(57)【要約】【課題】異方性を有する水晶の結晶面５に影響されることなく、ウェットエッチングが進行することが可能な水晶振動片の製造方法および水晶デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】振動腕部２の露出面７からウェットエッチングが進行し、結晶面５（５Ａ，５Ｂ）に形成された改質層６から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面５（５Ａ，５Ｂ）で、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶Ｚ板の結晶面にレーザーを照射し、改質層を形成する改質工程と、
前記水晶Ｚ板のＸ−Ｙ面をウェットエッチングし、溝部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶振動片の製造方法において、
前記改質工程において、前記結晶面に照射されるレーザーは、フェムト秒レーザーであることを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項３】
水晶Ｚ板の結晶面にレーザーを照射し、改質層を形成する改質工程と、
前記水晶Ｚ板のＸ−Ｙ面をウェットエッチングし、溝部を形成するエッチング工程と、
前記溝部および前記水晶Ｚ板のＹ−Ｚ面に励振電極を形成する電極形成工程とを備えることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の水晶デバイスの製造方法において、
前記改質工程において、前記結晶面に照射されるレーザーは、フェムト秒レーザーであることを特徴とする水晶デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動片の製造方法、および水晶デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶を加工し水晶振動片を得る製造方法として、レーザーによる方法、またはウェットエッチングなどの方法が用いられている。
加工対象物に、レーザーの波長の吸収性に優れた液体層、たとえば色素を含有する有機溶液を接触させた状態で、ナノ秒レーザーを照射することで、液体層と接触する加工対象物の面に、アブレーションを起こすことにより、微細加工を施している（たとえば、特許文献１参照）。
また、ガラスなどの加工対象物にレーザーを集光レンズにより集光照射し、加工対象物の表面または内部に変質部を形成し、ウェットエッチングを施すことにより、加工対象物を加工する方法が開示されている（たとえば、特許文献２および３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９４６１３号公報（３頁〜４頁、図１〜図２）
【特許文献２】特開２００６−２５６９３３号公報（３頁〜４頁、図１〜図３）
【特許文献３】特開２００２−２１０７３０号公報（３頁〜４頁、図１〜図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ナノ秒レーザーによりアブレーションを起こし加工対象物を加工する方法は、ウェットエッチングに比べて、加工速度が遅く効率が劣るという課題がある。また、異方性を有する水晶、特に水晶Ｚ板をウェットエッチングする場合、その異方性により、図８（断面図）に実線矢印で示した水晶（振動腕部２ａ，２ｂ）の結晶面５で、ウェットエッチングが進行しないという問題があり、図８に破線および実線で示した所望の形状である溝部３を得ることができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものである。以下の形態または適用例により実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる水晶振動片の製造方法は、水晶Ｚ板の結晶面にレーザーを照射し、改質層を形成する改質工程と、前記水晶Ｚ板のＸ−Ｙ面をウェットエッチングし、溝部を形成するエッチング工程とを備えることを要旨とする。
【０００７】
これによれば、水晶Ｚ板のウェットエッチングが進行し、結晶面に形成された改質層から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面で、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。これにより、結晶面に影響されることなく、水晶Ｚ板に溝部を形成することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記改質工程において、前記結晶面に照射されるレーザーは、フェムト秒レーザーであることが好ましい。
【０００９】
これによれば、水晶Ｚ板にウェットエッチングを施す過程において、ウェットエッチングの進行を阻害する結晶面が、水晶Ｚ板の表面に無く、水晶Ｚ板の内部に存在する場合であっても、フェムト秒レーザーであれば、結晶面に改質層を形成することができるので、上述と同様の効果を奏することができる。
【００１０】
［適用例３］本適用例にかかる水晶デバイスの製造方法において、水晶Ｚ板の結晶面にレーザーを照射し、改質層を形成する改質工程と、前記水晶Ｚ板のＸ−Ｙ面をウェットエッチングし、溝部を形成するエッチング工程と、前記溝部および前記水晶Ｚ板のＹ−Ｚ面に励振電極を形成する電極形成工程とを備えることを要旨とする。
【００１１】
これによれば、水晶Ｚ板のＹ−Ｚ面と、溝部を構成する結晶面との距離に比べて、水晶Ｚ板のＹ−Ｚ面と溝部との距離が従来に比べて短くなり、Ｙ−Ｚ面および溝部に形成される励振電極間の距離が短くなるので、電界強度が強くなり、振動効率のよい水晶デバイスを得ることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる水晶デバイスの製造方法において、前記改質工程において、前記結晶面に照射されるレーザーは、フェムト秒レーザーであることが好ましい。
【００１３】
これによれば、水晶Ｚ板にウェットエッチングを施す過程において、ウェットエッチングの進行を阻害する結晶面が、水晶Ｚ板の表面に無く、水晶Ｚ板の内部に存在する場合であっても、フェムト秒レーザーであれば、結晶面に改質層を形成することができるので、上述と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の水晶振動子を示す概略構成図。
【図２】第１実施形態の水晶振動片を示す概略構成図。
【図３】第１実施形態の水晶振動片の溝部および振動腕部の断面図。
【図４】第１実施形態の水晶振動片の製造方法を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態の水晶振動片の溝部および振動腕部の断面図。
【図６】第３実施形態の水晶振動片の溝部および振動腕部の断面図。
【図７】第４実施形態の水晶振動片の溝部および振動腕部の断面図。
【図８】従来例の水晶振動片の溝部および振動腕部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の実施形態では、水晶デバイスとして水晶振動片を用いた水晶振動子を一例に挙げて説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
【００１７】
まず、第１実施形態の水晶振動子について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）は、第１実施形態の水晶振動子を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、水晶振動子１０は、パッケージ１１と、蓋体１２と、水晶振動片１とを備えている。
【００１９】
パッケージ１１は、ベース基板１６と、積層基板１７と、接合部１８と、収納室１３と、導通固定部１４と、外部接続端子１９とを備えている。
パッケージ１１は、ベース基板１６上に収納室１３の形状に合わせて刳り貫かれた積層基板１７が積層され、積層基板１７上にロウ剤またはガラスなどからなる接合部１８が形成され、収納室１３を有している。ベース基板１６および積層基板１７は、たとえば絶縁材料である酸化アルミニウム質からなるセラミックシートである。
【００２０】
導通固定部１４は、収納室１３内のベース基板１６上に、２個形成されている。外部接続端子１９は、パッケージ１１の外側であるベース基板１６の下面、つまり収納室１３と対向する面に、２個形成されている。２個の外部接続端子１９と２個の導通固定部１４とはそれぞれ対をなしてベース基板１６に配線（図示省略）により電気的に接続されている。導通固定部１４および外部接続端子１９は、ベース基板１６上に、たとえばタングステンメタライズ、ニッケルメッキ、および金メッキの順に形成することにより得られる。
【００２１】
水晶振動片１は、導電性接着剤１５により導通固定部１４に固定され、導通固定部１４は、導電性接着剤１５により励振電極８ａ，８ｂ（図２参照）とそれぞれ電気的に接続されている。導電性接着剤１５は、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、またはポリイミド系樹脂などからなり、銀（Ａｇ）またはプラチナ（Ｐｔ）などの導電性粉末が配合されている。
【００２２】
蓋体１２は、収納室１３を覆うように配置され、接合部１８に接合される。これにより、水晶振動片１をパッケージ１１の収納室１３内に気密に封止した水晶振動子１０を得る。蓋体１２は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属、またはこれら金属を配合した合金、または酸化アルミニウム質などからなるセラミック、あるいはガラスで形成されている。
【００２３】
次に、第１実施形態の水晶振動片について、図２を参照して説明する。
図２（ａ）は、水晶振動片１を示す概略平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すＸ、Ｙ、およびＺは、それぞれ結晶Ｘ軸（電気軸）、結晶Ｙ軸（機械軸）、結晶Ｚ軸（光軸）を示す。
【００２４】
図２に示すように、水晶振動片１は、水晶の原石からＸ−Ｙ面に沿って切り出された水晶Ｚ板である。ここで水晶Ｚ板は、Ｘ軸を中心に数度（°）回転した面に沿って切り出されたものとしてもよい。
図２（ａ）に示すように、水晶振動片１は、基部４と、２つの振動腕部２（２ａ，２ｂ）とを備えている。２つの振動腕部２は、基部４からＹ方向に延長している。
図２（ｂ）に示すように、振動腕部２には、振動腕部２を構成する２つのＸ−Ｙ面から、Ｚプラス（＋）方向およびＺマイナス（−）方向へ、それぞれ溝部３を形成している。振動腕部２のＹ−Ｚ面および溝部３に、励振電極８ａ，８ｂがそれぞれ形成されている。一方の振動腕部２ａと、他方の振動腕部２ｂとは、励振電極８ａ，８ｂの配置が異なって配置されている。つまり、一方の振動腕部２ａでは、Ｙ−Ｚ面に励振電極８ｂが形成され、溝部３に励振電極８ａが形成されている。他方の振動腕部２ｂでは、Ｙ−Ｚ面に励振電極８ａが形成され、溝部３に励振電極８ｂが形成されている。励振電極８ａ，８ｂは、金（Ａｕ）およびクロム（Ｃｒ）などからなる。
【００２５】
図１および図２に示す構成において、２個の外部接続端子１９の間、つまり２個の導通固定部１４間に電流を流すことにより、水晶振動片１の励振電極８ａ，８ｂ間に、電界が発生して、圧電効果により水晶振動片１の振動腕部２は振動し、水晶振動子１０が駆動する。
【００２６】
そして、第１実施形態の水晶振動片の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。
【００２７】
まず、水晶の原石からＸ−Ｙ面に沿って切断し、水晶Ｚ板を切り出す。その後、研磨およびエッチングなどの方法を用いることにより、２つの振動腕部２が、基部４からＹ方向に延長している形状を得る。この形状は、図２において振動腕部２に溝部３が形成される前の形状であり、その断面図を図３（ａ）に示す。
【００２８】
図４に示すように、改質工程（Ｓ１０１）、マスキング工程（Ｓ１０２）、エッチング工程（Ｓ１０３）、除去工程（Ｓ１０４）、および電極形成工程（Ｓ１０５）を順次実施する。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、改質工程（Ｓ１０１）を実施する。
フェムト秒レーザーの焦点を、図３（ａ）に破線で示した結晶面５Ａに調整し、フェムト秒レーザーを振動腕部２に照射する。これにより、図３（ａ）に破線で示した結晶面５Ａに、改質層６を形成する。
【００３０】
フェムト秒レーザーとは、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）のレーザーである。数フェムト秒から数百フェムト秒の間に、エネルギーを圧縮して発光させることで、短時間に強いレーザーを細かい範囲に照射することが可能となる。このため、照射されたフェムト秒レーザーが、その焦点で、加工対象物である水晶の物性、ここでは結晶面５Ａの物性を変化させ、結晶面５Ａに改質層６を微細に形成する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、マスキング工程（Ｓ１０２）を実施する。
振動腕部２のＸ−Ｙ面に、フォトリソグラフィなどによりマスク（保護膜）２０を形成する。マスク（保護膜）２０は、たとえばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）などからなる。
【００３２】
その後、エッチング工程（Ｓ１０３）を実施する。
バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を６０℃にして、ウェットエッチングを施す。バッファードフッ酸（ＢＨＦ）は、フッ化水素（ＨＦ）水溶液５０％と、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）５０％とを、比率１：１で混合したものである。
図３（ｂ）に示すように、振動腕部２のＸ−Ｙ面において、マスク（保護膜）２０が形成されることにより露出した露出面７からウェットエッチングが進行し、図３（ｂ）に破線で示した結晶面５Ａが露出する。さらに、結晶面５Ａに形成された改質層６から、ウェットエッチングが進行する。
【００３３】
そして、除去工程（Ｓ１０４）を実施し、マスク（保護膜）２０を除去する。これにより、図３（ｃ）に示すように、振動腕部２に溝部３を形成する。
その後、電極形成工程（Ｓ１０５）を実施し、振動腕部２のＹ−Ｚ面および溝部３に、励振電極８ａ，８ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
本実施形態によれば、振動腕部２の露出面７からウェットエッチングが進行し、結晶面５Ａに形成された改質層６から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面５Ａで、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。これにより、結晶面５Ａに影響されることなく、図３（ｃ）に示したように、振動腕部２に溝部３を形成することができる。
【００３５】
そして、図８に示した振動腕部２（２ａ，２ｂ）のＹ−Ｚ面と、溝部３を構成する結晶面５との距離に比べて、振動腕部２のＹ−Ｚ面と溝部３との距離（図３、Ｘ方向）が短くなり、Ｙ−Ｚ面および溝部３に形成される励振電極８ａ，８ｂ間の距離が短くなるので、電界強度が強くなり、振動効率のよい水晶振動片１および水晶振動子１０を得ることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図５を参照して説明する。
第２実施形態が、第１実施形態と相違する点は、改質工程（Ｓ１０１）である。このため、同様の構成および工程については、同一の符号を付与し、構成および工程の説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の改質工程（Ｓ１０１）では、図５（ａ）に示すように、破線で示した結晶面５Ｂに、改質層６を形成する。フェムト秒レーザーの焦点を、図５（ａ）に破線で示した結晶面５Ｂに調整し、フェムト秒レーザーを振動腕部２に照射する。これにより、図５（ａ）に破線で示した結晶面５Ｂに、改質層６を形成する。
【００３８】
そして、図５（ｂ）に示すように、マスキング工程（Ｓ１０２）を実施する。
その後、エッチング工程（Ｓ１０３）を実施することで、図５（ｂ）に示す振動腕部２のＸ−Ｙ面において、マスク（保護膜）２０が形成されて、露出した露出面７からウェットエッチングが進行し、図５（ｂ）に破線で示した結晶面５Ｂが露出する。さらに、結晶面５Ｂに形成された改質層６から、ウェットエッチングが進行する。
【００３９】
その後、除去工程（Ｓ１０４）を実施することにより、図５（ｃ）に示すように、振動腕部２に溝部３を形成する。
【００４０】
本実施形態によれば、振動腕部２のウェットエッチングが進行し、結晶面５Ｂに形成された改質層６から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面５Ｂで、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。これにより、図５（ｃ）に示したように、振動腕部２に溝部３を形成することができる。
【００４１】
そして、図８に示した振動腕部２（２ａ，２ｂ）のＹ−Ｚ面と、溝部３を構成する結晶面５との距離に比べて、振動腕部２のＹ−Ｚ面と溝部３との距離（図５、Ｘ方向）が短くなり、Ｙ−Ｚ面および溝部３に形成される励振電極８ａ，８ｂ間の距離が短くなるので、電界強度が強くなり、振動効率のよい水晶振動片１および水晶振動子１０を得ることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、図６を参照して説明する。
第３実施形態が、第１実施形態と相違する点は、改質工程（Ｓ１０１）である。このため、同様の構成および工程については、同一の符号を付与し、構成および工程の説明を省略する。
【００４３】
本実施形態の改質工程（Ｓ１０１）では、図６（ａ）に示すように、破線で示した結晶面５（５Ａ，５Ｂ）に、それぞれ改質層６を形成する。フェムト秒レーザーの焦点を、図６（ａ）に破線で示した結晶面５（５Ａ，５Ｂ）に調整し、フェムト秒レーザーを振動腕部２に照射する。これにより、図６（ａ）に破線で示した結晶面５（５Ａ，５Ｂ）に、改質層６をそれぞれ形成する。
【００４４】
そして、図６（ｂ）に示すように、マスキング工程（Ｓ１０２）を実施する。
その後、エッチング工程（Ｓ１０３）を実施することで、図６（ｂ）に示す振動腕部２のＸ−Ｙ面において、マスク（保護膜）２０が形成されて、露出した露出面７からウェットエッチングが進行し、図６（ｂ）に破線で示した結晶面５Ａ，５Ｂが露出する。さらに、結晶面５Ａ，５Ｂに形成された改質層６から、ウェットエッチングが進行する。
【００４５】
その後、除去工程（Ｓ１０４）を実施することにより、図６（ｃ）に示すように、振動腕部２に溝部３を形成する。
【００４６】
本実施形態によれば、振動腕部２のウェットエッチングが進行し、結晶面５Ａ，５Ｂにそれぞれ形成された改質層６から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面５Ａ，５Ｂで、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。これにより、図６（ｃ）に示したように、振動腕部２に溝部３を形成する。つまり、図２（ｂ）に示した所望の形状で、振動腕部２に溝部３を形成することができる。
【００４７】
そして、図８に示した振動腕部２（２ａ，２ｂ）のＹ−Ｚ面と、溝部３を構成する結晶面５との距離に比べて、振動腕部２のＹ−Ｚ面と溝部３との距離（図６、Ｘ方向）が短くなり、Ｙ−Ｚ面および溝部３に形成される励振電極８ａ，８ｂ間の距離が短くなるので、電界強度が強くなり、振動効率のよい水晶振動片１および水晶振動子１０を得ることができる。
【００４８】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、図７を参照して説明する。
第４実施形態が、第１実施形態と相違する点は、改質工程（Ｓ１０１）である。このため、同様の構成および工程については、同一の符号を付与し、構成および工程の説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の改質工程（Ｓ１０１）では、図７（ａ）に示すように、破線で示した結晶面５（５Ａ，５Ｂ）および図２（ｂ）に示した所望の形状に沿って、改質層６を複数形成する。フェムト秒レーザーの焦点を調整しながら、フェムト秒レーザーを振動腕部２に照射する。これにより、図６（ａ）に破線で示した結晶面５（５Ａ，５Ｂ）および図２（ｂ）に示した所望の形状に沿って、改質層６をそれぞれ形成する。
【００５０】
そして、図７（ｂ）に示すように、マスキング工程（Ｓ１０２）を実施する。
その後、エッチング工程（Ｓ１０３）を実施することで、図７（ｂ）に示す振動腕部２のＸ−Ｙ面において、マスク（保護膜）２０が形成されて、露出した露出面７からウェットエッチングが進行し、図７（ｂ）に破線で示した結晶面５Ａ，５Ｂが露出する。さらに、結晶面５Ａ，５Ｂに形成された改質層６から、ウェットエッチングが進行する。
【００５１】
その後、除去工程（Ｓ１０４）を実施することにより、図７（ｃ）に示したように、振動腕部２に溝部３を形成する。
【００５２】
本実施形態によれば、振動腕部２のウェットエッチングが進行し、結晶面５Ａ，５Ｂおよび図２（ｂ）に示した所望の形状に沿って、それぞれ形成された改質層６から、ウェットエッチングがさらに進行するので、結晶面５Ａ，５Ｂで、ウェットエッチングが進行しないという問題を解消できる。これにより、図７（ｂ）に示したように、振動腕部２に溝部３を形成する。つまり、図２（ｂ）に示した所望の形状で、振動腕部２に溝部３を形成することができる。
【００５３】
そして、図８に示した振動腕部２（２ａ，２ｂ）のＹ−Ｚ面と、溝部３を構成する結晶面５との距離に比べて、振動腕部２のＹ−Ｚ面と溝部３との距離（図７、Ｘ方向）が短くなり、Ｙ−Ｚ面および溝部３に形成される励振電極８ａ，８ｂ間の距離が短くなるので、電界強度が強くなり、振動効率のよい水晶振動片１および水晶振動子１０を得ることができる。
【００５４】
なお、上記課題の少なくとも一部を解決できる範囲での変形、改良などは前述の実施形態に含まれるものである。
【００５５】
たとえば、第４実施形態において、改質層６は連続して形成され繋がっていると図示したが、これに限るものではなく、それぞれの改質層６は繋がっていなくてもよい。また、振動腕部２のＸ−Ｙ面にマスク（保護膜）２０を形成してウェットエッチングを施したが、改質層６のエッチングレートが、振動腕部２のＺ方向へのエッチングレートに比べて高い場合は、マスク（保護膜）２０を形成せずにウェットエッチングを施して、振動腕部２に溝部３を形成するとしてもよい。
【００５６】
そして、前述の実施形態において、改質工程（Ｓ１０１）を実施した後に、マスキング工程（Ｓ１０２）、エッチング工程（Ｓ１０３）、および除去工程（Ｓ１０４）を順次実施すると説明したが、これに限るものではなく、マスク（保護膜）２０の間から露出した露出面７から結晶面５へフェムト秒レーザーを照射することが可能な位置関係であれば、マスキング工程（Ｓ１０２）の後に、改質工程（Ｓ１０１）を実施し、引き続きエッチング工程（Ｓ１０３）および除去工程（Ｓ１０４）を順次実施するとしてもよい。
【００５７】
また、水晶デバイスの一例として水晶振動子を用いて説明したが、これに限るものではなく、発振回路を備えた水晶発振器、検出回路を備えたジャイロセンサーなどであってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…水晶振動片、２，２ａ，２ｂ…振動腕部、３…溝部、４…基部、５，５Ａ，５Ｂ…結晶面、６…改質層、７…露出面、８ａ，８ｂ…励振電極、１０…水晶振動子、１１…パッケージ、１２…蓋体、１３…収納室、１４…導通固定部、１５…導電性接着剤、１６…ベース基板、１７…積層基板、１８…接合部、１９…外部接続端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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