JP3432983B2 - Quartz crystal resonator and its manufacturing method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング加工によっ
て外形形成する水晶振動子の製造方法とＣｒの拡散を防
止した水晶振動子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a crystal unit whose outer shape is formed by etching and a crystal unit in which the diffusion of Cr is prevented.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、水晶板をエッチング加工によ
って外形成形する水晶板のエッチング加工時に使用する
プロテクト膜の構造は、水晶の表面の残すべき部分にＣ
ｒ（クロム）層を蒸着し、その上にＡｕ（金）層を蒸着
して、エッチング液（フッ酸混液）に浸して，フォトリ
ソ加工によりプロテクト膜の付けて無い部分をエッチン
グして除去する方法が採られていた。また、水晶振動子
の励振電極としてＣｒ層の上にＡｕ層を蒸着する電極が
用いられてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, the structure of a protect film used for etching a quartz plate, which is an outer shape of a quartz plate by etching, has a C on the surface of the quartz to be left.
A method of vapor-depositing an r (chrome) layer, vapor-depositing an Au (gold) layer thereon, immersing it in an etching solution (hydrofluoric acid mixed solution), and etching and removing a portion without a protective film by photolithography. Was taken. Further, an electrode for depositing an Au layer on a Cr layer has been used as an excitation electrode of a crystal unit.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、加工しようと
する水晶板の厚みが厚くなると、エッチング時間が長く
なり、プロテクト膜がその時間に耐え切れなくなり、プ
ロテクト膜が破損するとプロテクト膜が破損した部分の
水晶、即ち水晶板の必要な部分がエッチングされてしま
う。また、励振電極でＣｒ層、Ａｕ層だけでは、Ｃｒが
Ａｕ層の中に拡散されてしまう。その結果、弾性定数が
見かけ上変わり、周波数が時間とともに変化してしま
う。However, when the thickness of the crystal plate to be processed becomes thick, the etching time becomes long, the protect film cannot withstand the time, and when the protect film is damaged, the part where the protect film is damaged is damaged. The crystal, that is, the necessary portion of the crystal plate, is etched. Moreover, Cr is diffused into the Au layer only with the Cr layer and the Au layer in the excitation electrode. As a result, the elastic constant apparently changes, and the frequency changes with time.

【０００４】図３に従来例を示す。水晶板１上のプロテ
クト膜の厚みを厚くすればよいのであるが、前記のプロ
テクト膜のＣｒ層２下地の上にＡｕ層３を蒸着するが、
そのＡｕ層を厚く蒸着すると、Ａｕの粒子が巨大化する
とともに、粒子間に隙間が発生して蒸着面が緻密でなく
なり、そのためにＡｕ層のプロテクト膜を厚くしてもプ
ロテクト効果が向上しなくなる。従ってプロテクト膜が
破損する様な事態の場合には、エッチングを中止してプ
ロテクト膜を付け直してエッチングを続行しなければな
らないと言う手間の掛かる作業が増えるという課題があ
った。FIG. 3 shows a conventional example. It suffices to increase the thickness of the protect film on the crystal plate 1. The Au layer 3 is vapor-deposited on the underlayer of the Cr layer 2 of the protect film.
When the Au layer is vapor-deposited thickly, the Au particles become huge and gaps are generated between the particles to make the vapor deposition surface less dense. Therefore, even if the protective film of the Au layer is thickened, the protective effect cannot be improved. . Therefore, in a case where the protect film is damaged, there is a problem that the time-consuming work such as having to stop the etching, reattach the protect film, and continue the etching increases.

【０００５】[0005]

【課題を解決する手段】この課題を解決するために、プ
ロテクト膜の厚みに比例してプロテクト効果が向上する
様にプロテクト膜が、緻密な状態を維持しつつ厚みを厚
くできる様に、前記のプロテクト膜のＣｒ層下地の上に
Ａｕ層を蒸着し、そのＡｕ層の上にＣｒ層を蒸着してそ
の上に更にＡｕ層を蒸着する。この様に、Ｃｒ層をはさ
みながらＡｕ層を重ねることで課題を解決した。また、
励振電極においてＣｒ層の上にＡｕ層、さらにＮｉ層又
はＮｉＣｒ層にＡｕ層を蒸着し、ＣｒのＡｕへの拡散を
防止できた。In order to solve this problem, in order to improve the protection effect in proportion to the thickness of the protection film, the protection film can be thickened while maintaining a dense state. An Au layer is vapor-deposited on the underlayer of the Cr layer of the protect film, a Cr layer is vapor-deposited on the Au layer, and an Au layer is further vapor-deposited thereon. Thus, the problem was solved by stacking the Au layers while sandwiching the Cr layer. Also,
It was possible to prevent the diffusion of Cr into Au by vapor-depositing an Au layer on the Cr layer and further depositing an Au layer on the Ni layer or the NiCr layer in the excitation electrode.

【０００６】[0006]

【背景及び作用】一般的に、厚みの薄い水晶板（例えば
ｔ＝０．２ｍｍ程度までの板）をエッチング加工する場
合は、Ｃｒ層とＡｕ層の蒸着で作られたプロテクト膜で
充分対応できる。しかし、近年厚みの厚い水晶板（例え
ばｔ＝０．２〜０．６ｍｍ程度の板）のエッチング加工
の必要性が増大したためと、更にエッチング面をできる
だけ水晶板の面から垂直にエッチングすると言う必要性
が高まって来た。[Background and Action] Generally, when a thin quartz plate (for example, a plate up to about t = 0.2 mm) is etched, a protective film formed by vapor deposition of a Cr layer and an Au layer is sufficient. . However, in recent years, the necessity of etching a thick crystal plate (for example, a plate having a thickness of about t = 0.2 to 0.6 mm) has increased, and it is necessary to say that the etching surface is etched as vertically as possible from the surface of the crystal plate. The nature has increased.

【０００７】このエッチング面を水晶板の面に垂直にす
ると言うことは、水晶が異方性の結晶であるために、水
晶の軸方向によってエッチングレートが異なり、例えば
Ｚ板（Ｚ軸に水直な面の水晶板）では、Ｘ軸上にあるエ
ッチング断面は水晶板の両面からエッチングされるた
め、板の厚み方向の中央が凸になる傾向がある。この板
の厚み方向の中央の凸は水晶の軸方向と関連があり、−
Ｘ方向にある断面は板の厚み方向の中央の凸は小さく、
＋Ｘ方向にある断面は板の厚み方向の中央の凸は大き
い。The fact that the etching surface is perpendicular to the surface of the crystal plate means that the crystal is an anisotropic crystal and therefore the etching rate differs depending on the axial direction of the crystal. In the case of a quartz plate having a flat surface), the etching cross section on the X axis is etched from both sides of the quartz plate, so that the center in the thickness direction of the plate tends to be convex. The central projection in the thickness direction of this plate is related to the axial direction of the crystal, −
The cross section in the X direction has a small convex in the center of the plate in the thickness direction,
In the cross section in the + X direction, the central projection in the thickness direction of the plate is large.

【０００８】水晶板の厚み方向の中央の凸は、アームの
アンバランス原因になる等の理由で水晶振動子の特性を
悪化させる要因になる。故に、水晶板の厚み方向の中央
の凸は、無くしたい。The central protrusion in the thickness direction of the crystal plate becomes a factor of deteriorating the characteristics of the crystal unit because of the cause of imbalance of the arm. Therefore, we want to eliminate the central protrusion in the thickness direction of the crystal plate.

【０００９】一般的に、この水晶板の厚み方向の中央の
凸を小さくするには、エッチング時間を長くする（単に
水晶板が抜けた段階よりも、もっとエッチングを深く行
う）ことに依って実現できる。水晶板の厚み方向の中央
の凸の一番大きい面の凸が、満足できる程度まで小さく
なるか、或いは無くなるまでエッチングを行うため、当
然エッチング時間が長くなる。In general, in order to reduce the central projection of the crystal plate in the thickness direction, it is realized by prolonging the etching time (etching more deeply than just removing the crystal plate). it can. Etching is performed until the projection of the largest central projection in the thickness direction of the crystal plate is reduced to a satisfactory degree or disappeared, so that the etching time naturally increases.

【００１０】エッチングに長時間耐えられるプロテクト
膜を必要とする背景である。因に、元来エッチング液に
侵されないはずのＡｕ層を使用したプロテクト膜が侵さ
れる理由は、Ｃｒの拡散に起因している。Ｃｒは、その
拡散性の良さで他の物質（例えば水晶、Ａｕ等）に拡散
する。この拡散故に密着性が良く、水晶とＡｕ層の接着
のために使用される。しかし、ＣｒがＡｕの中に拡散し
てＡｕ層の表面迄拡散が進むと、エッチングのときに、
このＣｒの部分がエッチング液（例えばフッ酸混液）に
侵されプロテクト膜に孔が開き、その孔の部分の水晶板
が侵されることになる。なお、外形形成後、プロテクト
膜を除去し、水晶片上に励振電極を形成する。励振電極
においては、ＣｒのＡｕへの拡散の進行により見かけ上
の弾性定数の変動を生じ、周波数が除々に変化してしま
う。This is the background to the need for a protective film that can withstand etching for a long time. Incidentally, the reason why the protect film using the Au layer, which should not be originally attacked by the etching solution, is attacked is due to the diffusion of Cr. Due to its good diffusibility, Cr diffuses into other substances (eg, quartz, Au, etc.). Due to this diffusion, the adhesiveness is good, and it is used for bonding the quartz layer and the Au layer. However, if Cr diffuses into Au and spreads to the surface of the Au layer, during etching,
The Cr portion is attacked by an etching solution (for example, a hydrofluoric acid mixed solution) to open a hole in the protect film, and the quartz plate in the hole portion is attacked. After the outer shape is formed, the protect film is removed and the excitation electrode is formed on the crystal piece. In the excitation electrode, the apparent elastic constant fluctuates due to the progress of diffusion of Cr into Au, and the frequency gradually changes.

【００１１】[0011]

【実施例】【Example】

（請求項１に関する実施例）図１に、本発明の請求項１
に関する詳細な実施例を示す断面図を示す。水晶板１の
上にＣｒ層２を蒸着しその上にＡｕ層３を蒸着する。そ
の上にＣｒ層４を蒸着しその上にＡｕ層５蒸着する。こ
れでＣｒ層とＡｕ層の膜を２組蒸着したことになる。そ
の上にＣｒ層６を蒸着しその上にＡｕ層７を蒸着する。
これでＣｒ層とＡｕ層の膜を３組蒸着したことになる。(Embodiment related to claim 1) FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a detailed example regarding the above. The Cr layer 2 is vapor-deposited on the crystal plate 1, and the Au layer 3 is vapor-deposited thereon. A Cr layer 4 is vapor-deposited thereon, and an Au layer 5 is vapor-deposited thereon. This means that two sets of Cr layer and Au layer films were vapor deposited. A Cr layer 6 is vapor-deposited thereon, and an Au layer 7 is vapor-deposited thereon.
This means that three sets of Cr layer and Au layer films were deposited.

【００１２】Ｃｒ層は５０±１０％ｎｍ、Ａｕ層は２０
０±１０％ｎｍとして、エッチング液（一例、フッ酸系
エッチング剤）とした場合のプロテクト膜の蒸着の層数
とプロテクト時間の関係の一例は、次に示す通りであ
る。The Cr layer is 50 ± 10% nm, and the Au layer is 20.
An example of the relationship between the number of vapor deposition layers of the protect film and the protect time when the etchant is 0 ± 10% nm and is used as an etching solution (for example, a hydrofluoric acid-based etchant) is as follows.

【００１３】 蒸 着 組 数 プロテクト時間 １ 組 → ６０分 ２ 組 → １８０分 ３ 組 → ３００〜３６０分[0013] Number of vapor deposition groups Protect time 1 group → 60 minutes 2 pairs → 180 minutes 3 groups → 300 to 360 minutes

【００１４】Ｃｒ層とＡｕ層を重ねると、プロテクト膜
のプロテクト時間が前記の様に、プロテクト層を増す程
長くなっているが、単に１組の２倍、３倍になるのでは
なく、１組の約３倍、約６倍と増加している。When the Cr layer and the Au layer are overlapped, the protect time of the protect film becomes longer as the protect layer increases, as described above. The number is about 3 times and about 6 times that of the set.

【００１５】（請求項２に関する実施例）図２に、本発
明の請求項２に関する詳細な実施例の断面図を示す。水
晶板１の上にＣｒ層２を蒸着しその上にＡｕ層３を蒸着
する。その上にＮｉ又はＮｉＣｒ層８を蒸着しその上に
Ａｕ層９を蒸着する。これでＣｒがＡｕ層の膜の表面迄
拡散してくるのをＮｉ層で防止している。(Embodiment relating to Claim 2) FIG. 2 is a sectional view showing a detailed embodiment relating to Claim 2 of the present invention. The Cr layer 2 is vapor-deposited on the crystal plate 1, and the Au layer 3 is vapor-deposited thereon. A Ni or NiCr layer 8 is vapor-deposited thereon, and an Au layer 9 is vapor-deposited thereon. This prevents the Ni layer from spreading Cr to the surface of the Au layer film.

【００１６】Ｃｒ層５０±１０％ｎｍ、Ａｕ層１９０±
１０％ｎｍ、Ｎｉ又はＮｉＣｒ層３０±１０％ｎｍ、Ａ
ｕ層は２００±１０％ｎｍとして、エッチング液（一
例、フッ酸系エッチング剤）とした場合のプロテクト膜
のプロテクト時間の一例は、約４００分である。Cr layer 50 ± 10% nm, Au layer 190 ±
10% nm, Ni or NiCr layer 30 ± 10% nm, A
When the u layer is 200 ± 10% nm and an etching solution (for example, a hydrofluoric acid-based etching agent) is used, an example of the protect time of the protect film is about 400 minutes.

【００１７】（請求項３に関する実施例）図２に本発明
の請求項３に関する実施例の断面図を示す。励振電極
は、前述請求項２と同様の構造である。水晶板上のＣｒ
層２とＡｕ層３との間では拡散が生じるが、Ａｕ層３の
上にＮｉ又はＮｉ又はＮｉＣｒ層８を、さらにＡｕ層９
を蒸着することによって、Ａｕ層３の中に拡散したＣｒ
はＮｉ又はＮｉＣｒ層８に阻まれ、それ以上拡散できな
くなる。Ｎｉ又はＮｉＣｒ層８上のＡｕ層９はＮｉ又は
ＮｉＣｒ層８の酸化防止のためにある。(Embodiment relating to claim 3) FIG. 2 shows a sectional view of an embodiment relating to claim 3 of the present invention. The excitation electrode has the same structure as in claim 2 described above. Cr on the crystal plate
Although diffusion occurs between the layer 2 and the Au layer 3, a Ni or Ni or NiCr layer 8 is further formed on the Au layer 3, and an Au layer 9 is further formed.
Of Cr diffused in the Au layer 3 by vapor deposition of
Is blocked by the Ni or NiCr layer 8 and can no longer diffuse. The Au layer 9 on the Ni or NiCr layer 8 is for preventing the Ni or NiCr layer 8 from being oxidized.

【００１８】[0018]

【発明の効果】本発明により、エッチング液に対してプ
ロテクト時間の長いプロテクト膜が実現できたので、一
回のプロテクト膜の形成で厚みの厚い水晶板のエッチン
グ加工が可能になっただけでなく、水晶表面に垂直なエ
ッチング面を容易に作れる様になり、従って外形バラン
ス精度の良い水晶板の加工が実現できる等の効果があり
水晶振動子の高性能化及び高信頼性化、生産性の向上に
よるコストダウンが実現できた。また、励振電極にＣ
ｒ、ＡｕさらにＮｉ又はＮｉＣｒ、Ａｕを蒸着すること
によって、ＣｒのＡｕへの拡散が減少し、水晶振動子の
経時変化が極めて少なくなった。According to the present invention, since a protect film having a long protect time against an etching solution can be realized, not only is it possible to etch a thick crystal plate by forming the protect film once. , The etching surface perpendicular to the crystal surface can be easily made, and therefore, the effect of being able to realize the processing of the crystal plate with a good outer shape balance accuracy can be achieved. We were able to reduce costs through improvements. Also, C is used as the excitation electrode.
By vapor-depositing r, Au, Ni or NiCr, Au, the diffusion of Cr into Au was reduced, and the change with time of the crystal unit was extremely reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明のプロテクト膜の構成の実施例を示す断
面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the structure of a protect film of the present invention.

【図２】本発明のプロテクト膜及び励振電極の構成の実
施例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a protect film and an excitation electrode of the present invention.

【図３】従来技術のプロテクト膜の構成、及び励振電極
膜の構造の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a protect film and a structure of an excitation electrode film of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 水晶板 ２、４、６ Ｃｒ層 ８ Ｎｉ又はＮｉＣｒ層 ３、５、７、９ Ａｕ層 1 Crystal plate 2, 4, 6 Cr layer 8 Ni or NiCr layer 3, 5, 7, 9 Au layer

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/24 H03H 3/02 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H03H 9/00-9/24 H03H 3/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 エッチング加工によって外形を形成する
水晶振動子の製造方法において、水晶板の上にＣｒ層を
形成し、該Ｃｒ層の上にＡｕ層を形成し、該Ａｕ層の上
に、Ｃｒ層とＡｕ層からなる積層膜を、層材が異なるも
のが相接合するよう複数段重ねた構成のプロテクト膜を
使用することを特徴とする水晶振動子の製造方法。 1. A method for manufacturing a crystal resonator, wherein an outer shape is formed by etching , wherein a Cr layer is formed on a crystal plate.
Forming, forming an Au layer on the Cr layer, and forming on the Au layer
In addition, a layered film consisting of a Cr layer and an Au layer,
A protective film with multiple layers stacked so that
A method for manufacturing a crystal unit, which is characterized by being used. 【請求項２】 エッチング加工によって外形を形成する
水晶振動子の製造方法において、水晶板の上にＣｒ層を
形成し、該Ｃｒ層の上にＡｕ層を形成し、該Ａｕ層の上
にＮｉ又はＮｉＣｒ層を形成し、該Ｎｉ又はＮｉＣｒ層
の上にＡｕ層を形成した構成のプロテクト膜を使用する
ことを特徴とする水晶振動子の製造方法。 2. A method of manufacturing a crystal unit, wherein an outer shape is formed by etching , wherein a Cr layer is provided on a crystal plate.
Forming, forming an Au layer on the Cr layer, and forming on the Au layer
Ni or NiCr layer is formed on the
Use a protect film with a Au layer formed on top
A method of manufacturing a crystal unit, comprising: 【請求項３】 水晶板上に励振電極を施した水晶振動子
において、水晶板の上に形成する励振電極の層構造を、
まず水晶板の上に形成する層をＣｒ層とし、該Ｃｒ層の
上の層をＡｕ層とし、該Ａｕ層の上の層をＮｉ層又はＮ
ｉＣｒ層とし、該Ｎｉ層又はＮｉＣｒ層の上の層をＡｕ
層とした４層構造としたことを特徴とする水晶振動子。 3. A crystal resonator having an excitation electrode formed on a crystal plate, wherein a layer structure of the excitation electrode formed on the crystal plate is
First, the layer formed on the quartz plate is a Cr layer, and the Cr layer is
The upper layer is an Au layer, and the layer above the Au layer is a Ni layer or an N layer.
The iCr layer is used, and the layer above the Ni layer or the NiCr layer is Au.
A crystal unit having a four-layer structure including layers.