(57)【要約】      （修正有）【課題】バッチ処理時、振動板の切断面にバリや欠損の発生で、特性バラツキが発生する不具合の解消。【解決手段】  薄肉の振動板４と、振動板の外周縁の少なくとも一部を一体的に包囲する厚肉の補強部５と、を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部３を形成した構成の圧電基板２の製造方法であって、複数の圧電基板をシート状に連結した圧電基板母材を製作する圧電基板母材の基本形状加工工程と、圧電基板母材の凹陥部形成面側をマスクすると共に、圧電基板母材の裏面については個々の圧電基板領域の境界線に沿って設けた細長い非マスク領域を除いた面にマスクを施すマスキング工程と、非マスク領域内の圧電基板部分をエッチングにより除去して貫通スリットを形成するエッチング工程と、圧電基板母材の両面側に形成したマスクを除去するマスク除去工程と、貫通スリットに沿って圧電基板個片に分割する分割工程と、から成る。【選択図】    図１
2006203700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉の振動板と、該振動板の外周縁と一体化した厚肉の補強部と、を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部を形成した構成の圧電基板の製造方法であって、
複数の圧電基板をシート状に連結した圧電基板母材を製作する圧電基板母材の基本形状加工工程と、
前記圧電基板母材の前記凹陥部形成面側をマスクすると共に、該圧電基板母材の裏面については個々の圧電基板領域の境界線に沿って設けた細長い非マスク領域を除いた面にマスクを施すマスキング工程と、
前記圧電基板母材裏面の非マスク領域内の圧電基板部分をエッチングにより除去して貫通スリットを形成するエッチング工程と、
前記圧電基板母材の両面側に形成した前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記貫通スリットに沿って圧電基板個片に分割する分割工程と、から成ることを特徴とする圧電基板の製造方法。
【請求項２】
前記圧電基板母材の基本形状加工工程は、
圧電基板母材の表裏両面を金属マスクにより被覆する金属マスク形成工程と、
前記圧電基板母材の表面側の金属マスク上に所定のパターンにて形成したレジスト膜を用いて圧電基板個片の凹陥部形成用パターン及び圧電基板個片間の境界線に沿った外形パターンを形成するパターン形成工程と、
前記レジスト膜から露出する前記金属マスクを除去する金属マスク除去工程と、
前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
前記レジスト膜を除去した後に残留した金属マスクパターンを用いて、露出した圧電基板母材表面をエッチングすることにより、前記圧電基板個片の凹陥部と、各圧電基板個片間の境界線に相当する圧電基板母材表面を所要深さに掘り下げて凹所とし、各凹所内底面に薄肉部を形成する掘り下げ工程と、
圧電基板母材表裏両面に夫々残留する金属マスクを除去する金属マスク除去工程と、
各圧電基板個片の凹陥部内底面に位置する振動板の共振周波数を微調整する周波数微調整工程と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧電基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか一項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電基板と、該圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の補強部に引き出されるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止したパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
請求項３に記載の圧電振動素子、或いは請求項４に記載の圧電振動子と、発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超薄肉の振動板の少なくとも一部を厚肉の補強部で一体的に包囲、支持した構造の圧電基板の製造方法、その製造方法によって製造した圧電基板に励振電極等の導電パターンを形成した圧電振動素子、この圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した圧電振動子、更にはこの圧電振動子を用いた圧電発振器の改良に関し、特に５０ＭＨｚ以上の共振周波数を出力するために大面積の圧電ウェハに対してエッチングによって複数の凹陥部を形成することによって超薄肉の振動板を有した圧電基板をバッチ処理形成する場合に、従来圧電基板母材を個片に分離する作業を機械的切断によって行っていたために発生していた不具合を解決することを可能とした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子の如く、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した構造の表面実装型の圧電デバイスは、携帯電話機、ページャ等の通信機器や、コンピュータ等の電子機器等において、基準周波数発生源、フィルタ等として利用されているが、これらの各種機器の小型化に対応して圧電デバイスに対しても小型化が求められている。
また、表面実装用の圧電デバイスとしての圧電発振器は、例えばセラミック等から成るパッケージ本体の上面に形成された凹所内に、圧電振動素子と、発振回路を構成する回路部品を収納した状態で凹所開口を金属蓋により封止した構成を備えている。
従来から、上記の如き圧電デバイスに使用される圧電振動素子として、基本波周波数が５０ＭＨｚ以上の高周波化に対応できるように圧電基板の片側表面を一部掘削することにより凹陥部を形成してその底面を十数μｍ程度の超薄肉の振動板とすると共に、この振動板周縁を厚肉の補強部により一体的に包囲した構造の圧電基板と、この振動板の表裏両面に夫々形成した入出力用の電極と接地電極と、から成る圧電振動素子が知られている（特開平９−５５６３５号公報）。
ところで、特開２００２−３３６４０公報には、矩形の超薄肉振動板の２辺をＬ字状の厚肉部によって支持し、他の２辺は厚肉部により支持せずにフリーにすることによりチップの小型化を図った圧電振動素子が開示されている。このような圧電振動素子を大面積の圧電基板母材を用いてバッチ処理によって量産する場合には、エッチングによって個々の圧電基板個片に対して凹陥部を形成する加工工程を実施してから、最終段階の切断工程において、十数μｍ厚の超薄肉振動板をダイシングソーによって機械的に切断する必要がある。しかし、この切断作業に伴って切断部にバリや欠損が発生し易く、また切断面のシャープさが損なわれて粗面化し、特性のバラツキの原因となる可能性がある。
【特許文献１】特開平９−５５６３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、５０ＭＨｚ以上の共振周波数を出力可能な極薄の振動板と、振動板の少なくとも一部を支持する厚肉部とを備えた圧電基板を製造する際に、圧電基板母材上の個片領域をエッチング等により所定の形状に加工してから、圧電基板個片の振動板の周縁部に沿って切断するバッチ処理を実施する場合に、振動板の切断面にバリや欠損が発生したり、粗面化することにより、特性のバラツキが発生する不具合を解消することができる圧電基板の製造方法、圧電振動素子、圧電振動子、及び圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１に係る薄肉の振動板と、該振動板の外周縁に一体化した厚肉の補強部と、を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部を形成した構成の圧電基板の製造方法であって、複数の圧電基板をシート状に連結した圧電基板母材を製作する圧電基板母材の基本形状加工工程と、前記圧電基板母材の前記凹陥部形成面側をマスクすると共に、該圧電基板母材の裏面については個々の圧電基板領域の境界線に沿って設けた細長い非マスク領域を除いた面にマスクを施すマスキング工程と、前記圧電基板母材裏面の非マスク領域内の圧電基板部分をエッチングにより除去して貫通スリットを形成するエッチング工程と、前記圧電基板母材の両面側に形成した前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記貫通スリットに沿って圧電基板個片に分割する分割工程と、から成ることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記圧電基板母材の基本形状加工工程は、圧電基板母材の表裏両面を金属マスクにより被覆する金属マスク形成工程と、前記圧電基板母材の表面側の金属マスク上に所定のパターンにて形成したレジスト膜を用いて圧電基板個片の凹陥部形成用パターン及び圧電基板個片間の境界線に沿った外形パターンを形成するパターン形成工程と、前記レジスト膜から露出する前記金属マスクを除去する金属マスク除去工程と、前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、前記レジスト膜を除去した後に残留した金属マスクパターンを用いて、露出した圧電基板母材表面をエッチングすることにより、前記圧電基板個片の凹陥部と、各圧電基板個片間の境界線に相当する圧電基板母材表面を所要深さに掘り下げて凹所とし、各凹所内底面に薄肉部を形成する掘り下げ工程と、圧電基板母材表裏両面に夫々残留する金属マスクを除去する金属マスク除去工程と、各圧電基板個片の凹陥部内底面に位置する振動板の共振周波数を微調整する周波数微調整工程と、を備えていることを特徴とする。
請求項３の発明に係る圧電振動素子は、請求項１又は２の何れか一項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電基板と、該圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の補強部に引き出されるリード電極と、を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明に係る圧電振動子は、請求項３に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止したパッケージと、を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明に係る圧電発振器は、請求項３に記載の圧電振動素子、或いは請求項４に記載の圧電振動子と、発振回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、フォトリソグラフィ技術によるエッチングにより、圧電基板母材から圧電基板個片を分離するようにしたので、基板端面にバリや欠損が形成されなくなり、振動板の端縁をシャープに形成できる。また、フォトリソグラフィ技術により高精度にチップ外形寸法を形成できるので、特性のバラツキを抑えることができる。また、フォトリソグラフィ技術によれば、機械的切断では実現困難な形状の水晶基板を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の一例としてのＡＴカット水晶から成る水晶振動素子１の凹陥部側斜視図である。
この水晶振動素子（圧電振動素子）１は、薄肉の振動板４、及び振動板４の外周縁の少なくとも一部（この例では矩形振動板の三辺）を一体的に支持する厚肉部５を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部３を形成した構成の水晶基板（圧電基板）２と、水晶基板２上に形成した励振電極１０ａ、１０ｂと、リード電極１１ａ、１１ｂと、を備えている。
更に具体的には、この水晶振動素子１は、厚み滑り振動特性を有する圧電結晶材料としてのＡＴカット水晶から成る水晶基板２と、水晶基板２の両主面に夫々形成した励振電極１０ａ、１０ｂ、及び各励振電極１０ａ、１０ｂから夫々延びるリード電極１１ａ、１１ｂと、各リード電極端部の接続パッド１２ａ、１２ｂと、を備えている。各電極、パッドは、所定の形状が得られるようマスクを用いた蒸着、スパッタリング等により圧電基板上に形成される導体膜である。
【０００７】
この実施形態に係る水晶基板２は、２軸方向ｘ、ｚ’（結晶軸ｚに対して３５°１５’に回転した軸）のうち、例えばｘ軸方向に長尺な矩形平板状の基板本体であり、ｙ’軸（結晶軸ｙに対して３５°１５’回転した軸）を法線とする主面のうち一方の主面上に凹陥部３をエッチングにより形成することにより、凹陥部３の内底面に超薄肉の振動板４を位置させると共に、振動板４の外周縁の三辺を厚肉部５にて一体的に保持した構成、且つ、振動板４の一辺には厚肉部が存在せずに、凹陥部３が開放された状態となるよう外周部分をエッチングして掘り抜いた構造である。なお、図示した水晶基板は一例に過ぎず、特開２００２−３３６４０公報に開示された水晶基板のように振動板の電極パッド１２ａ、１２ｂが位置する辺と該辺と隣接する辺（合計２つの辺からなるＬ字形状の辺）だけを厚肉部により支持したタイプに本実施形態のごとくエッチングにより型抜きした構成を適用してもよい。
この水晶振動素子１の振動板４により、例えば５０ＭＨｚの共振周波数を出力せんとする場合には、振動板４の肉厚は数十μｍ程度となる。
図１（ｂ）はこの水晶基板を多数縦横に連結した状態（分割前）の水晶基板母材を示している。本発明方法では、ハッチングにて示した水晶基板個片の外周領域を細長くエッチングにより貫通させることにより個片を得るようにしている。従来は各個片間の境界線に沿ってダイシングソーによって切断していたため、振動板４の一端縁から厚肉部を除去するために切断する際に、振動板の切断面にバリやや欠損が発生し易く、また切断面のシャープさが損なわれて粗面化し、特性バラツキの原因となっていたが、本発明では機械的な切断を行わない点が特徴的である。
【０００８】
以下、本発明の一実施形態に係る水晶基板（圧電基板）２を、大面積の水晶基板母材（圧電基板母材）２０をエッチングにより分離することによって特性変動させることなく量産する方法について説明する。
図２（ａ）乃至（ｊ）は本発明の水晶基板（圧電基板）の製造工程の一例を示す図である。
この水晶基板の製造方法は、一枚の水晶ウェハに複数の凹陥部３を形成し、複数の水晶基板２をシート状に連結した水晶基板母材２０の基本形状を製作する水晶基板母材の基本形状加工工程（ａ）乃至（ｇ）と、基本形状の形成を完了した水晶基板母材２０の凹陥部形成面（表面）側に金属マスク５０を施すと共に、水晶基板母材の裏面については個々の水晶基板２の領域の境界線に沿って設けた細長い非マスク領域５１を除いた面に金属マスク５０を施すマスキング工程（ｈ）と、水晶基板母材裏面の非マスク領域５１内の水晶基板部分をエッチングにより除去して貫通スリット２１を形成するエッチング工程（ｉ）と、水晶基板母材の表裏両面に形成した金属マスク５０を除去するマスク除去工程（ｉ）と、水晶基板母材を構成する各水晶基板個片に対して励振電極１０ａ、１０ｂ、リード電極１１ａ、１１ｂ、及び接続パッド１２ａ、１２ｂを蒸着、又はスパッタリングによって形成する金属パターン形成（電極膜形成）工程（ｊ）と、貫通スリットに沿ったラインから水晶基板個片に分割する図示しない分割工程と、から概略構成されている。
本実施形態では、水晶基板母材２０を構成する個々の水晶基板２間の境界線に沿って貫通スリットをエッチングによって形成しておくことにより、切断手段を用いずに個片毎に分離することが可能となる。
【０００９】
次に、水晶基板母材の基本形状加工工程について説明する。
水晶基板母材の基本形状加工工程では、まず、ウェハ状態である水晶基板母材２０の表裏両面を夫々金属マスク３０により被覆する金属マスク形成工程（ａ）を実施する。この例では、金属マスク３０として、クロムＣｒ層と金Ａｕ層を順次蒸着によって形成した積層体を用いた。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて水晶基板母材２０の表面側における水晶基板個片の凹陥部形成用パターン及び水晶基板２の個片間の境界線に沿った外形パターンを形成する部分の金属マスク３０を除去するパターン形成工程（ｂ）を実施する。この工程では、フォトレジスト膜３１を表面側の金属マスク３０の全面に均一に被覆してから上述した所望のパターンとなる部分以外を図示しない露光用マスクにて覆い（フォトレジストがポジ型の場合）、その後露光し、感光したフォトレジスト部分を除去して凹陥部形成部分（後述する薄肉部３５となる部分）と水晶基板個片間の境界線に沿った外形パターン部分（後述する凹所３６となる部分）の金属マスク３０を露出させる。次いで、露出した表面側金属マスク３０をエッチングによって除去する金属マスク除去工程を実施して図２（ｂ）に示す状態とする。
次いで、残された感光してない部分のレジスト膜３１を除去するレジスト膜除去工程を実施する。
【００１０】
次に、レジスト膜３１を除去した後に残留した表面側金属マスクパターン３０ａを用いて、表面側金属マスクパターン３０ａの開口内に露出した水晶基板母材２０の表面をエッチングすることにより、水晶基板個片の凹陥部と、各水晶基板個片間の境界線に相当する水晶基板母材表面部分を所要深さに掘り下げて互いに連通した凹所３５、３６を形成し、各凹所内底面に薄肉部３５ａ、３６ａを形成する掘り下げ工程（ｃ）を実施する。図２（ｃ）の右図は平面図であり、凹所３５、３６の間には厚肉部５となる壁部３７が形成されている。
続く金属マスク剥離工程（ｄ）では、表面側に残存していた表面側金属マスクパターン３０ａと、裏面側の金属マスク３０を除去する。
その後、各水晶基板個片の凹陥部３５内底面に位置する薄肉部（振動板）３５ａの共振周波数を微調整する周波数微調整工程（ｅ）（ｆ）（ｇ）を実施する。この周波数微調整工程では、まず周波数測定工程（ｅ）において、（ｄ）工程で形成された薄肉部３５ａ（振動板４に相当）は目標値よりも厚く形成されており、この薄肉部３５ａに周波数測定装置のプローブを当接させて共振周波数を測定することにより各薄肉部３５ａの肉厚が目標値よりもどの程度厚いか判定する。
続く、微調エッチング工程（ｆ）では、凹所３５、３６を包囲する外壁３８上にエッチングガイド３９を積層形成してダムを形成した状態で、エッチングガイド３９の内側にエッチング液を充填して各薄肉部３５ａ、３６ａが目標値に達するのに要する時間が経過した時点でエッチング液を洗浄すると共に、エッチングガイド３９を除去する。
その後、工程（ｇ）において、周波数測定装置を用いて最終的な共振周波数を確認することによって水晶基板母材の基本形状加工工程を終了する。この際、薄肉部３５ａは振動板４となる。薄肉部３６ａは後述するエッチング工程（ｉ）において貫通スリット２１を形成するための領域として活用される。
【００１１】
水晶基板母材の基本形状加工工程に続くマスキング工程（ｈ）では、基本形状の形成を完了した水晶基板母材２０の凹陥部形成面（表面側と裏面側と）を金属マスク５０によって全面的に被覆した後、水晶基板母材２０の裏面についてはフォトリソグラフィ技術によって個々の水晶基板領域の境界線（凹所３６）に沿った部分の水晶表面が露出するよう金属マスク５０を除去して細長い非マスク領域５１を形成する。尚、金属マスク５０は、クロムＣｒ層と、金Ａｕ層を順次蒸着によって形成した積層体であり、また後述する連結部となる位置にも金属マスク５０を施す。
続く、エッチング工程（ｉ）では、マスキング工程（ｈ）により金属マスク５０が施された状態にて、水晶基板母材裏面の非マスク領域５１内の水晶基板部分をエッチングにより除去して貫通スリット２１を形成する。
貫通スリット２１を形成した後で、表裏両面の金属マスク５０を除去する。
続いて、金属パターン形成工程（ｊ）において、各水晶基板個片の表裏両面に夫々励振電極１０ａ、１０ｂ、リード電極１１ａ、１１ｂ、及び接続パッド１２ａ、１２ｂを所定の電極形状が得られるようマスクを用いた蒸着、スパッタリングによって形成する。
以上の水晶基板母材の基本形状加工工程が終了した段階では、水晶基板母材２０を構成する個々の水晶基板個片の振動板４の肉厚調整（周波数調整）が完了した状態となっている。
最後に、貫通スリット２１に沿ったラインから水晶基板個片に分割する分割工程を実施することにより、水晶基板２を得ることができる。
【００１２】
この実施形態の貫通スリット２１は、水晶基板２が分割工程前にて脱落しないようコ字状の部分と、直線状の部分の２つの部分から成り、両部分は離間しているため、各貫通スリットを形成した状態では貫通スリットの内側に位置する水晶基板個片は母材に連結されたままの状態にある。そのため、完全に分離するためには、各貫通スリット間の連結部から割ればよい。
このような非連続状の貫通スリットによって各個片を包囲するようにエッチングを完了することによって、エッチングが完了した時点で個片同士が連結した状態を維持するようにしてもよいし、或いは連続した環状の貫通スリットによって個片を包囲するようにエッチングを実施することによってエッチング終了時に全ての個片が分離状態となるように構成してもよい。
なお、上記実施形態では、振動板の少なくとも一辺を厚肉部により支持していないタイプの水晶基板をエッチングにより水晶基板母材から分離する方法について説明したが、振動板の全周を厚肉部により包囲したタイプの水晶基板を母材から分離する場合に水晶基板の境界線に沿って上記の如き貫通スリットを形成することによって分離することもできる。
このように本発明によれば、エッチングにより母材から個片を分離するので、基板端面にバリや欠損が形成されなくなり、振動板の端縁をシャープに形成できる。また、フォトリソグラフィ技術により高精度にチップ外形寸法を形成できるので、特性のバラツキを抑えることができる。また、フォトリソグラフィ技術によれば、機械的切断では実現困難な形状の水晶基板を製作することができる。
【００１３】
次に、図３は上記各実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）１を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動素子）の断面図であり、この水晶振動子６０は、パッケージ６１内に水晶振動素子１を気密封止した構成を備えている。パッケージ６１は、絶縁材料から成る容器本体６２の凹所内に水晶振動素子１を搭載した状態で金属蓋６６により凹所を封止している。容器本体６２の凹所内底面上に接続パッド６３を備え、外底面に外部電極６４を備えている。この接続パッド６３上に導電性接着剤６５を用いて接続パッド１２ａ、１２ｂを固定している。
また、図４は上記各実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）１を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶発振器（圧電発振器）の断面図であり、この水晶発振器７０は、パッケージ７１内に水晶振動素子１と、発振回路等を構成する回路部品７２を収容した構成を備えている。
なお、上記実施形態では、圧電結晶材料として水晶を例示したが、これは一例に過ぎず、本発明はあらゆる圧電結晶材料から成る水晶振動素子に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の一例としてのＡＴカット水晶から成る水晶振動素子の凹陥部側斜視図、（ｂ）は水晶ウェハの構成説明図。
【図２】（ａ）乃至（ｊ）は本発明の水晶基板（圧電基板）の製造工程の一例を示す図。
【図３】各実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動素子）の断面図。
【図４】各実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶発振器（圧電発振器）の断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１  水晶振動素子（圧電振動素子）、２  水晶基板（圧電基板）、３  凹陥部、４  振動板、５  厚肉部、１０ａ、１０ｂ  励振電極、１１ａ、１１ｂ  リード電極、１２ａ、１２ｂ  接続パッド、２０  水晶基板母材（圧電基板母材）、２１  貫通スリット（貫通穴）３０  金属マスク、３１  フォトレジスト膜、３５、３６  凹所、３５ａ、３６ａ  薄肉部、３８  外壁、３９  エッチングガイド、５０  金属マスク、５１  非マスク領域、６０  水晶振動子（圧電振動子）、６１  パッケージ、６２  容器本体、６３  接続パッド、６４  外部電極、６５  導電性接着剤、７０  水晶発振器（圧電発振器）、７１  パッケージ、７２  回路部品。
【図１】
2006203700.tif 000003
【図２】
2006203700.tif 000004
【図３】
2006203700.tif 000005
【図４】
2006203700.tif 000006