水晶振動片の加工方法
【課題】ＡＴカット水晶板に水晶振動片の外形をウエットエッチングで加工する工程で、水晶振動片を折り取るための溝を水晶板との連結部に形成した場合にエッチングの入り込みを抑制する。
【解決手段】水晶振動片の外形を有する水晶素子片１１と水晶板の支持枠部４と水晶素子片を支持枠部に結合する連結部１２ａ，１２ｂとを加工する工程と、連結部を折り取って水晶振動片を切り離す工程とを有する。連結部は、水晶素子片のＺ´方向に延長する横辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各縦辺に沿って延長するように、水晶素子片の外形線に沿って有底の溝１４ａ，１４ｂを形成するように加工される。＋Ｚ´側の溝は連結部の＋Ｙ´側の主面１３ａに、−Ｚ´側の溝は−Ｙ´側の主面１３ｂに配置される。
【解決手段】水晶振動片の外形を有する水晶素子片１１と水晶板の支持枠部４と水晶素子片を支持枠部に結合する連結部１２ａ，１２ｂとを加工する工程と、連結部を折り取って水晶振動片を切り離す工程とを有する。連結部は、水晶素子片のＺ´方向に延長する横辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各縦辺に沿って延長するように、水晶素子片の外形線に沿って有底の溝１４ａ，１４ｂを形成するように加工される。＋Ｚ´側の溝は連結部の＋Ｙ´側の主面１３ａに、−Ｚ´側の溝は−Ｙ´側の主面１３ｂに配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることによって外形を加工する工程を有する水晶振動片の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に振動子、発振器、フィルタまたはセンサなどの圧電デバイスには、高い周波数が得られかつ安定した周波数特性を有する水晶が、圧電材料として広く採用されている。特に厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動子には、ＡＴカット水晶板が、常温付近での温度変化に対する周波数変化が少ないことから、最も広く使用されている。ＡＴカット水晶板は、水晶結晶のＸ軸（電気軸）とＺ軸（光学軸）とを含む平面をＸ軸の回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分の角度で回転させた面が主面となるように切り出される。
【０００３】
従来、水晶振動片は、水晶ウエハにフォトエッチングで外形を加工しかつその表面に電極膜をパターニングすることにより製造されている。具体的には、図５（Ａ）に例示するように、所定の厚さに研磨加工した水晶ウエハ１に多数の水晶素子片２を、その基端部２ａで連結部３により該水晶ウエハの支持枠部４と一体に結合支持されるように、所望の水晶振動片の外形形状に加工する。次に、各水晶素子片２の表面に電極膜を形成した後、個々の水晶振動片をその外形線５に沿って連結部３から折り取ることによって個片化する。水晶ウエハ１がＡＴカット水晶板の場合、水晶結晶のＸ軸の反時計回りに前記角度回転させたＹ軸（機械軸）及びＺ軸をＹ´軸及びＺ´軸としたとき、水晶素子片２は、その基端部２ａから先端部に延長する縦辺をＸ軸方向に、枠部４と平行に延長する横辺をＺ´軸方向に、厚さをＹ´軸方向に沿って配向するのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、連結部３は、折り取る際に作用する力のかかり具合等によって、外形線５上又はその付近ではなく、枠部４側で折り取られてしまい、基端部２ａの端辺に突起が残ることがある。このような突起は、折り取り後の水晶振動片の取扱いを困難にし、例えば圧電デバイスのパッケージに搭載する際に、正確な位置合わせや所定位置へのマウントができなくなり、位置精度を低下させる虞がある。また、小型化したパッケージでは、マウントスペースが小さく、水晶振動片を搭載できなくなる虞がある。
【０００５】
かかる問題を解消するために、水晶等の圧電基板をウエットエッチングして音叉型の圧電振動板を製造する際に、水晶素板に多数の音叉と共通枠とを形成し、音叉の基部と共通枠とを連結する枝の一方の主面に、その幅方向に亘って溝を形成し、該溝を境にして音叉を切断する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、水晶ウエハの両面にパターン形成した金属層のマスクから露出した水晶面を選択的にエッチングして、水晶片を水晶ウエハの残部と接続する狭い溝を形成し、該溝の底に沿って劈開して水晶片を１個ずつウエハから切り離すことにより、折り取り時に破片の発生を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
更に、ＡＴカット水晶基板にフレーム部と複数の水晶片とを形成し、水晶結晶のＸ軸と平行な方向に延設された第１アーム部とそれより細幅の第２アーム部とにより各水晶片をフレーム部に接続した水晶片集合体が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。水晶は、その結晶方向によってウエットエッチングのエッチング速度が異なり、Ｚ軸方向に大きく、Ｘ軸方向には小さく、Ｙ軸方向には更に小さい。かかる水晶のエッチング異方性によって、特許文献３の水晶片集合体は、第２アーム部が他の部分よりも薄肉に形成されるので、水晶片を簡単に折り取って分離することができる。
【０００７】
また、ＡＴカット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際に、水晶片の互いに対向する各側面における、水晶のエッチング異方性によるサイドエッチングの速度の差を考慮して、水晶片の外形に対応する開口領域を水晶基板の一方の面に設けたエッチングマスクを用いる水晶片の製造方法がある（例えば、特許文献４を参照）。これにより、水晶片のＸ方向に延びる側面は、突起を残すことなく、垂直に形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１５７２１１号公報
【特許文献２】特表平１１−５０９０５２号公報
【特許文献３】特開２００６−１８６８４７号公報
【特許文献４】特開２００８−１１２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、水晶等の単結晶材料は、その結晶方向によってウエットエッチングのエッチング速度が異なるという結晶異方性を有する。そのため、水晶板に溝や孔等の凹部をウエットエッチングする場合には、加工面の法線方向に水晶のＺ軸を配向することが好ましい。主面の法線方向を水晶のＺ軸に一致させたＺ板と呼ばれる水晶板は、音叉型水晶振動片等に使用されている。
【００１０】
しかしながら、厚みすべり振動モードの水晶振動片は、主面の法線方向を水晶のＹ´軸に一致させたＡＴカット水晶板が使用される。この場合、図６（Ａ）に示すように、矩形の水晶素子片２は一般に、その縦辺を基端部２ａから先端部２ｂに向けて−Ｘ方向に、支持枠部４と平行に延長する横辺をＺ´方向に、その主面から上向きの法線方向をＹ´方向に合わせて配向する。そのため、水晶素子片２のウエットエッチングによる外形加工は、Ｚ´方向を向いた縦辺の側面にサイドエッチングが発生し易い。
【００１１】
上述した従来技術のように、水晶素子片２を支持枠部４から折り取り易くするために連結部３の両面に水晶素子片基端部２ａとの境界に沿って形成する狭幅の溝６は、Ｚ´方向エッチング速度がＹ´方向よりも大きいので、水晶ウエハ１を貫通するように水晶素子片２及び連結部３の外形をウエットエッチングする際に、それと同時にハーフエッチングされる。このとき、水晶素子片２の縦辺７ａ，７ｂ側の側面には、溝６の部分からＺ´方向にサイドエッチングが進むため、水晶素子片２の外郭から上下主面にエッチングが入り込むことが分かった。
【００１２】
特にこのエッチングの入り込みは、加工しようとする外形の＋Ｘ側の側面において、＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に発生する。−Ｘ側の側面においても、同様に＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に、比較的小さいエッチングの入り込みが発生する。
【００１３】
図６の水晶素子片２は、エッチングの入り込みによって、＋Ｚ´側の縦辺７ａに沿って−Ｙ´側の主面に大きな欠け８ａが、−Ｚ´側の縦辺７ｂに沿って＋Ｙ´側の主面に大きな欠け８ｂが形成される。厚みすべり振動のＡＴカット水晶振動片は、その周波数によって厚さが決定されるから、小型化によって縦及び横寸法が小さくなると、厚さが相対的に大きくなることが多い。その場合、水晶素子片２の外形形状が悪くなるだけでなく、その表裏主面に欠け８ａ，８ｂが占める割合が相対的に大きくなるので、振動領域が小さく狭められて振動特性が劣化する、という問題を生じる。
【００１４】
本発明は、かかる知見に基づいて、上述した従来の問題点を解消するためになされたものである。本発明の目的は、ＡＴカット水晶板をウエットエッチングすることにより水晶振動片の外形を加工する工程において、水晶振動片を折り取り易くするために該水晶振動片と水晶板との連結部に溝を形成した場合に、エッチングの入り込みを有効に抑制し、小型化の要求に対応して所望の振動片外形を確保し得る水晶振動片の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の水晶振動片の加工方法は、上記目的を達成するために、水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることにより、水晶振動片の外形を有する水晶素子片と、水晶板の支持枠部と、水晶素子片を支持枠部に結合する連結部とを加工する工程と、連結部を折り取ることにより水晶振動片を支持枠部から切り離す工程とを有し、前記フォトエッチングによる加工工程において、連結部が、水晶素子片のＺ´方向に延長する一方の側辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿って延長するように、かつ水晶素子片の外形線に沿って有底の溝を形成するように加工され、該有底の溝が、＋Ｙ´側の主面の＋Ｚ´側にかつ／又は−Ｙ´側の主面の−Ｚ´側に配置されることを特徴とする。
【００１６】
上述したように、ＡＴカット水晶板におけるエッチングの入り込みは、加工しようとする外形の＋Ｘ側及び−Ｘ側の側面において、＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に発生する。従って、水晶振動片を支持枠部に結合する連結部及び該連結部に形成する有底の溝の配置を、本発明のように構成することによって、水晶振動片の表裏主面へのエッチングの入り込みを有効に抑制することができる。これにより、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られるので、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。
【００１７】
或る実施例では、連結部を水晶素子片のＺ´方向に延長する＋Ｘ側の側辺に設けることにより、エッチングの入り込みをより効果的に抑制することができる。
【００１８】
別の実施例では、連結部を、水晶素子片をその基端部で支持枠部に連結するように設けることにより、水晶振動片を折り取る際に、振動領域が設けられる先端部側の外形形状を確保することができる。
【００１９】
或る実施例では、水晶素子片のＸ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿ってそれぞれ延長するように、Ｚ´方向に離隔した２つの連結部を設けることにより、より小さい断面積で水晶振動片を支持枠部に結合支持し、その折り取りを容易にすることができる。この場合、有底の溝を連結部のＺ´方向の全幅に亘って設けることにより、水晶振動片の折り取りをより容易にすることができる。
【００２０】
また、別の実施例では、有底の溝を連結部のＺ´方向の幅に沿って部分的に設けることにより、連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持するのに十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）図は本発明の第１実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＩ−Ｉ線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図２】（Ａ）図は本発明の第２実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のII−II線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図３】（Ａ）図は本発明の第３実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のIII−III線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図４】（Ａ）図は本発明の第４実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のIV−IV線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図５】（Ａ）図は多数の水晶素子片を加工した水晶ウエハの概略平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分拡大平面図。
【図６】（Ａ）図は従来方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図はそのVIｂ−VIｂ線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図、（Ｄ）図はVIｄ−VIｄ線における断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片１１、連結部１２ａ，１２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。矩形形状の水晶素子片１１は、基端部１１ａを＋Ｘ側に配置し、その縦辺を基端部１１ａから先端部に向けて−Ｘ方向に、支持枠部４と平行に延長する横辺をＺ´方向に、その主面１３ａから上向きの法線方向をＹ´方向に合わせて配向される。２つの連結部１２ａ，１２ｂは、水晶素子片基端部１１ａの＋Ｚ´側及び−Ｚ´側の両端に結合され、それぞれ該水晶素子片の＋Ｚ´側及び−Ｚ´側の縦辺に沿って延長するように、互いにＺ´方向に離隔して設けられる。
【００２３】
＋Ｚ´側の連結部１２ａには、表側即ち＋Ｙ´側の主面１３ａに有底の溝１４ａが、水晶素子片基端部１１ａの外形に沿って該連結部の全幅に亘って或る深さで形成されている。−Ｚ´側の連結部１２ｂには、裏側即ち−Ｙ´側の主面１３ｂに溝１４ａと同じ寸法の有底の溝１４ｂが、水晶素子片基端部１１ａの外形に沿って該連結部の全幅に亘って形成されている。各溝１４ａ，１４ｂは、水晶素子片１１及び連結部１２ａ，１２ｂの周囲に支持枠部４、隣接する他の前記水晶素子片及び連結部との間に形成される隙間よりも十分に小さい狭幅に設けられる。
【００２４】
本実施例の水晶振動片は、次のようにフォトエッチングを用いて加工する。先ず、両面を研磨した所定厚さのＡＴカット水晶板の表面に、耐蝕膜としてＣｒ、Ａｕ等からなる金属薄膜を蒸着、スパッタリング等により被着し、その上にレジスト膜を塗布してフォトリソグラフィ技術により所望の水晶振動片及び連結部１２ａ，１２ｂの外形、並びに溝１４ａ，１４ｂの平面形状をパターニングし、フッ酸、フッ化アンモニウム等の適当なエッチング液でエッチングする。水晶素子片１１及び連結部１２ａ，１２ｂの周囲は、完全に貫通するまでエッチングされる。
【００２５】
溝１４ａ，１４ｂは、上述したように幅が十分に狭く設定され、かつＹ´軸方向のエッチング速度がＺ´軸方向及びＸ軸方向よりも小さいので、貫通することなく或る深さまでハーフエッチングされる。本実施例によれば、連結部１２ａの裏側即ち−Ｙ´側の主面１３ｂ、及び連結部１２ｂの表側即ち＋Ｙ´側の主面１３ａに溝を設けないので、水晶素子片１１の表裏主面１３ａ，１３ｂへのエッチングの入り込みが有効に抑制される。これにより、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られるので、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保することができる。従って、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。
【００２６】
このようにして、図５に関連して上述したように多数の水晶素子片１１を前記ＡＴカット水晶板に加工する。次に、各水晶素子片１１の表面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして所望の電極膜を形成すると、前記ＡＴカット水晶板に連結された多数の水晶振動片が完成する。この水晶板から例えば吸引ノズルを用いて折り取ることにより、個々の水晶振動片を分離させる。
【００２７】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片２１、連結部２２ａ，２２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、以下の点で第１実施例と異なる。＋Ｚ´側の連結部２２ａには、＋Ｙ´側の主面２３ａに有底の溝２４ａが、水晶素子片基端部２１ａの外形に沿って該連結部の幅方向に部分的に或る深さで形成されている。−Ｚ´側の連結部２２ｂには、−Ｙ´側の主面２３ｂに有底の溝２４ｂが、水晶素子片基端部２１ａの外形に沿って該連結部の幅方向に部分的に形成されている。各溝２４ａ，２４ｂは、それぞれ前記各連結部の幅方向両端に分割して、水晶素子片２１及び連結部２２ａ，２２ｂの周囲に支持枠部４、隣接する他の前記水晶素子片及び連結部との間に形成される隙間よりも十分に小さい狭幅に設けられる。
【００２８】
本実施例においても、第１実施例と同様に、水晶素子片２１及び連結部２２ａ，２２ｂの外形をウエットエッチングする際に、該水晶素子片の表裏主面２３ａ，２３ｂへのエッチングの入り込みが有効に抑制される。従って、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られ、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。更に、本実施例では、溝２４ａ，２４ｂを前記連結部の幅方向に沿って部分的に設けたので、該連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持する十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施例の変形である本発明の第３実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片３１、連結部３２ａ，３２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、各連結部３２ａ，３２ｂの有底の溝３４ａ，３４ｂがそれぞれ該連結部の幅方向に部分的に形成されている点で、第２実施例と共通する。本実施例は、＋Ｚ´側の連結部３２ａには、＋Ｙ´側の主面３３ａに該連結部の幅方向＋Ｚ´側に唯１つの溝３４ａが形成され、−Ｚ´側の連結部３２ｂには、−Ｙ´側の主面３３ｂに該連結部の幅方向に−Ｚ´側に唯１つの溝３４ａが形成されている点で、第２実施例と異なる。
【００３０】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施例の変形である本発明の第４実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片４１、連結部４２ａ，４２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、＋Ｚ´側の連結部４２ａには、＋Ｙ´側の主面４３ａに該連結部の幅方向−Ｚ´側に唯１つの溝４４ａが形成され、−Ｚ´側の連結部４２ｂには、−Ｙ´側の主面４３ｂに該連結部の幅方向に＋Ｚ´側に唯１つの溝４４ａが形成されている点で、第３実施例と異なる。
【００３１】
第３，第４実施例においても、第２実施例と同様の作用効果が得られる。即ち、水晶素子片３１，４１及び連結部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂの外形をウエットエッチングする際に、該水晶素子片の表裏主面へのエッチングの入り込みが有効に抑制される。従って、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られ、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。更に、溝３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂを前記連結部の幅方向に沿って部分的に設けたので、該連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持する十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【００３２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例の水晶素子片は、平板形状以外のメサ形状又は逆メサ形状のものにしても、同様に適用することができる。また、連結部は、水晶結晶軸の配向方向が上記各実施例と同じである限り、水晶振動片の基端部以外の側辺に設けることができる。更に連結部は、水晶素子片の側辺の両端に分割するのではなく、側辺の全幅に亘って設けることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１…水晶ウエハ、２，１１，２１，３１，４１…水晶素子片、２ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ…基端部、３，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ…連結部、４…支持枠部、５…外形線、６，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ…溝、７ａ，７ｂ…縦辺、８ａ，８ｂ…欠け、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ…主面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることによって外形を加工する工程を有する水晶振動片の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に振動子、発振器、フィルタまたはセンサなどの圧電デバイスには、高い周波数が得られかつ安定した周波数特性を有する水晶が、圧電材料として広く採用されている。特に厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動子には、ＡＴカット水晶板が、常温付近での温度変化に対する周波数変化が少ないことから、最も広く使用されている。ＡＴカット水晶板は、水晶結晶のＸ軸（電気軸）とＺ軸（光学軸）とを含む平面をＸ軸の回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分の角度で回転させた面が主面となるように切り出される。
【０００３】
従来、水晶振動片は、水晶ウエハにフォトエッチングで外形を加工しかつその表面に電極膜をパターニングすることにより製造されている。具体的には、図５（Ａ）に例示するように、所定の厚さに研磨加工した水晶ウエハ１に多数の水晶素子片２を、その基端部２ａで連結部３により該水晶ウエハの支持枠部４と一体に結合支持されるように、所望の水晶振動片の外形形状に加工する。次に、各水晶素子片２の表面に電極膜を形成した後、個々の水晶振動片をその外形線５に沿って連結部３から折り取ることによって個片化する。水晶ウエハ１がＡＴカット水晶板の場合、水晶結晶のＸ軸の反時計回りに前記角度回転させたＹ軸（機械軸）及びＺ軸をＹ´軸及びＺ´軸としたとき、水晶素子片２は、その基端部２ａから先端部に延長する縦辺をＸ軸方向に、枠部４と平行に延長する横辺をＺ´軸方向に、厚さをＹ´軸方向に沿って配向するのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、連結部３は、折り取る際に作用する力のかかり具合等によって、外形線５上又はその付近ではなく、枠部４側で折り取られてしまい、基端部２ａの端辺に突起が残ることがある。このような突起は、折り取り後の水晶振動片の取扱いを困難にし、例えば圧電デバイスのパッケージに搭載する際に、正確な位置合わせや所定位置へのマウントができなくなり、位置精度を低下させる虞がある。また、小型化したパッケージでは、マウントスペースが小さく、水晶振動片を搭載できなくなる虞がある。
【０００５】
かかる問題を解消するために、水晶等の圧電基板をウエットエッチングして音叉型の圧電振動板を製造する際に、水晶素板に多数の音叉と共通枠とを形成し、音叉の基部と共通枠とを連結する枝の一方の主面に、その幅方向に亘って溝を形成し、該溝を境にして音叉を切断する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、水晶ウエハの両面にパターン形成した金属層のマスクから露出した水晶面を選択的にエッチングして、水晶片を水晶ウエハの残部と接続する狭い溝を形成し、該溝の底に沿って劈開して水晶片を１個ずつウエハから切り離すことにより、折り取り時に破片の発生を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
更に、ＡＴカット水晶基板にフレーム部と複数の水晶片とを形成し、水晶結晶のＸ軸と平行な方向に延設された第１アーム部とそれより細幅の第２アーム部とにより各水晶片をフレーム部に接続した水晶片集合体が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。水晶は、その結晶方向によってウエットエッチングのエッチング速度が異なり、Ｚ軸方向に大きく、Ｘ軸方向には小さく、Ｙ軸方向には更に小さい。かかる水晶のエッチング異方性によって、特許文献３の水晶片集合体は、第２アーム部が他の部分よりも薄肉に形成されるので、水晶片を簡単に折り取って分離することができる。
【０００７】
また、ＡＴカット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際に、水晶片の互いに対向する各側面における、水晶のエッチング異方性によるサイドエッチングの速度の差を考慮して、水晶片の外形に対応する開口領域を水晶基板の一方の面に設けたエッチングマスクを用いる水晶片の製造方法がある（例えば、特許文献４を参照）。これにより、水晶片のＸ方向に延びる側面は、突起を残すことなく、垂直に形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１５７２１１号公報
【特許文献２】特表平１１−５０９０５２号公報
【特許文献３】特開２００６−１８６８４７号公報
【特許文献４】特開２００８−１１２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、水晶等の単結晶材料は、その結晶方向によってウエットエッチングのエッチング速度が異なるという結晶異方性を有する。そのため、水晶板に溝や孔等の凹部をウエットエッチングする場合には、加工面の法線方向に水晶のＺ軸を配向することが好ましい。主面の法線方向を水晶のＺ軸に一致させたＺ板と呼ばれる水晶板は、音叉型水晶振動片等に使用されている。
【００１０】
しかしながら、厚みすべり振動モードの水晶振動片は、主面の法線方向を水晶のＹ´軸に一致させたＡＴカット水晶板が使用される。この場合、図６（Ａ）に示すように、矩形の水晶素子片２は一般に、その縦辺を基端部２ａから先端部２ｂに向けて−Ｘ方向に、支持枠部４と平行に延長する横辺をＺ´方向に、その主面から上向きの法線方向をＹ´方向に合わせて配向する。そのため、水晶素子片２のウエットエッチングによる外形加工は、Ｚ´方向を向いた縦辺の側面にサイドエッチングが発生し易い。
【００１１】
上述した従来技術のように、水晶素子片２を支持枠部４から折り取り易くするために連結部３の両面に水晶素子片基端部２ａとの境界に沿って形成する狭幅の溝６は、Ｚ´方向エッチング速度がＹ´方向よりも大きいので、水晶ウエハ１を貫通するように水晶素子片２及び連結部３の外形をウエットエッチングする際に、それと同時にハーフエッチングされる。このとき、水晶素子片２の縦辺７ａ，７ｂ側の側面には、溝６の部分からＺ´方向にサイドエッチングが進むため、水晶素子片２の外郭から上下主面にエッチングが入り込むことが分かった。
【００１２】
特にこのエッチングの入り込みは、加工しようとする外形の＋Ｘ側の側面において、＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に発生する。−Ｘ側の側面においても、同様に＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に、比較的小さいエッチングの入り込みが発生する。
【００１３】
図６の水晶素子片２は、エッチングの入り込みによって、＋Ｚ´側の縦辺７ａに沿って−Ｙ´側の主面に大きな欠け８ａが、−Ｚ´側の縦辺７ｂに沿って＋Ｙ´側の主面に大きな欠け８ｂが形成される。厚みすべり振動のＡＴカット水晶振動片は、その周波数によって厚さが決定されるから、小型化によって縦及び横寸法が小さくなると、厚さが相対的に大きくなることが多い。その場合、水晶素子片２の外形形状が悪くなるだけでなく、その表裏主面に欠け８ａ，８ｂが占める割合が相対的に大きくなるので、振動領域が小さく狭められて振動特性が劣化する、という問題を生じる。
【００１４】
本発明は、かかる知見に基づいて、上述した従来の問題点を解消するためになされたものである。本発明の目的は、ＡＴカット水晶板をウエットエッチングすることにより水晶振動片の外形を加工する工程において、水晶振動片を折り取り易くするために該水晶振動片と水晶板との連結部に溝を形成した場合に、エッチングの入り込みを有効に抑制し、小型化の要求に対応して所望の振動片外形を確保し得る水晶振動片の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の水晶振動片の加工方法は、上記目的を達成するために、水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることにより、水晶振動片の外形を有する水晶素子片と、水晶板の支持枠部と、水晶素子片を支持枠部に結合する連結部とを加工する工程と、連結部を折り取ることにより水晶振動片を支持枠部から切り離す工程とを有し、前記フォトエッチングによる加工工程において、連結部が、水晶素子片のＺ´方向に延長する一方の側辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿って延長するように、かつ水晶素子片の外形線に沿って有底の溝を形成するように加工され、該有底の溝が、＋Ｙ´側の主面の＋Ｚ´側にかつ／又は−Ｙ´側の主面の−Ｚ´側に配置されることを特徴とする。
【００１６】
上述したように、ＡＴカット水晶板におけるエッチングの入り込みは、加工しようとする外形の＋Ｘ側及び−Ｘ側の側面において、＋Ｚ´側の端縁と−Ｙ´側の端縁とが交差する位置、及び−Ｚ´側の端縁と＋Ｙ´側の端縁とが交差する位置に発生する。従って、水晶振動片を支持枠部に結合する連結部及び該連結部に形成する有底の溝の配置を、本発明のように構成することによって、水晶振動片の表裏主面へのエッチングの入り込みを有効に抑制することができる。これにより、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られるので、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。
【００１７】
或る実施例では、連結部を水晶素子片のＺ´方向に延長する＋Ｘ側の側辺に設けることにより、エッチングの入り込みをより効果的に抑制することができる。
【００１８】
別の実施例では、連結部を、水晶素子片をその基端部で支持枠部に連結するように設けることにより、水晶振動片を折り取る際に、振動領域が設けられる先端部側の外形形状を確保することができる。
【００１９】
或る実施例では、水晶素子片のＸ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿ってそれぞれ延長するように、Ｚ´方向に離隔した２つの連結部を設けることにより、より小さい断面積で水晶振動片を支持枠部に結合支持し、その折り取りを容易にすることができる。この場合、有底の溝を連結部のＺ´方向の全幅に亘って設けることにより、水晶振動片の折り取りをより容易にすることができる。
【００２０】
また、別の実施例では、有底の溝を連結部のＺ´方向の幅に沿って部分的に設けることにより、連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持するのに十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）図は本発明の第１実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＩ−Ｉ線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図２】（Ａ）図は本発明の第２実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のII−II線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図３】（Ａ）図は本発明の第３実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のIII−III線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図４】（Ａ）図は本発明の第４実施例の方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のIV−IV線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図。
【図５】（Ａ）図は多数の水晶素子片を加工した水晶ウエハの概略平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分拡大平面図。
【図６】（Ａ）図は従来方法により水晶ウエハに加工した水晶素子片の平面図、（Ｂ）図はそのVIｂ−VIｂ線における断面図、（Ｃ）図は水晶素子片の側面図、（Ｄ）図はVIｄ−VIｄ線における断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片１１、連結部１２ａ，１２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。矩形形状の水晶素子片１１は、基端部１１ａを＋Ｘ側に配置し、その縦辺を基端部１１ａから先端部に向けて−Ｘ方向に、支持枠部４と平行に延長する横辺をＺ´方向に、その主面１３ａから上向きの法線方向をＹ´方向に合わせて配向される。２つの連結部１２ａ，１２ｂは、水晶素子片基端部１１ａの＋Ｚ´側及び−Ｚ´側の両端に結合され、それぞれ該水晶素子片の＋Ｚ´側及び−Ｚ´側の縦辺に沿って延長するように、互いにＺ´方向に離隔して設けられる。
【００２３】
＋Ｚ´側の連結部１２ａには、表側即ち＋Ｙ´側の主面１３ａに有底の溝１４ａが、水晶素子片基端部１１ａの外形に沿って該連結部の全幅に亘って或る深さで形成されている。−Ｚ´側の連結部１２ｂには、裏側即ち−Ｙ´側の主面１３ｂに溝１４ａと同じ寸法の有底の溝１４ｂが、水晶素子片基端部１１ａの外形に沿って該連結部の全幅に亘って形成されている。各溝１４ａ，１４ｂは、水晶素子片１１及び連結部１２ａ，１２ｂの周囲に支持枠部４、隣接する他の前記水晶素子片及び連結部との間に形成される隙間よりも十分に小さい狭幅に設けられる。
【００２４】
本実施例の水晶振動片は、次のようにフォトエッチングを用いて加工する。先ず、両面を研磨した所定厚さのＡＴカット水晶板の表面に、耐蝕膜としてＣｒ、Ａｕ等からなる金属薄膜を蒸着、スパッタリング等により被着し、その上にレジスト膜を塗布してフォトリソグラフィ技術により所望の水晶振動片及び連結部１２ａ，１２ｂの外形、並びに溝１４ａ，１４ｂの平面形状をパターニングし、フッ酸、フッ化アンモニウム等の適当なエッチング液でエッチングする。水晶素子片１１及び連結部１２ａ，１２ｂの周囲は、完全に貫通するまでエッチングされる。
【００２５】
溝１４ａ，１４ｂは、上述したように幅が十分に狭く設定され、かつＹ´軸方向のエッチング速度がＺ´軸方向及びＸ軸方向よりも小さいので、貫通することなく或る深さまでハーフエッチングされる。本実施例によれば、連結部１２ａの裏側即ち−Ｙ´側の主面１３ｂ、及び連結部１２ｂの表側即ち＋Ｙ´側の主面１３ａに溝を設けないので、水晶素子片１１の表裏主面１３ａ，１３ｂへのエッチングの入り込みが有効に抑制される。これにより、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られるので、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保することができる。従って、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。
【００２６】
このようにして、図５に関連して上述したように多数の水晶素子片１１を前記ＡＴカット水晶板に加工する。次に、各水晶素子片１１の表面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして所望の電極膜を形成すると、前記ＡＴカット水晶板に連結された多数の水晶振動片が完成する。この水晶板から例えば吸引ノズルを用いて折り取ることにより、個々の水晶振動片を分離させる。
【００２７】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片２１、連結部２２ａ，２２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、以下の点で第１実施例と異なる。＋Ｚ´側の連結部２２ａには、＋Ｙ´側の主面２３ａに有底の溝２４ａが、水晶素子片基端部２１ａの外形に沿って該連結部の幅方向に部分的に或る深さで形成されている。−Ｚ´側の連結部２２ｂには、−Ｙ´側の主面２３ｂに有底の溝２４ｂが、水晶素子片基端部２１ａの外形に沿って該連結部の幅方向に部分的に形成されている。各溝２４ａ，２４ｂは、それぞれ前記各連結部の幅方向両端に分割して、水晶素子片２１及び連結部２２ａ，２２ｂの周囲に支持枠部４、隣接する他の前記水晶素子片及び連結部との間に形成される隙間よりも十分に小さい狭幅に設けられる。
【００２８】
本実施例においても、第１実施例と同様に、水晶素子片２１及び連結部２２ａ，２２ｂの外形をウエットエッチングする際に、該水晶素子片の表裏主面２３ａ，２３ｂへのエッチングの入り込みが有効に抑制される。従って、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られ、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。更に、本実施例では、溝２４ａ，２４ｂを前記連結部の幅方向に沿って部分的に設けたので、該連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持する十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施例の変形である本発明の第３実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片３１、連結部３２ａ，３２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、各連結部３２ａ，３２ｂの有底の溝３４ａ，３４ｂがそれぞれ該連結部の幅方向に部分的に形成されている点で、第２実施例と共通する。本実施例は、＋Ｚ´側の連結部３２ａには、＋Ｙ´側の主面３３ａに該連結部の幅方向＋Ｚ´側に唯１つの溝３４ａが形成され、−Ｚ´側の連結部３２ｂには、−Ｙ´側の主面３３ｂに該連結部の幅方向に−Ｚ´側に唯１つの溝３４ａが形成されている点で、第２実施例と異なる。
【００３０】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施例の変形である本発明の第４実施例による方法を適用してＡＴカット水晶板に加工された水晶素子片４１、連結部４２ａ，４２ｂ及び支持枠部４の形状を示している。本実施例は、＋Ｚ´側の連結部４２ａには、＋Ｙ´側の主面４３ａに該連結部の幅方向−Ｚ´側に唯１つの溝４４ａが形成され、−Ｚ´側の連結部４２ｂには、−Ｙ´側の主面４３ｂに該連結部の幅方向に＋Ｚ´側に唯１つの溝４４ａが形成されている点で、第３実施例と異なる。
【００３１】
第３，第４実施例においても、第２実施例と同様の作用効果が得られる。即ち、水晶素子片３１，４１及び連結部３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂの外形をウエットエッチングする際に、該水晶素子片の表裏主面へのエッチングの入り込みが有効に抑制される。従って、水晶振動片を小型化しても、所望の外形形状が得られ、同じ平面寸法で振動領域を最大に確保でき、水晶振動子の特性を向上させかつその安定化を図ることができる。更に、溝３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂを前記連結部の幅方向に沿って部分的に設けたので、該連結部をより小さくしても、水晶振動片を支持枠部に結合支持する十分な強度を確保しながら、その折り取りを容易にすることができる。
【００３２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例の水晶素子片は、平板形状以外のメサ形状又は逆メサ形状のものにしても、同様に適用することができる。また、連結部は、水晶結晶軸の配向方向が上記各実施例と同じである限り、水晶振動片の基端部以外の側辺に設けることができる。更に連結部は、水晶素子片の側辺の両端に分割するのではなく、側辺の全幅に亘って設けることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１…水晶ウエハ、２，１１，２１，３１，４１…水晶素子片、２ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ…基端部、３，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ…連結部、４…支持枠部、５…外形線、６，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ…溝、７ａ，７ｂ…縦辺、８ａ，８ｂ…欠け、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ…主面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることにより、水晶振動片の外形を有する水晶素子片と、前記水晶板の支持枠部と、前記水晶素子片を前記支持枠部に結合する連結部とを加工する工程と、前記連結部を折り取ることにより前記水晶振動片を前記支持枠部から切り離す工程とを有し、
前記フォトエッチングによる加工工程において、前記連結部が、前記水晶素子片のＺ´方向に延長する一方の側辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿って延長するように、かつ前記水晶素子片の外形線に沿って有底の溝を形成するように加工され、前記有底の溝が、＋Ｙ´側の主面の＋Ｚ´側にかつ／又は−Ｙ´側の主面の−Ｚ´側に配置されることを特徴とする水晶振動片の加工方法。
【請求項２】
前記連結部を前記水晶素子片のＺ´方向に延長する＋Ｘ側の側辺に設けることを特徴とする請求項１記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項３】
前記連結部を、前記水晶素子片をその基端部で前記支持枠部に連結するように設けることを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項４】
前記水晶素子片のＸ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿ってそれぞれ延長するように、Ｚ´方向に離隔した２つの前記連結部を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項５】
前記有底の溝を、前記連結部のＺ´方向の全幅に亘って設けることを特徴とする請求項４記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項６】
前記有底の溝を、前記連結部のＺ´方向の幅に沿って部分的に設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項１】
水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板をフォトエッチングすることにより、水晶振動片の外形を有する水晶素子片と、前記水晶板の支持枠部と、前記水晶素子片を前記支持枠部に結合する連結部とを加工する工程と、前記連結部を折り取ることにより前記水晶振動片を前記支持枠部から切り離す工程とを有し、
前記フォトエッチングによる加工工程において、前記連結部が、前記水晶素子片のＺ´方向に延長する一方の側辺に、Ｘ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿って延長するように、かつ前記水晶素子片の外形線に沿って有底の溝を形成するように加工され、前記有底の溝が、＋Ｙ´側の主面の＋Ｚ´側にかつ／又は−Ｙ´側の主面の−Ｚ´側に配置されることを特徴とする水晶振動片の加工方法。
【請求項２】
前記連結部を前記水晶素子片のＺ´方向に延長する＋Ｘ側の側辺に設けることを特徴とする請求項１記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項３】
前記連結部を、前記水晶素子片をその基端部で前記支持枠部に連結するように設けることを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項４】
前記水晶素子片のＸ方向に延長する互いに対向する各側辺に沿ってそれぞれ延長するように、Ｚ´方向に離隔した２つの前記連結部を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項５】
前記有底の溝を、前記連結部のＺ´方向の全幅に亘って設けることを特徴とする請求項４記載の水晶振動片の加工方法。
【請求項６】
前記有底の溝を、前記連結部のＺ´方向の幅に沿って部分的に設けることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水晶振動片の加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７８３２０（Ｐ２０１０−１７８３２０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０２６（Ｐ２００９−２２０２６）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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