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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】圧電デバイス及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H03H 9/19 20060101AFI20231205BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
H03H9/19 D
H03H3/02 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019199728
(22)【出願日】2019-11-01
(65)【公開番号】P2021072588
(43)【公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-06-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000232483
【氏名又は名称】日本電波工業株式会社
(72)【発明者】
【氏名】島尾 憲治
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 徹也
(72)【発明者】
【氏名】利川 興司
(72)【発明者】
【氏名】岩田 浩一
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１９７７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１５８５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００４／０１９４２４（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特開２０１３－０２７００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３３４１０８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｈ３／００７－Ｈ０３Ｈ３／１０
Ｈ０３Ｈ９／００－Ｈ０３Ｈ９／７６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水晶の結晶軸で表わされるＸ－Ｚ′面を主面とし、前記主面の平面形状が四角形状であり、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面であってこの順に交わっている第１～第３の３つの面で構成してあり、かつ、前記第１の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として４±３．５°回転させた面に相当する面であり、前記第２の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－５７±５°回転させた面に相当する面であり、前記第３の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－４２±５°回転させた面に相当する面であり、前記Ｚ′軸に平行な２辺のうちの第１の辺の側で導電性接着剤によって容器に接続固定されているＡＴカット水晶片と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、前記ＡＴカット水晶片は、前記第１の辺と対向する第２の辺の側に前記四角形状に由来する２つの角部を備え、かつ、前記第２の辺は、前記２つの角部の間において直線状であり、
前記２つの角部は、Ｃ面取りの表記のＣ寸法で言って、１０～２０μｍ以下の角部であり、
前記直線状の部分の長さをＷ１とし、当該水晶片のＺ′方向に沿った幅寸法をＷ０としたとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９３～０．９９であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項2】
前記Ｗ１／Ｗ０が０．９６～０．９９であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項3】
前記ＡＴカット水晶片は、前記第１の辺及び第２の辺を短辺とし、かつ、水晶のＸ軸方向に沿う辺を長辺とする平面視で長方形状のＡＴカット水晶片であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の圧電デバイスを、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って製造するに当たり、前記ウエットエッチング用の耐エッチングマスクであって、前記ＡＴカット水晶片のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部と、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部と、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部と、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ第２エッチング工程完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部と、を有した耐エッチングマスクを、水晶ウエハに形成する工程と、
前記耐エッチングマスクを形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する第１エッチング工程と、
前記第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部及び第４マスク部を除去する工程と、
前記第１マスク部及び第４マスク部を除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する当該第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極を形成する工程と、
前記励振用電極の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化する工程と、
個片化した当該ＡＴカット水晶片を容器に接続固定する工程と、
を含む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、水晶振動子、水晶振動子を含む水晶発振器、サーミスタやＰＮダイオード等の温度センサを併用した水晶振動子等の圧電デバイスと、その製造方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
圧電デバイスの１種である水晶振動子の一層の小型化を図るため、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術が用いられている。
【0003】
この出願の出願人に係る例えば特許文献１には、上記技術を用いた圧電デバイスが記載されている。具体的には、特許文献１の図１に示されているように、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面で構成したＡＴカット水晶片であって、第１の面は、当該水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるＸ－Ｚ′面（主面）を、水晶のＸ軸を回転軸として４±３．５°回転させた面であり、第２の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－５７±５°回転させた面に相当する面であり、第３の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－４２±５°回転させた面に相当する面であるＡＴカット水晶片を具えた、圧電デバイスが開示されている。
この圧電デバイスによれば、ＡＴカット水晶振動子本来の振動以外の不要振動を従来に比べ抑制できるため、振動子のインピダンスすなわちクリスタルインピダンス（以下、ＣＩともいう）を従来に比べ改善できる。
この圧電デバイスによれば、ＡＴカット水晶振動子本来の振動以外の不要振動を従来に比べ抑制できるため、振動子のインピダンスすなわちクリスタルインピダンス（以下、ＣＩともいう）を従来に比べ改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－１９７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された圧電デバイスは、ＣＩの改善が図れるものであるが、この出願に係る発明者の研究においてＣＩの更なる改善が図れることが判明した。すなわち、特許文献１に開示された圧電デバイスは、所定の第１～第３の面を有する水晶片を具えたものであるが、所定の第１～第３の面を得るために、水晶ウエハを長時間エッチングする処理を採用している。そのため、当該水晶片の先端側、すなわち水晶片の導電性接着剤によって支持する側とは反対側を平面的に見たとき、当該先端の中央から両角部に向かう領域が略三角形状にエッチングされてしまい、その分だけ水晶片の面積が減少していた（後述する比較例や図６、図７（Ｂ）参照）。ＡＴカット水晶片の場合、水晶片の平面的な面積が広い方が、ＣＩは良化し易いことを考えると、特許文献１に開示された圧電デバイスは改善の余地があった。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記問題点を軽減できる圧電デバイスと、その製造方法とを提供することにある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記問題点を軽減できる圧電デバイスと、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的の達成を図るため、この出願の圧電デバイスの発明によれば、水晶の結晶軸で表わされるＸ－Ｚ′面を主面とし、平面形状が四角形状で、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、第１～第３の３つの面であってこの順に交わっている第１～第３の３つの面で構成してあり、かつ、前記第１の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として４±３．５°回転させた面に相当する面であり、前記第２の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－５７±５°回転させた面に相当する面であり、前記第３の面は、前記主面を水晶のＸ軸を回転軸として－４２±５°回転させた面に相当する面であり、前記Ｚ′軸に平行な２辺のうちの第１の辺の側で導電性接着剤によって容器に接続固定されているＡＴカット水晶片と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、前記ＡＴカット水晶片の、前記第１の辺と対向する第２の辺の側の２つの角部が、平面視したとき、各々、略直角となっていることを特徴とする。
【0007】
この発明を実施するに当たり、前記略直角は、前記角部を構成する２つの辺が交差する角度で言って８５～９０度の範囲の角度が好ましく、さらに、８７～９０度の角度であることが好ましい。
【0008】
また、この発明を実施するに当たり、前記第２の辺は、前記２つの角部の間において直線状であることが好ましい。
然も、前記第２の辺の直線状の部分の長さをＷ１とし、当該水晶片のＺ′方向に沿った幅寸法をＷ０としたとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９０以上であることが好ましく、より好ましくは、Ｗ１／Ｗ０が０．９３以上であることが良く、さらに好ましくは０．９６以上であることが良い。
また、この発明を実施するに当たり、前記略直角は、前記２つの角部のＣ面取りの表記で定義した場合であれば、当該Ｃ寸法が２０μｍ以下であることが好ましい。
然も、前記第２の辺の直線状の部分の長さをＷ１とし、当該水晶片のＺ′方向に沿った幅寸法をＷ０としたとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９０以上であることが好ましく、より好ましくは、Ｗ１／Ｗ０が０．９３以上であることが良く、さらに好ましくは０．９６以上であることが良い。
また、この発明を実施するに当たり、前記略直角は、前記２つの角部のＣ面取りの表記で定義した場合であれば、当該Ｃ寸法が２０μｍ以下であることが好ましい。
【0009】
また、この出願の圧電デバイスの製造方法の発明によれば、上記したこの出願に係る圧電デバイスを、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って製造するに当たり、
前記ウエットエッチング用の耐エッチングマスクであって、前記ＡＴカット水晶片のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部と、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部と、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部と、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ第２エッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部と、を有した耐エッチングマスクを、水晶ウエハに形成する工程と、
前記耐エッチングマスクを形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する第１エッチング工程と、
前記第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部及び第４マスク部を除去する工程と、
前記第１マスク部と第４マスク部とを除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する当該第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極を形成する工程と、
前記励振用電極の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化する工程と、
前記個片化した当該ＡＴカット水晶片を容器に接続固定する固定と、
を含むことを特徴とする。
前記ウエットエッチング用の耐エッチングマスクであって、前記ＡＴカット水晶片のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部と、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部と、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部と、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ第２エッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部と、を有した耐エッチングマスクを、水晶ウエハに形成する工程と、
前記耐エッチングマスクを形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する第１エッチング工程と、
前記第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部及び第４マスク部を除去する工程と、
前記第１マスク部と第４マスク部とを除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する当該第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極を形成する工程と、
前記励振用電極の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化する工程と、
前記個片化した当該ＡＴカット水晶片を容器に接続固定する固定と、
を含むことを特徴とする。
【0010】
なお、前記第２エッチング工程の前に実施する耐エッチングマスクの加工工程では、第３マスク部（桟形成用のパタン用のマスク部）は残存させ、第２マスク部（ブリッジパタンを形成用のマスク部）は、第２マスク部の大きさ等に応じて、残存させても除去しても良い。すなわち、ブリッジパタンが大きければ、第２マスク部を除去しても、第２エッチング工程後もブリッジは残存するので、第２マスク部は除去しても良いが、反対に、ブリッジパタンが小さい場合は、第２マスク部を除去せずに残して、第２エッチング工程でブリッジが消失しないように水晶片の該当部分を保護するのが良い。
【発明の効果】
【0011】
この出願に係る圧電デバイスの発明によれば、水晶のＺ′軸と交差する側面が所定の第１～第３の面で構成されたＡＴカット水晶片を用いた圧電デバイスについて、先端の角部を残存させて、当該水晶片の平面積を広げたことで、従来に比べＣＩが改善された圧電デバイスを提供できる。
また、この出願に係る圧電デバイスの製造方法の発明によれば、所定の第１～第４マスク部を具える耐エッチングマスクによって水晶ウエハに当該マスクを形成した後、この水晶ウエハを第１エッチングし、その後、第１マスク部及び第４マスク部除去した状態で、第２エッチングをするので、第２エッチングの際は、水晶片の第４マスク部を除去した部分は徐々に消失するものの水晶片の先端の角部は消失するまでは至らない。このため、水晶片の先端側の平面積が減少することを防止しつつ、第１～第３の面を持つ所望の側面を有した水晶片を容易に製造できる。
また、この出願に係る圧電デバイスの製造方法の発明によれば、所定の第１～第４マスク部を具える耐エッチングマスクによって水晶ウエハに当該マスクを形成した後、この水晶ウエハを第１エッチングし、その後、第１マスク部及び第４マスク部除去した状態で、第２エッチングをするので、第２エッチングの際は、水晶片の第４マスク部を除去した部分は徐々に消失するものの水晶片の先端の角部は消失するまでは至らない。このため、水晶片の先端側の平面積が減少することを防止しつつ、第１～第３の面を持つ所望の側面を有した水晶片を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態の圧電デバイス１０の説明図である。
【図2】（Ａ）～（Ｃ）は、実施形態の圧電デバイス１０に具わるＡＴカット水晶片２０の説明図である。
【図3】（Ａ）、（Ｂ）は、ＡＴカット水晶片２０の特にＺ′軸に交差する側面の説明図である。
【図4】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態の圧電デバイス１０の製造方法の要部を説明する図である。
【図6】比較例の説明図である。
【図7】（Ａ）は実施例の水晶片を上方から観察したＳＥＭ写真、（Ｂ）は比較例の水晶片を上方から観察したＳＥＭ写真である。
【図8】（Ａ）は実施例の圧電デバイスのＣＩ分布を示す特性図、（Ｂ）は比較例の圧電デバイスのＣＩ分布を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照してこの発明の圧電デバイス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れら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、以下の説明中で述べる形状、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、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【0014】
１． 圧電デバイスの説明
先ず、図１～図３を参照して、実施形態の圧電デバイス１０について説明する。ここで、図１（Ａ）は圧電デバイス１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った圧電デバイス１０の断面図である。なお、図１（Ａ）では、図１（Ｂ）に具わる蓋部材３５の図示を省略してある。また、図２（Ａ）は実施形態の圧電デバイス１０に具わるＡＴカット水晶片２０の上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った水晶片２０の断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＱ－Ｑ線に沿った水晶片２０の断面図である。また、図３（Ａ）は、ＡＴカット水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面を説明する図、図
３（Ｂ）は図３（Ａ）中のＮ部分を拡大して示した図である。なお、図２中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片２０（以下、水晶片２０と略称することもある）での水晶の結晶軸を示す。
先ず、図１～図３を参照して、実施形態の圧電デバイス１０について説明する。ここで、図１（Ａ）は圧電デバイス１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ－Ｐ線に沿った圧電デバイス１０の断面図である。なお、図１（Ａ）では、図１（Ｂ）に具わる蓋部材３５の図示を省略してある。また、図２（Ａ）は実施形態の圧電デバイス１０に具わるＡＴカット水晶片２０の上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＰ－Ｐ線に沿った水晶片２０の断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中のＱ－Ｑ線に沿った水晶片２０の断面図である。また、図３（Ａ）は、ＡＴカット水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面を説明する図、図
３（Ｂ）は図３（Ａ）中のＮ部分を拡大して示した図である。なお、図２中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片２０（以下、水晶片２０と略称することもある）での水晶の結晶軸を示す。
【0015】
この実施形態の水晶片２０は、平面形状が長方形状で、かつ、その長辺が水晶のＸ軸に平行で、その短辺が水晶のＺ′軸に平行なＡＴカットの水晶片である。
この水晶片２０は、その両主面に励振用電極２１と引出電極２３とを具える。引出電極２３は、励振用電極２１から、水晶片２０の１つの辺である第１の辺２０ａの両端付近に、引き出してある。
この水晶片２０は、図１（Ａ）に示したように、容器３０の凹部３０ａ内に実装してある。具体的には、この水晶片２０は、その第１の辺２０ａ側のかつ第１の辺２０ａに沿う両端付近で、容器３０の支持パッド３０ｂに、例えば導電性接着剤３３によって固定してある。従って、水晶片２０は、第１の辺２０ａ側で容器３０に片持ち保持されている。
容器３０としては、例えばセラミック製パッケージを用いることができる。この容器３０の外部側の底面には、この圧電デバイス１０を他の電子装置に接続するための、外部実装端子３０ｃを設けてある。支持パッド３０ｂと外部実装端子３０ｃとは、図示しないビア配線によって接続してある。
また、容器３０の凹部３０ａを囲む土手部に、好適な蓋部材３５を接合して、水晶片２０は容器３０内に封止されている。
この水晶片２０は、その両主面に励振用電極２１と引出電極２３とを具える。引出電極２３は、励振用電極２１から、水晶片２０の１つの辺である第１の辺２０ａの両端付近に、引き出してある。
この水晶片２０は、図１（Ａ）に示したように、容器３０の凹部３０ａ内に実装してある。具体的には、この水晶片２０は、その第１の辺２０ａ側のかつ第１の辺２０ａに沿う両端付近で、容器３０の支持パッド３０ｂに、例えば導電性接着剤３３によって固定してある。従って、水晶片２０は、第１の辺２０ａ側で容器３０に片持ち保持されている。
容器３０としては、例えばセラミック製パッケージを用いることができる。この容器３０の外部側の底面には、この圧電デバイス１０を他の電子装置に接続するための、外部実装端子３０ｃを設けてある。支持パッド３０ｂと外部実装端子３０ｃとは、図示しないビア配線によって接続してある。
また、容器３０の凹部３０ａを囲む土手部に、好適な蓋部材３５を接合して、水晶片２０は容器３０内に封止されている。
【0016】
さらに、この水晶片２０では、水晶のＺ′軸に交差する側面は、以下のような構造となっている。
水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）各々は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、第１の面２０ｃ，第２の面２０ｄおよび第３の面２０ｅの、３つの面で構成された側面としてある。しかも、第１の面２０ｃは、この水晶片２０の主面２０ｆと交わっている面であり、かつ、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ１回転させた面に相当する面である。
水晶片２０の、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）各々は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、第１の面２０ｃ，第２の面２０ｄおよび第３の面２０ｅの、３つの面で構成された側面としてある。しかも、第１の面２０ｃは、この水晶片２０の主面２０ｆと交わっている面であり、かつ、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ１回転させた面に相当する面である。
【0017】
然も、この水晶片２０では、第１の面２０ｃ、第２の面２０ｄおよび第３の面２０ｅがこの順で交わっている。しかも、第２の面２０ｄは、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ２回転させた面に相当する面であり、第３の面２０ｅは、主面２０ｆを水晶のＸ軸を回転軸としてθ３回転させた面に相当する面である。然も２つの側面は水晶片の中心点Ｏに対し点対称の関係となっている。
そして、上記の角度θ１、θ２、θ３は、この出願人に係る実験から、下記が好ましいことが分かっている。θ１＝４°±３．５°、θ２＝－５７°±５°、θ３＝－４２°±５°、より好ましくは、θ１＝４°±３°、θ２＝－５７°±３°、θ３＝－４２°±３°である。
この図３を用いて説明した側面を持つ水晶片の場合、側面が独特な嘴状になっているため、Ｚ′方向に伝搬する不要な振動を減衰でき、圧電デバイスの特性の改善に寄与できる。なお、この構造に関しては、この出願人に係る、特開２０１６－１９７７７８号公報に記載されているので、ここではその詳細な説明は省略する。
なお、水晶片２０の水晶のＸ軸に沿った断面（Ｐ－Ｐ線に沿った断面）は、図２（Ｂ）に示したように、Ｘ軸方向に沿った両端部側がそれぞれ凸状の形状になっている。
そして、上記の角度θ１、θ２、θ３は、この出願人に係る実験から、下記が好ましいことが分かっている。θ１＝４°±３．５°、θ２＝－５７°±５°、θ３＝－４２°±５°、より好ましくは、θ１＝４°±３°、θ２＝－５７°±３°、θ３＝－４２°±３°である。
この図３を用いて説明した側面を持つ水晶片の場合、側面が独特な嘴状になっているため、Ｚ′方向に伝搬する不要な振動を減衰でき、圧電デバイスの特性の改善に寄与できる。なお、この構造に関しては、この出願人に係る、特開２０１６－１９７７７８号公報に記載されているので、ここではその詳細な説明は省略する。
なお、水晶片２０の水晶のＸ軸に沿った断面（Ｐ－Ｐ線に沿った断面）は、図２（Ｂ）に示したように、Ｘ軸方向に沿った両端部側がそれぞれ凸状の形状になっている。
【0018】
さらに、水晶片２０は、この発明の特徴として、水晶片２０の第２の辺２０ｂの側の２つの角部２０ｘ、２０ｙが、平面視したとき、各々、略直角となっている。
具体的には、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示したように、角部２０ｘを構成する２つの辺である短辺すなわち第２の辺２０ｂと水晶片２０の長辺２０ｚとが交差する角度θｘ、また、角部２０ｙを構成する２つの辺である短辺すなわち第２の辺２０ｂと水晶片２０の長辺２０ｚとが交差する角度θｙは、それぞれ、平面視したとき８５～９０度の範囲の角度であることが好ましく、さらに好ましくは、８７～９０度の範囲が良い。このような角度であると、そうでない場合に比べ、圧電デバイス１０のＣＩを改善できる（詳細は実施例参照）。
なお、角度θｘおよびθｙは、同じでも異なっても良いが、典型的には、水晶の結晶軸の異方性が原因で、若干異なっている。
また、２つの角部２０ｘ、２０ｙの略直角について、２つの角部のＣ面取りの表記のＣ寸法の観点から見ると、２０μｍ以下であるのが良い。このようなＣ寸法であると、そうでない場合に比べ、圧電デバイス１０のＣＩを改善できる（詳細は実施例参照）。
具体的には、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示したように、角部２０ｘを構成する２つの辺である短辺すなわち第２の辺２０ｂと水晶片２０の長辺２０ｚとが交差する角度θｘ、また、角部２０ｙを構成する２つの辺である短辺すなわち第２の辺２０ｂと水晶片２０の長辺２０ｚとが交差する角度θｙは、それぞれ、平面視したとき８５～９０度の範囲の角度であることが好ましく、さらに好ましくは、８７～９０度の範囲が良い。このような角度であると、そうでない場合に比べ、圧電デバイス１０のＣＩを改善できる（詳細は実施例参照）。
なお、角度θｘおよびθｙは、同じでも異なっても良いが、典型的には、水晶の結晶軸の異方性が原因で、若干異なっている。
また、２つの角部２０ｘ、２０ｙの略直角について、２つの角部のＣ面取りの表記のＣ寸法の観点から見ると、２０μｍ以下であるのが良い。このようなＣ寸法であると、そうでない場合に比べ、圧電デバイス１０のＣＩを改善できる（詳細は実施例参照）。
【0019】
さらに水晶片２０は、第２の辺２０ｂが２つの角部２０ｘ、２０ｙの間において直線状となっている。この第２の辺２０ｂの直線状の部分の長さをＷ１とし、水晶片２０のＺ′方向に沿った幅寸法、すなわち水晶片２０の中央付近の幅寸法をＷ０としたとき、Ｗ１／Ｗ０が０．９３以上であることが好ましく、より好ましくは、Ｗ１／Ｗ０が０．９６以上であることが良い。ただし、Ｗ１／Ｗ０は最大でも１である。Ｗ１／Ｗ０の値を上記の範囲にすると、そうしない場合に比べ、圧電デバイス１０のＣＩを改善できる（詳細は実施例参照）。
なお、直線状の部分の長さＷ１は、後述する製造方法において説明する第４のパタンの寸法Ｗ(図４（Ｃ）参照)の値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間によって変化する。Ｗ１／Ｗ０は１若しくは１に近い方が好ましいので、第４のパタンの寸法Ｗの値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間は、Ｗ１／Ｗ０が１に近くなるように設定するのが良い。
なお、直線状の部分の長さＷ１は、後述する製造方法において説明する第４のパタンの寸法Ｗ(図４（Ｃ）参照)の値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間によって変化する。Ｗ１／Ｗ０は１若しくは１に近い方が好ましいので、第４のパタンの寸法Ｗの値や、水晶ウエハをフッ酸系のエッチャントによってエッチングする時間は、Ｗ１／Ｗ０が１に近くなるように設定するのが良い。
【0020】
２．圧電デバイスの製造方法の説明
次に、図４（Ａ）～（Ｃ）、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施形態の圧電デバイス１０を製造する好ましい方法について説明する。なお、図４（Ａ）～（Ｃ）は圧電デバイス１０に用いる水晶片２０を製造する工程の要部を説明する図である。特に図４（Ａ）は中間状態の水晶ウエハ２０Ｗを説明する平面図である。図４（Ｂ）は、この水晶ウエハに耐エッチングマスク４０を形成した状態を示す図であって、図４（Ａ）中のＭ部分を拡大して示した平面図である。図４（Ｃ）は、水晶片２０の角部２０ｘ、２０ｙを略直角にする手段を説明するための図であって、図４（Ｂ）中のＲ部分を拡大して示した平面図である。また、図５（Ａ）、（Ｂ）は、図４（Ｂ）の状態から工程が進んだ状態を説明する図である。
次に、図４（Ａ）～（Ｃ）、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施形態の圧電デバイス１０を製造する好ましい方法について説明する。なお、図４（Ａ）～（Ｃ）は圧電デバイス１０に用いる水晶片２０を製造する工程の要部を説明する図である。特に図４（Ａ）は中間状態の水晶ウエハ２０Ｗを説明する平面図である。図４（Ｂ）は、この水晶ウエハに耐エッチングマスク４０を形成した状態を示す図であって、図４（Ａ）中のＭ部分を拡大して示した平面図である。図４（Ｃ）は、水晶片２０の角部２０ｘ、２０ｙを略直角にする手段を説明するための図であって、図４（Ｂ）中のＲ部分を拡大して示した平面図である。また、図５（Ａ）、（Ｂ）は、図４（Ｂ）の状態から工程が進んだ状態を説明する図である。
【0021】
この出願の製造方法の発明では、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って、水晶片２０を製造する。
具体的には、ウエットエッチング用の耐エッチングマスク４０（図４（Ｂ）参照)であって、ＡＴカット水晶片２０のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部４０ａと、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部４０ｂと、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部４０ｃと、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ当該ウエットエッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部４０ｄと、を有した耐エッチングマスク４０を、水晶ウエハ２０ｗに形成する工程を用いる。ここで、第４マスク部４０ｄは、第１マスク部４０ａの水晶片の先端側の２つの角部に相当する部分と、第２マスク部４０ｂとの間に設ける。
この耐エッチングマスク４０は、具体的には、水晶ウエハ２０Ｗの表裏前面に耐エッチング性を持つ金属膜を形成し、その表面にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対し、上記第１～第４マスク部形成用のホトマスクを用いて露光等をして、その後０、金属膜を選択的に除去して、形成することができる。
なお、第４マスク部４０ｄの水晶のＺ′軸に沿う方向の幅Ｗ（図４（Ｃ）参照）は、第４マスク部４０ｄ下の水晶部分が、後述の第２エッチング工程終了後に、消失するような所定の幅（実施例等参照）としてある。
具体的には、ウエットエッチング用の耐エッチングマスク４０（図４（Ｂ）参照)であって、ＡＴカット水晶片２０のパタンをマトリクス状に形成する第１マスク部４０ａと、前記マトリクスの間で、前記Ｚ′軸に相当する方向に沿って伸び、前記Ｘ方向に沿って順次に配列された桟形成用のパタンを形成する第２マスク部４０ｂと、当該ウエットエッチング後にＡＴカット水晶片を桟に保持するためのブリッジパタンを形成する第３マスク部４０ｃと、当該ＡＴカット水晶片の前記第２の辺側の角部と前記第３マスク部との間に設けられ当該ウエットエッチング完了時には当該箇所の水晶を消失させる所定幅Ｗを持つ第４マスク部４０ｄと、を有した耐エッチングマスク４０を、水晶ウエハ２０ｗに形成する工程を用いる。ここで、第４マスク部４０ｄは、第１マスク部４０ａの水晶片の先端側の２つの角部に相当する部分と、第２マスク部４０ｂとの間に設ける。
この耐エッチングマスク４０は、具体的には、水晶ウエハ２０Ｗの表裏前面に耐エッチング性を持つ金属膜を形成し、その表面にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対し、上記第１～第４マスク部形成用のホトマスクを用いて露光等をして、その後０、金属膜を選択的に除去して、形成することができる。
なお、第４マスク部４０ｄの水晶のＺ′軸に沿う方向の幅Ｗ（図４（Ｃ）参照）は、第４マスク部４０ｄ下の水晶部分が、後述の第２エッチング工程終了後に、消失するような所定の幅（実施例等参照）としてある。
【0022】
次に、耐エッチングマスク４０を形成した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する、第１エッチング工程を実施する。この第１エッチング工程は、水晶片２０の外形を形成するためのものである。
次に、第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部４０ａと、第４マスク部４０ｄとを除去する。なお、この実施形態の場合は、第３マスク部４０ｃも除去する。このようなマスク部の加工は、周知のフォトリソグラフィ技術で行える。ただし、既に説明した通り、第３マスク部４０ｃはその大きさが小さい場合は、除去せずに残存させた方が好ましい。
上記の耐エッチングの加工が済むと、第１、第２及び第３マスク部で覆われていた水晶部分が露出する（図５（Ａ）参照）。
次に、第１エッチングが済んだ水晶ウエハから、前記第１マスク部４０ａと、第４マスク部４０ｄとを除去する。なお、この実施形態の場合は、第３マスク部４０ｃも除去する。このようなマスク部の加工は、周知のフォトリソグラフィ技術で行える。ただし、既に説明した通り、第３マスク部４０ｃはその大きさが小さい場合は、除去せずに残存させた方が好ましい。
上記の耐エッチングの加工が済むと、第１、第２及び第３マスク部で覆われていた水晶部分が露出する（図５（Ａ）参照）。
【0023】
次に、第１、第２及び第３マスク部を除去した水晶ウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に所定時間浸漬する、第２エッチング工程を実施する。この第２エッチング工程は、水晶片２０の、周波数調整のため、および、水晶軸のＺ′軸と交差する側面に、所定の第１～第３の面を形成するためのものである。上記の第４マスク部４０ｄの除去で露出された水晶部分は、その幅Ｗを所定幅としてあったので、この第２エッチングにおいて、消失する。このため、水晶片２０の、容器に固定しない側の辺である第２の辺２０ｂの両角部２０ｘ、２０ｙは、第２エッチング終了ごろに初めて角部として出現するので、ウエットエッチング後でも角部２０ｘ、２０ｙは略直角になり、かつ、第２の辺２０ｂの、これら角部２０ｘ、２０ｙの間の部分は直線状になる。
【0024】
この第２エッチング工程が済んだ水晶ウエハに励振用電極及び引出電極を形成し、この励振用電極等の形成が済んだ水晶ウエハから当該ＡＴカット水晶片を個片化し、個片化した水晶片を容器３０（図１参照）に導電性接着剤によって固定し、その後、容器内を所定雰囲気にした状態で容器を蓋部材で封止することにより、この発明に係る圧電デバイスを製造できる。
【0025】
３． 実施例および比較例
次に、図６、図７、図８を参照して実施例及び比較例を説明する。
実施例の圧電デバイスとして、発振周波数が２７．１２ＭＨｚ、水晶片２０のＸ寸法が約８７０μｍ、水晶片２０のＺ′寸法が約６４０μｍの水晶片を、上記した製造方法によって複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して実施例の圧電デバイスを複数個製造した。
また、比較例の圧電デバイスとして、周波数、Ｘ寸法、Ｚ′寸法は上記実施例と同じであるが、製造の際には第４マスク部４０ｄ（図４（Ｂ）参照）を有していない耐エッチングマスクを用いて、比較例の晶片を複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して、比較例の圧電デバイスを複数個製造した。
次に、図６、図７、図８を参照して実施例及び比較例を説明する。
実施例の圧電デバイスとして、発振周波数が２７．１２ＭＨｚ、水晶片２０のＸ寸法が約８７０μｍ、水晶片２０のＺ′寸法が約６４０μｍの水晶片を、上記した製造方法によって複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して実施例の圧電デバイスを複数個製造した。
また、比較例の圧電デバイスとして、周波数、Ｘ寸法、Ｚ′寸法は上記実施例と同じであるが、製造の際には第４マスク部４０ｄ（図４（Ｂ）参照）を有していない耐エッチングマスクを用いて、比較例の晶片を複数個製造し、それらを容器に実装し、さらに容器を蓋部材によって封止して、比較例の圧電デバイスを複数個製造した。
【0026】
図６は、比較例で用いた水晶片１２０を示した平面図、図７（Ａ）は実施例で用いた水晶片２０を上方から観察したＳＥＭ写真、図７（Ｂ）は比較例で用いた水晶片１２０を上方から観察したＳＥＭ写真である。
図６及び図７（Ｂ）から、比較例で用いた水晶片１２０は、その先端側、すなわち水晶片の導電性接着剤によって支持する側とは反対側を平面的に見たとき、先端の中央Ｐ１から両角部に向かう領域Ｒ１、Ｒ２各々が略三角形状にエッチングされてしまい、その分だけ水晶片の面積が減少していることが分かる。
一方、実施例で用いた水晶片２０は、図７（Ａ）から、その先端側の両角部２０ｘ、２０ｙは略直角になっており、然も、両角部２０ｘ、２０ｙの間は直線状になっていることが分かる。すなわち、水晶片２０は平面的に見てしっかりとして長方形状のものになっていることが分かる。
図６及び図７（Ｂ）から、比較例で用いた水晶片１２０は、その先端側、すなわち水晶片の導電性接着剤によって支持する側とは反対側を平面的に見たとき、先端の中央Ｐ１から両角部に向かう領域Ｒ１、Ｒ２各々が略三角形状にエッチングされてしまい、その分だけ水晶片の面積が減少していることが分かる。
一方、実施例で用いた水晶片２０は、図７（Ａ）から、その先端側の両角部２０ｘ、２０ｙは略直角になっており、然も、両角部２０ｘ、２０ｙの間は直線状になっていることが分かる。すなわち、水晶片２０は平面的に見てしっかりとして長方形状のものになっていることが分かる。
【0027】
実施例で用いた複数個の水晶片２０について、両角部２０ｘ、２０ｙの、上述した角度θｘ、θｙ（図１、図２参照）測定顕微鏡によって測定したところ、角度θｘ、θｙは８５から９０度の範囲になっていることが分かり、又、Ｗ１は６０５～６３２μｍの範囲になっていることが分かった。一方、水晶片の中央付近のＺ′寸法、すなわち幅寸法Ｗ０は６４０μｍが狙い目であるが、実測したところ、６３８～６５０μの範囲になっていることが分かった。従って、上記Ｗ１、Ｗ０各々の実測値から、Ｗ１／Ｗ０を見積もると、下限は、６０５／６５０≒０．９３であり、上限は６３２／６３８≒０．９９であるので、実製品ではＷ１／Ｗ０は、０．９３～０．９９であると言える。多くは、０．９６～０．９９であった。
【0028】
また、実施例で用いた複数個の水晶片２０および比較例で用いた複数個の水晶片１２０の各々の先端部の２つの角部について、Ｃ面取りの観点によるＣ寸法を測定顕微鏡によって測定した。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したＳＥＭ写真中の角部でのＣ面取りの表記で言うＣ寸法を、測定顕微鏡によって測定した。その結果、実施例の水晶片２０の場合は、Ｃ寸法は１０～１８μｍであり、いずれも２０μｍ以下であった。一方、比較施例の水晶片１２０の場合は、Ｃ寸法は７０～９５μｍであり、いずれも実施例に比べて７倍～９倍も大きくなっていた。
また、比較例の水晶片１２０の先端部の直線部分の寸法を測定したところ、その寸法は１３０～１６０μｍ程度と狭いことが分かった。然も、直線状の部分の端から水晶片の角部に向かってなで肩の形状になっていた。
また、比較例の水晶片１２０の先端部の直線部分の寸法を測定したところ、その寸法は１３０～１６０μｍ程度と狭いことが分かった。然も、直線状の部分の端から水晶片の角部に向かってなで肩の形状になっていた。
【0029】
また、実施例及び比較例の圧電デバイス各々の電気的特性として、ＣＩを測定した。実施例の圧電デバイスのＣＩの分布を図８（Ａ）に示し、比較例の圧電デバイスのＣＩの分布を図８（Ｂ）に示した。いずれの図も、横軸にＣＩ（Ω）をとり、縦軸に頻度をとって示してある。いずれもサンプル数は１２固である。
実施例の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が８３．５Ω、標準偏差が６．６Ωであり、比較例の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が１２３．６Ω、標準偏差が１３．０Ωであった。実施例の方が、ＣＩの平均値で４０．１Ω優れており、標準偏差で６．４ Ω優れていた。この結果から、本発明の圧電デバイスが従来に比べて優れることが分かる。
実施例の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が８３．５Ω、標準偏差が６．６Ωであり、比較例の圧電デバイスのＣＩの分布では、平均値が１２３．６Ω、標準偏差が１３．０Ωであった。実施例の方が、ＣＩの平均値で４０．１Ω優れており、標準偏差で６．４ Ω優れていた。この結果から、本発明の圧電デバイスが従来に比べて優れることが分かる。
【0030】
このＣＩ測定の結果から、本発明でいう水晶片の先端側の２つの角部が略直角であるとＣＩ改善が図れることが分かる。具体的には、水晶片の先端側の２つの角部の角度θｘ、θｙや、水晶片の先端側の直線状部分の水晶片の幅との比Ｗ１／Ｗ０や、Ｃ寸法が、上記した範囲であると、ＣＩ改善に好ましいことが分かる。
４．他の実施形態
上述においては、圧電デバイス及びその製造方法の各発明の実施形態について説明したが、本発明は上記例に限られなし。例えば、用いる容器は上記例に限られず、例えば、平板状のベースと、水晶片を収納する凹部を持つキャップ状の蓋部材とから成る容器を用いた圧電デバイス等、他の構造の圧電デバイスに対しても本発明を適用できる。また、適用できる周波数や水晶片の大きさも上記の例に限られない。水晶片の小型化が進めば進むほど、本発明の貢献度は高まる。
４．他の実施形態
上述においては、圧電デバイス及びその製造方法の各発明の実施形態について説明したが、本発明は上記例に限られなし。例えば、用いる容器は上記例に限られず、例えば、平板状のベースと、水晶片を収納する凹部を持つキャップ状の蓋部材とから成る容器を用いた圧電デバイス等、他の構造の圧電デバイスに対しても本発明を適用できる。また、適用できる周波数や水晶片の大きさも上記の例に限られない。水晶片の小型化が進めば進むほど、本発明の貢献度は高まる。
【符号の説明】
【0031】
１０:実施形態の圧電デバイス、 ２０：実施形態の水晶片
２０ａ：第１の辺、 ２０ｂ：第２の辺
２０ｃ：第１の面、 ２０ｄ：第２の面
２０ｅ：第３の面、 ２０ｆ：主面
２０ｘ、２０ｙ：角部、 ２０Ｗ：３水晶ウエハ
３０：容器
４０：耐エッチングマスク、 ４０ａ：第１マスク部
４０ｂ：第２マスク部、 ４０ｃ：第３マスク部
４０ｄ：第４マスク部、 １２０：比較例の圧電デバイス
Ｃ：Ｃ面取りの表記のＣ寸法
２０ａ：第１の辺、 ２０ｂ：第２の辺
２０ｃ：第１の面、 ２０ｄ：第２の面
２０ｅ：第３の面、 ２０ｆ：主面
２０ｘ、２０ｙ：角部、 ２０Ｗ：３水晶ウエハ
３０：容器
４０：耐エッチングマスク、 ４０ａ：第１マスク部
４０ｂ：第２マスク部、 ４０ｃ：第３マスク部
４０ｄ：第４マスク部、 １２０：比較例の圧電デバイス
Ｃ：Ｃ面取りの表記のＣ寸法
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】