(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚のウエハから多数の圧電素子を得る圧電素子の製造方法であって、
前記ウエハの少なくとも一主面に、平面視矩形状の圧電素子領域がマトリクス状に多数整列した金属膜からなるパターンを形成する圧電素子パターン形成工程と、
前記圧電素子領域の長辺および短辺に沿って伸びる縦横の境界線のうち、少なくとも一方の境界線に対して溝を機械的手段によって形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程後にエッチングを行い、各圧電素子領域の主面の中央部または外周部を所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させ、かつ前記縦横の境界線のうち前記溝が形成されていない境界線の領域を薄肉化することによって圧電素子の外側面とつながったブリッジ部を形成するエッチング工程と、
前記ブリッジ部を折り取ることによって個体の圧電素子に分割する分割工程と、
を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記境界線の溝が形成された領域のウエハの残存厚みが、前記エッチング工程において圧電素子領域が薄肉化される厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記溝が不連続であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記溝の形成手段が、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずに上方にブレードを上昇させるダイシングか、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させて所定の距離だけ切断するダイシングのいずれか一方または両方であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法によって得られた圧電素子を、容器に収容するとともに当該容器に蓋を接合することによって前記圧電素子を気密に封止することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電素子の製造方法と、当該製造方法によって得られた圧電素子を用いた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電デバイスは移動体通信の基地局等、様々な分野に広く用いられている。例えば一般的な表面実装型の水晶振動子は、ＡＴカット水晶振動板の表裏主面に励振電極等が付加された水晶素子と、この水晶素子を収容するための凹部を備えた容器と、当該容器との接合によって前記凹部を気密封止する蓋とが主な構成部材となっている。前記水晶素子は平面視略矩形であり、その一短辺側の両端部が容器の凹部内に設けられた電極パッドに導電性接着剤等を介して片持ち接合されている。
【０００３】
ところで近年、水晶振動子の発振周波数の高周波化が要求されるようになってきている。例えば１００ＭＨｚ以上の高周波帯になってくると、ＡＴカット水晶振動板は発振周波数がその厚みに反比例するため水晶振動板は極薄になってくる。このため振動部を薄肉化して高周波化するとともに、この薄肉領域の周囲に該薄肉領域よりも厚い厚肉部を設けることによって機械的強度を補って取り扱い易くした構造が知られている（所謂、逆メサ構造）。
【０００４】
このような水晶振動板は、例えば１枚の水晶ウエハからフォトリソグラフィ技術とウエットエッチング（湿式エッチング）を用いることによって一括同時に多数個を成形することができる。そして水晶ウエハに励振電極等を形成した後に、ウエハを分割することによって多数の水晶素子を効率的に得ることができる。
【０００５】
水晶振動子が実装される電子機器の小型化に伴い、水晶振動子もパッケージの小型化が進行している。例えば平面視矩形状のパッケージの外形寸法が縦２．５ｍｍ×横２．０ｍｍのものから、縦１．６ｍｍ×横１．２ｍｍのものへ移行してきている。パッケージの外形寸法が縦２．５ｍｍ×横２．０ｍｍのときは、前記薄肉部の周囲の全てを厚肉部が包囲する構造の水晶振動板であっても水晶振動子の特性上、問題無く対応できていた。しかし、パッケージの外形寸法が縦１．６ｍｍ×横１．２ｍｍ以下にまで小さくなってくると当該パッケージ内に収容される水晶振動板も非常に小さくなるため、前記構造では振動部の領域が狭小化して良好な特性が得ることが困難になってくる。そこで薄肉部の外側を周回する厚肉部のうち、一部について厚肉部を形成しないようにすることで振動部の面積を拡大する構成が考えられている。このような構成の水晶振動板は例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６００６９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示すような厚肉部の一部が形成されない水晶振動板をウエットエッチングのみで成形する場合、厚肉部が形成されない領域の端面がエッチング時間の増大に伴って歪な形状となることがある。厚肉部が形成されない領域の端面が歪な形状になると、落下等による外部衝撃を受けた際に前記端面からチッピングが発生してクラックに至る危険性が高まる。また、厚肉部が薄肉部の全周に亘って形成された構成であってもウエットエッチングのみによって水晶振動板の外形を貫通させて成形する場合は製造工程が煩雑になるとともに、水晶振動板の側面が水晶の異方性によって垂直面にならずに傾斜面となって成形されてしまうという問題がある。
【０００８】
ウエットエッチング以外に水晶ウエハから各水晶素子へ分割する方法としてはダイシングがある。しかしダイシングの場合、水晶振動板のチッピングが発生する割合がウエットエッチングよりも高くなってしまうという問題がある。
【０００９】
また、１枚の水晶ウエハからダイシングを用いて多数の水晶素子を得る工法においては、水晶振動板の一主面側の電極を他主面側に引き回すための側面電極の形成が困難となる。このため個片に分割された水晶素子を容器内に導電性接着剤を用いて導電接合する際、容器の電極パッドから水晶振動板の上面側の電極まで及ぶように接着剤を塗布（上塗り）する必要がある。このように接着剤を水晶振動板の上面側まで塗布することは、水晶振動子の低背化を阻害することになってしまう。
【００１０】
前記側面電極を形成せずに電極パッドと水晶素子の上面側の電極とを電気的に接続する方法としては次のものがある。例えば水晶振動板に貫通孔を形成して該貫通孔の内壁面に導体を被着させた「スルーホール」や、前記貫通孔の内部に導体を充填した「ビア」（Ｖｉａ  Ｈｏｌｅ）を形成する方法がある。しかしこれらの方法の場合、貫通孔の穿孔や導体の形成等が必要となり、製造工程が煩雑になる。さらに水晶振動板が小型になるほど振動領域の面積に対して貫通孔の面積が占める割合が高くなり、充分な振動領域を確保できなくなる結果、良好な水晶振動子の特性が得ることが困難になってくる。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型化かつ低背化に対応するとともに圧電素子の外形の歪みを抑制し、生産効率にも優れた圧電素子の製造方法と、当該圧電素子を用いた圧電デバイスを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、１枚のウエハから多数の圧電素子を得る圧電素子の製造方法であって、前記ウエハの少なくとも一主面に、平面視矩形状の圧電素子領域がマトリクス状に多数整列した金属膜からなるパターンを形成する圧電素子パターン形成工程と、前記圧電素子領域の長辺および短辺に沿って伸びる縦横の境界線のうち、少なくとも一方の境界線に対して溝を機械的手段によって形成する溝形成工程と、前記溝形成工程後にエッチングを行い、各圧電素子領域の主面の中央部または外周部を所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させ、かつ前記縦横の境界線のうち前記溝が形成されていない境界線の領域を薄肉化することによって圧電素子の外側面とつながったブリッジ部を形成するエッチング工程と、前記ブリッジ部を折り取ることによって個体の圧電素子に分割する分割工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。
【００１３】
上記発明によれば、厚肉部の一部が形成されていない構成の圧電振動板であっても、厚肉部が形成されていない領域の端面が歪な形状となるのを防止することができる。これは溝形成工程によって溝を形成してウエハの厚みを予め減じておくことによって、エッチングで薄肉化する厚みが減少し、エッチングに要する時間を減少させることができることによる。またエッチングに要する時間を減少させることにより、圧電材料の異方性の影響を抑制して圧電振動板の側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。
【００１４】
また上記発明によれば、主面の中央部または外周部が薄肉化された圧電素子の製造効率を大幅に向上させることができる。これはエッチング工程において、圧電素子領域の主面の中央部または外周部をエッチングによって所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させることができることによる。
【００１５】
従来の方法では圧電素子領域の主面の中央部または外周部を薄肉化する量（厚み）と圧電素子領域の外周部を貫通させる量（厚み）とが異なることから、一括でエッチングを行うことができなかった。そのためレジストを少なくとも２回塗布する必要があり、これに伴って製造工程が増加して煩雑になっていた。
【００１６】
これに対して本発明では１回のレジスト塗布のみで、圧電素子領域の主面の中央部または外周部の薄肉化と、圧電素子領域の外周部の貫通とを行うことができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために請求項２に係る発明は、前記境界線の溝が形成された領域のウエハの残存厚みが、前記エッチング工程において圧電素子領域が薄肉化される厚みよりも小さいことを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。
【００１８】
上記発明によれば、圧電素子領域の外形の成形と圧電素子領域の薄肉化とを１回のエッチングだけで完了させることができる。これは溝が形成された境界線部分のウエハの残存厚みが、圧電素子領域の薄肉化される厚みよりも小さいため、圧電素子領域の薄肉化が完了した時点では圧電素子領域の外周部である溝部分は確実に貫通されることによる。これにより、従来のようにレジストの塗布回数を少なくすることができ、主面の中央部または外周部が薄肉化された圧電素子の製造効率を大幅に向上させることができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために請求項３に係る発明は、前記溝が不連続であることを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。
【００２０】
上記発明によれば、溝が不連続であるためエッチング工程完了後の状態においてウエハの外周縁付近に枠部を残すことができるとともに、ウエハの外周縁から内側にある多数の圧電素子領域の間に捨代領域を確保することができる。これにより、マトリクス状に連なった多数の圧電素子領域を保持する領域が増えるため、ウエハの剛性の低下を抑制することができる。その結果、圧電素子の製造過程においてウエハを取扱い易くすることができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために請求項４に係る発明は、前記溝の形成手段が、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずに上方にブレードを上昇させるダイシングか、回転したダイシングブレードを前記ウエハの上方から降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させて所定の距離だけ切断するダイシングのいずれか一方または両方であることを特徴とする圧電素子の製造方法となっている。
【００２２】
上記発明によれば、不連続な溝を効率的に形成することができる。これは、回転したダイシングブレードをウエハの上方から鉛直方向に降下させてウエハの一部を切断し、その状態から水平方向に移動させずにそのまま上方にブレードを上昇させるようなダイシング（本発明において「チョッパーカットダイシング」という）や、回転したダイシングブレードをウエハの上方から鉛直方向に降下させた後に水平方向にダイシングブレードを移動させ、チョッパーカットダイシングよりも長い距離を切断するようなダイシング（本発明において「チョッパートラバースカットダイシング」という）が、小さなワークの切断に適していることによる。つまり、チョッパーカットダイシングおよびチョッパートラバースカットダイシングが、ウエハの一方の外周端部から他方の外周端部までを直線状に連続的に切断する加工ではなく、ウエハの外周端部から内側に離間した領域内を直線状に不連続に切断するものである。このような切断方法により、製造過程で微小な水晶素子が分離されずにウエハ状態で一体的に取り扱うことができる。
【００２３】
前述したチョッパーカットダイシングとチョッパートラバースカットダイシングの両方またはどちらか一方を用いることによって、ウエハの外周縁付近に枠部を残すことができる。これは微小な圧電素子領域が多数形成された１枚のウエハの端部から内側に離間した領域を始点および終点とすることによって、ウエハの外周縁付近に枠部を残すことができることによる。またチョッパーカットダイシングまたはチョッパートラバースカットダイシングを用いることによって、ウエハの外周縁から内側にある多数の圧電素子領域の間に捨代領域を残すことができる。これにより、マトリクス状に連なった多数の圧電素子領域を保持する領域が増えるため、ウエハの剛性を高めることができる。その結果、圧電素子の製造工程においてウエハを取扱い易くすることができる。
【００２４】
なおダイシングブレードを用いることによって、例えばレーザービームやドライエッチングのような乾式加工によって溝を形成するよりも、ウエハ主面へのダメージを少なくすることができる。また熱的にもダイシングブレードによる加工の方が、レーザービームやドライエッチングによる加工よりも加工時の温度上昇を低く抑えることができるため、ウエハに与える熱の影響を少なくすることができる。
【００２５】
ウエットエッチングのような湿式加工の場合は前記熱の影響を少なくすることができるものの、ダイシングブレードによる加工に比べて加工速度が遅くなる。またウエットエッチングの場合、特に水晶からなるウエハでは水晶の結晶軸によって溶解速度の差が生じるため、エッチング量（エッチング時間）が多くなると歪な断面形状となり易い。これに対して、ダイシングブレードによる加工ではこれらの欠点を補うことができる。
【００２６】
また、上記目的を達成するために請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法によって得られた圧電素子を、容器に収容するとともに当該容器に蓋を接合することによって前記圧電素子を気密に封止することを特徴とする圧電デバイスの製造方法となっている。
【００２７】
上記発明によれば、薄肉部の端面が歪な形状とならない圧電素子が用いられた圧電デバイスであるため、落下等による外部衝撃を受けた際に前記端面からのチッピングの発生を抑制することができる。また、特に小型かつ高周波帯の圧電デバイスにおいて、厚肉部の一部が形成されない逆メサ構造の圧電素子の振動領域をより広く確保することができるため、良好な特性の圧電デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、小型化かつ低背化に対応するとともに圧電素子の外形の歪みを抑制し、生産効率にも優れた圧電素子の製造方法と、当該圧電素子を用いた圧電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る水晶振動子の上面模式図
【図２】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す上面模式図
【図３】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図４】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図５】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図６】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図７】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図８】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す上面模式図
【図９】図８のＢ部拡大図
【図１０】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図１１】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す斜視図
【図１２】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す部分拡大図
【図１３】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図１４】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す部分拡大図
【図１５】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図１６】本発明に係る水晶素子の分割工程前の上面模式図
【図１７】本発明に係る水晶素子の分割工程後の上面模式図
【図１８】本発明に係る溝形成工程での溝の深さ比と水晶素子端面との関係を表す図
【図１９】本発明の他の実施例に係る分割工程前の水晶素子の上面模式図
【図２０】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図２１】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【図２２】本発明に係る水晶素子の製造方法を表す断面模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を圧電デバイスとして水晶振動子を例に挙げ、図面を参照しながら説明する。本実施形態において水晶振動子１は略直方体状のパッケージ構造からなる表面実装型の水晶振動子である。
【００３１】
図１は本発明の実施形態に係る水晶振動子の上面模式図である。なお図１では後述する蓋を取り除いた状態で表している。水晶振動子１は、凹部６を有する容器３と、水晶素子２と、凹部６を封止する平板状の蓋（図示省略）が主な構成部材となっている。水晶素子２は蓋と容器３とが接合されることによって形成される空間に気密に封止される。本実施形態において容器３と蓋とは、金錫合金（ＡｕＳｎ）等の合金を加熱雰囲気下で溶融させる融着法によって接合される。なお容器３と蓋との接合は融着法だけでなく、他の接合方法も適用可能である。例えばガラス樹脂を加熱雰囲気下で溶融させて蓋と容器とを接合する方法や、シーム溶接法も適用可能である。
【００３２】
図１において、容器３はアルミナ等のセラミックを主体とした絶縁性材料からなる箱状体であり、セラミックグリーンシートを積層して一体焼成することによって成形されている。容器３は枠状の堤部３０の内側に平面視矩形状の凹部６を有しており、凹部６の内底面３００の一端側には水晶素子搭載用パッド（電極）４，４が一対で並列形成されている。この一対の水晶素子搭載用パッド４，４は、例えばタングステンメタライズ層の上面にニッケル、金の順でメッキ等の手法により金属層を積層することによって形成されている。一対の水晶素子搭載用パッド４，４は、容器３の内部に形成された内部配線（図示省略）を経由して、容器３の外底面に設けられた複数の外部接続端子（図示省略）の一部と電気的に接続されている。
【００３３】
図１において、堤部３０の上面には図示しない接合材が平面視環状に形成されている。本実施形態では前記接合材は３層から成り、下から順にタングステンメタライズ層、ニッケルメッキ層、金メッキ層の構成となっている。この接合材は平板状の蓋の外周部分と対応している。なお、タングステンの代わりにモリブデンを用いてもよい。
【００３４】
前述した蓋はコバールを基体とする平面視矩形状の金属からなる平板である。当該蓋の表裏面にはニッケルメッキ層が形成されている。また蓋の容器との接合面側の周縁部には、前記ニッケルメッキ層の上に封止材として金錫合金（ＡｕＳｎ）が周状に形成されている。蓋と容器とは、蓋の封止材と容器の堤部上面の接合材とが当接するように位置決めされた状態で加熱されることによって融着される。
【００３５】
水晶素子２は、平面視矩形状のＡＴカット水晶振動板の表裏主面に各種電極が付加された圧電素子である。水晶振動板には、振動部であり中央部分が周囲よりも薄肉に加工された薄肉部２０と、薄肉部２０の外側に薄肉部よりも厚肉の厚肉部２１とが形成されている（所謂、逆メサ形状）。厚肉部２１と薄肉部２０の間には薄肉部２０に向かって漸次薄肉となる傾斜面２２が形成されている。本実施形態では水晶振動板の長辺方向にＸ軸が、水晶振動板の短辺方向にＺ軸がそれぞれ設定されている。
【００３６】
本実施形態において厚肉部２１は薄肉部２０を包囲するように成形されているが、水晶振動板の１つの長辺の中央部を含む領域が途切れた状態になっている。つまり、平面視では厚肉部２１はアルファベットの「Ｃ」の文字状に成形されている。厚肉部をこのような形状とすることによって、厚肉部が薄肉部の全周を包囲する構成に比べて薄肉部の面積をより大きく確保することができる。これにより、振動領域をより広く確保することができるので水晶振動子の等価抵抗値を低下させることができる。
【００３７】
水晶振動板の外形形状はウエットエッチング（湿式エッチング）およびフォトリソグラフィ技術を用いることによって成形されている。傾斜面２２はＡＴカット水晶振動板をウエットエッチングすることによって現れる結晶面となっている。
【００３８】
図１に示すように水晶振動板の薄肉部２０の表裏主面の略中央には、平面視矩形の一対の励振電極７ａ，７ｂが薄肉部２０を挟んで対向形成されている。薄肉部２０の一主面に設けられた励振電極７ａの角部を含む領域からは、引出電極８ａが水晶振動板の一短辺側２ａの一方の角部に向かって斜め方向に引き出されている。そして引出電極８ａの終端は接着電極９ａとなっている。
【００３９】
同様に、薄肉部２０の他主面に設けられた励振電極７ｂの角部を含む領域からは、引出電極８ｂが水晶振動板の一短辺側２ａの他方の角部に向かって斜め方向に引き出されている。そして引出電極８ｂの終端は接着電極９ｂとなっている。
【００４０】
引出電極８ａと８ｂおよび、接着電極９ａと９ｂとはそれぞれ一対となっており、平面視では重ならない位置関係となっている。そして接着電極９ａは、水晶振動板の長辺側の側面Ｌ１のうち一短辺側２ａ寄りの領域に水晶振動板の厚み方向全体に及ぶように形成されている。同様に接着電極９ｂは、水晶振動板の長辺側の側面Ｌ２のうち一短辺側２ａ寄りの領域に水晶振動板の厚み方向全体に及ぶように形成されている。なお接着電極９ａは水晶振動板の一短辺側の側面Ｗ１の上側の稜部付近にも及ぶように形成されている。つまり、接着電極９ａは水晶振動板の上面と長辺側面Ｌ１と、短辺側面Ｗ１の上側の稜部付近とに及ぶように形成されている。これは後述するスリット部の内部にも電極材料がスパッタリングされることによるものである。同様に接着電極９ｂは水晶振動板の下面と長辺側面Ｌ２と、短辺側面Ｗ１の下側の稜部付近とに及ぶように形成されている。
【００４１】
本実施形態では一対の引出電極８ａ，８ｂは同一の幅で形成されておらず、励振電極７ａまたは７ｂの角部から接着電極９ａまたは９ｂに向かって漸次幅広となるように形成されている。このような形状によりスプリアス（不要振動）の発生を抑制することができる。なお水晶振動子の特性上、不要振動はできるだけ発生しないことが望ましい。
【００４２】
本実施形態では励振電極７ａ，７ｂ、引出電極８ａ，８ｂ、接着電極９ａ，９ｂはクロム（Ｃｒ）を下地として、その上層に金（Ａｕ）が積層された構成となっており、これらの金属膜はスパッタリングによって成膜されている。なお励振電極と引出電極と接着電極はフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いてパターン形成されている。フォトリソグラフィ技術を用いることによって、水晶振動板の外形サイズが微小となっても高精度にこれらの電極を形成することができる。
【００４３】
水晶素子２の長辺方向の一端側に設けられた接着電極９ａ，９ｂは、導電性接着剤５，５を介して水晶素子搭載用パッド４，４の上に導電接合されている。具体的には、予め水晶素子搭載用パッド４に導電性接着剤５を塗布しておき（下塗り）、この導電性接着剤の上に水晶振動板の一短辺側２ａが位置するように水晶素子２を位置決め載置する。本実施形態では水晶振動板の上面側の接着電極に及ぶように、前記下塗り接着剤上に接着剤が重ね塗り（上塗り）されていない。これは接着電極が、水晶振動板の長辺側面および短辺側面の各々に及ぶように形成されているため、これらの側面部分の電極に下塗り接着剤が及ぶことによって水晶振動板の表裏間の導通が確保できるからである。これにより導電性接着剤を水晶振動板の上面側まで塗布する必要がなくなり、水晶振動子の低背化を図ることができる。
【００４４】
本実施形態では導電性接着剤５としてシリコーン系の導電性樹脂接着剤が用いられている。なおシリコーン系以外の導電性接着剤を用いることも可能である。また、水晶素子と水晶素子搭載用パッドとの接合手段は導電性接着剤に限定されるものではなく、他の接合手段であってもよい。例えば導電性のバンプを用いて、超音波を印加した熱圧着ＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって水晶素子と水晶素子搭載用パッドとを導電接合してもよい。
【００４５】
次に本発明に係る水晶素子の製造方法の主要な工程について、図２乃至１８を参照しながら説明する。
−圧電素子パターン形成工程−
図２乃至９を参照しながら圧電素子パターン形成工程について説明する。まず図２に示すようにＡＴカットからなる水晶ウエハ２００（以下、ウエハと略）の一主面２０１と他主面２０２のそれぞれの全面に、スパッタリングによって金属膜Ｍを成膜する（金属膜形成工程）。ウエハ２００は平面視矩形状であり、縦５６ｍｍ、横５４ｍｍとなっている。なおウエハの厚みは０．０８ｍｍとなっている。本実施形態ではウエハの長手方向にＸ軸が、ウエハの短手方向にＺ軸がそれぞれ設定されている。なおウエハの形状は板状に限らず円盤状であってもよい。
【００４６】
図３は図２におけるＡ−Ａ線における断面図の一部を表したものとなっている。金属膜Ｍはクロムを下地として、その上に金が積層された構成となっている。ここでクロム層の厚さは金層の厚さに比べて極薄であるため、本発明の実施形態の説明で用いる全ての断面図においてクロム層の記載は省略している。
【００４７】
次に図４に示すように、ウエハ２００の表裏主面全体に形成された金属膜Ｍの上にレジストＲを形成する。本実施形態ではレジストＲとしてポジ型レジストが用いられている。
【００４８】
そして図５に示すように、所定形状に開口パターンＥが形成されたフォトマスクＰＭを介して紫外線ＵＶを照射してフォトマスクの開口パターンをレジストに転写する（露光工程）。図５ではウエハ２００の片面（一主面２０１）側への露光を行なっている状態を表している。次に現像を行うことにより、図６に示すように感光した領域のレジストが除去され、当該領域下の金属膜Ｍが露出する（現像工程）。なお図５以降における断面模式図において、一単位の水晶素子の領域を明示するために図中においてこれを「一区画」と表示している。
【００４９】
次に金に対して腐食性を有するエッチング液（メタルエッチング液）にウエハを浸漬することによって、レジストＲで覆われていない領域の金属膜Ｍを除去する（メタルエッチング工程）。メタルエッチング工程によって図７に示すように、レジストで覆われていない領域の金が除去されて水晶素地が露出した状態となる。なお本実施形態ではエッチング液は硝酸系のものが用いられているが、他の系統のエッチング液を用いてもよい。
【００５０】
次に残存していたレジストＲを剥離することによって、平面視でアルファベットの「Ｃ」字状に成形された金属膜Ｍがマトリクス状に多数整列したパターンが形成される。なお本実施形態において「Ｃ」字状の金属膜Ｍの外周の４つの角部を直線で結ぶと平面視では矩形となっており、当該矩形の領域が水晶素子領域となる。本実施形態では１単位の圧電素子領域の平面視における外形寸法は長辺が０．８６ｍｍで短辺が０．６４ｍｍとなっている。
【００５１】
圧電素子パターン形成工程において形成された平面視矩形状の圧電素子領域（以下、水晶素子領域２４と記載）は、隣接する水晶素子領域との間に境界線となる領域が設けられている（図９参照）。前記境界線は水晶素子領域２４の長辺および短辺に沿って縦横に伸びるようにウエハ内に形成されている（図９中の点線枠参照）。具体的には図９に示すように、水晶素子領域２４の長辺に沿って伸びる境界線はＢＬ１となっており、水晶素子領域２４の短辺に沿って伸びる境界線はＢＬ２となっている。境界線ＢＬ１はＢＬ１Ｗで示す線幅（０．０６ｍｍ）を有し、境界線ＢＬ２はＢＬ２Ｗで示す線幅（０．０４ｍｍ）を有している。本実施形態では短辺に沿って伸びる境界線ＢＬ２の線幅の方が、長辺に沿って伸びる境界線ＢＬ１の線幅よりも小さくなっている。なお、縦横の境界線の線幅は同一、あるいは境界線ＢＬ２の線幅の方が境界線ＢＬ１の線幅よりも大きくなってもよい。
【００５２】
−溝形成工程−
次に溝形成工程について図１０乃至１３を参照しながら説明する。なお図１０以降における断面模式図は図９のＣ−Ｃ線における断面図を表している。前述した縦横の境界線ＢＬ１，ＢＬ２のうち、図１０乃至１１に示すように水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線ＢＬ１に対して、所定の深さの溝を機械的手段によって形成する（溝形成工程）。なお本実施形態では溝の形成はウエハ２００の片面（一主面２０１）だけに対して行われているが、ウエハ２００の両面（２０１，２０２）に対して行ってもよい。
【００５３】
本実施形態では前記溝の形成手段としてダイシングブレードが用いられている。ダイシングブレードＤはブレードの表面に砥粒が樹脂で固定されたものであり、円盤状となっている。本実施形態ではダイシングブレードＤは刃厚は０．０５ｍｍで、直径は５１．５ｍｍとなっている。なおダイシングブレードの直径は本実施形態の場合、５０ｍｍ〜６０ｍｍのものが使用可能である。となっている。回転したダイシングブレードＤ（以下、ブレードと略）は、縦横の境界線ＢＬ１，ＢＬ２のうち境界線ＢＬ１のみに沿って断続的に縦走させられる。
【００５４】
具体的には図１１に示すように、ウエハ２００の一主面２０１に形成された複数の境界線ＢＬ１のうち、ウエハの短手方向において最も端にある境界線ＢＬ１から溝が形成される。
【００５５】
ブレードＤは境界線ＢＬ１の線幅の略中央を狙ってウエハに降下される。このときブレードＤの最初の降下位置はウエハ２００の外周縁ではなく、当該外周縁に最も近い位置の水晶素子領域の端部となる。ここでブレードＤは所定の深さだけウエハ内に進入するように制御されている。そして所定の深さ（本実施形態では約０．０３ｍｍ）を維持しつつ、境界線ＢＬ１の伸長方向に沿って予め設定された距離だけスクライブされる（所謂、チョッパートラバースカット）。
【００５６】
その後ブレードＤは上昇し、境界線ＢＬ１の伸長方向に沿って所定距離だけ空中で移動させられる。以後これらの一連の動作が繰り返し行われ、同一境界線上の終端付近に到達すれば、隣接する次の境界線ＢＬ１に対して同様の溝形成が行われる。以降、図１１に示す矢印Ｆの方向に向かって不連続な溝が互いに平行になるように順次形成される。なお図１１では説明の便宜上、水晶素子領域は実際よりも大きく表示している。前述したブレードによる溝形成は、ブレードを固定し、ウエハを相対移動させることによって行ってもよい。また、ダイシングブレードの大きさおよび水晶素子領域の大きさ等に応じて、チョッパートラバースカットとチョッパーカットのいずれか一方または、両方を併用してもよい。
【００５７】
溝形成工程によって溝が形成されたウエハの部分拡大図を図１２に示す。溝Ｇ１は水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線ＢＬ１に対して、不連続な状態で形成されている。図１２では溝Ｇ１は、複数の境界線ＢＬ１のうち図中の縦方向中央付近において溝が形成されていない領域が存在している。本実施形態ではブレードＤの直径とウエハ２００の外形寸法や溝の深さとの関係から、境界線ＢＬ１に沿ってスクライブされる距離は水晶素子領域１０個分程度の長さとなっている。このように境界線ＢＬ１上において溝が形成されていない領域が断続的に形成されることによって、後述するエッチング工程後の状態においてウエハが貫通しない領域（捨代領域）を確保することできる。これによりウエハの剛性の低下を抑制することができ、水晶素子の製造過程においてウエハを取り扱い易くすることができる。以上のように、溝Ｇ１は不連続であるため、エッチング工程完了後の状態においてウエハの外周縁付近に枠部を残すことができるとともに、ウエハの外周縁から内側にある多数の水晶素子領域の間に桟（捨代領域）を確保することができる。
【００５８】
図１３は溝形成工程後におけるウエハ２００の断面模式図である。溝形成工程で形成される溝Ｇ１の深さｄ１は約０．０３ｍｍとなっている。本実施形態ではウエハ２００の厚みは０．０８ｍｍであり、ウエハの全厚に対して溝ｄ１の深さが占める割合は３７．５％となっている。溝Ｇ１の内壁面はダイシングブレードによる破砕面となっているため、その表面には微小な凹凸が形成されている。なおブレードＤは円盤状であるため、スクライブの始点付近および終点付近ではブレードの曲率がウエハに転写される。これによりウエハの外周縁付近や、境界線ＢＬ１の溝が形成されない領域において溝の深さが漸次浅くなる領域が存在している。一方、境界線ＢＬ１のうち水晶素子領域の長辺に対応する領域の溝は略一定の深さとなっている。
【００５９】
−エッチング工程−
次にエッチング工程について図１４乃至１６を参照しながら説明する。エッチング工程は水晶素子領域の長辺に沿って溝が形成されたウエハを、水晶に対して腐食性を有するエッチング容液に浸漬することによって化学的にエッチング（ウエットエッチング）する工程である。本実施形態では前記エッチング溶液としてフッ化アンモニウム溶液が用いられている。
【００６０】
ウエハ２００はエッチング溶液に浸漬されることによって、図１４に示すように金属膜Ｍで覆われていない領域が溶解していく（図中の符号ＴＨ）。金属膜Ｍはエッチング溶液に対して耐性を有するマスクとして機能するため、金属膜Ｍで被覆された領域下の水晶はエッチング溶液によって溶解されずに残存する。
【００６１】
エッチング工程では、水晶素子領域の水晶主面の中央部および当該中央部から１つの長辺縁部まで至る水晶領域が所定の厚さまで薄肉化される。このとき水晶は異方性材料であるため軸方向によってエッチング時の溶解の速度が異なり、図１４乃至１５に示すように傾斜面２２が現れる。
【００６２】
エッチング工程では、このとき同時に溝Ｇ１の下方に残存した水晶部分（ｄ２）も溶解して他主面２０２まで貫通する。これにより貫通部ＴＨが形成される。貫通部ＴＨは水晶素子領域２４の長辺の少なくとも全長に至る長さで貫通しており、貫通部ＴＨの内壁面の一部は水晶素子領域の長辺の側面に相当する領域となっている。貫通部ＴＨの内壁面は図１５に示すようにウエハ２００の一主面２０１および他主面２０２に対して、垂直に近い状態となっている。また溝形成工程で形成された溝の内壁面はウエットエッチングによって、ダイシングによって形成された微小な凹凸が平滑化された状態となっている。これにより、水晶素子の長辺の端部におけるチッピング等の発生を抑制することができる。その結果、水晶振動子の耐衝撃性能を向上させることができる。
【００６３】
前述したように前記貫通部ＴＨの内壁面は、ウエハ２００の主面に対して垂直に近い状態となっているため、後述する分割工程によって得られる水晶素子の長辺の側面は、機械加工によって生じた溝内部の微小な凹凸がエッチングによって平滑化された「準平滑領域」と、エッチングによる溶解のみで穿孔された「平滑領域」とが連続した側面となっている。つまり本実施形態では一主面２０１側のみに溝を形成しているため、個片化された水晶素子の長辺の側面は、水晶の一主面２０１に近い稜部付近では準平滑領域となり、当該準平滑領域に連続して他主面２０２側へ平滑領域が形成されている。
【００６４】
このような表面状態の側面により、例えば水晶素子の励振電極の表裏間の電気的接続のための引出電極を長辺の側面に形成する場合、断線し易い稜部を含む領域が準平滑面となっているため、アンカー効果によって電極膜の密着強度を高めることができる。また稜部以外の領域は平滑面となっているため外部衝撃を受けた際に水晶素子にチッピングを発生するのを抑制することができる。
【００６５】
本実施形態では、境界線ＢＬ１の溝が形成された領域におけるウエハの残存厚み（ｄ２）が、エッチング工程において水晶素子領域が薄肉化される総厚（ｄ３×２）よりも小さくなっている。
【００６６】
これにより、水晶素子領域の外形の成形と水晶素子領域の薄肉化とを１回のエッチングだけで完了させることができる。これは溝Ｇ１が形成された境界線部分ＢＬ１のウエハの残存厚みｄ２が、水晶素子領域の薄肉化される厚みｄ３よりも小さいため、水晶素子領域の薄肉化が完了した時点では水晶素子領域の外周部である溝部分は確実に貫通されることによる。これにより、従来のようにレジストの塗布回数を少なくすることができ、主面の中央部または外周部が薄肉化された水晶素子の製造効率を大幅に向上させることができる。
【００６７】
エッチング工程ではさらに、図１６のように縦横の境界線ＢＬ１，ＢＬ２のうち溝が形成されていない境界線ＢＬ２の領域、つまり水晶素子領域の対向する２つ短辺の外側の領域も薄肉化されることになる。これらの薄肉化された領域は目視では微小な隙間であり、図１６ではスリットＳＬ１，ＳＬ２として表している。このスリットＳＬ１，ＳＬ２における水晶の厚みは、薄肉部２０と略同一の厚みとなっている。
【００６８】
スリットＳＬ１，ＳＬ２の領域における、隣接する水晶素子とつながっている部位はそれぞれブリッジ部ＢＧ１，ＢＧ２となっている。図１６において複数の水晶素子領域２４はウエハの長手方向については、ブリッジ部ＢＧ１およびＢＧ２によって縦方向につながっている。また複数の水晶素子領域２４はウエハの短手方向については、ブリッジ部ＢＧ１およびＢＧ２を介して貫通部ＴＨが形成されていない領域（捨代部Ｕ）によって横方向につながっている。この捨代部Ｕが存在することによってウエハの剛性を補うことができるため、エッチング工程においてウエハの撓みを生じ難くすることができる。
【００６９】
以上のようにエッチング工程によって水晶素子の外形が成形された後、金属膜Ｍをメタルエッチング液で剥離する。これにより水晶素地だけが露出した状態のウエハとなる。
【００７０】
―電極形成工程―
電極形成工程は、ウエハ内の各水晶素子領域に所定形状の電極を形成する工程である（図示省略）。前記電極は前述した励振電極（２３ａ，２３ｂ）と引出電極（８ａ，８ｂ）と接着電極（９ａ，９ｂ）を含む。本実施形態ではこれらの電極はスパッタリングによって形成される。このとき電極材料はスリット部（ＳＬ１，ＳＬ２）の内部にも侵入してスパッタリングされる。なお接着電極（９ａ，９ｂ）は、水晶振動板の対向する２つの長辺の側面の一短辺側寄りの領域全体にも及ぶように形成される。つまり一主面側の一短辺端部の接着電極は当該端部近傍の長辺側面にまで及ぶように形成される。同様に他主面側の一短辺端部の接着電極は当該端部近傍の長辺側面にまで及ぶように形成される。
【００７１】
―分割工程―
分割工程では、ウエハ内のブリッジ部ＢＧ１，ＢＧ２のいずれか一方に対して機械的な応力を与えて当該部分を分離する。そして残りのブリッジ部によってつながった水晶素子領域に、吸着ノズルを接触させて吸引することによって個片の水晶素子に分割する（分割工程）。分割された水晶素子の対向する２つの短辺の側面には折り取り痕２５が形成される。この折り取り痕は破断面であるため、アンカー効果により水晶素子と導電性接着剤との接合強度を向上させることができる。
以上が本発明に係る水晶振動子の製造方法の主要な工程の説明である。
【００７２】
本実施形態では溝形成工程において形成する溝（Ｇ１）の深さは０．０３ｍｍであり、ウエハ２００の厚み０．０８ｍｍに対して３７．５％の比率となっている。この溝の深さについて図１８を参照しながら述べる。
【００７３】
図１８は厚肉部の一部が形成されない平面視Ｃ字状の水晶素子において、溝形成工程で形成される溝の深さと、厚肉部が形成されない辺の端面の凹凸の幅との関係を表したグラフとなっている。ここで厚肉部が形成されない辺の端面の凹凸とは、長辺端面の平面視における短辺方向外側の張り出し部位と、短辺方向内側への入り込み部位の間の距離の最大値のことを指している。
【００７４】
図１８では水晶素子の長辺に沿って形成する溝の深さが０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０７ｍｍである試料を用意し、それぞれウエットエッチングを行って各種電極を形成した後、個片化したものを用いている。水晶素子の発振周波数は５５０ＭＨｚであり、ウエハの初期厚みは０．０８ｍｍとなっている。なお図１８における横軸は、初期のウエハの厚みに対する溝の深さの比を表している。すなわち深さ比では３７．５％（０．０３ｍｍ）、６２．５％（０．０５ｍｍ）、８７．５％（０．０７ｍｍ）となっている。
【００７５】
図１８によると、長辺端面の凹凸幅は溝の深さ比の増大に伴って大きくなっていることが分かる。すなわち深さ比を小さくするほど長辺端面の凹凸幅を小さくすることができる。しかしながら深さ比が３７．５％よりも小さいと、ウエットエッチングで溶解させる厚みが増大するため長辺の側面がテーパー状に傾斜し始め、最終的に主面に対して垂直に近い長辺側面を得ることが困難になってくる。またダイシングに比べて時間を要するエッチング工程でさらに時間を要することになり生産性を悪化させる要因となる。
【００７６】
逆に深さ比が８７．５％よりも大きくなってくると、エッチング工程での所要時間は減少させることができるものの、ダイシングによる加工深さが増大するため長辺端面の凹凸幅が大きくなる。また、溝が深くなるためウエハの機械的強度が低下してクラックが発生し易くなってしまう。
【００７７】
以上のことより、長辺端面凹凸幅が０．０１ｍｍよりも小さければ実用上は問題が無いことに鑑み、深さ比で３７．５％から６２．５％の範囲となるように溝の深さを設定することが好ましい。なお溝の深さは、ＡＴカットからなる水晶素子の厚み（換言すれば発振周波数）の大小に応じて設定される。
【００７８】
本発明によれば、厚肉部の一部が形成されていない構成の水晶振動板であっても、厚肉部が形成されていない領域の端面が歪な形状となるのを防止することができる。これは溝形成工程によって溝を形成してウエハの厚みを予め減じておくことによって、エッチングで薄肉化する厚みが減少し、エッチングに要する時間を減少させることができることによる。またエッチングに要する時間を減少させることにより、水晶の異方性の影響を抑制して水晶素子の側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。
【００７９】
また本発明によれば、主面の中央部または外周部が薄肉化された水晶素子の製造効率を大幅に向上させることができる。これはエッチング工程において、水晶素子領域の主面の中央部または外周部をエッチングによって所定の厚さまで薄肉化すると同時に前記溝を貫通させることができることによる。
【００８０】
ＡＴカット水晶からなるウエハをウエットエッチングする場合、結晶軸の方向によって溶解速度が異なるためエッチング時間の増大に伴って歪な断面形状となってくる。これは水晶振動板のＺ軸方向における傾斜面がより顕在化してくることによる。すなわち長辺にＸ軸が、短辺にＺ軸がそれぞれ設定されているＡＴカット水晶振動板の場合、短辺方向における傾斜面の方が、長辺方向における傾斜面よりも主面に対する傾斜角が小さいため長辺の側面が垂直な面にならずに傾斜面となってしまう。
【００８１】
これに対して本発明による水晶素子の製造方法であれば、長辺にＸ軸が、短辺にＺ軸がそれぞれ設定された水晶振動板であっても、水晶素子の長辺側面を断面視で垂直な状態に近づけることができる。なお平面視矩形状の水晶振動板において、長辺側にＺ軸を、短辺側にＸ軸をそれぞれ設定してもよい。この場合、溝形成の対象となる境界線を、水晶素子領域の短辺に沿って伸びる境界線（本実施形態ではＢＬ２に相当）とすることにより、Ｚ軸方向における傾斜面の形成を抑制することができる。
【００８２】
本発明の実施形態の変形例として、平面視矩形の水晶素子領域の外周３辺に対して溝を形成してもよい。つまり水晶素子領域２４の２つの長辺に沿って伸びる境界線ＢＬ１に加え、水晶素子領域２４の１つの短辺に沿って伸びる境界線ＢＬ２に対しても溝を形成してもよい。
【００８３】
これらの溝をエッチング工程で貫通させることによって、図１９に示すように平面視矩形の水晶素子領域の外周の４辺のうち３辺に及ぶように貫通した貫通部ＴＨ２が形成される。その結果、水晶素子領域はブリッジ部ＢＧ３を介してのみ隣接する他の水晶素子とつながっている状態となる。このようにブリッジ部がＢＧ３の１箇所のみとなるため分割工程における水晶素子の分割をより簡便に行うことができる。
【００８４】
本発明は水晶振動板の外周部が中央部分よりも薄肉に形成された「メサ形状」であっても適用可能である。メサ形状の水晶振動板の場合における製造工程の一部については図２０乃至２２に示す。なお図２０乃至２２において、前述した本発明の実施形態と同一の構成については同番号を付してその説明を割愛する。
【００８５】
図２０は圧電素子パターン形成工程において現像が完了し、レジストが剥離された状態におけるウエハ４００の断面模式図を表している。図２０では水晶素子領域の長辺に沿って伸びる境界線ＢＬ１の領域の端部から、薄肉化する領域の主面方向における距離ＴＡの分だけ内側に金属膜Ｍ２が形成されている。なお境界線ＢＬ１の幅は、前述した本発明の実施形態と同一となっている。
【００８６】
次にダイシングブレードは境界線ＢＬ１の線幅の略中央を狙ってウエハに対して降下される。溝形成工程では前述した本発明の実施形態と同様にチョッパートラバースカットが用いられている。溝形成工程後の状態は図２１に示す。なお図２１では溝Ｇ２の深さはｄ４で、溝Ｇ２が形成された領域のウエハの残存厚みはｄ５でそれぞれ表している。
【００８７】
次にエッチング工程において、水晶素子領域の主面の外周部を薄肉化すると同時に溝Ｇ２を貫通させる。これにより、図２２に示すような「メサ型」の断面形状の水晶振動板を得ることができる。なおウエハの残存厚みｄ５は、エッチング工程において水晶素子領域が薄肉化される総厚（ｄ６×２）よりも小さくなっている。
【００８８】
本発明の実施形態では水晶ウエハの一主面だけに溝を形成したが、水晶ウエハの一主面と他主面の両主面に溝を形成してもよい。この場合、溝の形成深さは水晶ウエハの表裏主面の溝の深さの合計が水晶ウエハの厚みに対して３７．５％から６２．５％の範囲に収まるように設定するのが好ましい。
【００８９】
本発明の実施形態では表面実装型の水晶振動子を例に挙げているが、水晶振動子以外に水晶フィルタや水晶発振器など他の圧電デバイスへも適用可能である。
【００９０】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
圧電振動素子および圧電デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【００９２】
１    水晶振動子
２    水晶素子
２４    水晶素子領域
３    容器
ＢＬ１、ＢＬ２    境界線
Ｇ１、Ｇ２    溝
ＢＧ１、ＢＧ２、ＢＧ３    ブリッジ部
ＴＨ、ＴＨ２    貫通部
【図１】
0006375838.tif 000002
【図２】
0006375838.tif 000003
【図３】
0006375838.tif 000004
【図４】
0006375838.tif 000005
【図５】
0006375838.tif 000006
【図６】
0006375838.tif 000007
【図７】
0006375838.tif 000008
【図８】
0006375838.tif 000009
【図９】
0006375838.tif 000010
【図１０】
0006375838.tif 000011
【図１１】
0006375838.tif 000012
【図１２】
0006375838.tif 000013
【図１３】
0006375838.tif 000014
【図１４】
0006375838.tif 000015
【図１５】
0006375838.tif 000016
【図１６】
0006375838.tif 000017
【図１７】
0006375838.tif 000018
【図１８】
0006375838.tif 000019
【図１９】
0006375838.tif 000020
【図２０】
0006375838.tif 000021
【図２１】
0006375838.tif 000022
【図２２】
0006375838.tif 000023