(57)【要約】【課題】カット角のばらつきを小さくし、高精度な圧電デバイスが得られるようにする。【解決手段】圧電材料の単結晶を所定のカット角で薄板に切断するウエハ形成工程と、圧電振動片の特性に応じて予め求めた前記単結晶の結晶軸と前記圧電振動片の軸との角度関係が得られるように前記ウエハを所定形状の小片に加工するブランク形成工程と、を有する。【選択図】      図１
2004357121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料の単結晶を所定のカット角で薄板に切断するウエハ形成工程と、
圧電振動片の特性に応じて予め求めた前記単結晶の結晶軸と前記圧電振動片の軸との角度関係が得られるように前記ウエハを所定形状の小片に加工するブランク形成工程と、
を有することを特徴とする圧電振動片の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片の形成方法において、前記ブランク形成工程は、フォトエッチングにより行なうことを特徴とする圧電振動片の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電振動片の形成方法において、前記圧電振動片は、ＡＴカット圧電振動片であることを特徴とする圧電振動片の形成方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片の形成方法を用いて形成した圧電振動片を備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片の形成方法に係り、特にＡＴカット圧電振動片を形成するのに好適な圧電振動片の形成方法およびその方法を用いて製造した圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電材料である水晶からなるＡＴカット圧電振動子は、周波数温度特性が良好であるところから、種々の電子機器に使用されている。従来、ＡＴカット圧電振動子は、一般に水晶板面がＸ軸に平行していて、Ｚ軸をＸ軸回りに３５°１５´回転させたカット角のＸＺ´平面の水晶板から形成していた。このＡＴカット圧電振動子は、Ｚ軸のＸ軸回りの回転角（カット角θ）を変化せることにより、周波数温度特性を変えることができるため、使用目的に応じた多様な周波数温度特性を有するものが作られている。水晶小片（ブランク）の製造工程において、振動子の周波数に対応して、機械加工により水晶の薄板（ウエハ）が所定の厚みまで削られる（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１３０８１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水晶ブランクの製造工程においては、ウエハ両面ラップ加工機械を使用することによりウエハ厚みが削られ、そのため、ウエハの平行度が損なわれる。ウエハの削る量が多ければ多いほど、ウエハにおけるブランクのカット角度（θ）の差が広がり、それゆえにロット内の振動子周波数温度偏差が大きくなる。このため、従来の製造方法では、所望の特性を得るために周波数調整などが容易でないとともに、高精度な圧電振動子を得ることが困難である。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、カット角のばらつきを小さくし、高精度な圧電デバイスが得られるようにすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧電振動片の形成方法は、圧電材料の単結晶を所定のカット角で薄板に切断するウエハ形成工程と、圧電振動片の特性に応じて予め求めた前記単結晶の結晶軸と前記圧電振動片の軸との角度関係が得られるように前記ウエハを所定形状の小片に加工するブランク形成工程と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このようになっている本発明は、所定のカット角で切断した薄板（ウエハ）を所望の周波数特性を有する小片に加工するために、ラップ機械によって所定の厚さまで両面を削る。ところが、ウエハの研削は、機械加工であるために両面の平行度が損なわれ、実質的にカット角がずれた状態となる。例えば、カット角誤差が１０秒以内の厚さ２００μｍのＡＴカットウエハを、周波数２０ＭＨｚに対応するために厚さ８０μｍまで削ると、ウエハの平行度がずれる。この平行度のずれは、ウエハごとに異なる。このため、出来上がった圧電振動子（圧電デバイス）のロット内における周波数温度特性は、小片（ブランク）のカット角で見た場合、カット角のずれが数分（約２分）程度に相当する。そこで、本発明は、薄板（ウエハ）から小片（ブランク）を得る場合に、ウエハの結晶軸とブランクの軸とを予め定めた角度を満足するように加工することにより、ウエハを削る際に生じた平行度のずれに伴うカット角のずれを容易に修正することができる。したがって、カット角のばらつきの小さな高精度な圧電デバイスの製造が可能となる。
【０００８】
ブランク形成工程は、フォトエッチングにより行なうとよい。フォトエッチングは、フォトレジストの膜を露光、現像してパターニングし、これをマスクとして基板などをエッチングするもので、微細な加工を高精度で行なうことができる。したがって、結晶軸とブランクの軸との関係を高精度で満足することが可能で、外形形状および特性に対するばらつきの小さい、高精度な圧電振動片を得ることができる。また、フォトエッチングを利用することにより、複雑な形状を容易に形成することが可能で、特性や用途に合わせた異形の圧電振動片を容易に形成することができる。圧電振動片は、ＡＴカット圧電振動片であってよい。ＡＴカット圧電振動片は、カット角が異なると図７に示してあるように周波数温度特性が変化するので、所望の周波数温度特性を有するＡＴカット圧電振動片を容易、高精度に形成することができる。
【０００９】
そして、本発明に係る圧電デバイスは、上記に記載の圧電振動片の形成方法を用いて形成した圧電振動片を備えていることを特徴としている。これにより、上記の作用効果を有する圧電デバイスを得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電振動片の形成方法およびその方法を用いて製造した圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る圧電振動片の形成方法の説明図であって、コンベックス状ＡＴカット圧電振動片を形成する小片の形成工程を説明する図である。本発明の実施形態に係る圧電振動片の形成方法は、まず、図１（１）に示したように、圧電材料である人工水晶の原石１０を用意する。この原石１０は、同図に示してあるように、図の上面１２側が水晶結晶のＺ軸方向となっており、前面１４側がＸ軸方向、図の左右方向がＹ軸方向となっている。したがって、原石１０は、図の上面１２が水晶結晶のＸＹ平面、前面１４がＹＺ平面となっている。
【００１１】
次に、同図（２）に示したように、ワイヤーソーなどを用いて原石１０をＹ軸に直交して切断し、適宜の大きさのブロック２０にする。したがって、ブロック２０は、ＸＹ平面２２、ＹＺ平面２４、ＸＺ平面２６を有する。このブロック２０は、次のウエハ形成工程において薄い圧電板（ウエハ）に加工される。
【００１２】
ウエハ形成工程においては、図１（３）に示したように、ワイヤーソーなどを用いてブロック２０を適宜の厚さに切断し、ウエハ３０にする。すなわち、ブロック２０をＹＺ平面２４と平行に切断し、厚み方向がＸ軸方向となるＹＺ平面板からなるウエハ３０を形成する。その後、ブランク形成工程を行ない、同図（４）に示したように、ウエハ３０を厚み方向に形状加工し、所定形状の複数のブランク（小片）３２を形成する。ただし、ブランク３２は、その長手方向の軸３４がＹＺ平面２４内においてウエハ３０のＺ軸に対して所定角θ（例えば、３４〜３６度）だけ図１の反時計方向に回転させて形成する。このため、ブランク３２は、図１（１）において、原石１０のＹ軸、Ｚ軸をＸ軸回りに反時計方向に所定角θだけ回転させた、カット角θのＹ´Ｚ´平面板から形成されたブランクと同じになる。このようにして形成したブランク３２から形成される圧電振動片は、Ｘ´Ｚ´平面において振動方向がＸ´軸に沿ったすべり振動をし、振動周波数がＺ´軸に直交したＹ´軸方向の幅寸法に依存する。なお、所定角θは、ブランク３２から形成される圧電振動片の特性に応じて予め求めておく。
このブランク形成工程の詳細は、図２に示したようになっている。
【００１３】
まず、ブロック２０から切り出されたウエハ３０は、図２のステップ１００に示したように、両面が研磨され、所定の厚みと平坦度を有するウエハにされる。次に、ウエハ３０の両面に耐食膜４０を形成する（ステップ１０２）。この耐食膜４０は、例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との２層構造からなっていて、次のようにして形成することができる。まず、ウエハ３０の表面にＣｒの薄膜をスパッタリングや真空蒸着、または無電解メッキなどにより所定の厚さに形成する。次に、Ｃｒ薄膜の表面にＡｕをメッキなどにより堆積し、Ｃｒ層の上にＡｕの薄膜を形成する。
【００１４】
耐食膜４０が設けられたウエハ３０は、その後、ステップ１０４に示したように、レジスト膜４２が形成される。すなわち、耐食膜４０の上にフォトレジストを塗布して乾燥させ、耐食膜４０の上にレジスト膜４２を形成する。次に、ステップ１０６に示したように、図示しないマスクを介してレジスト膜４２に紫外線などを照射し、レジスト膜４２を露光してブランク３２の形状（パターン）を焼き付ける。このとき、所望の特性を有する圧電振動片が得られるように、予め求めた結晶軸とブランク３２の軸との角度関係に基づいて、ブランク３２に対応したパターンの長手方向の軸がウエハ３０のＺ軸に対して所定角θだけ傾斜するように露光を行なう（図１（４）参照）。さらに、ウエハ３０を図示しない現像液に浸漬し、レジスト膜４２の所定部分を除去してパターニングする現像を行ない、耐食膜４０のエッチングする部分を露出させる（ステップ１０８）。
【００１５】
次に、図２のステップ１１０に示したように、ウエハ３０をエッチング液（図示せず）に浸漬する。そして、パターニングしたレジスト膜４２をマスクとして耐食膜４０をエッチングし、耐食膜４０の露出させた部分を除去し、ウエハ３０のエッチングする部分を露出させる。さらに、ウエハ３０をフッ酸溶液やフッ化アンモン溶液などのエッチング溶液に浸漬し、レジスト膜４２と耐食膜４０とをマスクとしてウエハ３０をエッチングする（ステップ１１２）。このようにしてエッチングされたウエハ３０の模式図を図３に示す。
【００１６】
すなわち、ウエハ３０は、エッチングされることによって複数のブランク支持部４４が形成され、このブランク支持部４４に接続部４６を介してブランク３２が接続された状態で形成される。このブランク３２は、その主軸がＹＺ平面板からなるウエハ３０のＹＺ面内において、Ｙ軸、Ｚ軸に対して所定角θだけ回転（傾斜）した状態で形成される。すなわち、ブランク３２は、Ｘ軸を中心にＹ軸、Ｚ軸を反時計方向に所定角θ回転させてＹ´軸、Ｚ´軸としたカット角を有する、Ｙ´Ｚ´平面板からなるウエハから形成したブランクと同等である。
【００１７】
エッチングされたウエハ３０は、その後、レジスト剥離液に浸漬され、図２のステップ１１４に示したように、レジスト膜４２が剥離される。さらに、ステップ１１６に示したように、耐食膜４０が剥離液により除去（剥離）される。このようにしてレジスト膜４２、耐食膜４０が除去されたウエハ３０は、各ブランク３２が接続部４６から分離されて小片にされる。図４は、このようにして形成されたブランク３２の一例を示す斜視図である。
【００１８】
このブランク３２は、長手方向がＺ´軸に沿った方向となっており、幅方向がＹ´軸に沿った方向となっている。また、平面５０に直交した厚み方向がＸ軸に沿った方向となっていて、平面５０を形成しているＸ´Ｚ´面内においてＸ´軸に沿った方向にすべり振動をする。そして、ブランク３２は、図５に示したように、図の上下の曲面５２に電極が形成され、圧電振動片（ＡＴカット圧電振動片）６０にされる。電極は、励振電極５４と、励振電極５４と一体に形成した接続電極５６とからなり、これらが上下面に対称に形成してある。そして、圧電振動片６０は、接続電極５６が図示しないパッケージ側のマウント電極に、導電性接着剤などにより接合され、圧電振動子等の圧電デバイス（図示せず）にされる。
【００１９】
このように、実施の形態においては、人工水晶の原石１０をＹ軸に直交して切断してブロック２０を形成し、その後、ブロック２０をＹＺ平面に平行して切断することによりウエハ３０を形成し、さらにウエハ３０を所定厚みに加工する。そして、所望の特性の圧電振動片６０を形成する場合、ウエハ３０の結晶軸（Ｚ軸またはＹ軸）に対して圧電振動片にするブランク３２の軸線を、ＹＺ面内において所定角θだけ回転させてフォトエッチングするため、所定角θを正確に設定することが可能である。このため、ブランク３２のカット角のばらつきを非常に小さくすることができ、ロット内における圧電振動片６０のカット角のばらつきを小さく抑えることができ、高精度の圧電振動片６０とすることができる。
【００２０】
そして、実施形態においては、微細な形状加工を高精度で行なうことができるフォトエッチングによってブランク３２を形成しているため、図６（１）に示したコンベックス形状ばかりでなく、同図（２）〜（５）に示したような形状によるエネルギー閉じ込めができる。それらの圧電振動片を容易に形成することができる。なお、図６においては、Ｘ軸方向から見た正面図を示しており、図の左右方向がＺ´軸方向、図の上下方向がＹ´方向、紙面に直交した方向がＸ軸方向である。
【００２１】
なお、前記実施形態においては、耐食膜４０とウエハ３０とをエッチング液を用いたウエットエッチングによってブランク３２を形成する場合について説明したが、これらをエッチングガスによるドライエッチングをしてブランク３２を形成するようにしてもよい。また、前記実施形態においては、ＡＴカット圧電振動片を形成する場合について説明したが、他の圧電振動片の形成にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る圧電振動片の形成方法の説明図である。
【図２】実施の形態に係る圧電振動片の形成方法を説明するフローチャートである。
【図３】エッチングしたウエハを模式的に示した斜視図である。
【図４】実施の形態に係るブランクの一例を示す斜視図である。
【図５】実施の形態に係る圧電振動片の一例を示す斜視図である。
【図６】実施形態に係る圧電振動片の形状の例を示す図である。
【図７】ＡＴカット圧電振動片の周波数温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１０………原石（圧電材料）、２０………ブロック、３０………ウエハ（薄板）、３２………ブランク（小片）、４０………耐食膜、４２………レジスト膜、６０………圧電振動片。
【図１】
2004357121.tif 000003
【図２】
2004357121.tif 000004
【図３】
2004357121.tif 000005
【図４】
2004357121.tif 000006
【図５】
2004357121.tif 000007
【図６】
2004357121.tif 000008
【図７】
2004357121.tif 000009