专利名称：水晶基板的蚀刻方法、压电振动片、压电振动器、振荡器、电子设备及电波钟的制作方法
技术领域：
本发明涉及水晶(石英)基板的蚀刻方法、压电振动片、压电振动器、振荡器、电子设备及电波钟。
背景技术：
近年来，在便携电话或便携信息终端设备上，采用利用了水晶等的压电材料作为时刻源或控制信号等的定时源、参考信号源等的压电振动器。已知各式各样的这种压电振动器，但作为其中之一，众所周知所谓的将音叉型压电振动片封入到封装件(package)的压电振动器。音叉型压电振动片是具有在宽度方向上排列配置的一对振动腕部和将一对振动腕部的长边方向的基端侧固定成一体的基部的薄板状的水晶片。在专利文献1中，记载了将压电材料基板(相当于本申请的水晶基板)干蚀刻，形成压电元件(相当于本申请的压电振动片)的外形的方法。作为具体的压电振动片的外形的形成方法，在压电材料基板的表面形成金属膜图案，并且以金属膜图案为掩模，将水晶基板干蚀刻。由此，有选择地除去被金属膜图案保护的区域以外的水晶基板，能够形成压电振动片的外形形状。然而干蚀刻是这样的进行的，即，在真空腔室内产生等离子体，由蚀刻气体生成离子等的激活原子团(活性種)，使离子等的激活原子团与水晶基板化学反应。在此，该化学反应是发热反应，在进行干蚀刻时的水晶基板处于高温状态。由此，产生水晶基板的热应变，担心水晶基板的特性会劣化。为解决上述的问题，已知一般边冷却水晶基板边干蚀刻的方法。图23是现有的干蚀刻的说明图。作为具体的方法，用粘接剂710来将硅基板720粘贴到水晶基板700的一个面上。 然后，将水晶基板700按每个硅基板720而承载于冷却装置800上，在使该硅基板720抵接到冷却装置800的状态下进行干蚀刻。由于硅基板720的热传导系数较高，所以能够有效率地将水晶基板700的热量向冷却装置800散热。在此，与水晶基板700相比，硅基板720的蚀刻速度非常高。因此，若贯通水晶基板700及粘接剂710而蚀刻硅基板720，则会一下子蚀刻到处于硅基板720之下的冷却装置 800，可能会损坏冷却装置800。因而，为了防止冷却装置800损坏，在蚀刻到达粘接剂710 的时刻，就要停止蚀刻。专利文献1 日本特开2004-349365号公报但是，在上述现有的干蚀刻方法中，在粘接剂710处停止蚀刻，因此无法对水晶基板700进行过蚀刻。所以，无法将利用蚀刻形成的孔的侧面加工成与主表面垂直。因而，存在无法高精度地形成压电振动片的侧面的问题。此外，粘接剂的厚度厚达100 μ m左右，因此在贯通水晶基板700而蚀刻到达粘接剂710时，沿着水晶基板700和粘接剂710的粘接面700a而进行侧面蚀刻。由此，存在的问题是无需蚀刻的水晶基板700的粘接面700a被蚀刻，无法更高精度地形成压电振动片的表面。这样在现有的干蚀刻方法中，无法高精度地形成压电振动片的外形形状，其结果是有可能会恶化压电振动片的特性。
发明内容
于是，本发明的课题是提供能高精度地加工的水晶基板的蚀刻方法、用该方法形成外形的压电振动片、具有该压电振动片的压电振动器、振荡器、电子设备及电波钟。为了解决上述课题，本发明的水晶基板的蚀刻方法，其特征在于在所述水晶基板的第一面接合具有与所述水晶基板大致相同的蚀刻速度的辅助基板的状态下，从所述水晶基板的第二面侧起对所述水晶基板及所述辅助基板连续地进行干蚀刻。依据本发明，由于在水晶基板接合具有与水晶基板大致相同的蚀刻速度的辅助基板，所以蚀刻不能一下子贯通辅助基板。此外，通过连续干蚀刻水晶基板及辅助基板，能够贯通水晶基板而进行过蚀刻。由此，能够将利用蚀刻形成的孔的侧面加工成与主表面垂直， 所以能够高精度地形成压电振动片的外形形状。此外，优选的是所述辅助基板由以氧化硅为主要成分的材料形成。依据本发明，由于辅助基板的材料与水晶基板的材料的主要成分相同，能够使辅助基板的蚀刻速度与水晶基板的蚀刻速度大致相同。此外，优选的是所述水晶基板和所述辅助基板通过阳极接合膜来阳极接合。阳极接合是指将接合的各基板叠合后加电压及加热，以在接合界面共有结合，从而使基板彼此接合的技术。阳极接合膜由铝或铬等构成，与水晶基板的蚀刻速度相比，阳极接合膜的蚀刻速度高，因此阳极接合膜的侧面蚀刻难以进行。因而，依据本发明，能够抑制水晶基板的第一面被蚀刻。另一方面，阳极接合膜非常薄，因此干蚀刻不会在阳极接合膜停止而继续进行。因而，能够贯通水晶基板而进行过蚀刻。由此，能够更加高精度地形成压电振动片的外形形状。
此外，优选的是所述水晶基板和所述辅助基板被氢接合。氢接合是指在形成了氧化膜的各基板的各接合面附着羟基，使各接合面的羟基氢结合，从而使基板彼此接合的技术。依据本发明，水晶基板及辅助基板能够通过氢接合而无缝接合，而不经由粘接剂或接合膜等接合。因而，水晶基板的第一面不会被蚀刻。此外，优选的是所述水晶基板和所述辅助基板被常温接合。常温接合是指使接合的各基板的表面活性化，从而使各接合面密合而基板彼此接合的技术。依据本发明，无需进行加热处理而在常温下能够将水晶基板及所述辅助基板接合。由此，不会因辅助基板和水晶基板的线膨胀系数之差而在水晶基板产生热应变，在不影响水晶基板的特性的情况下能够接合水晶基板及辅助基板。此外，仅仅在接合部涂敷镓而使之浸透界面，能够简单地分离水晶基板和辅助基板。此外，本发明的压电振动片，其特征在于利用上述的水晶基板的蚀刻方法来形成压电振动片的外形。依据本发明，由于上述的蚀刻方法能够高精度且平坦地形成蚀刻侧面，因此能够高精度地形成压电振动片的外形形状。因而，能够提供无制造不良且具有良好的振动特性
4的压电振动片。此外，本发明的压电振动器，其特征在于具备前述的压电振动片。依据本发明，由于具备无制造不良且具有良好的振动特性的压电振动片，所以能够提供性能良好的压电振动器。本发明的振荡器，其特征在于使上述的压电振动器，作为振子电连接至集成电路。本发明的电子设备，其特征在于使上述的压电振动器电连接到计时部。本发明的电波钟，其特征在于使上述的压电振动器电连接到滤波部。依据本发明的振荡器、电子设备及电波钟，由于具备性能良好的压电振动器，所以能够制造性能良好的振荡器、电子设备及电波钟。(发明效果)依据本发明，由于在水晶基板上接合具有与水晶基板大致相同的蚀刻速度的辅助基板，所以蚀刻不会一下子贯通辅助基板。此外，通过连续地干蚀刻水晶基板及辅助基板， 能够贯通水晶基板而进行过蚀刻。由此，能够将通过蚀刻形成的孔的侧面，加工成与主表面垂直，因此，能以良好的精度形成压电振动片的外形形状。
图1是表示压电振动器的外观立体图。
图2是图1所示的压电振动器的内部结构图，并且是拆下盖基板的状态的平面图<图3是图2的A-A线上的剖视图。图4是图1所示的压电振动器的分解立体图。图5是压电振动片的平面图。图6是压电振动片的仰视图。图7是图5的B-B线上的剖视图。图8是压电振动器的制造方法的流程图。图9是压电振动片制作工序的流程图。图10是第一实施方式的辅助基板接合工序的说明图(图11是金属膜制膜工序的说明图。图12是光刻胶膜形成工序的说明图。图13是抗蚀剂图案形成工序的说明图。图14是显影工序的说明图。图15是金属膜蚀刻工序的说明图。图16是抗蚀剂图案除去的说明图。图17是干蚀刻工序的说明图。图18是干蚀刻后的水晶基板的说明图。图19是圆片体的分解立体图。图20是表示振荡器的一实施方式的结构图。图21是表示电子设备的一实施方式的结构图。图22是表示电波钟的一实施方式的结构图。
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图23是现有的干蚀刻的说明图。
具体实施例方式(压电振动器)以下，参照附图，对本发明的实施方式的压电振动器进行说明。此外，在设压电振动器中基底基板的与盖基板的接合面为第一面U、基底基板的外侧的面为第二面L的情况下进行说明。图1是本实施方式的压电振动器的外观立体图。图2是压电振动器的内部结构图，并且是拆下盖基板的状态的平面图。图3是图2的A-A线上的剖视图。图4是图1所示的压电振动器的分解立体图。此外，在图4中，为了方便图示而省略了后述的激振电极15、引出电极19、20、装配电极16、17及重锤金属膜21的图示。如图1至图4所示，本实施方式的压电振动器1是包括基底基板2及盖基板3通过接合膜35被阳极接合的封装件9 ；以及收纳于封装件9的空腔C的压电振动片4的表面安装型的压电振动器1。(压电振动片)图5是压电振动片的平面图。图6是压电振动片的仰视图。图7是图5的B-B线上的剖视图。如图5至图7所示，本实施方式的压电振动片4是由水晶形成的音叉型振动片，在施加既定电压时进行振动。该压电振动片4包括平行配置的一对振动腕部10、11 ；将所述一对振动腕部10、11的基端侧固定成一体的基部12 ；以及形成于一对振动腕部10、11的两主面上的沟部18。该沟部18沿着该振动腕部10、11的长边方向，从振动腕部10、11的基端侧形成到大致中间附近。本实施方式的压电振动片4包括形成在一对振动腕部10、11的外表面上并使一对振动腕部10、11振动的由第一激振电极13及第二激振电极14构成的激振电极15 ；为了在封装件安装压电振动片4而形成在基部12的装配电极16、17 ；以及将第一激振电极13及第二激振电极14与装配电极16、17电连接的引出电极19、20。在本实施方式中，激振电极15及引出电极19、20利用与后述的装配电极16、17的基底层相同的材料的铬形成单层膜。由此，在成膜装配电极16、17的基底层的同时，能够成膜激振电极15及引出电极19、20。但是，并不限于此情况，例如，也可以用镍或铝、钛等来成膜激振电极15及引出电极19、20。激振电极15是使一对振动腕部10、11在互相接近或分离的方向上以既定的谐振频率振动的电极。构成激振电极15的第一激振电极13及第二激振电极14，在一对振动腕部10、11的外表面上，以分别电性切断的状态被构图而形成。此外，第一激振电极13及第二激振电极14在基部12的两主表面上，分别经由引出电极19、20而与装配电极16、17电连接。本实施方式的装配电极16、17是铬和金的层叠膜，通过在成膜与水晶密合性良好的铬膜作为基底层之后，在表面成膜金的薄膜作为精装层(仕上(f层)来形成。但是，并不限于此情况，例如，也可以在成膜铬和镍铬合金作为基底层之后，在表面进一步成膜金的薄膜作为精装层。此外，在一对振动腕部10、11的前端覆盖了用于进行调整(频率调整)的重锤金属膜21，以使本身的振动状态在既定频率的范围内振动。该重锤金属膜21分为在粗调频率时使用的粗调膜21a和在微调时使用的微调膜21b。利用这些粗调膜21a及微调膜21b进行频率调整，从而能够使一对振动腕部10、11的频率落入器件的标称频率范围内。(封装件)如图1、图3及图4所示，盖基板3是由玻璃材料例如碱石灰玻璃构成的能够阳极接合的基板，大致形成为板状。在盖基板3中与基底基板2的接合面一侧，形成有收纳压电振动片4的空腔用凹部3a。在盖基板3中与基底基板2的整个接合面一侧，形成有阳极接合用的接合膜35。 即，接合膜35除了在空腔用凹部3a的整个内表面以外，形成在空腔用凹部3a周围的边框区域。本实施方式的接合膜35由硅膜形成，但是也可以用铝形成接合膜35。如后文所述， 该接合膜35与基底基板2被阳极接合，从而空腔C被真空密封。基底基板2是由玻璃材料例如碱石灰玻璃构成的基板，如图1至图4所示，以与盖基板3相等的外形大致形成为板状。此外，在该基底基板2形成有沿厚度方向贯通基底基板2的一对贯通孔30、31和一对贯通电极32、33。如图2及图3所示，贯通孔30、31形成为在形成压电振动器1时收纳于空腔C内。 更详细地说明，本实施方式的贯通孔30、31的一个贯通孔30形成在与后述的安装工序中被安装的压电振动片4的基部12 —侧对应的位置，另一贯通孔31形成在与振动腕部10、11的前端侧对应的位置。如图3所示，本实施方式的贯通孔30、31形成为其内径从第一面U侧到第二面L侧逐渐增大。以下说明贯通电极。此外，以下以贯通电极32为例进行说明，但对于贯通电极33 也同样。如图3所示，贯通电极32是由配置在贯通孔30内部的玻璃的筒体6及导电部件 7形成的部件。在本实施方式中，筒体6是膏状的玻璃料烧结而成的部件。在筒体6的中心，以贯通筒体6的方式配置有导电部件7。筒体6牢固地固接到导电部件7及贯通孔30。而且， 筒体6及导电部件7完全堵塞贯通孔30而维持空腔C内的气密。如图2至图4所示，在基底基板2的第一面U侧，构图有一对迂回电极36、37。在一对迂回电极36、37之中，一个迂回电极36形成为位于一个贯通电极32的正上方。此外， 另一迂回电极37形成为从邻接于一个迂回电极36的位置沿着振动腕部10、11迂回到所述振动腕部10、11的前端侧后，位于另一贯通电极33的正上方。然后，如图4所示，在一对迂回电极36、37上形成有凸点(bump)B。此外，凸点B利用与上述的装配电极的精装层相同的金材料来形成。由此，在利用倒装片接合来将装配电极16、17接合到凸点B之际，能够充分地实现装配电极16、17与凸点B的金属扩散。压电振动片4的装配电极16、17通过凸点B安装至基底基板2。由此，压电振动片 4的一个装配电极16经由一个迂回电极36而与一个贯通电极32导通，另一装配电极17经由另一迂回电极37而与另一贯通电极33导通。此外在基底基板2的第二面L，如图1、图3及图4所示，形成有一对外部电极38、 39。一对外部电极38、39形成在基底基板2的长边方向的两端部，分别与一对贯通电极32、 33电连接。在使这样构成的压电振动器1动作时，对形成在基底基板2的外部电极38、39施加既定的驱动电压。由此，能够对压电振动片4的由第一激振电极13及第二激振电极14 构成的激振电极15施加电压，因此使一对振动腕部10、11以既定频率沿着接近/分离的方向振动。然后，利用该一对振动腕部10、11的振动，能够用作时刻源、控制信号的定时源或
参考信号源等。(压电振动器的制造方法)接着，参照流程图，对上述压电振动器的制造方法进行说明。图8是压电振动器的制造方法的流程图。本实施方式的压电振动器的制造方法包括压电振动片制作工序S10、盖基板用圆片制作工序S20、基底基板用圆片制作工序S30、和组装工序(S50以后)。其中，能够并行实施压电振动片制作工序S10、盖基板用圆片制作工序S20及基底基板用圆片制作工序S30。(第一实施方式、压电振动片制作工序)图9是压电振动片制作工序SlO的流程图。压电振动片制作工序SlO主要包括水晶基板准备工序S115、压电振动片外形形成工序S120、和电极等形成工序S130。(水晶基板准备工序、水晶基板形成工序)水晶基板准备工序S115包括水晶基板形成工序S115A和辅助基板接合工序 S115B。在水晶基板形成工序S115A中，形成具有既定厚度(在本实施方式中为100 μ m左右)的水晶基板(圆片)。具体而言，首先，以既定的角度对水晶的朗伯(Lambert)原矿石进行切片。接着，研磨已切片的水晶而进行粗加工之后，利用蚀刻除去加工变质层。其后进行抛光(polish)等镜面研磨加工，形成具有100 μ m左右的厚度的水晶基板。(水晶基板准备工序、辅助基板接合工序)图10是本实施方式中的辅助基板接合工序的说明图。此外，在以下的说明中，设水晶基板70的与辅助基板的接合面为第一面70a、其相反侧的面为第二面70b。接着，如图10所示，进行接合水晶基板70和辅助基板72的辅助基板接合工序 S115B。辅助基板72由以氧化硅为主要成分的材料形成，具有与水晶基板70大致相同的蚀刻速度。在本实施方式中采用玻璃作为辅助基板72的材料。此外，也可以采用水晶作为辅助基板72的材料。由此不仅能使水晶基板70与辅助基板72的蚀刻速度大致相同，而且也能使水晶基板70与辅助基板72的线膨胀系数大致相同。辅助基板72具有稍大于水晶基板70的外形。由此，能够用辅助基板72全面覆盖水晶基板70中与辅助基板72的接合面，并接合水晶基板70和辅助基板72。在本实施方式中，利用阳极接合来接合水晶基板70及辅助基板72。具体而言，按照以下步骤进行阳极接合。首先，在水晶基板70的第一面70a的整个面，形成由铝或铬等金属构成的阳极接
8合膜71。阳极接合膜71的膜厚形成为例如0.1 μ m左右。阳极接合膜71的形成能够利用溅镀或CVD等的成膜方法来进行。其次，隔着阳极接合膜71而叠合水晶基板70与辅助基板72，使阳极电极与水晶基板70的第一面70a连接，并使阴极电极与辅助基板72的外侧连接。此外，使阳极电极与水晶基板的第二面70b连接，并使阴极电极与辅助基板72的外侧连接也可。接着，将水晶基板70及辅助基板72加热至例如400°C左右，并且对各电极间施加 500V左右的电压。由此，能够将水晶基板70及辅助基板72阳极接合。由于在上述的水晶基板形成工序Sl 15A中进行镜面研磨加工，所以能确保第一面70a表面的平面度，并且能够实现与辅助基板72的稳定的接合。在将水晶基板70及辅助基板72阳极接合后的时间点，结束水晶基板准备工序 S115。(压电振动片外形形成工序)接着，进行从水晶基板70形成压电振动片的外形的压电振动片外形形成工序 S120。压电振动片外形形成工序S120，主要包括形成成为后面干蚀刻时的金属掩模的金属膜的金属膜制膜工序S121 ；在金属膜制膜工序S121中成膜的金属膜上形成光刻胶膜的光刻胶膜形成工序S123 ；从光刻胶膜形成抗蚀剂图案的抗蚀剂图案形成工序S125 ；蚀刻水晶基板70的干蚀刻工序S127 ；以及从水晶基板70除去辅助基板72的辅助基板除去工序 S129。图11是金属膜制膜工序的说明图。在压电振动片外形形成工序S120中，首先，如图11所示，进行在水晶基板70的第二面70b进行成膜掩模用金属膜74的金属膜制膜工序S121。该掩模用金属膜74是例如由铬构成的基底膜7 和由金构成的保护膜74b的层叠膜，分别用溅镀法或蒸镀法等来成膜。图12是光刻胶膜形成工序的说明图。接着，如图12所示，进行在掩模用金属膜74上形成光刻胶膜75的光刻胶膜形成工序S123。具体而言，在掩模用金属膜74上，利用旋涂法等来涂敷抗蚀剂材料，其后，预焙抗蚀剂材料而使有机溶剂蒸发，从而形成光刻胶膜75。图13是抗蚀剂图案形成工序的说明图。接着，如图13所示，进行利用光刻技术在光刻胶膜75形成抗蚀剂图案的抗蚀剂图案形成工序S125。此外，作为形成抗蚀剂图案的方法，有正型抗蚀剂和负型抗蚀剂，但本实施方式中以负型抗蚀剂为例进行说明。在抗蚀剂图案形成工序S125中，首先，如图13所示，进行对光刻胶膜75进行曝光的曝光工序S125A。光掩模80在玻璃等的具有光透射性的光电(7才卜)基板81的主表面81a上，形成有铬等的具有遮光性的遮光膜图案85。遮光膜图案85用于对光刻胶膜75 进行构图，在光电基板81的主表面81a上，除相当于压电振动片的外形的区域以外的区域形成。在曝光工序S125A中，首先，以使光掩模80的主表面81a侧朝向光刻胶膜75的状态设置(set)。这时，以使水晶基板70与光掩模80的对位的状态，设置光掩模80。接着， 例如照射紫外线K。由此，透射光掩模80而曝光光刻胶膜75。在此，被曝光的区域的光刻胶膜75固化(硬化)。如果结束曝光就除去光掩模80。
图14是显影工序的说明图。接着，如图14所示，进行将光刻胶膜75显影的显影工序S125B。具体而言，通过将水晶基板70浸渍到显影液，只选择除去没有被紫外线K曝光的区域的光刻胶膜75。在显影后的掩模用金属膜74上，形成多个在压电振动片的外形形状残留光刻胶膜75的状态的抗蚀剂图案76。图15是金属膜蚀刻工序的说明图。图16是抗蚀剂图案除去的说明图。接着，如图15所示，进行以抗蚀剂图案76为掩模进行蚀刻加工的金属膜蚀刻工序 S125C。在本工序中，有选择地除去没有被抗蚀剂图案76掩蔽的金属膜。其后，除去光刻胶膜75的抗蚀剂图案76。由此，如图16所示，在水晶基板70的第二面70b上，形成有干蚀刻时成为金属掩模的金属膜的外形图案73。图17是干蚀刻工序的说明图。接着，如图17所示，进行以被构图的外形图案73为掩模，干蚀刻水晶基板的干蚀刻工序S127。作为干蚀刻的具体方法，首先，向真空腔室(未图示)内，输送接合了辅助基板72 的水晶基板70并设置在冷却板(未图示)上。其次，向真空腔室内引入蚀刻气体。此外， 蚀刻气体是向六氟化硫或四氟化碳等的气体添加氩等气体的气体。接着，使真空腔室内成为既定气压之后，利用等离子体发生装置(未图示)，在真空腔室内产生等离子体，从蚀刻气体生成离子等的激活原子团。使该激活原子团从水晶基板70的第一面70a开始冲击，与水晶基板70所包含的硅原子进行反应，从而进行干蚀刻。在本实施方式中，如图17所示，从水晶基板70的第二面70b开始干蚀刻，并贯通第一面70a，而且连续地对由玻璃构成的辅助基板72进行干蚀刻。一般，与掩模附近相比，干蚀刻在与掩模分离的部分更容易进行。在现有的方法中，如图23所示，在水晶基板700的一个面上用粘接剂710粘贴硅基板720，在蚀刻到达粘接剂710的时间点停止蚀刻。如此，无需过蚀刻而停止蚀刻时，无法充分地蚀刻利用蚀刻形成的孔的侧面，并且无法将孔的侧面形成为与主表面垂直。但是，在本实施方式中，如图17所示，贯通第一面70a而进一步连续地过蚀刻辅助基板72，因此能够充分蚀刻孔的侧面，能够将孔的侧面形成为与主表面垂直。此外，在现有的方法中，如图23所示，粘接剂710非常厚，达100 μ m左右，若贯通水晶基板700而蚀刻到达粘接剂710，则沿着水晶基板700和粘接剂710的边界面而粘接剂710被侧面蚀刻。因此，水晶基板700与粘接剂710的粘接面700a的保护变弱，粘接面 700a被蚀刻。但是在本实施方式中，如图17所示，水晶基板70及辅助基板72隔着阳极接合膜 71而利用阳极接合来接合。阳极接合膜71由铝或铬等构成，阳极接合膜71的蚀刻速度高于水晶基板70的蚀刻速度，难以进行阳极接合膜71的侧面蚀刻。因而，能够抑制水晶基板 70的第一面70a被蚀刻。另一方面，由于阳极接合膜71非常薄，所以干蚀刻不在阳极接合膜71停止而继续进行。因而，贯通水晶基板70而能够进行过蚀刻。由此，能更加高精度地形成压电振动片的外形形状。图18是干蚀刻后的水晶基板的说明图。
如上所述，通过干蚀刻工序S127，有选择地除去没有被掩蔽的区域。其结果是，如图18所示，能够形成具有压电振动片的外形形状的压电板78。此外，各压电板78与干蚀刻后的水晶基板70连结。接着，进行从水晶基板70除去辅助基板72的辅助基板除去工序SU9。具体而言， 将辅助基板72磨削到既定厚度之后，利用湿蚀刻等来除去辅助基板72及阳极接合膜71。 此外，利用湿蚀刻等来除去阳极接合膜71，从而将水晶基板70和辅助基板72分离也可。经以上工序结束压电振动片外形形成工序S120。接着，进行在形成为压电振动片的外形形状的压电板78的外表面形成电极等的电极等形成工序S130。在电极等形成工序S130中，首先，进行金属膜的成膜及构图，形成激振电极、引出电极、装配电极及重锤金属膜。其次，进行压电板78的谐振频率的粗调。这是通过对重锤金属膜的粗调膜照射激光而使一部分蒸发，从而改变振动腕部的重量来进行的。经以上工序，结束电极等形成工序S130。最后，切断图18所示的各压电板78与水晶基板70的连结部79而小片化为压电振动片，在该时间点，结束压电振动片制作工序SlO。(盖基板用圆片制作工序)图19是圆片体的分解立体图。此外，图19所示的虚线示出在后面进行的切断工序中切断的切断线M。在盖基板用圆片制作工序S20中，如图19所示，制作在后面成为盖基板的盖基板用圆片50。首先，将由碱石灰玻璃构成的圆板状的盖基板用圆片50研磨加工至既定厚度并加以清洗后，利用蚀刻等来除去最表面的加工变质层(S21)。其次，在空腔形成工序S22 中，在盖基板用圆片50中与基底基板用圆片40的接合面，形成多个空腔用凹部3a。空腔用凹部3a的形成是通过加热冲压成形或蚀刻加工等来进行的。接着，在接合面研磨工序S23 中，研磨与基底基板用圆片40的接合面。接着，在接合膜形成工序S24中，在与基底基板用圆片40的接合面形成图1、图2 及图4所示的接合膜35。除了与基底基板用圆片40的接合面以外，接合膜35形成在空腔 C的整个内表面也可。由此，将不需要接合膜35的构图，能够减少制造成本。接合膜35的形成是能够通过溅镀或CVD等的成膜方法来进行的。此外，在接合膜形成工序SM之前进行接合面研磨工序S23，因此能确保接合膜35的表面的平面度，并且能够实现与基底基板用圆片40的稳定的接合。(基底基板用圆片制作工序)如图19所示，在基底基板用圆片制作工序S30中，制作在后面成为基底基板的基底基板用圆片40。首先，将由碱石灰玻璃构成的圆板状的基底基板用圆片40，研磨加工至既定厚度并加以清洗后，利用蚀刻等来除去最表面的加工变质层(S31)。(贯通电极形成工序)其次，进行在基底基板用圆片40形成一对贯通电极32、33的贯通电极形成工序 S32。以下，对该贯通电极形成工序S32进行说明。此外，下面以贯通电极32的形成工序为例进行说明，但是贯通电极33的形成工序也同样。首先，利用压力加工等来成形从基底基板用圆片40的第二面L到第一面U的图3所示的贯通孔30。接着，向贯通孔30内插入导电部件7并填充由玻璃料构成的膏材料。接着，烧结膏材料，使图3所示的玻璃的筒体6、贯通孔30及导电部件7 —体化。最后，研磨基底基板用圆片40的第一面U及第二面L这两个面，在第一面U及第二面L这两个面上使导电部件7露出并且做成平坦面，从而在贯通孔30内形成图3所示的贯通电极32。通过贯通电极32，确保基底基板用圆片40的第一面U侧与第二面L侧的导电性的同时，能够确保空腔C内的气密性。(电极图案形成工序)接着，如图4及图19所示，进行在基底基板用圆片40的第一面U形成迂回电极 36,37的、电极图案形成工序S34。由与迂回电极36、37相同的材料形成，因此能够将迂回电极36、37同时形成。迂回电极36、37是通过用光刻技术对利用溅镀法或真空蒸镀法等来形成的覆盖膜进行构图而形成。然后，如图4所示，在一对迂回电极36、37上形成一对凸点B。凸点B是利用引线接合来形成的。具体而言，利用电弧放电等来熔解极细的金线的前端，从而在金线的前端形成金球。接着，在迂回电极36、37上的凸点形成位置按压金线前端的金球，并施加超声波振动，从而进行接合。最后拉伸并切断金线，从而形成细尖形状的凸点B。此外，图19中为了方便图示而省略了凸点的图示。在该时间点结束基底基板用圆片制作工序S30。(安装工序S50以后的压电振动器组装工序)接着，进行在基底基板用圆片40的迂回电极36、37上通过凸点B而接合压电振动片4的安装工序S50。具体而言，首先，将凸点B加热到既定温度。接着，将压电振动片4的基部12承载于凸点B上，边施加既定的超者波振动，边将压电振动片4按压到凸点B。由此，如图3所示，压电振动片4的振动腕部10、11以从基底基板用圆片40的第一面U浮起的状态使基部12机械固接在凸点B。此外，装配电极16、17和迂回电极36、37成为电连接的状态。在结束压电振动片4的安装之后，如图19所示，进行对基底基板用圆片40叠合盖基板用圆片50的叠合工序S60。具体而言，以未图示的基准标记等为标志，将两圆片40、50 对准到正确的位置上。由此，被安装于基底基板用圆片40的压电振动片4，成为被收纳于由盖基板用圆片50的空腔用凹部3a和基底基板用圆片40围住的空腔C内的状态。在叠合工序S60之后，将叠合后的两圆片40、50置于未图示的阳极接合装置，进行在既定的温度雾围气下施加既定电压而阳极接合的接合工序S70。具体而言，在接合膜35 与基底基板用圆片40之间施加既定电压。在接合膜35与基底基板用圆片40的界面上产生电化学反应，使两者分别牢固地密合而被阳极接合。由此，能够将压电振动片4密封于空腔C内，并且能够得到基底基板用圆片40和盖基板用圆片50接合的、图10所示的圆片体 60。此外，在图19中，为了方便图示而示出将圆片体60分解的状态，并且从盖基板用圆片 50省略了接合膜35的图示。接着，进行在基底基板用圆片40的第二面L对导电材料进行构图，从而形成多个与一对贯通电极32、33分别电连接的一对外部电极38、39 (参照图幻的外部电极形成工序 S80o通过该工序，压电振动片4经由贯通电极32、33而与外部电极38、39导通。接着，在圆片体60的状态下，进行微调被密封于空腔C内的各个压电振动器的频率使之收敛于既定范围内的微调工序S90。具体而言，从图4所示的外部电极38、39继续施加既定电压，在使压电振动片4振动的情况下测量频率。在该状态下，从基底基板用圆片 40的外部照射激光，使图5及图6所示的重锤金属膜21的微调膜21b蒸发。由此，一对振动腕部10、11的前端侧的重量降低，所以压电振动片4的频率上升。从而，能够微调压电振动器的频率，并使之落入标称频率的范围内。在结束频率的微调之后，进行将已接合的圆片体60沿着图19所示的切断线M进行切断的切断工序S100。具体而言，首先在圆片体60的基底基板用圆片40的表面粘贴UV 胶带。接着，从盖基板用圆片50 —侧沿着切断线M照射激光(划片)。接着，从UV胶带的表面沿着切断线M推上切断刀，将圆片体60劈裂(断开)。然后，照射UV并剥离UV胶带。 由此，能够将圆片体60分离成多个压电振动器。再者，通过这以外的切片等的方法，切断圆片体60也可。此外，进行切断工序SlOO而做成各个压电振动器之后，进行微调工序S90的工序顺序也可。但是，如上所述，通过先进行微调工序S90，能够在圆片体60的状态下进行微调， 因此能够更加有效率地微调多个压电振动器。因而，能够谋求提高生产量，因此是优选的。然后，进行内部的电特性检查S110。即，测定压电振动片4的谐振频率、谐振电阻值、驱动电平特性(谐振频率及谐振电阻值的激振电力相关性)等并加以核对。此外，一并核对绝缘电阻特性等。然后，最后进行压电振动器的外观检查，对尺寸或质量等进行最终核对。由此结束压电振动器的制造。依据本实施方式，如图17所示，在水晶基板70上接合具有与水晶基板70大致相同的蚀刻速度的辅助基板72，因此蚀刻不会一下子贯通辅助基板72。此外，通过连续地干蚀刻水晶基板70及辅助基板72，能够贯通水晶基板70而进行过蚀刻。由此，能够将用蚀刻形成的孔的侧面加工成与主表面垂直，因此能够高精度地形成压电振动片的外形形状。此外，本实施方式中，水晶基板70及辅助基板72被阳极接合。阳极接合膜71由铝或铬等构成，与水晶基板70的蚀刻速度相比，阳极接合膜71的蚀刻速度较高，所以难以进行阳极接合膜的侧面蚀刻。因而，能够抑制水晶基板70的第一面70a被蚀刻。另一方面， 由于阳极接合膜71非常薄，所以干蚀刻不会在阳极接合膜71中停止，而继续进行。因而， 能够贯通水晶基板70而进行过蚀刻。从而，能够高精度地形成压电振动片的外形形状。(第二实施方式、将水晶基板和辅助基板氢接合的情况)在第一实施方式中，阳极接合了水晶基板和辅助基板。但是，在本实施方式中氢接合水晶基板和辅助基板，在这一点上与第一实施方式不同。此外，对于与第一实施方式相同的结构的部分，省略其详细说明。在本实施方式中，通过氢接合来接合水晶基板和辅助基板。具体而言，按照以下的步骤进行氢接合。首先，在水晶基板和辅助基板的各接合面形成较薄的氧化膜，同时，对各接合面进行附着羟基的亲水化处理。接着，叠合水晶基板和辅助基板的各接合面。这时，成为亲水性的水晶基板的接合面及辅助基板的接合面通过羟基间的氢结合，互相密合并接合。其后，加热水晶基板和辅助基板进行脱氢。由此，能将水晶基板和辅助基板氢接合。在通过氢接合来接合水晶基板和辅助基板时，无需隔着粘接剂或接合膜而能够无缝接合水晶基板和辅助基板。因而，水晶基板的第一面不会被蚀刻，而贯通水晶基板，从而能够可靠地进行过蚀刻，在这一点上与第一实施方式相比，本实施方式具有优势。
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另一方面，第一实施方式的阳极接合的加热处理的温度为400°C左右，与之相对， 一般氢接合的加热处理的温度为比它高的温度，因此第一实施方式的阳极接合的加热处理的温度较低。因而，热量对水晶基板的损伤较少，在这一点上与本实施方式相比，第一实施方式具有优势。(第三实施方式、将水晶基板及辅助基板72常温接合的情况)在第一实施方式中阳极接合了水晶基板及辅助基板。此外，在第二实施方式中氢接合了水晶基板及辅助基板。但是，在本实施方式中常温接合水晶基板及辅助基板，在这一点上与第一实施方式及第二实施方式不同。此外，对于与第一实施方式及第二实施方式同样的结构的部分，省略其详细说明。在本实施方式中，利用常温接合来接合水晶基板和辅助基板。具体而言，按照以下的步骤进行常温接合。首先，在高真空下，对水晶基板及辅助基板的各自接合面照射氩离子等。通过离子的冲击的作用，除去以物理或化学地吸附的表面的有机物等而谋求高清洗化和活性化。其后，在最表面没有再吸附污染物的高真空下，使水晶基板和辅助基板密合并接合。由此，在常温下进行强度优异的接合成为可能。在本实施方式中，与第二实施方式同样地，能够无缝接合水晶基板及辅助基板。因此，水晶基板的第一面不被蚀刻，而能贯通水晶基板而更加可靠地进行过蚀刻，在这一点上与第一实施方式相比，本实施方式具有优势。此外，在本实施方式中，不进行加热处理而在常温下能够接合水晶基板和辅助基板。因此，能够在完全不影响水晶基板的特性的情况下接合水晶基板和辅助基板，在这一点上与第一实施方式及第二实施方式相比，本实施方式具有优势。此外，本实施方式是在常温下进行接合，因此无需考虑辅助基板的线膨胀系数。因而，能够选择低价的辅助基板，从而能够削减制造成本，在这一点上与第一实施方式及第二实施方式相比，本实施方式具有优势。(振荡器)接着，参照图20，对本发明的振荡器的一实施方式进行说明。本实施方式的振荡器110如图20所示，将压电振动器1构成为电连接至集成电路 111的振子。该振荡器110具备安装了电容器等的电子元器件112的基板113。在基板113 安装有振荡器用的上述集成电路111，在该集成电路111的附近安装有压电振动器1的压电振动片。这些电子元器件112、集成电路111及压电振动器1通过未图示的布线图案分别电连接。此外，各构成部件通过未图示的树脂来模制(mould)。在这样构成的振荡器110中，对压电振动器1施加电压时，压电振动器1内的压电振动片振动。通过压电振动片所具有的压电特性，将该振动转换为电信号，以电信号方式输入至集成电路111。通过集成电路111对输入的电信号进行各种处理，以频率信号的方式输出。从而，压电振动器1作为振子起作用。此外，根据需求有选择地设定集成电路111的结构，例如RTC(实时时钟)模块等， 除了钟表用单功能振荡器等之外，还能够附加控制该设备或外部设备的工作日期或时刻或者提供时刻或日历等的功能。依据本实施方式的振荡器110，由于具备性能良好的压电振动器1，所以能够提供性能良好的振荡器110。(电子设备)接着，参照图21，就本发明的电子设备的一实施方式进行说明。此外作为电子设备，举例说明了具有上述压电振动器1的便携信息设备120。最初本实施方式的便携信息设备120例如以便携电话为代表，发展并改良现有技术中的手表。外观类似于手表，在相当于文字盘的部分配有液晶显示器，能够在该画面上显示当前的时刻等。此外，在作为通信机而利用的情况下，从手腕取下，通过内置于表带的内侧部分的扬声器和麦克风而能够进行与现有技术的便携电话相同的通信。然而，与现有的便携电话相比较，明显小型化且轻型化。下面，对本实施方式的便携信息设备120的结构进行说明。如图21所示，该便携信息设备120具备压电振动器1和供电用的电源部121。电源部121例如由锂二次电池构成。进行各种控制的控制部122、进行时刻等的计数的计时部123、与外部进行通信的通信部124、显示各种信息的显示部125、和检测各功能部的电压的电压检测部126与该电源部 121并联连接。而且，通过电源部121来对各功能部供电。控制部122控制各功能部，进行声音数据的发送及接收、当前时刻的测量、显示等的整个系统的动作控制。此外，控制部122具备预先写入程序的ROM、读取写入到该ROM的程序并执行的CPU、和作为该CPU的工作区使用的RAM等。计时部123具备内置了振荡电路、寄存器电路、计数器电路及接口电路等的集成电路和压电振动器1。对压电振动器1施加电压时压电振动片振动，通过水晶所具有的压电特性，该振动被转换为电信号，以电信号的方式输入到振荡电路。振荡电路的输出被二值化，通过寄存器电路和计数器电路来计数。然后，通过接口电路，与控制部122进行信号的发送与接收，在显示部125显示当前时刻或当前日期或者日历信息等。通信部IM具有与现有的便携电话相同的功能，具备无线电部127、声音处理部 128、切换部129、放大部130、声音输入/输出部131、电话号码输入部132、来电音发生部 133及呼叫控制存储器部134。通过天线135，无线电部127与基站进行收发声音数据等各种数据的交换。声音处理部1 对从无线电部127或放大部130输入的声音信号进行编码及解码。放大部130将从声音处理部1 或声音输入/输出部131输入的信号放大到既定电平。声音输入/输出部131由扬声器或麦克风等构成，扩大来电音或受话声音，或者将声音集音。此外，来电音发生部133响应来自基站的呼叫而生成来电音。切换部1 仅在来电时，通过将连接在声音处理部128的放大部130切换到来电音发生部133，在来电音发生部133中生成的来电音经由放大部130输出至声音输入/输出部131。此外，呼叫控制存储器部134存放与通信的呼叫及来电控制相关的程序。此外，电话号码输入部132具备例如0至9的号码键及其它键，通过按压这些号码键等，输入通话目的地的电话号码等。电压检测部126在通过电源部121对控制部122等的各功能部施加的电压小于既定值时，检测其电压降后通知控制部122。这时的既定电压值是作为使通信部IM稳定动作所需的最低限的电压而预先设定的值，例如，3V左右。从电压检测部126收到电压降的通知的控制部122禁止无线电部127、声音处理部128、切换部1 及来电音发生部133的动作。 特别是，停止耗电较大的无线电部127的动作是必需的。而且，显示部125显示通信部IM由于电池余量的不足而不能使用的提示。S卩，能够由电压检测部1 和控制部122禁止通信部124的动作并在显示部125 显示该提示。该显示可以是文字消息，但作为更直观的显示，也可以在显示于显示部125的显示面的上部的电话图标打“ X (叉)”标记。此外，通过具备能够有选择地截断与通信部124的功能相关的部分的电源的电源截断部136，能够更加可靠地停止通信部124的功能。依据本实施方式的便携信息设备120，由于具备性能良好的压电振动器1，所以能够提供性能良好的便携信息设备120。(电波钟)接着，参照图22，对本发明的电波钟的一实施方式进行说明。如图22所示，本实施方式的电波钟140具备电连接到滤波部141的压电振动器 1，是接收包含时钟信息的标准电波，并具有自动修正为正确的时刻并加以显示的功能的钟表。在日本国内，在福岛县(40kHz)和佐贺县(60kHz)有发送标准电波的发送站(发送局)，分别发送标准电波。40kHz或60kHz这样的长波兼有沿地表传播的性质和在电离层和地表边反射边传播的性质，因此其传播范围宽，且由上述的两个发送站覆盖整个日本国内。以下，对电波钟140的功能性结构进行详细说明。天线142接收40kHz或60kHz长波的标准电波。长波的标准电波是将被称为定时码的时刻信息AM调制为40kHz或60kHz的载波。所接收的长波的标准电波由放大器143 放大，由具有多个压电振动器1的滤波部141滤波并调谐。本实施方式中的压电振动器1分别具备与上述载波频率相同的40kHz及60kHz的谐振频率的水晶振动器部148、149。而且，滤波后的既定频率的信号通过检波、整流电路144来检波并解调。接着，经由波形整形电路145而抽出定时码，由CPU146计数。在CPU146中，读取当前的年、累积日、星期、时刻等的信息。被读取的信息反映于RTC147，显示出准确的时刻信肩、ο由于载波为40kHz或60kHz，所以水晶振动器部148、149优选具有上述的音叉型结构的振动器。此外，虽然上述的说明由日本国内的示例表示，但长波的标准电波的频率在海外是不同的。例如，在德国使用77.5KHZ的标准电波。所以，在将即使在海外也能够对应的电波钟140装入便携设备的情况下，还需要与日本的情况不同的频率的压电振动器1。依据本实施方式的电波钟140，由于具备性能良好的压电振动器1，所以能够提供性能良好的电波钟140。此外，本发明的并不局限于上述实施的方式。在第一实施方式中，以制造水晶的压电振动片的情况为例，说明了水晶基板的蚀刻方法。但是，在制造例如加速度传感器等其它水晶器件时也能适用本发明。在第一实施方式中，以音叉型的压电振动片为例，说明了水晶基板的蚀刻方法。但是，例如在制造AT切割型的压电振动片(间隙滑移型振动片)之际，采用上述的本发明的水晶基板的蚀刻方法也可。在第一实施方式中，以抗蚀剂图案为掩模蚀刻金属膜，从而形成干蚀刻时的金属掩模。但是，利用压力加工来形成金属掩模也可。但是，在能够高精度地形成金属掩模，从而能够高精度地形成精细的压电振动片这一点上，第一实施方式具有优势。在第一至第三实施方式中，作为基板接合方法，以阳极接合、氢接合及常温接合为例进行了说明。但是，也可以采用阳极接合、氢接合及常温接合以外的其它基板接合方法。附图标记说明1. · ·压电振动器；4. · ·压电振动片；70. · ·水晶基板；70a. · ·第一面；70b. · ·第二
面；71...阳极接合膜；72...辅助基板；74...掩模用金属膜；110...振荡器；120...便携情报设备(电子设备)；123...计时部；140...电波钟；141...滤波部。
权利要求
1.一种水晶基板的蚀刻方法，其特征在于在所述水晶基板的第一面接合具有与所述水晶基板大致相同的蚀刻速度的辅助基板的状态下，从所述水晶基板的第二面侧起对所述水晶基板及所述辅助基板连续地进行干蚀刻。
2.如权利要求1所述的水晶基板的蚀刻方法，其特征在于，所述辅助基板由以氧化硅为主要成分的材料形成。
3.如权利要求1或2所述的水晶基板的蚀刻方法，其特征在于，所述水晶基板和所述辅助基板通过阳极接合膜来阳极接合。
4.如权利要求1或2所述的水晶基板的蚀刻方法，其特征在于，所述水晶基板和所述辅助基板被氢接合。
5.如权利要求1或2所述的水晶基板的蚀刻方法，其特征在于，所述水晶基板和所述辅助基板被常温接合。
6.一种压电振动片，其特征在于利用权利要求3至5中任一项所述的水晶基板的蚀刻方法来形成压电振动片的外形。
7.一种压电振动器，其特征在于具备权利要求6所述的压电振动片。
8.一种振荡器，其特征在于使权利要求7所述的压电振动器，作为振子电连接至集成电路。
9.一种电子设备，其特征在于使权利要求7所述的压电振动器电连接至计时部。
10.一种电波钟，其特征在于使权利要求7所述的压电振动器电连接至滤波部。
全文摘要
本发明提供能高精度地加工的水晶基板的蚀刻方法、用该方法形成的压电振动片、具有该压电振动片的压电振动器、振荡器、电子设备及电波钟。本发明的特征在于在水晶基板(70)的第一面(70a)接合具有与水晶基板(70)大致相同的蚀刻速度的辅助基板(72)，在此状态下，从水晶基板(70)的第二面(70b)侧起对水晶基板(70)及辅助基板(72)连续地进行干蚀刻。
文档编号H01L41/22GK102299255SQ20111007694
公开日2011年12月28日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月19日
发明者船曳阳一, 荒武洁 申请人:精工电子有限公司