JP5152542B2 - 水晶ウエハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電ウエハの製造方法に係り、特に圧電ウエハ本体から圧電基板を折り取るのが良好な圧電ウエハの製造方法に関する。

従来、圧電基板は、次のようにして得られる。図５は従来技術に係る圧電ウエハの一部を拡大した説明図である。ここで図５の上図は圧電ウエハに形成された１枚の圧電基板を拡大した平面図である。また図５の下側において円内に示される図は、平面図において円内に示された部分を拡大した斜視図である。

１枚の圧電ウエハ１０１には、複数の圧電基板１０２がエッチングによって形成されている。すなわち圧電ウエハ１０１の上面および下面に圧電基板１０２等の形状に応じた保護膜を形成し、これをエッチング液に浸漬して圧電基板１０２等が形成される部分以外を除去し、複数の圧電基板１０２を形成している。そして各圧電基板１０２は、基端１０３側に設けられた面（基端面）１０４の両端部に接続した支持部１１１によって圧電ウエハ本体１１２と接続されている。この支持部１１１には、圧電基板１０２と接続している箇所に、圧電基板１０２の基端面１０４に沿った溝１０５が形成されている。この溝１０５は圧電ウエハ１０１の上面から下面まで貫通してなく、厚さ方向の中央部付近で支持部１１１と圧電基板１０２が接続している。この溝１０５は、圧電基板１０２を圧電ウエハ本体１１２から折り取るときの切っ掛けになっている。なお溝１０５を設けなければ、圧電ウエハ本体１１２から圧電基板１０２を綺麗に折り取ることができない。すなわち支持部１１１と圧電ウエハ本体１１２が接続している箇所から折れてしまったり、圧電基板１０２の内側に入った箇所で折れてしまったりする。

そして特許文献１には、フォトリソグラフィーにより作られる水晶片をエッチングして個別に分離する方法が開示されている。この特許文献１に開示された発明は、水晶片のブレークアウト・エッジ近傍に、水晶ウエハの少なくとも一部分を力学的に弱化するための溝を設けたものである。この溝を設けることにより、曲げ力が水晶片に加えられたときにクリーンに切り離すことができる。

特表平１１−５０９０５２号公報

図６はエッチング後の入り込みの説明図である。ここで図６（Ａ）は圧電ウエハに形成された圧電基板の平面図、図６（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図５に示される圧電基板１０２を形成するために圧電ウエハ１０１をエッチングすると、図６に示される圧電基板１０２の基端１０３の角部１０６から−Ｘ方向に沿って側面１０７がエッチングされてしまう。すなわち圧電基板１０２の内部に向けて、エッチングによる入り込み１０８が生じてしまう。なお図６（Ａ）では、斜線で示した部分が入り込み１０８を示している。そして圧電基板１０２にＡＴカットされた水晶を用いた場合、圧電基板１０２の＋ＺＺ’方向に設けられた側面１０７ａに生じる入り込み１０８は、圧電基板１０２の下面１１０により大きく発生する。また−ＺＺ’方向に設けられた側面１０７ｂに生じる入り込み１０８は、圧電基板１０２の上面１０９により大きく発生する。このような入り込み１０８は、圧電基板１０２の結晶軸に起因した異方性エッチングのために発生する。このような入り込み１０８が生じた圧電基板１０２で圧電振動片を形成すると、圧電振動片の振動領域が最大限に確保できなくなるので、振動特性が劣化してしまう問題がある。
また近年は圧電振動片が小型化されているので、これに伴って圧電基板１０２の平面形状が小さくなると、圧電基板１０２の上面１０９および下面１１０が入り込み１０８で殆ど埋まってしまう問題がある。

また圧電振動片の振動特性等は圧電基板１０２の形状に依存している。すなわち圧電振動片の側面１０７を上面１０９（下面１１０）に対して垂直に形成すると、圧電振動片の振動特性等が良好になる。このような形状の圧電振動片を得るためには、圧電基板１０２を形成するときのエッチング時間を長くすればよいことが知られている。ところが入り込み１０８はエッチングによって発生するので、エッチング時間を長くすればする程、入り込み１０８の量が大きくなってしまう問題がある。

本発明は、圧電ウエハをエッチングして圧電基板を形成しても、圧電基板の形状を維持し、且つ、圧電ウエハ本体から圧電基板を折り取り易い圧電ウエハの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸の＋Ｚ側を前記Ｙ軸の−Ｙ側へ回転するように前記Ｚ軸を傾けた軸をＺＺ’軸とし、前記Ｙ軸の＋Ｙ側を前記Ｚ軸の＋Ｚ側へ回転するように前記Ｙ軸を傾けた軸をＹＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記ＺＺ’軸に平行な面で構成され、前記ＹＹ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板から構成され、水晶ウエハ本体から折り取り可能な複数の水晶片を有する水晶ウエハを製造する水晶ウエハの製造方法であって、エッチングにより形成される前記水晶ウエハの形状に応じた保護膜を水晶基板の表裏主面に形成する保護膜形成工程と、前記水晶基板の前記保護膜で覆われていない領域をエッチングにより除去するエッチング工程と、前記保護膜を前記水晶基板から除去する工程と、を備え、前記保護膜形成工程は、前記エッチング工程で、前記水晶片の第一の一対の辺が前記Ｘ軸に沿い、前記水晶片の第二の辺が前記ＺＺ’軸と沿い、前記水晶ウエハ本体から並列に延びる一対の支持部が、前記第二の辺と一体に接続され、前記一対の支持部の互いに隣り合う側面の前記水晶片との接続部側に、前記ＹＹ’軸に沿って前記支持部の厚みの全長に亘って第１の溝が形成され、前記水晶片の一対の支持部の互いに隣り合う側面とは反対側の各々の側面が前記第一の一対の辺と夫々同一面上に形成されるように、前記保護膜を前記水晶基板に形成することを特徴とする。
本発明の第２の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、第１の形態に係る水晶ウエハの製造方法において、前記保護膜形成工程は、前記エッチング工程で、前記水晶片の一対の支持部の互いに隣り合う側面とは反対側の各々の側面の前記水晶片との接続部側に、前記ＹＹ’軸に沿って前記支持部の厚みの全長に亘って第２の溝が形成されるように、前記保護膜を前記水晶基板に形成することを特徴とする。
本発明の第３の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、第２の形態に係る水晶ウエハの製造方法において、前記第２の溝の前記ＺＺ’軸に沿った方向の長さは、前記第１の溝の前記ＺＺ’軸に沿った方向の長さよりも短いことを特徴とする。
本発明の第４の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、第１乃至第３の形態のうちいずれかに係る水晶ウエハの製造方法において、前記水晶片の表裏主面に電極パターンを形成する工程を備えることを特徴とする。
本発明の第５の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、第１乃至第４の形態のうちいずれかに係る水晶ウエハの製造方法において、前記溝が形成された部分の前記支持部を折り取ることにより前記水晶片を前記水晶ウエハ本体から分離する工程を備えることを特徴とする。
本発明の第６の形態に係る水晶ウエハの製造方法は、第１乃至第５の形態のうちいずれかに係る水晶ウエハの製造方法において、前記水晶基板がＡＴカット水晶であることを特徴とする。
［適用例１］適用例１に係る圧電ウエハは、圧電基板の基端側に設けられた面の両端部に圧電ウエハ本体と接続する支持部を設けたことを特徴としている。そして前記支持部の外側面は、前記圧電基板の側面に沿って連続して設けられたことを特徴としている。また前記支持部の内側面には、前記圧電基板の前記基端側に設けられた前記面に沿う第１の溝が設けられたことを特徴としている。なお前記圧電基板の前記側面は、前記圧電基板の前記基端側に設けられた前記面と交差している。

支持部の外側の側面と圧電基板の側面も連続しているので、エッチングによって圧電基板に入り込みが生じる切っ掛けが無い。したがって圧電ウエハをエッチング液に浸漬しても圧電基板に入り込みが発生することは無く、圧電基板の形状を所望の通りに得ることができる。またエッチング時間を長くした場合であっても、圧電基板の形状を小型化した場合であっても、圧電基板に入り込みが発生することはなく、エッチング形成しても圧電基板の形状を維持することができる。さらに支持部には第１の溝が設けられているので、この第１の溝が圧電基板を支持部から分離するときの基点となり、圧電ウエハ本体から圧電基板を容易に分離することができる。

［適用例２］適用例２に係る圧電ウエハは、適用例１に記載の圧電ウエハにおいて、前記支持部の前記外側面に、前記圧電基板の前記基端側に設けられた前記面に沿った第２の溝を設けたことを特徴としている。
［適用例３］適用例３に係る圧電ウエハは、適用例２に記載の圧電ウエハにおいて、前記第２の溝の長さは、前記第１の溝の長さよりも短いことを特徴としている。

圧電基板の側面と、支持部における外側の側面の間に、第１の溝よりも長さの短い第２の溝が設けられているので、エッチングによって圧電基板に発生する入り込みの量を極めて僅かにすることができる。このため圧電基板の形状を整えるためにエッチング時間を増やしても、圧電基板に生じる入り込みが僅かであるため形状が悪化することがなく、圧電基板の形状を維持することができる。またエッチング時間を長くした場合であっても圧電基板に入り込みが発生することはなく、エッチング形成しても圧電基板の形状を維持することができる。さらに支持部には第１の溝および第２の溝が設けられているので、この第１の溝および第２の溝が圧電基板を支持部から分離するときの基点となり、圧電ウエハ本体から圧電基板を容易に分離することができる。

［適用例４］適用例４に係る圧電ウエハは、適用例１ないし３のいずれかに記載の圧電ウエハにおいて、前記圧電基板は、ＡＴカット水晶であることを特徴としている。
これにより圧電基板のＸ軸に沿う側面に入り込みが発生することがなく、所望の形状の圧電基板を得ることができる。

［適用例５］適用例５に係る圧電デバイスは、適用例１ないし４のいずれかに記載の圧電ウエハに設けられた前記圧電基板に電極パターンを設け、前記圧電基板を前記支持部から分離してなることを特徴としている。
圧電基板の内部に側面が入り込まないので、この圧電基板を用いて圧電デバイスを形成すれば振動領域を最大限に確保できる。このような圧電デバイスでは、振動特性等の諸特性を向上させることができ、また安定化を図ることができる。

［適用例６］適用例６に係る圧電デバイスは、適用例５に記載の圧電デバイスにおいて、前記電極パターンが設けられた前記圧電基板をパッケージに搭載したことを特徴としている。
これにより圧電デバイスは、振動特性等の諸特性を向上させることができ、また安定化を図ることができる。

第１の実施形態に係る圧電ウエハの一部分を拡大した平面図である。 電極パターンを形成した圧電基板の平面図である。 第２の実施形態に係り圧電ウエハの一部分を拡大した説明図である。 圧電振動子の断面図である。 従来技術に係る圧電ウエハの一部を拡大した説明図である。 エッチング後の入り込みの説明図である。

以下に、本発明に係る圧電ウエハおよび圧電デバイスの最良の実施形態について説明する。まず第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態に係る圧電ウエハの一部分を拡大した平面図である。この図１は１枚の圧電基板を拡大したものである。

圧電ウエハ１０には、複数の圧電基板２０がエッチングによって形成されている。各圧電基板２０は、支持部４０を介して圧電ウエハ本体１２と接続されている。なお圧電基板２０は、その基端２６側に設けられた面（基端面）２２の両端部において支持部４０と接続されている。そして圧電ウエハ１０としてＡＴカットされた水晶を用いた場合は、図１に示されるように、圧電基板２０の側面２４がＸ軸に沿って形成されており、この側面２４に交差している面がＺＺ’軸に沿って形成されている。なお図１では、圧電基板２０の基端２６から自由端２８へ向かう方向が−Ｘ方向になり、図面の下側から上側へ向かう方向が＋ＺＺ’方向になっている。

各支持部４０には、支持部４０同士が向い合っている面（内側面）４２に第１の溝４４が設けられている。この第１の溝４４は、圧電基板２０の基端面２２に沿って設けられており、圧電ウエハ１０の上面から下面まで貫通している。また支持部４０における外側の面（外側面）４６は、圧電基板２０の側面２４に連続して設けられている。

次に、圧電基板２０の分離方法および圧電振動片（圧電デバイス）の製造方法について説明する。まず圧電ウエハ１０の上面および下面にエッチング液に対する保護膜（不図示）を形成する。この保護膜は、圧電基板２０や支持部４０、圧電ウエハ本体１２の形状に応じて、これらが設けられる部分に形成されている。保護膜が形成された圧電ウエハ１０をエッチング液に浸漬すると、この保護膜に覆われていない部分がエッチングされて、圧電ウエハ１０の上面と下面が貫通する。これにより支持部４０の内側面４２に第１の溝４４が形成される。また支持部４０の外側面４６は圧電基板２０の側面２４と連続して形成される。このため圧電基板２０には、エッチングによって入り込みが生じる切っ掛けが無いので、基端２６の角部から入り込みが生じない。

そして圧電ウエハ１０の不要な部分を除去して圧電ウエハ１０の上面と下面を貫通させるため時間が経過した後、圧電ウエハ１０をエッチング液から出す。エッチング時間は、エッチング液の濃度や温度等のエッチング環境に応じて適宜設定される。圧電ウエハ１０は、エッチング液から出されると上面および下面に形成された保護膜が除去される。これにより圧電ウエハ１０には、支持部４０を介して圧電ウエハ本体１２と接続した圧電基板２０が形成される。

このあと圧電ウエハ１０に形成された圧電基板２０の上面および下面に電極パターンを形成する。図２は電極パターンを形成した圧電基板の平面図である。なお図２では、圧電基板２０に接続している支持部４０の記載を省略している。各電極パターン３０は、励振電極３２、接続電極３４および引き出し電極３６から構成されている。この電極パターン３０は、例えば電極パターン３０の形状に応じた開口部を有する治具で圧電ウエハ１０を覆い、この開口部に露出している圧電基板２０上に金属膜を成膜することにより形成されればよい。また電極パターン３０は、フォトリソグラフィー技術を利用して形成することもできる。なお励振電極３２は、圧電基板２０の中央部に設けられている。また接続電極３４は、圧電基板２０におけるある１辺の両端に設けられている。そして引き出し電極３６は、励振電極３２と接続電極３４を１対１に接続している。

この後、圧電ウエハ１０から圧電基板２０が分離される。この分離方法の具体的な一例としては、まず固定治具に圧電ウエハ１０を装着して、この固定治具によって圧電ウエハ本体１２を保持する。そして圧電基板２０の上方から圧電基板２０にピンを押付けて、圧電基板２０を折り取る。このとき支持部４０に設けられた第１の溝４４が折り取りの切っ掛けになり、第１の溝４４が設けられた部分から圧電基板２０が折り取られる。また圧電基板２０の基端面２２に沿って支持部４０に第１の溝４４が設けられているので、圧電基板２０が折り取られたときも、この折り取られた切断面は圧電基板２０の基端面２２に沿う。これにより圧電基板２０が形成されると同時に、圧電振動片３８が形成される。なお圧電基板２０を圧電ウエハ１０から折り取った後に、圧電基板２０の上面および下面に電極パターン３０を形成してもよい。

このような圧電ウエハ１０および圧電振動片３８によれば、圧電基板２０のＸ軸に沿う側面２４と支持部４０の外側面４６は連続しているので、エッチングによって発生する入り込みの切っ掛けとなる部分が無い。このため圧電基板２０の形状を整えるためにエッチング時間を増やしても圧電基板２０に入り込みが生じることはなく、圧電基板２０の形状が悪化することがない。よって圧電基板２０の側面形状を、圧電基板２０の外周において均一に仕上げることができる。

そして圧電基板２０の内部に側面が入り込まないので、この圧電基板２０で圧電振動片３８を形成したときに振動領域を最大限に確保できる。このような圧電振動片３８では、振動特性等の諸特性を向上させることができ、また安定化を図ることができる。

また圧電基板２０と圧電ウエハ本体１２を接続している支持部４０には第１の溝４４が設けられているので、圧電基板２０を圧電ウエハ本体１２から容易に折り取ることができる。また第１の溝４４は必ずしも貫通していなくてもよい。 なお圧電ウエハ１０は、ＡＴカットされた水晶ばかりでなく、他のカット角で切り出されたものであってもよい。

次に、第２の実施形態について説明する。なお第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した圧電ウエハおよび圧電デバイスと同様の構成部分に同番号を付し、その説明を簡略または省略する。図３は第２の実施形態に係り圧電ウエハの一部分を拡大した説明図である。ここで図３（Ａ）は１枚の圧電基板を拡大した平面図、図３（Ｂ）は同図（Ａ）において円で囲んだ部分を拡大した平面図である。

圧電ウエハ１０には、複数の圧電基板２０がエッチングによって形成されており、圧電基板２０における基端面２２の両端部と圧電ウエハ本体１２が支持部４０によって接続されている。この圧電ウエハ１０としてＡＴカットされた水晶を用いた場合は、図３に示されるように、圧電基板２０の側面２４がＸ軸に沿って形成されており、この側面２４に交差する面がＺＺ’軸に沿って形成されている。

各支持部４０には、第１の溝４４が内側面４２に設けられている。この第１の溝４４は、圧電基板２０の基端面２２に沿って設けられており、圧電ウエハ１０の上面から下面まで貫通している。また各支持部４０には、第２の溝４８が外側面４６に設けられている。この第２の溝４８は、圧電基板２０の基端面２２に沿って設けられており、圧電ウエハ１０の上面から下面まで貫通している。そして第１の溝４４の長さａと第２の溝４８の長さｂは、０＜ｂ＜ａの関係を満たしている。
そして圧電基板２０の分離方法およびこの圧電基板２０から得られる圧電振動片（圧電デバイス）の製造方法は、第１の実施形態で説明した方法と同様なものであればよい。

このような圧電ウエハ１０および圧電振動片によれば、圧電基板２０のＸ軸に沿う側面２４と支持部４０の外側面４６の間に、第１の溝４４よりも長さの短い第２の溝４８が設けられているので、エッチングによって発生する入り込みの量を極めて僅かにすることができる。このため圧電基板２０の形状を整えるためにエッチング時間を増やしても、圧電基板２０に生じる入り込みが僅かであるため形状が悪化することがない。そして、この圧電基板２０で圧電振動片を形成すれば振動領域を最大限に確保できる。また圧電基板２０を用いた圧電振動片は、振動特性等の諸特性を向上させることができ、さらに安定化を図ることができる。
また圧電基板２０と圧電ウエハ本体１２を接続している支持部４０には第１の溝４４および第２の溝４８が設けられているので、圧電基板２０を圧電ウエハ本体１２からより容易に折り取ることができる。

なお第２の溝４８の平面形状は、図３では矩形であるがこの形状に限定されることはなく、三角形や半円形等の任意の形状にすることができる。また第１の溝４４および第２の溝４８は必ずしも貫通していなくてもよい。また圧電ウエハ１０は、ＡＴカットされた水晶ばかりでなく、他のカット角で切り出されたものであってもよい。

次に、第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態では、圧電振動子について説明する。なお第３の実施形態では、第１，２の実施形態で説明した部分と同構成の部分に同番号を付す。図４は圧電振動子の断面図である。

圧電振動子５０（圧電デバイス）は、第１，２の実施形態で説明した圧電振動片３８をパッケージ５２に搭載した構成である。パッケージ５２は、パッケージベース５４と蓋体５６を備えている。このパッケージベース５４の裏面に外部端子５８が設けられている。またパッケージベース５４は、上側に開口した凹陥部６０を備えている。この凹陥部６０の底面にマウント電極６２が設けられている。このマウント電極６２は、外部端子５８と導通している。そしてマウント電極６２上には、導電性接合材６４を介して圧電振動片３８が搭載されている。これにより、導電性接合材６４を介してマウント電極６２と圧電振動片３８の接続電極３４が導通する。そして圧電振動片３８が搭載されたパッケージベース５４上に蓋体５６が接合されて、凹陥部６０を気密封止している。

このような圧電振動子５０では、入り込みの生じていない圧電基板２０を用いているので、振動特性等の諸特性が劣化するのを防止することができる。また小型化された圧電振動片３８を用いて、平面サイズを小型化した圧電振動子５０を形成した場合であっても、圧電基板２０に入り込みが生じていないので振動領域を確保することができ、振動特性等の諸特性が劣化するのを防止することができる。

なおパッケージ５２には、圧電振動片３８を発振させる回路を搭載することもできる。またパッケージ５２には、圧電振動片３８を発振させる回路ととともに、圧電振動片３８の温度に対する周波数の安定度を高める温度補償回路や、圧電振動片３８の出力周波数を設定電圧に応じて制御する回路を搭載することもできる。

１０………圧電ウエハ、１２………圧電ウエハ本体、２０………圧電基板、２２………基端面、２６………基端、３０………電極パターン、３８………圧電振動片、４０………支持部、４２………内側面、４４………第１の溝、４６………外側面、４８………第２の溝、５０………圧電振動子。

Claims (6)

1. 水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸の＋Ｚ側を前記Ｙ軸の−Ｙ側へ回転するように前記Ｚ軸を傾けた軸をＺＺ’軸とし、前記Ｙ軸の＋Ｙ側を前記Ｚ軸の＋Ｚ側へ回転するように前記Ｙ軸を傾けた軸をＹＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記ＺＺ’軸に平行な面で構成され、前記ＹＹ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板から構成され、
   水晶ウエハ本体から折り取り可能な複数の水晶片を有する水晶ウエハを製造する水晶ウエハの製造方法であって、
   エッチングにより形成される前記水晶ウエハの形状に応じた保護膜を水晶基板の表裏主面に形成する保護膜形成工程と、
   前記水晶基板の前記保護膜で覆われていない領域をエッチングにより除去するエッチング工程と、
   前記保護膜を前記水晶基板から除去する工程と、
   を備え、
   前記保護膜形成工程は、
   前記エッチング工程で、前記水晶片の第一の一対の辺が前記Ｘ軸に沿い、
   前記水晶片の第二の辺が前記ＺＺ’軸と沿い、
   前記水晶ウエハ本体から並列に延びる一対の支持部が、前記第二の辺と一体に接続され、
   前記一対の支持部の互いに隣り合う側面の前記水晶片との接続部側に、前記ＹＹ’軸に沿って前記支持部の厚みの全長に亘って第１の溝が形成され、
   前記水晶片の一対の支持部の互いに隣り合う側面とは反対側の各々の側面が前記第一の一対の辺と夫々同一面上に形成されるように、
   前記保護膜を前記水晶基板に形成する
   ことを特徴とする水晶ウエハの製造方法。
2. 前記保護膜形成工程は、
   前記エッチング工程で、
   前記水晶片の一対の支持部の互いに隣り合う側面とは反対側の各々の側面の前記水晶片との接続部側に、前記ＹＹ’軸に沿って前記支持部の厚みの全長に亘って第２の溝が形成されるように、
   前記保護膜を前記水晶基板に形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の水晶ウエハの製造方法。
3. 前記第２の溝の前記ＺＺ’軸に沿った方向の長さは、
   前記第１の溝の前記ＺＺ’軸に沿った方向の長さよりも短い
   ことを特徴とする請求項２に記載の水晶ウエハの製造方法。
4. 前記水晶片の表裏主面に電極パターンを形成する工程
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の水晶ウエハの製造方法。
5. 前記溝が形成された部分の前記支持部を折り取ることにより前記水晶片を前記水晶ウエハ本体から分離する工程
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の水晶ウエハの製造方法。
6. 前記水晶基板がＡＴカット水晶であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の水晶ウエハの製造方法。

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