JP3432983B2 - 水晶振動子とその製造方法 - Google Patents

水晶振動子とその製造方法

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元康 判治
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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１１】
【実施例】
（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。
【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。
【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
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
１ 水晶板 ２、４、６ Ｃｒ層 ８ Ｎｉ又はＮｉＣｒ層 ３、５、７、９ Ａｕ層
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

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
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JP4707021B2 (ja) * 2005-08-22 2011-06-22 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス
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