JP2003110388A

JP2003110388A - 圧電振動素子とその製造方法、および圧電デバイス

Info

Publication number: JP2003110388A
Application number: JP2001300277A
Authority: JP
Inventors: Akinori Kosaka; 小阪　　彰伯
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエットエッチングにより水晶片に凹形状を
形成するエッチング加工する時、同時に水晶片の輪郭を
形成すると、凹形状の形成と輪郭の形成の条件が異なり
最適化が困難であり、凹形状に加工した底の主面の表面
粗さが悪く、エッチング用液の汚染度が倍増しエッチン
グ速度の管理も困難となる。また、個々の水晶片に貫通
した領域を作る必要から、水晶片の取れ数が少なく、フ
ォトリソ技術で形成する電極の寸法精度も悪くなる。ま
た、特性の安定化のための副振動軽減を、生産性を考慮
して行う必要がある。【解決手段】ウエハーにエッチング加工で凹形状を複数
個同時に形成し、その後切断加工し複数個の水晶片に分
離する。さらに、エッチング加工では後に切断加工する
付近を同時にエッチング加工し面取りを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本出願は、主にテレビなど民
生品や、コンピュータなどのクロックや、無線通信や光
通信などの高速、大容量通信に使用される周波数発生源
や、物質を感知したり、圧力や加速度などを感知するセ
ンサーなど圧電性を利用する圧電デバイスに関するもの
である。特に１００ＭＨｚ以上の基本波で発振する板厚
の薄い水晶振動子などで、副振動などの不要な振動を極
力主振動へ影響させないようした圧電振動素子と、この
圧電振動素子を大量に精度よく製造する製造方法、およ
びこの圧電振動素子を利用した圧電デバイスに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子は、通信機器にとって基準周
波数を供給する重要な部品である。近年、高速、大容量
通信用機器の登場により各機器の高周波化が進み、同時
に共振周波数を直接高くし、ジッタなどノイズを軽減す
る水晶振動子をより多く供給することが求められている
（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＤＥＳＩＧＮＭａｒｃｈ６
０２００ｐ１１２）。一般的に、ＰＬＬ回路によるて
い倍で高周波化を実現するより水晶振動子の基本波周波
数も高くするとノイズを抑制しやすい。ＡＴカットなど
の水晶振動子の共振周波数を高くし、ＶＨＦ帯で取り扱
うには、圧電体が主振動を励振する励振部分の板厚を薄
くするほど高くなるため薄板化が課題となる。

【０００３】特に電気的特性の安定性が問われる周波数
発生源として利用する場合、高周波化を進めて基本波振
動の共振周波数が１００ＭＨｚ以上にもなると、水晶板
の板厚は約１７μｍ以下の薄板となる。このため、加速
度や衝撃など外的衝撃の影響で共振周波数が変動した
り、製造時のハンドリングが悪いなど、水晶振動子の高
周波化は各種の薄板の弊害を生じる。一般的な水晶振動
子は平板形であり、フラットな水晶片を使用する。フラ
ットとは、一方の主面と他方の主面がほぼ並行で、全面
わたり一定の板厚である板状の形状の水晶片をいう。薄
板とすることによる弊害を回避すべく、平板形の欠点を
補ない、通常の平板形水晶片の外周に、より板厚の厚い
枠部を有するようにして、断面で見て凹形状の水晶片を
利用する凹形水晶振動素子がすでに発明されている。本
明細書では、凹形水晶片の板厚が薄い部分を薄板部とい
う。凹形水晶振動素子は、丸形をはじめ、四角形のもの
など１９７０年代から内外で発表されている（米国特許
公報第３,６９４,６７７号）。また、凹形水晶振動素
子の振動モードなども中澤らにより研究されてきた（信
学技報ＵＳ７６−１６,７昭和５１年）さらに、Ｑ
値を向上するために凹形水晶片の表面にコンベックス形
状を形成し、周波数温度特性について研究している（電
気学会論文誌昭和５７−２ｐ５９）。外的衝撃の影
響を受けるこの薄板を利用すると、低周波で板厚の厚い
圧電振動素子より敏感に電極表面の重量変化を感じるこ
とからガス検知用など微量変化を検出したり、重量点の
変位による加速度測定などの高性能センサーとして使用
する用途もある。

【０００４】近年、研削加工や研磨加工などの技術力向
上により、薄い板厚の平板形の圧電体片をハンドリング
する技術、保持器に固定する技術などが各種要素技術の
進展により向上され、ある一定の板厚であるならば、薄
板の弊害を解決して平板形が利用されている。１０μｍ
ほどの薄い平板の水晶片をバンプで実装したり、ＳＭＤ
パッケージに実装して表面実装型水晶振動子とするもの
も考案されている。同じ外形寸法の水晶振動素子では、
凹形より平板形が次のような有利な場合がある。電圧制
御水晶発振器（以下、ＶＣＸＯ）などのために容量比な
どを小さくし、周波数の可変幅を大きくするために、電
極の面積が重要な設計パラメータとなる場合、加圧セン
サーなどの圧電デバイスでは電極を大きくした方が電荷
を拾いやすく、つまり感度を得るために電極を大きくし
たり、電極を各種形状にするために大きな面積を必要と
する場合、さらに板厚に対して広い主面の面積を取りた
い場合などである。

【０００５】本明細書の主面の一部の板厚を薄くした薄
板部と、前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電
体片とは凹形圧電体片であり、逆メサ形ともいう。本明
細書では主面の一部の板厚を薄くすることを凹形状を形
成するという。凹形状の板厚の薄い部分を薄板部、板厚
の厚い部分を枠部と呼ぶ。凹形状の形成は底の薄板部の
板厚を制御する必要があることから、大量生産すること
が一般的に困難である。また、現在一般的に表面実装型
水晶振動子または水晶発振器に広く搭載されているのは
板厚で約３５μｍ以上であるが、平板形の水晶片であ
る。このため、従来の水晶振動子製造で利用されてきた
平板形の水晶片を取り扱うほうが、従来設備の流用など
も容易である。このように、平板形水晶振動子は凹形水
晶振動素子より有利な面も多いが、例えば、今後考えら
れる１０μｍ未満の板厚を有する水晶振動素子などでは
前述の薄板の弊害より凹形水晶片に有利な面も多くな
り、今後は使用する用途によりこれらを使い分ける可能
性が高い。

【０００６】凹形水晶片は平坦な主面に凹形状を形成す
る。凹形状の形成は、一般的にフッ化水素酸やフッ化ア
ンモニウムを含むエッチング用液を利用して水晶を溶解
してエッチング加工するウエットエッチングや、ＣＦ４
やＣＨＦ３やＣ２Ｈ６など反応性のガスを利用して水晶
をエッチング加工するドライエッチングなどの化学的加
工方法や、レーザーや超音波やサンドブラストなどを利
用して衝撃などで加工する物理的加工方法などがある。
ドライエッチングは薄板部の主面の表面粗さを荒らさず
加工できるが５００Å/ｍｉｎとエッチング速度が遅く
加工に時間がかかる。物理的加工方法は個々に加工した
り物理的衝撃による亀裂や、加工層が電気的特性の劣化
を招く。ウエットエッチングとは、液体を利用して、水
晶を溶解し加工する方法である。エッチング用液には上
記の他添加剤を混ぜてエッチング速度の安定、表面粗さ
の改善をはかることも有る。大量の水晶片やウエハーを
同時に加工でき生産性に優れ、エッチング速度もＡＴカ
ットの切断面に垂直方向に２μｍ／分程度と速い。通
常、エッチング用液をテフロン（登録商標）容器に入れ
５０度から９０度程度にし、これに水晶を浸ける。水晶
を揺動してもよい。板厚を薄くする加工の例としては、
保護膜を主面の全面に形成し、その後板厚を薄くする薄
板部に相当する領域の保護膜を取り除き、エッチング用
液に浸けて保護膜を取り除いた部分が加工され板厚を薄
くし、主面に凹みを形成する。現在は主面に垂直な方向
より見て、薄板部の形状が４角形や円形の凹形水晶振動
子が主に利用されている。本明細書のエッチング加工は
主にウエットエッチングによるウエハーの加工をいう。

【０００７】ウエットエッチングによる水晶片のエッチ
ング加工では、凹形状の形成と同時に通常輪郭も形成す
る。音叉型水晶振動素子では一般的にウエットエッチン
グを利用し、その輪郭を形成している。しかし、輪郭で
の貫通を完全にし寸法精度を確保するために、隣接する
水晶片同士を一定距離で離す必要から、一枚のウエハー
から取る水晶片の数は少なくなる。さらにエッチング加
工後に水晶片がバラバラにならないよう接続部やフレー
ム部を作る必要がありさらに取れる数は少なくなる。ま
た凹形水晶片では、薄板部は一方の主面からのみエッチ
ング加工し、輪郭部は両側の主面からエッチング加工す
る。この時、輪郭の形成は、輪郭寸法のバラツキをなく
すため充分なウエハーの揺動が必要だが、凹形状の形成
は輪郭の形成に最適な揺動を行うと表面が荒れたりす
る。また、ウエットエッチングの液組成や温度などの条
件もそれぞれ異なる。

【０００８】本明細書で、圧電体片とは、結晶軸に対し
てある決められた幾何学的形状・寸法および角度に切断
した結晶片をいう。さらに圧電体片に電極を配して電荷
をかけ振動を得るなど圧電性を利用する素子を圧電振動
素子とよび、圧電振動素子を保持器に封入、つまり密封
して圧電デバイスとして使用する。ＡＴカットやＳＣカ
ットは電極を少なくとも表裏主面、それぞれに配する。
フィルターなどでは一方の主面に２つ以上の電極を配す
ることもある。圧電デバイスは圧電振動素子を保持器に
入れて封入したもので、振動子や発振器やセンサーや光
学素子などであり、圧電体の結晶には水晶の他にランガ
サイトやニオブ酸リチウムなどの圧電性を示す単結晶が
あげられる。水晶の場合には、圧電体片とは水晶片であ
り、圧電振動素子とは水晶片と水晶片に配した電極で構
成される水晶振動素子であり、圧電デバイスとは、水晶
振動素子を保持器に封入した水晶振動子、水晶発振器ま
たは水晶を利用するセンサー部品や光学用素子などをい
う。

【０００９】ＡＴカットの水晶振動子の場合、図１１で
示すとおり、利用したい主振動は厚み滑り振動（ａ）で
主振動として利用するが、屈曲振動（ｄ）、伸長振動
（ｅ）または輪郭すべり振動（ｆ）などの高次の不要な
副振動が存在し、さらにこれら水晶片の輪郭の寸法など
をパラメータとする副振動だけでなく、厚みねじれ振動
モード（ｂ）や、インハーモニックモード（ｃ）などの
基本振動または高次の副振動も発生する。９０１は電荷
のプラス領域、９０２は電荷のマイナス領域を示し、図
９中の矢印は変位方向を示す。副振動は、主振動の共振
周波数の近傍に存在すると影響を与え、例えば電極を加
工して周波数調整する時に調整精度を悪くしたり、容量
により共振周波数を可変するのに主振動と結合したり、
温度を変化させると主振動と影響し合い主振動が不連続
に周波数が変動する周波数ジャンプなどをおこし、時に
振動を停止するなどして圧電デバイスの特性を非常に不
安定にする。このため、副振動を減衰させたり、主要振
動の共振周波数から離して結合を少なくするのに、べべ
リング加工やコンベックス加工が一般的になされてい
る。

【００１０】べべリング加工とは、圧電体片の主面の縁
端を面取りする加工である。通常は斜面研磨し、主面に
対して斜めにする。コンベックス加工とは、表面の形状
を凸レンズ形状にし、片側を凸または両側を凸にするも
のである。水晶振動子などの水晶片の面取りをすると、
屈曲振動や伸長振動や輪郭すべり振動をを減衰し、これ
ら副振動の共振周波数を大きく変えられる。これらによ
り、理想的な厚み滑り振動に近づけられる（岡野庄太郎
著「水晶周波数制御デバイス」ｐ６４）。厚み滑り振
動の振動変位を電極中央に集中させ縁端における支持損
失を小さくするなどする（滝貞男著「人工水晶とその
電気的応用」ｐ１０１）。これらにより、主振動であ
る厚みすべり振動の特性、特に温度変化により副振動が
主振動に影響するなどが改善されると同時に、圧電デバ
イスとして使用における特性変化を軽減する。本明細書
では面取りした部分面取り部と言い、従来から行われて
きたべべリング加工により面取りしたのと同様な効果を
圧電振動素子に付加する。面取り部の寸法についても十
分検討されてきた。べべリング加工は、研削機械や研磨
機械などの装置を使用して作成され、従来から高性能の
圧電デバイスに対して一定の数量を製造され続けてい
る。だが、べべリング加工は水晶片個々に行うために手
間がかかり大量に製造するのが困難である。また、円形
は加工しやすく、方形は加工しにくいなど水晶片の形状
に加工難度も左右され近年の多様化した水晶片の形状に
対応困難であり、コストも高く低価格化が困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、エッチ
ング加工により水晶片を加工するのに、輪郭を形成する
場合、水素片の間に貫通部を設けたり、ハンドリングに
必要な充分な強度のフレーム部を形成するのに面積を取
られるため取れ数が少なく生産性が悪い。また、凹形状
を形成する場合、輪郭の形成と同時におこなうと、ウエ
ットエッチングの条件がそれぞれ異なり最適化が出来な
いことから、加工精度が悪く寸法精度や薄板部の主面の
粗さが悪くなる。さらに、貫通した輪郭をもつ従来のウ
エットエッチングによる水晶片の輪郭の形成では電極を
フォトリソ技術で微細に形成する場合、レジストの凹凸
や水晶片のひずみで位置ズレや寸法精度が悪くなる。ま
た、副振動軽減のため水晶片の面取り加工を行う場合、
水晶片の輪郭形状で加工難度が変化し、また水晶片を個
々に加工が必要など生産性が悪い。また、ダイシングソ
ーなどの切断加工により水晶片を切断するとチッピング
などが起こりやすい。

【００１２】本発明は前記問題点を顧みてなされたもの
で、水晶片の輪郭の寸法精度や主面の表面粗さに優れ、
さらに副振動対策のなされた特性の安定した圧電振動素
子と、これを利用する圧電デバイスを提供することを目
的とする。さらに面取り加工の生産効率性を確保し、前
記のような圧電振動素子の製造方法を提供することを他
の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】主面の一部の板厚を薄く
した薄板部と、前記一部を除く板厚の厚い枠部とからな
る圧電体片と、前記薄板部の両側の主面に配する電極を
有する圧電振動素子において、前記圧電体片は、２個以
上の前記圧電体片を取るウエハーの一部の板厚を、ウエ
ットエッチングとドライエッチングのうちの少なくとも
いずれか一方を利用して薄くなるようエッチング加工し
た後、前記ウエハーをダイシングソーとワイヤソーのう
ちのいずれか一方を利用して切断加工して分離し形成す
る。さらに、前記圧電体片は、前記エッチング加工に
て、前記切断加工で切断する切断領域の付近を同時にエ
ッチング加工し、少なくとも一方の主面の縁端を面取り
した面取り部を有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】(実施例１) 図１は本発明の構成
を示す図である。大容量高速度通信用機器において、よ
り高周波数を発振する圧電デバイスを必要とするが、周
波数発生源に利用するＡＴカット水晶振動子などは高周
波化するには板厚を薄くする必要があり、薄板の弊害を
解決する主面の一部の板厚を薄くした凹形水晶片があ
る。また、ウエットエッチングにより水晶片に凹形状を
形成するなどエッチング加工するのに、同時に輪郭を形
成すると、水素片個々に隙間を設けたりするため取れ数
が少なく生産性が悪い。また、凹形状を形成する条件
と、輪郭の形成の条件が異なり最適化が出来ないために
水晶片の寸法精度が悪く、薄板部の主面の粗さが悪くな
る。また、副振動軽減のためべべリング加工を行う場
合、水晶片を個々に加工が必要など生産性が悪い。本発
明は前記問題点を顧みてなされたもので、寸法精度や主
面の表面粗さに優れ、さらに副振動対策のなされて特性
の安定した圧電振動素子と、その製造方法、及びこれを
利用する圧電デバイスを提供する。

【００１５】図１は、主面２の一部の板厚を薄くした薄
板部４と、前記一部を除く板厚の厚い枠部５とからなる
水晶片１と、薄板部４の両側の主面２、３に配する電極
１０１、１０２を有する水晶振動素子である。保持器４
０５に封入して水晶振動子、つまり本明細書でいう圧電
デバイスとして使用する。通常は水晶片１を電極と共に
保持し、保持器に封入した物を水晶振動子という（水晶
デバイスの解説と応用日本水晶デバイス工業会１９９６
年１０月）。圧電体片に利用する結晶には他にランガサ
イトやニオブ酸リチウムなどの圧電性を示す単結晶があ
げられ、特に水晶は現在一般的に周波数発生源として利
用されている。ランガサイトは水晶と同様に安定した周
波数発生源として期待されている。図右の矢印は水晶片
１の幾何学的な方位を示す結晶軸を示す。本例はＡＴカ
ットの水晶片１を利用し、Ｙ軸に垂直なＹカット水晶片
をＸ軸回りに回転した位置で切断してえられるため、正
規の軸方向から回転しているためにＺ’とＹ’と表示し
ている。また、矢印の方向を＋としている。

【００１６】図２は水晶片１をＺ’軸に垂直な面での断
面図である。図３は図２と同方向から見た水晶片１をウ
エットエッチングによりエッチング加工するのに、水晶
片の外形を決定する保護膜３０２、３０３のパターンを
しめす断面図である。図４はウエハー３０１から圧電デ
バイスを製造するプロセスの概要である。図５は図４を
ｙ’に垂直な方向から見たプロセスの概要である。図６
は従来のウエットエッチングによるエッチング加工のプ
ロセスの概要である。図７は本発明の圧電振動素子に利
用する圧電体片１の例である。図８は本発明の保護膜３
０２、３０３のパターンの例である。図９は面取りしな
い圧電振動素子である。図１０は図９の断面図である。

【００１７】図１と図２を中心に図３〜図１０を説明
し、図４により製造プロセスの例を説明する。符号１は
水晶片であり、ＡＴカットのウエハー３０１をエッチン
グ用液に浸けて凹形状を形成し、このウエハー３０１を
切断加工して切断面７を形成し輪郭を形成して複数の水
晶片１を分離する。さらに分離した個々の水晶片１をド
ライエッチングにより板厚を薄くして板厚調整して板厚
２０１の薄板部４を形成したものである。凹形状が水晶
片１のほぼ中央付近にあり、図２で見ると凹形状である
ことがわかる。本明細書での輪郭とは図１のように主面
２に垂直な方向から見た水晶片の輪郭をいう。水晶片１
のカット角はウエハー形成で決定されるが、主にＡＴカ
ットの他にＳＣカットなどを利用する。ＳＣカットは特
性が高安定の周波数発生源として利用する。ウエハーと
は、一定の板厚の板で、ランバートという結晶板をバン
ドソーやワイヤーソーなどを用いてＡＴカットで切断
し、研磨加工により板厚を薄くし、場合により別種類の
砥粒を使用し研磨し両方の主面２、３を鏡面にする。本
例のウエハー３０１の板厚は８０μｍ程度である。主面
とは、水晶片１またはウエハー３０１で最も面積の広い
面を言い、本例ではＡＴカットの切断面と平行な面、図
１ではｙ’軸に垂直な面である主面２、さらに裏側の主
面３に相当する。また表とは図１でいう正面であり、裏
とは逆側に位置するｙ’軸に垂直な面であり、表と裏は
本来どちらでもかまわない。つまり、本明細書でいう表
側とは圧電体片の一方の主面であり、裏側とはもう片方
の主面という意味でる。

【００１８】２は、主面である。中央付近がへこんで凹
形状を有する。図２のように板厚２０１は、薄板部４の
周辺より薄く構成されている。板厚とは、主面２と主面
３との距離である。薄板部４の板厚２０１は１０μｍで
ある。また、主面２の表面荒さは凹凸を３０ｎｍ以下に
抑えている。従来の製造方法では凹凸を３０ｎｍ以下に
抑えるのは困難で歩留まりが悪い。主面２の寸法は表側
主面寸法２０３で示す。３は、主面２に対向する主面で
あり、主面２に並行である。主面３の寸法は裏側主面寸
法２０２で示す。本例では裏側主面寸法２０２が表側主
面寸法２０３より大きい。これにより、主面２、３に垂
直な切断面７を有しても斜めな面である面取り部６を有
する形状となる。４は、薄板部であり、この主面２、３
に対向する電極１０１、１０２を配し、厚みすべり振動
を主振動として得る。水晶片１の輪郭は長方形である
が、形状は円形でも、正方形でも、３角形でもよい。円
形は製造容易で一般的に使用されている形であり、３角
形は水晶などの３回対称性を利用し輪郭が形成しやす
く、安定した寸法精度を得られる。５は、枠部であり薄
板部４と連続した同じ材料で構成され、１０μｍほどの
薄い薄飯部４の変形またはワレや折れを防ぎ、さらに製
造時のハンドリングを容易にしている。

【００１９】面取り部６は、凹形状を形成するエッチン
グ加工と同時に形成する。本例の水晶振動素子は主面２
の縁端に面取り部６を形成することで従来のべべリング
加工と同じように副振動を軽減したり、その共振周波数
を変化させて主振動の共振周波数より離す。主面２の縁
端とは、図９でいう主面２と切断面７の境であり、本例
では図２のように主面２と切断面７の間に面取り部６を
形成し面取りしてある。面取り部６の寸法は面取り部幅
寸法２０４と面取り部深さ寸法３１０で示される。面取
り部６の各寸法は主面２に形成する保護膜３０２のパタ
ーンにより大きく左右される。さらに面取り部６をウエ
ットエッチングで形成する場合、水晶の異方性により面
取り部６の各寸法は、エッチング加工の過程によるアン
ダーカット部３１１や結晶の異方性によるエッチング速
度の違いによっても左右されれ、主に保護膜３０２のパ
ターンで補正する。これにより、面取りを自由な寸法で
行い副振動の軽減や副振動の共振周波数を任意に調節
し、さらにウエハー３０１の強度を確保したり調整す
る。

【００２０】７は、切断面であり、ウエットエッチング
により主面２に凹形状を形成後に、ダイシングソーまた
はワイヤーソーにより切断加工し個々の水晶片１に分離
した際に形成する面である。切断加工前はこの面で複数
の水晶片とつながっておりウエハー３０１を構成してい
た。切断面７は、主面３に対してほぼ垂直である。１０
１、１０２は電極である。主にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｃｒや、これらの合金や、これらを積層したもので
ある。Ａｕは耐腐食性にすぐれ長期間安定した特性を持
続する。ＡｌはＡｕより軽量で板厚が１０μｍなどと非
常に薄い場合に重力による余分な変形を与えないだけで
なく、周波数調整の速度を遅くし調整を容易にする。本
例ではＣｒを２０Å、Ａｕを６００Åの２層構造にしＣ
ｒをＡｕと水晶の緩衝材的役割で利用する。また電極１
０１は、マスクに穴をあけ形成しているが、電極１０２
は、一度主面３の全面に金属膜をつけ、フォトリソ技術
で形状を作成し寸法精度を確保している。電極１０１も
このように形成しても良いが、コンタクト露光の場合、
凹形状を有する水晶片は露光マスクとギャップを生じる
ため主面３のように平坦な面で形状を形成するより寸法
精度が悪い。電極１０２は主面３から主面２にまわしこ
まれており、面取り部６と切断面の一部にも配されて連
続した金属膜である。不連続でも導通がとれていれば良
い。

【００２１】図３は、水晶のウエハー３０１にエッチン
グ加工に耐久性ある保護膜３０２、３０３を形成し、水
晶を溶解するエッチング液に浸けてエッチング加工する
ことでエッチング部３０７、３０８が溶解されることを
示した図である。保護膜３０２、３０３は、主にＡｕや
ＰｔやＣｒやＮｉ、またはこれらの合金、またはこれら
を積層した膜である。特に水晶片１にＣｒ、さらにＡｕ
を成膜する２層構造の保護膜は水晶のエッチング加工で
は一般的に使用されている。Ｃｒの代わりにＮｉ、Ａｕ
の代わりにＰｔを使用しても同様な耐溶液性の保護膜が
得られるが、材料費や合金層の成長具合などにより選択
する。保護膜３０２、３０３はウエットエッチングに使
用するエッチング用液により水晶片１を溶解させないよ
うに保護する耐久性があればよく、有機物で形成されて
も良い。保護膜３０２で覆った主面２は溶解されず残
り、保護膜３０２で覆わず主面２が露出している部分は
主面２から溶解され凹む。保護膜３０２、３０３を主面
２、３に形成した任意の形状のパターンで形成し水晶片
１を任意に加工する。本例では主面２全面に形成した保
護膜３０２の一部を除いてパターンを形成する。つま
り、薄板部４０１を形成するため保護膜取り除き部３０
４を設け、エッチング部３０７を溶解する。この時、同
時に面取り部６を形成するために保護膜取り除き部３０
５を設け、エッチング部３０８を溶解する。

【００２２】このように保護膜取り除き部３０４、３０
５の寸法により保護膜３０２のパターンは決定する。本
例では３０μｍの取り除き部幅寸法３０６を儲け、エッ
チング加工することで、エッチング部幅寸法３０６が５
０μｍ、面取り部深さ寸法３１０が４０μｍで形成し
た。取り除き部幅寸法３０６を大きくすると面取り部深
さ寸法３１０は最大でエッチング部３０７と同じ深さま
での凹みとなり、底に主面２に平行な面をエッチング部
３０７と同様に形成する。図８の（ｐ）のような断面に
なる。アンダーカット部３１１の形成は図３の取り除き
幅寸法３０６がエッチング部幅寸法３０１より小さいこ
とからその発生が確認される。取り除き部幅寸法３０６
を小さくすると、各寸法も小さくなり、調整することが
可能となる。面取り部深さ寸法３１０は０μｍにすると
エッチング加工されず、図８の（ｑ）つまり図１０のよ
うな断面となり面取りしない形状となる。保護膜３０３
は、保護膜３０２と同様に構成されるが、本例では主面
３全面に形成され任意のパターンを有していない。しか
し、保護膜３０３に任意のパターンで形成することで図
８の（ｒ）や（ｓ）や（ｖ）のように任意に面取り部６
を形成したり、図８の（ｔ）、（ｕ）のように主面３に
保護膜３０３を設けないことで全面においてエッチング
加工してもよい。

【００２３】３１２は切断線でこの線に沿って切断加工
する。切断加工は、少なくともエッチング加工により主
面２の一部に凹形状を形成し、つまり薄板部４０２を形
成した後におこなう。本例ではダイシングソーでおこな
った。ウエハー３０１を重ねて接着剤で固めて切断加工
してもよく、手間とコストにより選択する。ダイシング
による切断加工では、切断加工前に電極１０１または電
極１０２を形成し切断線３１２の基準線を同時に配し、
切断加工すると精度を確保しやすい。保護膜３０３の剥
離において一部を取り除かずに、切断線３１２の基準線
を主面３にパターンで残す方法は工数が省けてよい。本
例では保護膜３０２、３０３を剥離した主面３に直接レ
ジストで形成した基準線を利用してアライニングし、ｘ
方向２ｍｍ、ｚ’方向４ｍｍの一定間隔で切断加工し
た。この時ほぼエッチング部３０８の中心付近で切断す
るが、水晶の異方性により多少ずれたり、Ｖ字の底でな
いことや、面取り部６の面が凸凹したりもするが、全体
の形状として面取りされ面取り部６が形成されていれば
良い。特に、裏側主面寸法２０２が表側主面寸法２０３
より大きくなる。長方形で切断する場合、切断線３１２
の間隔寸法で水晶片１の輪郭寸法は決定する。切断加工
で水晶片１の輪郭を形成しウエハー３０１から分離する
ことで、図６の（ｄ）のように隣りの水晶片１の間に隙
間を開け貫通部６０４を設けたり、ハンドリング用のフ
レーム部６０２を広い面積で設けないで、図５の（ｄ）
のように水晶片１が隣接することで、ウエハー３０１か
ら水晶片１を取る数が増える。本例では１インチのウエ
ハー３０１から５０個を取った。

【００２４】また、エッチング加工による薄板部４０２
の形成と、切断加工による輪郭の加工を別におこなうこ
とで、薄板部４０２の主面２は最適の条件でウエットエ
ッチングする。また、面取り部６を形成した後に切断加
工することで縁端が欠けるチッピングを最小限に抑え
る。また、図６の従来のウエットエッチングのプロセス
のように一部で水晶片１を支えないためプロセス途中で
の脱落など少なくなり歩留まりが上昇する。また、電極
１０２をフォトリソ技術にて微細なパターンで形成する
場合に図６の（ｄ）と比較して、図５の（ｄ）のように
貫通部６０４が存在しないことから、水晶片１がコンタ
クト露光やレジストの凹凸により変形しないため、位置
ズレや寸法ズレを防止し正確に電極を形成する。

【００２５】図４は、水晶振動子の製造手順の概要であ
り、ウエハー３０１にウエットエッチングによるエッチ
ング加工で凹形状をマトリックス状に５０個形成し、そ
の後ダイシングソーによる切断加工で５０個の同形の水
晶片１に分離して、板厚をドライエッチングにより微調
整して、その後電極を形成して水晶振動素子とする。さ
らに、この水晶振動素子を保持器４０５に固定し電極１
０２をイオンガンで削り周波数を調整し、封止して水晶
振動子とする。詳しい説明は後に述べる。図５（ａ）か
ら図５（ｃ）は、図４をｙ’軸に垂直な方向から見た図
で、ほぼ図４の（ａ）から図４（ｃ）に対応する。図４
（ｃ）の保護膜３０２の一部を取り除いて保護膜取り除
き部３０４、３０５を設け、主面２、３を露出させる。
図５（ｄ）は図５（ｃ）をエッチング加工した後切断線
３１２を記入し切断加工する位置を明確に示した。エッ
チング加工により、保護膜取り除き部３０４は薄板部４
０２となり凹形状が形成し、同時に保護膜取り除き部３
０５は面取り部６を形成する。図５では水晶片を９個の
取るように示してあるが、実際には同様にマトリックス
状に水晶片１が並び、５０個を同時に取る。また、ハン
ドリングするための領域としてフレーム部５０１を設け
ても良い。必要ない場合は設けなくてもよくその分取れ
数は増える。また、面取り部幅寸法２０４や面取り部深
さ寸法３１０（ｃ）を十分に大きく取る場合はエッチン
グ加工後に水晶片１個々の接続部３１３の強度が十分で
ない場合は、フレーム部５０１を充分にとり、ウエハー
３０１のワレを防ぎハンドリングを容易にする。

【００２６】図６は従来のウエットエッチングを利用し
た水晶振動素子の製造手順の概要であり、図５に対応し
て示した。音叉形水晶振動素子などで利用されている。
図６（ａ）はウエハー３０１の形成であり、図６（ｂ）
は主面２の全面に保護膜３０２を形成する。図６（ｃ）
でフォトリソ技術により水晶片１の輪郭と接続部６０１
とフレーム部６０２を有するパターンで保護膜３０２を
形成する。保護膜取り除き部６０３はエッチング加工に
より貫通し貫通部６０４を形成し水晶片１の輪郭をほぼ
決定する。図６（ｄ）の切断線３１２で接続部６０１付
近を切断加工することで個々の水晶片１に分離する。こ
の時、切断加工前に電極を形成してもよく、水晶片１を
個々にハンドリングして加工する手間を省ける。図５で
はエッチング部幅寸法３０９と切断線３１２の位置を調
整し、任意の面取り部幅寸法２０４と面取り部深さ寸法
３１０の面取り部６を形成し水晶片１の輪郭を形成す
る。図６ではエッチング加工でのみ水晶片１の輪郭を形
成するため、水晶の異方性やアンダーカットにより面取
り部６は形成するが、切断面７を形成されない。また、
フレーム部６０２は接続部６０１とハンドリングを容易
にするために形成し、さらにハンドリングに耐える強度
をフレーム部６０２のみで有す必要から図５のフレーム
部５０１に比べて面積を広くとる。

【００２７】図７は、水晶片１の例を断面図で示した。
図８は、保護膜３０２、３０３のパターンの例を示し、
図８のパターンにより図７の水晶片１の形状はほぼ決定
するため、まとめて説明する。図４（ｅ）における水晶
片１と同じ状態で、切断加工工程の後で、４０２はドラ
イエッチング部である。図７（ａ）は本例と同形であ
り、図８（ｏ）の保護膜３０２、３０３のパターンでエ
ッチング加工して形成する。図７（ｂ）は主面３の縁端
も面取りした。図８（ｏ）のようなパターンの保護膜３
０２だけでなく、保護膜３０３にも保護膜取り除き部８
０２を設けたパターンである図８（ｓ）でエッチング加
工し形成される。この時、取り除き部幅寸法３０６を図
８（ｏ）と比較して小さくすることで面取り部深さ寸法
３１０を小さく調整してエッチング加工後にハンドリン
グに耐えうるウエハー３０１の強度を確保する。十分に
取り除き部幅寸法３０６を大きく取ると両側の主面２、
３からエッチング加工するために貫通してしまう。図７
（ｃ）はエッチング部３０８を形成せず切断加工により
のみ水晶片１の輪郭を形成する。図８（ｏ）のようなパ
ターンの保護膜３０２、３０３を利用し面取り部６は形
成されない。

【００２８】図７（ｄ）は薄板部４が水晶片１の一方向
にずれていて、薄板部４を保持器４０５で支持する領域
から距離を離して形成し、影響を軽減するのを可能とす
る。これは、図８（ｏ）で保護膜取り除き部３０４の位
置をずらして保護膜３０２を形成すればよい。図７
（ｅ）は、枠部５が一方向に存在しない形状であるが主
面２の一部の板厚が薄くなっていることに他のものと変
わりはない。図８（ｕ）のようなパターンで保護膜３０
２を形成すればよく、切断線３１２は溶解部３０７に切
断線３１２を設けても良い。これは、枠部５を省略し水
晶片１の小型化しやすい。図７（ｆ）は面取り部６の面
取り部幅寸法３１０と面取り部深さ寸法２０４が（ａ）
に比べて小さい。これは図８（ｏ）の取り除き部幅寸法
３０６を小さくすることで調整する。また、保護膜取り
除き部３０５をズラし切断線３１２に対する位置を調整
しても良い。これにより水晶の異方性による誤差を調整
し任意の面取り部６を形成するよう可能となる。

【００２９】図７（ｇ）はそれぞれ異なった主面にエッ
チング部３０７、３０８を形成する。主面２に凹形状を
有し薄板部４を構成し、主面３にエッチング部３０８を
形成し面取り部６を形成する。図８（ｒ）のパターンで
保護膜３０２、３０３を形成すればよい。図７（ｈ）は
主面７０１を有し、確実に切断面３１２に垂直な面で切
断するのに利用する。ただし、一般的に脆い薄い板厚の
部分が周囲に形成されるために輪郭がワレて凹凸になり
やすく利用しない。図８（ｐ）のように図８（ｏ）と比
較して充分に広く取り除き部幅寸法３０６を確保すれば
よい。図７（ｉ）と図７（ｊ）は主面２にドライエッチ
ング部４０２を有し、主面２をドライエッチング加工し
てもよい。図７（ｋ）のように主面２、３両方に凹形状
を形成して薄板部４を形成しても良い。図８の（ｔ）の
保護膜３０１、３０２を形成すればよい。図７（ｍ）の
ように薄板部４の主面の面積が両側で異なっていてもよ
い。図８（ｏ）、図８（ｐ）、図８（ｑ）は保護膜３０
３を形成しなくても良いが、枠部５の板厚も薄くなる。
しかし両方の主面よりエッチング加工するため加工する
深さが減少する分、主面２の面粗さは良くなる。ドライ
エッチング部４０２は、ドライエッチングにより加工し
た。エッチング速度の速いウエットエッチングにより大
まかに形成した薄板部４０１を、エッチング速度が遅い
ことを利用して微細に板厚を調整し、板厚２０４の薄板
部４に板厚調整する。また、ドライエッチングによる板
厚保調整は、面粗さはエッチング速度の遅いエッチング
用液を利用して処理するより面粗さが荒れない。ただ、
５００Å／ｍｉｎとエッチング速度が遅いため、処理時
間によるコストの点からドライエッチングにより板厚調
整するのは１０μｍ程度が限界である。

【００３０】以下に、図４に沿って圧電デバイスの製造
手順の一例を述べる。本例の圧電デバイスである水晶振
動子は水晶片１と電極１０１、１０２と蓋であるリッド
４１０と保持器４０５で構成される。図２と同じ方向の
断面である。図４（ａ）は、機械加工によるウエハー形
成工程であり、ランバートという結晶板をバンドソーや
ワイヤソーなどでｚ’方向とｘ方向の寸法１インチ弱の
寸法で切断し、これをＡＴカットで板状に切断する。切
断後にこれを研削、または両面または片面をラッピン
グ、さらにポリッシュするなどして厚みおよそ８０μｍ
程度のウエハー３０１にする。ＡＴカットの他にＺカッ
ト、Ｙカット、ＳＣカットなどある。ＳＣカットなどは
高安定の水晶振動子に利用する。図４（ｂ）は、保護膜
全面形成であり、主面２と主面３にそれぞれエッチング
加工に耐久性のある保護膜として保護膜３０２と保護膜
３０３をスパッタにより成膜した。Ｃｒを２００Å、Ａ
ｕを２０００Åで形成した。それぞれ同時または別々に
形成しても良い。またスパッタの他、電子ビームや抵抗
加熱などの蒸着を使用しても良い。

【００３１】図４（ｃ）は、保護膜３０２のパターン形
成とエッチング加工である。保護膜３０２のパターンの
形成はフォトリソ技術を利用する。レジストを保護膜３
０２上に塗布し、目的のパターンの露光マスクを挟んで
露光し、レジストを現像し、保護膜が溶解する液に浸け
ることで、保護膜３０２に保護膜取り除き部３０４、３
０５を取り除いたパターンを形成する。保護膜形成工程
は、図４（ｂ）と図４（ｃ）の保護膜３０２のパターン
形成を合わせて言う。保護膜形成工程は、保護膜取り除
き部３０４、３０５を取り除いたパターンで保護膜３０
２を形成すればよく、例えば、図４（ｂ）のスパッタ時
に同様のパターンの窓があいたスパッタ用マスクを金属
源とウエハー３０１の間に挟みスパッタしても良い。簡
易的で工程も少なくてすむがパターンの縁がぼやけ易
く、本例のようにフォトリソ技術を利用したほうが寸法
精度がよく安定した表側主面寸法２０３や、面取り部幅
寸法２０４や面取り部深さ寸法３１０を確保できる。

【００３２】レジストは（ｃ）のエッチング加工前、エ
ッチング加工後にリムバーで剥離してもよく、保護膜３
０２、３０３は（ｃ）のエッチング加工後、または
（ｄ）の切断加工後に剥離してもよい。本例では、レジ
ストと保護膜３０２，３０３は（ｃ）のエッチング加工
後に剥離した。切断加工前におこなうとハンドリングよ
く５０個の水晶片１を同時に処理できる。エッチング加
工は、保護膜取り除き部３０４、３０５を取り除いた保
護膜３０２と、主面３の全面に保護膜３０３とを形成し
たウエハー３０１をエッチング用液に浸けて保護膜３０
２、３０３に覆われていない主面２から溶解し、エッチ
ング部３０７、３０８を同時に形成する。このときエッ
チング部３０７により、主面２の一部を凹形状にして、
薄板部４と枠部５が形成する。さらに、面取り部６が形
成する。このように水晶を溶解し加工するエッチング加
工でエッチング部３０７を溶解し主面２の一部に凹形状
を形成するのをウエットエッチング加工工程とする。ド
ライエッチングによる水晶のエッチング加工も可能だが
エッチング速度が５００Å／ｍｉｎと遅く、生産性では
ウエットエッチングに劣る。しかし、加工後の荒さでは
有利である。

【００３３】図４（ｄ）は、切断加工で、ダイシングソ
ーで切断線３１２に沿って切断した。レーザーなどによ
る加工やカッターなどによる加工もあるが、シリコンウ
エハーをＩＣチップへ分離する切断加工で実績あるダイ
シングソーを利用したが、水晶を加工するのに実績ある
ワイヤソーを利用しても良い。特にワイヤソーでは複数
のウエハー３０１を重ねて同時に切断加工する場合に有
効である。このように切断加工しウエハー３０１より２
個以上の水晶片１を分離する工程を切断加工工程とす
る。ダイシングソーでは一枚ずつテープに貼り、ウエハ
ー３０１に設けた基準線でアライニングして基準線から
等間隔で切断した。ブレードを回転させて加工し、加工
点に水をかけて等間隔に切断していく。ウエハー３０１
がテーブルごと回転しｘ軸方向とｚ’軸方向に切断す
る。回転してｘ方向の基準線とｚ’方向の基準線を保護
膜３０３を剥離後のウエハー３０１の主面３の上にレジ
ストとフォトリソ工程により設けた。この基準線は図５
における切断線３１２のうちそれぞれ一本ずつ交差させ
て形成した。このレジストで形成した基準線の端が切断
線３１２に相当するようにする。

【００３４】またレジストによる基準線はエッチング加
工で主面２にエッチング部３０７、３０８と同時に形成
したマークにより位置を決定した。露光機は裏面のマー
クで表の位置を決定する機能を持つものを利用した。基
準線はダイシングによる切断加工において薄板部４と水
晶片１の輪郭との位置関係を決定する重要な線である。
つまり、図７（ａ）のように水晶片１を形成する予定
が、図４（ｄ）のように凹形状が一方向によってしまう
こともある。基準線は保護膜３０３の一部を利用しても
よく、また保護膜３０２、３０３の剥離後のウエハー３
０１に電極１０１または電極１０２を形成しこれの一部
を利用したり専用のマークを形成しても良い。切断面７
はブレードを回転させそこに水を照射しながら主面３に
ほぼ垂直に切断加工する。面取り部６を設けることで、
切断面７と面取り部６の境にチッピングができにくくな
り、そこから熱衝撃などでワレたり特性がバラついたり
するのを防止する。図９のように主面２と切断面７が垂
直の場合チッピングが生じ易い。また、ダイシングソー
によりマトリックス状に切断加工すると、図６のフレー
ム部６０２や貫通部６０４で無駄な面積を取る必要もな
くなり水晶片１以外の部分が少なくなくコスト的にも有
効である。

【００３５】図４（ｅ）は、目的の共振周波数で発振さ
せる必要から適当な板厚２０１を得るために、ドライエ
ッチングを利用する。主面３全体を一様に薄くして、所
望の板厚２０１を得る主面２をドライエッチングで得る
工程であり、反応性のガスを利用して水晶片１の板厚を
薄くするのをドライエッチング工程という。本例ではＣ
Ｈ４を使用した。このとき、効率良く、かつ主面表面の
平坦度を保つため、ウエットエッチングなどを複合して
利用してもよい。図４（ｃ）におけるエッチング加工で
板厚２０１にあわても良いが、通常ウエットエッチング
による加工はエッチング速度が速く、１００ＭＨｚ以上
の基本波振動子の板厚をそろえることが困難である。エ
ッチング用液の組成や温度によりエッチング速度を遅く
できるが、エッチング速度を遅くした条件では主面３の
表面粗さが大きく荒れたりする。ドライエッチングによ
る最終の板厚２０１の合わせこみは、エッチング速度が
５００Å／ｍｉｎ程度と遅く、ウエットエッチングと比
べて表面を荒らすことなく加工する。電極１０１または
電極１０２の加工による周波数調整幅は、数百〜数千Å
程度と有限である電極１０２の厚み分しか調整できない
ため、図４（ｄ）において板厚２０１を電極１０２によ
る周波数調整限界範囲以内にまで調整しておく必要があ
る。本例では、先に周波数を個々の水晶片１について測
定し±３００ｐｐｍの範囲で仕分けし、５０個単位で同
時にドライエッチングした。主面３をドライエッチング
により周波数に換算して１６５．００ＭＨｚ±３００ｐ
ｐｍに相当する板厚で調整した。

【００３６】図４（ｆ）は電極の形成であり電極形成工
程である。この工程後に水晶振動素子となる。洗浄後に
スパッタにより真空中で水晶片１に電極を成膜する。ま
た電極１０１は、蒸着マスクに穴をあけ形成し５００μ
ｍ角の四角形である。電極１０２は、一度主面３の全面
に金属膜をつけ、フォトリソ技術で形状を作成し寸法精
度を確保し、ｘ方向２００μｍ、ｚ’方向３００μｍの
寸法で形成している。共振周波数は電極の配置により１
５０．００ＭＨｚ程度となり目的の周波数よりー３００
０ｐｐｍ以内となる。電極１０２は主面２に回しこんで
ある。電極１０１、１０２は電子ビームや抵抗加熱蒸着
のより蒸着で形成しても良い。ただなるべく高真空で形
成した。電極はフォトリソ技術で形成する場合、図４
（ｃ）の剥離後に金属層をつけ、フォトリソ技術で電極
を形成すると、図６の貫通部６０４がない分レジストの
凹凸や水晶片１のねじれによる電極１０２の位置ズレす
ることを防ぐ。

【００３７】図４（ｇ）は、保持器４０５への水晶片１
の固定、さらに電極１０２を加工し共振周波数を調整す
る周波数調整、さらに保持器４０５にリッド４１０で蓋
をし封止する組み立て工程である。保持器４０５への水
晶片１の固定は支持剤４０６、４０８を利用して固定す
るが、導電性を有して固定と端子４０７，４０９への導
通を兼ねている。電極１０２は回しこんである主面２に
配した部分において支持材４０８により固定、さらに端
子４０９まで導通をとる。支持剤４０６、４０８は導電
性バンプ、非導電性バンプ、導電性接着剤、さらに非導
電性接着剤などがある。電極１０２は回し込まずに、電
極１０１と対向した領域より避けるように引き出した主
面３上の一部分において、ワイヤボンディングなどによ
り導通をとり、固定は非伝導性の支持材を利用するなど
別の手段を利用しても良い。これにより確実に導通をと
る。導通とは、電気的に接続していることを言う。一
方、電極１０１は、裏側電極１０２と対向した領域より
避けるように引き出した部分で支持材４０６により保持
器４０５に固定と共に、端子４０７に導通をとってい
る。保持器４０５はセラミックパッケージを使用し、リ
ッドは金属製を使用した。

【００３８】周波数調整は保持器４０５へ水晶片１を固
定した後、リッド４１０により密閉する前に行い、電極
１０２をイオンガンで削りおこなった。周波数調整にお
ける電極の加工は、電極を削るエッチング方式と、電極
に重量をつける加重方式がある。エッチング方式はイオ
ンガンやレーザーやスパッタや研磨などでおこなわれ、
電極を削ることで主振動の共振周波数は高くなる。本例
ではＡｒイオンで保持器４０５に固定後に電極１０２の
表面をイオンガンを利用したエッチング方式により削っ
た。加重方式では、スパッタや蒸着や塗布などにより電
極表面に積層し、裏側電極１０２を積層することで主振
動の共振周波数は低くなる。一般的にはＡｕやＡｌなど
を積層する。エッチング方式は小さな電極を加工するの
に向く。このとき、共振周波数を端子４０７と、端子４
０９をネットワークアナライザーなど周波数測定装置に
接続して周波数を測定しつつ調整する。本例は１５０．
０ＭＨｚの±２ｐｐｍに調整した。

【００３９】封入は本例ではリッド４１０を保持器４０
５に載せ窒素中で電圧をかけ、保持器４０５に配された
金属膜とリッド４１０が溶接され密閉する。保持器４０
５は水晶振動素子を外気から遮断しつつ水晶振動素子を
回路上で利用するために使用する。セラミックや、圧電
体や、金属などの材料からなる。セラミックは表面実装
型の圧電デバイスで一般的に利用され、圧電体は圧電デ
バイスと同じ材料を利用することで温度変化による共振
周波数の変化などを防ぐ。金属は外壁を薄くしやすくセ
ラミックより小型なパッケージを作りやすい。本例で
は、セラミックのＳＭＤ型の保持器４０５であり平板と
ロ型板を積層構造にして凹構造を形成し、凹構造内に水
晶振動素子を収める２層積層型である。外側の端子４０
７、４０９は、保持器４０５の内側から導通とるために
セラミックの張り合わせ前に金属膜を回しこんで導通線
が配されている。

【００４０】その他に、平板とロ型板の間にもう１枚は
さんで段を形成し、ここで水晶振動素子を固定する３層
積層型や、平板だけの１層型もある。３層積層型は水晶
振動素子の下に空間ができるためにそこに発振回路を含
むＩＣチップを設置して水晶振動素子と接続し、圧電体
片が水晶片の場合、水晶発振器や、さらに電圧による周
波数可変機能を付加して電圧制御型水晶発振器または周
波数変動による加速度検知などのセンサーにしてもよ
い。水晶発振器や電圧制御型水晶発振器は本発明の圧電
振動素子の安定度が増す特徴を生かし、信頼性ある小型
な表面実装型圧電デバイスである。この場合、パッケー
ジの外側にある端子４０７、４０９の他に電源電圧入力
端子や、出力端子や、アース端子及び周波数制御入力端
子などを備えてＩＣチップと接続する必要がある。リッ
ド４１０は平板型や、ドーム型などがあるが、コストや
製造方法により選択すればよい。本例で封入とは、圧電
振動素子を保持器に固定し封止することである。蓋をし
て密封することを封止するといい、封止方法は抵抗溶接
封止、ガラス封止、ハンダ封止及びＡｕ−Ｓｕ封止など
がある。封止方法により封止剤も決める。保持器４０５
の内部は窒素や不活性な気体の雰囲気で保たれたり、真
空に保ち電極などの劣化を防ぐなど水晶振動子の経時変
化を防ぐ。封止方法や内部雰囲気やコストにより保持器
４０５とリッド４１０は決めればよい。

【００４１】(実施例２) 図９は主面２の一部に凹形状
を形成し、凹形状の板厚の薄い部分である薄板部４に電
極１０１と電極１０２を対向させて配して主振動を得
る、主振動の共振周波数が１００ＭＨｚの圧電振動素子
である。図１０はその断面図である。図９と図１０を中
心に、図８で説明する。薄板部４は図１０のように主面
２と主面３にはさまれ板厚が１７μｍ程度である。ＡＴ
カットでは周波数定数＝薄板部の厚さ×主振動周波数で
示され、利用する共振周波数により２μｍから４０μｍ
で変更し１００ＭＨｚでは１７μｍとした。０．５イン
チのウエハー３０１を切断加工して水晶片１の輪郭を形
成するとともに分離し３０個を取る。切断加工の前に３
０個の凹形状をウエットエッチングによるエッチング加
工により主面２の一部の板厚を薄くして形成した。切断
加工では凹形状を一個ずつ含むような切断線３１２で切
断する。図１０のように水晶片１の中央付近の板厚の薄
い部分が薄板部４である。薄板部周辺は板厚の厚い強度
の高い枠部５を兼ねて、外力に対して主振動が影響を受
けずらくしたり、製造上のハンドリングを良くする。本
例では縁部の厚さは５０μmから１５０μmで作製した。
薄板部４の主面２と枠部５の主面２の間に形成される凹
形状の内側側面は水晶の異方性やアンダーカットにより
主面２に対して垂直にならず方向によって異なった寸法
や斜面となる。

【００４２】エッチング加工によりウエハーに複数個の
凹形状を形成し、切断加工により水晶片１の輪郭を形成
し分離することにより、同時に凹形状の形成と輪郭の形
成をおこなわないことから、薄板部４０２の主面２は最
適の条件でエッチング加工し、エッチング速度の管理な
ども容易となり、加工精度が向上し。寸法精度や薄板部
の主面の粗さも向上する。さらに、従来のウエットエッ
チングのみで水晶片１の輪郭を形成するのに比較して、
水晶片１をウエハー３０１に隣接してマトリックス状に
並べられ取れ数が増える。

【００４３】また、図８において、本例は（ｑ）のよう
な保護膜３０２のパターンでエッチング加工を行った
が、他の保護膜３０２、３０３のパターンにより各種の
水晶片１を形成してもよい。副振動軽減のため水晶片の
面取り加工を行う場合、保護膜３０２に保護膜取り除き
部３０５を設ければよく、面取り部６を形成する。エッ
チング加工により水晶片１の面取りをおこなうため、従
来のような面取り加工に比べて水晶片１の輪郭形状で加
工難度が変化したりせず、また水晶片１を個々に加工が
必要がなく生産性がよい。また、面取り部６は切断加工
による水晶片１を切断する時に生じ易いチッピングなど
を防ぐ。

【００４４】図９で枠部５は軸方向でいう薄板部４の４
方向に存在するが、３方向でも、２方向でも、１方向で
もよく、凹形状を形成する場所の保護膜取り除き部３０
４の寸法による保護膜３０２のパターンと切断線３１２
により決定する。圧電振動素子の枠部５で固定し、外力
などによる歪みからくる特性の不安定性を回避する。３
方向と１方向に縁部がある圧電振動素子は薄板部４だけ
で構成される圧電振動素子よりも強度的に強く片側のみ
で保持器に固定する場合は熱ひずみも緩和でき有効な形
状である。図１０の水晶振動素子は保持器５０４へ封入
して圧電デバイスである水晶振動子として使用する。

【００４５】薄板部４の主面２に電極１０１を、さらに
主面３に電極１０２を対向して配していることで主振動
を得る。主振動とは本例では厚み滑り振動であり、特に
厚み滑り振動の基本波振動であるが、オーバートーンを
利用してもよく、従来の平板形水晶振動子よりさらに高
い周波数を実現可能となる。本例では電極１０２が電極
１０１より面積が広いが、面積の小さい電極に電気的特
性が影響されるため、本来は精度良く形成可能な電極１
０２の面積をフォトリソ技術などを利用して精度く形成
することにより、小さくしたほうがよい。しかし、主面
３を削り板厚調整した後に電極１０２を形成する場合な
どは、電極１０１の面積を小さくすることににより、正
確な電気的特性を板厚調整前後に測定して不良分けする
ことが可能である。

【００４６】（実施例３）図２は水晶片１に加わる外
力により薄板部が変形することで水晶振動素子の共振周
波数が変化し外力が加わったことを感知する。薄板部４
とは図２でいう凹形状の底の部分をいう。強度を向上す
るため、また支持を有利にするために薄板部４の外周の
板厚を薄板部より厚くした枠部５を有する。センサの特
性を安定化するため、共振周波数を一定に調整する必要
がある。さらに、感度を高めるために薄板部を薄くする
と、主面２と凹形状の内側側面のほぼ全体に電極１０１
を配すことで、強度を補強し、その金属膜の厚さを調整
して外力による過敏な応答を防止してもよい。

【００４７】図２において、電極１０２は、電極形成用
の露光マスクを主面３に近接させられるために、凹形状
の底の主面２よりも、精度良い寸法の電極を形成可能で
ある。振動エネルギーの閉じ込め効果を利用する場合、
小さな電極に水晶振動子の特性は主に左右されるため
に、主面３に主面２より小さい面積の電極を精度よく形
成することで特性の安定した水晶振動素子を作成する。
特に、効率良く水晶片１に発生する電荷を拾うため複雑
な形状にする必要もあり電極形成時における加工精度も
重要である。この時、不用振動を回避するため、または
一部を慣性力に影響されやすい質点として電極１０２の
一部を加工せずに残す場合がある。図４において、水晶
片１をウエハー３０１より切断加工して分離を水晶振動
素子の形成で最後におこなった。切断加工の前に、ウエ
ハー３０１に複数の凹形状をウエットエッチングにより
形成し、電極１０２を形成した。板厚を微調整し正確に
合わせ込むため主面２をドライエッチングにより加工し
て薄板部４の板厚を薄くすることで調整した。さらに電
極１０１を形成し、周波数調整には、電極１０２をイオ
ンガンにより均一に削った。より多くの工程において水
晶片１を分離しないで製造することで、ハンドリングよ
く水晶片１のエッチング加工や、板厚調整や、洗浄や、
レジスト剥離や、保護膜剥離、各種検査などを効率よく
処理でき、さらに電極１０１、１０２を同時に効率よく
形成する。貫通した穴の開いていないウエハー３０１の
状態で電極１０２をフォトリソ技術で形成するためにレ
ジストの凹凸が小さく、ウエハー３０１が露光時にゆが
むことなく精度よく電極を形成できる。

【００４８】図４において、保持器４０５は密封しつつ
感知した周波数変動情報を取り出す薄型の表面実装型の
器である。電極１０１を保持器４０５へ向けて設置す
る。保持器４０５は外部電源用の端子とセンサー信号を
出力するための端子４０７、４０９を備え、別にアース
用の端子や外部制御用の端子などを備えていてもよい。
材質は、セラミックのＳＭＤパッケージであり圧電振動
素子の下にＩＣチップを収めてよい。ＩＣチップを収め
る場合には、圧電振動素子の発振回路と外力により変化
した共振周波数と通常の共振周波数との差を計算する回
路を配する。

【００４９】図３において、機械加工により作成したＡ
Ｔカットのウエハー３０１に、保護膜３０２、３０３を
成膜し、フォトリソ技術によりパターンを形成する。図
３のようなパターンで保護膜３０２、３０３を形成した
ウエハー３０１をエッチング用液に侵すことで水晶片１
に凹形状を形成する。この時、エッチング部３０８も溶
解することで面取り部６を同時に形成する。面取り部６
は図５の（ｄ）のように薄板部４０２を囲うように形成
する。ただし、ウエハー３０１が後の工程でワレたりせ
ず充分な強度を保つために、取り除き幅寸法３０６を調
整し面取り部幅寸法２０４と面取り部深さ寸法３１０を
決定する。エッチング部３０８の付近に切断線３１２を
設定し切断加工し切断面７を形成するとともに水晶片１
の輪郭を形成し個々に分離する。板厚の調整や電極の形
成さらに周波数の調整はウエハー３０１でバッチ処理を
する。これにより小さい圧電振動素子を個々に取り扱う
よりハンドリングを良くする。

【００５０】圧電振動素子とは、結晶軸に対してある決
められた幾何学的形状・寸法および角度に切断した圧電
体片に電極を配して電荷をかけ振動を得る素子である。
圧電振動素子を保持器に封入して圧電デバイスとして使
用する。主に圧電体片に水晶やランガサイトやニオブ酸
リチウムを利用した振動子や発振器やセンサーなどであ
る。水晶においては圧電体片は水晶片、圧電振動素子は
水晶片と電極で構成される素子、圧電デバイスは水晶振
動子や水晶発振器やセンサーなどで、水晶片は主にＡＴ
カット、Ｚカット、またはＳＣカットなどの水晶片であ
る。主面からみた圧電体片の輪郭は４角形、３角形、円
型などがある。本例では主面の一部の板厚を薄くした薄
板部と、前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電
体片と、前記薄板部の両側の主面に配する電極を有する
圧電振動素子は、主面に凹形状を形成した凹形圧電振動
素子である。本例の圧電体片は、２個以上の前記圧電体
片を取るウエハーの一部の板厚を、ウエットエッチング
とドライエッチングのうちの少なくともいずれか一方を
利用して薄くエッチング加工した後、このウエハーをダ
イシングソーとワイヤソーのうちのいずれか一方を利用
して切断加工して分離し形成した。一部とは凹形状を形
成し薄板部をえる領域である。さらにエッチング加工に
て、後に切断加工で切断する切断線の付近を同時にエッ
チング加工し、少なくとも一方の主面の縁端を面取りし
た面取り部を形成しても良い。凹形状は圧電体片の輪郭
に対して接しても、片方にズラして形成しても良い。両
方の主面に凹形状を形成しても良い。凹形状の底である
薄板部はウエットエッチングによるエッチング加工の後
に再度ドライエッチングにより板厚を調整してもよい。
面取り部は形成しなくても、一方の主面または両方の主
面に形成して保護膜のパターンにより決定する。面取り
部の面取り部幅寸法と面取り部深さ寸法は保護膜を取り
除く寸法による保護膜のパターンにより調整する。電極
はＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、またはＮｉやそれらの合金
で形成され、層状になっていてもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、寸法精度や主面の表面
粗さに優れ、さらに副振動対策のなされた特性を安定に
した圧電振動素子を実現する。さらに面取りの加工の生
産効率を確保し、前記のような圧電振動素子の製造方法
を提供する。面取りを自由な寸法で行い副振動の軽減や
副振動の共振周波数を任意に調節し、さらにウエハーの
強度を確保したり調整する。本発明の製造方法を用いて
圧電振動素子を製造することによって、本発明の製造方
法を用いずに圧電振動素子を製造する場合と比べて、以
下のような特有の効果を奏する。すなわち、圧電体片が
コンタクト露光やレジストの凹凸により変形しないこと
から、位置ズレや寸法ズレを防止し正確に電極を形成す
る。エッチング加工による凹形状の形成と、切断加工に
よる圧電体片の輪郭の形成に分けることで、板厚を薄く
するウエットエッチングに最適化な条件で処理ができ表
面粗さが良くなる。また、取れ数が増え生産性が良くな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動素子の一例である。

【図２】本発明の圧電振動素子の断面図である。

【図３】本発明のウエットエッチング工程での断面図で
ある。

【図４】本発明の圧電デバイスの製造手順の例である。

【図５】本発明の圧電振動素子の製造手順の例である。

【図６】従来のウエットエッチングによる製造手順の例
である。

【図７】本発明の圧電振動素子の断面図である。

【図８】本発明の保護膜のパターン例である。

【図９】本発明の圧電振動素子の一例である。

【図１０】本発明の圧電振動素子の断面図である。

【図１１】本発明の主振動と副振動の振動モードの例で
ある。

【符号の説明】１水晶片２主面３主面４薄板部５枠部６面取り部７切断面１０１電極１０２電極２０１板厚２０２裏側主面寸法２０３表側主面寸法２０４面取り部幅寸法３０１ウエハー３０２保護膜３０３保護膜３０４保護膜取り除き部３０５保護膜取り除き部３０６取り除き部幅寸法３０７エッチング部３０８エッチング部３０９エッチング部幅寸法３１０面取り部深さ寸法３１１アンダーカット部３１２切断線４０１薄板部４０２枠部４０３ドライエッチング部４０４充填雰囲気４０５保持器４０６支持材４０７端子４０８支持材４０９端子４１０リッド６０１接続部６０２フレーム部６０３保護膜取り除き部６０４貫通部８０１エッチング部８０２保護膜取り除き部９０１プラス領域９０２マイナス領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主面の一部の板厚を薄くした薄板部と、
前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電体片と、
前記薄板部の両側の主面に配する電極を有する圧電振動
素子において、前記圧電体片は、２個以上の圧電体片を
取るウエハーの一部の板厚を、ウエットエッチングとド
ライエッチングのうちの少なくともいずれか一方を利用
して薄くなるようエッチング加工した後、前記ウエハー
をダイシングソーとワイヤソーのうちのいずれか一方を
利用して切断加工して分離し形成したことを特徴とする
圧電振動素子。
【請求項２】主面の一部の板厚を薄くした薄板部と、
前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電体片と、
前記薄板部の両側の主面に配する電極を有する圧電振動
素子において、前記圧電体片は、２個以上の圧電体片を
取るウエハーの一部の板厚を、ウエットエッチングとド
ライエッチングのうちの少なくともいずれか一方を利用
して薄くなるようエッチング加工した後、前記ウエハー
をダイシングソーとワイヤソーのうちのいずれか一方を
利用して切断加工して分離し、少なくとも前記エッチン
グ加工した後の前記主面の一部の板厚をドライエッチン
グで薄くなるよう板厚調整して前記薄板部を形成したこ
とを特徴とする圧電振動素子。
【請求項３】前記圧電体片は、前記エッチング加工に
て、前記切断加工で切断する切断線の付近を同時にエッ
チング加工し、少なくとも一方の主面の縁端を面取りし
た面取り部を有することを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の圧電振動素子。
【請求項４】前記圧電体片は、一方の主面の寸法であ
る裏側主面寸法が他方の主面の寸法である表側主面寸法
よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の圧電振動素子。
【請求項５】前記圧電体片が厚みすべり振動を利用す
るＡＴカットの水晶片であることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の圧電振動素子。
【請求項６】請求項１から請求項５いずれか一に記載
の圧電振動素子を、窒素または不活性ガスで満たして、
もしくは真空にして密封容器に封入した圧電デバイス。
【請求項７】主面の一部の板厚を薄くした薄板部と、
前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電体片と、
前記薄板部の両側の主面に配する電極を有する圧電振動
素子の製造方法において、機械加工でウエハーを形成す
るウエハー作成工程と、前記ウエハー作成工程で作成し
たウエハーの一方の主面の一部を除いて、エッチング加
工に耐久性のある保護膜を形成する保護膜形成工程と、
少なくとも前記一部の板厚を薄くエッチング加工するウ
エットエッチング工程と、前記ウエットエッチング工程
後のウエハーをダイシングソーとワイヤソーのうちのい
ずれか一方を利用して切断加工して分離し前記水晶片の
輪郭を形成する切断加工工程とからなることを特徴とす
る圧電振動素子の製造方法。
【請求項８】主面の一部の板厚を薄くした薄板部と、
前記一部を除く板厚の厚い枠部とからなる圧電体片と、
前記薄板部の両側の主面に配する電極を有する圧電振動
素子の製造方法において、機械加工でウエハーを形成す
るウエハー作成工程と、前記ウエハー作成工程で作成し
たウエハーの一方の主面の一部を除いて、エッチング加
工に耐久性のある保護膜を形成する保護膜形成工程と、
少なくとも前記一部の板厚を薄くエッチング加工するウ
エットエッチング工程と、前記ウエットエッチング工程
後のウエハーをダイシングソーとワイヤソーのうちのい
ずれか一方を利用して切断加工して分離し前記水晶片の
輪郭を形成する切断加工工程と、前記ウエットエッチン
グ工程でエッチング加工した前記一部の板厚をさらに薄
く板厚調整して前記薄板部を形成するドライエッチング
工程とからなることを特徴とする圧電振動素子の製造方
法。
【請求項９】前記保護膜形成工程は、少なくとも一方
の主面の全面に保護膜を形成し、フォトリソ技術を利用
して、前記保護膜の前記一部を取り除くことを特徴とす
る請求項７または請求項８記載の圧電振動素子の製造方
法。
【請求項１０】前記ドライエッチング工程は、前記ウ
エットエッチング工程でエッチング加工して形成した前
記一部の板厚が、前記薄板部の板厚より１０μｍ以下で
厚いことを特徴とする請求項８に記載の圧電振動素子の
製造方法。
【請求項１１】前記保護膜形成工程は、前記切断加工
工程にて切断する切断線の付近にも保護膜を形成せず、
前記ウエットエッチング工程は、前記切断線の付近もエ
ッチング加工し、前記圧電体片の少なくともとも一方の
主面の縁端を面取りし面取り部を形成することを特徴と
する請求項７から請求項１０いずれか一に記載の圧電振
動素子の製造方法。
【請求項１２】前記面取り部は、前記保護膜形成工程
にて、保護膜のパターンにより面取り幅と面取り深さの
うちの少なくともいずれか一方を調整して形成すること
を特徴とする請求項１１に記載の圧電振動素子の製造方
法。