(57)【要約】【課題】中央領域１１ａの厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、前記中央領域１１ａの周辺は前記中央領域より厚さが薄い領域１１ｂになっているＡＴカット水晶片を含む水晶振動子の特性を調整する構造を提案する。【解決手段】前記厚さが薄い領域１１ｂの端部の少なくとも一部に端面形状調整部１１ｃを具える。この端面形状調整部１１ｃは、水晶片１１の水晶の結晶軸Ｚ′に沿う両端であって、結晶軸Ｘ軸に沿って設けてある。この端面形状調整部１１ｃの厚さは、前記厚さが薄い領域１１ｂの厚さ以上かつ前記中央領域１１ａの厚さ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央領域の厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、前記中央領域の周辺は前記中央領域より厚さが薄い領域になっているＡＴカット水晶片を含む水晶振動子において、前記厚さが薄い領域の端部の少なくとも一部に端面形状調整部を具えることを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶振動子において、
前記端面形状調整部は、ＡＴカット水晶片のＺ′軸に沿った両端であってＸ軸に沿った領域に具えることを特徴とする水晶振動子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水晶振動子において、
前記端面形状調整部は、その厚さが前記厚さの薄い領域の厚さ以上でかつ前記中央領域の厚さ以下の厚みを有したものであることを特徴とする水晶振動子。
【請求項４】
中央領域の厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、前記中央領域の周辺は前記中央領域より厚さが薄い領域になっているＡＴカット水晶片を含む水晶振動子の製造方法であって、水晶基板の各水晶片を形成する予定領域をそれぞれ覆う第１マスクを水晶基板に形成する工程と、前記第１マスクを形成した水晶基板をウエットエッチングして水晶片の外形を形成する工程と、前記第１マスクを除去した後に前記中央領域をそれぞれ覆う第２マスクを形成する工程と、前記第２マスクを形成した水晶基板をウエットエッチングして前記中央領域及び周辺部領域を形成する工程と、を含む水晶振動子の製造方法において、
前記第２マスクとして、厚さが薄い領域を形成する予定領域の少なくとも一部に端面形状調整部を形成するため当該領域を覆う調整部用マスク部をさらに具えるマスクを用いることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の水晶振動子の製造方法において、前記調整部用マスク部は、ＡＴカット水晶片のＺ′軸に沿った両端にＸ軸に沿って設けることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の水晶振動子の製造方法において、
前記調整部用マスク部は、前記厚さが薄い領域を形成するエッチング途中において当該マスク部と水晶基板との界面に生じるサイドエッチングにより一部又は全部が除去できる幅及び又は形状のものであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術を用いて製造される水晶振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子の小型化が進むに従い、機械式加工による製造方法では、水晶振動子用の水晶片の製造が困難になっている。そのため、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術を用いて製造されるＡＴカット水晶片が開発されている。
【０００３】
例えば特許文献１、２各々には、上述の技術により製造されたＡＴカット水晶片及び水晶振動子が開示されている。具体的には、特許文献１には、水晶のＸ軸と交差する側面（Ｘ面）が少なくとも４つの面で構成されたＡＴカット水晶片と、それを用いた水晶振動子が開示されている。また、特許文献２には、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）が少なくとも４つの面で構成されたＡＴカット水晶片と、それを用いた水晶振動子が開示されている。
【０００４】
いずれの場合も、水晶基板に外形形成用の耐エッチング性マスクが形成され、この水晶基板のマスクで覆われていない部分がウエットエッチングにより溶解されて、水晶片の大まかな外形が形成される。次に、この水晶基板からマスクが除去された後、この水晶基板がウエットエッチングされる。そのため、この水晶基板に形成される水晶片では、その側面（上記のＸ面やＺ′面）がＸ軸に沿って又はＺ′軸に沿って凸状でかつ４つの面から成る側面となる。このように形成された水晶片によれば、振動漏れが少なく、特性が優れたＡＴカット水晶振動子が実現されるという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２７５０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２７５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、水晶振動子に要求される特性を調整するため、水晶のＺ′軸と交差する側面又は水晶のＸ軸と交差する側面は上記のようにＺ′軸やＸ軸に沿って凸状かつ複数面の側面ではなく、別の形状としたい場合がある。例えば、水晶片の中央領域はその厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、この中央領域の周辺は中央領域より厚さが薄い領域になっているいわゆるメサ構造の水晶振動子の場合が、それに該当する。すなわち、メサ構造の水晶振動子の場合、その特性は主として前記中央領域で律速できることが多く、厚さが薄くされた領域の端部の側面は上記のように凸状かつ複数面から成る側面でなく水晶振動子の特性を多少調整できるような任意の形状にしたい場合がある。この出願はこのような点に鑑みなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、この出願の水晶振動子の発明によれば、中央領域の厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、この中央領域の周辺は前記中央領域より厚さが薄い領域（以下、周辺部領域ともいう）になっているＡＴカット水晶片を含む水晶振動子において、前記周辺部領域の端部の少なくとも一部に端面形状調整部を具えることを特徴とする。
この発明を実施するに当たり、前記端面形状調整部は、ＡＴカット水晶片のＺ′軸に沿った両端であってＸ軸に沿った領域に設けるのが好適である。このようにすると、ＡＴカット水晶片のＺ′軸に沿って生じる振動エネルギーをこの端面形状調整部により調整でき、水晶振動子の特性制御に寄与できるからである。また、この発明を実施するに当たり、前記端面形状調整部は、その厚さが前記周辺部領域の厚さ以上でかつ前記中央領域の厚さ以下の厚みを有したものとするのが良い。より好ましくは、前記端面形状調整部は、その厚さが前記周辺部領域の厚さより厚くかつ前記中央領域の厚さ以下の厚みを有したものとするのが良い。さらにより好ましくは、前記端面形状調整部は、その厚さが前記周辺部領域の厚さより厚くかつ前記中央領域の厚さ以下の厚みを有し、かつその端面が垂直又はほぼ垂直な面を有したものとするのが良い（図１（Ｂ）参照）。これら好適例によれば、中央領域を形成するためのフォトリソグラフィ工程を工夫することで任意の端面形状調整部を得られるからである。
【０００８】
また、この出願の水晶振動子の製造方法の発明によれば、中央領域の厚みが当該水晶振動子に要求される周波数に応じた厚みとなっていて、前記中央領域の周辺は前記中央領域より厚さが薄い領域（以下、周辺部領域ともいう）になっている水晶振動子の製造方法であって、水晶基板の各水晶片を形成する予定領域をそれぞれ覆う第１マスクを水晶基板に形成する工程と、第１マスクを形成した水晶基板をウエットエッチングして水晶片の外形を形成する工程と、前記第１マスクを除去した後に前記水晶基板の前記中央領域形成予定領域をそれぞれ覆う第２マスクを形成する工程と、前記第２マスクを形成した水晶基板をウエットエッチングして前記中央領域及び周辺部領域を形成する工程と、を含む水晶振動子の製造方法において、
前記第２マスクとして、前記周辺部領域の端面に端面形状調整部を形成するため当端面調整部形成予定領域を覆う調整部用マスク部をさらに具えるマスクを用いることを特徴とする。この製造方法の発明を実施するに当たり、前記調整部用マスク部は、ＡＴカット水晶片のＺ′軸に沿った両端にＸ軸に沿って設けるのが良い。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、水晶片の所定の縁部に設けた端面形状調整部によりいわゆるメサ構造の水晶振動子の特性を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は実施形態の水晶振動子の特に水晶片１１を説明する図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施形態の水晶振動子２１の構造を説明する図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は実施形態の水晶片１１の製法を説明する図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、実施形態の水晶片１１の製法を説明する図３に続く工程図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、実施形態の水晶片１１の製法を説明する図４に続く工程図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の水晶片１１の製法を説明する図５に続く工程図である。
【図７】は、実施形態の水晶片１１の製法を説明する図６に続く工程図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の水晶片１１の製法を説明する図７に続く工程図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、水晶振動子の他の実施形態を説明する図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、端面形状調整部を形成する際に用いるマスクの他の実施形態とそれに基づく効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照してこの出願に係る水晶振動子及びその製造方法の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１２】
１． ＡＴカット水晶片と水晶振動子の構造
図１（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態のＡＴカット水晶片１１の説明図である。特に、図１（Ａ）は水晶片１１の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＭ−Ｍ線に沿った水晶片１１の断面図である。なお、この図１（Ｂ）の断面図は、試作した試料のＭ−Ｍ線に沿って切った断面のＳＥＭ写真を模写したものでもある。
【００１３】
なお、図１中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片での水晶の結晶軸を示す。なお、ＡＴカット水晶片自体の詳細は、例えば、文献：「水晶デバイスの解説と応用」。日本水晶デバイス工業会２００２年３月第４版第７頁等に記載されているので、ここではその説明を省略する。
【００１４】
この発明に係るＡＴカット水晶片１１は、Ｘ方向に沿う辺を長辺とする平面形状が長方形状のものである。そして、この水晶片１１は、水晶片の中央を含む所定領域（これを中央領域１１ａと称する）と、この中央領域１１ａの周辺に設けた中央領域１１ａより厚さが薄い領域（これを周辺部領域１１ｂと称する）と、この周辺部領域１１ｂ内の水晶のＺ′軸に沿った両端であってＸ軸に沿う領域に設けた端面形状調整部１１ｃと、を具える。さらに、水晶片１１はその主面（Ｘ−Ｚ′面）両面に励振用電極１３ａおよび引出電極１３ｂを具える。
中央領域１１ａの厚みは当該水晶振動子に要求される発振周波数に応じ決められる。また、周辺部領域１１ｂの厚みは、中央領域１１ａの厚み対し、典型的には数〜１０数μｍ薄くされる。このような構造では、中央領域１１ａが凸状になるため、ここに水晶振動子の振動エネルギー閉じ込めが優位に起きるので、振動特性を良好なものとできる。
【００１５】
また、この実施形態の端面形状調整部１１ｃは、図１（Ｂ）からも理解できる通り、水晶片１１のＺ′軸と交差する面（Ｚ′面）が水晶片１１の主面（Ｙ′面）に対し垂直又は略垂直となる面を有したものである。然も、この実施形態の場合の端面形状調整部１１ｃは、その厚さが周辺部領域１１ｂより厚くかつ中央領域と実質的に同じ厚さのものとなっている。すなわち、上述の特許文献２に記載されているＺ′軸に沿って凸状かつ複数の面からなる側面とは異なる形状となっている。そのため、この端面形状調整部１１ｃによれば、特許文献２の場合とは違った目的での水晶振動子の特性の調整が行える。特にこの実施形態の場合では、Ｚ′方向に伝搬する振動がこの端面調整部１１ｃにより影響を受けるため、これに起因した水晶振動子の特性を調整することができる。
なお、端面形状調整部１１ｃの形状やＺ′方向の寸法、また、その厚さは、水晶振動子の設計に応じ決めることができ、後述する製法説明中の第２マスクの調整部用マスク部３３ｂ（図５参照）の形状を変えることで制御できる。
【００１６】
また、励振電極１３ａは、図１に示した例では、中央領域１１ａを含むこの中央領域より広い領域に設けてある。しかし、励振電極１１ａの大きさ及び位置は、水晶振動子の設計に応じ変更できる。従って、励振電極１３ａは、例えば中央領域１１ａより小さくかつ中央得領域１１ａ内に収まるように設けても良い。
【００１７】
上記の水晶片１１によれば、例えば下記の様な表面実装型の水晶振動子２０を構成できる。図２はその説明図であり、特に（Ａ）図は実施形態の水晶振動子に具わる容器２１の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＳ−Ｓ線に沿う容器２１の断面図、（Ｃ）図は容器２１に水晶片１１を実装した様子を示す平面図、（Ｄ）図は（Ｃ）図中のＳ−Ｓ線に沿う水晶振動子２０の断面図である。
容器として、例えばセラミックパッケージ２１を用意する。この場合のセラミックパッケージ２１は、水晶片１１を収納する凹部２１ａと、その凹部２１ａの底面に設けた水晶振動子固定用のバンプ２１ｂと、パッケージ２１の裏面に設けた実装端子２１ｃとを具えている。バンプ２１ｂと実装端子２１ｃとはビヤ配線（図示せず）により電気的に接続してある。
【００１８】
このパッケージ２１の凹部２１ａ内に、水晶片１１を実装する。詳細には、バンプ２１ｂ上に導電性接着材２３(図２（Ｄ）)を塗布し、この接着材２３により、バンプ２１ｂに水晶片１１を引出電極１３ｂ(図１参照)の箇所で固定する。その後、水晶片１１の発振周波数調整を周知の方法により所定値に調整し、次に、パッケージ２１の凹部２１ａ内を適度な真空又は不活性ガス雰囲気等にした後、蓋２５(図２（Ｄ）参照)により凹部２１ａを周知の方法により封止する。
【００１９】
２． ＡＴカット水晶片１１の製法例
次に、図３〜図８を参照して、実施形態のＡＴカット水晶片１１の製法例について説明する。この水晶片１１は、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術により水晶基板（以下、水晶ウエハともいう）から多数製造できる。そのため、図３〜図８では、水晶ウエハ１１ｗの平面図と、その一部分Ｐを拡大した平面図を示してある。さらに、図３〜図８中の一部の図面では、水晶ウエハ１１ｗの一部分ＰのＱ−Ｑ線に沿う断面図や、Ｒ部分(図６（Ｂ）、図８（Ｂ）参照)の拡大図も併用している。
【００２０】
この製法例では、先ず、水晶ウエハ１１ｗを用意する(図３（Ａ）)。ＡＴカット水晶片１１の発振周波数は、周知の通り、水晶片１１の主面（Ｘ−Ｚ′面）の厚みでほぼ決まるので、水晶ウエハ１１ｗは、最終的な水晶片１１の厚さｔを有するものとする。
【００２１】
次に、この水晶ウエハ１１ｗの表裏両面に、水晶片の外形を形成するための第１マスク３１を形成する(図３（Ｂ）)。この実施形態の第１マスク３１は、水晶ウエハ１１ｗの各水晶片を形成する予定領域を覆う部分３１ａ、各水晶片を保持するフレーム部分を覆う部分３１ｂ、および、水晶片とフレーム部分とを連結する部分を覆う部分３１ｃを含むものである。この第１マスク３１は、水晶ウエハ１１ｗの表裏で対向するように形成する。
【００２２】
第１マスク３１の形成が済んだ水晶ウエハ１１ｗを、フッ酸を主とするエッチング液中に所定の時間浸漬する。この処理により、水晶ウエハ１１ｗの第１マスク３１で覆われていない部分が溶解されて、水晶片１１の外形が得られる(図４（Ｂ）)。
次に、水晶ウエハ１１ｗから第１マスク３１を除去する。その後、この水晶ウエハ１１ｗの表裏に第２マスク３３を新たに形成する(図５)。この実施形態の第２マスク３３は、水晶片の中央領域１１ａを形成する予定領域を覆う部分３３ａ、端面形状調整部１１ｃ（図１参照）を形成する予定領域を覆う部分３３ｂ（すなわち調整部用マスク部３３ｂ）、フレーム部分を覆う部分３３ｃ、および、水晶片とフレーム部分とを連結する部分を覆う部分３３ｄを含むものとしてある。この第２マスク３３は、水晶ウエハ１１ｗの表裏で対向するように形成する。なお、この実施形態の調整部用マスク部３３ｂはＺ′方向の幅がある程度の寸法のものとする。ある程度の幅とは、この後に行われるウエットエッチング時に調整部用マスク部３３ｂと水晶片との界面にサイドエッチングが生じても、調整部用マスク部３３ｂが剥離されず残存できる程度の幅であり、かつ、水晶振動子の特性調整に要求される幅である。
【００２３】
次に、この水晶ウエハ１１ｗを、フッ酸を主とするエッチング液中に、再度、浸漬する。この浸漬時間は、水晶片１１の中央領域１１ａの周囲に周辺部領域１１ｂが形成できる時間である。このエッチング処理においては、水晶ウエハ１１ｗの第２マスク３３で覆われていない部分がエッチングされるので、周辺部領域１１ｂが形成される（図６（Ｃ）)。また、この際、水晶ウエハ１１ｗの調整部用マスク部３３ｂで覆われている部分はほぼ残存するのでこの部分に端面形状調整部１１ｃが形成される（図６（Ｃ））。なお、図６（Ｃ）に示した部分は１つの水晶片の断面に当たる部分であり、図６（Ｂ）中のＲ部分を拡大したものに相当する。その後、第２マスクを除去して水晶面を露出させる（図７）。
【００２４】
次に、この水晶ウエハ全面に、周知の成膜方法により、水晶振動子の励振電極および引出電極形成用の金属膜(図示せず)を形成する。次に、この金属膜を、周知のフォトリソグラフィ技術およびメタルエッチング技術により、電極形状にパターニングして、励振電極１３ａおよび引出電極１３ｂを形成する（図８）。これにより、中央領域１１ａと、周辺部領域１１ｂと、端面調整部１１ｃと、励振電極１３ａと、引出電極１３ｂとを具える水晶片１１を得ることができる（図８）。
【００２５】
なお、図８に示した状態では、各水晶片１１は水晶ウエハ１１ｗに連結部１１ｘを介して結合している状態である。そこで、先ず、連結部１１ｘに適当な外力を加えて、水晶片１１を水晶ウエハ１１ｗから分離し、個片化する。そしてこの個片化した水晶片１１を図２を用いて説明したように容器に実装することで、水晶振動子２０（図２参照）を得ることができる。
【００２６】
３．他の実施形態
上述においては、この発明のＡＴカット水晶片およびこれを用いた水晶振動子の実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。
例えば、ＡＴカット水晶片の構造は図１の例に限られず、例えば図９に示した構造のものでも良い。先ず、図９（Ａ）に示したように、端面形状調整部１１ｃを有する水晶片１１と、この水晶片１１と一体に形成されていてこの水晶片１１を貫通部１１ｙを隔てて全周囲で囲う枠部１１ｙと、同じく一体に形成されていてこれら水晶片１１と枠部１１ｙとを連結する１つの連結部１１ｘと、を具えた水晶片であっても良い。また、図９（Ｂ）に示したように、端面形状調整部１１ｃを有する水晶片１１と、この水晶片と一体に形成されていてこの水晶片１１を貫通部１１ｙを隔てて一部で囲う枠部１１ｙと、同じく一体に形成されていてこれら水晶片１１と枠部１１ｙとを連結する１つの連結部１１ｘと、を具えた水晶片であっても良い。また、連結部が２つ以上あっても良い。ただし、連結部が１つの方が、水晶片１１から枠部への振動漏れや、枠部から水晶片への応力の影響を軽減し易い。また、連結部１１ｘを設ける位置は図１０の例に限られず、設計に応じて変更できる。
【００２７】
また、端面形状調整部１１ｃの形状も水晶振動子に要求される特性に応じて変更することが出来る。例えば、図１０（Ａ）に示すように、第２マスク３３の調整部形成用マスク部３３ｂの幅Ｗｚを、周辺部領域１１ｂ（図６（Ｃ）参照）形成時のウエットエッチングの途中段階で調整部形成用マスク部３３ｂと水晶との界面でのサイドエッチングによりこのマスク３３ｂが除去されるような狭い寸法にしておくこともできる。こうした場合は、端面形状調整部１１ｃは、図１０（Ｃ）に示したように、図１に示した場合に比べ凸状の程度も小さい形状にできる。すなわち、端面形状調整部の厚さを周辺部領域１１ｂの厚さに近い厚さにできる。また、図１０（Ｂ）に示すように、第２マスク３３の調整部形成用マスク部３３ｂを、スペース部３３ｓを有したものとしても良い。この場合も、周辺部領域１１ｂ（図６（Ｃ）参照）形成時のウエットエッチングの途中段階で調整部形成用マスク部３３ｂと水晶との界面でのサイドエッチングによりこのマスク３３ｂが除去され易いので、端面形状調整部１１ｃは、図１に示した場合に比べ凸状の程度も小さい形状にできる。すなわち、端面形状調整部の厚さを周辺部領域１１ｂの厚さに近い厚さにできる。
【００２８】
このように、調整部形成用マスク部３３ｂの寸法や形状を選択することにより端面形状調整部１１ｃの形状、大きさを変更でき、従って、水晶振動子の特性を調整することができる。なお、上述においては、端面形状調整部１１ｃは水晶片のＺ′軸に沿う両端であってＸ軸に沿う領域に設けたが、水晶片のＸ軸に沿う両端であってＺ′軸に沿う領域に設ける場合があっても良い。
また、上述の例では水晶のＸ軸に沿う辺を長辺とし、Ｚ′に沿う辺を短辺とする水晶片の例を示したが、水晶のＸ軸に沿う辺を短辺とし、Ｚ′に沿う辺を長辺とする水晶片にも本発明は適用できる。また、上述の例では平面形状が長方形状の水晶片の例を説明したが、角部がＲ加工やＣ加工されたような略長方形状の水晶片に対しても本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１１:実施形態の水晶片
１１ａ：中央領域
１１ｂ：周辺部領域
１１ｃ：端面形状調整部
１１ｘ：連結部
１１ｗ：水晶基板（水晶ウエハ）
１３ａ：励振電極
１３ｂ：引出電極
２０：実施形態の水晶振動子
２１：容器
２１ａ：凹部
２１ｂ：バンプ
２３：導電性接着剤
２５：蓋
３１：第１マスク
３１ａ：第１マスクの各水晶片形成領域を覆う部分
３１ｂ：第１マスクのフレーム部を覆う部分
３１ｃ：第１マスクの連結部を覆う部分
３３:第２マスク
３３ａ：第２マスクの中央領域形成領域を覆う部分
３３ｂ：第２マスクの端部調整部形成領域を覆う部分（調整部形成用マスク部）
３３ｃ：第２マスクのフレーム部を覆う部分
３３ｄ：第２マスクの連結部を覆う部分
３３ｓ：スペース部
【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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【図９】
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【図１０】
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