(57)【要約】【課題】  水晶振動素子を接続部でフレームから切り離す際に、接続部を設計通りに破断しやすくすることにより歩留まりを向上させる。【解決手段】  中間生成品１０は、複数の振動素子６０と、フレーム７０と、複数の振動素子６０にそれぞれ設けられるとともに各振動素子６０をフレーム７０に連結する接続部２０と、を備えている。接続部２０は、表面２１及び裏面２２から離れた内側に改質層２３を有し、改質層２３で破断される。【選択図】  図１
2015165619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水晶振動素子と、フレームと、前記複数の水晶振動素子にそれぞれ設けられるとともに各水晶振動素子を前記フレームに連結する接続部と、を備えた水晶振動素子の中間生成品であって、
前記接続部は、表面及び裏面から離れた内側に改質層を有し、当該改質層で破断される、
ことを特徴とする水晶振動素子の中間生成品。
【請求項２】
前記改質層は、多光子吸収によって生じた亀裂を含む、
請求項１記載の水晶振動素子の中間生成品。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水晶振動素子の中間生成品を製造する方法であって、
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを、水晶ウェハ上の前記水晶振動素子、前記フレーム及び前記接続部となる領域に形成する工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウェハに対して前記ウェットエッチングを施すことにより前記水晶振動素子、前記フレーム及び前記接続部を形成する工程と、
前記水晶振動素子上に電極を形成する工程と、
前記電極を形成した後に、前記接続部にレーザ光を照射して前記改質層を形成する工程と、
外力を加えて前記接続部を前記改質層で破断することにより、前記水晶振動素子を前記フレームから切り離す工程と、
を含むことを特徴とする水晶振動素子の中間生成品の製造方法。
【請求項４】
前記改質層を形成する工程の前に、前記電極を用いて前記水晶振動素子の電気的特性を測定する工程を更に含む、
請求項３記載の水晶振動素子の中間生成品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型屈曲振動素子や厚みすべり振動素子などの水晶振動素子の中間生成品、及び、その製造方法に関する。本明細書では、水晶振動素子の一例として音叉型屈曲振動素子を採り上げ、その音叉型屈曲振動素子を「振動素子」と略称する。
【背景技術】
【０００２】
振動素子の中間生成品は、例えば一枚の水晶ウェハからウェットエッチングによって加工された複数の振動素子及びフレームからなり、この状態で独立して商取引の対象となる（例えば特許文献１参照）。以下、振動素子の中間生成品の一例を、関連技術として説明する。
【０００３】
図７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、水晶ウェハの結晶軸である。本関連技術の中間生成品５０は、複数の振動素子６０と、フレーム７０と、複数の振動素子６０にそれぞれ設けられた接続部８０と、を備えている。
【０００５】
振動素子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６２ａ，６２ｂと、を有する音叉型である。振動素子６０には図示しない電極膜が形成されており、振動腕部６２ａ，６２ｂには必要に応じて溝が形成される。
【０００６】
接続部８０は、各振動素子６０をフレーム７０に連結するものであり、振動素子６０側が上底（短辺）、フレーム７０側が下底（長辺）となる台形状である。接続部８０のくびれ部分８４は、振動素子６０側の上底に相当する部分であり、狭くなっているので応力が集中しやすい。そのため、接続部８０のくびれ部分８４を外力で破断することによって、フレーム７０から各振動素子６０を切り離せるようになっている。
【０００７】
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、一枚の水晶ウェハの表裏に、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ェハに対して、フッ酸などを用いてウェットエッチングを施す。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、振動素子６０、フレーム７０及び接続部８０からなる中間生成品５０が完成する。
【０００８】
中間生成品５０は、振動素子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、複数の振動素子６０は一つずつ、電気的な検査を経て、接続部８０でフレーム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】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１９８２９９号公報（図７等）
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報（段落００３３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図８［Ａ］は図７の一部を拡大した平面図であり、図８［Ｂ］は図８［Ａ］におけるVIIIｂ−VIIIｂ線断面図である。以下、図７及び図８に基づき、関連技術の課題を説明する。
【００１１】
図８に示すように、中間生成品５０では、振動素子６０をフレーム７０から外力によって切り離す際に、接続部８０の破断面８６がくびれ部分８４に一致せずに、振動素子６０を不良品にしてしまうことがあった。その理由は、水晶は、複雑な結晶方位を有するため、製造上のばらつきなどの影響も受けて、くびれ部分８４だけの構造では様々な方向に割れてしまうからである。
【００１２】
そこで、本発明の主な目的は、水晶振動素子を接続部でフレームから切り離す際に、接続部を設計通りに破断しやすくすることにより歩留まりを向上し得る、水晶振動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】
【００１３】
本発明に係る水晶振動素子の中間生成品は、
複数の水晶振動素子と、フレームと、前記複数の水晶振動素子にそれぞれ設けられるとともに各水晶振動素子を前記フレームに連結する接続部と、を備えた水晶振動素子の中間生成品であって、
前記接続部は、表面及び裏面から離れた内側に改質層を有し、当該改質層で破断される、
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る製造方法は、本発明に係る中間生成品を製造する方法であって、
ウェットエッチングに対する耐性を有するマスクを、水晶ウェハ上の前記水晶振動素子、前記フレーム及び前記接続部となる領域に形成する工程と、
前記マスクが形成された前記水晶ウェハに対して前記ウェットエッチングを施すことにより前記水晶振動素子、前記フレーム及び前記接続部を形成する工程と、
前記水晶振動素子上に電極を形成する工程と、
前記電極を形成した後に、前記接続部にレーザ光を照射して前記改質層を形成する工程と、
外力を加えて前記接続部を前記改質層で破断することにより、前記水晶振動素子を前記フレームから切り離す工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表面及び裏面から離れた接続部の内側に改質層が形成され、この改質層で破断されることにより、水晶振動素子を接続部でフレームから切り離す際に、接続部を設計通りに破断しやすくなるので、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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２［Ａ］は図１の一部を拡大した平面図であり、図２［Ｂ］は図２［Ａ］におけるIIｂ−IIｂ線断面図である。
【図３】実施形態２の製造方法を示す平面図であり、図３［Ａ］はウェットエッチング前、図３［Ｂ］はウェットエッチング後である。
【図４】実施形態２の製造方法を示す平面図であり、図４［Ｃ］は電極形成後、図４［Ｄ］は電気的特性測定中である。
【図５】実施形態２の製造方法を示し、図５［Ｅ１］は改質層形成中を示す平面図、図５［Ｅ２］は図５［Ｅ１］におけるＶｅ−Ｖｅ線断面図である。
【図６】実施形態２の製造方法を示し、図６［Ｆ１］は振動素子切り離し後を示す平面図、図６［Ｆ２］は図６［Ｆ１］におけるVIｆ−VIｆ線断面図である。
【図７】関連技術の中間生成品を示す平面図である。
【図８】図８［Ａ］は図７の一部を拡大した平面図であり、図８［Ｂ］は図８［Ａ］におけるVIIIｂ−VIIIｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。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。
【００１８】
図１は、実施形態１の中間生成品を示す平面図である。図２［Ａ］は図１の一部を拡大した平面図であり、図２［Ｂ］は図２［Ａ］におけるIIｂ−IIｂ線断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１９】
図中のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸は、水晶ウェハの結晶軸である。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。Ｙ’軸及びＺ’軸は、Ｘ軸を中心にしてＹ軸及びＺ軸を一定角度回転させたことを示す。本実施形態１の中間生成品１０は、一枚の水晶ウェハから形成されている。
【００２０】
すなわち、中間生成品１０は、複数の振動素子６０と、フレーム７０と、複数の振動素子６０にそれぞれ設けられるとともに各振動素子６０をフレーム７０に連結する接続部２０と、を備えている。接続部２０は、表面２１及び裏面２２から離れた内側に改質層２３を有し、改質層２３で破断される。
【００２１】
振動素子６０及びフレーム７０は、前述した関連技術と同様である。振動素子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６２ａ，６２ｂと、を有する音叉型である。フレーム７０は、複数の振動素子６０を互いに離した状態で一列に並ぶように接続する部分と、複数の振動素子６０を含む全体を囲繞する部分と、からなる。振動素子６０にはパッド電極３１ａ等電極（図４）が形成されており、振動腕部６２ａ，６２ｂには必要に応じて溝が形成される。
【００２２】
接続部２０は、各振動素子６０をフレーム７０に連結するものであり、振動素子６０側が上底（短辺）、フレーム７０側が下底（長辺）となる台形状である。接続部２０のくびれ部分２４は、振動素子６０側の上底に相当する部分であり、狭くなっているので応力が集中しやすい。これに加え、くびれ部分２４には、改質層２３が形成されている。そのため、接続部２０は、外力によってくびれ部分２４でより確実に破断する。なお、接続部２０は、改質層２３を有すればどのような形状（例えば四角形状、円形状等）でもよく、くびれ部分２４が必須ではない。
【００２３】
改質層２３は、例えば多光子吸収によって生じた亀裂を含むものである。このような亀裂は、水晶の内部にレーザ光の集光点を合わせ、集光点における電界強度やパルス幅を所定の条件にしたレーザ光を照射することによって、形成できる（例えば特許文献２参照）。また、改質層２３は、接続部２０のどこに設けてもよいし、平面方向に複数列又は断面方向に複数列設けてもよいし、点状、線状又は面状に設けてもよい。
【００２４】
次に、中間生成品１０の作用及び効果について説明する。
【００２５】
（１）表面２１及び裏面２２から離れた接続部２０の内側に改質層２３が形成され、改質層２３で破断されることにより、振動素子６０を接続部２０でフレーム７０から切り離す際に、接続部２０を設計通りに破断しやすくなるので、歩留まりを向上できる。
【００２６】
更に詳しく説明する。図８に示す関連技術における破断面８６は、くびれ部分８４の表面８１（又は裏面８２）で起点が発生し、水晶内を任意に進行し、裏面８２（又は表面８１）で終点となる。つまり、破断面８６の進行する方向が水晶内（例えば１００μｍ程度の行程となる。）では自由となるため、裏面８２（又は表面８１）での終点がずれやすい。破断面８６がくびれ部分８４の一方の側面で発生し他方の側面に到達する場合や、表面８１又は裏面８２に溝を形成した場合も同じことが言える。
【００２７】
これに対し、図６に示す本実施形態１における破断面２６は、くびれ部分２４の表面２１（又は裏面２２）で起点が発生し、水晶内の改質層２３を経由し、裏面２２（又は表面２１）で終点となる。つまり、破断面２６の進行する方向が水晶内の改質層２３に導かれるため、裏面２２（又は表面２１）での終点がずれにくい。破断面２６がくびれ部分２４の一方の側面で発生し他方の側面に到達する場合や、破断面２６が改質層２３で発生し各面に到達する場合も同様である。
【００２８】
（２）多光子吸収によって生じた亀裂を含む改質層２３とした場合は、所定の条件を満たすレーザ光を水晶の内部に照射することにより、容易かつ確実に所望の亀裂を形成できるので、歩留まりをより向上できる。
【００２９】
次に、実施形態１の中間生成品を製造する方法の一例を、実施形態２の製造方法として図１乃至図６に基づき説明する。図３［Ａ］はウェットエッチング前を示す平面図、図３［Ｂ］はウェットエッチング後を示す平面図、図４［Ｃ］は電極形成後を示す平面図、図４［Ｄ］は電気的特性測定中を示す平面図、図５［Ｅ１］は改質層形成中を示す平面図、図５［Ｅ２］は図５［Ｅ１］におけるＶｅ−Ｖｅ線断面図、図６［Ｆ１］は振動素子切り離し後を示す平面図、図６［Ｆ２］は図６［Ｆ１］におけるVIｆ−VIｆ線断面図である。
【００３０】
本実施形態２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、水晶ウェハ１１上の振動素子となる領域６０’、フレームとなる領域７０’及び接続部となる領域２０’に形成する工程（図３［Ａ］）。マスク１２が形成された水晶ウェハ１１に対してウェットエッチングを施すことにより、振動素子６０、フレーム７０及び接続部２０を形成する工程（図３［Ｂ］）。振動素子６０上にパッド電極３１ａ等電極を形成する工程（図４［Ｃ］）。パッド電極３１ａ等電極を形成した後に、接続部２０にレーザ光Ｌ１を照射して改質層２３を形成する工程（図５）。外力を加えて接続部２０を改質層２３で破断することにより、振動素子６０をフレーム７０から切り離す工程（図６）。
【００３１】
また、本実施形態２の製造方法は、次の工程を含んでもよい。改質層２３を形成する工程（図５）の前に、パッド電極３１ａ等を用いて振動素子６０の電気的特性を測定する工程（図４［Ｄ］）。
【００３２】
次に、各工程について更に詳しく説明する。
【００３３】
図３［Ａ］は、ウェットエッチング前、つまり、マスク１２を水晶ウェハ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、水晶ウェハ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、振動素子となる領域６０’、フレームとなる領域７０’及び接続部となる領域２０’を保護するマスク１２を作成する。振動素子となる領域６０’は、基部となる領域６１’と振動腕部となる領域６２ａ’，６２ｂ’とからなる。なお、水晶ウェハ１１の厚みは、例えば１００μｍである。
【００３４】
ウェットエッチング中は、マスク１２が形成された水晶ウェハ１１を、図示しないしエッチング液中に浸漬する。エッチング液は、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、エッチング液を例えば５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させる。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ェハ１１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。図３［Ｂ］は、ウェットエッチング後にマスク１２を除去した状態を示している。
【００３５】
そして、図３［Ｂ］に示す水晶片の全面にスパッタリングや蒸着で電極膜を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて電極膜を所定のパターンに加工することによって、電極を形成する。又は、リフトオフ法で電極を形成してもよい。電極膜は、例えばクロム又はチタンの単層膜や、その上にパラジウム又は金を形成した積層膜などである。
【００３６】
図４［Ｃ］は、電極形成後の状態を示している。振動腕部６２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極３２ａが設けられ、表裏面に励振電極３２ｂが設けられる。同様に、振動腕部６２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極３２ｂが設けられ、表裏面に励振電極３２ａが設けられる。したがって、振動腕部６２ａにおいては両側面に設けられた励振電極３２ａと表裏面に設けられた励振電極３２ｂとが異極同士となり、振動腕部６２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極３２ｂと表裏面に設けられた励振電極３２ａとが異極同士となる。
【００３７】
基部６１には、パッド電極３１ａ，３１ｂ、パッド電極３１ａと励振電極３２ａとを電気的に接続する配線パターン３４ａ、パッド電極３１ｂと励振電極３２ｂとを電気的に接続する配線パターン３４ｂが設けられる、振動腕部６２ａ，６２ｂの先端側にはそれぞれ周波数調整用金属膜３３ａ，３３ｂが設けられる。パッド電極３１ａ、励振電極３２ａ、周波数調整用金属膜３３ａ及び配線パターン３４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極３１ｂ、励振電極３２ｂ、周波数調整用金属膜３３ｂ及び配線パターン３４ｂも、互いに電気的に導通している。
【００３８】
図４［Ｄ］は、パッド電極３１ａ等電極を用いて振動素子６０の電気的特性を測定している状態である。つまり、パッド電極３１ａ，３１ｂにプローブ針Ｐａ，Ｐｂを接触させて交流電圧を印加し、振動素子６０の発振周波数を測定する。このとき、周波数調整用金属膜３３ａ，３３ｂにレーザ光Ｌ２を照射して周波数調整用金属膜３３ａ，３３ｂの一部を除去することにより、その発振周波数を調整する。
【００３９】
続いて、図５に示すように、接続部２０にレーザ光Ｌ１を照射して改質層２３を形成する。改質層２３は、多光子吸収によって生じた亀裂を含む。このような亀裂は、水晶の内部にレーザ光Ｌ１の集光点を合わせ、例えば集光点における電界強度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上となりかつパルス幅が１μｓ以下となる条件でレーザ光Ｌ１を照射することによって、形成できる。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ水晶表面に余計なダメージを与えずに、水晶内部にのみ亀裂領域を形成できる条件である。これにより、水晶内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷によって水晶内部に熱ひずみが誘起され、その水晶内部に亀裂領域が形成される。電界強度の上限値は例えば１×１０12（Ｗ／ｃｍ2）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。これで中間生成品１０の完成である。
【００４０】
その後、図６に示すように、外力を加えて接続部２０を改質層２３で破断することにより、振動素子６０をフレーム７０から切り離す。このとき、破断面２６は、くびれ部分２４の表面２１（又は裏面２２）で起点が発生し、水晶内の改質層２３を経由し、裏面２２（又は表面２１）で終点となる。つまり、破断面２６の進行する方向が水晶内の改質層２３に導かれる。切り離された振動素子６０は、一つずつパッケージに実装される。
【００４１】
次に、本実施形態２の製造方法の作用及び効果について説明する。
【００４２】
（１）本実施形態２の製造方法によれば、実施形態１の中間生成品１０が得られることにより、実施形態１の中間生成品１０と同様の作用及び効果を奏する。
【００４３】
（２）図７及び図８に示す関連技術における中間生成品５０では、ウェットエッチングによって接続部８０（くびれ部分８４）が完成する。そのため、ウェットエッチング中及びウェットエッチング後のくびれ部分８４は、切り離し可能となる幅８５となっているため、わずかな衝撃や応力でも破断するおそれがある。
【００４４】
ところが、中間生成品５０は、その状態で、ウェットエッチング、電極形成、測定、搬送などに使用される。このとき、中間生成品５０には、製造工程中のエッチング液や洗浄液の圧力、測定中や搬送中の衝撃などにより、様々な応力が生ずる。そのため、これらの応力によって接続部８０が破断することにより、パッケージ実装前に振動素子６０がフレーム７０から脱落してしまうことがあった。これを防ぐには、接続部８０のくびれ部分８４の幅８５を広くすることが考えられる。しかし、幅８５を広くすると今度は振動素子６０をフレーム７０から切り離しにくくなるので、根本的な解決にはならない。
【００４５】
これに対し、本実施形態２の製造方法は、パッド電極３１ａ等電極を形成した後に、接続部２０にレーザ光Ｌ１を照射して改質層２３を形成する（図５）。そのため、くびれ部分２４の幅２５は、改質層２３の形成後に切り離し可能になる大きさでよいので、十分に広くすることができる。したがって、ウェットエッチング時、電極形成時及び搬送時の衝撃や応力に起因する振動素子６０の脱落を抑制できる。
【００４６】
（３）パッド電極３１ａ等電極を用いて振動素子６０の電気的特性を測定した後に（図４［Ｄ］）、改質層２３を形成する場合は、ウェットエッチング時、電極形成時及び搬送時の衝撃や応力に起因する振動素子６０の脱落に加え、測定時の衝撃や応力に起因する振動素子６０の脱落も抑制できる。
【００４７】
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、上記各実施形態では音叉型屈曲振動素子を採り上げたが、本発明は厚みすべり振動素子や輪郭すべり振動素子などの他の水晶振動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】
【００４８】
１０  中間生成品
１１  水晶ウェハ
１２  マスク
２０  接続部
２１  表面
２２  裏面
２３  改質層
２４  くびれ部分
２５  幅
２６  破断面
３１ａ，３１ｂ  パッド電極
３２ａ，３２ｂ  励振電極
３３ａ，３３ｂ  周波数調整用金属膜
３４ａ，３４ｂ  配線パターン
Ｌ１，Ｌ２  レーザ光
Ｐａ，Ｐｂ  プローブ針
５０  中間生成品
６０  振動素子
６１  基部
６２ａ，６２ｂ  振動腕部
７０  フレーム
８０  接続部
８１  表面
８２  裏面
８４  くびれ部分
８５  幅
８６  破断面
【図１】
2015165619.tif 000003
【図２】
2015165619.tif 000004
【図３】
2015165619.tif 000005
【図４】
2015165619.tif 000006
【図５】
2015165619.tif 000007
【図６】
2015165619.tif 000008
【図７】
2015165619.tif 000009
【図８】
2015165619.tif 000010