JP2013162294A - Manufacturing method of piezoelectric vibration piece, piezoelectric vibration piece, piezoelectric vibrator, transmitter, electronic device and radio clock - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音叉型の圧電振動片を製造する製造方法、該製造方法で製造された圧電振動片、該圧電振動片を有する圧電振動子、該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。 The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrating piece manufactured by the manufacturing method, a piezoelectric vibrator having the piezoelectric vibrating piece, an oscillator having the piezoelectric vibrator, an electronic apparatus, and a radio timepiece. It is about.
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、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子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られており、その1つとして、音叉型の圧電振動片を有するものがある。 2. Description of the Related Art In recent years, a piezoelectric vibrator using a crystal or the like is used as a time source, a timing source such as a control signal, a reference signal source, and the like in mobile phones and portable information terminal devices. Various piezoelectric vibrators of this type are known, and one of them has a tuning fork type piezoelectric vibrating piece.
音叉型の圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外表面上に形成され、該一対の振動腕部を振動させる一対の励振電極と、該一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続されたマウント電極と、を備えている。一対の励振電極は、マウント電極を介して所定の電圧が印加されたときに、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る。なお、一対の励振電極及びマウント電極は、下地金属層と仕上金属層とが積層されることで形成された電極膜である。 The tuning-fork type piezoelectric vibrating piece is formed on a pair of vibrating arm portions arranged in parallel, a base portion integrally fixing the base end sides of the pair of vibrating arm portions, and an outer surface of the pair of vibrating arm portions. And a pair of excitation electrodes that vibrate the pair of vibrating arms, and mount electrodes that are electrically connected to the pair of excitation electrodes, respectively. The pair of excitation electrodes are electrodes that vibrate the pair of vibrating arms at a predetermined resonance frequency in a direction approaching or separating from each other when a predetermined voltage is applied via the mount electrode. The pair of excitation electrodes and mount electrodes are electrode films formed by laminating a base metal layer and a finish metal layer.
しかるに、近年、圧電振動子を内蔵する各種の電子機器の小型化が進み、圧電振動子に関しても更なる小型化が求められ、圧電振動子を構成する圧電振動片に関しても、より一層の小型化が要求されている。
その為に、振動腕部に溝を形成することで、励振電極の電界効率を高め、品質を保ちながら小型化する手法が知られている(特許文献1)。
However, in recent years, various electronic devices incorporating a piezoelectric vibrator have been miniaturized, and further miniaturization of the piezoelectric vibrator has been demanded. Further miniaturization of the piezoelectric vibrating piece constituting the piezoelectric vibrator is also required. Is required.
For this purpose, a technique is known in which a groove is formed in the vibrating arm portion to increase the electric field efficiency of the excitation electrode and reduce the size while maintaining the quality (Patent Document 1).
一般的な圧電振動片の製造方法(図17以下の比較例参照)においては、先に圧電振動片の外形パターンが描画された外形形成用フォトマスクを使用して、フォトリソグラフィー技術(以下フォトリソ技術と記す)によって圧電振動片の外形を形成し、その後、溝部パターンが描画された溝形成用フォトマスクを使用して、アライメントパターンを合わせて圧電振動片の溝部を形成する。従って、複数回の露光を行う必要がある。ところが、外形形成用フォトマスクと溝形成用フォトマスクの合わせ精度は使用される露光機の精度に依存する。又、量産のばらつきを完全に防止することは難しく、加工ごとに合わせ精度がばらつく。更に、外形形成用フォトマスクと溝形成用フォトマスクが異なるために、露光による熱膨張量に差が生じると、外形形成用フォトマスクのピッチと溝形成用フォトマスクのピッチとが合致しなくなる虞がある。そのため、圧電振動片の外形と溝部との位置ずれが発生するという問題がある。
係る状態で加工された圧電振動片は、形成された溝パターンが振動腕の中心からずれてしまい、又、そのずれ量がウェハ面内でばらついて、周波数シフトやCI(Crystal Impedance)値の上昇等により、歩留まりを大きく低下させてしまう虞があった。
In a general method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece (see the comparative example in FIG. 17 and subsequent figures), a photolithographic technique (hereinafter referred to as a photolithography technique) is performed using a photomask for forming an outer shape on which an outer pattern of the piezoelectric vibrating piece is drawn. The outer shape of the piezoelectric vibrating piece is formed, and then the groove portion of the piezoelectric vibrating piece is formed by aligning the alignment pattern using a groove-forming photomask on which the groove pattern is drawn. Therefore, it is necessary to perform multiple exposures. However, the alignment accuracy between the outer shape forming photomask and the groove forming photomask depends on the accuracy of the exposure apparatus used. In addition, it is difficult to completely prevent the variation in mass production, and the accuracy varies depending on the processing. Further, since the outer shape forming photomask and the groove forming photomask are different, if the difference in thermal expansion due to exposure occurs, the pitch of the outer shape forming photomask may not match the pitch of the groove forming photomask. There is. Therefore, there is a problem that a positional deviation between the outer shape of the piezoelectric vibrating piece and the groove portion occurs.
In the piezoelectric vibrating piece processed in such a state, the formed groove pattern shifts from the center of the vibrating arm, and the shift amount varies within the wafer surface, resulting in a frequency shift and an increase in CI (Crystal Impedance) value. For example, the yield may be greatly reduced.
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであって、圧電振動片の外形と溝部との位置ずれを防止することができる圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発信器、電子機器及び電波時計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described facts, and can provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator, and a transmitter capable of preventing positional deviation between the outer shape of the piezoelectric vibrating piece and a groove. An object is to provide an electronic device and a radio timepiece.
前記課題を解決するために、請求項1に記載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および前記一対の振動腕部の基端側を固定する基部の外形を有するとともに、前記一対の振動腕部の両主面上に形成された溝部を有する圧電振動片の製造方法であって、
圧電ウェハの両主面上に、第1エッチング保護膜、第2エッチング保護膜および第1フォトレジスト膜を順に形成する工程と、
前記外形のパターンおよび前記溝部のパターンが描画されたフォトマスクを介して前記第1フォトレジスト膜を露光し、前記第1フォトレジスト膜に前記外形パターンおよび前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第1フォトレジスト膜をマスクとして前記第2エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第2エッチング保護膜に前記外形パターンおよび前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜に形成された前記溝部パターンを覆うように、第2フォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜および前記第2フォトレジスト膜をマスクとして前記第1エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第1エッチング保護膜に前記外形パターンを形成する工程と、
前記第1エッチング保護膜をマスクとして前記圧電ウェハをエッチング加工し、前記圧電ウェハに前記外形を形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜をマスクとして前記第1エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第1エッチング保護膜に前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第1エッチング保護膜をマスクとして前記圧電ウェハをハーフエッチング加工し、前記圧電ウェハに前記溝部を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to
A piezoelectric device having a pair of vibrating arm portions arranged in parallel and an outer shape of a base portion for fixing a proximal end side of the pair of vibrating arm portions and having groove portions formed on both main surfaces of the pair of vibrating arm portions. A method of manufacturing a vibrating piece,
Forming a first etching protective film, a second etching protective film, and a first photoresist film in order on both main surfaces of the piezoelectric wafer;
Exposing the first photoresist film through a photomask on which the outer pattern and the groove pattern are drawn, and forming the outer pattern and the groove pattern on the first photoresist film;
Etching the second etching protective film using the first photoresist film as a mask, and forming the outer pattern and the groove pattern in the second etching protective film;
Forming a second photoresist film so as to cover the groove pattern formed in the second etching protective film;
Etching the first etching protective film using the second etching protective film and the second photoresist film as a mask, and forming the outer pattern on the first etching protective film;
Etching the piezoelectric wafer using the first etching protective film as a mask to form the outer shape on the piezoelectric wafer;
Etching the first etching protective film using the second etching protective film as a mask, and forming the groove pattern in the first etching protective film;
Half-etching the piezoelectric wafer using the first etching protective film as a mask, and forming the groove in the piezoelectric wafer.
It is characterized by that.
請求項1に記載の発明によれば、外形パターンおよび溝部パターンが描画されたフォトマスクを介して第1フォトレジスト膜を露光し、第1フォトレジスト膜に外形パターンおよび溝部パターンを形成する工程を備え、その外形パターンおよび溝部パターンに基づいて圧電ウェハに外形および溝部を形成するので、圧電振動片の外形および溝部の両方を1個のフォトマスクから形成することができる。そのため、それぞれを別個のフォトマスクから形成する場合と比べて、複数のフォトマスク間の位置ずれや熱膨張量差に起因するピッチずれの影響がなくなるので、圧電振動片の外形と溝部との位置ずれを防止することができる。
なお、第1フォトレジスト膜をマスクとして第2エッチング保護膜をエッチングし第2エッチング保護膜に外形パターンおよび溝部パターンを形成する工程と、第2エッチング保護膜に形成された溝部パターンを覆うように第2フォトレジスト膜を形成する工程と、第2エッチング保護膜および第2フォトレジスト膜をマスクとして第1エッチング保護膜をエッチングし第1エッチング保護膜に外形パターンを形成する工程と、第1エッチング保護膜をマスクとして圧電ウェハをエッチングし圧電ウェハに外形を形成する工程と、を備えているので、第1フォトレジスト膜の外形パターンに基づいて圧電ウェハに外形を形成することができる。
また、第1フォトレジスト膜をマスクとして第2エッチング保護膜をエッチングし第2エッチング保護膜に外形パターンおよび溝部パターンを形成する工程と、第2エッチング保護膜をマスクとして第1エッチング保護膜をエッチングし第1エッチング保護膜に溝部パターンを形成する工程と、第1エッチング保護膜をマスクとして圧電ウェハをハーフエッチングし圧電ウェハに溝部を形成する工程と、を備えているので、第1フォトレジスト膜の溝部パターンに基づいて圧電ウェハに溝部を形成することができる。
According to the first aspect of the present invention, the step of exposing the first photoresist film through the photomask on which the outer pattern and the groove pattern are drawn, and forming the outer pattern and the groove pattern on the first photoresist film is performed. Since the outer shape and the groove portion are formed on the piezoelectric wafer based on the outer shape pattern and the groove portion pattern, both the outer shape and the groove portion of the piezoelectric vibrating piece can be formed from one photomask. Therefore, compared to the case where each is formed from a separate photomask, the influence of the positional deviation between the plurality of photomasks and the pitch deviation caused by the difference in thermal expansion is eliminated, so the position of the outer shape of the piezoelectric vibrating piece and the groove portion Deviation can be prevented.
Etching the second etching protective film using the first photoresist film as a mask to form an outer shape pattern and a groove pattern on the second etching protective film, and covering the groove pattern formed on the second etching protective film A step of forming a second photoresist film, a step of etching the first etching protective film using the second etching protective film and the second photoresist film as a mask to form an external pattern on the first etching protective film, and a first etching And a step of etching the piezoelectric wafer using the protective film as a mask to form an outer shape on the piezoelectric wafer. Therefore, the outer shape can be formed on the piezoelectric wafer based on the outer pattern of the first photoresist film.
In addition, the second etching protective film is etched using the first photoresist film as a mask to form an outer shape pattern and a groove pattern on the second etching protective film, and the first etching protective film is etched using the second etching protective film as a mask. A step of forming a groove pattern on the first etching protective film, and a step of half-etching the piezoelectric wafer using the first etching protective film as a mask to form a groove on the piezoelectric wafer. The groove portion can be formed in the piezoelectric wafer based on the groove portion pattern.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記第2フォトレジスト膜を形成する工程では、前記第2エッチング保護膜の前記外形パターンより内側に前記第2フォトレジスト膜を形成する、
ことを特徴とする。
The invention according to
In the step of forming the second photoresist film, the second photoresist film is formed inside the outer shape pattern of the second etching protective film.
It is characterized by that.
請求項2に記載の発明によれば、第2エッチング保護膜の外形パターンより内側に第2フォトレジスト膜を形成するので、後続する第2エッチング保護膜および第2フォトレジスト膜をマスクとして第1エッチング保護膜をエッチングし第1エッチング保護膜に外形パターンを形成する工程において、第1フォトレジスト膜の外形パターンに基づいて形成された第2エッチング保護膜の外形パターンに沿って第1エッチング保護膜に外形パターンを形成することができる。したがって、圧電振動片の外形を精度良く形成することができる。 According to the second aspect of the invention, since the second photoresist film is formed inside the outer pattern of the second etching protective film, the first etching film and the second photoresist film that follow are used as the mask. In the step of etching the etching protective film and forming the outer pattern on the first etching protective film, the first etching protective film along the outer pattern of the second etching protective film formed based on the outer pattern of the first photoresist film. An external pattern can be formed. Therefore, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece can be formed with high accuracy.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記フォトマスクには、複数の前記圧電振動片の前記外形パターンおよび前記溝部パターンが描画されている、
ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the first aspect,
In the photomask, the external pattern and the groove pattern of the plurality of piezoelectric vibrating pieces are drawn.
It is characterized by that.
請求項3に記載の発明によれば、外形と溝部との位置ずれを防止することができる圧電振動片を一度に複数製造することができる。特に、従来技術により複数の圧電振動片を一度に形成する場合には、複数のフォトマスク間の熱膨張量差に起因するピッチずれの影響が、フォトマスクの中心領域では小さくても周辺領域では極めて大きくなる。この場合、周辺領域で形成された圧電振動片は、外形と溝部との位置ずれが極めて大きくなる。これに対して本発明では、複数の圧電振動片の外形および溝部の両方を1個のフォトマスクから形成することができるので、外形と溝部との相対位置精度が高い圧電振動片を、一度に複数製造することができるのである。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to manufacture a plurality of piezoelectric vibrating reeds that can prevent the positional deviation between the outer shape and the groove portion at a time. In particular, when a plurality of piezoelectric vibrating reeds are formed at a time by the prior art, the effect of pitch deviation due to the difference in thermal expansion between the plurality of photomasks is small even in the peripheral region even if it is small in the central region of the photomask. Become very large. In this case, the positional difference between the outer shape and the groove of the piezoelectric vibrating piece formed in the peripheral region is extremely large. On the other hand, in the present invention, both the outer shape and the groove portion of the plurality of piezoelectric vibrating pieces can be formed from one photomask. Therefore, the piezoelectric vibrating piece having a high relative positional accuracy between the outer shape and the groove portion can be obtained at a time. Multiple products can be manufactured.
前記課題を解決するために、請求項4に記載の圧電振動片は、
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電振動片の製造方法によって製造された、
ことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the piezoelectric vibrating piece according to
It was manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to any one of
It is characterized by that.
請求項4に記載の発明によれば、上述した製造方法によって製造された圧電振動片を備えているので、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the piezoelectric vibrating reed manufactured by the above-described manufacturing method is provided, it is possible to prevent deterioration of vibrator characteristics and a decrease in yield due to groove misalignment.
前記課題を解決するために、請求項5に記載の圧電振動子は、
上記本発明の圧電振動片を有する、
ことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the piezoelectric vibrator according to claim 5,
Having the piezoelectric vibrating reed of the present invention,
It is characterized by that.
請求項5に記載の発明によれば、上述した圧電振動片を備えているので、小型化を図るとともに、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the above-described piezoelectric vibrating piece is provided, it is possible to reduce the size and prevent the deterioration of the vibrator characteristics and the yield due to the positional deviation of the groove.
前記課題を解決するために、請求項6に記載の発信器は、
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、
ことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the transmitter according to claim 6,
The piezoelectric vibrator of the present invention is electrically connected to an integrated circuit as an oscillator,
It is characterized by that.
前記課題を解決するために、請求項7に記載の電子機器は、
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、
ことを特徴とする。
In order to solve the problem, an electronic device according to claim 7 is provided.
The piezoelectric vibrator of the present invention is electrically connected to the timing unit,
It is characterized by that.
前記課題を解決するために、請求項8に記載の電波時計は、
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、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the radio timepiece according to
The piezoelectric vibrator of the present invention is electrically connected to the filter unit,
It is characterized by that.
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に、小型化を図るとともに、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。 According to the oscillator, the electronic device, and the radio timepiece according to the invention, since the piezoelectric vibrator described above is provided, similarly to the piezoelectric vibrator, the size of the vibrator can be reduced, and the vibrator characteristics can be deteriorated due to the misalignment of the groove. A decrease in yield can be prevented.
本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、外形と溝部との位置ずれを防止することができる圧電振動片を製造することができる。
また、本発明の圧電振動片によれば、上記製造方法により製造されているので、小型化を図るとともに、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
また、本発明の圧電振動子によれば、上記発明の圧電振動片を備えているので、小型化を図るとともに、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
また、本発明に係る圧電振動片を備えた、発振器、電子機器及び電波時計によれば、高品質化及び小型化を図ることができる。
According to the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the present invention, it is possible to manufacture a piezoelectric vibrating piece that can prevent the positional deviation between the outer shape and the groove.
Moreover, according to the piezoelectric vibrating piece of the present invention, since it is manufactured by the above-described manufacturing method, it is possible to reduce the size and prevent the deterioration of the vibrator characteristics and the yield due to the positional deviation of the groove.
In addition, according to the piezoelectric vibrator of the present invention, since the piezoelectric vibrating piece of the above invention is provided, it is possible to reduce the size and prevent deterioration of vibrator characteristics and a decrease in yield due to groove position shift. .
In addition, according to the oscillator, electronic device, and radio timepiece including the piezoelectric vibrating piece according to the present invention, it is possible to achieve high quality and downsizing.
次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではない。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings with reference to embodiments and examples. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples.
Also, in the description using the following drawings, it should be noted that the drawings are schematic and the ratio of each dimension and the like are different from the actual ones, and are necessary for the description for easy understanding. Illustrations other than the members are omitted as appropriate.
(1)圧電振動子の構成
以下、本発明に係る一実施形態を、図1ないし図16を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子1として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子1は、図1ないし図4に示すように、圧電振動片2と、該圧電振動片2を内部に収納するケース3と、圧電振動片2をケース3内に密閉させる気密端子であるプラグ4と、を備えている。
(1) Configuration of Piezoelectric Vibrator Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a cylinder package type piezoelectric vibrator will be described as an example of the
As shown in FIGS. 1 to 4, the
圧電振動片2は、図2ないし図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形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片2は、図2及び図3に示すように、平行に配置された一対の振動腕部8、9と、該一対の振動腕部8、9の基端側を一体的に固定する基部10と、を有する圧電板11と、一対の振動腕部8、9の外表面上に形成されて一対の振動腕部8、9を振動させる第1の励振電極12と第2の励振電極13とからなる励振電極14と、第1の励振電極12及び第2の励振電極13に電気的に接続されたマウント電極15、16とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片2は、一対の振動腕部8、9の両主面上に、振動腕部8、9の基端部から先端部に向かって一定長さL形成された溝部17を備えている。この溝部17は、振動腕部8、9の基端部から略中間付近まで形成されている。これにより、一対の振動腕部8,9は、それぞれ図4に示すように断面H型となっている。なお、一対の振動腕部8、9の腕幅は共通であり、それぞれWとする。また、基部10において一対の振動腕部8、9の基端部と連結されている部分を股部10aとする。
The piezoelectric vibrating
As shown in FIGS. 2 and 3, the piezoelectric vibrating
In addition, the piezoelectric vibrating
第1の励振電極12と第2の励振電極13とからなる励振電極14は、一対の振動腕部8、9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、一対の振動腕部8、9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2に示すように、第1の励振電極12が、一方の振動腕部8の溝部17上と、他方の振動腕部9の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極13が、一方の振動腕部8の両側面上と他方の振動腕部9の溝部17上とに主に形成されている。
The
また、第1の励振電極12及び第2の励振電極13は、図2及び図3に示すように、基部10の両主面上において、それぞれ引き出し電極19、20を介してマウント電極15、16に電気的に接続されている。そして圧電振動片2は、このマウント電極15、16を介して電圧が印加されるようになっている。
即ち、励振電極14、マウント電極15、16及び引き出し電極19、20は、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部8、9を振動させる電極膜18として機能している。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the
That is, the
電極膜18は、図4に示す下地金属層18aと仕上金属層とで2層に積層された状態で形成されている。本実施形態では、下地金属層18aにクロム(Cr)、仕上金属層に金(Au)を用いるが、これに限られるものでない。例えば、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の他の導電性膜の被膜により形成されても構わない。
また、電極膜18は、少なくとも振動腕部8、9の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層の一部或いは全部が除去されている。
The
Further, in the
また、一対の振動腕部8、9の先端には、図2及び図3に示すように、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21が被膜されている。なお、この重り金属膜21は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜21aと、微小に調整する際に使用される微調膜21bとに分かれている。これら粗調膜21a及び微調膜21bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部8、9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。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the tip of the pair of vibrating
ケース3は、図1に示すように、有底円筒状に形成されており、圧電振動片2を内部に収納した状態で後述するプラグ4のステム30の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース3の圧入は、真空雰囲気下で行われており、ケース3内の圧電振動片2を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。
As shown in FIG. 1, the
プラグ4は、ケース3を密閉させるステム30と、該ステム30を貫通するように平行配置され、ステム30を間に挟んで一端側が圧電振動片2をマウント(機械的に接合及び電気的に接続)するインナーリード31aとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード31bとされた2本のリード端子31と、ステム30の内側に充填されてステム30とリード端子31とを固定させる絶縁性の充填材32とを有している。
ステム30は、金属材料で環状に形成されている。充填材32の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスを用いることができる。また、リード端子31の表面及びステム30の外周には、それぞれ同材料のメッキ(不図示)が施されている。
The
The
2本のリード端子31は、ケース3内に突出している部分がインナーリード31aとなり、ケース3外に突出している部分がアウターリード31bとなっている。そして、インナーリード31aとマウント電極15、16とが、導電性のバンプEを介してマウントされている。即ち、バンプEを介してインナーリード31aとマウント電極15、16とが機械的に接合されていると同時に、電気的に接続されている。その結果、圧電振動片2は、2本のリード端子31にマウントされた状態となっている。
In the two
なお、上述した2本のリード端子31は、一端側(アウターリード31b側)が外部に電気的に接続され、他端側(インナーリード31a側)が圧電振動片2に対してマウントされる外部接続端子として機能する。
The two
ここで、プラグ4を構成する主要部品の寸法及び材質の一例について述べる。
リード端子31の直径は例えば約0.12mmであり、リード端子31の母材の材質としては、コバール(FeNiCo合金)が慣用されている。また、リード端子31の外表面及びステム30の外周に被膜させるメッキの材質としては、下地膜としてはCuが用いられ、仕上膜としては、耐熱ハンダメッキ(錫と鉛の合金で、その重量比が1:9)や、銀(Ag)や錫銅合金(SnCu)や金錫合金(AuSn)等が用いられる。
また、ステム30の外周に被膜された金属膜(メッキ層)を介在させながらケース3の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース3の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
Here, an example of dimensions and materials of the main parts constituting the
The diameter of the
Further, the inside of the
このように構成された圧電振動子1を作動させる場合には、2本のリード端子31のアウターリード31bに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード31a、バンプE、マウント電極15、16及び引き出し電極19、20を介して、第1の励振電極12及び第2の励振電極13からなる励振電極14に電流を流すことができ、一対の振動腕部8、9を接近・離間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8、9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。
When the
(2)圧電振動片の製造方法
次に、上述した圧電振動子1を構成する圧電振動片2を一度に複数製造する製造方法について説明する。図5は、圧電振動片の製造方法を示すフローチャートであり、図6ないし図16は圧電振動片の製造方法を示す工程図である。
(2) Manufacturing Method of Piezoelectric Vibrating Piece Next, a manufacturing method for manufacturing a plurality of piezoelectric vibrating
まず、図5に示すように、水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウェハSとする。続いて、このウェハSをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウェハSとする(S10)。 First, as shown in FIG. 5, a quartz Lambert rough is sliced at a predetermined angle to form a wafer S having a constant thickness. Subsequently, the wafer S is lapped and roughly processed, and then the work-affected layer is removed by etching, followed by mirror polishing such as polishing to obtain a wafer S having a predetermined thickness (S10).
次に、研磨後のウェハSをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片2の外形及び溝部を形成する(S20)。以下、この工程について、具体的に説明する。
始めに、ポリッシングが終了したウェハSを準備した後、図6に示すように、ウェハSの両主面にエッチング保護膜40と第1フォトレジスト膜40cをそれぞれ成膜する。このエッチング保護膜40は、例えばクロム(Cr)を数μm成膜した第1エッチング保護膜40aと、金(Au)を同様に数μm成膜した第2エッチング保護膜40bとの積層膜であり、それぞれスパッタリング法や蒸着法等により成膜される。
次いで、エッチング保護膜40上に第1フォトレジスト膜(レジスト膜)40cを形成する(S21)。具体的には、エッチング保護膜40上に、スピンコート法等によりレジスト材料を塗布する(レジスト塗布工程)。なお、本実施形態で用いるレジスト材料としては、環化ゴム(例えば、環化イソプレン)を主体にしたゴム系ネガレジストが好適に用いられている。ゴム系ネガレジストは、環化ゴムを有機溶剤に溶解し、さらにビスアジド感光剤を加えて、ろ過し、不純物を除去することで精製されたものである。
Next, the polished wafer S is etched by photolithography to form the outer shapes and groove portions of the plurality of piezoelectric vibrating reeds 2 (S20). Hereinafter, this process will be specifically described.
First, after preparing the polished wafer S, an
Next, a first photoresist film (resist film) 40c is formed on the etching protection film 40 (S21). Specifically, a resist material is applied on the etching
次に、図7に示すように、エッチング保護膜40及び第1フォトレジスト膜40cが成膜されたウェハSの両主面を、外形パターンおよび溝部パターンが描画されたフォトマスクを用いて一括で露光し、現像することで、第1フォトレジスト膜40cに外形パターンおよび溝部パターンを同時に形成する(S22)。
この外形パターンおよび溝部パターンが同時に形成された第1フォトレジスト膜40c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40の第2エッチング保護膜40bのみを選択的に除去して、第2エッチング保護膜40bに圧電振動片2の外形パターンおよび溝部パターンを形成する(S23、図8参照)。
尚、エッチング加工には、エッチング保護膜40と第1フォトレジスト膜40cが形成されたウェハSを薬液に浸漬して行うウェットエッチング方式を用いることができる。具体的には、例えば、金(Au)が成膜された第2エッチング保護膜40bは薬液としてヨウ素を用いてエッチングすることができる。
Next, as shown in FIG. 7, both main surfaces of the wafer S on which the
Etching is performed using the
For the etching process, a wet etching method in which the wafer S on which the etching
そして、エッチング加工後に第1フォトレジスト膜40cを剥離する(S24)。これにより、図9に示すように、第2エッチング保護膜40bを、圧電振動片2の外形形状及び溝形状と同様の形状を有する外形パターン及び溝部パターンとして形成することができる。またこの際、複数の圧電振動片2の数だけ、一括してパターニングを行う。
Then, after the etching process, the
次いで、図10に示すように、第2エッチング保護膜40bのみ外形パターン及び溝パターンが形成されたウェハSの両主面の全面に再度レジスト材料を塗布し(S25)、溝部パターンを覆うパターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40dを形成する(S26、図11参照)。尚、第2フォトレジスト膜40dは、その端部が、加工工程S23でエッチングされた第2エッチング保護膜40bの外形(振動腕部)パターンの端部よりも内側であり、かつ、溝部パターンよりも外側に形成されている。
Next, as shown in FIG. 10, a resist material is applied again to the entire main surfaces of both surfaces of the wafer S on which only the second etching
次に、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40d及び第2エッチング保護膜40b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40の第1エッチング保護膜40aを選択的に除去して、第1エッチング保護膜40aに圧電振動片2の外形パターンを形成する(S27、図12参照)。例えば、クロム(Cr)が成膜された第1エッチング保護膜40aは、フェリシアン化カリウムを薬液としてウェットエッチングすることができる。ここでは、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンの内側部分に配置された第1エッチング保護膜40aが、第2フォトレジスト膜40dにより覆われているので、当該部分の第1エッチング保護膜40aは除去されずに残留する。
Next, etching is performed using the
続いて、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40d、第2エッチング保護膜40b及び第1エッチング保護膜40a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ウェハSを選択的に除去し(S28)、圧電振動片の外形形状を形成する。このエッチング加工は、フッ酸を薬液とするウェットエッチングで行うことができる。その後、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40dを剥離する(S29、図13参照)。
Subsequently, etching is performed using the
次に、本実施形態では、電極形成工程を行う前に一対の振動腕部8、9に溝部17を形成する溝部形成工程を行う(S30)。
この工程では、図14に示すように、第2エッチング保護膜40bをマスクとして第1エッチング保護膜40aをエッチング加工し(S31)、第1エッチング保護膜40aに溝部パターンを形成する。
最後に、第2エッチング保護膜40b及び第1エッチング保護膜40aをマスクとして、ウェハSをハーフエッチング加工して溝部を形成した後(S32、図15参照)、マスクとしていた第2エッチング保護膜40b、第1エッチング保護膜40aを、順にエッチング加工により除去する(S33)。これにより、図16に示すように、溝部17が形成された一対の振動腕部8、9を形成することができ、溝部形成工程が終了する。
なお、圧電振動片2は、後に行う切断工程を行うまで、図示しない連結部を介してウェハSに連結された状態となっている。
Next, in this embodiment, before performing an electrode formation process, the groove part formation process which forms the
In this step, as shown in FIG. 14, the first etching
Finally, using the second etching
The piezoelectric vibrating
次いで、複数の圧電板11の外表面上に下地金属層18a及び仕上金属層を積層して、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部8、9を振動させる電極膜18(励振電極14、引き出し電極19、20及びマウント電極15、16)を形成する電極形成工程を行う(S40)。具体的には、溝部17が形成された圧電板11の外表面に電極膜を、蒸着法やスパッタリング法等により成膜する。次いで、スプレーコート等によりフォトレジスト膜を成膜した後、フォトリソ技術を用いて露光、現像を行なうことによりフォトレジスト膜をパターニングする。そして、残存したフォトレジスト膜をマスクとして電極膜をエッチング加工して、パターニングする。その後、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去することで、上述したような電極膜18を形成することができる。
続いて、振動腕部8、9の基端部から先端部に至る領域(単層領域)に存在する電極膜18の仕上金属層の除去を行う。具体的には、仕上金属層を除去するために、フォトリソ技術を用いて、仕上金属層を残しておきたい部分及び圧電板11が露出している部分をパターニングした後、フォトレジスト膜をマスクとしてエッチングし、仕上金属層を除去することができる。
以上の工程を実施することで、電極形成工程が終了する。
Next, the
Subsequently, the finish metal layer of the
By performing the above steps, the electrode forming step is completed.
また、上記電極形成工程が終了した後、一対の振動腕部8、9の先端に周波数調整用の粗調膜21a及び微調膜21bからなる重り金属膜21(例えば、銀や金等)を被膜させる(S41)。
Further, after the electrode forming step is completed, a weight metal film 21 (for example, silver or gold) made of a frequency adjusting
次いで、圧電振動片2をリード端子31にマウントする前に、共振周波数の粗調を行う(S42)。これは、重り金属膜21の粗調膜21aにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、全体を真空チャンバーに入れた状態で、アウターリード31b間に電圧を印加して圧電振動片2を振動させる。そして、周波数を計測しながら、レーザ光により重り金属膜21の微調膜21bを蒸発させることで、周波数の調整を行う。この周波数調整を行うことで、予め決められた周波数の範囲内に圧電振動片2の周波数を調整することができる。
Next, before the piezoelectric vibrating
次いで、ウェハSと圧電振動片2とを連結していた連結部を切断して、複数の圧電振動片2をウェハSから切り離して小片化する切断工程を行う(S43)。これにより、ウェハSから、電極膜18(励振電極14、引き出し電極19、20及びマウント電極15、16)が形成された圧電振動片2を一度に複数製造することができる。
Next, a connecting step that connects the wafer S and the piezoelectric vibrating
(3)作用・効果
次に、本実施形態の圧電振動片の製造方法の効果について説明するが、その前に比較例の圧電振動片の製造方法の問題点について、図面を用いて説明する。尚、比較例の圧電振動片の製造方法において、本実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(3) Actions / Effects Next, the effects of the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the present embodiment will be described. Prior to that, problems of the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the comparative example will be described with reference to the drawings. In addition, in the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece of the comparative example, the same reference numerals are given to the same components as those of the present embodiment, and detailed description thereof is omitted.
(3.1)比較例の圧電振動片の製造方法
比較例の圧電振動片の製造方法においては、研磨後のウェハSをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片2の外形形状をパターニングする外形形成工程と、一対の振動腕部の両主面上に、振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する溝部形成工程と、をそれぞれ別のフォトマスクを用いて行う点で、本実施形態における製造方法と異なっている。この工程について、以下、図17ないし図25を参照しながら具体的に説明する。
(3.1) Manufacturing Method of Piezoelectric Vibrating Piece of Comparative Example In the manufacturing method of the piezoelectric vibrating piece of the comparative example, the polished wafer S is etched by photolithography, and the outer shapes of the plurality of piezoelectric vibrating
本実施形態と同様に、始めに、ポリッシングが終了したウェハSを準備(S10)した後、ウェハSの両主面にエッチング保護膜40とフォトレジスト膜40cをそれぞれ成膜する(S51)。
As in the present embodiment, first, after polishing (S10), the polished wafer S is prepared, and then an
次いで、エッチング保護膜40及びフォトレジスト膜40cが成膜されたウェハSの両主面を、外形パターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、現像することで、フォトレジスト膜40cに外形パターンを形成する(S52、図18参照)。
この外形パターンが形成されたフォトレジスト膜40c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40の第2エッチング保護膜40bを選択的に除去して、第2エッチング保護膜40bに外形パターンを形成する(S53、図19参照)。
続いて、外形パターンが形成されたフォトレジスト膜40c及び第2エッチング保護膜40bをマスクとしてエッチング加工を行い、第1エッチング保護膜40aに外形パターンを形成する(S54)。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜40cを剥離する(S55)。これにより、図20に示すように、エッチング保護膜40に外形パターンが形成される。
Next, both the main surfaces of the wafer S on which the
Etching is performed using the
Subsequently, an etching process is performed using the
次いで、ウェハSの両主面に再度フォトレジスト膜40cを形成した後(S56、図21参照)、外形パターン及び溝部パターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、フォトレジスト膜40cに外形パターンおよび溝部パターンを形成する(S57、図22参照)。尚、この際、圧電振動片2の外形パターンよりも一回り大きく、エッチング保護膜40の周囲を囲むように、フォトレジスト膜40cに外形パターンを形成する。
Next, after forming a
続いて、図23に示すように、フォトレジスト膜40c、第2エッチング保護膜40b及び第1エッチング保護膜40a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ウェハSを選択的に除去し(S58)、圧電振動片2の外形形状、即ち、一対の振動腕部8、9及び基部10の外形形状を形成する。尚、フォトレジスト膜40cは圧電振動片の外形パターンより一回り大きくパターニングされているが、ウェットエッチングの薬液がフォトレジスト膜40cとウェハSとの間に入り込むので、ウェハSは圧電振動片2の外形形状にエッチングされる。
Subsequently, as shown in FIG. 23, etching is performed using the
次いで、溝部パターンが形成されたフォトレジスト膜40cをマスクとして、第2エッチング保護膜40b、第1エッチング保護膜40aを順にエッチング加工(S61、S62)した後、溝部パターンが形成されたフォトレジスト膜40c、第2エッチング保護膜40b及び第1エッチング保護膜40aをマスクとして、ウェハSをハーフエッチング加工して溝部を形成する(S63、図24参照)。
最後に、マスクとしていた溝部パターンが形成されたフォトレジスト膜40cを剥離し(S64)、第2エッチング保護膜40b、第1エッチング保護膜40aを、順にエッチング加工により除去する(S65、S66)。これにより、図25に示すように、溝部17が形成された一対の振動腕部8、9を形成することができ、溝部形成工程が終了する。
Next, the second etching
Finally, the
上述したように、比較例の圧電振動片の製造方法においては、研磨後のウェハSをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片2の外形形状をパターニングする外形形成工程と、一対の振動腕部の両主面上に、溝部を形成する溝部形成工程と、をそれぞれ別のフォトマスクを用いて行う。すなわち、外形パターンが描画されたフォトマスクを用いてフォトレジスト膜に外形パターンを形成し、その外形パターンに基づいてウェハに外形形状を形成した後に、溝部パターンが描画された別のフォトマスクを用いてフォトレジスト膜に溝部パターンを形成し、その溝部パターンに基づいてウェハに溝部形状を形成する。そのために、複数回の露光を行う必要がある。
しかるに、外形パターンと溝部パターンの位置合わせ精度は露光機性能に依存し、また、量産のバラツキを完全に防止することは難しく、加工ごとに位置合わせ精度にバラツキが発生しやすく、図26に示すように、外形パターンのうち振動腕部パターンの中心(図26中の1点鎖線)に対して溝部パターンの中心(図26中の破線)がずれるという問題が発生する。
更に、一枚のウェハS内においても、露光による熱で外形形成用のフォトマスクと溝部形成用のフォトマスクの熱膨張量に差が発生した場合は、図27に示すように、複数形成される圧電振動片の外形パターンピッチ(図27中の1点鎖線)と、溝部パターンピッチ(図27中の破線)が合致しなくなるという問題も発生する。
係る溝部パターンがずれる要因は、図22(b)に一例として示すように、外形パターンが形成された後に、溝部パターンが描画されたマスクを用いて露光し、溝部パターンを形成する工程(S57)で発生する。
係る状態で加工された圧電振動片からなる圧電振動子は、形成された溝部パターンが振動腕の中心からずれてしまい、又、そのずれ量がウェハ面内でばらついて、周波数シフトやCI値の上昇等により、歩留まりを大きく低下させてしまう虞があった。
As described above, in the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece of the comparative example, the outer shape forming step of patterning the outer shapes of the plurality of piezoelectric vibrating
However, the alignment accuracy between the outer shape pattern and the groove pattern depends on the exposure machine performance, and it is difficult to completely prevent the variation in mass production, and the alignment accuracy tends to vary from processing to processing, as shown in FIG. Thus, there arises a problem that the center of the groove pattern (broken line in FIG. 26) is deviated from the center of the vibrating arm pattern (one-dot chain line in FIG. 26) of the outer shape pattern.
Further, even if a difference in the thermal expansion between the photomask for forming the outer shape and the photomask for forming the groove portion is generated in the single wafer S due to the heat from the exposure, a plurality of them are formed as shown in FIG. There is also a problem that the outer pattern pitch of the piezoelectric vibrating reed (dotted line in FIG. 27) and the groove pattern pitch (broken line in FIG. 27) do not match.
As shown in FIG. 22 (b) as an example, the cause of the shift of the groove pattern is the step of forming the groove pattern by exposing the groove pattern to the mask after drawing the outer shape pattern (S57). Occurs.
In the piezoelectric vibrator composed of the piezoelectric vibrating piece processed in such a state, the formed groove pattern is displaced from the center of the vibrating arm, and the amount of deviation varies within the wafer surface, resulting in a frequency shift or CI value. There was a risk that the yield would be greatly reduced due to an increase or the like.
(3.2)本実施形態の作用・効果
本実施形態に係る圧電振動片の製造方法は、エッチング保護膜40及びフォトレジスト膜40cが積層して成膜されたウェハSの両主面を、外形パターンおよび溝部パターンが描画されたフォトマスクを用いて一括で露光し、現像することで、第1フォトレジスト膜40cに外形パターンおよび溝部パターンを形成する(S22)。
従って、外形パターンと溝部パターンとを形成するためのそれぞれのフォトマスクの位置合わせ工程が不要となり、加工ごとに位置合わせ精度にバラツキが発生することを防止することができる。
又、一枚のウェハS内においても、外形形成用のフォトマスクと溝形成用のフォトマスクとが同一のフォトマスクとして構成されているために、それぞれのフォトマスクの熱膨張量に差が発生し、複数形成される圧電振動片の外形パターンピッチと、溝部パターンピッチが合致しなくなるという問題が発生することを防止することができる。
すなわち、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法によれば、形成された溝部パターンが振動腕部の中心と精度よく一致し、又、ウェハ面内の、例えば、中心領域と周辺領域において、ばらつくことなく、振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
(3.2) Action / Effect of this Embodiment The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to this embodiment is obtained by applying both main surfaces of the wafer S formed by laminating the etching
Therefore, the alignment process of each photomask for forming the external pattern and the groove pattern is not necessary, and it is possible to prevent the alignment accuracy from being varied for each processing.
Also, even within a single wafer S, the photomask for forming the outer shape and the photomask for forming the groove are configured as the same photomask, so that a difference occurs in the thermal expansion amount of each photomask. In addition, it is possible to prevent the problem that the external pattern pitch of the plurality of formed piezoelectric vibrating reeds does not match the groove pattern pitch.
That is, according to the method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the present embodiment, the formed groove pattern pattern coincides with the center of the vibrating arm portion accurately, and in the wafer surface, for example, in the central region and the peripheral region, Without variation, it is possible to prevent deterioration of vibrator characteristics and a decrease in yield.
又、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法は、エッチング保護膜40及びフォトレジスト膜40cが積層して成膜されたウェハSの両主面を、外形パターンおよび溝部パターンが描画されたフォトマスクを用いて一括で露光し、現像することで、第1フォトレジスト膜40cに外形パターンおよび溝部パターンを形成した後、この外形パターンおよび溝部パターンが形成された第1フォトレジスト膜40c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40の第2エッチング保護膜40bのみを選択的に除去する。
従って、第2エッチング保護膜40bを、圧電振動片2の外形形状及び溝部形状と同様の形状を有する外形パターン及び溝部パターンとして形成することができる(S24)。即ち、圧電振動片2の基端部から先端部に向かって一定長さL形成された溝部17を備えた一対の振動腕部8、9及び基部10の外形形状をパターニングすることができるため、形成された溝部パターンが振動腕部の中心と精度よく一致し、又、ウェハ面内の、例えば、中心領域と周辺領域において、ばらつくことなく、振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
In addition, in the method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to the present embodiment, the outer surface pattern and the groove pattern are drawn on both main surfaces of the wafer S formed by laminating the etching
Therefore, the second etching
本実施形態に係る圧電振動片の製造方法は、第2エッチング保護膜40bのみ外形パターン及び溝部パターンが形成されたウェハSの両主面の全面に再度レジスト材料を塗布した後、溝部パターンを覆うパターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、第2エッチング保護膜40bの溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40dを形成する(S26)が、第2フォトレジスト膜40dは、その端部が、加工工程S23でエッチングされた第2エッチング保護膜40bの外形(振動腕部)パターンの端部よりも内側であり、かつ、溝部パターンよりも外側に形成されている(図11参照)。
しかるに、一般的にフォトマスクの熱膨張量差は3μmないし5μmであるところ、形成される溝部パターン幅は約50μm、第2エッチング保護膜40bの振動腕部パターン幅は約100μm(図11(b)参照)であることから、第2フォトレジスト膜40dの幅を75μm程度に形成した上で、第2フォトレジスト膜40dのずれ量管理を5μmないし10μmの精度で行えば、第2フォトレジスト膜40dによって常に溝部パターンを覆うことができる。
従って、ウェハSの両主面に形成される溝部パターンを覆う第2フォトレジスト膜40dがずれて形成されても、以降の溝部形成工程において、形成された溝部の中心が振動腕部の中心と精度よく一致し、又、ウェハ面内の、例えば、中心領域と周辺領域において、ばらつくことなく、振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
又、第2エッチング保護膜40bの外形パターンより内側に第2フォトレジスト膜40dを形成するので、後続する第2エッチング保護膜40bおよび第2フォトレジスト膜40dをマスクとして第1エッチング保護膜40aをエッチングし第1エッチング保護膜40aに外形パターンを形成する工程において、第1フォトレジスト膜40cの外形パターンに基づいて形成された第2エッチング保護膜40bの外形パターンに沿って第1エッチング保護膜40aに外形パターンを形成することができる。したがって、圧電振動片の外形を精度良く形成することができる。
In the method of manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to the present embodiment, the resist material is applied again over the entire main surfaces of the wafer S on which only the second etching
However, generally, the difference in the thermal expansion amount of the photomask is 3 μm to 5 μm, the groove pattern width to be formed is about 50 μm, and the vibration arm pattern width of the second etching
Therefore, even if the
Further, since the
(4)圧電振動片の変形例
本実施形態に係る圧電振動片の製造方法は、振動腕部に溝を有する圧電振動片全般に適用することができる。
(4) Modified Example of Piezoelectric Vibrating Piece The method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to this embodiment can be applied to all piezoelectric vibrating pieces having grooves in the vibrating arm portion.
例えば、図28(a)に示すように、振動腕部8、9の先端部に、基端部に比べて幅方向に沿う長さを拡大したハンマー部231、232が形成された先端ハンマータイプの圧電振動片200が知られている。この構成によれば、ハンマー部231、232を形成することで、振動腕部8、9の先端部をより重くすることができ、振動時における慣性モーメントを増大できる。そのため、振動腕部8、9が振動しやすくなり、振動腕部8、9の長さを短くすることができ、更なる小型化を図りやすい。
係る先端ハンマータイプの圧電振動片200においても、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法によれば、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
For example, as shown in FIG. 28 (a), the tip hammer type in which hammer
Also in the tip hammer type
又、図28(b)に示すように、基部のうち、マウント部に一対のサイドアーム37が一体的に形成されているサイドアームタイプの圧電振動片300も知られている。具体的には、マウント部22は、幅狭部23を間に挟んで接続部24の反対側に配置されたマウント部本体38の幅方向両側に、振動腕の長手方向に延在した一対のサイドアーム37を備えている。図28(c)には、支持アーム47が一対の振動腕部8、9の間に配置された、いわゆる内側支持タイプの圧電振動片400を示す。これらの構成によれば、基部10において、振動腕部8、9との接続部24と、マウント部(サイドアーム37の先端部または支持アーム47の先端部)との距離を確保できるために、圧電振動片の全長を増大させることなく、振動漏れを抑制しCI値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることができる。
係るサイドアームタイプの圧電振動片300及び内側支持タイプの圧電振動片400においても、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法によれば、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。
As shown in FIG. 28B, a side arm type piezoelectric vibrating
Also in the side arm type piezoelectric vibrating
(5)発信器の実施形態
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図29を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図29に示すように、圧電振動子1を、集積回路101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100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1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。
(5) Embodiment of Transmitter Next, an embodiment of an oscillator according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 29, the
このように構成された発振器100において、圧電振動子1に電圧を印加すると、該圧電振動子1内の圧電振動片2が振動する。この振動は、圧電振動片2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101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101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1が発振子として機能する。
また、集積回路101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。
In the
Further, by selectively setting the configuration of the
上述したように、本実施形態の発振器100によれば、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる製造方法によって製造された圧電振動片2からなる圧電振動子1を備えているので、発振器100自体も同様に振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。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。
As described above, according to the
(6)電子機器の実施形態
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図30を参照しながら説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器110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。
(6) Embodiment of Electronic Device Next, an embodiment of an electronic device according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that the
次に、本実施形態の携帯情報機器110の構成について説明する。この携帯情報機器110は、図30に示すように、圧電振動子1と、電力を供給するための電源部111とを備えている。電源部111は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部111には、各種制御を行う制御部112と、時刻等のカウントを行う計時部113と、外部との通信を行う通信部114と、各種情報を表示する表示部115と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部116とが並列に接続されている。そして、電源部111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。
Next, the configuration of the
制御部112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112は、予めプログラムが書き込まれたROMと、該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、該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。
The
計時部113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1とを備えている。圧電振動子1に電圧を印加すると圧電振動片2が振動し、該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112と信号の送受信が行われ、表示部115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。
The
通信部114は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部117、音声処理部118、切替部119、増幅部120、音声入出力部121、電話番号入力部122、着信音発生部123及び呼制御メモリ部124を備えている。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120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120は、音声処理部118又は音声入出力部121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121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。
The
The
また、着信音発生部123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119は、着信時に限って、音声処理部118に接続されている増幅部120を着信音発生部123に切り替えることによって、着信音発生部123において生成された着信音が増幅部120を介して音声入出力部121に出力される。
なお、呼制御メモリ部124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122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。
In addition, the
The call
電圧検出部116は、電源部111によって制御部112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112に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部114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116から電圧降下の通知を受けた制御部112は、無線部117、音声処理部118、切替部119及び着信音発生部123の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部117の動作停止は、必須となる。更に、表示部115に、通信部114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。
When the voltage applied to each functional unit such as the
即ち、電圧検出部116と制御部112とによって、通信部114の動作を禁止し、その旨を表示部115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115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114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126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
That is, the operation of the
In addition, the function of the
上述したように、本実施形態の携帯情報機器110によれば、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる製造方法によって製造された圧電振動片2からなる圧電振動子1を備えているので、携帯情報機器自体も同様に振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。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。
As described above, according to the
(7)電波時計の実施形態
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図31を参照しながら説明する。
本実施形態の電波時計130は、図31に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1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。
(7) Embodiment of Radio Timepiece Next, an embodiment of the radio timepiece according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 31, the
In Japan, there are transmitting stations (transmitting stations) that transmit standard radio waves in Fukushima Prefecture (40 kHz) and Saga Prefecture (60 kHz), each transmitting standard radio waves. Long waves such as 40 kHz or 60 kHz have the property of propagating the surface of the earth and the property of propagating while reflecting the ionosphere and the surface of the earth, so the propagation range is wide, and the above two transmitting stations cover all of Japan. doing.
以下、電波時計130の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ132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133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131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1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138、139をそれぞれ備えている。
Hereinafter, the functional configuration of the
The
The
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路134により検波復調される。
続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136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、RTC137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138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
Further, the filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by the detection and
Subsequently, the time code is taken out via the
Since the carrier wave is 40 kHz or 60 kHz, the
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130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1を必要とする。
In addition, although the above-mentioned description was shown in the example in Japan, the frequency of the long standard wave is different overseas. For example, in Germany, a standard radio wave of 77.5 KHz is used. Accordingly, when the
上述したように、本実施形態の電波時計130によれば、溝の位置ずれによる振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる製造方法によって製造された圧電振動片2からなる圧電振動子1を備えているので、電波時計自体も同様に振動子特性の悪化や歩留まりの低下を防止することができる。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。
As described above, according to the radio-controlled
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要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、上記実施形態では、圧電振動子の一例として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1を例に挙げて説明したが、この圧電振動子1に限定されるものではない。例えば、セラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子1を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。また、複数の基板を積層して形成されたパッケージのキャビティ内に圧電振動片を封入した表面実装型の圧電振動子としてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
For example, in the above-described embodiment, the cylinder package type
1 圧電振動子
2 圧電振動片
8 振動腕部
9 振動腕部
10 基部
11 圧電板
17 溝部
18 電極膜
18a 下地金属層
40a 第1エッチング保護膜
40b 第2エッチング保護膜
40c 第1フォトレジスト膜
40d 第2フォトレジスト膜
100 発振器
101 発振器の集積回路
110 携帯情報機器(電子機器)
113 電子機器の計時部
130 電波時計
131 電波時計のフィルタ部
200 先端ハンマータイプの圧電振動片
300 サイドアームタイプの圧電振動片
400 内側支持タイプの圧電振動片
S ウェハ
L 一定長さ
DESCRIPTION OF
113
Claims (8)
圧電ウェハの両主面上に、第1エッチング保護膜、第2エッチング保護膜および第1フォトレジスト膜を順に形成する工程と、
前記外形のパターンおよび前記溝部のパターンが描画されたフォトマスクを介して前記第1フォトレジスト膜を露光し、前記第1フォトレジスト膜に前記外形パターンおよび前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第1フォトレジスト膜をマスクとして前記第2エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第2エッチング保護膜に前記外形パターンおよび前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜に形成された前記溝部パターンを覆うように、第2フォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜および前記第2フォトレジスト膜をマスクとして前記第1エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第1エッチング保護膜に前記外形パターンを形成する工程と、
前記第1エッチング保護膜をマスクとして前記圧電ウェハをエッチング加工し、前記圧電ウェハに前記外形を形成する工程と、
前記第2エッチング保護膜をマスクとして前記第1エッチング保護膜をエッチング加工し、前記第1エッチング保護膜に前記溝部パターンを形成する工程と、
前記第1エッチング保護膜をマスクとして前記圧電ウェハをハーフエッチング加工し、前記圧電ウェハに前記溝部を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A piezoelectric device having a pair of vibrating arm portions arranged in parallel and an outer shape of a base portion for fixing a proximal end side of the pair of vibrating arm portions and having groove portions formed on both main surfaces of the pair of vibrating arm portions. A method of manufacturing a vibrating piece,
Forming a first etching protective film, a second etching protective film, and a first photoresist film in order on both main surfaces of the piezoelectric wafer;
Exposing the first photoresist film through a photomask on which the outer pattern and the groove pattern are drawn, and forming the outer pattern and the groove pattern on the first photoresist film;
Etching the second etching protective film using the first photoresist film as a mask, and forming the outer pattern and the groove pattern in the second etching protective film;
Forming a second photoresist film so as to cover the groove pattern formed in the second etching protective film;
Etching the first etching protective film using the second etching protective film and the second photoresist film as a mask, and forming the outer pattern on the first etching protective film;
Etching the piezoelectric wafer using the first etching protective film as a mask to form the outer shape on the piezoelectric wafer;
Etching the first etching protective film using the second etching protective film as a mask, and forming the groove pattern in the first etching protective film;
Half-etching the piezoelectric wafer using the first etching protective film as a mask, and forming the groove in the piezoelectric wafer.
A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。 In the step of forming the second photoresist film, the second photoresist film is formed inside the outer shape pattern of the second etching protective film.
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片の製造方法。 In the photomask, the external pattern and the groove pattern of the plurality of piezoelectric vibrating pieces are drawn.
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 1.
ことを特徴とする圧電振動片。 It was manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3.
A piezoelectric vibrating piece characterized by that.
ことを特徴とする圧電振動子。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 4 is provided.
A piezoelectric vibrator characterized by that.
ことを特徴とする発振器。 The piezoelectric vibrator according to claim 5 is electrically connected to an integrated circuit as an oscillator.
An oscillator characterized by that.
ことを特徴とする電子機器。 The piezoelectric vibrator according to claim 5 is electrically connected to the timekeeping unit.
An electronic device characterized by that.
ことを特徴とする電波時計。 The piezoelectric vibrator according to claim 5 is electrically connected to the filter unit.
A radio-controlled timepiece.
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