JPS6038891B2 - 超小型水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超小型音叉水晶振動子、特にフオトリソグラフ
ィ技術からなる平面、側面電極を有する超小型音叉水晶
振動子の製造方法に関するものである。

近年、腕時計の電子化も急速に発達し、各ェレメントの
小型化、ローコスト化、多機能化、等の点では諸々の開
発がなされている。

特に水晶振動子に於いては、特開昭４８−３５７５に見
られるように、従来の機械加工技術からフオトリソグラ
フィ技術を利用した半導体的思考への技術革新がなされ
ている。しかしながら生産技術的見地からはそれらの方
向性が将来的に有利に導くと考えられるものの、特性面
からは従来の機械加工により製造される振動子に比べ劣
っている現状である。しかるにそれにても従来の十５０
×カットの平面、側面電極を有する屈曲音叉振動子より
も、クリスタルインピーダンスが高いこと、Ｃｏ／Ｃ，
が大きくトリマコンデンサーの容量変化に対する振動子
周波数変化は小さいなどの欠点を有している。基本的に
有効な圧電効果を得ようとすれば、側面部への電極形成
が必要となり、平面処理法がフオトリソグラフィ技術に
有利と判断すれば、特性的に劣化する。従来これらの製
造技術の考え方は平面処理でなければフオトリソグラフ
ィ技術の応用は困難とされて来た。本発明はＸ藤のまわ
りにｏｏ〜１ｏｏ、Ｙ′軸のまわりに７０ｏ〜９０ｏ回
転した薄板水晶振動子の利点とされるクリスタルインピ
ーダンスが低い、温度−共振周波数特性の変曲点位置が
高い等の長所を生かしかつ、フオトリソグラフィ技術に
より小型化、薄型化、ローコスト化に対応出来る製造プ
ロセスを提供したことにある。第１図、第２図、第３図
は従来の十５ｏ×カット屈曲音叉水晶振動子の枝部の断
面図である。第１図に於いて音叉型水晶振動子はワイヤ
ーソー等の機械加工法により叉部のスリットは加工され
、平面部電極２、側面部電極３は金属マスクを使用し真
空蒸着筆により形成されていた。矢印のごとく電界が印
加された時、電気軸Ｘ方向の成分が水晶に歪みを発生さ
せて、片枝を中心にして左右に伸び、縮みを起こし、交
流電圧を加えることにより、両枝の屈曲振動を利用して
いた。しかるに超小型化に対してこれらの有効な圧電効
果の利用は製造上困難な状況となった。即ち機械的加工
法により超小型化が困難、電極付けに於いても金属マス
ク法に於いては不可能な内容である。これらの対策とし
て特開昭５０−１１３９３に見られる様に第２図のごと
く十５０×カットにて、音叉形状を形成し、従来の側面
部電極は平面部の両端に電極６を形成し、中央都電極５
と両端電極６との間に矢印のごとく電界を印加させ、伸
び縮みを起こさせたものである。これらの方法によれば
フオトリソグラフィ技術の応用は容易であることがわか
る。しかるに従来の側面、平面電極と同一レベルの特性
は得られず、クリスタルインピーダンスも５０〜１００
ＫＱと高いこと、また真空度に対するクリスタルインピ
ーダンスの変化が激しく封止方法が難しいこと、Ｃｏ／
Ｃ，が高くトリマビリティーも狭い幅となるなどの欠点
を有し、時計に要求される低消費電力化についても有効
でない。本発明は第３図及び第４図のごとく、十５０×
カットにて、水晶７を薄くし、平面都電極８と、側面部
のみに電極９を形成し矢印のごとく電界を印加させて、
第１図の様に従来の屈曲音叉水晶振動子と特性的に同一
にし、かつ、フオトリソグラフィ技術を容易に応用でき
るプロセスを提供したことにある。本発明を第５図の音
叉の両枝断面により工程別に順次説明する。〔工程Ａ〕 十５０×カット水晶基板１１を５０〜２００ミクロンと
薄く両面研摩の工程。

（工程Ｂ〕 水晶基板１１を音叉形状にエッチング加工する際の耐フ
ッ酸性マスクと平面都電極を兼ねた金属薄膜１２を例え
ばＣｒ−Ａｕ等により真空蒸着、スパッタリングにより
両面コ−トする工程。

〔工程Ｃ〕

ネガ型フオトレジスト〔例えば環化ゴムとビスアジドを
混合したもので商品名米国コダック社のＫＭＲ−７４７
、７５２〕等を使用し平面部電極パターン１３を両面に
、両面投影露光法により形成する工程。

〔工程Ｄ〕

工程Ｃにおけるネガ型フオトレジスト上にナフトキノン
ジアジドとノボラック樹脂を混合したポジ型フオトレジ
スト〔商品名、米国、シトップレィ社、位−１３５０、
国産、東京応化、ＯＦＰＲシリーズ等〕を用い両面投影
露光法により、音叉１４のパターニング工程。

〔工程Ｂ〕

音叉のフオトレジストパターン１４をマスクにした金属
薄膜１２のエッチングと、水晶基板１１のエッチング工
程。

〔工程Ｆ〕

側面部電極膜１５の形成を目的とした例えば、Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｐｄ等を夏空蒸着により形成する工程、このとき同
時に平面部にも薄膜１５は形成されるがポジ型フオトレ
ジスト１４が保護膜となり、金属薄膜１２と金属薄膜１
５は結合しないことである。

〔工程Ｇ〕

工程Ｆの際に平面部に形成された金属薄膜１５と下地の
フオトレジスト１４の除去工程。

このときの除去法を第６図により説明すれば、Ｐ部を拡
大して見ると、ポジ型フオトレジスト１４は両面投影露
光法を使用している為に、投影法の欠点であるレンズの
関係でＵＶランプのスペクトルはｇ線のみであるため、
光分解を生じさせる為には長時間（１９抄〜２０秒）の
露光時間を要し、ハレーションが発生してポジ型特有の
サブストレート部が狭くなる断面形状が得られるもので
ある。

この断面の形状は金属薄膜１２と接する付近が狭くなる
為に、金属薄膜１５を形成させてもその部分には入らな
いのである。また金属薄膜１５を１０００〜２０００Ａ
形成させると基本的に薄膜１５内にはピンホールも存在
するわけで、この２点を併用して、フオトレジスト１４
と金属薄膜１５を完全ストリップすることが出来る。〔
工程Ｈ〕 工程Ｇでストリツプしたポジ型フオトレジスト１４の下
のネガ型フオトレジスト１３は完全に安定しており、レ
ジスト１３をマスクにして金属薄膜１２をエッチングす
るものでこのとき、側面い極用金属薄膜１５はエッチャ
ントに犯されない。

〔工程１〕ネガ型フオトレジストのストリップ工程。

以上の工程により薄く研摩された水晶基板１１にも側面
電極１５のみを形成することが可能である；−本発明を
プロセス化出釆た点として、ネガ型とポジ型の同時形成
、ポジ型フオトレジストを平面部の保護膜として用いて
、側面電極形成時に平面部への付着を防いだことを特徴
としている。

本発明により製造された十５０×カットの側面及び平面
電極を有する構造の薄板音叉水晶振動子は、クリスタル
インピーダンスに於いて、２０〜３０ＫＯと低く、Ｃ，
に於いては、１．５ｘｌｏ−３ＰＦと従来品に比べ１ケ
タ大きいこと、また従来真空度変化に対するクリスタル
インピーダンスの変化量が第７図に示す如く従来のは曲
線ａであったが本発明のは曲線ｂのごとく少くなってい
る。本発明により得られた音叉水晶振動子はフオトリソ
グラフィ技術を用いることで超４・型化が容易であるこ
と、大量生産性を有すること、超小型化による特性劣化
が少し、こと、低消費電力化の対策となることなどによ
り、本発明による十５ｏ ×カットの屈曲音叉水晶振動
子への効果は大である。本発明は音叉形状にこだわらず
。棒状にも適応出来ること、また他の圧電材料への側面
電極形成法としても有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の機械加工による十５０×カットの音叉水
晶振動子の枝部断面図。 第２図は十５ｏ×カットを用いた平面電極配置の音叉水
晶振動子の枝部断面図。第３図は本発明を用いた十５ｏ
×カットの側面及び平面を有する構造の音叉水晶振動
子の枝部断面図。第４図は本発明を用いた音叉水晶振動
子の斜視図。第５図は本発明の水晶振動子製造法を工程
別に表記したもので各工程図は音叉水晶振動子の両枝部
断面図。第６図は本発明の工程ＦのＰ部拡大断面図。第
７図は本発明の効果を表わすもので、真空度−クリスタ
ルインピーダンスの関係図であるｏｌ，４，７，Ｈ……
水晶、２，５，８，１２…・・・平面電極膜、３，９，
１５・・・・・・側面電極膜、６・・・・・・平面の平
面電極膜、８ａ・・・・・・電極結合線、１０・・・・
・・周波数調整用厚膜及び薄膜、１３・・・・・・ネガ
型フオトレジスト、１４・・…・ポジ型フオトレジスト
。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水晶基板の研摩工程、該基板上への薄膜形成工程、
   ネガ型フオトレジストによる電極パターニング工程、ポ
   ジ型フオトレジストによる音叉外形パターニング工程、
   及び薄膜エツチング工程、該音叉パターンをマスクにし
   た水晶基板のエツチング工程、側面部電極薄膜形成工程
   、平面部ポジ型フオトレジストと該レジスト上に付着し
   た側面用薄膜の除去工程、上記ネガ型フオトレジストを
   マスクにした平面部電極膜のエツチング工程からなるこ
   とを特徴とした超小型水晶振動子の製造方法。