JP2010109527A - Crystal vibration chip and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水晶振動片およびその製造方法に関し、特に、外周部に主振動である厚みすべり振動が伝播することを防止するための水晶振動片の形状、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a quartz crystal vibrating piece and a manufacturing method thereof, and more particularly to a shape of a quartz crystal vibrating piece for preventing propagation of a thickness shear vibration as a main vibration to an outer peripheral portion, and a manufacturing method thereof.
従来より、各種情報・通信機器やOA機器、また、民生機器等の電子機器には、電子回路のクロック源等として圧電振動子を備えた圧電デバイスが広く使用されている。このような圧電デバイスの圧電振動子に使用される圧電材料としては、例えば、安定した周波数特性を得られることなどから単結晶の水晶が採用されている。この水晶からなる水晶振動片は、人工水晶原石の一部を結晶軸(光軸)を明確にしてブロック状に成形した水晶ランバードから所定の切断角度で切り出された単結晶基板としての水晶ウェハを用いて形成される。ここで、所定の切断角度とは、水晶の結晶軸に対して狙った角度だけ傾けたカット角を指し、例えば、結晶軸から35°15′傾けた切断角度で切り出された水晶ウェハを用いて形成されたATカット水晶振動片は、広範囲な温度領域において安定した周波数が得られる優れた温度特性を有する圧電振動片として古くから用いられている。 Conventionally, in various information / communication equipment, OA equipment, and electronic equipment such as consumer equipment, a piezoelectric device including a piezoelectric vibrator is widely used as a clock source of an electronic circuit. As a piezoelectric material used for the piezoelectric vibrator of such a piezoelectric device, for example, a single crystal crystal is adopted because stable frequency characteristics can be obtained. This quartz crystal vibrating piece consists of a quartz crystal wafer as a single crystal substrate cut out at a predetermined cutting angle from a quartz lambard in which a portion of an artificial quartz crystal is formed into a block shape with a clear crystal axis (optical axis). Formed using. Here, the predetermined cutting angle refers to a cutting angle inclined by a target angle with respect to the crystal axis of the crystal, for example, using a crystal wafer cut at a cutting angle of 35 ° 15 ′ from the crystal axis. The formed AT-cut quartz crystal vibrating piece has long been used as a piezoelectric vibrating piece having excellent temperature characteristics that can obtain a stable frequency in a wide temperature range.
ATカット水晶振動片の主振動である厚みすべり振動は、その振動片の中央部が振動するように励振電極などの配置が決められているが、中央部で振動する厚みすべり振動は、振動片の外周部へ伝播する。振動片の外周部の一部は、パッケージなどの収納容器に固着させて保持する保持部となるため、振動片の中央部から伝播した振動が抑制され、主振動である厚みすべり振動に影響し、あるいは、保持部から振動エネルギーが漏洩して、クリスタルインピーダンス(以下、「CI値」という)が低下したり、他の振動モードを誘発させて発振周波数の安定性を低下させたりする。 The thickness shear vibration, which is the main vibration of the AT-cut quartz crystal vibrating piece, is arranged such that the excitation electrode vibrates at the center of the vibrating piece, but the thickness shear vibration that vibrates at the center is Propagated to the outer periphery of A part of the outer periphery of the resonator element serves as a holding part that is secured to a storage container such as a package, so that the vibration propagated from the center part of the resonator element is suppressed, affecting the thickness shear vibration that is the main vibration. Alternatively, vibration energy leaks from the holding part, and crystal impedance (hereinafter referred to as “CI value”) decreases, or other vibration modes are induced to decrease the stability of the oscillation frequency.
上記のような振動片の外周部に伝播した振動の抑制や漏洩を防止して発振周波数の安定化を図るために、振動片にコンベックス加工などを行って振動片を断面コンベックス形状とすることにより、外周部を薄肉として振動片外周部への振動の伝播を抑制し、振動エネルギーを振動片主面の中央部に集中させる方法が実施されている。
従来、断面コンベックス形状の振動片を形成するために、例えばバレル研磨機を用いたコンベックス加工が行われている。バレル研磨機は、水晶素板(水晶ウェハ)から断面矩形の短冊状に切り出した数百〜数千個もの多数の水晶素子片を、研磨剤と共にポットに入れ、このポットを一定の速度で所定時間回転させることにより、上向き凸状をなす断面コンベックス形状を形成するものである。しかし、このバレル研磨機による振動片のコンベックス加工は、長時間を要するために製造効率及び生産性が低いうえに、コンベックス形状の制御が困難で所望の加工精度が得難いという課題があった。
このようなバレル研磨機によるコンベックス加工に代わる方法として、例えば特許文献1に、水晶振動片の断面コンベックス形状を近似的に階段形状に置き換えて断面コンベックス形状と同様な振動の閉じ込め効果を得ること、および、その階段形状を有する振動片を、エッチングレジスト寸法を段階的に変えてエッチングするフォトリソグラフィにより製造する方法が開示されている。
In order to prevent the vibration propagated to the outer periphery of the vibrating piece as described above and prevent the leakage and stabilize the oscillation frequency, the vibrating piece is made into a convex shape by performing a convex process or the like. A method of concentrating vibration energy on the central portion of the main surface of the vibration piece by suppressing the propagation of vibration to the outer periphery of the vibration piece by using a thin outer peripheral portion has been implemented.
Conventionally, in order to form a vibrating piece having a convex shape in cross section, for example, a convex process using a barrel polishing machine has been performed. A barrel polishing machine puts hundreds to thousands of crystal element pieces cut out from a quartz base plate (crystal wafer) into a rectangular shape with a polishing agent into a pot together with an abrasive and puts the pot at a predetermined speed. By rotating for a time, a convex convex cross section is formed. However, the convex machining of the vibrating piece by the barrel polishing machine has a problem that it takes a long time, so that the manufacturing efficiency and productivity are low, and it is difficult to control the convex shape and it is difficult to obtain a desired machining accuracy.
As an alternative to the convex processing by such a barrel polishing machine, for example, in
特許文献1に記載の水晶振動片(ATカットの水晶片)は、中央部を厚肉として両端側に向かって薄肉となる複数の段差が形成された断面階段形状、すなわち、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状と近似される断面形状を有している。
また、このような断面階段形状の水晶振動片の製造方法では、ATカットされた水晶基板の両主面全体に、例えば耐酸性の金属膜からなる耐蝕膜をスパッタなどにより形成してからフォトレジストを塗布し、最も中央側の段差の形状を露光、現像してからエッチング液に浸し、感光したフォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、この耐蝕膜からなる最も中央側の段差形成用のエッチングマスクを形成する。その後、その水晶基板を、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬してエッチングすることにより、水晶基板の最も中央側の段差を形成する。以降、必要な段差の数だけそのフォトリソグラフィによる工程を繰り返し、水晶基板を断面階段形状とする。そして、スパッタリングなどにより、励振電極などの必要な電極の形成を行う。
The crystal vibrating piece (AT-cut crystal piece) described in
In addition, in such a method of manufacturing a quartz crystal resonator element having a stepped cross section, a corrosion resistant film made of, for example, an acid-resistant metal film is formed on both main surfaces of an AT-cut quartz substrate by sputtering or the like, and then a photoresist. Apply the coating, expose and develop the shape of the step on the most central side, immerse it in an etching solution, etch the portion of the corrosion-resistant film where the exposed photoresist is removed, and form the step on the most central side made of this corrosion-resistant film An etching mask is formed. Thereafter, the quartz substrate is etched by being immersed in an etching solution made of, for example, a hydrogen fluoride solution and an ammonium fluoride solution, thereby forming a step on the most central side of the quartz substrate. Thereafter, the photolithography process is repeated for the required number of steps to make the quartz substrate have a stepped cross section. Then, necessary electrodes such as excitation electrodes are formed by sputtering or the like.
しかしながら、特許文献1に記載の断面コンベックス形状に近似な断面階段形状の水晶振動片の製造方法のように、耐蝕膜からなるエッチングレジストの寸法を段階的に変えてエッチングする方法では、フォトリソグラフィを何度も繰り返す必要があるため、工程が複雑で工数が多く掛かり、生産性が低下して製造コストの増加を招く虞があった。
However, in the method of etching by changing the dimension of the etching resist made of the corrosion-resistant film step by step, like the method of manufacturing the crystal vibrating piece having a stepped cross section approximate to the cross-sectional convex shape described in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
〔適用例1〕本適用例にかかる水晶振動片は、ATカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともX軸(電気軸)側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられていることを特徴とする。 [Application Example 1] In the crystal resonator element according to this application example, a convex portion having a predetermined shape is provided on at least one main surface of both main surfaces of an AT-cut crystal base material, and an excitation electrode is provided on the convex portion. Is formed, and at least the X-axis (electric axis) side of the outer peripheral portion of the convex portion is provided with a step portion made of a deposit and having a thickness smaller than that of the convex portion.
この構成によれば、表面に励振電極が形成された凸部によりメサ構造を有しているので、水晶振動片を励振させたときの厚みすべり振動を励振電極下により多く集中させることができるとともに、水晶振動片の凸部それぞれの外周部分のうち、少なくとも厚みすべり振動の伝播が主に起こるX軸側に段部が設けられることにより、複数の段差を有する断面階段形状が形成され、いわゆる平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状が形成される。
したがって、厚みすべり振動が中央部に集中され、さらに外周部への伝播が抑えられることにより、CI値の低下や他の振動モードとの結合が抑制されて、周波数特性の安定した水晶振動片を提供することができる。
According to this configuration, since the convex portion having the excitation electrode formed on the surface has a mesa structure, the thickness-shear vibration when the crystal vibrating piece is excited can be concentrated more under the excitation electrode. The stepped portion is provided on the X-axis side where at least the thickness-slip vibration is mainly propagated in the outer peripheral portion of each convex portion of the quartz crystal vibrating piece, thereby forming a cross-sectional staircase shape having a plurality of steps. A cross-sectional shape approximated to a convex lens-like plano convex shape is formed.
Therefore, the thickness-shear vibration is concentrated in the central part, and further, the propagation to the outer peripheral part is suppressed, so that the reduction of the CI value and the coupling with other vibration modes are suppressed, and a crystal vibrating piece with a stable frequency characteristic is obtained. Can be provided.
〔適用例2〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記水晶基材のZ軸(光軸)側にも設けられていることを特徴とする。 Application Example 2 In the quartz crystal resonator element according to the above application example, the step portion is also provided on the Z-axis (optical axis) side of the quartz base material.
この構成によれば、水晶振動片の中央から外周部分への厚みすべり振動の伝播をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to more reliably suppress the propagation of the thickness shear vibration from the center of the crystal vibrating piece to the outer peripheral portion.
〔適用例3〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記励振電極と同一材料からなることを特徴とする。 Application Example 3 In the quartz crystal resonator element according to the application example described above, the step portion is made of the same material as the excitation electrode.
この構成によれば、段部を、励振電極などの電極形成と同時に形成することができるので効率がよい。 According to this configuration, the step portion can be formed at the same time as the formation of the electrode such as the excitation electrode, so that the efficiency is high.
〔適用例4〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記段部が、前記励振電極および該励振電極から引き出された電極間配線および外部接続電極が形成された領域とは異なる領域に形成されていることを特徴とする。 Application Example 4 In the quartz crystal resonator element according to the application example, the step portion is formed in a region different from a region where the excitation electrode, the inter-electrode wiring drawn from the excitation electrode, and the external connection electrode are formed. It is characterized by.
この構成によれば、短絡などの電気的な不具合を回避しながら、外周部への厚みすべり振動の伝播が抑えられることにより優れた周波数特性を有する水晶振動片を提供できる。 According to this configuration, it is possible to provide a quartz crystal resonator element having excellent frequency characteristics by preventing propagation of thickness shear vibration to the outer peripheral portion while avoiding electrical problems such as a short circuit.
〔適用例5〕上記適用例にかかる水晶振動片において、外周部分に前記段部が設けられた前記凸部が、断面階段形状が形成されるように複数設けられていることを特徴とする。 Application Example 5 The quartz crystal resonator element according to the application example described above is characterized in that a plurality of the convex portions provided with the step portions on the outer peripheral portion are provided so as to form a stepped cross section.
この構成によれば、段差数の多い断面階段形状が形成されるので、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状により近似される断面形状を有する水晶振動片が得られる。したがって、厚みすべり振動の外周部への伝播やスプリアス振動との結合が抑制され、優れた周波数特性を有する水晶振動片を提供することができる。 According to this configuration, since a cross-sectional staircase shape having a large number of steps is formed, a crystal vibrating piece having a cross-sectional shape approximated by a plano-convex shape having a plano-convex lens shape can be obtained. Therefore, propagation of thickness shear vibration to the outer peripheral portion and coupling with spurious vibration are suppressed, and a quartz crystal resonator element having excellent frequency characteristics can be provided.
〔適用例6〕本適用例にかかる水晶振動片の製造方法は、ATカットされた水晶基材の両主面の少なくとも一方の主面に所定の形状の凸部が設けられ、前記凸部上に励振電極が形成され、前記凸部の外周部分の少なくともX軸(電気軸)側に、堆積物からなり前記凸部よりも厚みの少ない段部が設けられている水晶振動片の製造方法であって、フォトリソグラフィにより前記水晶振動片の外形を形成する工程と、フォトリソグラフィにより前記ATカット水晶基材の一部をエッチングして前記凸部を形成する工程と、前記凸部を形成する工程の後で、前記励振電極を含む電極を形成する工程、および薄膜堆積法により前記段部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 [Application Example 6] In the method of manufacturing a quartz crystal resonator element according to this application example, at least one main surface of both main surfaces of the AT-cut crystal base material is provided with a convex portion having a predetermined shape, In the method of manufacturing a quartz crystal vibrating piece, the excitation electrode is formed on the outer peripheral portion of the convex portion, and at least the X-axis (electrical axis) side of the outer peripheral portion of the convex portion is provided with a step portion made of a deposit and having a smaller thickness than the convex portion. A step of forming an outer shape of the quartz crystal resonator element by photolithography, a step of etching a part of the AT-cut quartz crystal substrate by photolithography to form the convex portion, and a step of forming the convex portion. Thereafter, a step of forming an electrode including the excitation electrode and a step of forming the step portion by a thin film deposition method are included.
この構成によれば、長い加工時間を有する水晶エッチングにより形成される凸部のほかに、その凸部の外周部分に設けられる段部により多段の断面階段形状を形成して、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制し、優れた周波数特性を有する水晶振動片を効率的に製造することができる。 According to this configuration, in addition to the convex portion formed by crystal etching having a long processing time, a multi-step cross-sectional step shape is formed by the step portion provided on the outer peripheral portion of the convex portion, and the outer periphery of the thickness shear vibration Accordingly, it is possible to efficiently manufacture a quartz crystal vibrating piece having excellent frequency characteristics while suppressing propagation to a part.
〔適用例7〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記外形を形成する工程の後で、前記凸部を形成する工程を実施することを特徴とする。 Application Example 7 In the method for manufacturing a quartz crystal resonator element according to the application example described above, the step of forming the convex portion is performed after the step of forming the outer shape.
この構成によれば、水晶振動片の外形を形成する工程の後で、凸部の形成を行う工順とすることにより、外形を形成する工程で用いた耐蝕膜を利用して、凸部形成用のエッチングレジストを形成することができるので効率がよい。 According to this configuration, after the step of forming the outer shape of the quartz crystal vibrating piece, the convex portion is formed by using the corrosion-resistant film used in the step of forming the outer shape by adopting a route for forming the convex portion. Therefore, it is efficient because an etching resist can be formed.
〔適用例8〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記電極を形成する工程が前記段部を形成する工程を含み、前記電極と同一材料により前記段部を形成することを特徴とする。 Application Example 8 In the method for manufacturing a quartz crystal resonator element according to the application example, the step of forming the electrode includes a step of forming the step portion, and the step portion is formed of the same material as the electrode. And
この構成によれば、段部を、励振電極などの電極形成と同時に形成することができるので、製造効率が向上する。 According to this configuration, the step portion can be formed simultaneously with the formation of the electrode such as the excitation electrode, so that the manufacturing efficiency is improved.
以下、図面を参照しながらATカット水晶振動片およびその製造方法の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of an AT-cut quartz crystal resonator element and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、ATカット水晶振動片の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態にかかるATカット水晶振動片を模式的に説明するものであり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(a)のB−B線断面図、(d)は(b)のD部の部分拡大断面図である。なお、図1において、図中X,Y,Zは水晶の結晶軸方向を示しているものであり、X軸は電気軸、Y軸は機械軸、Z軸は光軸をそれぞれ示している。また、図1(a)において施している斜線のハッチングは、励振電極などの電極や配線を識別しやすくするためのものであり、断面を示すものではない。
(First embodiment)
First, an embodiment of an AT cut quartz crystal resonator element will be described.
1A and 1B schematically illustrate an AT-cut quartz crystal resonator element according to this embodiment. FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. (A) BB sectional drawing, (d) is the elements on larger scale of the D section of (b). In FIG. 1, X, Y, and Z in the figure indicate the crystal axis directions of quartz, the X axis indicates the electrical axis, the Y axis indicates the mechanical axis, and the Z axis indicates the optical axis. Further, the hatched hatching applied in FIG. 1A is intended to facilitate identification of electrodes and wiring such as excitation electrodes, and does not indicate a cross section.
図1に示すように、ATカット水晶振動片10は、結晶軸から35°15′傾けた切断角度で切り出されたATカット水晶ウェハを用いて形成された水晶基材1の両主面の相対向する位置に、平面視で矩形状を呈する凸部5A,5Bが形成された所謂メサ構造を有している。
このような水晶基材1のメサ構造を有する外形は、後述するように、フォトリソグラフィにより水晶基材1(水晶ウェハ)をフッ酸溶液などでウェットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
As shown in FIG. 1, the AT-cut quartz
The outer shape of the
図1(a)に示すように、水晶基材1の一方の凸部5A上には、駆動用の電極である励振電極15Aが設けられている。また、水晶基材1の凸部5A側の面において、薄肉の外周部の外周面6Aの一端側近傍には、励振電極15Aと電極間配線16Aにより接続された外部接続電極17Aが設けられている。これと同様に、水晶基材1の他方の凸部5B上には励振電極15Bが設けられ(図1(b)を参照)、水晶基材1の凸部5B側の面において、薄肉の外周部の外周面6Bの一端側近傍に設けられた外部接続電極17Bと電極間配線16Bにより接続されている。なお、ATカット水晶振動片10において、外周面6Aおよび外周面6Bの外部接続電極17Aおよび外部接続電極17Bが設けられた部分は、パッケージのマウント端子上などに導電性接着剤などを介して接合された際に、ATカット水晶振動片10を支持する支持部11となる。
このような電極や配線などの電極パターンは、水晶基材1(水晶ウェハ)をエッチングしてメサ構造を有するATカット水晶振動片10の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル(Ni)またはクロム(Cr)を下地層として、その上に例えば金(Au)による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成できる。
As shown in FIG. 1A, an excitation electrode 15 </ b> A that is a driving electrode is provided on one convex portion 5 </ b> A of the
Such electrode patterns such as electrodes and wirings are formed by, for example, nickel (Ni) by vapor deposition or sputtering after the quartz substrate 1 (quartz wafer) is etched to form the outer shape of the AT-cut quartz
また、図1(a)に示すように、凸部5Aの外周には、外周面6A上および凸部5Aの側壁に、電極形成用金属からなり凸部5Aよりも厚みを少なくして形成された段部25Aが凸部5Aの外周を縁取るように設けられている。すなわち、段部25Aは、ATカットされた水晶基材1において、凸部5AのX軸(電気軸)側に対向する二辺側およびZ軸(光軸)側に対向する二辺側の四辺すべてに、凸部5Aを取り囲むように設けられている。また、本実施形態の段部25Aは、励振電極15A,15Bや外部接続電極17A,17Bあるいは電極間配線16A,16Bと同じ金属材料からなりそれらと同時に形成されている。
同様に、凸部5Bの外周には、外周面6B上および凸部5Bの側壁には、凸部5Bよりも厚みを少なくして形成された段部25Bが凸部5Bの外周を縁取るように設けられている(図1(b)、図1(c)を参照)。
Further, as shown in FIG. 1A, the outer periphery of the
Similarly, on the outer periphery of the
図1(d)に示すように、ATカット水晶振動片(10)の凸部5AのX軸(電気軸)側の辺近傍においては、水晶基材1の凸部5A、凸部5Aよりも厚みの少ない部分である外周面6A、および外周面6A上に凸部5Aよりも少ない厚みで形成された段部25Aにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。同様に、凸部5BのX軸(電気軸)側の辺近傍においては、水晶基材1の凸部5B、凸部5Bよりも厚みの少ない部分である外周面6B、および外周面6B上に凸部5Bよりも少ない厚みで形成された段部25Bにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
これにより、ATカット水晶振動片(10)の凸部5A,5B形成面それぞれの一方のX軸(電気軸)側の辺には、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状の一端側と近似される断面形状が形成される。
As shown in FIG. 1 (d), in the vicinity of the side on the X-axis (electric axis) side of the
Accordingly, a cross section approximated to one end side of a plano-convex shape of a plano-convex lens is formed on one X-axis (electric axis) side of each of the convex-formed
これと同様に、凸部5A,5Bの他方のX軸(電気軸)側の辺、および、凸部5A,5BのZ軸(光軸)側の対向する二辺についても、三つの段差を有する断面階段形状が形成され、これにより、ATカット水晶振動片10は、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状と近似される断面形状を呈している。
Similarly, three steps are formed on the other X-axis (electric axis) side of the
なお、図1(a)に示すように、電極形成用金属からなる段部25A,25Bは、励振電極15A,15B、外部接続電極17A,17B、およびそれらを対応させて接続する電極間配線16A,16Bなどの電極や電極間配線とは電気的に絶縁されるように、それらの電極や電極間配線が形成された領域とは異なる領域に形成されている。
As shown in FIG. 1 (a), the
上記実施形態のATカット水晶振動片10によれば、水晶基材1の両主面の相対向する位置に設けられ表面に励振電極15A,15Bがそれぞれ形成された凸部5A,5Bによりメサ構造を有しているので、ATカット水晶振動片10を励振させたときの厚みすべり振動を各励振電極15A,15B下により多く集中させることができる。そのうえ、ATカット水晶振動片10の凸部5A,5Bそれぞれの外周に設けられる段部25A,25Bにより、三つの段差を有する断面階段形状が形成されている。これにより、加工時間を長く要する凸部5A,5Bを各主面に一つずつ形成し、比較的容易に形成することが可能な各凸部5A,5Bと対応する段部25A,25Bとの組み合せによって断面階段形状を形成することによって、効率的に、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状が形成されている。
しかも、ATカット水晶振動片10がメサ構造を有することにより、パッケージなどと接合される支持部11の厚みが薄くなっているので、支持部11からの振動の漏洩が抑えられる。
したがって、厚みすべり振動が中央部に集中され、さらに外周部への伝播が抑えられることにより、CI値の低下や他の振動モードとの結合が抑制されて、周波数特性の安定したATカット水晶振動片10を提供することができる。
According to the AT-cut quartz
In addition, since the AT cut quartz
Therefore, the thickness-shear vibration is concentrated in the central part, and further, the propagation to the outer peripheral part is suppressed, so that the decrease in the CI value and the coupling with other vibration modes are suppressed, and the AT-cut crystal vibration with stable frequency characteristics. A
〔ATカット水晶振動片の製造方法〕
次に、ATカット水晶振動片10の製造方法について説明する。
図2は、本実施形態のATカット水晶振動片の製造工程を説明するフローチャートである。また、図3および図4は、本実施形態のATカット水晶振動片10の製造方法において、図2のフローチャートのうちステップS3の凸部形成工程とステップS4の電極および段差形成工程の製造過程を具体的に説明する水晶振動片の模式断面図である。
[Manufacturing method of AT-cut crystal vibrating piece]
Next, a method for manufacturing the AT-cut quartz
FIG. 2 is a flowchart for explaining a manufacturing process of the AT-cut quartz crystal resonator element according to this embodiment. 3 and 4 show the manufacturing process of the convex forming process in step S3 and the electrode and step forming process in step S4 in the flowchart of FIG. 2 in the manufacturing method of the AT-cut quartz
図2において、ATカット水晶振動片10の製造では、まず、ATカットされた大判の水晶基板からなるウェハを準備する(ステップS1)。詳細には、人工水晶原石の一部を結晶軸を明確にしてブロック状に成形するランバード加工により得られた水晶ランバードから、ワイヤソーやバンドソーにより、水晶の結晶軸から35°15′傾けた切断角度を狙って切り出したATカット水晶基板のウェハを得る。そして、切り出されたウェハは、切断角度を正確に補正しながら所望の厚さおよび表面状態になるように研磨加工を施す。
In FIG. 2, in manufacturing the AT-cut quartz
次に、ステップS2に示すように、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングにより、水晶基板のウェハに単数あるいは複数のATカット水晶振動片10の外形を形成する。詳述すると、まず、水晶基板のウェハの両主面全体に、エッチングマスクとなる例えばクロム(Cr)および金(Au)からなる耐蝕膜をスパッタなどにより形成してからフォトレジストを塗布して、そのフォトレジスト上にATカット水晶振動片10の外形パターニング用のマスクを配置する。
そして、露光した後、フォトレジストの感光した部分を現像して除去してからエッチング液に浸し、感光したフォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、ウェハ上に、耐蝕膜からなるATカット水晶振動片10の外形形成用のエッチングマスクを形成する。
その後、ATカット水晶振動片10の外形形成用のエッチングマスクを形成したウェハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、ウェハのATカット水晶振動片10の外形に対応した部分が貫通するまでエッチングする。
なお、ATカット水晶振動片10の外形は、ウェハから完全に切り離されないようにミシン目状の折り取り部によりウェハにつなげるようにしている。これにより、以降の工程をウェハ状態にて効率的に流動してから、最後に折り取り部を折り取ることによって個片のATカット水晶振動片10を得ることができる。
Next, as shown in step S2, the outer shape of one or a plurality of AT-cut quartz
Then, after the exposure, the exposed portion of the photoresist is developed and removed, and then immersed in an etching solution, and the corrosion-resistant film of the portion where the exposed photoresist is removed is etched to form an AT made of the corrosion-resistant film on the wafer. An etching mask for forming the outer shape of the cut quartz
Thereafter, the wafer on which the etching mask for forming the outer shape of the AT-cut quartz
Note that the outer shape of the AT-cut quartz
次に、ステップS3に示すように、フォトリソグラフィを用いて凸部5A,5Bの形成を行う。
詳述すると、図3(a)に示すように、両面に耐蝕膜95が設けられた外形形成後の水晶基材1を準備する。本実施形態では、上記のATカット水晶振動片10の外形形成工程(図2のステップS2)でエッチングマスクとして用いた耐蝕膜95を剥離せずに残しておいて利用する。
Next, as shown in step S3, the
More specifically, as shown in FIG. 3A, the
すなわち、凸部形成工程では、まず、図3(b)に示すように、耐蝕膜95上にフォトレジスト97を塗布してから、そのフォトレジスト97に、ガラス板81に凸部(5A)パターン85Aおよび凸部(5B)パターン85Bがそれぞれ設けられたフォトマスク80Aおよびフォトマスク80Bを用いて凸部(5A,5B)それぞれの形状を露光する。
次に、図3(c)に示すように、フォトレジスト97を現像して凸部(5A)パターン97Aおよび凸部(5B)パターン97Bを得る。
That is, in the convex forming step, first, as shown in FIG. 3B, a
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(d)に示すように、フォトレジストの凸部(5A)パターン97Aおよび凸部(5B)パターン97Bをエッチングレジストとして耐蝕膜(95)をエッチングし、耐蝕膜(95)からなる凸部(5A)パターン95Aおよび凸部(5B)パターン95Bを形成する。
次に、図3(e)に示すように、凸部(5A)パターン95Aおよび凸部(5B)パターン95Bをエッチングマスクとして、ウェハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に所定時間浸漬することにより凸部5A,5Bを形成する。
そして、図3(f)に示すように、耐蝕膜からなる凸部(5A)パターン95Aおよび凸部(5B)パターン95Bを剥離して、凸部5A,5Bが形成された水晶基材1を得る。
Next, as shown in FIG. 3D, the corrosion-resistant film (95) is etched by using the photoresist convex part (5A)
Next, as shown in FIG. 3E, the wafer is etched with, for example, a hydrogen fluoride solution and an ammonium fluoride solution using the convex portion (5A)
And as shown in FIG.3 (f), the convex part (5A)
図2に戻り、次に、ステップS4に示すように、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法やフォトリソグラフィを用いて、励振電極15A,15B、外部接続電極17A,17B、およびそれらを対応させて接続する電極間配線16A,16Bなどの電極や配線と、それらの電極形成用の金属からなる段部25A,25Bを同時に形成する電極および段部形成を行う。
Returning to FIG. 2, next, as shown in step S4, the
詳述すると、図4(a)に示すように、凸部5A,5Bが形成された水晶基材1の両面に、蒸着またはスパッタリングにより、ニッケルまたはクロムなどを下地層として、その上に例えば金を積層させた電極形成用の金属膜である金属膜105を成膜する。
次に、図4(b)に示すように、金属膜105上にフォトレジスト98を塗布してから、そのフォトレジスト98に、ガラス板83上に励振電極(15A)パターン86Aおよび段部(25A)パターン87Aが設けられたフォトマスク82Aと、別のガラス板83上に励振電極(15B)パターン86Bおよび段部(25B)パターン87Bが設けられたフォトマスク82Bを用いて励振電極15A,15Bおよび段部25A,25Bのそれぞれの形状を露光する(図4(c)を参照)。
More specifically, as shown in FIG. 4 (a), nickel or chromium or the like is used as an underlayer by vapor deposition or sputtering on both sides of the
Next, as shown in FIG. 4B, after applying a
次に、図4(d)に示すように、フォトレジスト98を現像して露光された部分のフォトレジストを除去し、励振電極(15A)パターン98Aaおよび段部(25A)パターン98Abと、励振電極(15B)パターン98Baおよび段部(25B)パターン98Bbを得る。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次に、図4(e)に示すように、フォトレジストの励振電極(15A)パターン98Aaおよび段部(25A)パターン98Abと、励振電極(15B)パターン98Baおよび段部(25B)パターン98Bbとをエッチングレジストとして金属膜(105)をエッチングした後、図4(f)に示すようにフォトレジストの励振電極(15A)パターン98Aaおよび段部(25A)パターン98Abと、励振電極(15B)パターン98Baおよび段部(25B)パターン98Bbとを剥離することにより、励振電極15Aおよび段部25Aと、励振電極15Bおよび段部25Bとを得る。
なお、図示は省略したが、上記の電極および段部形成工程では、励振電極15A,15Bや段部25A,25Bとともに、外部接続電極17A,17B、およびそれらを対応させて接続する電極間配線16A,16Bなどの他の電極や配線パターンも同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 4E, the excitation electrode (15A) pattern 98Aa and step (25A) pattern 98Ab of the photoresist, and the excitation electrode (15B) pattern 98Ba and step (25B) pattern 98Bb are formed. After etching the metal film (105) as an etching resist, as shown in FIG. 4F, the excitation electrode (15A) pattern 98Aa and step (25A) pattern 98Ab of the photoresist, the excitation electrode (15B) pattern 98Ba, and By peeling off the step (25B) pattern 98Bb, the
Although not shown in the drawings, in the above-described electrode and step portion forming step, the
図2に戻り、次に、ステップS5に示すように、水晶基板のウェハから個々のATカット水晶振動片10を上記折り取り部で折り取って、個片のATカット水晶振動片10を得る個片化を実施し、一連のATカット水晶振動片10の製造工程を終了する。
Returning to FIG. 2, next, as shown in step S <b> 5, the individual AT-cut quartz
上記実施形態のATカット水晶振動片10の製造方法によれば、凸部5A,5Bおよびそれらの外周部分に設けられる段部25A,25Bにより形成される断面階段形状を有することによって、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するATカット水晶振動片10を製造することができる。
また、上記製造方法によれば、ATカット水晶振動片10の外形形成工程の後で、凸部5A,5Bの形成を行う工順とすることにより、ATカット水晶振動片10の外形形成工程で用いた耐蝕膜を利用して、凸部5A,5B用のエッチングレジストを形成することができるので効率がよい。
According to the manufacturing method of the AT-cut quartz
Further, according to the manufacturing method, after the outer shape forming step of the AT cut quartz
上記実施形態で説明したATカット水晶振動片およびその製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。 The AT-cut quartz crystal resonator element and the manufacturing method thereof described in the above embodiment can be implemented as the following modifications.
(変形例)
上記実施形態のATカット水晶振動片10では、水晶基材1をエッチング加工することにより形成した凸部5A,5Bからなる段部一つと、電極形成用の金属からなる段部25A,25Bとにより、三段の段部を有する断面階段形状を形成した。これに限らず、水晶基材をエッチング加工することにより形成する段部、および電極形成用の金属などを堆積させて形成する段部それぞれを複数設ける構成としてもよい。
図5は、水晶基材をエッチング加工することにより形成する段部、および電極形成用の金属などを堆積させて形成する段部それぞれを複数設けたATカット水晶振動片を模式的に説明する断面図である。また、図6は、本変形例のATカット水晶振動片の製造工程を説明するフローチャートである。
(Modification)
In the AT-cut quartz
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an AT-cut quartz crystal vibrating piece provided with a plurality of step portions formed by etching a quartz crystal base material and a step portion formed by depositing a metal for forming an electrode, etc. FIG. FIG. 6 is a flowchart for explaining the manufacturing process of the AT-cut quartz crystal vibrating piece according to this modification.
図5において、ATカット水晶振動片50は、ATカットされた水晶ウェハを用いて形成された水晶基材41の両主面の相対向する位置に、平面視で矩形状を呈する第1の凸部46A,46Bが形成され、さらに第1の凸部46A,46Bの中央部の相対向する位置に第2の凸部45A,45Bが形成された多段メサ構造を有している。
このような水晶基材41の多段メサ構造を有する外形は、フォトリソグラフィにより水晶基材41(水晶ウェハ)をエッチングすることにより精密に形成される。
In FIG. 5, the AT-cut quartz
The external shape having such a multistage mesa structure of the
水晶基材41の一方の第2の凸部45A上には励振電極55Aが設けられ、他方の第2の凸部45B上には励振電極55Bが設けられている。
なお、ATカット水晶振動片50の最も肉薄の外周部分の外周面47A,47Bには、上記実施形態のATカット水晶振動片10と同様に励振電極55A,55Bにそれぞれ対応した外部接続電極が設けられているが、図示を省略する。
An
Note that external connection electrodes respectively corresponding to the
また、ATカット水晶振動片50の一方の第2の凸部45Aの外周において、第1の凸部46A上および第2の凸部45Aの側壁には、第2の凸部45Aよりも厚みを少なくして形成された段部65Aが第2の凸部45Aの外周を縁取るように設けられている。すなわち、段部65Aは、ATカットされた水晶基材41において、第2の凸部45AのX軸(電気軸)側に対向する二辺側およびZ軸(光軸)側に対向する二辺側の四辺すべてに、第2の凸部45Aを取り囲むように設けられている。この段部65Aは、励振電極55A,55Bや外部接続電極などの電極形成用の金属材料と同じ材料からなりそれらと同時に形成されている。
同様に、他方の第2の凸部45Bの外周において、第1の凸部46B上および第2の凸部45Bの側壁には、電極形成用の金属材料からなり第2の凸部45Bよりも厚みを少なくして形成された段部65Bが第2の凸部45Bの外周を縁取るように設けられている。
Further, on the outer periphery of one second
Similarly, on the outer periphery of the other second
さらに、ATカット水晶振動片50の一方の第1の凸部46Aの外周において、外周面47A上および第1の凸部46Aの側壁には、第1の凸部46Aよりも厚みを少なくして形成された電極形成用の金属材料からなる段部75Aが第1の凸部46Aの外周を縁取るように設けられている。
同様に、他方の第1の凸部46Bの外周において、外周面47B上および第1の凸部46Bの側壁には、第1の凸部46Bよりも厚みを少なくして形成された電極形成用の金属材料からなる段部75Bが第1の凸部46Bの外周を縁取るように設けられている。
Further, on the outer periphery of one first
Similarly, on the outer periphery of the other first
以上、説明した構成のATカット水晶振動片50の断面において、励振電極55Aが形成された側には、水晶基材41の第2の凸部45A、第1の凸部46A上に第2の凸部45Aよりも少ない厚みで形成された段部65A、および外周面47A上に第1の凸部46Aよりも少ない厚みで形成された段部75Aにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
同様に、ATカット水晶振動片50の断面において、励振電極55Bが形成された側には、水晶基材41の第2の凸部45B、第1の凸部46B上に第2の凸部45Bよりも少ない厚みで形成された段部65B、および外周面47B上に第1の凸部46Bよりも少ない厚みで形成された段部75Bにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。
これにより、ATカット水晶振動片50は、上記実施形態のATカット水晶振動片10に比して、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状とより近似される断面形状を呈している。
As described above, in the cross section of the AT-cut quartz
Similarly, in the cross section of the AT cut quartz
Thereby, the AT-cut quartz
次に、本変形例のATカット水晶振動片50の製造方法について説明する。なお、本変形例のATカット水晶振動片50の製造方法は、凸部形成工程が2回繰り返されること以外は、上記実施形態のATカット水晶振動片10の製造方法と同じため、説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the AT-cut quartz
図6において、ATカット水晶振動片50の製造方法では、まず、ステップS11に示すように、水晶ランバードからATカットにて切り出されたATカット水晶基板のウェハを、所望の厚さおよび表面状態になるように研磨加工するウェハの準備を行う。
In FIG. 6, in the manufacturing method of the AT-cut quartz
次に、ステップS12に示すように、上記実施形態の外形形成工程(図2のステップS2)と同様に、フォトリソグラフィを用いたウェットエッチングにより、水晶基板のウェハに単数あるいは複数のATカット水晶振動片50の外形を形成する。
Next, as shown in step S12, one or more AT-cut quartz crystal vibrations are formed on the quartz substrate wafer by wet etching using photolithography in the same manner as the outer shape forming step (step S2 in FIG. 2) of the above embodiment. The outer shape of the
次に、ステップS13およびステップS14に示すように、上記実施形態の凸部形成工程(図2のステップS3、および図3を参照)と同様に、フォトリソグラフィを用いて第1の凸部46A,46B、および第2の凸部45A,45Bの形成をこの順に行う。具体的には、ステップS12の外形形成工程でエッチングマスクとして用いた耐蝕膜を剥離せずに残して利用し、その耐蝕膜をエッチングマスクとしてフォトリソグラフィを二回繰り返すことにより、第1の凸部46A,46Bと、第2の凸部45A,45Bとを順次形成する。
Next, as shown in step S13 and step S14, the
次に、ステップS15に示すように、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法やフォトリソグラフィを用いて、励振電極55A,55B、外部接続電極、およびそれらを対応させて接続する電極間配線などの電極や配線と、それらの電極形成用の金属からなる段部65A,65Bおよび段部75A,75Bを同時に形成する電極および段部形成を行う。
Next, as shown in step S15, the electrodes such as the
そして、ステップS16に示すように、水晶基板のウェハから個々のATカット水晶振動片50を切り離して個片のATカット水晶振動片50を得る個片化を実施し、一連のATカット水晶振動片50の製造工程を終了する。
Then, as shown in step S16, individual AT-cut quartz
上記変形例のATカット水晶振動片50によれば、第1の凸部46A,46Bおよび第2の凸部45A,45Bの2つの凸部と、その2つの凸部それぞれの外周に設けられる段部75A,75Bおよび段部65A,65Bとにより、五つの段差を有する断面階段形状が形成されている。これにより、加工時間を長く要する凸部形成のみによって断面階段形状を形成した場合に比して、効率的に、より平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状を形成することができる。
したがって、ATカット水晶振動片50の中央部から外周部に向かっての厚みすべり振動の伝播を減衰させることにより、振動の外周部への伝播をより効果的に抑制することが可能なATカット水晶振動片50を提供することができる。
According to the AT-cut quartz
Therefore, the AT-cut quartz crystal that can more effectively suppress the propagation of the vibration to the outer peripheral portion by attenuating the propagation of the thickness-shear vibration from the central portion toward the outer peripheral portion of the AT-cut
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 The embodiment of the present invention made by the inventor has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
例えば、上記実施形態および変形例では、ATカットされた水晶基材1,41の両主面に凸部および段部を設けることにより、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状に近似される断面形状のATカット水晶振動片10,50を形成した。これに限らず、水晶基材の一方の主面側に凸部および段部を設ける構成としても、振動片の中央部から外周部に向かっての厚みすべり振動の伝播を減衰させる効果を奏する。
For example, in the above-described embodiment and the modification, by providing convex portions and step portions on both main surfaces of the AT-cut
また、上記実施形態のATカット水晶振動片10の製造方法では、外形形成工程の後に、凸部形成工程を行う工順を説明した。これに限らず、外形形成工程の前に凸部形成工程を行う工順としても、上記実施形態のATカット水晶振動片10を製造することは可能である。
Moreover, in the manufacturing method of the AT cut quartz
また、上記実施形態および変形例では、段部25A,25Bまたは段部65A,65B,75A,75Bを、励振電極や外部接続電極などの電極形成用の金属材料を用いて、それらの電極と同時に形成した。これに限らず、例えば、液状またはペースト状の樹脂やガラスなどを堆積させて成膜する方法により形成される他の材料の堆積物からなる段部であってもよい。
In the embodiment and the modification, the
また、上記実施形態および変形例では、凸部5A,5Bまたは第1の凸部46A,46Bあるいは第2の凸部45A,45Bなどの凸部の外周部分の略全周に、段部25A,25Bまたは段部65A,65B,75A,75Bを設けた。これに限らず、ATカットされた水晶基材1,41において、凸部の少なくともX軸(電気軸)側に対向する二辺側に段部が設けられているだけでもよい。これによっても、ATカット水晶振動片における厚みすべり振動の外周部への伝播はATカットされた水晶基材1,41のX軸側に主に起こるので、厚みすべり振動の外周部への伝播を効果的に抑えることができる。
Further, in the above embodiment and the modified example, the
また、上記変形例のATカット水晶振動片50では、第1の凸部46A,46Bと第2の凸部45A,45Bとの2つの凸部と、各凸部の外周部分に設けられた段部75A,75Bおよび段部65A,65Bとにより、平凸レンズ状のプラノコンベックス形状により近似な断面階段形状を形成した。これに限らず、三つ以上の凸部を設け、各凸部の外周部分に段部を形成する構成としてもよい。
Further, in the AT-cut quartz
1,41…水晶基材、5A,5B…凸部、6A,6B,47A,47B…外周面、10,50…ATカット水晶振動片、11…支持部、15A,15B,55A,55B…励振電極、16A,16B…電極間配線、17A,17B…外部接続電極、25A,25B,65A,65B,75A,75B…段部、45A,45B…第2の凸部、46A,46B…第1の凸部、80A,80B,82A,82B…フォトマスク、85A,85B,95A,95B,97A,97B…凸部パターン、86A,86B,98Aa,98Ba…励振電極パターン、87A,87B,98Ab,98Bb…段部パターン、95…耐蝕膜、97,98…フォトレジスト、105…金属膜。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記段部が、前記水晶基材のZ軸(光軸)側にも設けられていることを特徴とする水晶振動片。 The quartz crystal resonator element according to claim 1,
The crystal resonator element, wherein the step portion is also provided on the Z-axis (optical axis) side of the crystal base material.
前記段部が、前記励振電極と同一材料からなることを特徴とする水晶振動片。 The quartz crystal resonator element according to claim 1 or 2,
The stepped portion is made of the same material as that of the excitation electrode.
前記段部が、前記励振電極および該励振電極から引き出された電極間配線および外部接続電極が形成された領域とは異なる領域に形成されていることを特徴とする水晶振動片。 The crystal resonator element according to claim 3,
The crystal resonator element according to claim 1, wherein the step portion is formed in a region different from a region where the excitation electrode, the inter-electrode wiring drawn from the excitation electrode, and the external connection electrode are formed.
外周部分に前記段部が設けられた前記凸部が、断面階段形状が形成されるように複数設けられていることを特徴とする水晶振動片。 In the crystal vibrating piece according to any one of claims 1 to 4,
A quartz crystal vibrating piece, wherein a plurality of the convex portions provided with the step portions on an outer peripheral portion are provided so as to form a stepped cross section.
フォトリソグラフィにより前記水晶振動片の外形を形成する工程と、
フォトリソグラフィにより前記ATカット水晶基材の一部をエッチングして前記凸部を形成する工程と、
前記凸部を形成する工程の後で、前記励振電極を含む電極を形成する工程、および薄膜堆積法により前記段部を形成する工程と、を含むことを特徴とする水晶振動片の製造方法。 A convex portion having a predetermined shape is provided on at least one main surface of both main surfaces of the AT-cut quartz crystal base material, an excitation electrode is formed on the convex portion, and at least the X-axis ( On the electric shaft) side, a quartz vibrating piece manufacturing method in which a step portion made of a deposit and having a thickness smaller than the convex portion is provided,
Forming the outer shape of the quartz crystal resonator element by photolithography,
Etching the part of the AT-cut quartz base material by photolithography to form the convex part;
A method of manufacturing a quartz crystal vibrating piece, comprising: a step of forming an electrode including the excitation electrode, and a step of forming the step portion by a thin film deposition method after the step of forming the convex portion.
前記外形を形成する工程の後で、前記凸部を形成する工程を実施することを特徴とする水晶振動片の製造方法。 In the manufacturing method of the crystal vibrating piece according to claim 6,
A method of manufacturing a quartz crystal vibrating piece, comprising performing a step of forming the convex portion after the step of forming the outer shape.
前記電極を形成する工程が前記段部を形成する工程を含み、
前記電極と同一材料により前記段部を形成することを特徴とする水晶振動片の製造方法。 In the manufacturing method of the crystal vibrating piece according to claim 6 or 7,
Forming the electrode includes forming the step;
A method of manufacturing a quartz crystal vibrating piece, wherein the step is formed of the same material as the electrode.
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