JP2010109527A - 水晶振動片およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外周部に主振動である厚みすべり振動が伝播することを抑制する構造を有する水晶振動片、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＡＴカット水晶振動片１０は、ＡＴカットされた水晶基材の両主面の相対向する位置に、平面視で矩形状を呈する凸部５Ａ，５Ｂが形成された所謂メサ構造を有している。各凸部５Ａ，５Ｂ上には励振電極１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ設けられ、水晶基材１の薄肉の外周部の外周面６Ａ，６Ｂの一端側近傍には、電極間配線１６Ａ，１６Ｂによりそれぞれ対応した励振電極１５Ａ，１５Ｂに接続された外部接続電極１７Ａ，１７Ｂが設けられている。凸部５Ａ，５Ｂの外周には、外周面６Ａ，６Ｂ上および凸部５Ａ，５Ｂそれぞれの側壁に凸部５Ａ，５Ｂよりも厚みを少なくして形成された段部２５Ａ，２５Ｂが各凸部５Ａ，５Ｂの外周を縁取るように設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動片およびその製造方法に関し、特に、外周部に主振動である厚みすべり振動が伝播することを防止するための水晶振動片の形状、およびその製造方法に関するものである。

従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機器、また、民生機器等の電子機器には、電子回路のクロック源等として圧電振動子を備えた圧電デバイスが広く使用されている。このような圧電デバイスの圧電振動子に使用される圧電材料としては、例えば、安定した周波数特性を得られることなどから単結晶の水晶が採用されている。この水晶からなる水晶振動片は、人工水晶原石の一部を結晶軸（光軸）を明確にしてブロック状に成形した水晶ランバードから所定の切断角度で切り出された単結晶基板としての水晶ウェハを用いて形成される。ここで、所定の切断角度とは、水晶の結晶軸に対して狙った角度だけ傾けたカット角を指し、例えば、結晶軸から３５°１５′傾けた切断角度で切り出された水晶ウェハを用いて形成されたＡＴカット水晶振動片は、広範囲な温度領域において安定した周波数が得られる優れた温度特性を有する圧電振動片として古くから用いられている。

ＡＴカット水晶振動片の主振動である厚みすべり振動は、その振動片の中央部が振動するように励振電極などの配置が決められているが、中央部で振動する厚みすべり振動は、振動片の外周部へ伝播する。振動片の外周部の一部は、パッケージなどの収納容器に固着させて保持する保持部となるため、振動片の中央部から伝播した振動が抑制され、主振動である厚みすべり振動に影響し、あるいは、保持部から振動エネルギーが漏洩して、クリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ値」という）が低下したり、他の振動モードを誘発させて発振周波数の安定性を低下させたりする。

上記のような振動片の外周部に伝播した振動の抑制や漏洩を防止して発振周波数の安定化を図るために、振動片にコンベックス加工などを行って振動片を断面コンベックス形状とすることにより、外周部を薄肉として振動片外周部への振動の伝播を抑制し、振動エネルギーを振動片主面の中央部に集中させる方法が実施されている。
従来、断面コンベックス形状の振動片を形成するために、例えばバレル研磨機を用いたコンベックス加工が行われている。バレル研磨機は、水晶素板（水晶ウェハ）から断面矩形の短冊状に切り出した数百〜数千個もの多数の水晶素子片を、研磨剤と共にポットに入れ、このポットを一定の速度で所定時間回転させることにより、上向き凸状をなす断面コンベックス形状を形成するものである。しかし、このバレル研磨機による振動片のコンベックス加工は、長時間を要するために製造効率及び生産性が低いうえに、コンベックス形状の制御が困難で所望の加工精度が得難いという課題があった。
このようなバレル研磨機によるコンベックス加工に代わる方法として、例えば特許文献１に、水晶振動片の断面コンベックス形状を近似的に階段形状に置き換えて断面コンベックス形状と同様な振動の閉じ込め効果を得ること、および、その階段形状を有する振動片を、エッチングレジスト寸法を段階的に変えてエッチングするフォトリソグラフィにより製造する方法が開示されている。

特許文献１に記載の水晶振動片（ＡＴカットの水晶片）は、中央部を厚肉として両端側に向かって薄肉となる複数の段差が形成された断面階段形状、すなわち、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状と近似される断面形状を有している。
また、このような断面階段形状の水晶振動片の製造方法では、ＡＴカットされた水晶基板の両主面全体に、例えば耐酸性の金属膜からなる耐蝕膜をスパッタなどにより形成してからフォトレジストを塗布し、最も中央側の段差の形状を露光、現像してからエッチング液に浸し、感光したフォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、この耐蝕膜からなる最も中央側の段差形成用のエッチングマスクを形成する。その後、その水晶基板を、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬してエッチングすることにより、水晶基板の最も中央側の段差を形成する。以降、必要な段差の数だけそのフォトリソグラフィによる工程を繰り返し、水晶基板を断面階段形状とする。そして、スパッタリングなどにより、励振電極などの必要な電極の形成を行う。

特開昭５８−４７３１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の断面コンベックス形状に近似な断面階段形状の水晶振動片の製造方法のように、耐蝕膜からなるエッチングレジストの寸法を段階的に変えてエッチングする方法では、フォトリソグラフィを何度も繰り返す必要があるため、工程が複雑で工数が多く掛かり、生産性が低下して製造コストの増加を招く虞があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

〔適用例１〕本適用例にかかる水晶振動片は、ＡＴカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともＸ軸（電気軸）側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、表面に励振電極が形成された凸部によりメサ構造を有しているので、水晶振動片を励振させたときの厚みすべり振動を励振電極下により多く集中させることができるとともに、水晶振動片の凸部それぞれの外周部分のうち、少なくとも厚みすべり振動の伝播が主に起こるＸ軸側に段部が設けられることにより、複数の段差を有する断面階段形状が形成され、いわゆる平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状が形成される。
したがって、厚みすべり振動が中央部に集中され、さらに外周部への伝播が抑えられることにより、ＣＩ値の低下や他の振動モードとの結合が抑制されて、周波数特性の安定した水晶振動片を提供することができる。

〔適用例２〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記水晶基材のＺ軸（光軸）側にも設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、水晶振動片の中央から外周部分への厚みすべり振動の伝播をより確実に抑制することができる。

〔適用例３〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記励振電極と同一材料からなることを特徴とする。

この構成によれば、段部を、励振電極などの電極形成と同時に形成することができるので効率がよい。

〔適用例４〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記励振電極および該励振電極から引き出された電極間配線および外部接続電極が形成された領域とは異なる領域に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、短絡などの電気的な不具合を回避しながら、外周部への厚みすべり振動の伝播が抑えられることにより優れた周波数特性を有する水晶振動片を提供できる。

〔適用例５〕上記適用例にかかる水晶振動片において、外周部分に前記段部が設けられた前記凸部が、断面階段形状が形成されるように複数設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、段差数の多い断面階段形状が形成されるので、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状により近似される断面形状を有する水晶振動片が得られる。したがって、厚みすべり振動の外周部への伝播やスプリアス振動との結合が抑制され、優れた周波数特性を有する水晶振動片を提供することができる。

〔適用例６〕本適用例にかかる水晶振動片の製造方法は、ＡＴカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともＸ軸（電気軸）側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられている水晶振動片の製造方法であって、フォトリソグラフィにより前記水晶振動片の外形を形成する工程と、フォトリソグラフィにより前記ＡＴカット水晶基材の一部をエッチングして前記凸部を形成する工程と、前記凸部を形成する工程の後で、前記励振電極を含む電極を形成する工程、および薄膜堆積法により前記段部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、長い加工時間を有する水晶エッチングにより形成される凸部のほかに、その凸部の外周部分に設けられる段部により多段の断面階段形状を形成して、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制し、優れた周波数特性を有する水晶振動片を効率的に製造することができる。

〔適用例７〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記外形を形成する工程の後で、前記凸部を形成する工程を実施することを特徴とする。

この構成によれば、水晶振動片の外形を形成する工程の後で、凸部の形成を行う工順とすることにより、外形を形成する工程で用いた耐蝕膜を利用して、凸部形成用のエッチングレジストを形成することができるので効率がよい。

〔適用例８〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記電極を形成する工程が前記段部を形成する工程を含み、前記電極と同一材料により前記段部を形成することを特徴とする。

この構成によれば、段部を、励振電極などの電極形成と同時に形成することができるので、製造効率が向上する。

以下、図面を参照しながらＡＴカット水晶振動片およびその製造方法の一実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、ＡＴカット水晶振動片の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかるＡＴカット水晶振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ部の部分拡大断面図である。なお、図１において、図中Ｘ，Ｙ，Ｚは水晶の結晶軸方向を示しているものであり、Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光軸をそれぞれ示している。また、図１（ａ）において施している斜線のハッチングは、励振電極などの電極や配線を識別しやすくするためのものであり、断面を示すものではない。

図１に示すように、ＡＴカット水晶振動片１０は、結晶軸から３５°１５′傾けた切断角度で切り出されたＡＴカット水晶ウェハを用いて形成された水晶基材１の両主面の相対向する位置に、平面視で矩形状を呈する凸部５Ａ，５Ｂが形成された所謂メサ構造を有している。
このような水晶基材１のメサ構造を有する外形は、後述するように、フォトリソグラフィにより水晶基材１（水晶ウェハ）をフッ酸溶液などでウェットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。

図１（ａ）に示すように、水晶基材１の一方の凸部５Ａ上には、駆動用の電極である励振電極１５Ａが設けられている。また、水晶基材１の凸部５Ａ側の面において、薄肉の外周部の外周面６Ａの一端側近傍には、励振電極１５Ａと電極間配線１６Ａにより接続された外部接続電極１７Ａが設けられている。これと同様に、水晶基材１の他方の凸部５Ｂ上には励振電極１５Ｂが設けられ（図１（ｂ）を参照）、水晶基材１の凸部５Ｂ側の面において、薄肉の外周部の外周面６Ｂの一端側近傍に設けられた外部接続電極１７Ｂと電極間配線１６Ｂにより接続されている。なお、ＡＴカット水晶振動片１０において、外周面６Ａおよび外周面６Ｂの外部接続電極１７Ａおよび外部接続電極１７Ｂが設けられた部分は、パッケージのマウント端子上などに導電性接着剤などを介して接合された際に、ＡＴカット水晶振動片１０を支持する支持部１１となる。
このような電極や配線などの電極パターンは、水晶基材１（水晶ウェハ）をエッチングしてメサ構造を有するＡＴカット水晶振動片１０の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。

また、図１（ａ）に示すように、凸部５Ａの外周には、外周面６Ａ上および凸部５Ａの側壁に、電極形成用金属からなり凸部５Ａよりも厚みを少なくして形成された段部２５Ａが凸部５Ａの外周を縁取るように設けられている。すなわち、段部２５Ａは、ＡＴカットされた水晶基材１において、凸部５ＡのＸ軸（電気軸）側に対向する二辺側およびＺ軸（光軸）側に対向する二辺側の四辺すべてに、凸部５Ａを取り囲むように設けられている。また、本実施形態の段部２５Ａは、励振電極１５Ａ，１５Ｂや外部接続電極１７Ａ，１７Ｂあるいは電極間配線１６Ａ，１６Ｂと同じ金属材料からなりそれらと同時に形成されている。
同様に、凸部５Ｂの外周には、外周面６Ｂ上および凸部５Ｂの側壁には、凸部５Ｂよりも厚みを少なくして形成された段部２５Ｂが凸部５Ｂの外周を縁取るように設けられている（図１（ｂ）、図１（ｃ）を参照）。

図１（ｄ）に示すように、ＡＴカット水晶振動片（１０）の凸部５ＡのＸ軸（電気軸）側の辺近傍においては、水晶基材１の凸部５Ａ、凸部５Ａよりも厚みの少ない部分である外周面６Ａ、および外周面６Ａ上に凸部５Ａよりも少ない厚みで形成された段部２５Ａにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。同様に、凸部５ＢのＸ軸（電気軸）側の辺近傍においては、水晶基材１の凸部５Ｂ、凸部５Ｂよりも厚みの少ない部分である外周面６Ｂ、および外周面６Ｂ上に凸部５Ｂよりも少ない厚みで形成された段部２５Ｂにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
これにより、ＡＴカット水晶振動片（１０）の凸部５Ａ，５Ｂ形成面それぞれの一方のＸ軸（電気軸）側の辺には、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状の一端側と近似される断面形状が形成される。

これと同様に、凸部５Ａ，５Ｂの他方のＸ軸（電気軸）側の辺、および、凸部５Ａ，５ＢのＺ軸（光軸）側の対向する二辺についても、三つの段差を有する断面階段形状が形成され、これにより、ＡＴカット水晶振動片１０は、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状と近似される断面形状を呈している。

なお、図１（ａ）に示すように、電極形成用金属からなる段部２５Ａ，２５Ｂは、励振電極１５Ａ，１５Ｂ、外部接続電極１７Ａ，１７Ｂ、およびそれらを対応させて接続する電極間配線１６Ａ，１６Ｂなどの電極や電極間配線とは電気的に絶縁されるように、それらの電極や電極間配線が形成された領域とは異なる領域に形成されている。

上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０によれば、水晶基材１の両主面の相対向する位置に設けられ表面に励振電極１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ形成された凸部５Ａ，５Ｂによりメサ構造を有しているので、ＡＴカット水晶振動片１０を励振させたときの厚みすべり振動を各励振電極１５Ａ，１５Ｂ下により多く集中させることができる。そのうえ、ＡＴカット水晶振動片１０の凸部５Ａ，５Ｂそれぞれの外周に設けられる段部２５Ａ，２５Ｂにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。これにより、加工時間を長く要する凸部５Ａ，５Ｂを各主面に一つずつ形成し、比較的容易に形成することが可能な各凸部５Ａ，５Ｂと対応する段部２５Ａ，２５Ｂとの組み合せによって断面階段形状を形成することによって、効率的に、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状が形成されている。
しかも、ＡＴカット水晶振動片１０がメサ構造を有することにより、パッケージなどと接合される支持部１１の厚みが薄くなっているので、支持部１１からの振動の漏洩が抑えられる。
したがって、厚みすべり振動が中央部に集中され、さらに外周部への伝播が抑えられることにより、ＣＩ値の低下や他の振動モードとの結合が抑制されて、周波数特性の安定したＡＴカット水晶振動片１０を提供することができる。

〔ＡＴカット水晶振動片の製造方法〕
次に、ＡＴカット水晶振動片１０の製造方法について説明する。
図２は、本実施形態のＡＴカット水晶振動片の製造工程を説明するフローチャートである。また、図３および図４は、本実施形態のＡＴカット水晶振動片１０の製造方法において、図２のフローチャートのうちステップＳ３の凸部形成工程とステップＳ４の電極および段差形成工程の製造過程を具体的に説明する水晶振動片の模式断面図である。

図２において、ＡＴカット水晶振動片１０の製造では、まず、ＡＴカットされた大判の水晶基板からなるウェハを準備する（ステップＳ１）。詳細には、人工水晶原石の一部を結晶軸を明確にしてブロック状に成形するランバード加工により得られた水晶ランバードから、ワイヤソーやバンドソーにより、水晶の結晶軸から３５°１５′傾けた切断角度を狙って切り出したＡＴカット水晶基板のウェハを得る。そして、切り出されたウェハは、切断角度を正確に補正しながら所望の厚さおよび表面状態になるように研磨加工を施す。

次に、ステップＳ２に示すように、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングにより、水晶基板のウェハに単数あるいは複数のＡＴカット水晶振動片１０の外形を形成する。詳述すると、まず、水晶基板のウェハの両主面全体に、エッチングマスクとなる例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）からなる耐蝕膜をスパッタなどにより形成してからフォトレジストを塗布して、そのフォトレジスト上にＡＴカット水晶振動片１０の外形パターニング用のマスクを配置する。
そして、露光した後、フォトレジストの感光した部分を現像して除去してからエッチング液に浸し、感光したフォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、ウェハ上に、耐蝕膜からなるＡＴカット水晶振動片１０の外形形成用のエッチングマスクを形成する。
その後、ＡＴカット水晶振動片１０の外形形成用のエッチングマスクを形成したウェハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、ウェハのＡＴカット水晶振動片１０の外形に対応した部分が貫通するまでエッチングする。
なお、ＡＴカット水晶振動片１０の外形は、ウェハから完全に切り離されないようにミシン目状の折り取り部によりウェハにつなげるようにしている。これにより、以降の工程をウェハ状態にて効率的に流動してから、最後に折り取り部を折り取ることによって個片のＡＴカット水晶振動片１０を得ることができる。

次に、ステップＳ３に示すように、フォトリソグラフィを用いて凸部５Ａ，５Ｂの形成を行う。
詳述すると、図３（ａ）に示すように、両面に耐蝕膜９５が設けられた外形形成後の水晶基材１を準備する。本実施形態では、上記のＡＴカット水晶振動片１０の外形形成工程（図２のステップＳ２）でエッチングマスクとして用いた耐蝕膜９５を剥離せずに残しておいて利用する。

すなわち、凸部形成工程では、まず、図３（ｂ）に示すように、耐蝕膜９５上にフォトレジスト９７を塗布してから、そのフォトレジスト９７に、ガラス板８１に凸部（５Ａ）パターン８５Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン８５Ｂがそれぞれ設けられたフォトマスク８０Ａおよびフォトマスク８０Ｂを用いて凸部（５Ａ，５Ｂ）それぞれの形状を露光する。
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト９７を現像して凸部（５Ａ）パターン９７Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン９７Ｂを得る。

次に、図３（ｄ）に示すように、フォトレジストの凸部（５Ａ）パターン９７Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン９７Ｂをエッチングレジストとして耐蝕膜（９５）をエッチングし、耐蝕膜（９５）からなる凸部（５Ａ）パターン９５Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン９５Ｂを形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、凸部（５Ａ）パターン９５Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン９５Ｂをエッチングマスクとして、ウェハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に所定時間浸漬することにより凸部５Ａ，５Ｂを形成する。
そして、図３（ｆ）に示すように、耐蝕膜からなる凸部（５Ａ）パターン９５Ａおよび凸部（５Ｂ）パターン９５Ｂを剥離して、凸部５Ａ，５Ｂが形成された水晶基材１を得る。

図２に戻り、次に、ステップＳ４に示すように、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法やフォトリソグラフィを用いて、励振電極１５Ａ，１５Ｂ、外部接続電極１７Ａ，１７Ｂ、およびそれらを対応させて接続する電極間配線１６Ａ，１６Ｂなどの電極や配線と、それらの電極形成用の金属からなる段部２５Ａ，２５Ｂを同時に形成する電極および段部形成を行う。

詳述すると、図４（ａ）に示すように、凸部５Ａ，５Ｂが形成された水晶基材１の両面に、蒸着またはスパッタリングにより、ニッケルまたはクロムなどを下地層として、その上に例えば金を積層させた電極形成用の金属膜である金属膜１０５を成膜する。
次に、図４（ｂ）に示すように、金属膜１０５上にフォトレジスト９８を塗布してから、そのフォトレジスト９８に、ガラス板８３上に励振電極（１５Ａ）パターン８６Ａおよび段部（２５Ａ）パターン８７Ａが設けられたフォトマスク８２Ａと、別のガラス板８３上に励振電極（１５Ｂ）パターン８６Ｂおよび段部（２５Ｂ）パターン８７Ｂが設けられたフォトマスク８２Ｂを用いて励振電極１５Ａ，１５Ｂおよび段部２５Ａ，２５Ｂのそれぞれの形状を露光する（図４（ｃ）を参照）。

次に、図４（ｄ）に示すように、フォトレジスト９８を現像して露光された部分のフォトレジストを除去し、励振電極（１５Ａ）パターン９８Ａａおよび段部（２５Ａ）パターン９８Ａｂと、励振電極（１５Ｂ）パターン９８Ｂａおよび段部（２５Ｂ）パターン９８Ｂｂを得る。

次に、図４（ｅ）に示すように、フォトレジストの励振電極（１５Ａ）パターン９８Ａａおよび段部（２５Ａ）パターン９８Ａｂと、励振電極（１５Ｂ）パターン９８Ｂａおよび段部（２５Ｂ）パターン９８Ｂｂとをエッチングレジストとして金属膜（１０５）をエッチングした後、図４（ｆ）に示すようにフォトレジストの励振電極（１５Ａ）パターン９８Ａａおよび段部（２５Ａ）パターン９８Ａｂと、励振電極（１５Ｂ）パターン９８Ｂａおよび段部（２５Ｂ）パターン９８Ｂｂとを剥離することにより、励振電極１５Ａおよび段部２５Ａと、励振電極１５Ｂおよび段部２５Ｂとを得る。
なお、図示は省略したが、上記の電極および段部形成工程では、励振電極１５Ａ，１５Ｂや段部２５Ａ，２５Ｂとともに、外部接続電極１７Ａ，１７Ｂ、およびそれらを対応させて接続する電極間配線１６Ａ，１６Ｂなどの他の電極や配線パターンも同時に形成される。

図２に戻り、次に、ステップＳ５に示すように、水晶基板のウェハから個々のＡＴカット水晶振動片１０を上記折り取り部で折り取って、個片のＡＴカット水晶振動片１０を得る個片化を実施し、一連のＡＴカット水晶振動片１０の製造工程を終了する。

上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０の製造方法によれば、凸部５Ａ，５Ｂおよびそれらの外周部分に設けられる段部２５Ａ，２５Ｂにより形成される断面階段形状を有することによって、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するＡＴカット水晶振動片１０を製造することができる。
また、上記製造方法によれば、ＡＴカット水晶振動片１０の外形形成工程の後で、凸部５Ａ，５Ｂの形成を行う工順とすることにより、ＡＴカット水晶振動片１０の外形形成工程で用いた耐蝕膜を利用して、凸部５Ａ，５Ｂ用のエッチングレジストを形成することができるので効率がよい。

上記実施形態で説明したＡＴカット水晶振動片およびその製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。

（変形例）
上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０では、水晶基材１をエッチング加工することにより形成した凸部５Ａ，５Ｂからなる段部一つと、電極形成用の金属からなる段部２５Ａ，２５Ｂとにより、三段の段部を有する断面階段形状を形成した。これに限らず、水晶基材をエッチング加工することにより形成する段部、および電極形成用の金属などを堆積させて形成する段部それぞれを複数設ける構成としてもよい。
図５は、水晶基材をエッチング加工することにより形成する段部、および電極形成用の金属などを堆積させて形成する段部それぞれを複数設けたＡＴカット水晶振動片を模式的に説明する断面図である。また、図６は、本変形例のＡＴカット水晶振動片の製造工程を説明するフローチャートである。

図５において、ＡＴカット水晶振動片５０は、ＡＴカットされた水晶ウェハを用いて形成された水晶基材４１の両主面の相対向する位置に、平面視で矩形状を呈する第１の凸部４６Ａ，４６Ｂが形成され、さらに第１の凸部４６Ａ，４６Ｂの中央部の相対向する位置に第２の凸部４５Ａ，４５Ｂが形成された多段メサ構造を有している。
このような水晶基材４１の多段メサ構造を有する外形は、フォトリソグラフィにより水晶基材４１（水晶ウェハ）をエッチングすることにより精密に形成される。

水晶基材４１の一方の第２の凸部４５Ａ上には励振電極５５Ａが設けられ、他方の第２の凸部４５Ｂ上には励振電極５５Ｂが設けられている。
なお、ＡＴカット水晶振動片５０の最も肉薄の外周部分の外周面４７Ａ，４７Ｂには、上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０と同様に励振電極５５Ａ，５５Ｂにそれぞれ対応した外部接続電極が設けられているが、図示を省略する。

また、ＡＴカット水晶振動片５０の一方の第２の凸部４５Ａの外周において、第１の凸部４６Ａ上および第２の凸部４５Ａの側壁には、第２の凸部４５Ａよりも厚みを少なくして形成された段部６５Ａが第２の凸部４５Ａの外周を縁取るように設けられている。すなわち、段部６５Ａは、ＡＴカットされた水晶基材４１において、第２の凸部４５ＡのＸ軸（電気軸）側に対向する二辺側およびＺ軸（光軸）側に対向する二辺側の四辺すべてに、第２の凸部４５Ａを取り囲むように設けられている。この段部６５Ａは、励振電極５５Ａ，５５Ｂや外部接続電極などの電極形成用の金属材料と同じ材料からなりそれらと同時に形成されている。
同様に、他方の第２の凸部４５Ｂの外周において、第１の凸部４６Ｂ上および第２の凸部４５Ｂの側壁には、電極形成用の金属材料からなり第２の凸部４５Ｂよりも厚みを少なくして形成された段部６５Ｂが第２の凸部４５Ｂの外周を縁取るように設けられている。

さらに、ＡＴカット水晶振動片５０の一方の第１の凸部４６Ａの外周において、外周面４７Ａ上および第１の凸部４６Ａの側壁には、第１の凸部４６Ａよりも厚みを少なくして形成された電極形成用の金属材料からなる段部７５Ａが第１の凸部４６Ａの外周を縁取るように設けられている。
同様に、他方の第１の凸部４６Ｂの外周において、外周面４７Ｂ上および第１の凸部４６Ｂの側壁には、第１の凸部４６Ｂよりも厚みを少なくして形成された電極形成用の金属材料からなる段部７５Ｂが第１の凸部４６Ｂの外周を縁取るように設けられている。

以上、説明した構成のＡＴカット水晶振動片５０の断面において、励振電極５５Ａが形成された側には、水晶基材４１の第２の凸部４５Ａ、第１の凸部４６Ａ上に第２の凸部４５Ａよりも少ない厚みで形成された段部６５Ａ、および外周面４７Ａ上に第１の凸部４６Ａよりも少ない厚みで形成された段部７５Ａにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
同様に、ＡＴカット水晶振動片５０の断面において、励振電極５５Ｂが形成された側には、水晶基材４１の第２の凸部４５Ｂ、第１の凸部４６Ｂ上に第２の凸部４５Ｂよりも少ない厚みで形成された段部６５Ｂ、および外周面４７Ｂ上に第１の凸部４６Ｂよりも少ない厚みで形成された段部７５Ｂにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
これにより、ＡＴカット水晶振動片５０は、上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０に比して、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状とより近似される断面形状を呈している。

次に、本変形例のＡＴカット水晶振動片５０の製造方法について説明する。なお、本変形例のＡＴカット水晶振動片５０の製造方法は、凸部形成工程が２回繰り返されること以外は、上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０の製造方法と同じため、説明を省略する。

図６において、ＡＴカット水晶振動片５０の製造方法では、まず、ステップＳ１１に示すように、水晶ランバードからＡＴカットにて切り出されたＡＴカット水晶基板のウェハを、所望の厚さおよび表面状態になるように研磨加工するウェハの準備を行う。

次に、ステップＳ１２に示すように、上記実施形態の外形形成工程（図２のステップＳ２）と同様に、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングにより、水晶基板のウェハに単数あるいは複数のＡＴカット水晶振動片５０の外形を形成する。

次に、ステップＳ１３およびステップＳ１４に示すように、上記実施形態の凸部形成工程（図２のステップＳ３、および図３を参照）と同様に、フォトリソグラフィを用いて第１の凸部４６Ａ，４６Ｂ、および第２の凸部４５Ａ，４５Ｂの形成をこの順に行う。具体的には、ステップＳ１２の外形形成工程でエッチングマスクとして用いた耐蝕膜を剥離せずに残して利用し、その耐蝕膜をエッチングマスクとしてフォトリソグラフィを二回繰り返すことにより、第１の凸部４６Ａ，４６Ｂと、第２の凸部４５Ａ，４５Ｂとを順次形成する。

次に、ステップＳ１５に示すように、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法やフォトリソグラフィを用いて、励振電極５５Ａ，５５Ｂ、外部接続電極、およびそれらを対応させて接続する電極間配線などの電極や配線と、それらの電極形成用の金属からなる段部６５Ａ，６５Ｂおよび段部７５Ａ，７５Ｂを同時に形成する電極および段部形成を行う。

そして、ステップＳ１６に示すように、水晶基板のウェハから個々のＡＴカット水晶振動片５０を切り離して個片のＡＴカット水晶振動片５０を得る個片化を実施し、一連のＡＴカット水晶振動片５０の製造工程を終了する。

上記変形例のＡＴカット水晶振動片５０によれば、第１の凸部４６Ａ，４６Ｂおよび第２の凸部４５Ａ，４５Ｂの２つの凸部と、その２つの凸部それぞれの外周に設けられる段部７５Ａ，７５Ｂおよび段部６５Ａ，６５Ｂとにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。これにより、加工時間を長く要する凸部形成のみによって断面階段形状を形成した場合に比して、効率的に、より平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状を形成することができる。
したがって、ＡＴカット水晶振動片５０の中央部から外周部に向かっての厚みすべり振動の伝播を減衰させることにより、振動の外周部への伝播をより効果的に抑制することが可能なＡＴカット水晶振動片５０を提供することができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例では、ＡＴカットされた水晶基材１，４１の両主面に凸部および段部を設けることにより、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状のＡＴカット水晶振動片１０，５０を形成した。これに限らず、水晶基材の一方の主面側に凸部および段部を設ける構成としても、振動片の中央部から外周部に向かっての厚みすべり振動の伝播を減衰させる効果を奏する。

また、上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０の製造方法では、外形形成工程の後に、凸部形成工程を行う工順を説明した。これに限らず、外形形成工程の前に凸部形成工程を行う工順としても、上記実施形態のＡＴカット水晶振動片１０を製造することは可能である。

また、上記実施形態および変形例では、段部２５Ａ，２５Ｂまたは段部６５Ａ，６５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂを、励振電極や外部接続電極などの電極形成用の金属材料を用いて、それらの電極と同時に形成した。これに限らず、例えば、液状またはペースト状の樹脂やガラスなどを堆積させて成膜する方法により形成される他の材料の堆積物からなる段部であってもよい。

また、上記実施形態および変形例では、凸部５Ａ，５Ｂまたは第１の凸部４６Ａ，４６Ｂあるいは第２の凸部４５Ａ，４５Ｂなどの凸部の外周部分の略全周に、段部２５Ａ，２５Ｂまたは段部６５Ａ，６５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂを設けた。これに限らず、ＡＴカットされた水晶基材１，４１において、凸部の少なくともＸ軸（電気軸）側に対向する二辺側に段部が設けられているだけでもよい。これによっても、ＡＴカット水晶振動片における厚みすべり振動の外周部への伝播はＡＴカットされた水晶基材１，４１のＸ軸側に主に起こるので、厚みすべり振動の外周部への伝播を効果的に抑えることができる。

また、上記変形例のＡＴカット水晶振動片５０では、第１の凸部４６Ａ，４６Ｂと第２の凸部４５Ａ，４５Ｂとの２つの凸部と、各凸部の外周部分に設けられた段部７５Ａ，７５Ｂおよび段部６５Ａ，６５Ｂとにより、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状により近似な断面階段形状を形成した。これに限らず、三つ以上の凸部を設け、各凸部の外周部分に段部を形成する構成としてもよい。

（ａ）は、本実施形態にかかる水晶振動片としてのＡＴカット水晶振動片を模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）は、（ｂ）のＤ部の部分拡大断面図。 本実施形態のＡＴカット水晶振動片の製造工程を説明するフローチャート。 本実施形態のＡＴカット水晶振動片の製造方法のうち、凸部形成工程と電極および段差形成工程の製造過程を具体的に説明する水晶振動片の模式断面図。 本実施形態のＡＴカット水晶振動片の製造方法のうち、凸部形成工程と電極および段差形成工程の製造過程を具体的に説明する水晶振動片の模式断面図。 ＡＴカット水晶振動片の変形例を模式的に説明する断面図 変形例のＡＴカット水晶振動片の製造方法を説明するフローチャート。

符号の説明

１，４１…水晶基材、５Ａ，５Ｂ…凸部、６Ａ，６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ…外周面、１０，５０…ＡＴカット水晶振動片、１１…支持部、１５Ａ，１５Ｂ，５５Ａ，５５Ｂ…励振電極、１６Ａ，１６Ｂ…電極間配線、１７Ａ，１７Ｂ…外部接続電極、２５Ａ，２５Ｂ，６５Ａ，６５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ…段部、４５Ａ，４５Ｂ…第２の凸部、４６Ａ，４６Ｂ…第１の凸部、８０Ａ，８０Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ…フォトマスク、８５Ａ，８５Ｂ，９５Ａ，９５Ｂ，９７Ａ，９７Ｂ…凸部パターン、８６Ａ，８６Ｂ，９８Ａａ，９８Ｂａ…励振電極パターン、８７Ａ，８７Ｂ，９８Ａｂ，９８Ｂｂ…段部パターン、９５…耐蝕膜、９７，９８…フォトレジスト、１０５…金属膜。

Claims (8)

1. ＡＴカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともＸ軸（電気軸）側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられていることを特徴とする水晶振動片。
2. 請求項１に記載の水晶振動片において、
   前記段部が、前記水晶基材のＺ軸（光軸）側にも設けられていることを特徴とする水晶振動片。
3. 請求項１または２に記載の水晶振動片において、
   前記段部が、前記励振電極と同一材料からなることを特徴とする水晶振動片。
4. 請求項３に記載の水晶振動片において、
   前記段部が、前記励振電極および該励振電極から引き出された電極間配線および外部接続電極が形成された領域とは異なる領域に形成されていることを特徴とする水晶振動片。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の水晶振動片において、
   外周部分に前記段部が設けられた前記凸部が、断面階段形状が形成されるように複数設けられていることを特徴とする水晶振動片。
6. ＡＴカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともＸ軸（電気軸）側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられている水晶振動片の製造方法であって、
   フォトリソグラフィにより前記水晶振動片の外形を形成する工程と、
   フォトリソグラフィにより前記ＡＴカット水晶基材の一部をエッチングして前記凸部を形成する工程と、
   前記凸部を形成する工程の後で、前記励振電極を含む電極を形成する工程、および薄膜堆積法により前記段部を形成する工程と、を含むことを特徴とする水晶振動片の製造方法。
7. 請求項６に記載の水晶振動片の製造方法において、
   前記外形を形成する工程の後で、前記凸部を形成する工程を実施することを特徴とする水晶振動片の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の水晶振動片の製造方法において、
   前記電極を形成する工程が前記段部を形成する工程を含み、
   前記電極と同一材料により前記段部を形成することを特徴とする水晶振動片の製造方法。

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