JPH05315881A - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 平面電極９の反転パターン形状を有するフォ
トレジスト５と金属膜３とをエッチングマスクとして水
晶基板１をエッチングして、水晶振動子の外形形状を形
成し、さらにフォトレジストをエッチングマスクにして
金属膜をエッチングし、さらに全面に電極膜７を形成
し、フォトレジストを除去し、平面電極と側面電極１１
とを形成する。 【効果】 水晶基板からフォトエッチ技術により、音叉
型や厚みすべり型水晶振動子を容易に形成することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音叉型水晶振動子や厚
みすべり型水晶振動子などの超小型水晶振動子をフォト
リソグラフィー技術と化学エッチング技術とにより作成
するための水晶振動子の製造方法に関するものである。

【従来の技術】

【０００２】従来の小型水晶振動子の製造方法を、図
３，図４，図８を用いて説明する。

【０００３】図３は、フォトリソグラフィー技術と化学
エッチング技術（以下フォトエッチ技術と記載する）に
より得られる音叉型の水晶振動子を示す斜視図であり、
図４は、図３の斜視図の音叉枝部におけるＡ−Ａ線での
断面を示す断面図である。

【０００４】図３と図４とに示すように、水晶片２１を
励振するための電極膜として、平面電極２５と側面電極
２３とが形成してある。

【０００５】図３と図４とに示す水晶振動子の外形形状
加工と電極膜形成と製造方法は、たとえば特開昭５６−
１０６４１２号公報や、特開昭５９−５４３０９号公報
に紹介されている。

【０００６】図８は特開昭５６−１０６４１２号公報に
記載の水晶振動子の製造方法を示す断面図である。

【０００７】図８（ａ）に示すように、水晶基板を音叉
形状に外形形状加工を行い、その後水晶片７１の音叉の
枝部には、フォトエッチ技術により平面電極７３を所定
の形状にパターニングする。しかる後に、金属マスク７
７を水晶片７１の表裏両面に配置する。このとき金属マ
スク７７の開口部７９を、側面電極７５を形成する水晶
片７１位置に合わせる。その後、金属膜マスク７７をマ
スクにして、矢印７２の方向から、側面電極７５材料と
して、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）などを真空蒸着法に
より形成する。

【０００８】この結果、図８（ｂ）に示すように、金属
マスク７７の開口部７９内の水晶片７１の側面部に側面
電極７５を形成することができる。

【０００９】図８に示す水晶振動子の製造方法において
は、クロムと金からなる蒸着膜は、金属マスク７７の開
口部７９を通して、水晶片７１の側面部に側面電極７５
を形成する製造プロセスである。つまり、平面電極７３
はフォトエッチ技術によって形成し、側面電極７５は金
属マスク７７を用いて真空蒸着法にて形成する製造プロ
セスである。

【００１０】一方、図９は特開昭５９−５４３０９号公
報に記載の水晶振動子の製造方法を示し、図９は音叉枝
部における断面を示す断面図ある。

【００１１】まず図９（ａ）に示すように、外形形状が
音叉形状を有する水晶片８１を、薄板の水晶基板よりフ
ォトエッチ技術により形成する。

【００１２】しかる後に、図９（ｂ）に示すように、水
晶片８１の全面に、クロムと金からなる電極膜８３を真
空蒸着法により形成する。

【００１３】その後、図９（ｃ）に示すように、フォト
レジスト８５を水晶片８１の全面に形成し、露光、現像
処理を行い、電極膜８３をエッチングする領域のフォト
レジスト８５に開口部８７を形成する。

【００１４】その後、図９（ｄ）に示すように、フォト
レジスト８５の開口部８７内に露出した電極膜８３をエ
ッチングし、さらにフォトレジスト８５を剥離して、平
面電極８３ａと側面電極８３ｂとを形成することができ
る。

【００１５】この図９を用いて説明した水晶振動子の製
造プロセスでは、金属マスクを使用せず、すべてフォト
エッチ技術で、水晶振動子の外形形状の加工工程と電極
膜の形成工程とを行うものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】近年、水晶振動子の応
用製品を使用する各種電子製品は、携帯機器化の傾向が
強まり、ますます小型化、薄型化、高機能化している。

【００１７】したがって、その代表例である水晶振動子
も超小型化、薄型化は勿論のこと、高安定化、高周波
化、表面実装化（ＳＭＤ）が強く求められている。

【００１８】しかしながら、振動子の特性を維持しなが
ら上記の各種要求を実現するには、従来の製造技術では
限度があり、製造プロセスの工夫が必要である。とくに
振動周波数が高い高周波振動子であるＡＴカット厚みす
べり振動子などにそれが言える。

【００１９】以下、従来例における課題について、図面
を参照して説明する。

【００２０】図８に示す製造方法おいては、水晶片７１
の側面電極７５形成領域に対する金属マスク７７の開口
部７９の位置合わせが難しい。水晶片１に対する金属マ
スク７７の開口部７９の位置ずれが生じた場合は、水晶
片７１の平面にも蒸着膜が形成さる。この結果、側面電
極７５が平面部にはみ出すように形成され、水晶振動子
の特性が劣化する。

【００２１】またさらに、水晶片７１の幅寸法が、１０
０ミクロン以下になった場合、金属マスク７７そのもの
の加工が困難となってくる。

【００２２】さらに、フォトエッチ技術にて外形形状加
工と電極膜形成とを行う図９に示す製造プロセスでは、
回転塗布法では、水晶片８１の平面と側面とにフォトレ
ジスト８５を形成することが難しい。

【００２３】またさらに図９（ｃ）に示す工程にて、フ
ォトレジスト８５の開口部８７を形成する露光処理時
に、水晶片８１とフォトマスクとの位置ズレが生じる
と、水晶片８１の側面に形成されたフォトレジスト８５
まで、露光され現像時に除去される。このため水晶片８
１側面部の側面電極８３ｂが一部欠けるように形成さ
れ、水晶振動子の特性が劣化する。

【００２４】一方、水晶片８１側面部の長手方向の一部
領域の側面電極８３ｂを一部除去したい場合は、露光時
に露光光が、水晶片８１の側面部に入射せず光量が不足
となり、フォトレジスト８５がポジ型であれば光分解さ
れず、ネガ型であれば光架橋しない問題を有している。

【００２５】以上の説明で明かなように、水晶片が超小
型化すると、側面部における電極膜のパターニングが問
題となっている。

【００２６】本発明の目的は、上記の課題を解決し、フ
ォトエッチ技術にて超小型水晶片の形状加工、および平
面電極と側面電極の形成を容易に実施できる水晶振動子
の製造方法を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の水晶振動子の製造方法においては、下記記載の
製造プロセスを採用する。

【００２８】本発明の水晶振動子の製造方法は、薄板の
水晶基板に金属膜を形成し、金属膜を水晶振動子の外形
形状にパターニングする工程と、金属膜上に所定の電極
形状とはネガティブな関係のパターンと露出した水晶基
板平面の一部とに電極膜形成時の保護膜としてフォトレ
ジストを形成する工程と、露出した水晶基板をエッチン
グし所定の水晶振動子形状に加工する工程と、フォトレ
ジストをマスクに金属膜をエッチングする工程と、水晶
基板の平面と側面に電極膜を形成する工程と、フォトレ
ジストとフォトレジスト上に形成された電極膜とを除去
する工程と、金属膜をエッチングし水晶基板面と密着し
た平面電極と側面電極とを残存させる工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００２９】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１と図２とは本発明の水晶振動子の製造プロセス
を工程順に示す断面図である。なお図１は図３の音叉枝
部のＡ―Ａ線における断面を示す断面図であり、図２は
図３の音叉先端部のＢ−Ｂ線における断面を示す断面図
である。

【００３０】まず図１（ａ）に示すように、水晶原石よ
り所定の角度にて切り出し、さらに研磨処理を行って水
晶基板１を所定の厚さにする。この水晶基板１の厚さと
しては、３０〜２００ミクロンとする。

【００３１】その後、図１（ｂ）に示すように、水晶基
板１の表裏両面にクロムと金との積層膜からなる金属膜
３を形成する。この金属膜３の形成は、真空蒸着法など
により行う。

【００３２】その後、感光性樹脂（図示せず）を全面に
回転塗布法により形成し、所定のフォトマスクを用いて
露光、現像処理を行い、感光性樹脂をパターニングし、
さらにその後、このパターニングした感光性樹脂をエッ
チングマスクとして金属膜３をエッチングするフォトエ
ッチ技術により、金属膜３を音叉外形形状にパターニン
グする。ここで金属膜３を構成する金はヨウ素系の水溶
液を用いてエッチングし、クロムは硝酸第二セリウムア
ンモニウムと過塩素酸との混合溶液を用いてエッチング
する。

【００３３】つぎに図１（ｃ）と図２（ａ）に示すよう
に、全面にフォトレジストを回転塗布法により形成し、
露光、および現像処理を行い、平面電極の形状とは反転
（ネガティブ）形状を有するフォトレジスト５を形成す
る。このフォトレジスト５はポジ型、ネガ型のいずれで
も良い。

【００３４】このとき、音叉振動子の先端部や叉部底部
などのように側面電極非形成領域では、図２（ａ）に示
すように、フォトレジスト５は露出する水晶基板１の平
面部と音叉両枝部に形成する金属膜３上との両方に形成
する。

【００３５】つぎに図１（ｄ）と図２（ｂ）に示すよう
に、金属膜３とフォトレジスト５とをエッチングマスク
に用いて、水晶基板１を酸性フッ化アンモニウムなどを
用いてエッチングする。

【００３６】このとき、金属膜３とフォトレジスト５と
は、前述の水晶基板１のエッチング液に耐える。ただ
し、フォトレジスト５は、金属膜３上にあるフォトレジ
スト５だけが、密着性を維持することができる。この結
果、水晶振動子の外形形状は、金属膜３と同一形状の音
叉形状となる。

【００３７】この水晶基板１のエッチングプロセスにお
いて、側面電極非形成領域では、図２（ｂ）に示すよう
に、露出した水晶基板１がエッチングされ、そのエッチ
ング液は時間の経過とともに、フォトレジスト５の下部
領域である水晶基板１もエッチングし、空間４を形成す
る。

【００３８】これは、水晶基板１のエッチングの際、エ
ッチング液が密着性の良い金属膜３と水晶基板１の界面
には浸入せず、密着性の悪いフォトレジスト５と水晶基
板１の界面には浸入することにより、金属膜３の非形成
領域の水晶基板１がエッチングされる。

【００３９】それにより、フォトレジスト５の下部で、
かつ金属膜３を形成していない領域は、空間４となる。
したがって、側面電極膜形成時に、フォトレジスト５は
側面電極を形成したくない部分の保護膜として利用でき
る。

【００４０】つぎに図１（ｅ）と図２（ｃ）に示すよう
に、フォトレジスト５をエッチングマスクに用いて、水
晶基板１の表裏両面に形成した金属膜３をエッチングす
る。それにより、電極膜形成部６の水晶基板１面が露出
し、後述する工程で形成する電極膜を形成することがで
きる。

【００４１】つぎに図１（ｆ）と図２（ｄ）に示すよう
に、全面に電極膜７を真空蒸着法などを用いて形成す
る。この電極膜７は、金属膜３と異なる材料を形成し、
たとえばチタン（Ｔｉ）とパラジウム（Ｐｄ）の積層膜
を用いる。

【００４２】この電極膜７の膜厚は、１０００オングス
トローム程度と薄くする。さらに、電極膜７の形成温度
は、フォトレジスト５のパターン形状が劣化しないよう
に、低温で形成する。

【００４３】電極膜７形成プロセスにおいて、側面電極
を形成しない部分では、図２（ｄ）に示すように、空間
４に橋渡しするような形状のフォトレジスト５上に電極
膜７が形成されることになる。この結果、音叉の叉部の
底部付近などの側面部には、フォトレジスト５が保護膜
として機能し、電極膜７は形成されない。

【００４４】これによりいかなる場所でも、電極膜７の
選択形成が可能となり、絶縁対策などに有効となる。

【００４５】つぎに図１（ｇ）に示すように、フォトレ
ジスト５と、このフォトレジスト５上に形成した電極膜
７とを除去する。フォトレジスト５の除去は、たとえば
加温した溶剤の中に浸漬し、フォトレジスト５を溶解さ
せることにより行う。

【００４６】この溶剤は、電極膜７のピンホールを通し
て、フォトレジスト５に到達し、フォトレジスト５を溶
解する。そのとき、水晶基板１上に形成された電極膜７
は、水晶基板１と密着しており、剥離はしない。

【００４７】つぎに図１（ｈ）と図２（ｅ）に示すよう
に、平面電極と反転パターン形状を有する金属膜３をエ
ッチング除去することにより、平面電極９と側面電極１
１とを形成する。

【００４８】この金属膜３のエッチングは、前述の金と
クロムのエッチング液をそれぞれ用いて行う。このと
き、金とクロムからなる金属膜３のエッチング液に、電
極膜７はエッチングされない材料であるチタンとパラジ
ウムで構成しているため、電極膜７はエッチングされず
に残る。

【００４９】この結果、平面電極９と側面電極１１とを
有する、図３に示すような、水晶振動子を形成すること
ができる。

【００５０】以上図１と図２とを用いて説明した水晶振
動子の製造方法によれば、フォトレジストでのパターン
形成工程は、図９を用いて説明した従来例のように、側
面領域にフォトレジストを形成していない。このため、
水晶基板の平面上にて、フォトレジスト処理を行うた
め、高精度に水晶振動子の外形形状と電極膜とを作成す
ることができる。

【００５１】さらに、図８に示す従来例のように、側面
電極形成のための金属マスクが不要であり、フォトレジ
ストも平面処理のために回転塗布法で容易に形成できる
メリットがある。

【００５２】なお、本発明の説明には周波数調整などに
かかわるプロセスなどは説明していないが、本発明の製
造プロセスの途中に設けることは可能である。

【００５３】本発明の水晶振動子の製造方法を用いた他
の実施例を、図５と図７との斜視図と、図６の断面図を
用いて説明する。なお、図６は、図５におけるＣ―Ｃ線
での断面を示す断面図である。

【００５４】図７に示すように、水晶基板６５は従来よ
り作成されているＡＴカット厚みすべり水晶振動子の基
板であり、水晶片６７はこの水晶基板６５より作成され
る。

【００５５】一方、水晶基板６１は、Ｘ軸を中心にＹ軸
を３０〜４０゜傾斜させた水晶基板であり、この水晶基
板６１に作成する水晶片６３を図５に示す。

【００５６】図５に示す水晶振動子は、矢印４５のよう
に厚みすべり振動をする。振動子の長手方向がＸ軸、厚
さ方向がＺ´軸、振動周波数が決定される方向がＹ´軸
である。

【００５７】図５と図６とに示すように、水晶片４１の
側面に振動子を励振するための電極膜４３を形成する。

【００５８】図５に示す振動子は、厚さがＺ´軸方向で
あり、化学エッチングが容易な振動子である。また、振
動周波数が決まるＹ´軸方向の寸法は、振動周波数がた
とえば１２．８ＭＨｚであれば１３０ミクロンと細く、
超小型である。したがって、図５、図６、および図７に
示す水晶振動子は、図１を用いて説明したフォトエッチ
技術により形成することができる。

【００５９】この厚みすべり振動子の製造プロセスに本
発明の製造プロセスを用いれば、超小型の平面電極、側
面電極を有するいかなる形状の振動子も、高精度で製造
が可能となる。

【００６０】なお、本発明の振動子の製造方法は、音叉
型水晶振動子や厚みすべり型水晶振動子で説明したが、
ＧＴ型、ＤＴ型などの他の振動形態を有する振動子やニ
オブ酸リチウムなどからなる振動子にも適用できる。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる水晶振動子の製造プロセスによれば、水晶基板から
フォトエッチ技術によって作成する音叉型や厚みすべり
水晶振動子を容易に製造することができる。とくに、水
晶振動子の形状や、平面および側面に形成する電極膜の
形状精度が、超小型化しても充分に高精度を維持するこ
とができることから、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における水晶振動子の製造方法
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例における水晶振動子の製造方法
を示す断面図である。

【図３】従来例と本発明の実施例とにおける音叉型水晶
振動子を示す斜視図である。

【図４】従来例と本発明の実施例における音叉型水晶振
動子の枝部における断面を示す断面図である。

【図５】本発明の実施例における厚みすべり水晶振動子
を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例における厚みすべり水晶振動子
の振動部における断面を示す断面図である。

【図７】従来例と本発明の実施例とにおける水晶基板を
示す斜視図である。

【図８】従来例における音叉型水晶振動子の製造方法を
示す断面図である。

【図９】従来例における音叉型水晶振動子の製造方法を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 水晶基板 ３ 金属膜 ４ 空間 ５ フォトレジスト ７ 電極膜 ９ 平面電極 １１ 側面電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板の水晶基板に金属膜を形成し、金属
   膜を水晶振動子の外形形状にパターニングする工程と、
   金属膜上に所定の電極形状とはネガティブな関係のパタ
   ーンと露出した水晶基板平面の一部とに電極膜形成時の
   保護膜としてフォトレジストを形成する工程と、露出し
   た水晶基板をエッチングし所定の水晶振動子形状に加工
   する工程と、フォトレジストをマスクに金属膜をエッチ
   ングする工程と、水晶基板の平面と側面とに電極膜を形
   成する工程と、フォトレジストとフォトレジスト上に形
   成された電極膜とを除去する工程と、金属膜をエッチン
   グし水晶基板面と密着した平面電極と側面電極とを残存
   させる工程とを有することを特徴とする水晶振動子の製
   造方法。