(57)【要約】【課題】  エッチング時間を長くすることなく残渣を小さくし得る、圧電素子の中間生成品等を提供する。【解決手段】  本発明の中間生成品１０は、一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子６０及びフレーム２０からなる。フレーム２０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部２１と、本体部２１から圧電素子６０の周囲に延設された櫛歯部２２とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子及びフレームからなる、圧電素子の中間生成品であって、
前記フレームは、前記複数の圧電素子を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部と、この本体部から前記圧電素子の周囲に延設された櫛歯部とを備えた、
ことを特徴とする圧電素子の中間生成品。
【請求項２】
前記圧電素子は、基部と、この基部から同じ方向に延びる二本の振動腕部と、を有する音叉型であり、
前記本体部は、一方向に延びており、前記振動腕部の伸びる方向が当該一方向に垂直になる状態で、前記複数の圧電素子が当該一方向に沿って一列に並ぶように、前記基部を接続しており、
前記櫛歯部は、前記振動腕部の延びる方向と平行に前記本体部から延びており、前記複数の圧電素子の相互間に設けられた第一櫛歯部と、前記二本の振動腕部の間に設けられた第二櫛歯部とを有する、
請求項１記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項３】
前記本体部とこの本体部に接続された前記複数の圧電素子とからなる列を前記振動腕部の延びる方向に複数備え、
ある前記列を第一列とし、この第一列の前記振動腕部の延びる方向に隣接する前記列を第二列としたとき、
前記第一列の前記複数の圧電素子の相互間に設けられた前記第一櫛歯部は、前記第一列の本体部又は前記第二列の本体部から延びており、
前記第一列の前記二本の振動腕部の間に設けられた前記第二櫛歯部は、前記第二列の本体部から延びている、
請求項２記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項４】
前記第一列の複数の圧電素子の相互間に設けられた前記第一櫛歯部は前記第一列の本体部から延びており、
当該第一櫛歯部の先端は当該圧電素子の前記振動腕部の先端に揃えられた、
請求項３記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項５】
前記第一櫛歯部を挟む二つの前記圧電素子と当該第一櫛歯部との間隔を、それぞれ第一間隔とし、
前記第二櫛歯部を挟む二つの前記振動腕部と当該第二櫛歯部との間隔を、それぞれ第二間隔としたとき、
前記第一間隔の前記一方向の反対側と前記第二間隔の前記一方向の反対側とが等しい、
請求項２乃至４のいずれか一つに記載の圧電素子の中間生成品。
【請求項６】
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを水晶ウエハ上に形成する工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウエハに対して前記ウェットエッチングをすることにより複数の圧電素子及びフレームの外形を形成する工程と、
を含む圧電素子の製造方法において、
前記マスクは、前記複数の圧電素子となる部分を保護する領域と、前記フレームとなる部分を保護する領域とを有し、
前記フレームとなる部分を保護する領域は、前記複数の圧電素子を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部となる部分を保護する領域と、前記本体部から前記圧電素子の周囲に延設された櫛歯部となる部分を保護する領域とを有する、
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型屈曲振動子や厚みすべり振動子などの圧電素子の中間生成品、及び、その圧電素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の中間生成品は、一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子及びフレームからなり、この状態で商取引の対象となる（例えば特許文献１参照）。以下、圧電素子の中間生成品の一例を、関連技術として示す。
【０００３】
図５は、関連技術の中間生成品を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
図中のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は、水晶ウエハの結晶軸である。本関連技術の中間生成品５０は、複数の圧電素子６０及びフレーム７０からなる。複数の圧電素子６０は、基部６１と、基部６１から同じ方向に延びる二本の振動腕部６２，６３と、を有する音叉型である。圧電素子６０には図示しない電極膜が形成されており、振動腕部６２，６３には必要に応じて溝が形成される。
【０００５】
フレーム７０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態で、それぞれの圧電素子６０を接続する。すなわち、フレーム７０は、一方向（Ｘ軸方向）に延びており、振動腕部６２，６３の伸びる方向（Ｙ’軸方向）が当該一方向に垂直になる状態で、複数の圧電素子６０が当該一方向に沿って一列に並ぶように、基部６１を接続している。
【０００６】
中間生成品５０の一般的な製造方法は、次のとおりである。まず、一枚の水晶ウエハの表裏に、クロムなどからなるマスクを形成する。続いて、マスクが形成された水晶ウエハに対して、フッ酸などを用いてウェットエッチングをする。このとき、マスクで覆われていない部分の水晶が、エッチング液によって表裏から浸食され遂には貫通する。最後に、マスクで覆われていたために残った水晶に電極膜を形成することにより、複数の圧電素子６０及びフレーム７０が完成する。
【０００７】
中間生成品５０は、圧電素子６０の電気的検査及びパッケージ実装に、この状態で使用される。つまり、複数の圧電素子６０は一つずつ、電気的な検査を経て、フレーム７０から切り離され、パッケージに実装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５２５６２３号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６は、図５におけるVI−VI線縦断面図である。以下、図５及び図６に基づき説明する。
【００１０】
水晶は、シリコンと酸素で構成される三方晶系の単結晶からなり、成長軸（光軸）をＺ軸とし、これと垂直に稜線を結ぶ軸をＸ軸(電気軸)とし、これと直交する軸をＹ軸(機械軸)として表現される。それらの三つの軸のウェットエッチング中のエッチング速度は、Ｚ＞Ｘ＞Ｙの順となる。そのため、図６に示すように、圧電素子６０では、ウェットエッチング後の水晶に残渣６４が生じてしまう。残渣６４は、振動腕部６２，６３の図における左側に生じ、＋Ｘ軸方向へ凸となる突起物である。
【００１１】
しかしながら、関連技術では、残渣６４に起因する次のような諸問題があった。
【００１２】
残渣６４の存在により振動腕部６２，６３の幅が増加すると、振動周波数が高くなる。そのため、振動周波数を低くするために、振動腕部６２，６３を長くする必要があるので、圧電素子６０の小型化が妨げられていた。
【００１３】
残渣６４の存在により電極６５，６６の間隔６７が増加すると、電極６５，６６間の静電容量（Ｃｏ値）が減少する。これにより、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増加を招いていた。
【００１４】
また、振動腕部６２と振動腕部６３とに生じる残渣６４の大きさ及び形状が異なることにより、音叉の右側と左側とで振動周波数がアンバランスとなって、基部６１側に振動が伝播してしまうので、ＣＩ値の増加を招いていた。
【００１５】
これらの諸問題に対して、エッチング時間を長くすることにより、残渣６４をある程度小さくすることができる。しかし、製造時間が長くなったり、アンダーエッチングが進行したりするなど、他の問題が生じるため、エッチング時間を長くすることは好ましいことではない。
【００１６】
そこで、本発明の主な目的は、エッチング時間を長くすることなく残渣を小さくし得る、圧電素子の中間生成品等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、関連技術の課題を解決すべく研究を重ねた結果、エッチング液の流れとエッチング速度との関係に着目し、エッチングによって水晶に貫通部分が生じた後は貫通部分の幅が狭いほどエッチング速度が大きくなる、という現象を見い出した。これは、エッチング液の圧力が一定であれば、貫通部分の幅が狭いほどエッチング液の流速が大きくなるため、と考えられる。よって、貫通部分の幅が狭くなるようにエッチングされない部分を増やせば、貫通部分に生じる残渣を効率的に除去できるのである。本発明は、この知見に基づきなされたものである。
【００１８】
ここで、図５及び図６に基づき、二つの振動腕部６２，６３に生じる残渣６４の大きさが異なる理由について、本発明者の知見を交えて説明する。残渣６４の大きさは、エッチングされる領域の大きさに応じて変化する。例えば、一つの圧電素子６０の振動腕部６２，６３において、振動腕部６２の図における左側の間隔６８と、振動腕部６３の図における左側の間隔６９とが異なることにより、振動腕部６２と振動腕部６３とで残渣６４の大きさが異なることになる。これは、間隔６８と間隔６９とが異なると、それぞれでのエッチング液の流速も異なるため、と考えられる。そこで、間隔６８，６９が狭くなるようにかつ等しくなるようにエッチングされない部分を増やせば、貫通部分に生じる残渣６４を効率的に除去できるとともに、貫通部分に残渣６４が残ったとしてもそれらの大きさを同じにすることができる。
【００１９】
すなわち、本発明に係る圧電素子の中間生成品は、
一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子及びフレームからなる、圧電素子の中間生成品であって、
前記フレームは、前記複数の圧電素子を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部と、この本体部から前記圧電素子の周囲に延設された櫛歯部とを備えた、
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを水晶ウエハ上に形成する工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウエハに対して前記ウェットエッチングをすることにより複数の圧電素子及びフレームの外形を形成する工程と、
を含む圧電素子の製造方法において、
前記マスクは、前記複数の圧電素子となる部分を保護する領域と、前記フレームとなる部分を保護する領域とを有し、
前記フレームとなる部分を保護する領域は、前記複数の圧電素子を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部となる部分を保護する領域と、前記本体部から前記圧電素子の周囲に延設された櫛歯部となる部分を保護する領域とを有する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、フレーム本体部から圧電素子周囲に延設された櫛歯部を備えたことにより、水晶ウエハにおける圧電素子周囲の貫通部分が狭くなるので、圧電素子周囲のエッチング速度を増加でき、その結果、圧電素子周囲の残渣をエッチング時間を長くすることなく効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の中間生成品を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線縦断面の製造工程を示す断面図であり、図２［１］はウェットエッチング前、図２［２］はウェットエッチング中、図２［３］はウェットエッチング後である。
【図３】実施形態２の中間生成品を示す平面図である。
【図４】圧電素子周囲に生ずる残渣の他の例を示す平面図である。
【図５】関連技術の中間生成品を示す平面図である。
【図６】図５におけるVI−VI線縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００２４】
図１は、実施形態１の中間生成品を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２５】
本実施形態１の中間生成品１０は、一枚の水晶ウエハからウェットエッチングによって加工された複数の圧電素子６０及びフレーム２０からなる。フレーム２０は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部２１と、本体部２１から圧電素子６０の周囲に延設された櫛歯部２２とを備えている。
【００２６】
圧電素子６０は、基部６１と、基部６１から同じ方向に延びる二本の振動腕部６２，６３と、を有する音叉型である。圧電素子６０には図示しない電極膜が形成されており、振動腕部６２，６３には必要に応じて溝が形成される。
【００２７】
本体部２１は、一方向（Ｘ軸方向）に延びており、振動腕部６２，６３の伸びる方向（Ｙ’軸方向）が当該一方向に垂直になる状態で、複数の圧電素子６０が当該一方向に沿って一列に並ぶように、基部６１を接続している。本体部２１のうち基部６１を接続する部分を、接続部２３と呼ぶことにする。
【００２８】
櫛歯部２２は、振動腕部６２，６３の延びる方向と平行に本体部２１から延びており、複数の圧電素子６０の相互間に設けられた第一櫛歯部２２１と、二本の振動腕部６２，６３の間に設けられた第二櫛歯部２２２とを有する。
【００２９】
中間生成品１０は、本体部２１と、本体部２１に接続された複数の圧電素子６０とからなる列を、振動腕部６２，６３の延びる方向に複数備えている。ここで、ある列を第一列３１とし、第一列３１の振動腕部６２，６３の延びる方向に隣接する列を第二列３２とする。第一列３１の複数の圧電素子６０の相互間に設けられた第一櫛歯部２２１は、第二列３２の本体部２１から延びている。第一列３１の二本の振動腕部６２，６３の間に設けられた第二櫛歯部２２２は、第二列３２の本体部２１から延びている。
【００３０】
本実施形態１によれば、フレーム２０の本体部２１から圧電素子６０周囲に延設された櫛歯部２２を備えたことにより、水晶ウエハにおける圧電素子６０周囲の貫通部分が狭くなるので、圧電素子６０周囲のエッチング速度を増加でき、その結果、圧電素子６０周囲の残渣に対してエッチング時間を長くすることなく効率的に除去できる。したがって、残渣に起因する諸問題を解決できる。
【００３１】
本実施形態１によれば、次のような副次的効果も奏する。第一に、櫛歯部２２に相当する水晶ウエハのエッチングが不要となることにより、水晶ウエハの溶解量が減少するので、エッチング液の寿命が長くなり、エッチング液の使用量及び交換作業を低減できる。
【００３２】
第二に、圧電素子６０がパッケージ実装前にフレーム２０から脱落してしまうことを低減できる。その第一の理由は、圧電素子６０周囲の櫛歯部２２が、圧電素子６０の盾の役割を果たし、圧電素子６０に不要な力が加わることを防ぐからである。その第二の理由は、圧電素子６０周囲の櫛歯部２２が、圧電素子６０の不要な動きを抑えるからである。これは、圧電素子６０に不測の力が加わった場合、圧電素子６０が曲がり始めても櫛歯部２２に当たるとそれ以上は曲がらないということである。なお、中間生成品１０は、この状態で電極膜形成、電気的検査、パッケージ実装、移送などに使用されるため、圧電素子６０がパッケージ実装前にフレーム２０から脱落してしまうことがあった。
【００３３】
ここで、第一櫛歯部２２１を挟む二つの圧電素子６０と第一櫛歯部２２１との間隔を、それぞれ第一間隔４１１，４１２とする。第二櫛歯部２２２を挟む二つの振動腕部６２，６３と第二櫛歯部２２２との間隔を、それぞれ第二間隔４２１，４２２とする。このとき、第一間隔４１１，４１２の一方向（Ｘ軸方向）の反対側すなわち第一間隔４１１と、第二間隔４２１，４２２の一方向の反対側すなわち第二間隔４２１とを、等しくしてもよい。
【００３４】
この場合は、振動腕部６２の図における左側の間隔（第一間隔４１１）と、振動腕部６３の図における左側の間隔（第二間隔４２１）とが等しくなることにより、それぞれでのエッチング液の流速が等しくなるので、それぞれでのエッチング速度も等しくなる。そのため、振動腕部６２と振動腕部６３とで残渣６４（図６参照）の大きさが同じになる結果、残渣が残ったとしても、振動腕部６２と振動腕部６３との形状が同じになることによりバランス良く振動できるので、ＣＩ値の増加を抑制できる。
【００３５】
中間生成品１０の寸法の一例を述べれば、次のとおりである。圧電素子６０の長さ４３は１２００μｍ、圧電素子６０の幅４４は３００μｍ、振動腕部６２，６３の間隔４５は２００μｍである。また、第一間隔４１１，４１２及び第二間隔４２１，４２２は、狭すぎると貫通しにくくなり、広すぎると効果が弱まるので、好ましくはいずれも５〜１５μｍ、より好ましくはいずれも８〜１２μｍ、最も好ましくはいずれも１０μｍである。このとき、図６に示す残渣６４の大きさ４６は、１０μｍから８．５μｍに減少した。
【００３６】
図２は、図１におけるII−II線縦断面の製造工程を示す断面図であり、図２［１］はウェットエッチング前、図２［２］はウェットエッチング中、図２［３］はウェットエッチング後である。以下、図１及び図２に基づき、本実施形態１の製造方法を説明する。
【００３７】
本実施形態１の製造方法は、次の工程を含む。ウェットエッチングに対する耐性を有するマスク１２を水晶ウエハ１１上に形成する工程。マスク１２が形成された水晶ウエハ１１に対してウェットエッチングをすることにより、複数の圧電素子６０及びフレーム２０の外形を形成する工程。
【００３８】
マスク１２は、複数の圧電素子６０となる部分を保護する領域６０’と、フレーム２０となる部分を保護する領域２０’とを有する。フレーム２０となる部分を保護する領域２０’は、複数の圧電素子６０を互いに離した状態でそれぞれを接続する本体部２１となる部分を保護する領域（図示せず）と、本体部２１から圧電素子６０の周囲に延設された櫛歯部２２となる部分を保護する領域２２’とを有する。
【００３９】
図２［１］は、ウェットエッチング前、つまり、マスク１２を水晶ウエハ１１上に形成した直後の状態を示している。マスク１２は、例えば次の工程によって製造される。まず、水晶ウエハ１１の両面に、例えばスパッタなどにより、例えばクロム及び金の二層からなる耐食膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、耐食膜の不要な部分を除去する。これにより、圧電素子６０及びフレーム２０となる部分を保護する領域６０’，２０’からなるマスク１２を作成する。なお、水晶ウエハ１１の厚み４８は、例えば１００μｍである。
【００４０】
図２［２］は、ウェットエッチング中の状態を示している。この工程では、マスク１２が形成された水晶ウエハ１１を、エッチング液１３中に浸漬する。エッチング液１３は、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウム水溶液とからなる強酸である。このとき、エッチング液１３を例えば５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させる。
【００４１】
ウェットエッチング中に、マスク１２で覆われていない部分の水晶ウエハ１１が、エッチング液１３によって表裏から浸食され遂には貫通する。ウェットエッチングによって水晶ウエハ１１に貫通部分が生じた後は、その貫通部分が狭いほどエッチング速度が大きくなる。これは、エッチング液１３の圧力が一定であれば貫通部分が狭いほどエッチング液１３の流速が大きくなることに加えて、エッチングがエッジ端で進行しやすいという残渣部のエッジ効果によるもの、と考えられる。そこで、本実施形態１では、貫通部分が狭くなるようにエッチングされない部分すなわち櫛歯部２２を設けることにより、貫通部分に生じる残渣を効率的に除去している。
【００４２】
図２［３］は、ウェットエッチング後の状態を示している。この後、マスク１２で覆われていたために残った水晶ウエハ１１に電極膜（図示せず）を形成することにより、複数の圧電素子６０及びフレーム２０が完成する。複数の圧電素子６０は一つずつ、電気的な検査を経て、接続部２５でフレーム２０から切り離され、パッケージに実装される。
【００４３】
図３は、実施形態２の中間生成品を示す平面図である。図４は、圧電素子周囲に生ずる残渣の他の例を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００４４】
本実施形態２の中間生成品１０ａは、複数の圧電素子６０及びフレーム２０ａからなる。フレーム２０ａは、本体部２１及び櫛歯部２２ａを有する。櫛歯部２２ａは、第一櫛歯部２２１ａ及び第二櫛歯部２２２を有する。本実施形態２では、第一列３１の複数の圧電素子６０の相互間に設けられた第一櫛歯部２２１ａが、第一列３１の本体部２１から延びている。そして、第一櫛歯部２２１ａの先端は、振動腕部６２，６３の先端に揃えられている。
【００４５】
実施形態１のように、第一列３１の複数の圧電素子６０の相互間に設けられた第一櫛歯部２２１（図１）が第二列３２の本体部２１から延びていると、図４に示すように振動腕部６２，６３の先端にそれぞれ残渣６４ａが生ずることがある。残渣６４ａは、＋Ｙ’軸方向に凸となる突起物である。これは、水晶のＹ’軸方向のエッチング速度がＸ軸方向に比べて小さいので、第一櫛歯部２２１（図１）によってエッチング液の流れが妨げられると、残渣６４ａが生ずる、と考えられる。つまり、エッチング速度が小さいために貫通するまでに時間を要し、これにより貫通後のエッチング時間が不足する場合は、エッチング液の流れを良くして、貫通するまでの時間をできるだけ短くする必要がある。
【００４６】
そこで、本実施形態２では、実施形態１の第一櫛歯部２２１（図１）を第一櫛歯部２２１ａに代えて、振動腕部６２，６３先端の空間を確保することにより、エッチング液の流れが良くなるので、振動腕部６２，６３先端の残渣６４ａの発生を減らすことができる。なお、第一列３１の第一櫛歯部２２１ａの先端から第二列３２の本体部２１までの距離４７は、例えば３０〜４０μｍである。
【００４７】
本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００４８】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では音叉型屈曲振動子を採り上げたが、本発明は厚みすべり振動子などの他の圧電素子にも適用可能である。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１０，１０ａ  中間生成品
１１  水晶ウエハ
１２  マスク
１３  エッチング液
２０  フレーム
２０’  フレームとなる部分を保護する領域
２１  本体部
２２，２２ａ  櫛歯部
２２１，２２１ａ  第一櫛歯部
２２２  第二櫛歯部
２３  接続部
３１  第一列
３２  第二列
４１１，４１２  第一間隔
４２１，４２２  第二間隔
４３  圧電素子の長さ
４４  圧電素子の幅
４５  振動腕部の間隔
４６  残渣の大きさ
４７  第一列の第一櫛歯部の先端から第二列の本体部までの距離
４８  水晶ウエハの厚み
５０  中間生成品
６０  圧電素子
６０’  圧電素子となる部分を保護する領域
６１  基部
６２，６３  振動腕部
６４，６４ａ  残渣
６５，６６  電極
６７，６８，６９  間隔
７０  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014011552.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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