JP7514196B2 - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子、水晶振動子を含む水晶発振器、サーミスタやＰＮダイオード等の温度センサを併用した水晶振動子等の圧電デバイスと、その製造方法とに関する。

圧電デバイスの１種である水晶振動子のさらなる小型化を図るため、水晶振動子の製法として、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術が用いられている。

この出願の出願人に係る例えば特許文献１に、上記技術を用いて製造される水晶振動子が記載されている。具体的には、特許文献１の図１に示されているように、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面で構成したＡＴカット水晶片を用いた水晶振動子である。
この水晶振動子によれば、ＡＴカット水晶振動子本来の振動以外の不要振動を、従来に比べ抑制できるため、水晶振動子のインピダンスすなわちクリスタルインピダンス（以下、ＣＩともいう）を、従来に比べ改善できる。

特開２０１６－１９７７７８号公報

特許文献１に開示された圧電デバイスは、ＣＩの改善が図れるものであったが、この出願に係る発明者の継続的な研究において、下記に示したように、ＣＩの更なる改善が図れる余地があることが判明した。
特許文献１に開示された圧電デバイスは、所定の第１～第３の面を有する水晶片を具えたものであるが、所定の第１～第３の面を得るために、水晶ウエハを長時間エッチングする処理を採用している。そのため、当該水晶片の先端側、すなわち水晶片の導電性接着剤によって支持する側とは反対側を平面的に見たとき、当該先端の中央から両角部に向かう領域が略三角形状に広くエッチングされた形状になっており、その分だけ水晶片の平面積が減少していた（後述する比較例１や図６参照）。ＡＴカット水晶片の場合、水晶片の平面的な面積が広い方が、ＣＩは良化し易いことを考えると、特許文献１に開示された圧電デバイスは改善の余地がある。

さらにまた、水晶片の先端側を、水晶の結晶軸であるＸ軸のプラス側とするかマイナス側とするかによって、先端形状のバラツキに差異が生じ、そのため圧電デバイスのＣＩに差が生じることが判明した。従って、この点においても、改善の余地がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記問題点を軽減できる圧電デバイスと、その製造方法とを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明の圧電デバイスによれば、水晶の結晶軸で表わされるＸ－Ｚ′面を主面とし、平面形状が四角形状で、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面であってこの順に交わっている第１～第３の３つの面で構成してあり、前記Ｚ′軸に平行な２辺のうちの第１の辺の側で導電性接着剤によって容器に接続固定されているＡＴカット水晶片と、当該導電性接着剤と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、前記第１の辺と対向する第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の寸法をＷ１、前記ＡＴカット水晶片の前記Ｚ′軸に沿う寸法をＷ０と表したとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９１以上であり、該直線部分の両側は当該ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺と略直角の角部を構成しており、前記第１の辺の側は、水晶の結晶軸のＸ軸における－Ｘ側であり、前記第２の辺の側は、前記Ｘ軸における＋Ｘ側であることを特徴とする。

ここで、本願発明でいう略直角の角部は、理想的には、真の直角である。しかし、ＡＴカット水晶片の製法として、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチングを用いる場合、水晶のエッチャントに対する水晶の結晶軸異方性に起因するエッチング速度の異方性等が原因で、略直角の角部は必ずしも真に直角とはならず、例えば、以下の（１）の構造、又は（２）構造、又は（１）及び（２）の両者を含む構造になる。従って、この発明を実施するに当たり、略直角の角部は、具体的には以下（１）及び又は（２）の構造であることが好ましい。
（１）前記第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の両側は、前記第２の辺と前記ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺との成す角度θａ、θｂが９０～１１５°の略直角の角部となっている構造。
（２）前記第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の両側は、Ｃ面取りの表記で表して、前記Ｚ′軸に沿う寸法がＣ１で、前記Ｘ軸に沿う寸法が前記Ｃ１より大きいＣ２で、かつ、Ｃ２／Ｃ１が２．７～４．３の略直角の角部となっている構造。
上記（１）及び又は（２）の構造であると、後述する実施例から分かるように、ＣＩの特性改善が図れる共に、製造も容易である。

この発明を実施するに当たり、前記ＡＴカット水晶片は、前記第２の辺の側が、前記Ｘ軸に沿ってかつ前記第２の辺側に向かって厚みが薄くなっているテーパー部となっていることが好ましい。この構成によれば、水晶のＸ方向に沿う不要モードを低減できる。

この発明を実施するに当たり、前記第１の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として４±３．５°回転させた面に相当する面であり、前記第２の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－５７±５°回転させた面に相当する面であり、前記第３の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－４２±５°回転させた面に相当する面であることが好ましい。この構成によれば、特許文献１に記載の通り、水晶のＺ′方向に沿う不要モードを低減できる。

また、この出願の圧電デバイスの製造方法の発明によれば、上記したこの出願に係る圧電デバイスを、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術によって製造するに当たり、
前記ウエットエッチング用の耐エッチングマスクであって、前記ＡＴカット水晶片のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部と、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ軸方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部と、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部と、前記ＡＴカット水晶片のパタンの前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ第２エッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部と、を有した耐エッチングマスクを、前記第４マスク部が水晶のＸ軸の＋Ｘ側となるように、水晶ウエハに形成する工程と、
前記耐エッチングマスクを形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する第１エッチング工程と、
前記第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部及び第４マスク部を除去する工程と、
前記第１マスク部と第４マスク部とを除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する当該第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極を形成する工程と、
前記励振用電極の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化する工程と、
前記個片化した当該ＡＴカット水晶片を容器に接続固定する固定と、
を含むことを特徴とする。

この出願の圧電デバイスの発明によれば、水晶のＺ′軸と交差する側面が所定の第１～第３の面で構成されたＡＴカット水晶片を用いた圧電デバイスにおいて、当該水晶片の先端側の辺は所定量の直線部分を有し、かつ、角部がを略直角であるため、当該水晶片の平面積が広がるので、従来に比べＣＩが改善された圧電デバイスを提供できる。しかも、水晶片の先端側を水晶のＸ軸の＋Ｘ側としているので、水晶片の先端側を水晶のＸ軸の－Ｘ側とする場合に比べ、水晶片の先端の形状バラツキが低減された圧電デバイスを実現できる（詳細は後の実施形態参照）。従って、ＣＩの改善がさらに図れる。
また、この出願に係る圧電デバイスの製造方法の発明によれば、所定の第１～第４マスク部を具える耐エッチングマスクによって水晶ウエハに当該マスクを形成した後、この水晶ウエハを第１エッチングし、その後、第１マスク部及び第４マスク部除去した状態で、第２エッチングをするので、第２エッチングの際は、水晶片の第４マスク部を除去した部分は徐々に消失するものの水晶片の先端の角部は消失するまでは至らない。しかも、ブリッジパタン側すなわち水晶片の先端側となる部分が、水晶のＸ軸の＋側となるので、水晶片の先端側が＋Ｘ側となる水晶片を容易に製造できる。このため、水晶片の先端側の平面積が減少することを防止しつつ、第１～第３の面を持つ所望の側面を有し、かつ、先端が＋Ｘ側である水晶片を容易に製造できる。

（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態の圧電デバイス１０の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、実施形態の圧電デバイス１０に具わるＡＴカット水晶片２０の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、ＡＴカット水晶片２０の水晶のＺ′軸に沿った（図２のＱ－Ｑ線に沿った）断面の説明図、（Ｃ）、（Ｄ）は、ＡＴカット水晶片２０の水晶のＸ軸に沿った（図２のＰ－Ｐ線に沿った）断面の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態の圧電デバイス１０の製造方法の要部を説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、実施形態の圧電デバイス１０の製造方法の図４に続く説明図である。 比較例１の説明図であり、水晶片の先端側の角部形状に留意しない場合のＡＴカット水晶片５０を説明する平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、水晶片の先端側の角部に留意した場合（実施例１）と、しない場合（比較例１）の、ＣＩ分布の違いを説明する図である。 実施例２及び比較例２の説明図であり、水晶片の先端を水晶のＸ軸の＋Ｘ側とした場合（図（Ａ））と、Ｘ軸の－Ｘ側とした場合（図（Ｂ））の、各水晶片の金属顕微鏡写真である。 実施例２及び比較例２の説明図であり、水晶片の先端を水晶のＸ軸の＋Ｘ側とした場合（図（Ａ））と、Ｘ軸の－Ｘ側とした場合（図（Ｂ））の、各水晶片の先端テーパー部の寸法の分布を比較する図である。 実施例２及び比較例２の説明図であり、水晶片の先端を水晶のＸ軸の＋Ｘ側とした場合（図（Ａ））と、Ｘ軸の－Ｘ側とした場合（図（Ｂ））の、各圧電デバイスのＣＩ分布を比較する図である。

以下、図面を参照してこの発明の圧電デバイス及びその製造方法の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 圧電デバイスの説明
先ず、図１～図３を参照して、実施形態の圧電デバイス１０について説明する。ここで、図１（Ａ）は圧電デバイス１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った圧電デバイス１０の断面図である。なお、図１（Ａ）では、図１（Ｂ）に具わる蓋部材３５の図示を省略してある。また、図２（Ａ）は実施形態の圧電デバイス１０に具わるＡＴカット水晶片２０の上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った水晶片２０の断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＱ－Ｑ線に沿った水晶片２０の断面図、図２（Ｄ）は図２（Ａ）中の水晶片２０の先端部分を拡大した図である。また、図３（Ａ）は、ＡＴカット水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面を説明する図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のＮ部分を拡大して示した図である。また、図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示した断面図中の＋Ｘ側の部分を拡大した図、図３（Ｄ）は、図２（Ｂ）に示した断面図中の－Ｘ側の部分を拡大した図である。なお、図２や図３中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片２０（以下、水晶片２０と略称することもある）での水晶の結晶軸を示す。

この実施形態の水晶片２０は、平面形状が長方形状で、かつ、その長辺が水晶のＸ軸に平行で、その短辺が水晶のＺ′軸に平行なＡＴカットの水晶片である。
この水晶片２０は、その両主面に、励振用電極２１と引出電極２３とを具えている。引出電極２３は、励振用電極２１から、水晶片２０の１つの辺である第１の辺２０ａの両端付近に、引き出してある。第１の辺２０ａは、水晶片２０の、水晶のＸ軸の－Ｘ側の辺であり、第１の辺２０ａと対向する第２の辺２０ｂは、水晶片２０の、水晶のＸ軸の＋Ｘ側の辺である。
この水晶片２０は、図１（Ａ）に示したように、容器３０の凹部３０ａ内に実装してある。具体的には、この水晶片２０は、その第１の辺２０ａ側のかつ第１の辺２０ａに沿う両端付近で、容器３０の支持パッド３０ｂに、導電性接着剤３３によって固定してある。従って、水晶片２０は、第１の辺２０ａ側、すなわち水晶片２０の水晶のＸ軸の－Ｘ側で、容器３０に片持ち保持され、かつ、水晶片２０の水晶のＸ軸の＋Ｘ側は自由端となっているものである。
容器３０としては、例えばセラミック製パッケージを用いることができる。この容器３０の外部側の底面には、この圧電デバイス１０を他の電子装置に接続するための、外部実装端子３０ｃを設けてある。支持パッド３０ｂと外部実装端子３０ｃとは、図示しないビア配線等によって接続してある。
また、容器３０の凹部３０ａを囲む土手部に、好適な蓋部材３５を接合して、水晶片２０は容器３０内に封止されている。

また、水晶片２０は、第１の辺２０ａと対向する第２の辺２０ｂの前記Ｚ′軸に沿う直線部分の寸法をＷ１と表し、水晶片２０の前記Ｚ′軸に沿う寸法をＷ０と表したとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９１以上であり、該直線部分の両側は当該ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺と略直角の角部２０ｘ、２０ｙとなっている。
ここで、略直角の角部２０ｘ、２０ｙは、真の直角が理想であるが、既に説明したエッチング異方性等の影響で真の直角からやや異なる略直角になる。具体的には、図１（Ａ）、図２（Ｄ）に示したように、寸法Ｗ１である直線部分の両側は、第２の辺と前記ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺との成す角度θａ、θｂを持つ略直角の角部となっている。この角度θａ、θｂは、後述する実施例、特に実施例２の結果から９０～１１５°が良い。

又は、寸法Ｗ１である直線部分の両側は、Ｃ面取りの表記で表して、前記Ｚ′軸に沿う寸法がＣ１で、前記Ｘ軸に沿う寸法が前記Ｃ１より大きいＣ２で、かつ、Ｃ２／Ｃ１が所定の範囲である略直角の角部となっている。この所定のＣ２／Ｃ１は、後述する実施例、特に実施例２の結果から、２．７～４．３が良い。
なお、上記したθａとθｂは、同じ角度でも異なる角度でも良い。また、左右の略直角の角部でのＣ２／Ｃ２は、左右で同じでも、異なっても良い。

ここで、上記θａ，θｂ、Ｃ１，Ｃ２、Ｗ１は、後述する製造方法において説明する第４のパタンの所定幅Ｗ(図４（Ｃ）参照)の値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間等によって変化する。Ｗ１／Ｗ０は１若しくは１に近い方が好ましいので、第４のパタンの所定幅Ｗの値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間は、Ｗ１／Ｗ０が１に近くなるように設定するのが良い。Ｗ１／Ｗ０が１に近いほど、θａ，θｂは直角に近づき、Ｃ１，Ｃ２はゼロに近づく。

また、水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）各々は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、第１の面２０ｃ，第２の面２０ｄおよび第３の面２０ｅの、３つの面で構成された側面としてある。しかも、第１の面２０ｃは、この水晶片２０の主面２０ｆと交わっている面であり、かつ、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ１回転させた面に相当する面である。

然も、第１の面２０ｃ、第２の面２０ｄおよび第３の面２０ｅがこの順で交わっている。第２の面２０ｄは、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ２回転させた面に相当する面であり、第３の面２０ｅは、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ３回転させた面に相当する面である。然も２つの側面は水晶片の中心点Ｏに対し点対称の関係となっている。
そして、上記の角度θ１、θ２、θ３は、この出願人に係る実験から、下記が好ましいことが分かっている。θ１＝４±３．５°、θ２＝－５７±５°、θ３＝－４２±５°、より好ましくは、θ１＝４±３°、θ２＝－５７±３°、θ３＝－４２±３°である。
この図３を用いて説明した側面を持つ水晶片の場合、側面が独特な嘴状になっているため、Ｚ′方向に伝搬する不要な振動を減衰でき、圧電デバイスの特性の改善に寄与できる。なお、この構造に関しては、この出願人に係る、特開２０１６－１９７７７８号公報に記載されているので、ここではその詳細な説明は省略する。

また、水晶片２０は、特に図２（Ｂ）、図３（Ｃ）に示したように、第２の辺２０ｂ（図２（Ａ）参照）の側が、水晶のＸ軸に沿ってかつ第２の辺２０ｂ側に向かって厚みが薄いテーパー部２０ｔ（先端テーパー部２０ｔともいう）となっている。より具体的には、テーパー部２０ｔは、図３（Ｃ）に示したように、第４の面２０ｇ、第５の面２０ｈ、第６の面２０ｉ及び第７の面２０ｊの４つの面で構成されたテーパー部である。第４の面２０ｇと第７の面２０ｊとは、Ｘ軸に対し対称であり、第５の面２０ｈと第６の面２０ｉとは、Ｘ軸に対し対称である。そして、第４の面２０ｇや第７の面２０ｊと、水晶片２０の主面２０ｆとのす角度θ４は、θ４＝４±５°、好ましくはθ４＝４±３°となっており、第５の面２０ｈや第６の面２０ｉと、水晶片２０の主面２０ｆとの成す角度θ５は、θ５＝２７±５°好ましくはθ５＝２７±３°となっている。
一方、水晶片２０の－Ｘ側の端部は、図３（Ｄ）に示したように、水晶のＸ軸に沿ってかつ第１の辺２０ａ（図２（Ａ）参照）側に向かって厚みが薄いテーパー部２０ｕ（後部テーパー部２０ｕともいう）となっている。後部テーパー部２０ｕは、第８の面２０ｋ及び第９の面２０ｍの２つの面で構成されている。第８の面２０ｋと第９の面２０ｍとは、Ｘ軸に対し対称である。そして、第８の面２０ｋや第９の面２０ｍと、水晶片２０の主面２０ｆとのす角度θ６は、θ６＝１７±５°好ましくはθ６＝１７±３°となっている。

２． 圧電デバイスの製造方法の説明
次に、図４（Ａ）～（Ｃ）、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施形態の圧電デバイス１０を製造する好ましい方法について説明する。なお、図４（Ａ）～（Ｃ）は圧電デバイス１０に用いる水晶片２０を製造する工程の要部を説明する図である。特に図４（Ａ）は中間状態の水晶ウエハ３０Ｗを説明する平面図である。図４（Ｂ）は、この水晶ウエハに耐エッチングマスク４０を形成した状態を示す図であって、図４（Ａ）中のＭ部分を拡大して示した平面図である。図４（Ｃ）は、水晶片２０の先端側の角部２０ｘ、２０ｙを略直角にする手段を説明するための図であって、図４（Ｂ）中のＲ部分を拡大して示した平面図である。また、図５（Ａ）、（Ｂ）は、図４（Ｂ）の状態から工程が進んだ状態を説明する図である。

この出願の製造方法の発明では、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術によって、水晶片２０を製造する。
具体的には、ウエットエッチング用の耐エッチングマスク４０（図４（Ｂ）参照)であって、ＡＴカット水晶片２０のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部４０ａと、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部４０ｂと、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部４０ｃと、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側（先端側）の角部と前記第３マスク部との間に設けられ当該ウエットエッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部４０ｄと、を有した耐エッチングマスク４０を用いて水晶片２０を製造する。なお、第４マスク部４０ｄは、第１マスク部４０ａの水晶片の先端側、すなわち水晶片２０の水晶のＸ軸の＋Ｘ側の２つの角部に相当する部分と、第２マスク部４０ｂとの間に設ける。
この耐エッチングマスク４０は、具体的には、水晶ウエハ２０Ｗの表裏前面に耐エッチング性を持つ金属膜を形成し、その表面にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対し、上記第１～第４マスク部形成用のホトマスクを用いて露光等をして、その後、金属膜を選択的に除去して、形成することができる。ただし、耐エッチングマスク４０は、第４マスク部４０ｄが水晶のＸ軸の＋Ｘ側となるように、水晶ウエハ２０Ｗに形成する。
なお、第４マスク部４０ｄの水晶のＺ′軸に沿う方向の幅Ｗ（図４（Ｃ）参照）は、第４マスク部４０ｄ下の水晶部分が、後述の第２エッチング工程終了後に、消失するような所定の幅（実施例等参照）としてある。

次に、耐エッチングマスク４０を形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する、第１エッチング工程を実施する。この第１エッチング工程は、水晶片２０の外形を形成するためのものである。
次に、第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部４０ａと、第４マスク部４０ｄとを除去する。なお、この実施形態の場合は、第３マスク部４０ｃも除去する。このようなマスク部の加工は、周知のフォトリソグラフィ技術で行える。ただし、第３マスク部４０ｃはその大きさが小さい場合は、除去せずに残存させても良い。
上記の耐エッチングマスクの加工が済むと、第１、第２及び第３マスク部で覆われていた水晶部分が露出する（図５（Ａ）参照）。

次に、第１、第２及び第３マスク部を除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する、第２エッチング工程を実施する。この第２エッチング工程は、水晶片２０の、周波数調整のため、および、水晶軸のＺ′軸と交差する側面に、所定の第１～第３の面を形成するためのものである。上記の第４マスク部４０ｄの除去で露出された水晶部分は、その幅Ｗを所定幅としてあったので、この第２エッチングにおいて、消失する。このため、水晶片２０の、容器に固定しない側の辺である第２の辺２０ｂの両角部２０ｘ、２０ｙは、第２エッチング終了ごろに初めて角部として出現するので、ウエットエッチング後でも角部２０ｘ、２０ｙは略直角になり、かつ、第２の辺２０ｂの、これら角部２０ｘ、２０ｙの間の部分は直線状になる。

第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極及び引出電極を形成し、この励振用電極等の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化し、個片化した水晶片を、－Ｘ側の端部で容器３０（図１参照）に、導電性接着剤によって固定し、その後、容器内を所定雰囲気にした状態で容器を蓋部材で封止することにより、この発明に係る圧電デバイス１０を製造できる。

３． 実施例および比較例
本発明の理解を深めるために、以下にいくつかの実施例及び比較例を示す。
３－１．実施例１、比較例１：水晶片の先端側の平面形状についての実験
先ず、水晶片の先端の側の平面形状の、圧電デバイスの特性への影響を調べるため、以下の実施例１及び比較例１を実施した。
実施例１の圧電デバイスとして、発振周波数が２７．１２ＭＨｚ、Ｘ寸法が約８７０μｍ、Ｚ′寸法が約６４０μｍのＡＴカットの水晶片を、上記した製造方法によって複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して実施例１の圧電デバイスを複数個製造した。
また、比較例１の圧電デバイスとして、周波数、Ｘ寸法、Ｚ′寸法は上記実施例１と同じであるが、水晶片を製造する際、第４マスク部４０ｄ（図４（Ｂ）参照）を有していない耐エッチングマスクを用いて、比較例１の水晶片を複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して、比較例１の圧電デバイスを複数個製造した。
ただし、実施例１及び比較例１の水晶片を製造する際は、上記した製造方法において以下を変更している。すなわち、水晶のＸ軸の－Ｘ側が水晶片の先端の側となるように、水晶ウエハに対し耐エッチングマスクを配置した。また、水晶片を容器に固定する際は、水晶片の、水晶のＸ軸の＋側の端部を、導電性接着剤によって容器に固定した。このような結晶軸の配置および固定位置にした方が、後述する水晶片の先端の角部形状の影響度を除外でき、角部形状の影響度のみを判断し易いと考えたためである。

図６は、比較例１として製造した水晶片５０を模写した平面図である。比較例１の水晶片５０は、その先端側、すなわち水晶片の導電性接着剤によって支持する側とは反対側を平面的に見たとき、先端の中央Ｐ１から両角部に向かう領域Ｒ１、Ｒ２各々が略三角形状にエッチングされてしまい、その分だけ水晶片の面積が減少している。
一方、実施例１で用いた水晶片は、第２の辺２０ｂの直線部分の寸法が大きく、かつ、この直線部分の両側が略直角になっている（図８（Ｂ）参照）。すなわち、実施例１の水晶片は平面的に見て比較的長方形状のものになっている。

実施例１で用いた複数個の水晶片について、先端側の略直角の角部（図１、図２の角部２０ｘ、２０ｙに相当する角部）の角度θｘ、θｙ（図１、図２参照）を、測定顕微鏡によって測定したところ、角度θｘ、θｙは８５から９０度の範囲になっていることが分かり、又、Ｗ１は６０５～６３２μｍの範囲になっていることが分かった。また、水晶片の中央付近のＺ′寸法、すなわち寸法Ｗ０は、６４０μｍが狙い目に対し、実測したところ、６３８～６５０μの範囲になっていることが分かった。従って、上記Ｗ１、Ｗ０各々の実測値から、Ｗ１／Ｗ０を算出すると、下限は、６０５／６５０≒０．９３であり、上限は６３２／６３８≒０．９９であるので、実施例１の試料ではＷ１／Ｗ０は、０．９３～０．９９であると言える。多くは、０．９６～０．９９であった。

また、実施例１で用いた複数個の水晶片および比較例１で用いた複数個の水晶片５０の各々の先端部の２つの角部について、Ｃ面取りの観点によるＣ寸法（図６に示したＣ寸法参照）を工具顕微鏡によって測定した。その結果、実施例１の水晶片の場合は、Ｃ寸法は１０～１８μｍであり、いずれも２０μｍ以下であった。一方、比較施例１の水晶片５０の場合は、Ｃ寸法は７０～９５μｍであり、いずれも実施例１に比べて７倍～９倍も大きくなっていた。
また、比較例１の水晶片５０の先端部の直線部分の寸法を測定したところ、その寸法は１３０～１６０μｍ程度と狭いことが分かった。然も、直線状の部分の端から水晶片の角部に向かってなで肩の形状になっていた。

また、実施例１及び比較例１の圧電デバイス各々の電気的特性として、ＣＩを測定した。図７（Ａ）は、実施例１の圧電デバイスのＣＩの分布を示した図、図７（Ｂ）は、比較例１の圧電デバイスのＣＩの分布を示した図である。いずれの図も、横軸にＣＩ（Ω）をとり、縦軸に頻度をとって示してある。いずれもサンプル数は１２固である。
実施例１の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が８３．５Ω、標準偏差が６．６Ωであり、比較例１の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が１２３．６Ω、標準偏差が１３．０Ωであった。実施例１方が、ＣＩの平均値で４０．１Ω優れており、標準偏差で６．４ Ω優れていた。

上記実施例１及び比較例１のＣＩ測定の結果から、水晶片の先端側の辺の直線部分の寸法が大きく両角部が略直角であるほうが、そうで無い場合に比べて、ＣＩ改善が図れることが分かる。

３－２．実施例２、比較例２：水晶片の先端を＋Ｘ側とする実験
次に、水晶片の先端を水晶のＸ軸の＋Ｘ側とする場合と－Ｘ側とする場合の、圧電デバイスの特性への影響度を調べるため、以下の実施例２及び比較例２を実施した。
実施例２の圧電デバイスとして、発振周波数が４０ＭＨｚ、Ｘ寸法が約７５０μｍ、Ｚ′寸法が約５２０μｍの水晶片２０を、上記した製造方法によって複数個製造した。そして、それら水晶片を、水晶の－Ｘ側の端部で、導電性接着剤によって容器に固定して、実施例２の圧電デバイス１０を複数個製造した。
また、比較例２の圧電デバイスとして、周波数、Ｘ寸法、Ｚ′寸法は上記実施例２と同じであるが、上記の製造方法で水晶片を製造する際、実施例２とは逆に、水晶のＸ軸の－Ｘ側が水晶片の先端の側となるように、水晶ウエハに対し耐エッチングマスクを配置して、比較例２の水晶片を複数個製造した。そして、それら水晶片を、水晶の＋Ｘ側の端部で、導電性接着剤によって容器に固定して、比較例２の圧電デバイスを複数個製造した。
図８（Ａ）は、実施例２の水晶片２０を金属顕微鏡によって撮影した写真であり、図８（Ｂ）は、比較例２の水晶片６０を金属顕微鏡によって撮影した写真である。２つの写真を比較すると、特に水晶片の先端部の違いが理解できる。

そこで、先ず、実施例２の水晶片２０の中央部のＺ′軸に沿った寸法Ｗ０及び第２の辺２０ｂの直線部分の寸法Ｗ１と、この直線部分両側の両角部２０ｘ、２０ｙの、図２（Ｄ）に示した角度θａ、角度θｂと、角部２０ｘでの第１のＣ面取り部の寸法Ｃ１及び第２のＣ面取り部の寸法Ｃ２とを、それぞれ測定した。測定した試料数は２２個である。それらの測定結果として、表１に、平均値ａｖｇ、標準偏差σ、最大値Ｍａｘ，最小値Ｍｉｎ，ａｖｇ＋３σ、ａｖｇ－３σを示した。
この表１から、実施例１の試料では、Ｗ１のａｖｇ－３σ＝４８０．６であり、Ｗ０のａｖｇ＋３σ＝５２４．６であるから、（Ｗ１のａｖｇ－３σ）／（Ｗ０のａｖｇ＋３σ）＝４８０．６／５２４．６＝０．９１６である。また、Ｗ１のａｖｇ＋３σ＝４９８．９であり、Ｗ０のａｖｇ－３σ＝５２０．１であるから、（Ｗ１のａｖｇ＋３σ）／（Ｗ０のａｖｇ－３σ＝４９８．９／５２０．１＝０．９５９である。従って、実施例２では、略直角の角部２０ｘ、２０ｙの直角度の１つの指標である、Ｗ１／Ｗ０は、０．９１６～０．９５９なので、Ｗ１／Ｗ０は、悪くとも０．９１６、すなわち０．９１と言える。
また、表１から、実施例２の試料では、略直角の角部２０ｘ、２０ｙでの角度θａ、θｂについては、直角から一番離れた一番大きな角度はａｖｇ＋３σの欄にある１１４．７°である。すなわち、約１１５°である。

また、この表１から、実施例２の試料では、寸法Ｃ１のａｖｇ＋３σ＝１５．４であり、寸法Ｃ２のａｖｇ－３σ＝４２．７であるから、（寸法Ｃ２のａｖｇ－３σ）／（寸法Ｃ１のａｖｇ＋３σ）＝４２．７／１５．４＝２．７７である。また、寸法Ｃ１のａｖｇ－３σ＝１２．２であり、寸法Ｃ２のａｖｇ＋３σ＝５２．５であるから、（寸法Ｃ２のａｖｇ＋３σ）／（寸法Ｃ１のａｖｇ－３σ）＝５２．５／１２．２＝４．３０である。従って、実施例２では、略直角の角部２０ｘ、２０ｙの直角度の１つの指標である、Ｃ２／Ｃ１は、２．７７～４．３０と言える。なお、この場合の実際のＣ１は、±３σでみれば、１２．２～１５．４であり、約１６μｍ以下である。また、実際のＣ２は、±３σでみれば、４２．７～５２．５であり、約５３μｍ以下である。

次に、実施例２の水晶片２０及び比較例２の水晶片６０（図８（Ｂ）参照）各々の、先端テーパー部の寸法Δｘを、測定した。測定した試料数は実施例２及び比較例２各々１２０個である。それらの測定結果として、表２に、平均値ａｖｇ、標準偏差σ、最大値Ｍａｘ，最小値Ｍｉｎ，ａｖｇ＋３σ、ａｖｇ－３σを示した。また、図９に測定結果のヒストグラムを示した。図９（Ａ）は、実施例２の先端テーパー部の寸法のヒストグラム、図９（Ｂ）は、比較例２の先端テーパー部の寸法のヒストグラムである。いずれの図も、横軸に先端テーパー部の寸法（μｍ）をとり、縦軸に頻度をとって示してある。

表２から、実施例２の水晶片２０の先端テーパー部２０ｔのＸ軸に沿う寸法Δｘの平均値は、１１３．２μｍ、標準偏差は０．１９である。比較例２の水晶片６０の先端テーパー部６０ｔのＸ軸に沿う寸法Δｘの平均値は、６１μｍ、標準偏差は０．１９である。実施例２の水晶片２０の先端テーパー部２０ｔの寸法Δｘと、比較例２の水晶片６０の先端テーパー部６０ｔの寸法Δｘとは、水晶の結晶軸のエッチャントに対する異方性に起因して、差が生じるが、ここで注目すべきことは、標準偏差の違いである。比較例２の水晶片６０の先端テーパー部６０ｔのＸ軸に沿う寸法の標準偏差は、実施例２の値に対し、０．９７／０．１９＝５．１であり、５．１倍も悪い値になっている。水晶振動子の場合、予定の形状を確保でき、かつ、予定の形状でのバラツキが小さい方が、特性の絶対値やバラツキを良化できる。しかも、水晶振動子を設計する場合、水晶片に対する容器との固定部の影響を軽減するため、水晶片の先端側に振動部を偏在させることが多い。従って、水晶片の先端側の形状ばらつきは振動部に影響し易いから、水晶片の先端側の形状ばらつきは小さい方が好ましい。その点、本発明のように水晶片の先端側を水晶の－Ｘ側とすることは、好ましい。しかも、水晶片の先端側の角部を略直角とする構成と相俟って、圧電デバイスの特性向上に寄与できる。
また、実施例２の水晶片２０の場合、表２中のａｖｇ＋３σ＝１１３．８μｍであり、ａｖｇ－３σ＝１１２．７μｍである。そして、実施例２の水晶片２０の厚みＴは、３６．９μｍであるから、ａｖｇ±３σの値を水晶片２０の厚みＴで正規化すると、３．０５３～３．０８３である。すなわち、ΔＸ／Ｔは約３．０５～３．０９である。

また、水晶片の先端側を水晶の－Ｘ側とすることの利点を示すため、実施例２の圧電デバイス（図１に示した構造のもの）と、比較例２の圧電デバイスそれぞれのＣＩを測定した。いずれもサンプル数は５８０固である。
図１０（Ａ）は、実施例２の圧電デバイスのＣＩの分布を示した図、図１０（Ｂ）は、比較例２の圧電デバイスのＣＩの分布を示した図である。いずれの図も、横軸にＣＩ（Ω）をとり、縦軸に頻度をとって示してある。
実施例２の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が３２．４Ω、標準偏差が３．２Ωであり、比較例２の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が３８．４Ω、標準偏差が７．１Ωであった。実施例２の方が、比較例２に比べて、ＣＩの平均値で６Ω優れており、標準偏差で３．９Ω優れていた。この結果から、水晶片の先端側を水晶の－Ｘ側とすることが良いことが理解できる。
また、水晶片の先端側を水晶の－Ｘ側とすることから、ウエハ状態（図４（Ｂ）参照）では水晶片は、桟に、水晶の＋Ｘ側の端部で接続された状態になる。水晶片が桟に、水晶の＋Ｘ側の端部で接続されている方が、水晶片が桟に、水晶の－Ｘ側の端部で接続されている場合に比べて、ウエハから各水晶片を個片化する折り取りの際に、水晶片の折り取りした箇所にバリ等が生じにくいことも分かった。この点からも、水晶片の先端側を水晶の－Ｘ側とし、かつ、水晶片を水晶の＋Ｘ側の端部で容器に固定することが、好ましいことが理解できる。

上記の各実施例及び比較例から水晶片２０の先端側の両角部２０ｘ、２０ｙは略直角できれば真の直角であることが良いが、水晶片の先端を水晶軸の＋Ｘ側にする場合は、実施例２の結果から、両角部２０ｘ、２０ｙは、Ｃ面取りの表記のＣ寸法で表したとき、寸法がＣ１で水晶のＺ′軸に沿う第１のＣ寸法部と、寸法がＣ２で水晶のＸ軸に沿い前記第１のＣ寸法部分より大きい第２のＣ寸法部と、を持ち、かつ、Ｃ２／Ｃ１が２．７～４．３の角部であれば、ＣＩ改善に好ましいことが確認できている。ただし、Ｃ１寸法、Ｃ２寸法は、それぞれゼロに近い方がもちろん良い。
また、両角部２０ｘ、２０ｙの前記θａ、θｂが、直角から遠い１１５°であっても、ＣＩ改善が図れていることから、略直角の角部が、前記θａ、θｂでいって、少なくとも９０～１１５°のものでＣＩ改善ができる。また、Ｗ１／Ｗ０が、０．９１６以上、すなわちＷ１／Ｗ０が、０．９１以上であれば、ＣＩ改善ができる。

なお、ＡＴカット水晶片の場合、周波数が違う場合や大きさが違う場合でも、特性改善に対しＷ１／Ｗ０やＣ２／Ｃ１等の比率は有効であることが多い。従って、実施例では２種類の周波数及び大きさの水晶片を用いて本発明の効果を確認したが、本発明は、他の周波数及び大きさの水晶片に対しても適用できると考えられる。本発明は、水晶片の小型化が進めば進むほど、貢献できるものである。
また、例えば、用いる容器は上記例に限られず、例えば、平板状のベースと、水晶片を収納する凹部を持つキャップ状の蓋部材とから成る容器を用いた圧電デバイス等、他の構造の圧電デバイスに対しても本発明を適用できる。

１０:実施形態の圧電デバイス ２０：実施形態の水晶片
２０ａ：第１の辺 ２０ｂ：第２の辺
２０ｃ：第１の面 ２０ｄ：第２の面
２０ｅ：第３の面 ２０ｆ：主面
２０ｇ：第４の面 ２０ｈ：第５の面
２０ｉ：第６の面 ２０ｊ：第７の面
２０ｋ：第８の面 ２０ｍ：第９の面
２０ｔ：テーパー部（先端テーパー部）２０Ｕ：テーパー部（後部テーパー部）
２０ｘ、２０ｙ：略直角の角部 ２０Ｗ：３水晶ウエハ
３０：容器
４０：耐エッチングマスク、 ４０ａ：第１マスク部
４０ｂ：第２マスク部、 ４０ｃ：第３マスク部
４０ｄ：第４マスク部、 ５０：比較例１の水晶片
６０：比較例２の水晶片 ６０ｔ：先端テーパー部
Ｗ１：水晶片の第２の辺の、水晶のＺ′軸に沿う直線部分の寸法
Ｗ０：水晶片の、水晶のＺ′軸に沿う寸法
Ｃ１、Ｃ２：略直角の角部のＣ面表記による寸法

Claims (7)

1. 水晶の結晶軸で表わされるＸ－Ｚ′面を主面とし、平面形状が四角形状で、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面であってこの順に交わっている第１～第３の３つの面で構成してあり、前記Ｚ′軸に平行な２辺のうちの第１の辺の側で導電性接着剤によって容器に接続固定されているＡＴカット水晶片と、当該導電性接着剤と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、
   前記第１の辺と対向する第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の寸法をＷ１と表し、前記ＡＴカット水晶片の前記Ｚ′軸に沿う寸法をＷ０と表したとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９１以上であり、該直線部分の両側は当該ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺と略直角の角部を構成しており、
   前記第１の辺の側は、水晶の結晶軸のＸ軸における－Ｘ側であり、前記第２の辺の側は、前記Ｘ軸における＋Ｘ側であり、
   前記第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の両側は、Ｃ面取りの表記で表して、前記Ｚ′軸に沿う寸法がＣ１で、前記Ｘ軸に沿う寸法が前記Ｃ１より大きいＣ２で、かつ、Ｃ２／Ｃ１が２．７～４．３の略直角の角部となっていること
   を特徴とする圧電デバイス。
2. 前記第２の辺の前記Ｚ′軸に沿う直線部分の両側は、前記第２の辺と前記ＡＴカット水晶片の水晶のＸ軸に沿う辺との成す角度θａ、θｂが９０～１１５°の略直角の角部となっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記ＡＴカット水晶片は、前記第２の辺の側が、前記Ｘ軸に沿ってかつ前記第２の辺側に向かって厚みが薄いテーパー部となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記テーパー部の前記Ｘ軸に沿う寸法をΔＸと表し、前記ＡＴカット水晶片の厚さをＴと表したとき、ΔＸ／Ｔが３．０５～３．０９であることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
5. 前記テーパー部は、４つの面で構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電デバイス。
6. 前記第１の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として４±３．５°回転させた面に相当する面であり、前記第２の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－５７±５°回転させた面に相当する面であり、前記第３の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－４２±５°回転させた面に相当する面であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電デバイスを、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術によって製造するに当たり、
   前記ウエットエッチング用の耐エッチングマスクであって、前記ＡＴカット水晶片のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部と、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記水晶の結晶軸のＸ軸に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部と、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部と、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ第２エッチング工程完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部と、を有した耐エッチングマスクを、前記第３マスク部が水晶のＸ軸の－Ｘ側となるように、水晶ウエハに形成する工程と、
   前記耐エッチングマスクを形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する第１エッチング工程と、
   前記第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部及び第４マスク部を除去する工程と、
   前記第１マスク部及び第４マスク部を除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する当該第２エッチング工程と、
   前記第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極を形成する工程と、
   前記励振用電極の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化する工程と、
   個片化した当該ＡＴカット水晶片を容器に接続固定する工程と、
   を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
   以 上

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