WO2010023741A1 - 圧電振動片の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

　本発明の圧電振動片の製造方法は、平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜をマスクとして前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、前記保護膜形成工程では、前記ウエハの第一面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第一保護膜形成工程と、前記ウエハの第二面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第二保護膜形成工程とを、交互に複数回行う。

Description

圧電振動片の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計

　本発明は、振動腕部に溝部が形成された圧電振動片の製造方法、前記圧電振動片を有する圧電振動子、前記圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。

　近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として水晶等を利用した圧電振動片を有する圧電振動子が用いられている。
　この圧電振動子は、搭載される機器の小型化に伴って、今後さらなる小型化が望まれている。小型化を図る方法としては、いくつかの方法が考えられているが、その１つとして振動腕部の両面に溝部を形成した音叉型の圧電振動片を利用する方法がある。
　通常、この音叉型の圧電振動片は、互いに平行に配置され、基端側が基部に一体的に固定された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の外表面上（溝部を含む）に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を有している。

　励振電極は、一対の振動腕部を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、引き出し電極を介して基部の外表面上に形成されたマウント電極に電気的に接続されている。そして圧電振動片は、このマウント電極を介して電圧が印加されるようになっている。

　ここで、一対の振動腕部に溝部が形成されている場合には、図２７に示すように、振動腕部９０、９１の側面及び溝部９２の側面上に極性の異なる２つの励振電極９３、９４が形成される。この際、２つの励振電極９３、９４は、対向した位置関係となるので、溝部９２が形成されていない場合と比較して、より効率良く電界が作用し易い。そのため、圧電振動片９５のサイズを小型化したとしても、振動損失が低くＣＩ値（等価抵抗値）を極力低く抑えることができる。従って、小型化に適しているという利点を有している。

　ところで、この圧電振動片９５は、一般的に水晶等のウエハ基板をエッチング加工することで製造されている（例えば、特許文献１参照）。また、溝部９２を有する圧電振動片９５を製造する場合には、最初のエッチング加工で圧電振動片９５の外形形状を形作った後、次のエッチング加工で溝部９２を形成している。このとき、フッ化水素水等の薬液を利用したウェットエッチングにより加工を行っている。
特許第３７２９２４９号公報

　しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
　初めに、ウェットエッチングによるエッチング加工は、ウエハ基板の結晶の面方位の影響を受けてしまう特性を有している。そのため、外形形状の加工と溝部９２の加工とをウェットエッチングにより加工する従来の方法では、エッチングされた溝部９２の側面や底面が平坦面にならず、図２８に示すようにいびつな形状になってしまい、面内ばらつきが大きくなる。また、外形形状もウェットエッチングで加工しているため、溝部９２だけでなく振動腕部９０、９１や基部の側面も平坦面にならず、いびつな形状になる。そのため、圧電振動片９５に所望の形状の溝部９２を精度良く形成することができない。また、面内ばらつきの程度によっては、追加エッチングが必要な場合もある。

　また、溝部９２の形状が図２８のような状態で励振電極９３、９４を形成すると、励振電極９３、９４は、確実に対向した位置関係とならず、結果的にＣＩ値を設計通りの値にすることができない。また、各電極がショートしてしまう虞もある。これらのことから、高品質化、高性能化を図ることが難しい。

　一方、上述したエッチング加工をウェットエッチングではなくドライエッチングで行った場合には、結晶の面方位の影響を受けないため、上述した問題が生じない。しかしながら、ドライエッチングを採用すると以下のような問題がある。
　ドライエッチングを行う際には、一般的にウエハ基板面におけるエッチングを行う領域以外に保護膜を形成した後に、ウエハ基板をドライエッチングして所望の形状に加工する。ここで、ウエハ基板に溝部９２を形成するには、ウエハ基板を深堀する必要があるため、Ｔｉ、ＮｉまたはＣｒなどの硬い金属元素の膜を保護膜として採用し、かつ、保護膜の膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、硬い金属元素の膜は、応力が大きいため、保護膜の膜厚を厚くすると、ウエハ基板の反りが発生するという問題がある。つまり、ウエハ基板が反った状態でドライエッチングをしても所望の溝部９２を形成することができない虞がある。

　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ドライエッチングにて振動腕部に所望の溝部を形成することができる圧電振動片の製造方法、前記圧電振動片を有する圧電振動子、更には前記圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供するものである。

　本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動片の製造方法は、平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に前記振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法であって、前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜をマスクとして前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、前記保護膜形成工程では、前記ウエハの第一面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第一保護膜形成工程と、前記ウエハの第二面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第二保護膜形成工程とを、交互に複数回行うことを特徴としている。

　この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、ウエハにおける溝部に相当する位置以外の領域に保護膜を形成した後に、ドライエッチングすることによりウエハの両面に結晶の面方位の影響を受けない所望の形状の溝部を形成することができる。
　ここで、保護膜形成工程において、第一保護膜形成工程と第二保護膜形成工程とを交互に繰り返し、保護膜を所定厚さずつウエハの両面に対して交互に形成して所望の膜厚になるように構成したため、ウエハに保護膜を形成する際にウエハに反りが発生するのを防止することができる。つまり、所定厚さとは、ウエハに保護膜を成膜しても反りが発生しない程度の薄い膜のことであり、この所定厚さの保護膜をウエハの両面に対して交互に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ両面に生じる応力が打ち消しあいながら保護膜が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハに反りが発生しないため、ウエハをドライエッチングすることにより、所望の溝部を形成することができる。

　このように、溝部の加工をドライエッチングにより行うことにより、精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてＣＩ値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。

　また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、前記保護膜形成工程では、前記ウエハの両面に対して同時に前記保護膜を形成することを特徴としている。

　この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、ウエハにおける溝部に相当する位置以外の領域に保護膜を形成した後に、ドライエッチングすることによりウエハの両面に結晶の面方位の影響を受けない所望の形状の溝部を形成することができる。
　ここで、保護膜形成工程において、保護膜をウエハの両面に対して同時に形成するように構成したため、ウエハに保護膜を形成する際にウエハに反りが発生するのを防止することができる。つまり、保護膜をウエハの両面に対して同時に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ両面に生じる応力が打ち消しあいながら保護膜が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハに反りが発生しないため、ウエハをドライエッチングすることにより、所望の溝部を形成することができる。

　このように、溝部の加工をドライエッチングにより行うことにより、精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてＣＩ値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。

　また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の製造方法により製造された圧電振動片を有することを特徴としている。

　この発明に係る圧電振動子においては、溝部がドライエッチングにより精度良く加工された圧電振動片を有しているため、圧電振動子の高品質化を図ることができる。また、圧電振動片の外表面（溝部を含む外表面）に形成された励振電極に関しても高精度に形成されている。そのため、従来のものに比べてＣＩ値をより低くすることができ、圧電振動子の高性能化を図ることができる。このような圧電振動子としては、例えば、シリンダパッケージタイプの圧電振動子や箱型のセラミックパッケージタイプの圧電振動子である。

　また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴としている。
　また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。
　また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。

　この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を有しているため、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。

　本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、保護膜形成工程において、保護膜を所定厚さずつウエハの両面に対して交互に形成して所望の膜厚になるように構成したため、ウエハに保護膜を形成する際にウエハに反りが発生するのを防止することができる。つまり、所定厚さとは、ウエハに保護膜を成膜しても反りが発生しない程度の薄い膜のことであり、この所定厚さの保護膜をウエハの両面に対して交互に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ両面に生じる応力が打ち消しあいながら保護膜が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハに反りが発生しないため、ウエハをドライエッチングすることにより、所望の溝部を形成することができる。

図１は、本発明に係る圧電振動片の第１実施形態を示す図であって、圧電振動片を上面から見た図である。 図２は、図１に示す圧電振動片を下面から見た図である。 図３は、図１に示す切断線Ａ－Ａでの断面図である。 図４は、図１に示す圧電振動片から電極部分を取り除いた状態の斜視図である。 図５は、図１に示す圧電振動片の製造方法のフローチャートである。 図６は、図５に示すフローチャートの一工程図であって、ウエハの両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。 図７は、エッチング保護膜を形成する段階を示す部分断面図（１）である。 図８は、エッチング保護膜を形成する段階を示す部分断面図（２）である。 図９は、エッチング保護膜を形成する段階を示す部分断面図（３）である。 図１０は、図６に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、ウエハを上方から見た図である。 図１１は、図６に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。 図１２は、図１１に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、ウエハをドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。 図１３は、図１０に示す状態から、ウエハの両面に別のエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。 図１４は、図１３に示す状態から、後に成膜したエッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。 図１５は、図１４に示す状態から、２つのエッチング保護膜をマスクとして、ウエハをウェットエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。 図１６は、図１５に示す状態から、２つのエッチング保護膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。 図１７は、図１６に示す状態から、一対の振動腕部の外表面に導電性膜及びフォトレジスト膜を成膜した後、前記フォトレジスト膜の所定位置を露光している状態を示す図である。 図１８は、図１７に示す状態から、露光したフォトレジスト膜を現像した状態を示す図である。 図１９は、本発明の第二実施形態におけるスパッタの際に用いる冶具の正面図である。 図２０は、図１９のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 図２１は、本発明に係る圧電振動片を有するシリンダ型パッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す図である。 図２２は、本発明に係る圧電振動片を有するセラミックパッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す断面図である。 図２３は、図２２に示す切断線Ｃ－Ｃでの断面図である。 図２４は、本発明に係る圧電振動子を有する発振器の一実施形態を示す構成図である。 図２５は、本発明に係る圧電振動子を有する電子機器の一実施形態を示す構成図である。 図２６は、本発明に係る圧電振動子を有する電波時計の一実施形態を示す構成図である。 図２７は、従来の溝部を有する一対の振動腕部の断面図である。 図２８は、ウェットエッチングにより溝部がいびつな形状となった従来の圧電振動片の断面図である。

符号の説明

　１　　圧電振動片
　２　　振動腕部
　３　　振動腕部
　４　　基部
　５　　溝部
　８　　励振電極
　２０　　ウエハ
　２０ａ　一方の面（第一面）
　２０ｂ　他方の面（第二面）
　２１　　エッチング保護膜
　２２　　エッチング保護膜
　４０　　圧電振動子
　５０　　圧電振動子
　６０　　発振器
　６１　　集積回路
　７０　　電子機器（携帯情報機器）
　７３　　計時部
　８０　　電波時計
　８１　　フィルタ部

（第１実施形態）
　以下、本発明に係る圧電振動片及び前記圧電振動片の製造方法の第１実施形態を、図１～図１８を参照して説明する。
　本実施形態の圧電振動片１は、図１から図３に示すように、平行に配置された一対の振動腕部２、３と、一対の振動腕部２、３の基端側を一体的に固定する基部４と、一対の振動腕部２、３の両面にそれぞれ形成された溝部５と、溝部５を含む一対の振動腕部２、３の外表面上に形成され、一対の振動腕部２、３を振動させる第１の励振電極６と第２の励振電極７とからなる励振電極８と、両励振電極６、７に電気的に接続されたマウント電極９、１０とを備えている。

　上記溝部５は、図４に示すように、一対の振動腕部２、３の長手方向Ｘに沿ってそれぞれ形成されており、振動腕部２、３の基部４側から略中間付近まで形成されている。なお、図４においては、各電極を省略して図示している。

　第１の励振電極６と第２の励振電極７とからなる励振電極８は、一対の振動腕部２、３を互いに接近又は離反する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部２、３の外表面にそれぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図３に示すように、第１の励振電極６が、一方の振動腕部２の溝部５上と、他方の振動腕部３の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極７が、一方の振動腕部２の両側面上と他方の振動腕部３の溝部５上とに主に形成されている。

　また、第１の励振電極６及び第２の励振電極７は、図１及び図２に示すように、基部４の両面において、それぞれ引き出し電極１１、１２を介してマウント電極９、１０に電気的に接続されている。そして圧電振動片１は、このマウント電極９、１０を介して電圧が印加されるようになっている。
　なお、励振電極８、マウント電極９、１０及び引き出し電極１１、１２は、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の導電性膜の被膜により形成されたものである。

　また、一対の振動腕部２、３の先端には、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜１３が被膜されている。なお、この重り金属膜１３は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜１３ａと、微小に調整する際に使用される微調膜１３ｂとに分かれている。これら粗調膜１３ａ及び微調膜１３ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部２、３の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

　このように構成された圧電振動片１は、図４に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料からなるウエハ２０から製造されている。この際、溝部５は、ウエハ２０をドライエッチングによるエッチング加工によって製造されたものである。この製造方法については、後に詳細に説明する。また、一対の振動腕部２、３及び基部４は、ウエハ２０をドライエッチング及びウェットエッチングの異なる２つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って製造されたものである。

　また、圧電振動片１の寸法例としては、図４に示すように、幅Ｗが約０．５ｍｍ～０．６ｍｍ、全長Ｌが約２．０ｍｍ～３．２ｍｍ、厚みＴが約０．１０ｍｍであり、溝部５の深さｈ１（図３参照）は約４０μｍである。また、励振電極８等の各電極は、例えば、ウエハ２０が水晶である場合には、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。なお、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム（ＮｉＣｒ）の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わない。

　上述した圧電振動片１を作動させる場合には、マウント電極９、１０に所定の駆動電圧を印加する。これにより、引き出し電極１１、１２を介して、第１の励振電極６と第２の励振電極７とからなる励振電極８に電流を流すことができ、一対の振動腕部２、３を接近・離反させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部２、３の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。

　次に、上述した圧電振動片１の製造方法について、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
　本実施形態の製造方法は、保護膜形成工程と、パターニング工程と、第１のエッチング工程と、保護工程と、第２のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、ウエハ２０から一度に複数の圧電振動片１を製造する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。

　まず、Ｓ１では、ウエハ２０を準備する。次いで、Ｓ２では、ウエハ２０の両面に、図６に示すように、エッチング加工時にウエハ２０を保護するエッチング保護膜２１をスパッタなどによりそれぞれ形成する（保護膜形成工程）。このエッチング保護膜２１としては、例えば、チタン（Ｔｉ）を約３μｍ成膜する。

　ここで、本実施形態では、エッチング保護膜２１が所定厚さずつウエハ２０の両面に対して交互に形成して所望の膜厚になるように構成した。つまり、図７に示すように、まずウエハ２０の一方の面２０ａに所定厚さｔ１（例えば、ｔ１＝０．２５μｍ）の保護膜２１ａを形成する（第一保護膜形成工程）。次に、図８に示すように、ウエハ２０の他方の面２０ｂに同様に所定厚さｔ１の保護膜２１ａを形成する（第二保護膜形成工程）。次に、再度ウエハ２０の一方の面２０ａに所定厚さｔ１の保護膜２１ａを形成し、この工程を繰り返す。そして、図９に示すように、それぞれの面２０ａ、２０ｂに１２回ずつ所定厚さｔ１の保護膜２１ａを形成すると、ウエハ２０の両面に厚さ約３μｍのエッチング保護膜２１がそれぞれ形成される。このように、所定厚さｔ１ずつ保護膜２１ａを形成すると、保護膜をウエハ２０に形成した際に、ウエハ２０に反りが発生するのを防止することができる。なお、上述のようにウエハ２０の片面ずつに保護膜２１ａを成膜する際には、例えばスパッタ装置内に配置したウエハ２０を所定時間ごとに反転させて成膜面を入れ換えながら成膜すればよい。

　次いで、Ｓ３では、エッチング保護膜２１を、溝部５の領域を空けた状態で圧電振動片１の外形形状にパターニングする（パターニング工程）。詳細には、まずエッチング保護膜２１上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、溝部５及び圧電振動片１の周囲を囲むようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜２１を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜を除去する。これにより、図１０及び図１１に示すように、エッチング保護膜２１を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、溝部５の領域を空けた状態で圧電振動片１の外形形状、即ち、一対の振動腕部２、３及び基部４の外形形状に沿ってパターニングすることができる。またこの際、複数の圧電振動片１の数だけパターニングしておく。

　次いで、Ｓ４では、パターニングされたエッチング保護膜２１をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングによりウエハ２０の両面をそれぞれエッチング加工する（第１のエッチング工程）。この際、ウエハ２０を溝部５の深さｈ１だけエッチング加工を行う。これにより、図１２に示すように、ウエハ２０の両面に溝部５を形成することができると共に、エッチング保護膜２１でマスクされていない領域を表面から溝部５の深さｈ１だけ除去して、圧電振動片１の外形形状を溝部５の深さｈ１分だけ形作ることができる。なお、本実施形態ではウエハ２０に反りが発生しないため、溝部５を精度良く深さｈ１だけ除去することができる。

　なお、第１のエッチング工程でエッチング加工が行われた部分は、図１２に示すように、エッチング保護膜２１でマスクされずに露出した状態となっている。そこで、Ｓ５では、この露出している部分のうち溝部５だけに、エッチング加工時にウエハ２０を保護するエッチング保護膜２２を成膜する（保護工程）。詳細には、図１３に示すように、まずウエハ２０の両面にそれぞれエッチング保護膜２２を成膜する。このエッチング保護膜２２は、例えば、樹脂系のフォトレジスト膜であり、スプレーコートや、スプレーコートとスピンコートとを組み合わせて実施することで成膜を行う。この際、本実施形態では、ウエハ２０だけでなく、先に成膜したエッチング保護膜２１が完全に隠れるまでエッチング保護膜２２の成膜を行う。

　次いで、Ｓ６では、成膜したエッチング保護膜２２を、エッチング保護膜２１のパターニング時と同様に、図示しないフォトレジスト膜を利用したフォトリソグラフィ技術によってパターニングして、図１４に示すように溝部５の部分だけに残った状態にする。これにより、ウエハ２０は、圧電振動片１の周囲を囲む領域だけが露出した状態となる。
　なお、本実施形態では、一旦ウエハ２０の全面にエッチング保護膜２２を成膜した後、パターニングすることでエッチング保護膜２２を溝部５だけに成膜したが、この場合に限られず、例えば溝部５の部分だけ開口した図示しないマスクをウエハ２０に重ねた後、前記マスクを介してエッチング保護膜２２を成膜しても構わない。この場合であっても、溝部５だけにエッチング保護膜２２を成膜することができる。いずれにしても、溝部５だけにエッチング保護膜２２を成膜できれば、その方法は何でも構わない。

　次いで、Ｓ７では、先に成膜したエッチング保護膜２１と後に成膜したエッチング保護膜２２とをマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングによりウエハ２０をエッチング加工する（第２のエッチング加工）。この際、第１のエッチング工程で表面から溝部５の深さｈ１分だけエッチングされたウエハ２０の残りの部分を完全に取り除く。つまり、ウエハ２０の両面を貫通させる。これにより、図１５に示すように、一対の振動腕部２、３及び基部４を完全に形成することができ、基部４に一対の振動腕部２、３が一体的に固定された圧電振動片１を得ることができる。

　そして、Ｓ８では、図１６に示すように、最後にエッチング保護膜２１、２２をそれぞれ除去する（除去工程）。これにより、一対の振動腕部２、３の両面にそれぞれ溝部５が形成された、図４に示す圧電振動片１を製造することができる。

　次に、Ｓ９では、励振電極８、引き出し電極１１、１２及びマウント電極９、１０をそれぞれ形成する（電極形成工程）。詳細には、圧電振動片１の外表面上に、図１７に示すように、後に励振電極８、引き出し電極１１、１２及びマウント電極９、１０となる導電性膜２３を成膜すると共に、前記導電性膜２３上にポジ型のフォトレジスト膜２４を成膜する。次いで、所定の大きさの開口部２５ａが形成されたフォトマスク２５を、フォトレジスト膜２４上に位置させる。この際、開口部２５ａが溝部５を挟んだ振動腕部２、３上にそれぞれ位置するように、フォトマスク２５を正確に位置決めする。次いで、フォトマスク２５の上方から平行光Ｌを照射し、開口部２５ａを通じてフォトレジスト膜２４を露光する。この際、フォトレジスト膜２４は、開口部２５ａが形成された領域のみ露光された状態となる。

　次いで、フォトマスク２５ａを取り除いた後、フォトレジスト膜２４の現像を行う。これにより、図１８に示すように、フォトレジスト膜２４は、露光された領域のみが除去された状態となる。そして、このフォトレジスト膜２４をマスクとして導電性膜２３をエッチング加工した後、フォトレジスト膜２４を除去する。これにより、図３に示すように、極性の異なる２つの励振電極８を、溝部５を含む振動腕部２、３の外表面上に形成することができる。また、同じタイミングで引き出し電極１１、１２、マウント電極９、１０及び重り金属膜１３に関しても、導電性膜２３からそれぞれ形成することができる。その結果、図１から図３に示す圧電振動片１を製造することができる。

　本実施形態の製造方法によれば、まず、ウエハ２０における溝部５に相当する位置以外の領域にエッチング保護膜２１を形成した後に、ドライエッチングすることによりウエハ２０の両面に結晶の面方位の影響を受けない所望の形状の溝部５を形成することができる。
　また、所定厚さｔ１の保護膜２１ａをウエハ２０の両面に対して交互に形成して所望の膜厚のエッチング保護膜２１になるように構成したため、ウエハ２０に反りが発生するのを防止することができる。つまり、所定厚さｔ１とは、ウエハ２０成膜しても反りが発生しない程度の薄い膜（保護膜２１ａ）のことであり、この所定厚さｔ１の保護膜２１ａをウエハ２０の両面に対して交互に成膜することにより、保護膜形成時にウエハ２０の両面に生じる応力が打ち消しあいながらエッチング保護膜２１が形成される。したがって、保護膜形成時にウエハ２０に反りが発生しないため、ウエハ２０をドライエッチングすることにより、所望の溝部５を形成することができる。

　このように、溝部５の加工をドライエッチングにより行うことにより、精度良く加工でき、溝部５の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。従って、圧電振動片１の外表面に励振電極８を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてＣＩ値をより低くすることができる。

　即ち、図３に示すように、溝部５の側面に形成された一方の励振電極６（７）と、振動腕部２、３の側面に形成された他方の励振電極７（６）とを、従来のものに比べてより正確に対向させた位置関係にすることができる。そのため、従来の方法で製造されたものに比べてＣＩ値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。

（第２実施形態）
　次に、本発明に係る圧電振動片の製造方法の第２実施形態を、図１９、図２０を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
　第２実施形態と第１実施形態とは、ウエハ２０にエッチング保護膜２１を成膜する成膜方法が異なるだけであり、その他の構成は略同一である。

　まず、ウエハ２０を準備する（Ｓ１）。次いで、ウエハ２０の両面に、図６に示すように、エッチング加工時にウエハ２０を保護するエッチング保護膜２１をスパッタなどによりそれぞれ形成する（Ｓ２）。このエッチング保護膜２１としては、例えば、チタン（Ｔｉ）を約３μｍ成膜する。

　ここで、本実施形態では、エッチング保護膜２１をウエハ２０の両面に対して同時に形成して所望の膜厚になるように構成した。つまり、ウエハ２０の一方の面２０ａおよび他方の面２０ｂに対して同時にエッチング保護膜２１を成膜すると、ウエハ２０に反りが発生するのを防止することができる。なお、ウエハ２０の両面にエッチング保護膜２１を同時に成膜するには、例えば図１９、図２０に示すように、ウエハ２０の両面のエッチング保護膜２１を形成する領域に開口部（窓枠）３１を有する冶具３０を用いる。冶具３０は、一対の板材３２、３２からなり、板材３２には開口部３１が適宜形成されている。また、一対の板材３２、３２の間にはウエハ２０を介装できるようになっている。一対の板材３２、３２には四隅に固定用磁石３３が設けられており、冶具３０にウエハ２０を配置した際に、ウエハ２０の位置決めをするための位置決めピン３４が設けられている。このような冶具３０にウエハ２０を取り付け、冶具３０をスパッタ装置（不図示）内に配置することによりウエハ２０の両面に同時にエッチング保護膜２１を形成することができる。

　本実施形態では、エッチング保護膜２１をウエハ２０の両面に対して同時に形成するように構成したため、ウエハ２０にエッチング保護膜２１を形成する際にウエハ２０に反りが発生するのを防止することができる。つまり、エッチング保護膜２１をウエハ２０の両面に対して同時に成膜することにより、ウエハ２０の両面に生じる応力が打ち消しあいながらエッチング保護膜２１が形成される。したがって、エッチング保護膜２１の形成時にウエハ２０に反りが発生しないため、ウエハ２０をドライエッチングすることにより、所望の溝部５を形成することができる。

　このように、溝部５の加工をドライエッチングにより行うことにより、精度良く加工でき、溝部５の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。従って、圧電振動片１の外表面に励振電極８を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてＣＩ値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。

　次に、本発明に係る圧電振動片を有する圧電振動子の一実施形態について、図２１を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例にして説明する。
　本実施形態の圧電振動子４０は、図２１に示すように、圧電振動片１と、気密端子４１と、圧電振動片１を内部に封止した状態で気密端子４１に接合されたケース４２とを備えている。

　気密端子４１は、環状のステム４３と、前記ステム４３を貫くように配され、圧電振動片１の両マウント電極９、１０に電気的及び物理的にそれぞれ接続された２本のリード４４と、前記リード４４とステム４３とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース４２内を密封させる充填材４５とで構成されている。
　上記ステム４３は、金属材料（例えば、低炭素鋼（Ｆｅ）、鉄ニッケル合金（Ｆｅ－Ｎｉ）、鉄ニッケルコバルト合金（Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ））で環状に形成されたものである。
　なお、ステム４３の外周には、耐熱ハンダメッキや、錫銅合金や金錫合金等の図示しない金属膜が被膜されている。また、上記充填材４５の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、２本のリード４４は、ケース４２内に突出している部分がインナーリード４４ａとなり、ケース４２外に突出している部分がアウターリード４４ｂとなっている。そして、このアウターリード４４ｂが、外部接続端子として機能するようになっている。

　上記ケース４２は、ステム４３の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。具体的には、ステム４３の外周に被膜された金属膜を介在させて、ケース４２とステム４３とが冷間圧接により固定されている。このケース４２の圧入は、真空雰囲気下で行われているため、ケース４２内の圧電振動片１を囲む空間は、真空に保たれた状態で密閉されている。

　このように構成されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子４０によれば、より高品質化及び高性能化された圧電振動片１を有しているため、圧電振動子４０自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。特に、ケース４２内を真空状態にすることができるため、一対の振動腕部２、３の振動効率を向上することができる。

（圧電振動子）
　次に、本発明に係る圧電振動片１を有する圧電振動子の他の例について、図２２及び図２３を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、圧電振動片１を蓋付きの箱の中に固定したセラミックパッケージタイプの圧電振動子５０を例にして説明する。

　本実施形態の圧電振動子５０は、図２２及び図２３に示すように、圧電振動片１、ベース５１及び金属或いはガラスからなるリッド５２によって構成されている。圧電振動片１の基部４は、ベース５１の接合部５１ａに導電性接着剤５３で固着されて固定されている。また、ベース５１は、蓋となるリッド５２により、真空中で電子ビーム溶接や真空シーム溶接、或いは、低融点ガラスや共晶金属による接合等の各種手段を用いて真空気密封止されている。また、圧電振動片１の基部４上に形成されたマウント電極９、１０は、接合部５１ａを通して図示しない内部接続によりベース５１の外側の外部電極５４と電気的に接続されている。

　このように構成されたセラミックパッケージタイプの圧電振動子５０においても、より高品質化及び高性能化された圧電振動片１を有しているので、圧電振動子５０自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。また、ベース５１とリッド５２とで囲まれた空間を真空状態にすることができるので、同様に一対の振動腕部２、３の振動効率を向上することができる。

（発振器）
　次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２４を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片１を有する圧電振動子４０を備えた発振器６０を例に挙げて説明する。
　本実施形態の発振器６０は、図２４に示すように、圧電振動子４０を、集積回路６１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器６０は、コンデンサ等の電子部品６２が実装された基板６３を備えている。基板６３には、発振器６０用の上記集積回路６１が実装されており、この集積回路６１の近傍に、圧電振動子４０の圧電振動片１が実装されている。これら電子部品６２、集積回路６１及び圧電振動子４０は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

　このように構成された発振器６０において、圧電振動子４０に電圧を印加すると、前記圧電振動子４０内の圧電振動片１が振動する。この振動は、圧電振動片１が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路６１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路６１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子４０が発振子として機能する。
　また、集積回路６１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器６０等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

　本実施形態の発振器６０によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子４０を備えているため、発振器６０自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。

（電子機器）
　次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図２５を参照して説明する。なお電子機器として、圧電振動片１を有する圧電振動子４０を備えた携帯情報機器７０を例に挙げて説明する。
　初めに本実施形態の携帯情報機器７０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。

　次に、本実施形態の携帯情報機器７０の構成について説明する。この携帯情報機器７０は、図２５に示すように、圧電振動子４０と、電力を供給するための電源部７１とを備えている。電源部７１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部７１には、各種制御を行う制御部７２と、時刻等のカウントを行う計時部７３と、外部との通信を行う通信部７４と、各種情報を表示する表示部７５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部７６とが並列に接続されている。そして、電源部７１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

　制御部７２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部７２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、前記ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、前記ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

　計時部７３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子４０とを備えている。圧電振動子４０に電圧を印加すると圧電振動片１が振動し、前記振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部７２と信号の送受信が行われ、表示部７５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

　通信部７４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部７７、音声処理部７８、切替部７９、増幅部８０、音声入出力部８１、電話番号入力部８２、着信音発生部８３及び呼制御メモリ部８４を備えている。
　無線部７７は、音声データ等の各種データを、アンテナ８５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部７８は、無線部７７又は増幅部８０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部８０は、音声処理部７８又は音声入出力部８１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部８１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

　また、着信音発生部８３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部７９は、着信時に限って、音声処理部７８に接続されている増幅部８０を着信音発生部８３に切り替えることによって、着信音発生部８３において生成された着信音が増幅部８０を介して音声入出力部８１に出力される。
　なお、呼制御メモリ部８４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部８２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

　電圧検出部７６は、電源部７１によって制御部７２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部７２に通知する。
　このときの所定の電圧値は、通信部７４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部７６から電圧降下の通知を受けた制御部７２は、無線部７７、音声処理部７８、切替部７９及び着信音発生部８３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部７７の動作停止は、必須となる。更に、表示部７５に、通信部７４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

　即ち、電圧検出部７６と制御部７２とによって、通信部７４の動作を禁止し、その旨を表示部７５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部７５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
　なお、通信部７４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部８６を備えることで、通信部７４の機能をより確実に停止することができる。

　本実施形態の携帯情報機器７０によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子４０を備えているので、携帯情報機器７０自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。

（電波時計）
　次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２６を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片１を有する圧電振動子４０を備えた電波時計を例に挙げて説明する。
　本実施形態の電波時計８０は、図２６に示すように、フィルタ部８１に電気的に接続された圧電振動子４０を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
　日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

　以下、電波時計８０の機能的構成について詳細に説明する。
　アンテナ８２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ８３によって増幅され、複数の圧電振動子４０を有するフィルタ部８１によって濾波、同調される。
　本実施形態における圧電振動子４０は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部８４、８５をそれぞれ備えている。

　更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路８６により検波復調される。続いて、波形整形回路８７を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ８８でカウントされる。ＣＰＵ８８では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ８９に反映され、正確な時刻情報が表示される。
　搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部８４、８５は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

　なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計８０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子４０を必要とする。

　本実施形態の電波時計８０によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子４０を備えているので、電波時計８０自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。

　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、溝部を形成する工程は、上述の方法ではなく、溝部を形成する領域にポリイミドテープなどのマスク部材を貼着した後に、ウエハ全面にスパッタを施し、その後、マスク部材を除去した後に溝部をドライエッチングにより形成してもよい。つまり、ウエハにおける溝部に相当する位置を露出させた後に、ドライエッチングにより溝部を形成すればよい。

　本発明に係る圧電振動片の製造方法は、振動腕部に溝部が形成された圧電振動片に適用できる。

Claims (6)

1. 　平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に前記振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、
   前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記保護膜をマスクとして前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、
   前記保護膜形成工程では、前記ウエハの第一面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第一保護膜形成工程と、前記ウエハの第二面に対して所定厚さの前記保護膜を形成する第二保護膜形成工程とを、交互に複数回行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 　平行に配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、を備えた圧電振動片をウエハから製造する圧電振動片の製造方法において、
   前記ウエハにおける前記溝部に対応する位置以外の領域に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記ウエハに対してドライエッチングを行うことにより前記溝部を形成する溝部形成工程と、を有し、
   　前記保護膜形成工程では、前記ウエハの両面に対して同時に前記保護膜を形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
3. 　請求項１または２に記載の製造方法により製造された圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
4. 　請求項３に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
5. 　請求項３に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
6. 　請求項３に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

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