振
動子を作成しようとすると、このクラック層に水分や容
器内のガスを抱き込み問題である。

【００３８】本発明の目的は、上記の課題を解決し、圧
電振動子にサイドエッチングが発生せず、断面はほぼ垂
直で、さらに圧電基板の加工速度が早い圧電振動子の製
造方法を提供することにある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の圧電基板の製造方法においては、下記記載の方
法を採用する。

【００４０】本発明による圧電振動子の製造方法は、圧
電基板をフォトリソグラフィー技術を用いて加工するも
ので、圧電基板に圧電振動子形状を有するマスキング材
を形成し、この圧電基板に金属、セラミックス等からな
る微粒子を噴射してマスキング材を形成していない領域
の圧電基板を加工除去し、異形の外形形状の圧電振動子
を得るものである。

【００４１】

【実施例】以下、本発明による実施例を図面を用いて説
明する。図１は本発明における圧電振動子の製造方法を
工程順に示す断面図である。

【００４２】まず図１（ａ）に示すように、圧電基板１
１として、たとえば水晶薄板の両面のラッピング加工を
行って、圧電基板１１を所定の厚さにする。

【００４３】その後、図１（ｂ）に示すように、感光性
樹脂からなるマスキング材１３を圧電基板１１の全面に
形成し、露光、および現像処理を行うフォトリソグラフ
ィー技術により、マスキング材１３を圧電振動子の形状
にパターニングする。

【００４４】このマスキング材１３は、感光性樹脂であ
るフォトレジスト以外に、金属や、セラミックスや、ダ
イヤモンドライクカーボン被膜や、あるいはダイヤモン
ド被膜も用いることができる。

【００４５】フォトレジスト以外のマスキング材１３の
形成方法は、金属やセラミックスの上に感光性材料を形
成し、この感光性材料をフォトリソグラフィー技術でパ
ターニングして、パターニングした感光性材料をエッチ
ングマスクとして用い、金属やセラミックスをエッチン
グしパターニングすることにより形成する。

【００４６】この圧電基板１１には、ＡＴカット水晶振
動子や音叉型水晶振動子などの圧電振動子パターンが複
数個配置されている。

【００４７】つぎに図１（ｃ）に示すように、マスキン
グ材１３をマスクにして、圧電基板１１に、噴射装置１
５から、炭化珪素やアルミナなどの微粒子１７を加圧し
た気体と共に噴射し、マスキング材１３が形成されてい
ない領域の圧電基板１１を加工除去する。

【００４８】微粒子１７の粒径は、１〜２０ミクロン
で、数Ｋｇｆ／ｃｍ² に加圧した気体と共に圧電基板１
１表面に、ほぼ垂直に微粒子１７が衝突して、圧電基板
１１の表面から噴射加工を行う。

【００４９】この噴射加工技術は、日経メカニカル１９
９１年７月８日号９９ページに紹介されている。

【００５０】従来のサンドブラスト装置では粒径が数ミ
クロンの砥粒で噴射加工すると、砥粒が凝集してしまい
加工できなかった。しかし、上記の記事紹介のように、
微細粒子が凝集しないように装置を工夫することで、数
ミクロンの粒径の粒子を噴射加工できる。

【００５１】その結果、圧電基板１１の加工表面におけ
るの凹凸の最大高さ（Ｒ_max ）は、０．０５〜１ミクロ
ンの範囲まで可能となる。

【００５２】この圧電基板１１の表面粗さは、砥粒径
や、噴射圧力や、加工速度を制御することにより調整が
可能である。この表面粗さは、ポリシング加工に近いレ
ベルのものであり、従来のサンドブラスト法に比べ面粗
さが大幅に向上する。この方法にて水晶を加工した場
合、クラック層は大幅に小さくなり、従来のラッピン
グ、ポリシング品に比べて遜色は無い。

【００５３】このときの微粒子１７による圧電基板１１
の噴射加工速度は、毎分数ミクロンと、従来の乾式の反
応性イオンエッチング法に比較して、一桁高い加工速度
を有する。

【００５４】したがって、１００ミクロンの厚さを有す
る圧電基板１１は、１００分以下の時間にて圧電基板１
１を噴射加工することができる。

【００５５】このとき、マスキング材１３にゴム系の感
光性樹脂を用いれば、微粒子１７の衝撃加重はマスキン
グ材１３に吸収されて、マスキング材１３の損傷は少な
い。さらにマスキング剤１３として、セラミックスやダ
イヤモンドライクカーボン膜などの硬質膜を使用する
と、微粒子１７でマスキング材３が損傷することが少な
い。したがって、微粒子１７による圧電基板１１の噴射
加工中に、マスキング材１３の幅寸法が変化することは
ない。

【００５６】その結果、微粒子１７が圧電基板１１表面
に垂直に衝突することと、マスキング材１３の幅寸法が
変化しないこととにより、図１（ｄ）に示すように、圧
電基板１１を噴射加工した断面の圧電基板側壁部１１ａ
は、ほぼ垂直となる。

【００５７】さらに、この微粒子１７を用いた圧電基板
１１の噴射加工においては、水晶基板の結晶軸の違いに
よるエッチング速度の差は発生しないので、圧電基板１
１の全ての部分でサイドエッチングは、発生しない。

【００５８】次に図１（ｅ）に示すように、圧電基板１
１の噴射加工を行った後、マスキング材１３を除去し、
さらに圧電基板１１を洗浄する。その後、圧電基板１１
上に電極材１９を真空蒸着法により形成し、この電極材
１９をパターニングし、図３（ｆ）の平面図に示すＡＴ
カット水晶振動子が得られる。

【００５９】図１を用いて説明した実施例において、電
極材１９の形成は、水晶振動子の外形形状加工後に形成
したが、圧電基板１１の平面部に形成する電極材１９
は、図１（ｂ）に示すマスキング材１３の形成前に電極
材１９を形成し、その後マスキング材１３を形成しても
良い。

【００６０】さらに、電極材１９のパターン形成は、電
極材１９の形成領域に開口を有する金属マスクを用い真
空蒸着法でこの開口内に電極材１９を形成する方法や、
電極材を全面に形成し、しかる後フォトリソグラフィー
技術を用いてパターニングしても良い。

【００６１】以上の実施例においては、圧電基板１１の
一方の面にマスキング材１３を形成して、圧電基板１１
の一方の面から微粒子１７で噴射加工を行った例で説明
したが、マスキング材１３は圧電基板１１の両面に形成
し、圧電基板１１の両面から噴射加工しても良い。

【００６２】また、本発明における噴射加工方法によっ
ても微細なクラック層は、ごくわずかであるが存在して
おり、噴射加工後にフッ化アンモニウムなどを用いて、
化学エッチングを軽く行う。このように噴射加工と化学
エッチング法とを組み合わせることで、水晶の加工歪を
さらにいっそう低減させ、経時変化の少ない振動子を得
ることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる圧電振動子の製造方法によれば、フォトリソグラフ
ィー技術と微粒子による噴射加工技術の組み合わせによ
り、圧電振動子にサイドエッチング的なものがほとんど
発生せず、圧電振動子の断面形状もほぼ直角となる。

【００６４】さらに異形形状の圧電振動子が容易に得ら
れる。とくに、化学エッチング法では、エッチング速度
とサイドエッチングの点から作成が不可能であった異形
形状のＡＴカットの高周波水晶振動子が実現可能とな
り、超小型形状を有し、さらに経時変化の少ない高安定
な圧電振動子が得られる。

【００６５】さらに本発明の加工方法によれば、従来の
湿式エッチング法と異なり、圧電基板とマスキング材の
界面に発生するエッチング液の滲み込みが発生しない。
このため圧電基板とマスキング材との密着力強化のため
に、従来行っていたポリシング加工工程が不要となり、
圧電基板の表面加工はラッピング加工のみで充分であ
り、音叉型水晶振動子の製造コスト低減にも波及効果が
ある。

【００６６】本発明の製造方法によって、水晶振動子の
超小型化がさらに加速できるものとなり、電子機器の軽
薄短小化に大いに寄与できる。

【００６７】またさらに、以上の説明においては、本発
明を水晶振動子の製造方法に適用する例で説明したが、
フィルタや他の圧電素子にも、本発明の製造方法は適用
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における圧電振動子の製造方法
を工程順に示す断面図である。

【図２】圧電振動子の支持構造を示す断面図である。

【図３】従来例における圧電振動子の製造方法を工程順
に示す斜視図である。

【図４】従来例における圧電振動子の製造方法を工程順
に示す図面である。

【符号の説明】

１１ 圧電基板 １３ マスキング材 １７ 微粒子 １９ 電極材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電基板に圧電振動子形状を有するマス
   キング材を形成する工程と、金属またはセラミックス等
   からなる微粒子を圧電基板に加圧した気体と共に噴射さ
   せて、圧電基板のマスキング材の非マスキング領域を加
   工除去する工程と、マスキング材を除去する工程と、圧
   電基板に所定形状の電極材を形成する工程とを有するこ
   と特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 【請求項２】 圧電基板に所定形状の電極材を形成する
   工程と、圧電基板上に圧電振動子形状を有するマスキン
   グ材を形成する工程と、金属またはセラミックス等から
   なる微粒子を圧電基板に加圧した気体と共に噴射させ
   て、圧電基板のマスキング材の非マスキング領域を加工
   除去する工程と、マスキング材を除去する工程とを有す
   ることを特徴とする圧電振動子の製造方法。