(57)【要約】【課題】本発明は、小型化が容易で、且つ加工工程が少なく生産性に優れた水晶振動子の製造方法を提供することを目的としている。さらに、加工時間が短く、高価な加工装置を必要としない安価な水晶振動子を製造する方法を提供することを目的としている。さらに、滑らかな曲面からなるコンベックス形状を達成することで、振動特性に優れた高い信頼性と高い精度を兼ね備えた水晶振動子を製造する方法を提供することを目的としている。【解決手段】厚み滑り振動を用いた水晶振動子の製造方法において、微粒子をノズルから噴射して水晶基板上に凸面を有する薄膜パターンを形成する工程と、薄膜パターンをマスクとして利用して水晶基板をエッチングし、少なくとも一方の面に凸面を有する水晶振動板を形成する工程と、水晶振動板の所定の位置に電極を形成する工程を有している。【選択図】図１
2008228240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動を用いた水晶振動子の製造方法において、
微粒子をノズルから噴射して水晶基板上に凸面を有する薄膜パターンを形成する工程と、
前記薄膜パターンをマスクとして利用して前記水晶基板をエッチングし、少なくとも一方の面に前記凸面を有する水晶振動板を形成する工程と、
前記水晶振動板の所定の位置に電極を形成する工程を有していることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記ノズルと前記水晶基板との間に所定の形状の開口部を備えたマスクを配置させることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
前記マスクが、前記水晶基板から所定の間隔で離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
一枚の前記水晶振動板を、複数の小片化した水晶振動板に分割する工程を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
前記水晶振動板はウェットエッチング法によって形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
前記薄膜パターンは、前記水晶基板をウェットエッチングするエッチング液に対して溶解性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項７】
前記薄膜パターンは、ＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
カーエレクトロニクス製品や携帯型電子機器などに用いられる小型の水晶振動子の製造方法に関し、特に生産性に優れ、高い信頼性と高い精度を有する小型の水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種通信機器の高周波数化や、ＰＣに代表される電子機器の動作周波数の高周波数化にともなって、それらの機器に組み込まれる振動子にも高周波数化の要求が高まっている。
【０００３】
こうした状況の中で、特に水晶を用いた高周波数対応の水晶振動子が、安価で小型化が可能であるという理由から広く普及している。
【０００４】
一般に水晶振動子は、常温付近で極めて良好な周波数安定度が得られることが知られており、中でもＡＴカットと呼ばれるカット面で切り出された水晶基板（一般にＡＴカット板と称する。）でつくられた水晶振動子は、常温付近で安定した高い周波数の厚み滑り振動を発生させることができるため、高周波数対応の水晶振動子として最も多く利用されている。なおＡＴカットは、水晶のＸ軸に平行でＺ軸から３５度１５分の角度で切り出したカット面のことを言う。
【０００５】
以下に高周波数対応の水晶振動子として、従来最も多く使われている厚み滑り振動を利用した水晶振動子を示す。
【０００６】
図５は一般的な厚み滑り振動を利用した水晶振動子を示した図である。図５（ａ）は水晶振動子３０の斜視図であり、図５（ｂ）はＡ−Ａ断面の形状を示した断面図である。
【０００７】
従来の一般的な水晶振動子３０は、薄板状の水晶振動板１２０と、その両面に形成され、水晶振動板１２０に電界を生じさせるための電極５００とで構成されている。こうした構成からなる従来の水晶振動子３０では、振動エネルギーの閉じ込め効果を向上させ、且つ輪郭振動などの副振動による振動損失を少なくするために、水晶振動板１２０の断面形状を図５（ｂ）に示すようなコンベックス形状（水晶振動板１２０の中心側が厚く、輪郭に近づくにつれて薄くなる形状）に形成していた。こうすることによって、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値やＱ値等の諸特性が良くなり、安定した振動を得ることができる。その結果、高い信頼性と高い精度を達成することができる。
【０００８】
このように水晶振動板１２０をコンベックス形状に加工することは、高い信頼性と高い精度を有する水晶振動子３０を得る上で非常に重要な加工であり、これまでに多くの製造方法が提案されている。
【０００９】
例えば、内壁に球面凹部を設けた円筒状の研磨容器に、複数の水晶振動板と研磨材等を投入し、研磨容器本体を自公転させることにより、水晶振動板にコンベックス形状を得る製造方法は最も広く知られている方法の一つである（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
さらに別の方法としては、フォトリソグラフィー法によりパターニングされたレジスト形状をドライエッチング法によって水晶振動板に転写してコンベックス形状を得る方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
図６は従来のフォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いた水晶振動子の製造方法を示した図である。例えば、図５に示す水晶振動子３０を、従来のフォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いた方法で製造した場合、以下に示すような工程で製造される。
【００１２】
まず、図６（ａ）に示すように、所定の厚みの水晶基板１５０に、スピンコート法やスプレーコーティング法等を用いて感光性材料（レジスト）を塗布し、水晶基板１５０の両面にレジスト層６５０を形成する。
【００１３】
次に、図６（ｂ）に示すように、レンズやフィルタを用いて照射位置ごとに露光強度を変化させた紫外光ＵＶをレジスト層６５０に向かって照射し、レジスト層６５０内に感光の有無による凸面状の露光境界域を形成する。
【００１４】
その後、レジスト層６５０を現像すると、図６（ｃ）に示すように、露光強度が弱い部分が厚く、露光強度が強い部分が薄く現像され、凸面形状を有するレジストパターン６００が形成される。
【００１５】
さらに、凸面形状を有するレジストパターン６００をマスクとして使用してドライエッチング加工を行うと、水晶基板１５０とともにレジストパターン６００もドライエッチングされて、図６（ｄ）に示すように、レジストパターン６００の形状が転写された水晶振動板１２５が形成される。
【００１６】
最後に、水晶振動板１２５に電極５００を形成し、分割して小片化すれば、図６（ｅ）に示すような、コンベックス形状の水晶振動板１２０と電極５００とで構成される水晶振動子３０が完成する。
【００１７】
さらに別の方法としては、水晶に吸収されるレーザービームを照射して段階的に加工量を変化させコンベックス形状を得る方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１８】
図７は従来のレーザービームによる加工法を用いた水晶振動子の製造方法を示した図である。従来のレーザービームを用いた製造方法では、まず板厚が一定の水晶基板１５０を用意し（図７（ａ））、その水晶基板１５０に所望に位置に水晶に吸収されるレーザービームＬＢを照射し、一段の凸部形状を有する水晶振動板１３３を形成する（図７（ｂ））。レーザービームＬＢとしては、波長が１５７ｎｍのＦ２レーザーや多光子吸収が起こる超短パルスレーザー等が用いられていた。
【００１９】
次に、レーザービームＬＢの照射位置を少しずらして照射すれば、図７（ｃ）に示すように、二段の凸部形状を有する水晶振動板１３２を形成でき、さらにレーザービームＬＢの照射位置を少しずらして照射すれば、図７（ｄ）に示すように、三段の凸部形状を有する水晶振動板１３１を形成できる。このようにして少しずつ階段状に加工を進めていけば、擬似的なコンベックス形状を形成することができる。
【００２０】
最後に、このようにして形成された水晶振動板１３１に電極５００を形成し、分割して小片化すれば、図７（ｅ）に示すような、コンベックス形状の水晶振動板１３０と電極５００とで構成される水晶振動子４０が完成する。
【００２１】
【特許文献１】特開２００１−１２４９号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−２４４６７７号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００６−１４２７０号公報（第５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前記特許文献１に記載のような研磨材によりコンベックス形状を加工する水晶振動子の製造方法の場合、コンベックス形状が形成されるのに費やされる加工時間は、加工部分に加わる研磨材の押しつけ圧力に依存する。加工部分に研磨材が強く加圧されて加工されれば加工速度は速くなり加工時間は短くなり、加工部分に研磨材があまり加圧されずに加工されれば加工速度は遅くなり加工時間は長くなる。
【００２３】
従来は、水晶振動板の質量効果によって、加工部分に加わる研磨材の押しつけ圧力は十分に得られていたが、近年の水晶振動子の小型化に伴い水晶振動板の質量が小さくなると、水晶振動板の質量効果が期待できなくなり、研磨材の押しつけ圧力が弱まってしまうという問題が生じてきた。
【００２４】
その結果、加工時間は長くなり、加工効率の著しい低下を引き起こすことになり、最悪の場合、ほとんど加工がなされないこともあった。このような理由から、特許文献１に記載の水晶振動子の製造方法は、水晶振動子の小型化にはまったく適していない。
【００２５】
特許文献２に記載のようなフォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いた水晶振動子の製造方法の場合、水晶振動子が小型化されてもコンベックス加工は可能である。しかしながら、その加工には、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程、ドライエッチング工程等からなる非常に多くの加工工程を要し、生産性が非常に悪い。
【００２６】
さらに、このように加工工程が多ければ多いほど、各工程における不良発生要因（例えば加工装置の不具合や作業ミス等）は増え、不良の発生の確率が高くなるので、水晶振動子の信頼性が低下することになる。
【００２７】
さらに、上記加工工程には、露光装置やドライエッチング装置等の非常に高価な加工装置が必要であり生産コストが上がってしまう。その結果、水晶振動子の低価格化が難しい。
【００２８】
また、特許文献３に示すようなレーザービームを利用した水晶振動子の製造方法の場合、必ず階段状の形状に加工されてしまうため、滑らかな曲面からなるコンベックス形状を形成することはできない。厚み滑り振動を用いた水晶振動子の振動特性は、その表面の面精度に大きく影響されるため、このような階段状のコンベックス形状では、優れた振動特性を達成することは非常に難しい。
【００２９】
そこで少しでも優れた振動特性を得るために、レーザービームのずらし量を小さくして、細かい階段形状を形成する試みも行われているが、そうすると加工時間が長くなってしまい、生産性が悪くなってしまう。
【００３０】
また、水晶をレーザービームで加工するためには水晶に吸収されるレーザービームが必要となるが、そのようなレーザービームは種類が限られており一般には広く普及していない。そのため加工装置は高価になり、水晶振動子の低価格化が難しい。
【００３１】
本発明は、小型化が容易で、且つ加工工程が少なく生産性に優れた水晶振動子の製造方法を提供することを目的としている。さらに、加工時間が短く、高価な加工装置を必要としない安価な水晶振動子を製造する方法を提供することを目的としている。さらには、滑らかな曲面からなるコンベックス形状を達成することで、振動特性に優れた高い信頼性と高い精度を兼ね備えた水晶振動子を製造する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子の製造方法は、厚み滑り振動を用いた水晶振動子の製造方法において、微粒子をノズルから噴射して水晶基板上に凸面を有する薄膜パターンを形成する工程と、薄膜パターンをマスクとして利用して水晶基板をエッチングし、少なくとも一方の面に凸面を有する水晶振動板を形成する工程と、水晶振動板の所定の位置に電極を形成する工程を有していることを特徴としている。
【００３３】
さらに、ノズルと水晶基板との間に所定の形状の開口部を備えたマスクを配置するのが望ましい。
【００３４】
さらには、マスクが水晶基板から所定の間隔で離れた位置に配置されているのが望ましい。
【００３５】
さらに、一枚の水晶振動板を、複数の小片化した水晶振動板に分割する工程を有するのが望ましい。
【００３６】
さらに、水晶振動板はウェットエッチング法によって形成するのが望ましい。
【００３７】
さらに、薄膜パターンは、水晶基板をウェットエッチングするエッチング液に対して溶解性を有する材料で形成されているのが望ましい。
【００３８】
さらには、薄膜パターンはＳｉＯ２からなるのが望ましい。
【００３９】
（作用）
本発明の水晶振動子の製造方法では、微粒子をノズルから噴射して水晶基板上に凸面を有する薄膜パターンを所定の形状で形成する工程と、薄膜パターンをマスクとして利用して水晶基板をエッチングし、少なくとも一方の面に凸面を有する水晶振動板を形成する工程と、水晶振動板の所定の位置に電極を形成する工程で水晶振動子が製造される。
【００４０】
一方、従来の水晶振動子の製造方法では、スピンコート法やスプレーコーティング法等を用いて感光性材料（レジスト）を塗布する工程と、レンズやフィルタを用いて照射位置ごとに露光強度を変化させた紫外光ＵＶをレジストに照射する露光工程と、感光されたレジスト層を現像し凸面形状を有するレジストパターンを形成する現像工程と、凸面形状を有するレジストパターンをマスクとして使用してドライエッチング加工を行う工程と、水晶振動板の所定の位置に電極を形成する工程で水晶振動子を製造していた。
【００４１】
このように本発明の製造方法は従来の製造方法に比べて、工程数が少なく、簡略化されており、生産性の面で非常に優れている。またその結果、生産コストを削減することができ、安価な水晶振動子を提供することが可能である。
【００４２】
さらに、加工工程が少ないので、不良発生要因（例えば加工装置の不具合や作業ミス等）を極力減らすことができ、不良発生率を格段に下げることができる。その結果、高い信頼性を有する水晶振動子を提供することができる。
【００４３】
また、ノズルと水晶基板との間に所定の形状の開口部を備えたマスクを配置することで、所望とする位置に所望とする形状で薄膜パターンを形成することができ、これにより最終的には、水晶振動板上の所望の位置に所望の形状で凸面を形成することができる。凸面の位置と形状は水晶振動子の振動特性に大きく影響するため、本発明のように設計通りの所望の位置に所望の形状で凸面を形成できれば、高い信頼性と高い精度を有する水晶振動
子を提供することが可能になる。
【００４４】
さらに、マスクの開口部を小さくすれば、水晶振動板上に微小な凸面を形成することも可能であり、水晶振動子の小型化にも容易に対応することができる。
【００４５】
また、マスクを配置する位置を水晶基板から所定の間隔で離すことで、滑らかな曲面からなる凸面の薄膜パターンを形成することができ、その結果、最終的には滑らかな曲面からなる凸面を有する水晶振動板を形成することができる。なぜこのように滑らかな曲面からなる凸面が形成されるかというと、ノズルから吐出した微粒子は水晶基板に向かうに従って広がるようにして吐出されるからである。その結果、ノズルの中心付近では厚く成膜され、ノズルの中心から遠ざかるに従って徐々に薄くなるので、滑らかな曲面からなる凸面を形成することができる。
【００４６】
厚み滑り振動を用いた水晶振動子の振動特性は、その表面の面精度に大きく影響されるため、滑らかな曲面からなる凸面であれば優れた振動特性を得ることができる。よって本発明の製造方法は、振動特性に優れ、高い信頼性と高い精度を兼ね備えた水晶振動子を製造する方法として有効である。
【００４７】
さらに、水晶基板から離す間隔を変えてマスクを配置することで、異なった凸面形状を任意に形成することが可能である。凸面形状を変えることで、より精度の高い水晶振動子を提供することができるようになる。
【００４８】
さらに、上記のような加工工程で製造した一枚の水晶振動板を複数の小片化した水晶振動板に分割することで、一度に大量の水晶振動子を製造することができるため、本発明の製造方法は大量生産にも適している。
【００４９】
また、本発明の製造方法では、水晶基板を大量生産に適したウェットエッチング法によってエッチングして形成するので、生産性に優れており、且つ、従来のように高価なドライエッチング装置やレーザービーム加工装置を必要としないので、安価な水晶振動子を提供することが可能である。
【００５０】
また、薄膜パターンを形成する材料として、水晶基板をウェットエッチングするエッチング液によって溶解性を有する材料、特に水晶と同じ元素からなるＳｉＯ２を用いることで、水晶基板をウェットエッチングする工程で、薄膜パターンも同時にウェットエッチングさせることができる。その時、薄膜パターンは上述のように凸面形状をなしているため、薄い部分から徐々に除去されてゆき、その下部にある水晶基板が徐々に表面に現れることになる。その結果、薄膜パターンの下部にある水晶基板は場所によってエッチング時間にずれが生じるため、エッチング量が多い所と少ない所が生じ、これにより水晶振動板上に薄膜パターンの凸面形状に沿った凸面形状を形成することが可能である。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、小型化が容易で、且つ加工工程が少なく生産性に優れた水晶振動子の製造方法を提供することができる。さらに、加工時間が短く、高価な加工装置を必要としない安価な水晶振動子を製造する方法を提供することができる。さらには、振動特性に優れ、高い信頼性と高い精度を兼ね備えた水晶振動子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
（第１の実施形態）
図１は本発明の水晶振動子の製造方法を示した図である。本実施形態では片面に滑らかな曲面で形成される凸面（一般にコンベックス形状と称する。）を備えた水晶振動板１０
０とその水晶振動板１００の両面に形成される電極５００とで構成される厚み滑り振動を用いた水晶振動子１０を製造した。
【００５３】
以下にその製造方法を説明する。まず始めに、図１（ａ）に示すように、研磨して所定の板厚に加工したＡＴカットの水晶基板１５０を用意し、その一方の面にノズル４００から噴出させた微粒子２２０を吹き付けて成膜加工を行う。
【００５４】
なおこの時、ノズル４００と水晶基板１５０の間に所定形状の開口部を備えたマスク３００を配置することによって、開口部を介した部分のみに成膜することができるため、水晶基板１５０上に所定の位置に所定の形状で成膜することが可能である。なお、本発明における成膜方法としては、スプレーコーティング法、エアロゾルデポジション法、インクジェットプリント法等が挙げられる。
【００５５】
本実施形態では、研磨加工により表面を鏡面状態に加工した厚さ６０μｍの水晶基板１５０を用意し、その片面に、金属製で矩形の開口部を有するマスク３００を介して、微粒子２２０を吹き付けて、成膜加工を行った。なお微粒子２２０には二酸化珪素（ＳｉＯ２）粉末を用い、金属製のマスク３００にはエッチング法によって開口部を作製したマスク３００を用いた。
【００５６】
すると、図１（ｂ）に示すように、水晶基板１５０上に、ＳｉＯ２からなる滑らかな曲面を有する凸面形状の薄膜パターン２００が形成される。本実施形態では、凸面の最も厚い部分の厚みが５μｍになるように薄膜パターン２００を形成した。
【００５７】
なお、なぜこのように滑らかな凸面形状が形成されるかというと、ノズル４００から吐出した微粒子２２０は、図１（ａ）に示すように、水晶基板１５０に向かうに従って広がるようにして吐出されるからである。その結果、ノズル４００直下の中心部付近では厚く成膜され、ノズル４００から遠ざかるに従って徐々に薄くなっていくのである。本発明はこの特性を利用して滑らかな凸面形状を形成した点が最も大きな特徴である。
【００５８】
従来の水晶振動子の製造方法では、こうした凸面を形成するために、スピンコート法やスプレーコーティング法等を用いて感光性材料（レジスト）を塗布する工程と、レンズやフィルタを用いて照射位置ごとに露光強度を変化させた紫外光ＵＶをレジストに照射する露光工程と、感光されたレジスト層を現像し凸面を有するレジストパターンを形成する現像工程といった一連の多くの工程を経る必要があったが、本発明の製造方法では、図１（ａ）に示す一つの工程だけで凸面を形成することができる。
【００５９】
このように本発明の製造方法は従来の製造方法に比べて、工程数が少なく、簡略化されており、生産性の面で非常に優れている。
【００６０】
さらに、加工工程が少ないので、工程ごとに存在する不良発生要因（例えば装置の不具合や作業ミス等）を極力減らすことができ、不良発生率を格段に下げることができる。
【００６１】
なお薄膜パターン２００はマスク３００に形成された矩形の開口部を投影して形成されるので、本実施形態では所定の位置に矩形パターンで薄膜パターン２００を形成することができた。このように、本発明ではマスク３００の所望の位置に所望の形状の開口部を形成することで、水晶基板１５０上の所望とする位置に所望とする形状で薄膜パターン２００を形成することができる。
【００６２】
水晶振動子の水晶振動板に形成される凸面の位置と形状は、水晶振動子の振動特性に大きく影響するため、本発明のように設計通りの所望の位置に所望の形状で凸面形状の薄膜
パターン２００を形成できれば、最終的には高い信頼性と高い精度を有する水晶振動子を提供することが可能である。
【００６３】
さらに、本実施形態ではマスク３００の開口部をエッチング法によって作製しているため、開口部を数十μｍ程度まで小さくすることが可能である。よって本発明では、数十μｍ程度の微小な薄膜パターン２００を形成することも可能であり、水晶振動子の小型化にも容易に対応することが可能である。
【００６４】
次に、図１（ｃ）に示すように、成膜された薄膜パターン２００と一緒に水晶基板１５０をエッチングし、薄膜パターン２００の凸面形状を転写した水晶振動板１００を形成する。
【００６５】
本実施形態では、フッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチング法によって、ＳｉＯ２からなる薄膜パターン２００と水晶（＝ＳｉＯ２）からなる水晶基板１５０を同時にウェットエッチングした。このように、水晶基板１５０をウェットエッチングするためのエッチング液（本実施形態の場合はＨＦ水晶液）に対して溶解性を有する材料で薄膜パターン２００を形成することで、水晶基板１５０のウェットエッチングと同時に薄膜パターン２００もウェットエッチングさせることが可能である。
【００６６】
その時、薄膜パターン２００は上述のように凸面形状を成しているため、薄い部分から徐々に除去されてゆき、その下部にある水晶基板１５０が徐々に表面に現れることになる。その結果、薄膜パターン２００の下部にある水晶基板１５０は場所によってエッチング時間にずれが生じるため、エッチング量が多い所と少ない所が生じ、これにより水晶振動板１００上に薄膜パターン２００の凸面形状と同様の凸面形状を形成することが可能である。
【００６７】
なお、薄膜パターン２００を形成する材料は、水晶基板１５０をウェットエッチングするためのエッチング液に対して溶解性を有する材料であれば、必ずしもＳｉＯ２である必要はないが、本実施形態のように、水晶と同じ原子からなるＳｉＯ２を用いれば、水晶基板１５０がウェットエッチングされる速度と薄膜パターン２００がウェットエッチングされる速度がほぼ同じになるので、薄膜パターン２００の凸面形状を転写したようなほぼ同じ凸面形状を水晶振動板１００上に得ることができる。
【００６８】
最後に、図１（ｄ）に示すように、片方の面に滑らかな曲面からなる凸面を有する水晶振動板１００の両方の面の中央付近に電極５００を形成して、厚み滑り振動を用いた水晶振動子１０を完成させた。
【００６９】
このようにして製造した水晶振動子１０は、水晶振動板１００に形成された凸面形状（コンベックス形状）により振動エネルギーの閉じ込め効果が向上し、且つ、凸面形状が滑らかな曲面で構成されているので輪郭振動などの不要な振動が無くなったので、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値やＱ値等の諸特性が良くなり、安定した振動を得ることができた。その結果、高い信頼性と高い精度を有する水晶振動子１０を得ることができた。
【００７０】
以上のように本発明の水晶振動子の製造方法は、工程数が少なく簡略化されており、生産性の面で非常に優れているので、生産コストを削減することができ、安価な水晶振動子を提供することが可能である。
【００７１】
さらに、加工工程が少ないので、不良発生要因を極力減らすことができ、不良発生率を格段に下げることができる。その結果、高い信頼性を有する水晶振動子を提供することが可能である。
【００７２】
また、水晶振動板の所望の位置に所望の形状で滑らかな曲面からなる凸面を形成することができ、振動特性に優れた高い信頼性と高い精度を有する水晶振動子を提供することが可能である。
【００７３】
さらに、マスクの開口部を小さくすれば、微小な凸面を形成することも可能であり、水晶振動子の小型化にも容易に対応することが可能である。
【００７４】
さらには、大量生産に適したウェットエッチング法によって水晶振動板を形成するので生産性に優れており、且つドライエッチング装置やレーザービーム加工装置のような高価な加工装置を必要としないので、安価な水晶振動子を提供することが可能である。
【００７５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、図１に示す本発明の水晶振動子１０の製造方法を用い、ドライエッチング法によって水晶振動板１００を形成した例を示す。
【００７６】
まず、図１（ａ）において、ノズル４００から樹脂材料からなる微粒子２２０を噴出させ、マスク３００の開口部を介して水晶基板１５０上に成膜加工を行う。本実施形態では、樹脂材料としてレジストからなる微粒子２２０を用い、スプレーコーティング法により水晶基板１５０上にスプレー塗布した後、電気炉によって９０℃に熱して固化させた。
【００７７】
すると、図１（ｂ）に示すように、樹脂材料（本実施形態ではレジスト）からなる凸面形状の薄膜パターン２００が形成される。
【００７８】
次に、図１（ｃ）に示すように、成膜された薄膜パターン２００と水晶基板１５０をドライエッチング法によりエッチングし、水晶振動板１００上に薄膜パターン２００の凸面形状を転写させる。
【００７９】
本実施形態に示すような樹脂材料からなる薄膜パターン２００は、水晶基板１５０をドライエッチングする時に、同時にドライエッチングされる。薄膜パターン２００は凸面形状をしているため、薄い部分から徐々に除去されてゆき、その下部にある水晶基板１５０が徐々に表面に現れることになる。その結果、薄膜パターン２００の下部にある水晶基板１５０は場所によってエッチング時間にずれが生じるため、エッチング量が多い所と少ない所が生じ、これにより水晶振動板１００上に薄膜パターン２００の凸面形状と同様の凸面形状を形成することが可能である。
【００８０】
最後に、図１（ｄ）に示すように、片方の面に滑らかな曲面からなる凸面形状を有する水晶振動板１００の両方の面の中央付近に電極５００を形成して、厚み滑り振動を用いた水晶振動子１０を完成させた。
【００８１】
以上のようにドライエッチング法を用いた本実施形態においても、凸面形状の薄膜パターン２００を形成する工程（図１（ａ）〜（ｂ））は、従来に比べ工程数が少なく、簡略化されている。そのため、従来よりも生産性が良好で生産コストを削減することができ、安価な水晶振動子を提供することが可能である。
【００８２】
さらに、加工工程が少ないので、工程ごとに存在する不良発生要因（例えば装置の不具合や作業ミス等）を極力減らすことができ、不良発生率を格段に下げることができる。その結果、高い信頼性を有する水晶振動子を提供することが可能である。
【００８３】
（第３の実施形態）
図２は本発明の水晶振動子の製造方法における薄膜パターンの形状の制御方法を示した図である。本実施形態では凸面形状が異なる薄膜パターン２００、２０１、２０２を形成し、それを用いて凸面形状が異なる水晶振動板１００、１０１、１０２を形成した例を示す。
【００８４】
図２（ａ）はマスク３００を水晶基板１５０から十分に離した間隔Ｌ１で配置した場合における凸面形状を示した図である。図２（ａ）の場合、マスク３００と水晶基板１５０の間隔Ｌ１が離れているため、ノズル４００から噴出された微粒子２２０はマスク３００の開口部を通過した後、広く分散して水晶基板１５０上に成膜される。その結果、形成される薄膜パターン２００は正規分布曲線に近い山状の形状になり、この薄膜パターン２００を使って水晶基板１５０をエッチングすると、図２（ａ）に示すような、正規分布曲線に近い山状の形状を有する水晶振動板１００が形成される。
【００８５】
図２（ｂ）はマスク３００を水晶基板１５０から適度に離した間隔Ｌ２で配置した場合における凸面形状を示した図である。図２（ｂ）の場合、マスク３００と水晶基板１５０の間隔Ｌ２は適度に離れているので、ノズル４００から噴出された微粒子２２０はマスク３００の開口部を通過した後、多少の分散をしながら水晶基板１５０上に成膜される。その結果、形成される薄膜パターン２０１は縁部が滑らかな斜面で中央部付近は平坦な面からなる台地状の形状になり、この薄膜パターン２０１を使って水晶基板１５０をエッチングすると、図２（ｂ）に示すような、縁部が滑らかな斜面で中央部付近は平坦な面からなる台地状の形状を有する水晶振動板１０１が形成される。
【００８６】
図２（ｃ）はマスク３００を水晶基板１５０に密着させて配置した場合における凸面形状を示した図である。図２（ｃ）の場合、マスク３００と水晶基板１５０は密着しているので、ノズル４００から噴出された微粒子２２０はマスク３００の開口部を通過した後、分散せずに直接水晶基板１５０に達して成膜される。その結果、形成される薄膜パターン２０２は、縁部が垂直に切り立った階段状の形状になり、この薄膜パターン２０２を使って水晶基板１５０をエッチングすると、図２（ｃ）に示すような、縁部が垂直に切り立った階段状の形状を有する水晶振動板１０２が形成される。
【００８７】
このように、本発明ではマスクと水晶基板の間隔を変えることによって、水晶振動板に多様な凸面形状を形成することができる。水晶振動子はその大きさや特性により最適な凸面形状が異なるので、所望とする大きさや特性を満たす最適な凸面形状になるように、マスクと水晶基板の間隔を適時決定すればよい。
【００８８】
なお、厚み滑り振動を用いた水晶振動子では、その振動特性は水晶振動板の表面の面精度に大きく影響されるので、図２（ｃ）に示すような、階段状の凸面形状の水晶振動板の場合、振動特性はそれほど良好ではない。
【００８９】
よって、優れた振動特性を有する水晶振動子を得るには、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、マスクを水晶基板から所定の間隔で離して配置するのが望ましい。
【００９０】
なお、本実施形態ではノズル４００と水晶基板１５０の間隔Ｌは変えていない。なぜなら、ノズル４００と水晶基板１５０の間隔Ｌを変えると、微粒子２２０が基板１５０に衝突する時のエネルギーが変わってしまい、薄膜パターン２００、２０１、２０２の密着性や膜応力等の特性が変わってしまうからである。
【００９１】
以上の理由から、本発明の製造方法を用いる場合には、ノズル４００と水晶基板１５０の間隔Ｌは変えずに、マスク３００と水晶基板１５０の間隔Ｌ１、Ｌ２だけを変えるのが望ましい。
【００９２】
（第４の実施形態）
図３は本発明の水晶振動子の製造方法により複数の凸面を形成する工程の前半を示した図である。図４は本発明の水晶振動子の製造方法により複数の凸面を形成する工程の後半を示した図である。本実施形態では、両面に凸面を有する複数の水晶振動子２０を一括して製造した。
【００９３】
本実施形態では、まず始めに、図３（ａ）に示すように、研磨して所定の板厚に加工したＡＴカットの水晶基板１５０を用意し、その一方の面にノズル４００から噴出させた微粒子２２０を吹き付けて成膜加工を行う。なお本実施形態では、この時にノズル４００と水晶基板１５０の間に複数の開口部を備えたマスク３１０を配置し、ノズル４００を各開口部の上に移動させて成膜することによって、水晶基板１５０上に複数箇所の成膜が可能である。なお本工程を第１の成膜工程と称する。
【００９４】
本実施形態では、研磨加工により表面を鏡面状態に加工した厚さ６０μｍの水晶基板１５０を用意し、その片面に、矩形の開口部が２箇所形成されている金属製のマスク３１０を介して、二酸化珪素（ＳｉＯ２）粉末からなる微粒子２２０を吹き付けて、成膜加工を行った。なお成膜方法にはエアロゾルデポジション法を用い、金属製のマスク３１０にはエッチング法によって開口部を作製したマスク３１０を用いた。
【００９５】
すると、図３（ｂ）に示すように、水晶基板１５０の片面の２箇所に、ＳｉＯ２からなる滑らかな曲面を有する凸面形状の薄膜パターン２００ａが形成される。本実施形態でも、水晶基板１５０とマスク３１０の間に十分な間隔を設けたことにより、このように滑らかな凸面形状を形成することができた。
【００９６】
なお、図３（ｂ）で形成される２つの薄膜パターン２００ａは、マスク３１０にあけられた２つの開口部の位置と形状をそのまま転写して形成されるため、２つの開口部と同じ間隔、同じ形状で形成される。そのため、２つの薄膜パターン２００ａの位置精度、寸法精度は極めて良好である。
【００９７】
さらに本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、水晶基板１５０を裏返しにして、図３（ａ）で成膜した面の裏面に、ノズル４００から噴出させた微粒子２２０を吹き付けて成膜加工を行う。本工程においても、ノズル４００と水晶基板１５０の間に複数の開口部を備えたマスク３１０を配置し、ノズル４００を各開口部の上に移動させて成膜することによって、水晶基板１５０上に複数箇所の成膜を行っている。本工程を第２の成膜工程と称する。
【００９８】
本第２の成膜工程でも、図３（ａ）に示す第１の成膜工程と同様に、矩形の開口部が２箇所形成されている金属製のマスク３１０を介して、エアロゾルデポジション法により、二酸化珪素（ＳｉＯ２）粉末からなる微粒子２２０を吹き付けて成膜加工を行った。なお、マスク３１０には、第１の成膜工程で使用したマスク３１０と同じものを使用した。
【００９９】
すると、図３（ｄ）に示すように、水晶基板１５０の片面の２箇所に、ＳｉＯ２からなる滑らかな曲面を有する凸面形状の薄膜パターン２００ｂが形成される。本実施形態でも、水晶基板１５０とマスク３１０の間に十分な間隔を設けたことにより、このように滑らかな凸面形状を形成することができた。
【０１００】
なお第２の成膜工程で形成された裏面の薄膜パターン２００ｂは、第１の成膜工程で使用したマスク３１０と同じものを使用して形成されたものであるので、第１の成膜工程で形成されたおもて面の薄膜パターン２００ａとは、表裏対称の同じ位置、同じ形状で形成
されている。
【０１０１】
次に、図４（ｅ）に示すように、成膜された薄膜パターン２００ａ、２００ｂと一緒に水晶基板１５０をエッチングし、薄膜パターン２００ａ、２００ｂの凸面形状を転写した水晶振動板１１５を形成する。
【０１０２】
本実施形態では、フッ酸（ＨＦ）水溶液を用いたウェットエッチング法によって、ＳｉＯ２からなるおもて面の薄膜パターン２００ａとＳｉＯ２からなる裏面の薄膜パターン２００ｂと水晶（＝ＳｉＯ２）からなる水晶基板１５０を同時にウェットエッチングし、おもて面に２つの滑らかな凸面を有し、且つ裏面にも２つ滑らかな凸面を有する水晶振動板１１５を形成した。
【０１０３】
なお、水晶振動板１１５の表裏に形成される滑らかな凸面は、薄膜パターン２００ａ、２００ｂをそれぞれ転写したものであるから、薄膜パターン２００ａ、２００ｂと同様に、表裏対称の同じ位置、同じ形状で形成されることになる。
【０１０４】
その後、図４（ｆ）に示すように、両方の面に滑らかな曲面からなる凸面を有する水晶振動板１１５の両方の面の所定の位置に電極５００を形成する。
【０１０５】
最後に、おもて面に２つの凸面、裏面に２つの凸面を有する水晶振動板１１５を、図４（ｇ）に示すように２つに分割して、表裏に一つずつ凸面を有する水晶振動板１１０と電極５００とで構成される２つの水晶振動子２０が完成する。
【０１０６】
本実施形態では、表裏に凸面を有する２つの水晶振動子２０を一連の工程で一括して製造した例を示したものであるが、もちろん２つの水晶振動子２０しか製造できないわけではない。当然のごとく、一括して数十個、数百個レベルで多数の水晶振動子２０を製造することも可能である。なお多数の水晶振動子２０を製造する場合には、マスク３１０に多数の開口部を設けて、ノズル４００を移動させながら成膜するのが望ましい。そうすれば短時間で成膜工程を完了させることができる。
【０１０７】
このように本発明の製造方法によれば、多数の凸面を形成した一枚の水晶振動板１１５を個々の小片化した水晶振動板１１０に分割することで、一度に多数の水晶振動子２０を製造することができるため、大量生産に非常に適している。
【０１０８】
また、本実施形態では、図３（ａ）に示す第１の成膜工程で用いるマスク３１０と、図３（ｂ）に示す第２の成膜工程で用いるマスク３１０は同じものを使用したため、おもて面に形成される凸面形状と裏面に形成される凸面形状は同じ形状で形成されているが、必ずしも、表裏対称の同じ凸面形状にする必要はない。必要とする水晶振動子２０の振動特性に合わせて、表裏異なる凸面形状にしてもかまわない。
【０１０９】
なお、おもて面の凸面形状と裏面の凸面形状が異なる水晶振動子２０を製造するには、図３（ａ）に示す第１の成膜工程で用いるマスク３１０開口部と、図３（ｂ）に示す第２の成膜工程で用いるマスク３１０の開口部をそれぞれ異なった形状にするか、もしくは、マスク３１０と水晶基板１５０の間隔を、図３（ａ）に示す第１の成膜工程と、図３（ｂ）に示す第２の成膜工程とで異なった間隔に設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の水晶振動子の製造方法を示した図である。
【図２】本発明の水晶振動子の製造方法における薄膜パターンの形状の制御方法を示した図である。
【図３】本発明の水晶振動子の製造方法により複数の凸面を形成する工程の前半を示した図である。
【図４】本発明の水晶振動子の製造方法により複数の凸面を形成する工程の後半を示した図である。
【図５】一般的な厚み滑り振動を利用した高周波数対応の水晶振動子を示した図である。
【図６】従来のフォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いた水晶振動子の製造方法を示した図である。
【図７】従来のレーザービームによる加工法を用いた水晶振動子の製造方法を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０、２０、３０、４０  水晶振動子
１００、１０１、１０２、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０  水晶振動板
１５０  水晶基板
２００、２００ａ、２００ｂ、２０１、２０２  薄膜パターン
２２０  微粒子
３００、３１０  マスク
４００  ノズル
５００  電極
６００  レジストパターン
６５０  レジスト層
【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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