WO2009035155A1 - 水晶振動子片およびその製造方法 - Google Patents

水晶振動子片およびその製造方法 Download PDF

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WO2009035155A1
WO2009035155A1 PCT/JP2008/066923 JP2008066923W WO2009035155A1 WO 2009035155 A1 WO2009035155 A1 WO 2009035155A1 JP 2008066923 W JP2008066923 W JP 2008066923W WO 2009035155 A1 WO2009035155 A1 WO 2009035155A1
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groove
crystal resonator
etching
resonator element
crystal
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PCT/JP2008/066923
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Akiko Katoh
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Citizen Holdings Co., Ltd.
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    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • the present invention relates to a crystal resonator piece and a method for manufacturing the same, and more particularly to a crystal resonator piece having a structure that suppresses occurrence of leakage vibration that is out-of-plane vibration and a method for manufacturing the same.
  • Background art
  • the tuning-fork type crystal unit used for vibrating gyros, etc. is a process of cutting out a crystal unit piece of a desired shape from a crystal wafer, a step of forming an electrode for oscillating the crystal unit piece, Manufactured by a process of mounting the formed quartz crystal piece on a container.
  • the crystal oscillator piece shape determines the vibration and greatly affects the device performance, so the process of cutting the crystal oscillator piece from the crystal wafer is an important process.
  • Figure 15 shows the crystal axis of the crystal oscillator.
  • crystal wafer 10 0 is a Z-plate cut by a plane perpendicular to the Z-axis of crystal, or crystal wafer 1 rotated from 0 to 15 ° around the X-axis from the Z-plate. Processed from 0 0 etc.
  • the crystal axes after rotating around the X axis are X, Y ', and Z.
  • the main surface of the quartz wafer 100 is the XY ′ plane.
  • FIG. 16 is a schematic view of a crystal resonator 1 1 0 cut out from the crystal wafer 1 100.
  • Fig. 16 (a) is a schematic front view showing the crystal resonator element 110
  • Fig. 16 (b) is an example of a cross-sectional view taken along line AA 'in Fig. 16 (a).
  • FIG. 16 (b) is a diagram showing another example of the AA ′ cross-sectional view in FIG. 16 (a).
  • the crystal resonator element 1 1 0 includes a support part 1 1 1, a base part 1 1 2, and a vibration leg 1 1 3.
  • the vibrating part is the vibrating leg 1 1 3.
  • the vibrating legs 1 1 3 have the X axis in the width direction, the Y ′ axis in the longitudinal direction, and the Z ′ axis in the thickness direction.
  • FIG. 17 is a diagram showing a method for manufacturing a crystal resonator element.
  • Fig. 17 shows the cross section of the vibrating leg of the quartz crystal piece.
  • metal corrosion resistance that is resistant to crystal etching solution.
  • the photoresists 2 0 1 a and 2 0 1 b are developed.
  • the metal corrosion-resistant films 200a and 200b are patterned using the resist pattern formed by development as a mask, and an etching mask 2 for crystal etching is used. 0 7 a and 2 0 7 b are formed.
  • the quartz wafer 10 0 1 on which the masks 2 0 7 a and 2 0 7 b are formed is immersed in a hydrofluoric acid-based etching solution, and as shown in FIG. 1 7 (e), the etching mask 2 0 7 a and 2 0 7 Dissolve the part of the crystal not covered by b from both the front and back sides. Thereafter, the etching masks 2 0 7 a and 2 0 7 b are removed to obtain a crystal resonator element 1 1 0 as shown in FIG. 1 6. Also, the etching mask is patterned on only one side and the other side is obtained.
  • a method for manufacturing a crystal resonator piece is known in which the entire surface is covered with a metal corrosion-resistant film and etched from one side (see, for example, Patent Document 1). Further, as shown in FIG. There is known a method of manufacturing a crystal resonator piece in which the pattern 20 7 d is wider than the surface pattern 20 7 c and the surface pattern 20 7 c is used as a reference pattern for etching (see, for example, Patent Document 2).
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the vibration direction of the crystal resonator element for the vibration gyro.
  • FIG. 19 (a) is a perspective view of the crystal unit piece shown in Fig. 16 (a), and Fig. 19 (b) shows an example of the vibration direction in the section AA 'in Fig. 19 (a).
  • FIG. 19 (c) is a diagram showing another example of the vibration direction in the A 1 A ′ cross section in FIG. 19 (a).
  • Fig. 19 (a) when a sound or quartz crystal unit is used for a vibrating gyroscope, the bending vibration in the X-axis direction is driven and the bending vibration in the Z'-axis direction is detected when angular velocity is applied. It is used as vibration. Therefore, in the state where no angular velocity is applied, vibration in the Z 'axis direction should not occur as shown in Fig. 19 (b).
  • Fig. 19 (c) the vibration component in the Z ′ axis direction is sometimes observed.
  • the vibration component in the 'Z' axis direction from this oblique vibration is called leakage vibration, and cannot be distinguished from detection vibration, which deteriorates the gyro S / N and the temperature characteristics. There was a problem.
  • the vibration of the tuning-fork type crystal unit uses bending vibration in the X-axis direction, and oblique vibration including the Z 'direction component increases the crystal impedance. There was a problem that the characteristics deteriorated.
  • FIG. 16 (b) is a cross-sectional view when etching is performed for a short time
  • FIG. 16 (c) is a cross-sectional view when etching is performed for a long time.
  • Non-Patent Document 1 There is also a document that analyzes the relationship between the direction of the principal axis of the cross section of the quartz crystal piece and the oblique vibration (see Non-Patent Document 1). Also, grooves are formed in the vibrating arms of the tuning-fork type crystal vibrating piece, and electrodes are provided in each groove (electric field forming groove) to generate a predetermined electric field, so that bending motion is repeatedly generated in the vibrating arm. Piezoelectric devices are known (see Patent Document 3).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. Sho 5 2-0 3 5 5 92 (Page 3, Fig. 3)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2 0 6-2 1 7 4 9 7 (Page 5, Figure 1
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 4 — 0 0 7 4 2 8 (FIG. 2)
  • Non-Patent Document 1 Motohiro Fujiyoshi et al.
  • the cross section of the vibration leg here is a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the vibrator (A-A cross section in Fig. 16 (a)).
  • the main axis of the cross section In general, when considering bending of beams, the main axis of the cross section is often considered.
  • the main axis of the cross-section consists of two orthogonal axes.
  • the beam bends in the same direction as the stress.
  • the beam bends in a direction different from the main axis in a direction different from the direction in which the stress is applied.
  • the bending force is applied by the piezoelectric effect in the X-axis direction. Therefore, if one of the main shafts is the same as the X-axis, vibration will occur in the X-axis direction and no leakage vibration will occur. On the other hand, if the main axis is deviated from the X axis and tilted in the Z 'direction, the direction in which the bending force is applied does not match the direction of the main axis. .
  • the direction of the main axis is determined by the cross-sectional shape of the beam (vibrating leg). In a simple example, for a section with a symmetry axis, the symmetry axis and the axis perpendicular to it are the principal axes of the section. For example, a rectangular cross section
  • the bisector of each side is the main axis.
  • one of the main axes When trying to obtain a crystal unit with no leakage vibration, one of the main axes must be parallel to the X axis. Since the main axis is two orthogonal axes, if there is a symmetric axis in the cross section parallel to the X or Z 'axis, there will be a main axis parallel to the X axis. In other words, the cross-sectional shape only needs to be vertically symmetric or symmetric.
  • a resonator piece having such an axis of symmetry can be obtained when a crystal resonator piece is manufactured as in the conventional example.
  • a residue always remains on the side of the vibrating leg. Therefore, the main axis of the cross section is determined by how the residue is formed. To consider the main axis of the cross-section of a quartz crystal piece, it is first necessary to consider how the residue can be formed.
  • FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view of the state shown in FIG. 17 (e), and is a view showing a state of formation of residues on the vibrating legs of the quartz crystal piece.
  • Fig. 20 only one vibrating leg is shown, and the side surface on the X side of the crystal axis of the crystal is the first side surface, and the side surface on the + X side is the second side surface.
  • FIG. 20 (a) shows the case where etching is performed for a relatively short time.
  • the second side about 2 ° relative to the Z 'axis in the shallow part from the transducer main surface (front surface 1 1 3 a and back surface 1 1 3 b), approximately twenty two .
  • a residue is formed at an angle of The depth varies depending on the etching time, but both the front surface 1 1 3 a side and the back surface 1 1 3 b side follow the same tendency.
  • FIG. 20 (b) shows the case where etching was performed for a relatively long time.
  • the residue having an angle of about 22 ° in the deep part from the main surface of the vibrator described above disappears, and only the residue having an angle of about 2 ° in the shallow part from the main surface of the vibrator remains.
  • the residue formed on the first side is very small.
  • a residue having an angle of about 1 ° with respect to the Z ′ axis is formed.
  • the residue shape on the first side surface does not change much depending on the etching time. Etching starts from the ends of the etching masks 20 7 a and 20 7 b, and does not affect each other on the front side and the back side until it penetrates, and proceeds independently.
  • the cross section of the vibrating legs 1 1 3 of the quartz crystal piece after etching has a vertically symmetrical shape with an axis of symmetry parallel to the X axis. That is, the cross section of the vibrating leg 1 13 of the quartz crystal piece has a main axis 2 5 0 parallel to the X axis.
  • the direction in which the bending force is applied and the direction of the main axis are both the X-axis, and they match, so there is no leakage vibration.
  • the cross section of the vibrating leg 1 1 3 of the vibrator piece is vertically asymmetric. That is, the cross section of the vibrating leg 1 1 3 of the quartz crystal piece is It has neither a symmetry axis parallel to the X axis nor a symmetry axis parallel to the z 'axis. In this case, the main shaft 2 5 0 a is not parallel to the X axis. Therefore, the direction in which the bending force is applied differs from the direction of the main shaft, resulting in oblique vibration and leakage vibration.
  • FIG. 2 1 (b) if a displacement e occurs in the etching masks 2 0 7 a and 2 0 7 b, the surface 1 appears on the cross section of the vibrating leg 1 1 3 as shown in FIG. 2 2 (a). 1 3 a and back side 1 1 3 b have front and back slippage e.
  • the deviation angle of the main axis at this time is shown in Fig. 2 2 (bH. In Fig.
  • Fig. 23 the positional deviation e between the front surface etching mask 20 7 e and the back surface etching mask 20 7 b is plotted on the horizontal axis, and the displacement angle a (°) of the main axis X a from the X axis is plotted on the vertical axis. did.
  • the misregistration e between the etching masks 2 0 7 a and 2 0 7 b is positive when the front side etching mask is on the X side of the back side etching mask, and a is positive when the counterclockwise deviation is positive.
  • the conventional method has a problem in that it is difficult to stably obtain a crystal resonator piece whose vibration leg cross-sectional shape is vertically symmetric or symmetric.
  • An object of the present invention is to provide a crystal resonator piece and a method for manufacturing such a crystal resonator piece that can solve the above-described problems in the prior art.
  • Another object of the present invention is to provide a crystal resonator element having a main axis parallel to the X axis and suppressing the occurrence of leakage vibration, and such a crystal vibration, even though the cross-sectional shape of the vibration leg is not symmetrical. It provides a method for manufacturing the child pieces.
  • the object of the present invention is to devise the etching mask and the etching method in the process of etching from both sides of the quartz wafer using the etching mask, so that the cross-sectional shape of the vibrating leg is not symmetrical. Quartz vibration that enables stable production of quartz crystal pieces that have a main axis parallel to the axis and suppress the occurrence of leakage vibration A method of manufacturing a child piece is provided.
  • a crystal resonator element according to the present invention is processed by etching from a crystal wafer, and includes a surface, a back surface wider than the surface, a first side surface, and a second side surface. And the first side surface and the second side surface are formed so that the width of the vibration leg becomes wider from the front surface to the back surface, and the longitudinal direction of the vibration leg.
  • the balance according to the inclination of the first side surface and the second side surface so that at least one of the two principal axes passing through the centroid that is mechanically orthogonal to the cross section orthogonal to An adjustment groove is formed.
  • the balance adjusting groove is formed on the front surface or the back surface
  • a surface on which the balance adjusting groove is formed is a groove surface, an angle formed by the groove surface and the first side surface is ⁇ , an angle formed by the groove surface and the second side surface is ⁇ , and the balance adjusting groove And the distance between the balance adjustment groove and the second side surface as ⁇ ,
  • the outer shape can always be kept constant, and the tilted spindle can be adjusted in parallel with the X axis of the quartz crystal using the balance adjustment groove. Misalignment can occur only in the balance adjustment groove position, and the degree of influence of the groove misalignment on the inclination of the spindle is much higher than the degree of influence of the front and back deviation in the conventional example. Because it is small, the leakage vibration can be reduced to a negligible level.
  • the balance adjusting groove is formed in the groove surface. According to the above configuration, even if the position for forming the balance adjustment groove is deviated from the design value, the balance adjustment groove volume is the same, so the influence on the orientation of the spindle is small and almost negligible. Yes, a quartz crystal piece with reduced leakage vibration is obtained.
  • the balance adjusting groove is
  • the groove is formed across the groove surface and the first side surface or the second side surface.
  • the balance adjustment groove can be formed even when the vibrator is downsized and the balance adjustment groove does not fit in the vibration leg.
  • the effect of the groove formation position on the tilt of the spindle is large, but still the effect of positional deviation is kept small compared to the effect of the front / back displacement in the conventional method. be able to.
  • the crystal resonator element according to the present invention it is preferable that a plurality of the balance adjusting grooves are formed.
  • a groove for forming an electric field is formed on at least one of the front surface and the back surface.
  • the electric field forming groove also serves as the balance adjusting groove.
  • a method of manufacturing a quartz crystal resonator element according to the present invention includes: a vibrating leg that includes a surface, a back surface wider than the surface, a first side surface, and a second side surface by etching a crystal wafer;
  • the outer shape forming process is formed so that the width becomes wider toward the back surface, and the vibration legs are etched, and there are few two main axes that pass through the centroid that is mechanically orthogonal to the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the vibration legs.
  • Both have a groove forming step of forming a balance adjusting groove in accordance with the inclination of the first side surface and the second side surface so that one of them is substantially parallel to the front surface or the back surface.
  • an outer surface etching mask is formed on the surface of the crystal wafer, and the outer surface etching mask is formed on the back surface of the crystal wafer.
  • the length of the first projecting portion projecting from a position corresponding to the end portion on the first side surface side of the outer surface etching mask is c
  • the length of the second protruding portion protruding from the position corresponding to the end portion on the second side surface side is d
  • the thickness of the quartz wafer is t
  • the etching angle on the first side surface side is ⁇
  • the second side When the etching angle on the side is j8,
  • the back surface etching mask is made longer than txtan (one 90 °) compared to the front surface etching mask. Therefore, the slope obtained by etching is only the slope etched from the surface, and a residue with a constant shape is always formed. Similarly, since only the slope etched from the surface is formed on the second side surface, it is possible to always form a residue having a certain shape. For this reason, the transducer outer shape is not affected by the deviation of the front and back alignment of the outer shape etching mask, and a constant shape is always formed.
  • the mask offsets kl and k2 are set to a value larger than the mask alignment accuracy P. Therefore, the mask offsets are positioned in the front and back etching masks due to the alignment error of the apparatus. Even if a slip occurs, the first side surface is formed with one slope etched from the surface, and a constant residue is always formed. Similarly, one or two slopes etched from the surface are formed on the second side, and a constant residue is always formed. Therefore, the outer shape is always constant and is not affected by the front / back displacement.
  • a groove having a groove forming opening for forming the balance adjusting groove on at least one of the front surface and the back surface is formed.
  • the distance between the groove forming opening and the first side is a, and the distance between the groove forming opening and the second side is b,
  • the balance Preferably, the surface on which the adjustment groove is formed is a groove surface, and the balance adjustment groove is formed in the groove surface.
  • the groove volume does not change even if the position of the balance adjustment groove is deviated from the design value. Can be kept small.
  • a surface on which the balance adjusting groove is formed is a groove surface, and the balance adjusting groove is the groove surface, the first side surface, or the second side surface. It is preferable to be formed over the two.
  • the balance adjusting groove can be formed even when the vibrator is downsized and the balance adjusting groove does not fit in the vibrating leg.
  • the groove formation position has a greater effect on the inclination of the spindle, but still the effect of the position deviation can be kept small compared to the front / back deviation error of the conventional method. it can.
  • the etching mask has an outer shape that is not affected at all by the positional deviation, and the balance is adjusted by the balance adjusting groove that is very little affected by the positional deviation. It has become possible to obtain a crystal resonator element with vibrations suppressed to a negligible level.
  • FIG. 1 (a) is a perspective view of the crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 1 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 1 (a).
  • FIGS. 2 (a) to 2 (d) are cross-sectional process diagrams (1) showing the manufacturing process of the crystal resonator element according to the present invention.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (e) are cross-sectional process diagrams (2) showing the manufacturing process of the crystal resonator element according to the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of one vibration leg in the state of FIG. 3 (b).
  • FIG. 5 is a view showing a vibration leg model for explaining the optimum position and the like of the balance adjustment groove.
  • FIG. 6 is a view showing another crystal resonator element according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a method of manufacturing the vibrating leg shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a method of manufacturing the vibrating leg shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • FIG. 11 (a) is a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 11 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 11 (a).
  • FIG. 12 (a) shows a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 12 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 12 (a).
  • FIG. 13 (a) is a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 13 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 13 (a).
  • FIG. 14 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • Figure 15 shows a crystal wafer.
  • Fig. 16 (a) is a front view of the crystal unit piece
  • Fig. 16 (b) is an example of an AA 'cross-sectional view of Fig. 16 (a)
  • Fig. 16 (c) is FIG. 16 is a view showing another example of the AA ′ cross-sectional view of FIG. 16 (a).
  • FIGS. 17 (a) to 17 (e) are cross-sectional process diagrams showing a manufacturing process of a crystal resonator element in the prior art.
  • Fig. 18 is a cross-sectional view of a quartz crystal resonator element vibrating leg in the prior art
  • Fig. 19 (a) is a perspective view of the crystal unit
  • Fig. 19 (b) is a diagram showing the vibration direction in an example of the AA 'cross-sectional view of Fig. 19 (a)
  • Fig. 19 ( c) is a diagram showing the vibration direction in another example of the AA ′ sectional view.
  • FIG. 20 (a) is a cross-sectional view showing an example of the crystal etching residue
  • FIG. 20 (b) is a cross-sectional view showing another example of the crystal etching residue.
  • Fig. 21 (a) is a cross-sectional view of the vibrating leg when the etching mask is not displaced
  • Fig. 21 (b) is a cross-sectional view of the vibrating leg when the etching mask is displaced.
  • Fig. 2 2 (a) shows the displacement of the front and back surfaces of the cross section of the vibrating leg
  • Fig. 2 2 (b) shows the deviation angle of the main axis of the cross section of the vibrating leg in Fig. 2 2 (a).
  • Fig. 23 is a diagram showing the relationship between the misalignment of the main axis and the misalignment of the main axis and the misalignment angle of the main axis in the manufacturing process of the crystal unit piece.
  • FIG. 1 is a view showing a crystal resonator element according to the present invention.
  • Fig. 1 (a) shows a perspective view of the crystal unit
  • Fig. 1 (b) is an enlarged view of the AA 'cross section of Fig. 1 (a).
  • the crystal resonator element 3 10 according to the present invention includes a support part 3 11, a base part 3 1 2, a first vibration leg 3 1 3, and a second vibration leg 3. Consists of 1 to 4.
  • a first balance adjusting groove 3 40 is formed in the first vibrating leg 3 13, and a second balance adjusting groove 3 50 is formed in the second vibrating leg.
  • the first vibrating leg 3 1 3 of the quartz crystal piece 3 1 0 is composed of a front surface 3 2 1 and a back surface 3 2 3 having different widths, and one slope.
  • the width of the front surface 3 2 1 is set smaller than the width of the back surface 3 2 3.
  • the difference in the width direction (X-axis direction) between the front end 3 2 1 a of the first side surface 3 2 1 a and the back end 3 2 3 a of the first side surface (:, the front surface end 3 of the second side surface side 2 1 b and back side edge of second side surface 3 2 3 b width direction difference D, first side side etching angle, second side side etching angle / 3, and second side side etching angle If the thickness of the vibration leg 1 1 3 is t, then the following two relations hold.
  • the tolerance adjusting groove 3 40 is provided on the surface 3 2 1 at a position closer to the first side face 3 2 0. That is, the distance between the first side-side end Q of the balance adjustment groove 34 0 and the first side-side end 3 2 1 a is A, and the second side-side end of the balance adjustment groove 3 40 If the distance between P and the second side surface end 3 2 1 b is B, then A ⁇ B.
  • the first vibrating leg 3 1 3 in this way, one of the two main axes 3 60 passing through the centroid that is mechanically perpendicular to the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the vibrating leg 3 1 3 is It is formed substantially parallel to the surface 3 2 1.
  • substantially parallel means that only leakage vibrations that do not affect the characteristics are generated. This is the degree of parallelism.
  • the quartz crystal piece 3 1 0 manufactured as shown in Fig. 1 generates almost no leakage vibration even when the position of the balance adjustment grooves 3 4 0 and 3 5 0 is shifted by 1 to 2/2 m from the design value. There wasn't. This is in contrast to the large leakage vibration that occurs when the same level of front / back displacement occurs in the conventional method.
  • Fig. 2 (a) shows a metal corrosion resistant film formed by sputtering, vapor deposition or plating on both surfaces of a quartz wafer 300 with a plate thickness adjusted to t.
  • Cr can be used for the underlayer
  • Au can be used for the upper layer.
  • Photoresist 2 0 1 a and 2 0 1 b are formed on the surfaces of 0 0 a and 2 0 0 b, respectively.
  • the outer surface photomask 20 0 2 and the outer back surface photomask 20 4 are used, and the outer surface photomask 20 is used by a double-sided aligner. 2. Align the front and back positions of the photomasks 2 and 4 for the back of the outer shape, and expose the photoresistors 2 0 1 a and 2 0 1 b.
  • 0 a and 2 0 0 b are patterned into a vibrator shape to form a metal corrosion resistant etching mask 2 0 7 a and 2 0 7 b.
  • the fore resists 20 1 a and 2 0 1 b are peeled off to form film registers 2 0 9 on both the front and back surfaces of the crystal wafer on which the outer shape etching mask is formed.
  • the groove surface photomask 2 1 3 and The photo resist 2 0 9 is exposed using the two photo masks 2 1 4 for the groove back surface.
  • the exposed photoresist 20 9 is developed, and the trench resist pattern 20 0 is formed on the outer shape etching masks 20 7 a and 2 0 7 b. 3 a and 2 0 3 b are formed.
  • the quartz wafer 300 on which 3b is formed is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, and the portion of the quartz crystal not covered with the etching masks 2007a and 2007b of the metal corrosion resistant film is dissolved.
  • the etching at this time is performed until at least a ridge line is not seen in the middle of the first side face 3 20 and the second side face 3 2 2 shown in FIG.
  • the first side surface 3 20 and the second side surface 3 2 2 are each formed by one slope.
  • the etching masks 2 0 7 a and 2 0 7 b are etched using the groove resist patterns 2 0 3 a and 2 0 3 b as masks, and the outer shape of the vibrating legs
  • An etching mask for groove surface 20 8 a and an etching mask for groove back surface 20 8 b are formed on the quartz crystal.
  • the quartz wafer is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid using the groove surface etching mask 20 8 a and the groove back surface etching mask 20 8 b as masks.
  • the groove is etched to form balance adjusting grooves 3 4 0 and 3 50.
  • the etching amount of the balance adjusting grooves 3 4 0 and 3 5 0 is set so that the main axis of the vibrating leg is parallel to the X axis of the crystal and no leakage vibration is generated.
  • the etching masks 2 0 8 a and 2 0 8 b are peeled off, and the vibration legs 3 1 3 and 3 1 of the crystal resonator element 3 1 0 are removed.
  • Fig. 4 is an enlarged view of one of the vibrating legs in the state of Fig. 3 (b). As shown in Fig. 4, the upper surface (surface) of the crystal piece in the figure is the groove surface 3 2 4 (Fig. 1 (b) The groove resist pattern 20 3 a is provided with a groove forming opening 2 15.
  • the groove forming opening 2 15 is provided closer to the first side surface. ing. Further, the distance a between the first side surface end of the groove forming opening 2 15 and the first side surface end of the outer shape etching mask, the second side surface side of the groove forming opening 2 15 If the distance between the edge and the second side edge of the external etching mask is b, the relationship a ⁇ b is satisfied. If ⁇ > / 3, a> b is set.
  • the width of the vibration leg pattern of the outer surface photomask 20 4 is set larger than that of the vibration leg pattern of the outer surface photomask 20 2. Therefore, as shown in FIG. 4, the width of the etching mask 20 07 b on the back surface is formed larger than the width of the etching mask 20 07 a on the front surface.
  • a second projecting portion (second projecting amount d) is formed at the end of the side surface of the second side.
  • the first protrusion c of the first protrusion is set to be larger than txtan (90 °). That is, c> t X tan (one 90 °) is set.
  • the crystal wafer 300 is etched surface 304 (which becomes the second side surface after etching) and the etching angle between the surface 6 and the second protrusion d of the second protrusion is d Set larger than txtan (? — 90 °). That is, d> t x t a n (
  • the mask offset amount on the first side surface of the etching mask 20 7 b on the back surface is set to k 1
  • the value of the mask offset amount k l is set to a value larger than p, that is, k l> p.
  • the value of the mask offset amount k l is set as follows, for example.
  • the angle ( ⁇ —90 °) is approximately 1 °
  • the mask The offset amount k 2 is set to a value larger than p, that is, k 2> p.
  • the value of the mask offset amount k l is set to 2 mm, for example.
  • the angle ( ⁇ — 90 °) is approximately 2 °
  • the etching angle ⁇ of the first side surface 3 20 is about 91 °
  • the etching angle of the second side surface 3 2 2; 6 is about 9 2 °. Therefore, the width difference C between the end 3 2 1 a of the surface 3 2 1 on the first side 3 2 0 side and the back end 3 2 3 a on the first side 3 2 0 side shown in FIG. Is always t X 0. 0 1 7. Also, the width direction difference D between the second side surface 3 2 2 side surface end 3 2 1 b and the second side surface 3 2 2 side rear surface end 3 2 3 b is always t X 0. 0 3 5
  • one of the principal axes of the cross section of the vibration leg 3 13 of the crystal resonator element 3 10 according to the present invention is substantially parallel to the surface, and leakage vibration is suppressed.
  • the etching angle a on the first side is about 91 °
  • the etching angle ⁇ on the second side is about 92 °.
  • the etching angle / 3 varies depending on the cutting angle of the crystal wafer and the etching conditions, the first protrusion amount c and the second protrusion amount d are determined according to those conditions.
  • the two end portions of the groove forming opening be formed on the inner side with respect to the width of the end portion of the outer shape etching mask that allows for side etching.
  • the balance adjustment groove is formed in the groove surface after etching, and even if the balance adjustment groove is displaced, the volume of the balance adjustment groove does not change, and the inclination of the spindle is greatly affected. Less is.
  • side etching refers to etching that proceeds in the horizontal direction with respect to the main surface of the etching mask.
  • Fig. 5 shows the vibration for explaining the optimum position of the balance adjustment groove. It is the figure which showed the moving leg model.
  • the direction of the main axis of the vibration leg cross section is determined by the cross-sectional shape of the vibration leg. Specifically, if the cross-sectional synergistic moment of the cross section of the vibrating leg with respect to the Cartesian coordinate system with the origin of the centroid of the cross section of the vibrating leg and the horizontal axis parallel to the X axis is approximately 0, the cross section of the vibrating leg is It has a substantially parallel main axis. Therefore, based on the cross section of the vibration leg shown in FIG. 5, a method for designing the balance adjusting groove so that the cross section of the vibration leg has a main axis substantially parallel to the X axis will be described below.
  • the cross section of the balance adjustment groove does not become an exact rectangle due to the characteristics of the crystal, etc., but in this example, it is a rectangle shape to simplify the calculation.
  • the left triangle portion S 4 included in the trapezoidal portion S i corresponds to the first residue portion formed on the first side face 3 20 side in FIG.
  • the sum of the right triangle portion S 5 and the triangle portion S 2 included in the inclusion portion S i corresponds to the second residue portion formed on the second side surface 3 2 2 side in FIG. .
  • the centroid of the entire cross section of the vibrating leg model. Sectional synergistic moment M 0, trapezoidal portion S centroid of ⁇ of t; ⁇ i sectional synergistic moment related to M i, the centroid of the triangular portion S 2 ⁇ 2; sectional synergistic about O 1 motor member Bok the M 2 the centroid of the balancing groove portion ⁇ 3; the cross-sectional surface synergistic moments about O 1 and M 3.
  • the coordinate axes for calculation (horizontal axis x, vertical axis y) are set as a rectangular coordinate system with the centroid O of S i as the origin and the horizontal axis of the coordinate axis parallel to the X axis of the crystal piece. This coordinate system is called this coordinate system.
  • Area A of the trapezoidal portion S is t (W x + W 2) , the trapezoidal portions
  • the distance yi from the centroid O of S to the base is t / 3 ((2 W 2 + 3 W x ) / (2 W 2 + 2 W x ).
  • the trapezoidal part S is a line-symmetric figure. Therefore, the cross-sectional synergistic moment M i with respect to the centroid O i is zero.
  • Equation (4) the size and optimum position of the balance adjusting groove can be obtained using Equation (4).
  • FIG. 5 the case where there is one balance adjusting groove on the upper surface of the vibrating leg has been described. However, as described later, when the balance adjusting groove is at another position of the vibrating leg, one is provided. However, even when there are multiple items, the optimal position and size can be obtained using the same calculation method.
  • the crystal resonator element manufacturing method according to the present invention is used, even if the etching mask is misaligned, a constant residue is always formed on the first side surface and the second side surface. Therefore, if the balance adjusting groove is provided by the above-described design method, the residue and the balance adjusting groove are canceled out, and it is possible to obtain a crystal resonator element having almost no leakage vibration. In addition, There is a possibility that the position of the balance adjustment groove may not be in the design position due to the displacement of the positioning mask, but the influence of the position adjustment of the balance adjustment groove is very small.
  • the position and depth of the balance adjustment groove where leakage vibration is zero will vary slightly depending on various conditions. For this reason, the effect of the present invention can be exhibited more reliably by performing a pre-experiment by changing the position and depth of the balance adjusting groove and setting an optimum value at which the leakage vibration becomes zero.
  • FIG. 6 is a view showing another crystal resonator element according to the present invention.
  • the balance adjusting groove 3 4 0 is configured to intersect the first side surface 3 2 0 in the vibrating leg 3 1 3. Accordingly, the first end portion Q of the balance adjusting groove 3 40 is on the first side surface 3 20, and the second end portion Q is on the surface 3 21.
  • the positional deviation of the balance adjustment groove 3 40 is more likely to affect the inclination of the main shaft than in the case where the balance adjustment groove 3 4 0 fits inside the surface 3 2 1.
  • the quartz crystal piece shown in Fig. 6 compared to the front and back deviation of the conventional quartz piece, the effect of the positional deviation is small, and the resonator has a suppressed leakage vibration.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the vibrating leg shown in FIG.
  • FIG. 7 is an enlarged view of one vibrating leg in the state of FIG. 3 (b). That is, as in the relationship with FIG. 4 corresponding to FIG. It is.
  • one of the end portions of the groove forming opening is located outside the position where the end of the outer shape etching mask allows for side etching etching.
  • the other is formed on the inner side of the edge of the outer shape etching mask where a side etching etching margin is expected.
  • the balance adjusting groove 3 4 0 extends across the groove surface 3 2 4 and the first side surface 3 2 0. Will be formed. 6 and 7, the balance adjusting groove 3 40 is formed across the groove surface 3 2 4 and the first side surface.
  • the groove surface 3 2 4 and the second side surface 3 2 It may be configured to be formed across two.
  • FIG. 8 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • the balance adjustment groove is provided on the front surface 3 2 1 side, but as shown in Fig. 8, the balance adjustment groove 3 4 0 on the back surface 3 2 3 side of the vibrating leg 3 1 3 May be provided.
  • the angle formed by groove surface 3 2 4 and first side surface 3 2 0 is balanced, and the angle formed by groove surface 3 2 4 and second side surface 3 2 2 is / 3, balanced with back end 3 2 3 a
  • the distance between the adjustment groove end Q is A, and the distance between the back surface end 3 2 3 b and the balance adjustment groove end P is B.
  • the balance adjusting groove 3 40 is provided on the back surface 3 2 3 at a position closer to the second side surface 3 2 2. That is, A> B.
  • the balance adjustment groove 3 4 0 By providing the balance adjustment groove 3 4 0 on the back surface 3 2 3 side, one of the two main shafts 3 6 0 passing through the centroid, which is mechanically perpendicular to the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the vibrating legs 3 1 3,
  • the center of gravity of the vibrating leg is located near the center of the front surface 3 2 1 and the back surface 3 2 3, so the effect of more stable vibration is further improved.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing the vibration leg shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing the vibration leg shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is an enlarged view of one vibration leg in the state of FIG. 3 (b). That is, it corresponds to Fig. 8 as well as the relationship to Fig. 4 corresponding to Fig. 1.
  • the balance adjusting groove 3 40 is formed on the back surface 3 2 3 side.
  • the distance e of the groove resist pattern 20 3 b corresponds to the distance A in FIG. 8
  • the distance ⁇ of the groove resist pattern 20 3 b corresponds to the distance B in FIG.
  • the other configurations in FIG. 9 are all the same as those in FIG.
  • the balance adjusting groove 3 40 may be formed across the groove surface 3 24 and the first side surface 3 20 or the second side surface 3 2 2.
  • FIG. 10 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • the balance adjustment groove is provided on the surface 3 2 1 side.
  • a groove 3 4 0 may be provided.
  • a balance adjustment groove 3 4 0 may be provided on the second side surface 3 2 2 side.
  • FIG. 11 (a) is a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 11 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 11 (a).
  • FIG. 11 shows an example in which one balance adjusting groove is provided on the front and back surfaces of the vibrating legs 3 1 3 and 3 1 4. That is, the balance adjustment groove 3 4 1 is provided on the front surface 3 2 1 of the vibration leg 3 1 3 and the balance adjustment groove 3 4 2 is provided on the back surface 3 2 3, and the balance adjustment groove 3 5 1 is provided on the front surface of the vibration leg 3 1 4. Provided with a balance adjusting groove 3 5 2 (not shown).
  • FIG. 12 (a) shows a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 12 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 12 (a).
  • FIG. 12 is an example in which a balance adjusting groove is further provided when electric field forming grooves are formed on the front and back surfaces of the vibrating legs 3 1 3 and 3 1 4, respectively. That is, the balance adjusting groove 3 4 1 is provided on the surface 3 2 1 of the vibration leg 3 1 3 in which the electric field forming grooves 3 80 and 3 8 1 are formed, and the electric field forming grooves 3 8 2 and 3 8 3 The balance adjustment groove 3 4 2 was provided on the back surface 3 2 3 of the vibration leg 3 1 3 formed with the splay.
  • a balance adjusting groove 3 5 1 is provided on the surface of the vibrating leg 3 1 4 in which the electric field forming grooves 3 90 and 3 9 1 are formed, and similarly, the vibrating leg 3 1 in which the electric field forming grooves are formed.
  • a balance adjustment groove was provided on the back of 4.
  • FIG. 13 (a) is a perspective view of still another crystal resonator according to the present invention
  • FIG. 13 (b) is an enlarged view of the AA ′ cross section of FIG. 13 (a).
  • Fig. 1 3 shows the balance by adjusting the cross-sectional area of the electric field forming groove when electric field forming grooves are formed on the front and back surfaces of the vibrating legs 3 1 3 and 3 1 4 respectively.
  • the balance adjusting groove is formed by increasing the cross-sectional area of the electric field forming groove 3 8 0 ′ on the front surface 3 2 1 of the vibrating leg 3 1 3 and the electric field forming groove 3 8 3 ′ on the back surface 3 2 3.
  • shake A function as a balance adjusting groove is provided by forming a large cross-sectional area of the electric field forming groove 390 on the front surface of the moving leg 3 14 and the electric field forming groove on the back surface.
  • FIG. 14 is a view showing still another crystal resonator element according to the present invention.
  • the second side surface 3 2 2 is formed by one slope.
  • the plate thickness t is thick, etching takes time. Therefore, as shown in FIG. 14, the second side surface 3 2 2 may be formed by two inclined surfaces (3 2 2 a and 3 2 2 b).
  • the second side surface 3 2 2 is formed of two slopes, the difference between the front surface end 3 2 1 b and the back surface end 3 2 3 b on the second side surface is Taking this into account, it is necessary to estimate the amount of residue formed on the second side as D '. Even if the second side 3 2 2 is formed with two slopes, the amount of the second residue formed on the second side is always constant if the etching time is constant. Therefore, as described above, leakage vibration can be prevented by the balance adjusting groove.
  • the balance adjusting groove may be formed on the front surface 3 2 1 side of the vibrating leg 3 1 3 (see FIGS. 1 and 6), or may be formed on the back surface 3 2 3 (see FIG. 8) may be formed on the first side surface 3 20 or the second side surface 3 2 2 (see FIG. 10).
  • the balance adjusting groove may be formed on both the front surface 3 2 1 and the back surface 3 2 3 of the vibrating legs 3 1 3 (see FIGS. 1 to 1 to 3), and the number and size of the formed grooves are arbitrary. It is possible to select.
  • the balance adjustment groove is formed on both the front surface 3 2 1 and the back surface 3 2 3 of the vibrating legs 3 1 3, the balance adjustment effect of the balance adjustment groove is shared between the front surface groove and the back surface groove. Because it bears, the volume of each groove can be reduced, which is advantageous in terms of dimensions.
  • the balance adjustment groove is the length of the vibrating leg. You may form in all the hand directions, and may form in a part.
  • the etching for forming the outer shape of the vibrating arm and the balance adjusting groove may be performed by using an etching mask divided into an outer etching mask and a groove etching mask as shown in the embodiment, or the outer etching mask and the groove.
  • An etching mask that also serves as an etching mask may be used.
  • a bipedal or quartz crystal piece has been described as an example.
  • a quartz piece other than the two-legged tuning fork type for example, a 1, 3, 4, or 5-leg tuning fork type.
  • the present invention can also be applied.
  • the crystal resonator element according to the present invention can also be used as a frequency reference crystal resonator. In this case, since the leakage vibration is suppressed, there is a further effect that the crystal impedance is kept low.

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Abstract

振動脚の断面形状が対称型ではないながらも、Ｘ軸に平行な主軸を持ち、漏れ振動の発生が抑制された水晶振動子片及びそのような水晶振動子片の製造方法を提供するものである。表面と、表面より幅の広い裏面と、第１の側面と、第２の側面とを備える振動脚と、振動脚に形成されたバランス調整溝と、を有し、表面から裏面に行くに従って振動脚の幅が広くなるように第１の側面及び第２の側面が形成され、振動脚の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心を通る２つの主軸の少なくとも一方が表面又は裏面と略平行となるように、第１の側面及び第２の側面の傾斜に応じてバランス調整溝が形成されることを特徴とする水晶振動子片、及びそのような水晶振動子片の製造方法。

Description

T/JP2008/066923
水晶振動子片およびその製造方法 技術分野 ' 本発明は、 水晶振動子片およびその製造方法に関し、 特に面外振 動である漏れ振動発生を抑制する構造をもつた水晶振動子片および その製造方法に関する。 背景技術
振動ジャイロなどに利用される音叉型の水晶振動子は、 水晶ゥェ' 八から所望の形状の水晶振動子片を切り出す工程、 水晶振動子片を 発振させるための電極を形成する工程、 電極が形成された水晶振動 子片を容器に実装する工程などによって製造される。 特に、 水晶振 動子片の形状が振動を決定しデバイスの性能に大きく影響するため 、 水晶ウェハから水晶振動子片を切り出す工程は重要な工程である 図 1 5は、 水晶振動子の結晶軸を示す図である。
水晶ウェハ 1 0 0は、 図 1 5に示すように、 水晶の Z軸に垂直な 面でカッ トされた Z板や、 Z板から X軸回りに 0 〜 1 5 ° 回転させ た水晶ウェハ 1 0 0などから加工される。 X軸周りに回転させた後 の結晶軸は X、 Y ' 、 Z， となる。 即ち水晶ウェハ 1 0 0の主面は X - Y ' 面という ことになる。
図 1 6は、 水晶ウェハ 1 0 0から切り出された水晶振動子 1 1 0 の概略図である。
図 1 6 ( a ) は水晶振動子片 1 1 0 を表す正面概略図であり、 図 1 6 ( b ) は図 1 6 ( a ) における A A '断面図の一例を示す図で あり、 図 1 6 ( b ) は図 1 6 ( a ) における A A '断面図の他の例 を示す図である。
水晶振動子片 1 1 0は、 支持部 1 1 1、 基部 1 1 2、 および振動 脚 1 1 3から構成されている。 振動する部分は振動脚 1 1 3である 。 振動脚 1 1 3は、 X軸を幅方向に、 Y ' 軸を長手方向に、 Z ' 軸 を厚み方向に持つ。
水晶ウェハ 1 0 0からこの水晶振動子片 1 1 0 を切り出す工程に は、 小型の水晶振動子片を精度よく安価に大量生産できる、 フォ ト リソグラフィ とゥエツ トエッチングを利用した方法が用いられてい る。
図 1 7は、 水晶振動子片の製造方法を示す図である。 なお、 図 1 7では、 水晶振動子片の振動脚断面を示している。
最初に、 図 1 7 ( a ) に示す所望の板厚に調整された水晶ウェハ 1 0 0の両面に、 図 1 7 ( b ) に示すように、 水晶用のエッチング 液に耐性のある金属耐食膜 2 0 0 a及び 2 0 0 bと、 金属耐食膜 2 0 0 a及び 2 0 0 bの上にそれぞれ配置されたフォ トレジス ト 2 0 1 a及び 2 0 1 bを形成する。
次に、 図 1 7 ( c ) に示すように、 お互いに向かい合わせたとき に正確に重なる振動子パターンがそれぞれ描画された 2枚のフォ ト マスク 2 0 5及び 2 0 6を用いて、 フォ トレジス ト 2 0 1 a及び 2 0 1 bを露光する。
次に、 フォ トレジス ト 2 0 1 a及び 2 0 1 bの現像をする。 次に 、 図 1 7 ( d ) に示すように、 現像によって形成されたレジス トパ ターンをマスクとして金属耐食膜 2 0 0 a及び 2 0 0 bをパター二 ングし、 水晶エッチング用のエッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bを形成する。
次に、 フォ トレジス トを剥離する。 その後、 表裏両面にエツチン グマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bの形成された水晶ウェハ 1 0 1 をフ ッ酸系のエッチング液に浸漬して、 図 1 7 ( e ) に示すように、 ェ ツチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bに覆われていない部分の水晶 を表裏両側から溶解する。 その後、 エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bを除去して図 1 6に示すような水晶振動子片 1 1 0 を得る また、 エッチングマスクを片面のみにパ夕一ニングし、 もう一方 の面は全面を金属耐食膜で覆っておき、 片面からエッチングする水 晶振動子片の製造方法が知られている （例えば、 特許文献 1参照） さらに、 図 1 8 に示すようにエッチングマスクの裏面パターン 2 0 7 dを表面パターン 2 0 7 cより も幅広く し、 表面パターン 2 0 7 c を基準パターンとしてエッチングする水晶振動子片の製造方法 が知られている （例えば、 特許文献 2参照） 。
図 1 9は、 振動ジャイロ用の水晶振動子片の振動方向を説明する ための図である。
図 1 9 ( a ) は図 1 6 ( a ) に示す水晶振動子片の斜視図であり 、 図 1 9 ( b ) は図 1 9 ( a) における A A '断面における振動方 向の一例を示す図であり、 図 1 9 ( c ) は図 1 9 ( a ) における A 一 A ' 断面における振動方向の他の例を示す図である。
図 1 9 ( a ) に示すように、 音又型水晶振動子を振動ジャイロ用 として用いる場合、 X軸方向の屈曲振動を駆動振動、 Z ' 軸方向の 屈曲振動を角速度がかかった場合の検出振動として用いている。 そ のため、 角速度がかかっていない状態では、 図 1 9 ( b ) に示すよ うに、 Z ' 軸方向の振動は発生しないはずである。
しかしながら、 従来の製造方法で製作した音叉型水晶振動子にお いては、 実際には角速度がかかっていない場合にも図 1 9 ( c ) に 示すように、 Z ' 軸方向の振動成分が観測される場合があうた。 'こ の斜め振動から出る Z ' 軸方向の振動成分は漏れ振動と呼ばれ、 検 出振動と区別することができないため、 ジャイロの S / Nを悪化さ せたり、 温度特性を悪化させたりするという問題があった。
また、 通常用途の音叉型水晶振動子の場合も、 音叉型水晶振動子 の振動は X軸方向の屈曲振動を利用しており、 Z '方向成分を含ん だ斜め振動はクリスタルインピーダンスの上昇をもたらし、 特性の 悪化を招く という問題があった。
この斜め振動は、 水晶振動子片をエッチングで製造する際に形成 される水晶の残渣が影響を与えていると考えられる。 水晶にはエツ チング異方性があり、 結晶の方向によってエッチング速度が異なる 。 そのために、 エッチング後の水晶振動子片における振動脚 1 1 3 の側面は主面に対して垂直とはならず、 一定の角度の残渣が残る。 例えば、 図 1 6 ( b ) 及び （ c ) に示したように、 水晶振動子片 1 1 0の断面形状は正確な長方形とならず Y ' — Ζ. ' 面の + Χ側お よび— X側の側面に三角形またはその他の形状の残渣を伴う。 図 1 6 ( b ) は短時間のエッチングの場合の断面図であり、 図 1 6 ( c ) は長時間エッチングをした場合の断面図である。
前述のような残渣があると、 図 1 9 ( b ) に示すように、 本来 X 軸方向のみに振動させているはずの駆動振動が、 残渣のでき方によ つてはバランスが崩れ、 図 1 9 ( c ) に示すように、 Z ' 軸方向の 成分を伴って斜め方向に振動する。 このため漏れ振動を発生する。 この斜め振動からく る漏れ振動は、 従来技術の製造方法によって製 造した場合には、 比較的多く発生する。 このため、 斜め振動を抑制 し漏れ振動を小さくする必要があった。
また、 水晶振動子片の断面の主軸の方向と斜め振動の関係につい て解析した文献もある （非特許文献 1参照） 。 また、 音叉型水晶振動片の振動腕に溝を形成し、 それぞれの溝 ^ 電界形成用の溝） に電極を設けて所定の電界を発生させ、 振動腕に 屈曲運動を繰り返し発生させるようにした圧電デバイスが知られて いる （特許文献 3参照） 。
特許文献 1 ： 特開昭 5 2 — 0 3 5 5 9 2号公報 （第 3頁、 図 3 ) 特許文献 2 ： 特開 2 0 0 6— 2 1 7 4 9 7号公報 （第 5頁、 図 1
)
特許文献 3 ： 特開 2 0 0 4— 0 0 7 4 2 8号公報 （第 2図） 非特許文献 1 : 藤吉基弘ら 電気情報通信学会論文誌 C V o l
. J 8 7 - C N o . 9 ρ ρ 7 1 2 発明の開示
で、 振動脚断面における、 歹 置と斜め振 との関係について 考察す こでいう振動脚断面とは 、 振動子の長手方向に垂直な 断面 （図 1 6 ( a ) における A— A 断面） の とであり、 水晶の
X— Z ' 面にあたる。
一般にも、 梁などの曲げについて考える場合、 断面の主軸がよく 考慮される。 断面の主軸は、 直行する 2本の軸からなり、 梁に主軸 と同方向に曲げ力をかけると、 梁は応力と同方向に曲がる。 一方、 主軸と異なる方向に曲げ力をかけた場合には、 梁は応力がかけられ た方向とは異なった方向に曲がる。
水晶振動子の場合、 圧電効果によって曲げ力がかかるのは、 X軸 方向である。 よって、 主軸の一方が X軸と同じであれば、 振動は X 軸方向に起こり、 漏れ振動は発生しない。 一方、 主軸が X軸から外 れて Z ' 方向に傾く と、 曲げ力のかかる方向と主軸の方向が一致し ないため、 振動は Z ' 軸成分を含んだ斜め振動となり、 漏れ振動が 発生する。 主軸の方向は、 その梁 （振動脚） の断面形状によって決まる。 単 純な例では、 対称軸を持つ断面に関しては、 その対称軸およびそれ と垂直な軸がその断面の主軸である。 例えば、 長方形の断面ならば
、 各辺の 2等分線がそれぞれ主軸である。
漏れ振動のない水晶振動子を得ようとする場合、 主軸の一方が X 軸に平行である必要がある。 主軸は直交する 2本の軸なので、 X軸 か Z ' 軸に平行な対称軸が断面にあれば、 X軸に平行な主軸が存在 することになる。 つまり、 断面形状が上下対称か、 左右対称であれ ばよい。
ここで、 従来例のように水晶振動子片を製造した場合に、 そうし た対称軸を持った振動子片が得られるのかどうかを考察する。 前述 のように、 水晶振動子片をウエッ トエッチングで製造すると、 振動 脚側面には必ず残渣が残る。 そのため、 この残渣のでき方によって 断面の主軸が決定されてしまう。 水晶振動子片の断面の主軸を考え るには、 まず残渣がどのようにできるかを考える必要がある。
残渣の形状は、 エッチングの時間や条件によって異なるため、 一 概に言うことはできないが、 概ね同じような傾向をたどるので、 こ こでは発明者の行った実験条件から観察できた結果に基づき残渣の でき方を説明する。
図 2 0は、 図 1 7 ( e ) の状態の拡大断面図であり、 水晶振動子 片の振動脚における残渣の形成状態を示す図である。
図 2 0では、 一本の振動脚のみを記し、 水晶の結晶軸の X側の 側面を第 1の側面、 + X側の側面を第 2の側面とする。
図 2 0 ( a )は比較的短時間のエッチングを行った場合を示してい る。 この場合、 第 2の側面において、 振動子主面 （表面 1 1 3 a及 び裏面 1 1 3 b ) から浅い部分では Z ' 軸に対して約 2 ° 、 振動子 主面から深い部分では約 2 2 。 の角度を成して残渣が形成される。 深さはエッチングの時間によって異なるが、 表面 1 1 3 a側、 裏面 1 1 3 b側とも同じ傾向をたどる。
図 2 0 ( b )は、 比較的長時間のエッチングを行った場合を示して いる。 この場合、 上述した振動子主面から深い部分における約 2 2 ° の角度をなした残渣はなくなり、 振動子主面から浅い部分におけ る約 2 ° の角度を成した残渣のみが残る。
いずれの場合にも、 第 1 の側面に形成される残渣はごく小さい。 しかしながら、 図 2 0 ( a ) 及び （ b ) に示すように、 詳細に観察 すると、 Z ' 軸に対して約 1 ° の角度を成した残渣が形成されてい る。 この第 1の側面の残渣形状は、 エッチングを行った時間によつ ては、 あまり変化しない。 なお、 エッチングは、 エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bの端部からスタートし、 貫通するまでは表面 側、 裏面側で互いに影響を及ぼさず、 独立して進行する。
前述した図 1 7 に示す従来の表裏両面からエッチングをする方法 で水晶振動子片を製造した場合について、 以下のような点を指摘す ることができる。
図 2 1 ( a ) に示すように、 水晶ウェハに形成された表面のエツ チングマスク 2 0 7 aと、 裏面のエッチングマスク 2 0 7 bとの位 置が正確に合っている場合には、 ェツチング後の水晶振動子片の振 動脚 1 1 3の断面は、 X軸に平行な対称軸をもった上下対称形とな る。 即ち、 水晶振動子片の振動脚 1 1 3の断面は、 X軸に平行な主 軸 2 5 0 を持つ。 この場合、 曲げ力のかかる方向と主軸の方向が共 に X軸であって、 一致しているため、 漏れ振動は起こらない。
図 2 1 ( b ) に示すように、 表面のエッチングマスク 2 0 7 aと 、 裏面のエッチングマスク 2 0 7 bとの位置が X軸方向でずれて形 成されてしまった場合には、 水晶振動子片の振動脚 1 1 3の断面は 、 上下非対称となる。 即ち、 水晶振動子片の振動脚 1 1 3の断面は 、 X軸に平行な対称軸も z ' 軸に平行な対称軸も何れも持たない。 この場合、 主軸 2 5 0 aは X軸に平行にはなっていない。 したがつ て、 曲げ力のかかる方向と主軸の方向が異なるので斜め振動となり 、 漏れ振動が発生する。
図 2 1 ( b ) に示すように、 エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bに位置ずれ eが起こると、 図 2 2 ( a) に示すように振動脚 1 1 3の断面に表面 1 1 3 aと裏面 1 1 3 bとに表裏ずれ eが発生す る。 このときの主軸のずれ角を、 図 2 2 (bHこ示す。 図 2 2 ( b ) において、 2本ある主軸のうち X軸に近い主軸 X aの X軸からのず れ角ァ （° ) ( r < 9 0 ) とし、 従来の製法で作製した場合における エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bの位置ずれ e と、 主軸 X a の X軸からのずれ'角 r (° )との関係を図 2 3 に示す。
図 2 3では、 表面のエッチングマスク 2 0 7 e と裏面のエツチン グマスク 2 0 7 bとの位置ずれ eを横軸に、 主軸 X aの X軸からの ずれ角ァ (° )を縦軸とした。 エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bの位置ずれ eは表面のエッチングマスクが裏面のエッチングマス クよりも一 X側にあるときを正とし、 ァは反時計回りのずれを正と した。 図 2 3のグラフから分かるように、 表裏ずれ e とずれ角 の 間には相関がある。
この対策として、 エッチング工程において、 十分な特性を得られ る程度に漏れ振動を小さく しょうとするならば、 表面のエッチング マスクと、 裏面のエッチングマスクとの位置合わせをサブミクロン レベルで行い、 図 2 1 (a )に示すような上下対称の水晶振動子片を 製造する必要がある。 しかし、 高精度の両面ァライメント露光装置 を用いても表裏の位置合わせ精度には限界があり、 歩留まりが悪い という問題があった。
また、 片面からエッチングを行った場合や、 図 1 8に示した表面 パターンを基準にしてエッチングした場合には、 表面のエッチング マスクと、 裏面のエッチングマスクとの位置ずれという概念はない 。 しかしながら、 このような方法により製造された水晶振動子片で は、 一方の側面にできる残渣と他方の側面にできる残渣の角度が異 なるために、 左右対称にはならず、 X軸に平行な主軸は持たない。 よって、 水晶振動子片における振動は、 斜め振動となり、 漏れ振動 を発生する。 このような製造方法は、 常に一定の振動子片が製造で きるため、 共振周波数を安定させる目的としては有効であるが、 漏 れ振動の少ない振動子片を得るという目的には適さない。
このように、 従来の方法では、 振動脚断面形状が上下対称や左右 対称の水晶振動子片を安定的に得ることが難しいという問題があつ た。
なお、 音叉型水晶振動片の振動腕に電界形成用の溝を設けること は知られているが、 残渣とのバランスをとるためのバランス調整用 溝を形成することは知られていなかった。
本発明の目的は、 上述した従来技術における問題を解決すること を可能とした水晶振動子片及びそのような水晶振動子片の製造方法 を提供することである。
また、 本発明の目的は、 振動脚の断面形状が対称型ではないなが らも、 X軸に平行な主軸を持ち、 漏れ振動の発生が抑制された水晶 振動子片及びそのような水晶振動子片の製造方法を提供するもので ある。
さらに、 本発明の目的は、 水晶ウェハの表裏両面からエッチング マスクを用いてエッチングする工程において、 エッチングマスクお よびエッチング法を工夫することにより、 振動脚の断面形状が対称 型ではないながらも、 X軸に平行な主軸を持ち、 漏れ振動の発生が 抑制された水晶振動子片を安定して製造することが可能な水晶振動 子片の製造方法を提供するものである。
本発明に係る水晶振動子片は、 水晶ウェハからエッチングにより 加工されたものであって、 表面と、 前記表面より幅の広い裏面と、 第 1 の側面と、 第 2 の側面とを備える振動脚と、 振動脚に形成され たバランス調整溝を有し、 表面から裏面に向かうに従って振動脚の 幅が広くなるように第 1 の側面及び前記第 2の側面が形成され、 振 動脚の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心を通る 2つ の主軸の少なく とも一方が表面又は裏面と略平行となるように、 第 1の側面及び第 2の側面の傾斜に応じて前記バランス調整溝が形成 されることを特徴とする。
さらに本発明に係る水晶振動片は、 前記バランス調整溝が、 前記 表面又は前記裏面に形成され、
前記バランス調整溝が形成される面を溝面とし、 前記溝面と前記 第 1の側面との成す角を α、 前記溝面と前記第 2の側面との成す角 を β、 前記バランス調整溝と前記第 1の側面との距離を Α、 前記バ ランス調整溝と前記第 2の側面との距離を Βとして、
< /3のとき Α < Β
α〉 /3のとき A > B、
の関係を満たすことが好ましい。
上記の構成によれば、 外形形状は常に一定にでき、 そのままでは 傾いている主軸をバランス調整溝で水晶の X軸と平行に調整するこ とが可能となる。 位置ずれが起こる可能性があるのはバランス調整 溝の位置のみであり、 さらに溝の位置ずれが主軸の傾きに与える影 響の程度が従来例の表裏ずれによる影響の程度に比較して非常に小 さいため、 漏れ振動は無視できるほどに小さくできる。
さらに、 本発明に係る水晶振動子片では、 前記バランス調整溝が 、 前記溝面内に形成されることが好ましい。 上記の構成によれば、 バランス調整用溝の形成位置が設計値 対 してずれて形成されても、 バランス調整溝体積が同じであるため主 軸の向きに対する影響は小さく、 ほぼ無視できる程度であり、 漏れ 振動の抑制された水晶振動子片が得られる。
さらに、 本発明に係る水晶振動子片では、 前記バランス調整溝が
、 前記溝面と、 前記第 1の側面又は前記第 2の側面とに跨って形成 されることが好ましい。
上記の構成によれば、 振動子が小型化してバランス調整溝が振動 脚内に収まらない場合にも、 バランス調整溝を形成することができ る。 バランス調整溝が振動脚内に収まる場合に比べて溝形成位置ず れが主軸の傾きに与える影響は大きいが、 それでもなお従来の方法 で表裏ずれが与える影響に比べると位置ずれの影響を小さく抑える ことができる。
さらに、 本発明に係る水晶振動子片では、 前記バランス調整溝が 、 複数個形成されることが好ましい。
さらに、 本発明に係る水晶振動子片では、 前記表面と前記裏面の 少なく とも一方に、 電界形成用の溝が形成されることが好ましい。
さらに、 本発明に係る水晶振動子片では、 前記電界形成用の溝が 、 前記バランス調整溝を兼ねていることが好ましい。
本発明に係る水晶振動子片の製造方法は、 水晶ウェハをエツチン グし、 表面と、 表面より幅の広い裏面と、 第 1の側面と、 第 2の側 面とを備える振動脚を、 表面から裏面に向かうに従って幅が広くな るように形成する外形形成工程と、 振動脚をエッチングし、 振動脚 の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心を通る 2つの主 軸の少なく とも一方が表面又は裏面と略平行となるように、 第 1 の 側面及び第 2の側面の傾斜に応じてバランス調整溝を形成する溝形 成工程を有することを特徴とする。 さらに本発明に係る水晶振動子片の製造方法は、 前記外形形成ェ 程において、 前記水晶ウェハの表面に外形表面用エッチングマスク を形成し、 前記水晶ウェハの裏面に前記外形表面用エッチングマス クより幅の広い外形裏面用エッチングマスクを形成し、
前記外形裏面用エッチングマスクにおいて、 前記外形表面用エツ チングマスクの前記第 1の側面側の端部に対応する位置から突出し た第 1突出部の長さを c、 前記外形表面用エッチングマスクの前記 第 2の側面側の端部に対応する位置から突出した第 2突出部の長さ を d、 前記水晶ウェハの厚みを t；、 前記第 1の側面側のエッチング 角を α、 前記第 2の側面側のエッチング角を j8 とするとき、
c > t X t a n ( α — 9 0 ° )
Figure imgf000014_0001
の関係を満たすことが好ましい。
上記の構成によれば、 第 1 の側面の残渣が溝面に対して角度 αで 形成されるとき、 裏面エッチングマスクを表面エッチングマスクに 比べて t x t a n ( ひ 一 9 0 ° ) よりも長く しておくので、 エッチ ングによって得られる斜面は表面からエッチングされた斜面だけに なり、 常に一定の形状の残渣が形成される。 同様に、 第 2の側面側 も表面からエッチングされた斜面だけになるため、 常に一定の形状 の残渣を形成することが可能となる。 そのため、 振動子外形は外形 エッチングマスクの表裏ァライメン卜ずれの影響を受けず、 常に一 定のものが形成される。 そして、 エッチング角ひ と ]6は異なる大き さであるために、 そのままでは断面主軸は水晶の X軸と平行にはな らないが、 バランス調整溝を設けることで、 主軸の一方が X軸と平 行になるようにできる。 したがって、 ァライメントずれが起こるの はバランス調整溝の位置のみであるが、 仮にそのァライメントずれ が起きた場合にも、 従来の方法で起こる表裏ァライメントずれによ 2008/066923
る主軸の傾きよりもはるかに小さい程度の主軸の傾きしか起こらず 、 安定して漏れ振動のない振動子を得ることができる。
さらに、 本発明に係る水晶振動子の製造方法では、 前記外形表面 用エッチングマスクと前記外形裏面用エッチングマスクの位置合わ せ精度を土 P とするとき、
c = t X t a n ( «— 9 0 ° ) + k l、
d = t X t a n ( jS— 9 0 ° ) + k 2 として、
k 1 > p且つ k 2 > p
の関係を満たすことが好ましい。
上記の構成によれば、 マスクオフセッ ト量 k l、 k 2をマスクの 位置合わせ精度 Pより大きい値に設定しておくので、 装置のァライ メント誤差により表面のエッチングマスクと裏面のエッチングマス クに位置ずれが起きた場合にも、 第 1 の側面には表面からエツチン グされた一つの斜面が形成され、 常に一定の残渣が形成される。 ま た同様に、 第 2の側面にも表面からエッチングされた一つまたは二 つの斜面が形成され常に一定の残渣が形成される。 そのため外形形 状は常に一定になり表裏ずれの影響を受けることが無い。
さらに、 本発明に係る水晶振動子の製造方法では、 前記溝形成ェ 程において、 前記表面と前記裏面の少なく とも一方に、 前記バラン ス調整溝を形成するための溝形成用開口部を有する溝用エッチング マスクを形成し、
前記溝形成用開口部と前記第 1の側面との距離を a、 前記溝形成 用開口部と前記第 2の側面との距離を bとして、
< /3のとき a < b
α> /3のとき a > b
の関係を満たすことが好ましい。
さらに、 本発明に係る水晶振動子の製造方法では、 前記バランス 調整溝が形成される面を溝面とし、 前記バランス調整溝が前記溝面 内に形成されることが好ましい。
上記の構成によれば、 パランス調整溝を振動脚の内部に形成する ため、 設計値に対してバランス調整溝の位置がずれても溝体積が変 化しないため、 位置ずれの影響が少なく漏れ振動は小さく抑えられ る。
さらに、 本発明に係る水晶振動子の製造方法では、 前記バランス 調整溝が形成される面を溝面とし、 前記バランス調整溝が、 前記溝 面と、 前記第 1 の側面又は前記第 2の側面とに跨って形成されるこ とが好ましい。
上記の構成によれば、 振動子が小型化してバランス調整溝が振動 脚内に収まらない場合にも、 パランス調整溝を形成することができ る。 バランス調整溝が振動脚内に収まる場合に比べて溝形成位置ず れが主軸の傾きに与える影響は大きいが、 それでもなお従来の方法 の表裏ずれ誤差に比べると位置ずれの影響を小さく抑えることがで きる。
本発明に係る水晶振動子の製造方法によれば、 エッチングマスク 位置ずれの影響を全く受けない外形形状を有し、 位置ずれの影響が 非常に少ないバランス調整溝によってバランスを調整するため、 漏 れ振動が無視できる程度に抑制された水晶振動子片を得ることが可 能となった。 図面の簡単な説明
図 1 ( a ) は本発明に係る水晶振動子の斜視図を示し、 図 1 ( b ) は図 1 ( a ) の A A '断面の拡大図である。
図 2 ( a ) 〜図 2 ( d ) は、 本発明に係る水晶振動子片の製造ェ 程を示す断面工程図 （ 1 ) である。 図 3 ( a ) 〜図 3 ( e ) は、 本発明に係る水晶振動子片の製造ェ 程を示す断面工程図 （ 2 ) である。
図 4は、 図 3 ( b ) の状態における一方の振動脚の拡大図である 図 5は、 バランス調整溝の最適位置等について説明するための振 動脚モデルを示した図である。
図 6は、 本発明に係る他の水晶振動子片を示す図である。
図 7は、 図 6に示す振動脚の製造方法を説明するための図である 図 8は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 図 9は、 図 8に示す振動脚の製造方法を説明するための図である 図 1 0は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 図 1 1 ( a) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 1 (b ) は図 1 1 ( a ) の AA '断面の拡大図である。
図 1 2 ( a ) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 2 ( b ) は図 1 2 ( a ) の AA '断面の拡大図である。
図 1 3 ( a ) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 3 ( b ) は図 1 3 ( a) の AA '断面の拡大図である。
図 1 4は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 図 1 5は、 水晶ウェハを表した図である。
図 1 6 ( a ) は水晶振動子片の正面図であり、 図 1 6 (b ) は図 1 6 ( a ) の AA '断面図の一例を示す図であり、 図 1 6 ( c ) は 図 1 6 ( a ) の AA '断面図の他の例を示す図である。
図 1 7 ( a ) 〜図 1 7 ( e ) は、 従来技術における水晶振動子片 の製造工程を示す断面工程図である。
図 1 8は、 従来技術における水晶振動子片振動脚の断面図である 図 1 9 ( a) は水晶振動子の斜視図であり、 図 1 9 (b ) は図 1 9 ( a ) の AA '断面図の一例における振動方向を示した図であり 、 図 1 9 ( c ) は A A '断面図の他の例における振動方向を示した 図である。
図 2 0 ( a ) は水晶エッチング残渣の一例を示す断面図であり、 図 2 0 ( b ) は水晶エッチング残渣の他の例を示す断面図である。
図 2 1 ( a ) はエッチングマスクのずれがない場合の振動脚の断 面図であり、 図 2 1 ( b ) はエッチングマスクのずれがある場合の 振動脚の断面図である。
図 2 2 ( a ) は振動脚の断面における表面と裏面と位置ずれを表 した図であり、 図 2 2 ( b ) は図 2 2 ( a ) における振動脚の断面 の主軸のずれ角を示す図である。
図 2 3は、 水晶振動子片の製造工程における表面のエッチングマ スクと裏面のエッチングマスクとの位置ずれと、 主軸のずれ角との 関係を表した図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係る水晶振動子片及びその製造方法について図面 を用いて説明を行う。 但し、 本発明の技術的範囲はそれらの実施の 形態に限定されず、 特許請求の範囲に記載された発明とその均等物 に及ぶ点に留意されたい。 なお、 本発明に係る水晶振動子片は、 振 動脚の断面形状に特徴があるので、 以下主に水晶振動子片の振動脚 の断面形状について説明する。
図 1は、 本発明に係る水晶振動子片を示す図である。
図 1 ( a) は水晶振動子の斜視図を示し、 図 1 ( b ) は図 1 ( a ) の A A '断面の拡大図である。 図 1 ( a ) に示すように、 本発明に係る水晶振動子片 3 1 0は、 支持部 3 1 1、 基部 3 1 2、 第 1 の振動脚 3 1 3、 及び第 2 の振動 脚 3 1 4から構成されている。 第 1の振動脚 3 1 3には第 1 のバラ ンス調整溝 3 4 0が形成され、 第 2の振動脚には第 2のバランス調 整溝 3 5 0が形成されている。
図 1 ( b ) に示すように、 水晶振動子片 3 1 0の第 1 の振動脚 3 1 3は、 互いに幅の大きさが異なる表面 3 2 1、 裏面 3 2 3 と、 一 つの斜面で形成された第 1の側面 3 2 0、 及び一つの斜面で形成さ れた第 2の側面 3 2 2 とを備えている。 また、 表面 3 2 1の幅は裏 面 3 2 3 の幅に比較して小さく設定されている。
第 1 の側面の表面端部 3 2 1 aと第 1 の側面の裏面端部 3 2 3 a との幅方向 （X軸方向） の差を（：、 第 2の側面側の表面端部 3 2 1 bと第 2の側面側の裏面端部 3 2 3 bとの幅方向の差を D、 第 1の 側面側のエッチング角度を 、 第 2の側面側のエッチング角度を /3 、 及び第 1 の振動脚 3 1 3の厚さを t とすると、 以下の 2つの式の 関係が成り立つ。
C = t X t a n ( Q!— 9 0 ° )
D = t X t a n ( ;6 — 9 0 ° )
また、 ひ < 3である場合、 ノ ランス調整溝 3 4 0は、 表面 3 2 1 上で第 1の側面 3 2 0寄りの位置に設けられている。 即ち、 バラン ス調整溝 3 4 0の第 1 の側面側端部 Qと第 1 の側面側端部 3 2 1 a との距離を A、 バランス調整溝 3 4 0の第 2の側面側端部 Pと第 2 の側面側端部 3 2 1 bとの距離を Bとすると、 A < Bである。 この ように第 1の振動脚 3 1 3 を構成することによって、 振動脚 3 1 3 の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心を通る 2つの主 軸 3 6 0の一方が、 表面 3 2 1 と略平行に形成されている。 ここで 、 略平行とは、 特性に影響を与えない程度の漏れ振動のみを発生さ せる程度の平行度合いを言う。
図 1 に示すように製造された水晶振動子片 3 1 0では、 バランス 調整溝 3 4 0及び 3 5 0の位置が設計値から 1〜 2 /2 mずれた場合 でも、 漏れ振動をほとんど発しなかった。 この点は、 従来の方法で 同程度の表裏ずれが起こつた場合には漏れ振動が大きく発生するの とは対照的である。
次に、 図 2及び図 3 を用いて、 本発明に係る水晶振動子片の製造 方法の一例について説明する。
図 2 ( a ) は 、 板厚を t に調整した水晶ウェハ 3 0 0の両面に、 金属耐食膜 2 0 0 a及び 2 0 0 bをスパッ夕、 蒸着又はめ きなど で形成する 金属耐食膜 2 0 0 a及び 2 0 0 bには下地層に C r， 上層に A uなどを用いることができる。 さらに、 この金属耐食膜 2
0 0 a及び 2 0 0 bの表面に、 それぞれフォ トレジス ト 2 0 1 a及 び 2 0 1 bを形成する。
次に、 図 2 ( b ) に示すように、 外形表面用フォ トマスク 2 0 2 及び外形裏面用フオ トマスク 2 0 4の 2枚のフォ トマスクを用い、 両面ァライメン 装置によって外形表面用フォ トマスク 2 0 2及び 外形裏面用フォ 卜マスク 2 0 4の表裏位置を位置合わせし 、 フォ 卜 レジス 卜 2 0 1 a及び 2 0 1 bを露光する。
次に、 図 2 ( c ) に示すように、 フォ トレジス ト 2 0 1 a及び 2
0 1 bを現像し 、 得られたパターンをマスクとして金属耐食膜 2 0
0 a及び 2 0 0 bを振動子形状にパターニングし、 金属耐食膜のェ ツチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bを形成する。
その後、 フォ 卜レジス ト 2 0 1 a及び 2 0 1 bを剥離して 、 外形 エッチング スクが形成された水晶ウェハの表裏両面にフ才 卜レジ ス 卜 2 0 9を形成する。
次に、 図 2 ( d ) に示すように、 溝表面用フォ トマスク 2 1 3 と 溝裏面用フォ トマスク 2 1 4の 2枚のフォ トマスクを用いてフォ ト レジス ト 2 0 9 を露光する。
次に、 図 3 ( a ) に示すように、 露光後のフォ トレジス ト 2 0 9 を現像して、 外形エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bの上に、 溝用レジス トパターン 2 0 3 a及び 2 0 3 bを形成する。
次に、 図 3 ( b ) に示すように、 金属耐食膜のエッチングマスク
2 0 7 a及び 2 0 7 b及び溝用レジス トパターン 2 0 3 a及び 2 0
3 bを形成した水晶ウェハ 3 0 0を、 フッ酸を含むエッチング液に 浸漬し、 金属耐食膜のエッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bに覆 われていない部分の水晶を溶解する。 このときのエッチングは、 少 なく とも図 1 に示す第 1の側面 3 2 0及び第 2の側面 3 2 2の途中 に稜線が見られなくなるまで行われる。 これによつて、 第 1の側面 3 2 0及び第 2の側面 3 2 2は、 それぞれ一つの斜面で形成される ことになる。
次に、 図 3 ( c ) に示すように、 溝用レジス トパターン 2 0 3 a 及び 2 0 3 bマスクとして、 エッチングマスク 2 0 7 a及び 2 0 7 bをエッチングし、 振動脚の外形形状をした水晶のうえに、 溝表面 用エッチングマスク 2 0 8 a及び溝裏面用エッチングマスク 2 0 8 bを形成する。
次に、 図 3 ( d ) に示すように、 溝表面用エッチングマスク 2 0 8 a及び溝裏面用エッチングマスク 2 0 8 bをマスクとして水晶ゥ ェハをフッ酸を含むエッチング液に浸漬し、 溝部のエッチングを行 い、 バランス調整溝 3 4 0及び 3 5 0を形成する。 バランス調整溝 3 4 0及び 3 5 0のエッチング量を、 振動脚の主軸が水晶の X軸と 平行になり、 漏れ振動を発生しない量となるようにする。
次に、 図 3 ( e ) に示すように、 エッチングマスク 2 0 8 a及び 2 0 8 bを剥離して、 水晶振動子片 3 1 0の振動脚 3 1 3及び 3 1 4を形成する。
図 4は、 図 3 ( b ) の状態における一方の振動脚の拡大図である 図 4に示すように、 水晶片の図中の上面 （表面） を溝面 3 2 4 ( 図 1 ( b ) 参照） としており、 溝用レジス トパターン 2 0 3 aには 溝形成用開口部 2 1 5が設けている。
第 1の側面側のエッチング角度を a;、 第 2の側面側のエッチング 角度を iS とすると、 ぐ |8である場合は、 溝形成用開口部 2 1 5は 第 1 の側面寄りに設けられている。 また、 溝形成用開口部 2 1 5の 第 1の側面側端部と外形用エッチングマスクの第 1の側面側端部と の距離 a、 溝形成用開口部 2 1 5の第 2 の側面側端部と外形用エツ チングマスクの第 2の側面側端部との距離 bとすると、 a < bの関 係を満たしている。 なお、 α〉 /3の場合には、 a > bと設定される 。 上記構成によって、 溝エッチングをしてバランス調整溝 3 4 0 を 形成したときに、 振動脚のバランスをとり漏れ振動がゼロになる量 に設定されている。 溝用レジス トパターン 2 0 3 aの設定の詳細に ついては後述する。
外形裏面用フォ トマスク 2 0 4の振動脚パターンは、 外形表面用 フォ トマスク 2 0 2の振動脚パ夕一ンに比べて、 幅が大きく設定さ れている。 したがって、 図 4に示すように、 裏面のエッチングマス ク 2 0 7 bの幅は、 表面のエッチングマスク 2 0 7 aの幅に対して 大きく形成される。 エッチングマスク 2 0 7 bにおいて、 水晶の結 晶軸 3 6 0の一 X側である第 1の側面側の端部には第 1突出部 （第 1突出量 c ) 、 + X側である第 2の側面側端部には第 2突出部 （第 2突出量 d ) が形成されている。
図 4に示すように、 水晶ウェハ 3 0 0がエッチングされる面 3 0 3 (エッチング後は第 1の側面となる） と表面とのエッチング角度 を 、 水晶ウェハ 3 0 0の板厚を t とすると、 第 1突出部の第 1突 出量 cを t x t a n ( 一 9 0 ° ) よりも大きく設定する。 即ち、 c > t X t a n ( ひ 一 9 0 ° ) と設定する。
また、 水晶ウェハ 3 0 0がエッチングされる面 3 0 4 (エツチン グ後は第 2の側面となる） と表面とのエッチング角度を）6とすると 、 第 2突出部の第 2突出量 dを t x t a n ( ?— 9 0 ° ) よりも大 きく設定する。 即ち、 d> t x t a n (|6— 9 0 ° ) と設定する。
また、 図 2及び 3に示す製造過程で、 裏面のエッチングマスク 2 0 7 bの第 1の側面側のマスクオフセッ ト量を k 1 とし、 第 1突出 部の第 1突出量 cを c = t x t a n ( ひ 一 9 0 ° ) + k lとする。 ここで、 使用する両面ァライナ一の精度が土 Pであるとき、 マスク オフセッ ト量 k lの値は、 pより大きい値、 即ち、 k l >pと設定 する。
両面ァライナ一の精度が ± 1 であるときは、 マスクオフセッ 卜量 k lの値は、 例えば、 と設定する。 ここで、 角度 （ α— 9 0 ° ) の値をおおよそ 1 ° とすると、 第 1突出部 c [ m] の値 は、 c [ a m] = t [ urn] X 0. 0 1 7 + 2 ^mと設定される。 このように設定することによって、 両面ァライナーの精度内で、 表 面のエッチングマスク 2 0 7 aと裏面のエッチングマスク 2 0 7 b との位置ずれが起きた場合にも、 第 1の側面はこの位置ずれの影響 を受けることがない。 即ち、 第 1の側面には表面からエッチングさ れた一つの斜面が形成され、 第 1の側面には常に一定の残渣が形成 されることとなる。
また、 図 2及び 3に示す製造過程で、 裏面のエッチングマスク 2 0 7 bの第 2の側面側のマスクオフセッ ト量を k 2とし、 第 2突出 部の第 2突出量 dを d = t x t a n ( — 9 0 ° ) + k 2とする。 ここで、 使用する両面ァライナ一の精度が土 pであるとき、 マスク オフセッ ト量 k 2の値は、 pより大きい値、 即ち、 k 2 > p と設定 する。
両面ァライナ一の精度が ± 1 mであるときは、 マスクオフセッ ト量 k l の値は、 例えば、 2 ΠΙと設定する。 ここで、 角度 ( β — 9 0 ° ) の値をおおよそ 2 ° とすると、 第 2突出部 d [ m] の値 は、 d [ n m] = t [ m] X 0. 0 3 5 + 2 i mと設定される。 このように設定することによって、 両面ァライナーの精度内で、 表 面のエッチングマスク 2 0 7 aと裏面のエッチングマスク 2 0 7 b との位置ずれが起きた場合にも、 第 2の側面はこの位置ずれの影響 を受けることがない。 したがって、 第 2の側面には表面からエッチ ングされた一つの斜面が形成され、 第 2の側面には常に一定の残渣 が形成されることとなる。
図 2及び 3 に示す製造過程を経て製造された水晶振動子片 3 1 0 の振動脚 3 1 3では、 表面のエッチングマスク 2 0 7 aと裏面のェ ツチングマスク 2 0 7 bとの位置ずれが両面ァライナ一の精度 （ 2 m未満） 以下で生じた場合にも、 その位置ずれの影響を受けるこ とがない。
また、 第 1の側面 3 2 0のエッチング角 αは約 9 1 ° 、 第 2の側 面 3 2 2のエッチング角； 6は約 9 2 ° である。 したがって、 図 1 に 示す第 1の側面 3 2 0側の表面 3 2 1の端部 3 2 1 aと第 1 の側面 3 2 0側の裏面端部 3 2 3 aとの幅方向の差 Cは常に t X 0. 0 1 7になる。 また、 第 2の側面 3 2 2側の表面端部 3 2 1 bと第 2の 側面 3 2 2側の裏面端部 3 2 3 bとの幅方向の差 Dは常に t X 0. 0 3 5 となる。
このように、 第 1 の側面 3 2 0側と第 2の側面 3 2 2側で、 それ ぞれ常に同じ残渣が生じることとなる。 さらに、 第 1の側面 3 2 0 側と第 2の側面 3 2 2側で生じる残渣とバランス調整溝 3 4 0 との バランスが調整されている。 したがって、 本発明に係る水晶振動子 片 3 1 0の振動脚 3 1 3の断面の主軸の一方は表面と略平行となり 、 漏れ振動が抑制されている。
従来の方法の場合、 エッチングマスクの位置ずれが起きると、 第 1 の側面及び第 2の側面がともに影響を受け、 様々な残渣が形成さ れてしまい、 強い漏れ振動が発生することとなった。 それに対して 、 本発明に係る水晶振動子片 3 1 0では、 エッチングマスクの位置 ずれが起きても、 第 1の側面及び第 2の側面には常に一定の残渣が 形成され、 それらとバランスが取れるように調節されたバランス調 整溝を形成される。 エッチングマスクの位置ずれによってバランス 調整溝の位置もずれるが、 バランス調整溝の位置ずれの影響は非常 に小さいので、 漏れ振動のほとんどない水晶振動子片が得ることが 可能となった。
なお、 図 2及び 3 に示す製造過程においては、 第 1の側面のエツ チング角 aは約 9 1 ° 、 第 2の側面のエッチング角 βは約 9 2 ° と した。 しかしながら、 エッチング角 、 /3は水晶ウェハのカッ ト角 やエッチング条件などにより異なるため、 それらの条件にあわせて 第 1突出量 c、 第 2突出量 dが決定される。
溝形成用開口部の二つの端部は、 図 4に示すように外形用エッチ ングマスクの端部にサイ ドエッチングのエッチングしろを見込んだ 幅よりも共に内側に形成しておく ことが好ましい。 このようにする と、 エッチング後にバランス調整溝が溝面内に形成され、 パランス 調整溝の位置ずれが起きた場合にもバランス調整溝の体積は変化せ ず、 主軸の傾きに大きな影響を与えることが少ない。 ここでいぅサ ィ ドエッチングとは、 エッチングマスク主面に対して水平方向に進 むエッチングのことである。
図 5は、 パランス調整溝の最適位置等について説明するための振 動脚モデルを示した図である。
振動脚断面の主軸の方向は、 振動脚の断面形状によって定まる。 具体的には、 振動脚の断面の図心を原点として横軸が X軸に平行な 直角座標系に関する振動脚の断面の断面相乗モーメントがほぼ 0で あれば、 振動脚断面は、 X軸に略平行な主軸を有することとなる。 そこで、 図 5に示す振動脚の断面に基づいて、 振動脚断面は X軸に 略平行な主軸を有するようにバランス調整溝を設計する方法につい て以下に説明する。
まず、 振動脚モデルの断面を、 線対称な台形部分 (上辺 ： W
！ 、 底辺 （w 2 + w x + w 2 ) 、 高さ ： t ) 、 三角形部分 s 2 (底 辺 ： W 3 、 高さ ： t ) 、 バランス調整溝部分 S 3 に分ける。
バランス調整溝の断面は、 水晶の特性等によって正確な長方形に はならないが、 計算の簡略化のため、 本例では長方形形状としてい る。 また、 台形部分 S i に含まれる左側の三角形部分 S 4 カ^ 図 1 における第 1 の側面 3 2 0側に形成される第 1の残渣部分に相当す る。 さらに、 含形部分 S i に含まれる右側の三角形部分 S 5 と三角 形部分 S 2 との合計が、 図 1 における第 2の側面 3 2 2側に形成さ れる第 2の残渣部分に相当する。
振動脚モデルの断面全体の図心を〇。 ； 断面相乗モーメントを M 0 、 台形部分 S t の図心を〇 ； 〇 i に関する断面相乗モーメント を M i 、 三角形部分 S 2 の図心を〇 2 ； O 1 に関する断面相乗モー メン卜を M 2 、 バランス調整溝部分の図心を〇 3 ； O 1 に関する断 面相乗モーメントを M 3 とする。 また、 計算のための座標軸 （横軸 x、 縦軸 y ) を、 S i の図心〇 を原点として、 座標軸の横軸が水 晶片の X軸に平行となる直角座標系として設定する。 この座標系を 本座標系と言う。
台形部分 S の面積 A は、 t ( W x + W 2 ) であり、 台形部分 の S の図心 O から底辺までの距離 y i は、 t / 3 ( ( 2 W2 + 3 Wx ) / ( 2 W2 + 2 Wx ) となる。 台形部分 S ェ は線対称な図 形であるので、 図心 O i に関する断面相乗モーメント M i は 0であ る。
三角形部分 S 2 の面積 A2 は W3 t / 2であり、 図心 02 と振動 脚モデルの底辺の端部からの距離 X 2 は、 （ 2 W3 + W2 ) / 3で あり、 図心 O 2 の底辺からの距離 y 2 は t / 3である。 したがって 、 図心〇 2 の本座標系における X座標は / 2 + ( 2 W2 +W3 ) / 3であり、 y座標は t / 3 ( 1 - ( 2 W 2 + 3 W！ ) / ( 2 W 2 + 2 Wx ) ) となる。 三角形部分 S 2 の図心〇 2 に関する断面相 乗モーメント M2 'は、 一 W3 t X 7 2 ( 2 W2 + W3 ) となる。 M 2 'を用い、 公知の平行軸の定理を利用して O i に関する断面相 乗モーメント M。 を求めると、 以下の式 （ 1 ) となる。 2W2+W3)
72 '3'
2W2 + W3
72
Figure imgf000027_0001
バランス調整溝部分 S 3 の面積を A 3 、 本座標系における X座標 の x 3 、 y座標を y 3 とする。 バランス調整溝部分の図心〇 3 に関 する断面相乗モーメントを M ' 3 とする。 M ' 3 を用い、 公知の平 行軸の定理を利用して に関する断面相乗モーメント M 3 を求め ると、 ] VI 3 — A 3 x 3 y 3 となる。
振動脚モデルの断面全体の面積 Α。 は、 A + A2 一 A 3 である から、 t (Wx +W2 ) + W3 t / 2 - A 3 となる。 また、 振動脚 モデルの断面全体の図心 O。 の本座標系における X座標である X 0 は以下の式（2 )に相当し、 y座標である y Q は以下の式 （ 3 ) に相 当する。
Figure imgf000028_0001
O x に関する振動脚モデルの断面全体の断面相乗モーメント M。 は、 + M 2 - M 3 で表されるので、 以下の式 （ 3 ) となる。
Figure imgf000028_0002
M o を用いて、 公知の平行軸の定理を利用して図心 O。 に関する 振動脚モデルの断面全体の断面相乗モーメント M '。 を求めると、 以下の式 （ 4 ) となる。
Figure imgf000029_0001
w \ l w t .2'' W, 2W2+W3 2W, +3W
3 (2W,+W3)+-^-x 1 + M'3— A3xsy3
+ 3 A 2W2 + 2W,
Figure imgf000029_0002
ここで、 M ' Q == 0となるように、 バランス調整溝に関するパラ メ一夕である A3 、 X 3 及び y 3 を定めればよい。 、 W2 、 W
3 、 及び tは既知であるので、 式 （4) を用いて、 バランス調整溝 の大きさ及び最適位置を求めることができる。 なお、 図 5では、 バ ランス調整溝が振動脚の上面に 1つ存在する場合について説明を行 つたが、 後述するように、 バランス調整溝が振動脚の他の位置にあ る場合、 1つではなく複数存在する場合についても、 同様の計算方 法によって、 最適な位置や大きさを求めることができる。
本発明に係る水晶振動子片の製造方法を用いれば、 エッチングマ スクの位置ずれが起きても、 第 1の側面及び第 2の側面に常に一定 の残渣が形成される。 そこで、 上述した設計方法によってバランス 調整溝を設ければ、 残渣とバランス調整溝とが相殺されて、 漏れ振 動のほとんどない水晶振動子片が得ることが可能となる。 なお、 ェ ツチングマスクの位置ずれによってバランス調整溝の位置も設計位 置からずれる可能性があるが、 バランス調整溝の位置ずれの影響は 非常に小さい。
例えば、 W ^ l S O ^n Ws S . 5 m, W 3 = 3. 5 m、 t = 2 0 0 m, Α 3 = 7 5 0 ΠΙ 2 > x 3 = - 1 4. 6 m 、 y 3 = 7 5. 7 ΠΙとすると、 式 4より M ' 。 = 1 2 9 ; m4 = 0 となり、 設計上漏れ振動のほとんどない生じない状況となる。 な お、 上記の数値は一例である。
漏れ振動がゼロになるバランス調整溝位置や深さ等は各種条件に よって多少異なる。 そのため、 バランス調整溝の位置や深さを変化 させて前実験を行い、 漏れ振動がゼロとなる最適値を設定すること で、 本発明の効果をより確実に発揮させることができる。
図 6は、 本発明に係る他の水晶振動子片を示す図である。
例えば、 振動子脚が小型化していく場合、 溝面 3 2 1 中にバラン ス調整溝 3 4 0 を収めるのが困難な場合が考えられる。 そこで、 図 6では、 振動脚 3 1 3において、 バランス調整溝 3 4 0 を第 1の側 面 3 2 0 と交わるように構成した。 したがって、 バランス調整溝 3 4 0の第 1端部 Qは第 1の側面 3 2 0上にあり、 第 2端部 Qは表面 3 2 1上にある。 図 6に示す水晶振動子片の場合、 バランス調整溝 3 4 0が表面 3 2 1 の内部に収まる場合に比べて、 バランス調整溝 3 4 0の位置ずれが主軸の傾きに影響を与え易い。 しかしながら、 図 6 に示す水晶振動子片の場合、 従来の水晶振動子片の表裏ずれに 比べて、 位置ずれによる影響は少なく、 漏れ振動の抑制された振動 子となる。
図 7は、 図 6 に示す振動脚の製造方法を説明するための図である 。 図 7は、 図 3 ( b ) の状態における一方の振動脚の拡大図である 。 即ち、 図 1 に対応する図 4との関係と同様に、 図 6に対応するも のである。
図 7に示す溝用レジス トパターン 2 0 3 aは、 溝形成用開口部の 端部のうち一方は、 外形用エッチングマスクの端部にサイ ドエツチ ングのエッチングしろを見込んだ位置よりも外側に形成され、 他方 は外形用エッチングマスクの端部にサイ ドエッチングのエッチング しろを見込んだ位置よりも内側に形成されている。 この溝用レジス 卜パターン 2 0 3 aによって、 図 6 に示す振動脚の断面のように、 バランス調整溝 3 4 0が、 溝面 3 2 4と第 1 の側面 3 2 0 とに跨つ て形成されることとなる。 また、 図 6及び図 7の例では、 バランス 調整溝 3 4 0が溝面 3 2 4と第 1 の側面とに跨って形成されている が、 溝面 3 2 4と第 2の側面 3 2 2 とに跨って形成されるように構 成しても良い。
図 8は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 図 1及び図 6の例では、 バランス調整溝を表面 3 2 1側に設けた が、 図 8に示すように、 振動脚 3 1 3において、 裏面 3 2 3側にバ ランス調整溝 3 4 0 を設けるようにしても良い。 溝面 3 2 4と第 1 の側面 3 2 0 との成す角をひ 、 溝面 3 2 4と第 2の側面 3 2 2 との 成す角を /3、 裏面端部 3 2 3 aとバランス調整溝端部 Qとの距離を A、 裏面端部 3 2 3 bとバランス調整溝端部 Pとの距離を Bとした 。 ひ > /3である場合、 バランス調整溝 3 4 0は、 裏面 3 2 3上で第 2の側面 3 2 2寄りの位置に設けられている。 すなわち、 A > Bで ある。 バランス調整溝 3 4 0を裏面 3 2 3側に設けることによって 、 振動脚 3 1 3の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心, を通る 2つの主軸 3 6 0の一方が、 表面 3 2 1 と略平行に形成され ているだけでなく、 振動脚の重心が、 表面 3 2 1 と裏面 3 2 3の中 心付近に来るため、 振動がより安定するといぅ更なる効果を有する 図 9は、 図 8に示す振動脚の製造方法を説明するための図である 図 9は、 図 3 ( b ) の状態における一方の振動脚の拡大図である 。 即ち、 図 1 に対応する図 4との関係と同様に、 図 8に対応するも のである。 図 8に示すように、 溝用レジス トパターン 2 0 3 bを配 置することによって、 パランス調整溝 3 4 0が裏面 3 2 3側に構成 される。 溝用レジス トパターン 2 0 3 bの距離 eは図 8の距離 Aに 、 溝用レジス トパターン 2 0 3 bの距離 ίは図 8 の距離 Bに対応し ている。 なお、 図 9における他の構成は、 全て図 4と同様である。
なお、 図 8及び図 9に示すように、 溝面 3 2 4が、 振動脚断面の 裏面 3 2 3側にあつたとしても、 溝面 3 2 4と第 1の側面及び第 2 の側面との成す角 οί、 β と、 バランス調整溝 3 4 0 と第 1の側面及 び第 2の側面との距離 Α、 Βの関係は、 溝面 3 2 4が振動脚断面の 表面 3 2 1 にある場合と同様であることが好ましい。 即ち、
Q! < j6のとき Α< Β
α > のとき Α> Β
の関係を満たすことが好ましい。
また、 図 6 と同様にバランス調整溝 3 4 0は溝面 3 2 4と第 1 の 側面 3 2 0または第 2の側面 3 2 2 とに跨って形成してもよい。
図 1 0は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 図 1及ぴ図 6の例では、 パランス調整溝を表面 3 2 1側に設けた が、 図 1 0 に示すように、 振動脚 3 1 3において、 第 1の側面 3 2 0側にバランス調整溝 3 4 0を設けるようにしても良い。 また、 同 様に、 第 2の側面 3 2 2側にバランス調整溝 3 4 0 を設けるように しても良い。
図 1 1 ( a ) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 1 ( b ) は図 1 1 ( a ) の AA '断面の拡大図である。 図 1 1 は、 振動脚 3 1 3、 3 1 4のそれぞれの表面及び裏面に 1 本のバランス調整溝が設けられた例である。 即ち、 振動脚 3 1 3の 表面 3 2 1 にバランス調整溝 3 4 1、 裏面 3 2 3にバランス調整溝 3 4 2 を設け、 振動脚 3 1 4の表面にバランス調整溝 3 5 1、 裏面 にバランス調整溝 3 5 2 (不図示） を設けた。
図 1 2 ( a ) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 2 ( b ) は図 1 2 ( a ) の A A '断面の拡大図である。
図 1 2は、 振動脚 3 1 3、 3 1 4のそれぞれの表面および裏面に 電界形成用の溝が形成されている場合に、 さらに、 バランス調整溝 を設けた例である。 即ち、 電界形成用の溝 3 8 0及び 3 8 1が形成 された振動脚 3 1 3の表面 3 2 1 にバランス調整溝 3 4 1 を設け、 電界形成用の溝 3 8 2及び 3 8 3が形成された振動脚 3 1 3の裏面 3 2 3にバランス調整溝 3 4 2 を設けた。 また、 電界形成用の溝 3 9 0及び 3 9 1が形成された振動脚 3 1 4の表面にバランス調整溝 3 5 1 を設け、 同様に電界形成用の溝が形成された振動脚 3 1 4の 裏面にバランス調整溝を設けた。
バンラス調整溝は 1つである必要はなく、 図 1 1及び図 1 2に示 すように、 水晶振動子片の特性及び条件に応じて、 振動脚にバンラ ンス調整溝を複数設けることが可能である。
図 1 3 ( a ) は本発明に係る更に他の水晶振動子の斜視図を示し 、 図 1 3 ( b ) は図 1 3 ( a ) の AA '断面の拡大図である。
図 1 3は、 振動脚 3 1 3、 3 1 4のそれぞれの表面および裏面に 電界形成用の溝が形成されている場合に、 この電界形成用の溝の断 面積を調整することで、 バランス調整溝の機能を兼ねた例である。 即ち、 振動脚 3 1 3の表面 3 2 1 の電界形成用の溝 3 8 0 ' と裏面 3 2 3の電界形成用の溝 3 8 3 ' の断面積を大きく形成することに よりバランス調整溝としての機能を持たせている。 また同様に、 振 動脚 3 1 4の表面の電界形成用の溝 3 9 0 ， と裏面の電界形成用の 溝の断面積を大きく形成することによりバランス調整溝としての機 能を持たせている。
図 1 4は、 本発明に係る更に他の水晶振動子片を示す図である。 上記の例では、 第 2の側面 3 2 2がーつの斜面で形成されている 場合を示した。 しかしながら、 板厚 tが厚い場合には、 エッチング に時間がかかってしまう。 そこで、 図 1 4に示したように、 第 2の 側面 3 2 2 を 2つの斜面 （ 3 2 2 a及び 3 2 2 b ) で形成するよう にしても良い。 なお、 第 2の側面 3 2 2 を 2つの斜面で形成した場 合には、 第 2の側面側の表面端部 3 2 1 bと裏面端部 3 2 3 bとの 差を、 その分を加味して D ' とし、 第 2の側面側に形成される残渣 の量を多く見積もる必要がある。 なお、 第 2の側面 3 2 2を 2つの 斜面で形成した場合であっても、 エッチング時間を一定とするなら ば第 2の側面側に形成された第 2の残渣の量は常に一定とすること ができるので、 上述したように、 バランス調整溝によって、 漏れ振 動を防止することが可能である。
上述したように、 バランス調整溝は、 振動脚 3 1 3の表面 3 2 1 側に形成しても良いし （図 1及び図 6参照） 、 裏面 3 2 3に形成し ても良いし （図 8参照） 、 第 1の側面 3 2 0又は第 2の側面 3 2 2 に形成しても良い （図 1 0参照） 。
また、 バランス調整溝は、 振動脚 3 1 3 の表面 3 2 1及び裏面 3 2 3の両方に形成しても良いし （図 1 1〜図 1 3参照） 、 形成する 個数及びその大きさも任意に選択することが可能である。 なお、 バ ランス調整溝を振動脚 3 1 3の表面 3 2 1及び裏面 3 2 3の両方に 形成した場合には、 バランス調整溝のバランス調整効果を表面の溝 、 裏面の溝が分担して担うので、 各々の溝の体積を小さくすること ができ、 寸法上有利である。 なお、 バランス調整溝は、 振動脚の長 手方向すべてに形成しても良いし、 一部分に形成してもよい。
また、 振動腕の外形およびバランス調整溝を形成するエッチング は、 実施例に示したように外形用エッチングマスクと溝用エツチン グマスクとに分かれたエッチングマスクを用いても良く、 外形用ェ ツチングマスクと溝用エッチングマスクを兼ねたエッチングマスク を用いても良い。
以上の説明において、 2脚音又型の水晶振動子片を例に説明した が、 2脚音叉型以外の水晶振動子片、 例えば、 1脚、 3脚、 4脚ま たは 5脚音叉型等でも、 本発明を適用することができる。
また、 本発明に係る水晶振動子片は、 周波数基準用の水晶振動子 として利用することも可能である。 この場合、 漏れ振動が抑制され るため、 クリスタルインピーダンスが低く抑えられるという更なる 作用効果を有する。

Claims

1 . 水晶ウェハからエッチングにより加工された水晶振動子片で あって、
表面と、 前記表面より幅の広い裏面と、 第 1 の側面と、 第 2の側
口- 面とを備える振動脚と、'
前記振動脚に形成されたバランス調整溝と、 を有し、
前記表面から前記裏面に向かうに従って前記振動脚の幅が広くな るように前記第 1 の側面及び前記第 2の側面が形成され、
前記振動脚の長手方向に直交する断面に力学的に直交する図心を 囲
通る 2つの主軸の少なく とも一方が前記表面又は前記裏面と略平行 となるように、 前記第 1の側面及び前記第 2の側面の傾斜に応じて 前記バランス調整溝が形成される、
ことを特徴とする水晶振動子片。
2 . 前記バランス調整溝が、 前記表面又は前記裏面に形成される 、 請求項 1 に記載の水晶振動子片。
3 . 前記バランス調整溝が形成される面を溝面とし、 前記溝面と 前記第 1 の側面との成す角を θί、 前記溝面と前記第 2の側面との成 す角を /8、 前記バランス調整溝と前記第 1の側面との距離を A、 前 記バランス調整溝と前記第 2の側面との距離を Bとして、
Q! < /3のとき A < B
ひ > )6のとき A > B 、
の関係を満たす、 請求項 2に記載の水晶振動子片。
4 . 前記バランス調整溝が、 前記溝面内に形成される、 請求項 3 に記載の水晶振動子片。
5 . 前記バランス調整溝が、 前記溝面と、 前記第 1 の側面又は前 記第 2の側面とに跨って形成される、 請求項 3に記載の水晶振動片
6 . 前記バランス調整溝が、 前記第 1 の側面または前記第 2の側 面に形成される、 請求項 1 または 2に記載の水晶振動片。
7 . 前記バランス調整溝が、 複数個形成される、 請求項 1 〜 6 の 何れか一項に記載の水晶振動子片。
8 . 前記表面と前記裏面の少なく とも一方に、 電界形成用の溝が 形成される、 請求項 1〜 7の何れか一項に記載の水晶振動子片。
9 . 前記電界形成用の溝が、 前記バランス調整溝を兼ねている、 請求項 8に記載の水晶振動子片。
1 0 . 水晶振動子片の製造方法であって、
水晶ウェハをエッチングし、 表面と、 前記表面より幅の広い裏面 と、 第 1 の側面と、 第 2 の側面とを備える振動脚を、 前記表面から 前記裏面に向かうに従って幅が広くなるように形成する外形形成ェ 程と、
前記振動脚をエッチングし、 前記振動脚の長手方向に直交する断 面に力学的に直交する図心を通る 2つの主軸の少なく とも一方が前 記表面又は前記裏面と略平行となるように、 前記第 1 の側面及び前 記第 2の側面の傾斜に応じてバランス調整溝を形成する溝形成工程 と、
を有することを特徴とする水晶振動子片の製造方法。
1 1 . 前記外形形成工程において、 前記水晶ウェハの表面に外形 表面用エッチングマスクを形成し、 前記水晶ウェハの裏面に前記外 形表面用エッチングマスクより幅の広い外形裏面用エッチングマス クを形成し、
前記外形裏面用エッチングマスクにおいて、 前記外形表面用エツ チングマスクの前記第 1の側面側の端部に対応する位置から突出し た第 1突出部の長さを c、 前記外形表面用エッチングマスクの前記 第 2の側面側の端部に対応する位置から突出した第 2突出部の長さ を d、 前記水晶ウェハの厚みを t、 前記第 1 の側面側のエッチング 角を α、 前記第 2の側面側のエッチング角を βとするとき、
c > t X t a n ( CK — 9 0 ° )
Figure imgf000038_0001
の関係を満たす、 請求項 1 0に記載の水晶振動子片の製造方法。
1 2. 前記外形表面用エッチングマスクと前記外形裏面用エッチ ングマスクの位置合わせ精度を土 pとするとき、
c = t X t a η ( α— 9 0 ° ) + k l、
d = t X t a n ( j6— 9 0 ° ) + k 2として、
k 1〉 且っ 2 > p
の関係を満たす、 請求項 1 1 に記載の水晶振動子片の製造方法。
1 3. 前記溝形成工程において、 前記表面と前記裏面の少なく と も一方に、 前記バランス調整溝を形成するための溝形成用開口部を 有する溝用エッチングマスクを形成し、
前記溝形成用開口部と前記第 1の側面との距離を a、 前記溝形成 用開口部と前記第 2の側面との距離を bとして、
< /3のとき a < b
ひ > ；6のとき a > b
の関係を満たす、 請求項 1 1又は 1 2に記載の水晶振動子片の製造 方法。
1 4. 前記バランス調整溝が形成される面を溝面とし、 前記バラ ンス調整溝が前記溝面内に形成される、 請求項 1 3に記載の水晶振 動子片の製造方法。
1 5. 前記バランス調整溝が形成される面を溝面とし、 前記バラ ンス調整溝が、 前記溝面と、 前記第 1の側面又は前記第 2の側面と に跨って形成される、 請求項 1 3に記載の水晶振動子片の製造方法。
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