JP5364185B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主面の外周に階段領域を設けた圧電振動片の製造方法に関する。

ＡＴカットの水晶振動片などは厚み滑り振動片の代表的なものとして知られている。これらの圧電振動片をパッケージ内に収納した圧電振動子、または圧電振動片および発振回路をパッケージ内に収納し圧電発振器は、各種の電子機器に周波数の基準源として広く採用される。圧電振動子または圧電発振器の周波数帯域は、一般に２ＭＨｚ〜１００ＭＨｚであり小型化が進んでいる。例えば５ＭＨｚ以下の周波帯域の圧電振動片では、圧電振動片の主面の外周に傾斜領域を設けるベベル加工やコンベックス加工等の曲面加工が施される。

ベベル加工やコンベックス加工等の曲面加工は、特許文献１に開示されるように、一般にバレル研磨法と呼ばれる方法で圧電振動片の外周に傾斜領域を形成している。バレル研磨法は、球形の研磨容器、円筒形の研磨容器または太鼓状の研磨容器の中に研磨剤と複数の圧電振動片とが入れられた状態で研磨容器が回転することで、圧電振動片の主面の外周を研磨する。そして、圧電振動片の研磨後に、各圧電振動片に対して励振電極が形成される。

特開２００２−１８６９８号公報

しかしながら、適切な傾斜領域を形成するためには、圧電振動片の大きさに合わせて複数の研磨容器を用意しなければならなかった。このため多品種少量生産には不適な場合があった。また、バレル研磨法では圧電振動片を研磨した後に、各圧電振動片に個別に電極を形成しなければならないため、量産性が悪いという問題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、適切な傾斜領域が形成され、量産性を向上させた圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。

第１観点の圧電振動片の製造方法は、圧電材を基材とする圧電基板上に励振電極が形成された圧電振動片を製造する製造方法において、圧電基板の表面に第１層金属膜と前記第１層金属膜の表面に第２層金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜形成工程後に、圧電材ウエハに貫通溝を形成して圧電基板の外形を形成する貫通溝形成工程と、第２層金属膜を残したまま貫通溝形成工程後に現れた前記第１層金属膜をその側面よりエッチングする第１金属膜エッチング工程と、第１金属膜エッチング工程後に、側面がエッチングされた第１金属膜を保護膜として圧電基板をエッチングしてメサ段部を形成するメサ段部形成工程と、を備える。

第２観点の圧電振動片の製造方法は、第１観点において、第１金属膜エッチング工程とメサ段部形成工程とを複数回繰り返すことにより、複数のメサ段部を形成する。

本発明は、主面の外周に適切な傾斜領域を形成し、量産性を向上させた圧電振動片の製造方法を提供できる。

（ａ）は、圧電振動片１００の平面図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面における圧電振動片１００の断面図である。 （ａ）は、圧電振動子１０００の断面図である。 （ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ断面における圧電振動子１０００の断面図である。 （ａ）は、圧電材ウエハ１５０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠１６０を拡大した図である。 （ｃ）は、圧電材ウエハ１５０に繋がれたままで、階段領域ＢＢ、電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２が形成された圧電振動片１００の図である。 圧電基板外形形成工程を示したフローチャート及びその説明のための図である。 階段領域ＢＢの形成のために、圧電振動片１００に金属膜とフォトレジスト膜とを形成し、圧電振動片１００をエッチングする箇所のフォトレジスト膜と金属膜とを除去するまでのフローチャート及びその説明のための図である。 メサ加工エッチングの説明のためのフローチャート及びその説明のための図である。 図６（ｍ）に示した圧電基板ＡＫの点線部１７０の拡大図を示す。 電極の形成についてのフローチャート及びその説明のための図である。 （ａ）は、圧電振動片２００の平面図である。 （ｂ）は、図９（ａ）のＥ―Ｅ断面における圧電振動片２００の断面図である。 （ａ）は、圧電振動片３００の平面図である。 （ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ断面における圧電振動片３００の断面図である。 （ｃ）は、圧電振動子３０００の断面図である。 （ｄ）は、図１０（ｃ）のＧ−Ｇ断面における圧電振動子３０００の断面図である。 （ａ）は、圧電振動片４００の平面図である。 （ｂ）は、図１１（ａ）のＨ−Ｈ断面における断面図である。 （ｃ）は、組立前の圧電振動子４０００の断面図である。

以下、本発明の公的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施例）
＜圧電振動片１００の構成＞
図１は、圧電振動片１００の構成を説明するための図である。図１を参照して、圧電振動片１００の構成を説明する。図１（ａ）は、圧電振動片１００の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面における圧電振動片１００の断面図である。

図１（ａ）は、圧電振動片１００の平面図である。圧電振動片１００は、例えば振動周波数が４ＭＨｚであり、Ｘ軸方向に厚み滑り振動をするＡＴカットの水晶振動片である。ＡＴカットは結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に直交する水晶片１の主面が、Ｘ軸を回転軸としてＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分回転してなる。圧電振動片１００は厚みをＹ′軸方向として、平面外形を矩形状（短冊状）とする。本明細書では、圧電振動片１００の長さをＸ軸方向とし、幅をＺ’軸方向とする。

圧電振動片１００の大きさは、例えば、平面外形の長辺ＬＸが約５．２５ｍｍ、短辺ＷＺが約１．８０ｍｍ、厚さＴＹ（図１（ｂ）参照）が約０．４２ｍｍである。圧電振動片１００は、主面が長方形であり、中央部が外周部に比べて厚く形成された圧電基板ＡＫにより構成されるメサ型の圧電振動片である。圧電基板ＡＫは、表面及び裏面の外周部に外周側ほど薄肉になる階段状の領域（以下、階段領域とする。）ＢＢが形成されている。階段領域ＢＢは外周側の段差ＣＧと内周側の段差ＣＮとの２段の段差で構成されている。圧電基板ＡＫの外周側の段差ＣＧの外側の面を基部ＢＡ、圧電基板ＡＫの内周側の段差ＣＮの外側の面を第１メサ段部Ｆ１、内周側の段差ＣＮの内側の面を第２メサ段部Ｆ２とする。

第１メサ段部Ｆ１の平面外形の大きさは、基部ＢＡの平面外形の各辺をＸ軸方向に長さＤＸ１、Ｚ’軸方向に長さＤＺ１だけ内側方向に小さくしている。また、第２メサ段部Ｆ２の平面外形の大きさは、第１メサ段部Ｆ１の平面外形の各辺をＸ軸方向に長さＤＸ２、Ｚ’軸方向に長さＤＺ２だけ内側方向に小さくしている。ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＺ１、ＤＺ２の各大きさは、それぞれ約１〜１０μｍである。

図１（ｂ）に示されるように、第１メサ段部Ｆ１は基部ＢＡの＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側に形成され、第２メサ段部Ｆ２は第１メサ段部Ｆ１の＋Ｙ’軸側及び−Ｙ’軸側に形成されている。基部ＢＡから見た第１メサ段部Ｆ１の高さはＤＹ１であり、第１メサ段部Ｆ１から見た第２メサ段部Ｆ２の高さはＤＹ２である。ＤＹ１、ＤＹ２の高さは、それぞれ約１〜１０μｍである。

圧電振動片１００は、＋Ｚ’軸側の第２メサ段部Ｆ２上に励振電極ＥＬＲ１が形成されており、−Ｚ’軸側の第２メサ段部Ｆ２上に励振電極ＥＬＲ２が形成されている。励振電極ＥＬＲ１及び励振電極ＥＬＲ２は、両励振電極に電圧を加えることにより圧電振動片１００にＸ軸方向の厚み滑り振動を起こさせる。また、励振電極ＥＬＲ１及び励振電極ＥＬＲ２は、圧電振動片１００が外部の電極と接続するための電極であり圧電振動片１００の外周部付近に形成される引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２とそれぞれ接続されている。励振電極ＥＬＲ１及び引出電極ＥＬＨ１と、励振電極ＥＬＲ２及び引出電極ＥＬＨ２とが、それぞれ電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２を構成する。電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２は圧電振動片１００の表裏面で対称になるように形成される。

電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２は、クロム（Ｃｒ）層と金（Ａｕ）層とにより構成されている。Ａｕ層は圧電基板ＡＫ上に直接形成することが困難であるため、圧電基板ＡＫ上にＣｒ層を形成し、Ｃｒ層上にＡｕ層を形成している。

圧電振動片１００は、外周部に階段領域ＢＢを有することにより圧電基板ＡＫに形成した振動エネルギーを中央の平坦部に閉じ込めることができ、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）等を良好にする。さらに、輪郭すべりなどの不要モードを減衰させることができる。

＜圧電振動子１０００の構成＞
圧電振動片１００は、パッケージ内に固定されて圧電振動子として使用される。以下に、圧電振動片１００を組み込んだ圧電振動子１０００について説明する。

図２（ａ）は、圧電振動子１０００の断面図である。圧電振動子１０００は、圧電振動片１００と、パッケージＰＫと、リッドＬＤとを備えている。パッケージＰＫは凹型の箱であり、側面部ＳＢとベースＢＳとにより構成されている。パッケージＰＫ及びリッドＬＤはガラス、セラミックまたは水晶材料等により形成される。リッドＬＤは封止材ＳＧによってパッケージＰＫに接合され、パッケージＰＫ内を密封している。圧電振動片１００は、導電性を有する導電性接着材ＤＳにより引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２を通してパッケージＰＫの内部の２カ所に形成されている接続電極ＳＤにそれぞれ固定される。電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２と接続電極ＳＤとはそれぞれ電気的に接続される。また、接続電極ＳＤはパッケージＰＫ内部を貫通する導通配線（不図示）を通して、パッケージＰＫの外部の２カ所に形成されている外部電極ＧＤとそれぞれ電気的に接続されている。そのため、電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２と外部電極ＧＤとは電気的に接続されていることになる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面における圧電振動子１０００の断面図である。パッケージＰＫの内部には２カ所に接続電極ＳＤが形成されており、各接続電極ＳＤには電極ＥＬ１の引出電極ＥＬＨ１と電極ＥＬ２の引出電極ＥＬＨ２とがそれぞれ導電性接着材ＤＳを通して接着されている。圧電振動片１００を振動させる際は、各接続電極ＳＤを通して励振電極ＥＬＲ１と励振電極ＥＬＲ２とに電圧が印加される。

＜圧電振動片１００の作製方法＞
圧電振動片１００は、圧電材を基材とする圧電材ウエハ１５０に圧電振動片１００のパターンを形成して作製される。

図３（ａ）は、圧電材ウエハ１５０の平面図である。圧電材ウエハ１５０の周縁部の一部には結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラット１５１が形成されている。圧電材ウエハ１５０は、例えば厚さ約０．４２ｍｍの人工水晶からなり、直径は３インチまたは４インチである。圧電材ウエハ１５０上には複数の圧電振動片１００が形成される。図３（ａ）には３つの圧電振動片１００の形成例を示している。点線の枠１６０内には、一つの圧電振動片１００が形成されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線の枠１６０を拡大した図である。圧電材ウエハ１５０を貫通した貫通溝１５２を形成することにより圧電振動片１００の平面外形を形成する。この時点では、圧電振動片１００は接続部１５３を通して圧電材ウエハ１５０と繋がっている。圧電振動片１００は圧電材ウエハ１５０と繋がった状態で階段領域ＢＢ、電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２を形成することにより、一度に大量の圧電振動片１００を作製することができる。

図３（ｃ）は、圧電材ウエハ１５０に繋がれたままで、階段領域ＢＢ、電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２が形成された圧電振動片１００の図である。この後、ダイシングソー（不図示）を用いてダイシングライン１５４に沿って切断することにより、圧電振動片１００は圧電材ウエハ１５０より切り離される。

以下に、圧電材ウエハ１５０から図３（ｃ）に示した圧電振動片１００が形成されるまでを、図４から図７を参照して説明する。

図４は、圧電基板外形形成工程を示したフローチャート及びその説明のための図である。圧電基板外形形成工程は、表面に何も形成されていないベアウエハの状態の圧電材ウエハ１５０から図３（ｂ）に示した圧電振動片１００の外形形成を、貫通溝１５２を形成することにより行う。図４（ａ）から図４（ｆ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面における圧電振動片１００の形成過程を示した断面図である。

ステップＳ１０１は、表面に何も形成されていない圧電材ウエハ１５０の両側の主面に金属膜が蒸着又はスパッタリングにより形成する金属膜形成工程である。金属膜は、クロム（Ｃｒ）膜と金（Ａｕ）膜とにより形成される。最初にＣｒ膜が圧電材ウエハ１５０上に形成され、次にＣｒ膜の上にＡｕ膜が形成される（図４（ａ）参照）。後述するサイドエッチングにおいてエッチング液が側面から入り込むように、Ｃｒ膜及びＡｕ膜は厚めに形成することが好ましい。たとえばＣｒ膜が１５０Å以上、Ａｕ膜は１０００Å以上が好ましい。

ステップＳ１０２では、Ａｕ膜の上にスピンコートなどによりフォトレジストが塗布される。さらに、フォトレジストがプリベイクさせられることにより、フォトレジスト膜ＲＭが形成される（図４（ｂ）参照）。

ステップＳ１０３では、貫通溝１５２のパターンが形成されたフォトマスクＰＭ１を通してフォトレジスト膜ＲＭに紫外線ＵＶが照射される。そして、貫通溝１５２を形成する場所のフォトレジスト膜ＲＭが露光される（図４（ｃ）参照）。フォトレジスト膜ＲＭの貫通溝１５２が形成される場所には露光領域ＲＢが形成される。

ステップＳ１０４では、フォトレジスト膜ＲＭが現像され、露光領域ＲＢのフォトレジスト膜ＲＭが除去される（図４（ｄ）参照）。

ステップＳ１０５では、露光領域ＲＢが除去された箇所のＡｕ膜及びＣｒ膜がエッチングにより除去される（図４（ｅ）参照）。Ａｕ膜はたとえばヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液でエッチングされ、Ｃｒ膜はたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングされる。Ａｕ膜及びＣｒ膜が除去された箇所には圧電材ウエハ１５０の表面が表れている。

ステップＳ１０６では、Ａｕ膜及びＣｒ膜が除去された箇所の圧電材ウエハ１５０がフッ酸などでウエットエッチングされ、貫通溝１５２が形成される（図４（ｆ）参照）。貫通溝１５２により囲まれた領域は圧電基板ＡＫとなる。

次に、圧電振動片１００の階段領域ＢＢの形成方法について、図５及び図６を参照して説明する。また、図５（ｈ）から図５（ｌ）及び図６（ｍ）から図６（ｑ）は、図３（ｃ）のＤ−Ｄ断面における圧電振動片１００の形成過程を示している。

図５は、階段領域ＢＢの形成のために、圧電基板ＡＫに新たにフォトレジスト膜ＲＭを形成し、圧電基板ＡＫをエッチングする箇所のフォトレジスト膜と金属膜とを除去するまでのフローチャート及びその説明のための図である。

ステップＳ２０１は、図４のステップＳ１０６からの続きの工程となっている。ステップＳ２０１では、圧電基板ＡＫ上のフォトレジスト膜ＲＭを除去する（図５（ｈ）参照）。

ステップＳ２０２では、Ａｕ膜上にスプレーガンなどを使ってフォトレジストが塗布され、プリベイクによりフォトレジスト膜が形成される。このフォトレジスト膜形成工程は、Ａｕ膜上の全面及び圧電基板ＡＫの側面にフォトレジスト膜ＲＭが形成される（図５（ｉ）参照）。

ステップＳ２０３では、圧電基板ＡＫの外周部にメサ段差部を形成するためのフォトマスクＰＭ２を用いてフォトレジスト膜ＲＭが表裏面から露光される。このレジストパターン形成工程は、フォトレジスト膜ＲＭにレジストパターンＲＰを形成する（図５（ｊ）参照）。図５（ｊ）では、フォトレジスト膜ＲＭのハッチングがされている領域が露光領域ＲＢであり、フォトレジスト膜ＲＭの露光領域ＲＢ以外の領域がレジストパターンＲＰとなる。

ステップＳ２０４では、フォトレジスト膜ＲＭの現像を行い、露光領域ＲＢを除去する（図５（ｋ）参照）。

ステップＳ２０５は、金属膜パターン形成工程である。ステップＳ２０５では、まずＡｕ膜のエッチングが行われ、その後にＣｒ膜のエッチングが行われる（図５（ｌ）参照）。レジストパターンＲＰによってエッチングより保護された領域の金属膜（Ａｕ膜、Ｃｒ膜）が金属膜パターンＫＰとなる。金属膜エッチング後の圧電基板ＡＫには、±Ｘ軸側の外周部には幅ＤＸ１、±Ｚ’軸側の外周部には幅ＤＺ１（図１（ａ）参照）の露出部が形成される。

次に、図６を参照してメサ加工エッチングの工程について説明する。メサ加工エッチングは、図５のステップＳ２０５で露出させた領域の圧電基板ＡＫをエッチングして、圧電振動片１００の階段領域ＢＢを形成する。図６は、メサ加工エッチングの説明のためのフローチャート及びその説明のための図である。また、図６のステップＳ３０１は図５のステップＳ２０５の続きの工程である。

ステップＳ３０１では、フッ酸などで圧電基板ＡＫのメサ加工エッチングが行われる。メサ加工エッチングにより、圧電基板ＡＫの表裏面の外周部には、高さＤＹ１、±Ｘ軸側の幅ＤＸ１、±Ｚ’軸側の幅ＤＺ１の第１メサ段部が形成される（図６（ｍ）参照）。ステップＳ３０１は、金属膜パターンＫＰを保護膜として圧電基板ＡＫをエッチングして第１メサ段部Ｆ１（図１（ａ）参照）を形成する第１メサ段部形成工程である。

図７に、図６（ｍ）に示した圧電基板ＡＫの点線部１７０の拡大図を示す。ステップＳ３０１のメサ加工エッチングでは、図７の圧電基板サイドエッチング領域ＳＥに示すように、フッ酸などが回り込んでＣｒ層下の圧電基板ＡＫも僅かにエッチングされる。そのため、Ｃｒ層の露出面積はＡｕ層の露出面積よりも大きくなっている。

ステップＳ３０２及びステップＳ３０３では、レジストパターンＲＰが残っている状態で金属膜パターンＫＰが側面（Ｘ軸又はＺ’軸方向）からサイドエッチングされる。
ステップＳ３０２では、硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液を使ってＣｒ層のサイドエッチングが行われる。Ｃｒ層のサイドエッチングは、Ａｕ層がＣｒ層の上面に形成され、Ｃｒ層の側面が露出した状態でエッチングが行われることをいう。Ｃｒ層がＡｕ層で覆われてＣｒ層の側面が露出した状態で、Ｃｒ層のウエットエッチングをした場合、Ｃｒ層の側面からその内側方向へエッチングされる。Ｃｒ層の側面のエッチング量は±Ｘ軸方向に幅ＤＸ２となる量を目安とする（図６（ｎ）参照）。

ステップＳ３０３では、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液でＡｕ層のサイドエッチングが行われる。Ａｕ層のサイドエッチングは、フォトレジスト膜ＲＭがＡｕ層の上面に形成され、Ａｕ層の側面が露出した状態でエッチングが行われることをいう。Ａｕ層はＣｒ層のサイドエッチングと同じ幅ＤＸ２だけエッチングされるように行われる（図６（ｏ）参照）。

ステップＳ３０４では、フッ酸などで圧電基板ＡＫのメサ加工エッチングが行われる（図６（ｐ）参照）。このメサ加工エッチングでは圧電基板ＡＫがＹ’軸方向に高さＤＹ２だけエッチングされる。これによって第２メサ段部Ｆ２（図１（ａ）参照）が形成される。ステップＳ３０４は、第２メサ段部形成工程である。

ステップＳ３０４のメサ加工エッチングが終了した時点で、圧電基板ＡＫの外形は圧電振動片１００の外形に形作られる。更に、ここからメサ加工エッチングの工程を繰り返してさらに階段領域ＢＢのメサ段部を形成することも可能である。その場合は、ルートＲ１に示すようにステップＳ３０４からステップＳ３０２へ戻る。ルートＲ１を繰り返した回数だけ、段部の数を増やすことができる。ステップＳ３０４後に階段領域ＢＢの形成を終了する場合は、ルートＲ２を進んでステップＳ３０５に向かう。

ステップＳ３０５では、圧電基板ＡＫ上に残っているレジストパターンＲＰと、Ａｕ膜と、Ｃｒ膜との除去が行われる（図６（ｑ）参照）。圧電基板ＡＫ上には階段領域ＢＢが形成されている。

図５の及び図６で示された階段領域ＢＢの形成工程（ステップＳ２０１〜Ｓ３０５）では、金属膜としてクロムＣｒと金Ａｕとを用いた。しかし、金属膜をクロムＣｒ層のみとして階段領域ＢＢを形成することも可能である。たとえばステップＳ２０１でＣｒ層のみを形成し、ステップＳ２０５ではＣｒ層のエッチングが行われる。さらにステップＳ３０２において，Ｃｒ層のサイドエッチングが行われる。この場合、ステップＳ３０３は行われない。

またステップＳ２０１でＣｒ層とＡｕ層とが形成されたとしても、図６のステップＳ３０２に示したＣｒ層のエッチングの工程のみを行い、ステップＳ３０３のＡｕ層のエッチングを行わなくても良い。この場合、Ｃｒ層のサイドエッチングは、Ａｕ層がＣｒ層の上面に形成され、フォトレジスト膜ＲＭがＡｕ層の上面に形成された図６（ｎ）状態で行われる。そして、Ｃｒ層の側面のみが露出した状態で、Ｃｒ層の側面からその内側方向へエッチングされる。

さらに、ステップＳ３０２に示したＣｒ層のエッチングと、ステップＳ３０３に示したＡｕ層のエッチングとの順序は逆になっても良い。しかし、ステップＳ３０１では図７に示したようにＣｒ層の露出面積はＡｕ層の露出面積よりも大きくなっており、Ｃｒ層の方がＡｕ層よりもエッチングしやすい。そのため、Ｃｒ層のエッチングを先に行い、Ａｕ層のエッチングは、Ｃｒ層のエッチングを先に行ってＡｕ層の露出面積を大きくした後に行う方が好ましい。また、Ａｕ層がＣｒ層まで拡散していた場合など、Ａｕ層を先にエッチングするとＣｒ層の一部までもエッチングされることがある。このようなことを防ぐためにもＣｒ層のエッチングを先に行う方が好ましい。

上記の実施例では第１メサ段部の形成をステップＳ３０１で行ったが、ステップＳ１０６の後に行うことも可能である。図４（ｆ）の圧電基板ＡＫにはＣｒ層の下部に図７に示すような圧電基板サイドエッチング領域ＳＥ（図４（ｆ）では突出部ＴＳは形成されていない）があり、Ｃｒ層の露出面積が大きくなっているため、Ｃｒ層のエッチングを行いやすい。そのため、ステップＳ１０６の後にＣｒ層のサイドエッチングを行い、Ｃｒ層のサイドエッチング後にＡｒ層のサイドエッチングを行って圧電基板ＡＫの表裏面の外周部を露出させ、圧電基板ＡＫをメサ加工エッチングすることでも容易にメサ段部を形成できる。また、Ａｒ層のサイドエッチングは行わず、Ｃｒ層のサイドエッチングのみを行うことでもメサ段部を形成することができる。

図８は、圧電振動片１００への電極形成工程を説明するためのフローチャート及びその説明のための図である。圧電振動片１００への電極形成工程では、階段領域ＢＢが形成された後の圧電基板ＡＫに電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２が形成される。また、図８のステップＳ４０１は図６のステップＳ３０５から続く工程である。

ステップＳ４０１では、圧電基板ＡＫの全面（圧電基板ＡＫの表裏面、階段領域ＢＢおよび側面）にＣｒ膜が形成され、Ｃｒ膜上の全面にＡｕ膜が形成される。さらに、Ａｕ膜上には全面にフォトレジスト膜ＲＭが形成される（図８（ｒ）参照）。Ｃｒ膜及びＡｕ膜の形成には蒸着又はスパッタリングを用いる。フォトレジスト膜ＲＭの形成では、フォトレジストがスプレーガンなどにより塗布され、フォトレジストの塗布後にはプリベイクが行われる。

ステップＳ４０２では、電極ＥＬ１のパターン形状を有するフォトマスク（不図示）を使用してフォトレジスト膜ＲＭの露光及び現像が行われる。これにより、電極ＥＬ１の形状と同様なＡｕ膜が現れる。電極ＥＬ１と電極ＥＬ２とは圧電基板ＡＫの表裏で対称であるため、同じパターンを有するフォトマスクが圧電基板ＡＫの表裏の電極形成に使用される（図８（ｓ）参照）。

ステップＳ４０３では、Ａｕ膜及びＣｒ膜のエッチングが行われる。まず、フォトレジスト膜ＲＭが形成されていない箇所のＡｕ膜のエッチングが行われ、次にＡｕ膜が形成されていない箇所のＣｒ膜のエッチングを行う。その結果、圧電基板ＡＫ上には、フォトレジスト膜ＲＭが露光されていない箇所のＡｕ膜とＣｒ膜とが残ることになる（図８（ｔ）参照）。

ステップＳ４０４では、フォトレジスト膜ＲＭを除去する。フォトレジスト膜ＲＭを除去した状態を示した図８（ｕ）は、図３（ｃ）のＤ−Ｄ断面の断面図となる。

以上に示したように、圧電振動片１００では、露光技術を使用して階段領域ＢＢを形成する。そのため、バレル研磨法を用いた場合に比べ、加工時の形状誤差を小さくすることができ、圧電振動片１００の特性値のばらつきを抑えることができる。また、微小化が進む圧電振動片１００の形状に合わせて、平面方向に厚さの薄い階段領域ＢＢを形成することができる。このため励振電極ＥＬＲ1及び励振電極ＥＬＲ２を形成するための平面の面積を確保することが容易になる。さらに、バレル研磨法では、階段領域ＢＢを形成した後に、各圧電振動片１００の電極を個別に形成していた。しかし、実施例のような階段領域ＢＢの形成方法では、圧電材ウエハ１５０から取り外すことなく階段領域ＢＢを形成するため、一度に大量の圧電振動片１００の電極を形成することができる。

さらに、実施例に示した階段領域ＢＢの形成では、一度のＡｕ層、Ｃｒ層およびフォトレジスト膜ＲＭを形成すれば、複数のメサ段部を形成することができる。また、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３のＡｕ層及びＣｒ層のエッチング量、ステップＳ３０４の圧電基板ＡＫのメサ加工エッチングにおける圧電基板ＡＫのエッチング量及び回数を調節することにより、階段領域ＢＢの幅、高さ、メサ段部の段数等を調節することができる。特に第１メサ段部Ｆ１の平面の形状及び大きさは自由に決めることができる。

（第２実施例）
第１実施例の圧電振動片１００は、表裏面で同じ形状の階段領域ＢＢが形成されていた。しかし、階段領域ＢＢは表裏面で異なる形状又は片側の面のみに形成されていても良い。図９に、片側の面のみに階段領域ＢＢが形成された圧電振動片２００を示す。

＜圧電振動片２００の構成＞
図９（ａ）は、圧電振動片２００の＋Ｙ’軸側の平面図である。圧電振動片２００は、例えばＸ軸方向に厚み滑り振動をするＡＴカットの水晶振動片である。圧電振動片２００の＋Ｙ’軸側の面には圧電振動片１００と同じ形状の階段領域ＢＢが形成されている。

図９（ｂ）は、図９（ａ）のＥ―Ｅ断面における圧電振動片２００の断面図である。−Ｙ’軸側の面には階段領域ＢＢが形成されておらず、平坦な面になっている。−Ｙ’軸側の面に形成された励振電極ＥＬＲ２は、＋Ｙ’軸側の面に形成された励振電極ＥＬＲ１と同じ形状、大きさを有している。

圧電振動片２００は、片面のみにメサ段部が形成されているプラノメサ構造を有している。メサ段部は、片面のみに形成された場合でも表裏両面にメサ段部を有しないストリップ構造と比べると、振動エネルギーを励振電極下に集中させることができるため、ＣＩ値を低下させるのに十分に有効である。

＜圧電振動片２００の作製方法＞
圧電振動片２００の作製方法は、基本的には圧電振動片１００と同じである。ただし、圧電振動片２００は片側の面のみに階段領域ＢＢを形成すれば良いため、図５及び図６で説明した階段領域ＢＢの形成方法では、圧電基板ＡＫの片側の面のみの加工を行えばよい。具体的には、図５のステップＳ２０１の金属膜の蒸着の工程では、圧電基板ＡＫの＋Ｙ’軸側の面のみに金属膜を蒸着すればよい。そのため、ステップＳ２０２では、圧電基板ＡＫの＋Ｙ’軸側の面にのみにフォトレジストを塗布すればよい。更に、ステップＳ２０３では＋Ｙ’軸側の面のみを露光すればよい。

（第３実施例）
＜圧電振動片３００の構成＞
図１０（a）は、圧電振動片３００の平面図である。圧電振動片３００は、例えばＸ軸方向に厚み滑り振動をするＡＴカットの水晶振動片である。圧電振動片３００の圧電基板ＡＫの外形は、圧電振動片１００の圧電基板ＡＫの平面外形と同様の形状を有している。圧電振動片３００には、２つの電極ＥＬ１と電極ＥＬ２とが形成されている。＋Ｙ’軸側の面と−Ｙ’軸側の面との平面領域にはそれぞれ励振電極ＥＬＲ１及び励起電極ＥＬＲ２が形成されており、＋Ｘ軸側の辺の全体に形成された引出電極ＥＬＨ１及び−Ｘ軸側の辺の全体に形成された引出電極ＥＬＨ２とそれぞれ接続している。また、励起電極ＥＬＲ１及び励起電極ＥＬＲ2の四隅には電極が形成されていない領域である切欠部ＫＫがある。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ−Ｆ断面における圧電振動片３００の断面図である。圧電振動片３００に形成されている電極ＥＬ１及び電極ＥＬ２は、圧電基板ＡＫの表裏面で対称に形成される。また、圧電振動片１００と同様に、電極は圧電基板ＡＫの表面にＣｒ層が形成され、Ｃｒ層の表面にＡｕ層が形成されている。

＜圧電振動片３００の作製方法＞
圧電振動片３００の圧電基板ＡＫは圧電振動片１００の圧電基板ＡＫと同様の形状をしているが、圧電基板ＡＫ上に形成される電極の形状は圧電振動片３００と圧電振動片１００とでは異なっている。そのため、圧電振動片３００の電極の形成は、図７のステップＳ４０２において、圧電振動片３００用のフォトマスクを使用してフォトレジスト膜ＲＭを露光し、現像する。

＜圧電振動子３０００の構成＞
図１０（ｃ）は、圧電振動子３０００の断面図である。圧電振動子３０００は、リッドＬＤと、パッケージＰＫと、圧電振動片３００とにより構成されている。圧電振動片３００はパッケージＰＫ内の接続電極ＳＤに導電性接着材ＤＳを通して固定される。また、接続電極ＳＤは、パッケージＰＫの外部に形成されている外部電極ＧＤと電気的に接続されている。パッケージＰＫ内は、リッドＬＤが封止材ＳＧによりパッケージＰＫに接着されることにより封止される。

図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）のＧ−Ｇ断面における圧電振動子３０００の断面図である。圧電振動片３００は、引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２の各引出電極の±Ｚ’軸方向の両端側で導電性接着材ＤＳにより接続電極ＳＤと接続される。つまり圧電振動片３００は、４カ所でパッケージＰＫに固定されている。

圧電振動片３００は、励起電極ＥＬＲ１及び励振電極ＥＬＲ２の四隅に切欠部ＫＫを備えることにより、導電性接着材ＤＳと引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２との接着部と、励起電極ＥＬＲ１及び励起電極ＥＬＲ２との距離が大きくなる。そのため、導電性接着材ＤＳの塗布量が多くなってしまった場合、及び圧電振動片３００をパッケージＰＫに取り付ける際に圧電振動片３００に位置ずれがあった場合等でも、導電性接着材ＤＳと励振電極ＥＬＲ１及び励振電極ＥＬＲ２との接触を防止することができる。また、電極パターンは表裏両面間で対称となっており、圧電振動片３００では±Ｘ軸方向への方向性がなく、圧電振動片３００を接続電極３００に固着する場合の作業を容易にすることができる。

（第４実施例）
圧電基材ＡＫの周囲に枠を有した圧電振動片でも、圧電振動片１００と同様の方法でメサ段部を形成することができる。以下に、枠部ＷＢを有した圧電振動片４００について説明する。

＜圧電振動片４００の構成＞
図１１（ａ）は、圧電振動片４００の平面図である。圧電振動片４００は、例えばＸ軸方向に厚み滑り振動をするＡＴカットの水晶振動片である。圧電振動片４００は振動部ＳＨと枠部ＷＢとにより構成されており、振動部ＳＨと枠部ＷＢとは２カ所の接続部１５３において互いに接続されている。振動部ＳＨは圧電振動片１００の圧電基板ＡＫと同様の形状を有しており、電極も同様に取り付けられている。枠部ＷＢは振動部ＳＨを取り囲むように形成されており、圧電振動片４００を圧電振動子４０００に取り付けた時には、枠部ＷＢは圧電振動子４０００の側面部ＳＢとしての働きをする。振動部ＳＨに形成されている引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２は、接続部１５３を通り、枠部ＷＢの角ＴＥ１及び角ＴＥ２にまで形成されている。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＨ−Ｈ断面における断面図である。枠部ＷＢと振動部ＳＨとの間には貫通溝１５２が形成されている。枠部ＷＢの厚さＤＺＷは振動部ＳＨの厚さＤＺＳと同じでも良いし、異なっていても良い。

図１１（ｃ）は、組立前の圧電振動子４０００の断面図である。圧電振動子４０００は、リッドＬＤと、ベースＢＳと、圧電振動片４００とにより形成されている。引出電極ＥＬＨ１及び引出電極ＥＬＨ２はそれぞれ角ＴＥ１及び角ＴＥ２において、ベースＢＳに形成された接続電極ＳＤと導電性接着材ＤＳにより接着される。また、リッドＬＤとベースＢＳと圧電振動片４００とは、例えば水晶を基材としている。この場合は、リッドＬＤとベースＢＳと圧電振動片４００との接合はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術によって行われる。シロキサン結合技術は水晶同士を直接接合する。

＜圧電振動片４００の作製方法＞
圧電振動片４００の作製方法は、基本的には図４から図７に示した圧電振動片１００の作製方法と同じであるが、図４に示した圧電基板外形形成工程において、振動部ＳＨと枠部ＷＢとを分けるための貫通溝１５２を形成する。また、図５のステップＳ２０３において、枠部ＷＢのフォトレジスト膜ＲＭも露光すれば枠部ＷＢの厚さＤＺＷを薄く形成することができ、露光しなければ枠部ＷＢの厚さは圧電材ウエハ１５０と同じ厚さに形成することができる。

第１実施例から第４実施例におけるリッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳの基材は、ガラス、セラミックまたは水晶材料等により形成される。しかし、以下の理由により特に水晶材料を使用することが好ましい。

工業材料の硬さを表わす指標の一つにヌープ硬度がある。ヌープ硬度は数値が高ければ硬く、低ければ柔らかい。リッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳに使用される代表的なガラスであるホウケイ酸ガラスは、ヌープ硬度が５９０ｋｇ／ｍｍ^２である。また、水晶のヌープ硬度は７１０〜７９０ｋｇ／ｍｍ^２である。そのため圧電振動子では、リッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳにガラスの代わりに水晶を使用する方が圧電振動子の硬度を高くすることができる。また、圧電振動子を所定の硬度にする場合には、リッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳに使われるガラスの厚みを厚くする必要があるが、水晶であれば厚みが薄くてもよい。つまり、同じ硬度の圧電振動子であればリッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳに水晶を使用すると、小型化・低背化が可能となる。

また、圧電振動子の作製時、または圧電振動子のプリント基板への取り付け時には圧電振動子に熱が加えられる。その時に、リッドＬＤ、パッケージＰＫ又はベースＢＳに水晶材料とは異なる種類の材料を使用する場合、圧電振動子内には熱膨張係数の差による応力が加わる。熱膨張係数の差が大きいとこの応力も大きくなり、特に第４実施例における圧電振動片４００では強度の弱い枠部ＷＢの角等が破損することがある。そのため、リッドＬＤ及びベースＢＳと圧電振動片４００との熱膨張係数の差を小さくすることが望まれる。リッドＬＤ及びベースＢＳに水晶を使用することは、リッドＬＤ及びベースＢＳにガラスを使用した場合に比べて圧電振動片４００との熱膨張係数の差を小さくし、圧電振動子内の応力を小さくすることができるため好ましい。さらに、上記の通り、ガラスを使用した場合に比べて圧電振動子の小型化・低背化が可能となるため好ましい。

以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

たとえば、本実施形態では圧電基板ＡＫの圧電材料として、水晶を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、圧電材料としては水晶以外にも例えば、ＬｉＴａＯ3（リチウムタンタレート）なども適用可能である。また、金Ａｕの代わりに銀Ａｇ等を使用し、クロムＣｒの代わりにニッケルＮｉ、チタンＴｉまたはタングステンＷ等を使用することも可能である。

また、ＡＴカットの水晶片を代表として説明したが、ＢＴカットの水晶片であってもよい。さらに圧電デバイスとして、圧電振動子以外に、発振回路を含む集積回路ＩＣを組み込んだ圧電発振器として構成することも可能である。

１００、２００、３００、４００ 圧電振動片
１５０ 圧電材ウエハ
１５１ オリエンテーションフラット
１５２ 貫通溝
１５３ 接続部
１５４ ダイシングライン
１６０ 圧電材ウエハ１５０の拡大部
１０００、２０００、３０００、４０００ 圧電振動子
ＡＫ 圧電基板
ＢＡ 基部
ＢＢ 階段領域
ＢＳ ベース
ＣＮ 圧電基板ＡＫの内周側の段差
ＣＧ 圧電基板ＡＫの外周側の段差
ＤＳ 導電性接着材
ＤＸ１、ＤＸ２、ＤＹ１、ＤＹ２、ＤＺ１、ＤＺ２ 段差
ＥＬ１、ＥＬ２ 電極
ＥＬＲ１、ＥＬＲ２ 励振電極
ＥＬＨ１、ＥＬＨ２ 引出電極
Ｆ１ 第１メサ段部
Ｆ２ 第２メサ段部
ＧＤ 外部電極
ＫＫ 切欠部
ＫＰ 金属膜パターン
ＬＤ リッド
ＰＭ１、ＰＭ２ フォトマスク
ＲＭ フォトレジスト膜
ＲＰ レジストパターン
ＳＢ 側面部
ＳＤ 接続電極
ＳＥ 圧電基板サイドエッチング領域
ＳＧ 封止材
ＳＨ 振動部
ＴＳ 突出部
ＷＢ 枠部

Claims (2)

1. 圧電材を基材とする圧電基板上に励振電極が形成された圧電振動片を製造する製造方法において、
   前記圧電基板の表面に第１層金属膜と前記第１層金属膜の表面に第２層金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   前記金属膜形成工程後に、前記圧電材ウエハに貫通溝を形成して前記圧電基板の外形を形成する貫通溝形成工程と、
   前記第２層金属膜を残したまま、前記貫通溝形成工程後に現れた前記第１層金属膜の側面のみをエッチングする第１金属膜エッチング工程と、
   前記第１金属膜エッチング工程後に、側面がエッチングされた前記第１金属膜を保護膜として前記圧電基板をエッチングしてメサ段部を形成するメサ段部形成工程と、
   を備える圧電振動片の製造方法。
2. 前記第１金属膜エッチング工程と前記メサ段部形成工程とを複数回繰り返すことにより、複数のメサ段部を形成する請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。