特許 6055273 圧電素子の製造方法

(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】6055273

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】圧電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 3/02 20060101AFI20161219BHJP

   H01L 41/18 20060101ALI20161219BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H03H3/02 B

   H01L41/18 101A

   H01L41/08 C

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-239816(P2012-239816)

(22)【出願日】2012年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-90348(P2014-90348A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2015年8月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000104722

【氏名又は名称】京セラクリスタルデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079164

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 勇

(72)【発明者】

【氏名】木崎 茂

(72)【発明者】

【氏名】森嶋 真一

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１５９０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１２１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８５２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２０３５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ３／０２

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆う第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
を含み、
前記第一のマスク形成工程では、
前記基板の上に互いに異なる金属からなる第一及び第二の耐食膜をこの順に積層し、
この第二の耐食膜の上にフォトレジスト膜を形成し、
このフォトレジスト膜に前記第一のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像した前記フォトレジスト膜を用いて前記第一及び第二の耐食膜をエッチングし、
残った前記フォトレジスト膜を剥離することにより、
前記第一の耐食膜からなる前記第一のマスクを形成し、
前記第二のマスク形成工程では、
前記第二の耐食膜の上にフォトレジスト膜を形成し、
このフォトレジスト膜に前記第二のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像したフォトレジスト膜を用いて前記第二の耐食膜をエッチングし、
残った前記フォトレジスト膜を剥離することにより、
前記第二の耐食膜からなる前記第二のマスクを形成する、
圧電素子の製造方法。

【請求項2】

振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆う第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
を含み、
前記第一のマスク形成工程では、
前記基板の上に金属からなる第一の耐食膜を形成し、
この第一の耐食膜の上にフォトレジスト膜を形成し、
このフォトレジスト膜に前記第一のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像した前記フォトレジスト膜を用いて前記第一の耐食膜をエッチングし、
残った前記フォトレジスト膜を剥離することにより、
前記第一の耐食膜からなる前記第一のマスクを形成し、
前記第二のマスク形成工程では、
前記第一のマスクの上にフォトレジストからなる第二の耐食膜を形成し、
この第二の耐食膜に前記第二のマスクのパターンを露光及び現像することにより、
前記第二の耐食膜からなる前記第二のマスクを形成し、
前記振動部拡大領域の大きさと前記振動部となる領域の大きさとの差は、
前記第一のマスク形成工程における前記露光時の前記第一のマスクのパターンと前記第二のマスク形成工程における前記露光時の前記第二のマスクのパターンとの位置ずれよりも大きい、
圧電素子の製造方法。

【請求項3】

振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆う第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
を含み、
前記第一のマスク形成工程では、
前記基板の上に金属からなる第一の耐食膜を形成し、
この第一の耐食膜の上にポジ型のフォトレジストからなる第二の耐食膜を形成し、
この第二の耐食膜に前記第一のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像した前記第二の耐食膜を用いて前記第一の耐食膜をエッチングすることにより、
前記第一の耐食膜からなる前記第一のマスクを形成し、
前記第二のマスク形成工程では、
前記第二の耐食膜に前記第二のマスクのパターンを露光及び現像することにより、
前記第二の耐食膜からなる前記第二のマスクを形成し、
前記振動部拡大領域の大きさと前記振動部となる領域の大きさとの差は、
前記第一のマスク形成工程における前記露光時の前記第一のマスクのパターンと前記第二のマスク形成工程における前記露光時の前記第二のマスクのパターンとの位置ずれよりも大きい、
圧電素子の製造方法。

【請求項4】

前記振動部拡大領域の大きさと前記振動部となる領域の大きさとの差は、
前記第一のマスク形成工程における前記露光時の前記第一のマスクのパターンと前記第二のマスク形成工程における前記露光時の前記第二のマスクのパターンとの位置ずれよりも大きい、
請求項１記載の圧電素子の製造方法。

【請求項5】

前記振動部拡大領域は、前記第二の基板エッチング工程において前記溝部が形成される時間内に前記振動部となる領域までエッチングされる大きさである、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。

【請求項6】

前記基板は水晶からなり、
前記第一及び第二の基板エッチング工程ではウェットエッチングが用いられる、
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器などに用いられる圧電素子の製造方法に関する。以下、圧電素子の一例として水晶振動素子を採り上げる。

【背景技術】

【0002】

コンピュータ、携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。そして、水晶振動子や水晶発振器の内部には、水晶振動素子が含まれている。その水晶振動素子の一例として、音叉型屈曲水晶振動素子（以下「振動素子」と略称する。）について説明する。

【0003】

一般に、振動素子は、二本の振動腕部と、各振動腕部に設けられた溝部と、を備えている。図１７［Ａ］に、そのうちの一本の振動腕部１１２ａと、振動腕部１１２ａの一方の面に形成された二本の溝部１１３ａとについて、平面形状を示す。ここで、特許文献１に開示された従来技術の振動素子の製造方法について、図１４乃至図１７に基づき説明する。

【0004】

まず、図１４［Ｄ］に示すように、水晶Ｚ板からなる基板１０１の表面及び裏面に金属膜１０２を形成し、金属膜１０２の上にフォトレジスト膜１０３ａを形成し、振動腕部１１２ａとなる領域１０４のみにフォトレジスト膜１０３ａが残るようにフォトレジスト膜１０３ａの一部を除去することにより、外形パターニングを行う。

【0005】

続いて、図１４［Ｅ］に示すように、図１４［Ｄ］でフォトレジスト膜１０３ａが形成されていない部分の金属膜１０２を、エッチングにより除去する。したがって、金属膜１０２が除去された部分には、水晶Ｚ板からなる基板１０１が表れることになる。

【0006】

続いて、図１４［Ｆ］に示すように、図１４［Ｅ］で残っていたフォトレジスト膜１０３ａを全て除去する。

【0007】

続いて、図１５［Ｇ］に示すように、水晶Ｚ板からなる基板１０１の全面にフォトレジスト膜１０３ｂを形成する。

【0008】

続いて、図１５［Ｈ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｂの一部を除去する。このとき、振動腕部１１２ａとなる領域１０４以外の部分のフォトレジスト膜１０３ｂを除去するだけでなく、溝部１１３ａとなる領域１０５に相当する部分のフォトレジスト膜１０３ｂも除去することにより、溝部パターニングを行う。

【0009】

続いて、図１５［Ｉ］に示すように、外形エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、振動腕部１１２ａとなる領域１０４のみを残してエッチングする。

【0010】

続いて、図１６［Ｊ］に示すように、溝部１１３ａとなる領域１０５に相当する部分の金属膜１０２を除去する。

【0011】

続いて、図１６［Ｋ］に示すように、溝部エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、溝部１１３ａとなる領域１０５を一定の深さにエッチングする。

【0012】

最後に、図１６［Ｌ］に示すように、金属膜１０２及びフォトレジスト膜１０３ｂを全て除去することにより、表面及び裏面に二本ずつの溝部１１３ａが形成された振動腕部１１２ａが得られる。その後、振動腕部１１２ａに電極を形成することにより、振動素子が完成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特許第３７２９２４９号公報

【特許文献2】特開２０１１−２１７０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

従来技術の振動素子の製造方法には、次のような問題があった。

【0015】

図１４［Ｄ］に示す外形パターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた外形パターンをフォトレジスト膜１０３ａに露光する。図１５［Ｈ］に示す溝部パターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた溝部パターンをフォトレジスト膜１０３ｂに露光する。図１７［Ａ］は、外形パターンの中心線１２１と溝部パターンの中心線１３１とが一致した場合である。この場合は、所望の特性の振動素子が得られる。なお、フォトマスクとは、例えばガラス基板にクロムなどで所定のパターンが描かれたものであり、ガラスマスクとも呼ばれる。

【0016】

一方、図１７［Ｂ］は、外形パターンの中心線１２１と溝部パターンの中心線１３１とがずれた場合の一例である。中心線１２１に対して中心線１３１が図において右方向にアライメント誤差Ｓだけずれており、溝部１１３ａを含めた振動腕部１１２ａが左右非対称となっている。このような構造の振動素子では、左右の振動バランスが崩れることにより、振動漏れが生じてクリスタルインピーダンスが増加したり、主振動モード以外の他の振動モードによるスプリアス発振が発生したりする。

【0017】

近年、振動素子がますます小型化することにより、このようなアライメント誤差の影響もますます深刻な問題になっている。

【0018】

そこで、本発明の目的は、外形パターンと溝部パターンとのアライメント誤差の影響を無くすことにより特性を改善し得る、圧電素子の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明に係る製造方法は、
振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆う第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
を含み、
前記第一のマスク形成工程では、
前記基板の上に互いに異なる金属からなる第一及び第二の耐食膜をこの順に積層し、
この第二の耐食膜の上にフォトレジスト膜を形成し、
このフォトレジスト膜に前記第一のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像した前記フォトレジスト膜を用いて前記第一及び第二の耐食膜をエッチングし、
残った前記フォトレジスト膜を剥離することにより、
前記第一の耐食膜からなる前記第一のマスクを形成し、
前記第二のマスク形成工程では、
前記第二の耐食膜の上にフォトレジスト膜を形成し、
このフォトレジスト膜に前記第二のマスクのパターンを露光及び現像し、
現像したフォトレジスト膜を用いて前記第二の耐食膜をエッチングし、
残った前記フォトレジスト膜を剥離することにより、
前記第二の耐食膜からなる前記第二のマスクを形成する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、振動部の外形を含む振動部拡大領域を覆う第一のマスクを用いて基板をエッチングした後に、溝部を除く振動部となる領域を覆う第二のマスクを用いて基板を更にエッチングして振動部の外形及び溝部を同時に形成することにより、第二のマスクの元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、これらのパターン間でアライメント誤差は発生せず、しかも第一のマスクのパターンと第二のマスクのパターンとの位置ずれは振動部拡大領域で吸収できるので、これらのアライメント誤差の影響も無くすことができ、圧電素子の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す平面図である。

【図2】図１におけるII−II線縦断面図である。

【図3】図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。

【図4】実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図４［Ａ］、図４［Ｂ］、図４［Ｃ］の順に工程が進行する。

【図5】実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図５［Ｄ］、図５［Ｅ］、図５［Ｆ］の順に工程が進行する。

【図6】実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図６［Ｇ］、図６［Ｈ］、図６［Ｉ］の順に工程が進行する。

【図7】実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図７［Ｊ］、図７［Ｋ］、図７［Ｌ］の順に工程が進行する。

【図8】実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図８［Ｍ］、図８［Ｎ］の順に工程が進行する。

【図9】実施形態１で得られる振動素子の一部を示す平面図であり、図９［Ａ］は第一のマスクの振動腕部における中心線と第二のマスクの振動腕部における中心線とが一致した場合であり、図９［Ｂ］は第一のマスクの振動腕部における中心線と第二のマスクの振動腕部における中心線とがずれた場合の一例である。

【図10】実施形態２の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１０［Ａ］、図１０［Ｂ］、図１０［Ｃ］の順に工程が進行する。

【図11】実施形態２の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１１［Ｄ］、図１１［Ｅ］、図１１［Ｆ］の順に工程が進行する。

【図12】実施形態２の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１２［Ｇ］、図１２［Ｈ］、図１２［Ｉ］の順に工程が進行する。

【図13】実施形態２の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１３［Ｊ］、図１３［Ｋ］、図１３［Ｌ］の順に工程が進行する。

【図14】従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１４［Ｄ］、図１４［Ｅ］、図１４［Ｆ］の順に工程が進行する。

【図15】従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１５［Ｇ］、図１５［Ｈ］、図１５［Ｉ］の順に工程が進行する。

【図16】従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１６［Ｊ］、図１６［Ｋ］、図１６［Ｌ］の順に工程が進行する。

【図17】従来技術で得られる振動素子の一部を示す平面図であり、図１７［Ａ］は外形パターンの中心線と溝部パターンの中心線とが一致した場合であり、図１７［Ｂ］は外形パターンの中心線と溝部パターンの中心線とがずれた場合の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

【0023】

図１は、実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す平面図である。図２は、図１におけるII−II線縦断面図である。図３は、図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

【0024】

本実施形態１の振動素子１０は、振動部としての二本の振動腕部１２ａ，１２ｂと、振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設けられた溝部１３ａ，１３ｂと、を基本的に備え、更に基部１１も備えている。

【0025】

振動腕部１２ａ，１２ｂは、それぞれ基部１１から同じ方向に延設されている。基部１１及び振動腕部１２ａ，１２ｂは、水晶振動片１５を構成する。振動素子１０は、水晶振動片１５の他に、パッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ、配線パターン２４ａ，２４ｂなども備えている。

【0026】

次に、振動素子１０の構成について更に詳しく説明する。

【0027】

基部１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片１５は、基部１１と振動腕部１２ａ，１２ｂとが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、化学エッチング技術により製造される。

【0028】

溝部１３ａ，１３ｂは、振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１との境界部分から振動腕部１２ａ，１２ｂの先端に向って、振動腕部１２ａ，１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１３ａ，１３ｂは、本実施形態１では振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。

【0029】

振動腕部１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ａが設けられ、表裏面の溝部１３ａの内側及び当該二つの溝部１３ａの間に励振電極２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１３ｂの内側及び当該二つの溝部１３ｂの間に励振電極２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極２２ａと溝部１３ａ内に設けられた励振電極２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極２２ｂと溝部１３ｂ内に設けられた励振電極２２ａとが異極同士となる。

【0030】

基部１１には、パッド電極２１ａ，２１ｂと、パッド電極２１ａ，２１ｂと励振電極２２ａ，２２ｂの間を電気的に接続する配線パターン２４ａ，２４ｂと、が設けられる。パッド電極２１ａ、励振電極２２ａ、周波数調整用金属膜２３ａ及び配線パターン２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極２１ｂ、励振電極２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ｂ及び配線パターン２４ｂも、互いに電気的に導通している。

【0031】

振動素子１０は、パッド電極２１ａ，２１ｂ及び導電性接着剤３１を介して、素子搭載部材３２側のパッド電極３３に固定されると同時に電気的に接続される。

【0032】

次に、振動素子１０の動作を説明する。音叉型の振動素子１０を振動させる場合、パッド電極２１ａ，２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１２ａの表裏の溝部１３ａに設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａの両側面に設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１２ｂの表裏の溝部１３ｂに設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１２ｂの両側面に設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１２ａ，１２ｂに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。

【0033】

図４乃至図８は、本実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図である。以下、図１乃至図８に基づき、本実施形態１の製造方法について説明する。

【0034】

振動腕部１２ａ，１２ｂの構造はどちらも同じであるので、図４乃至図８では振動腕部１２ａのみの製造工程を示す。本実施形態１の製造方法は、次の工程を含む。

【0035】

圧電効果を有する基板４１の上に、振動腕部１２ａの外形を含む振動腕部１２ａを拡大した領域からなる振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を形成する第一のマスク形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｆ］）。

【0036】

第一のマスク４３の上に、溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４を覆う第二のマスク４５を形成する第二のマスク形成工程（図６［Ｇ］〜図７［Ｊ］）。

【0037】

第二のマスク形成工程の後に、第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、振動部拡大領域４２の外形を形成する第一の基板エッチング工程（図７［Ｋ］）。

【0038】

第一の基板エッチング工程の後に、第二のマスク４５を用いて第一のマスク４３をエッチングするマスクエッチング工程（図７［Ｌ］）。

【0039】

エッチングされた第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａを形成する第二の基板エッチング工程（図８［Ｍ］）。

【0040】

主に図４［Ａ］〜図５［Ｆ］に基づき、第一のマスク形成工程について説明する。

【0041】

まず、図４［Ａ］に示すように、水晶Ｚ板などの基板４１を用意する。

【0042】

続いて、図４［Ｂ］に示すように、基板４１の上に互いに異なる金属からなる第一の耐食膜５１及び第二の耐食膜５２をこの順に積層する。本実施形態１では、第一の耐食膜５１としてクロム、第二の耐食膜５２として金を用いる。成膜方法は、スパッタリングや蒸着を用いる。

【0043】

続いて、図４［Ｃ］に示すように、第二の耐食膜５２の上にフォトレジスト膜５３を形成する。フォトレジスト膜５３は、ネガ型でもポジ型でもどちらでもよく、例えばスピンコート法によって形成される。

【0044】

続いて、図５［Ｄ］に示すように、フォトレジスト膜５３に第一のマスク４３のパターンを露光及び現像する。このパターンは、振動部拡大領域４２のパターンであり、外形パターンよりも一回り大きい。

【0045】

続いて、図５［Ｅ］に示すように、現像したフォトレジスト膜５３を用いて第一及び第二の耐食膜５１，５２をエッチングする。このとき、フォトレジスト膜５３に覆われていない金からなる第二の耐食膜５２を、ヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングする。この混合液ではクロムはエッチングされない。そして、第二の耐食膜５２及びフォトレジスト膜５３に覆われていないクロムからなる第一の耐食膜５１を、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。この混合液では金はエッチングされない。

【0046】

最後に、図５［Ｆ］に示すように、残ったフォトレジスト膜５３を剥離することにより、第一の耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成する。

【0047】

主に図６［Ｇ］〜図７［Ｊ］に基づき、第二のマスク形成工程について説明する。

【0048】

まず、図６［Ｇ］に示すように、第二の耐食膜５２の上にフォトレジスト膜５４を形成する。フォトレジスト膜５４は、ネガ型でもポジ型でもどちらでもよく、例えばスピンコート法によって形成される。

【0049】

続いて、図６［Ｈ］に示すように、フォトレジスト膜５４に第二のマスク４５のパターンを露光及び現像する。このパターンは、溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４であり、振動部拡大領域４２よりも一回り小さく、かつ、溝部１３ａとなる領域４６が抜けている。

【0050】

続いて、図６［Ｉ］に示すように、現像したフォトレジスト膜５４を用いて第二の耐食膜５２をエッチングする。このとき、金からなる第二の耐食膜５２をヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングする。

【0051】

最後に、図７［Ｊ］に示すように、残ったフォトレジスト膜５４を剥離することにより、第二の耐食膜５２からなる第二のマスク４５を形成する。

【0052】

主に図７［Ｋ］に基づき、第一の基板エッチング工程について説明する。

【0053】

第一の基板エッチング工程では、第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いて完全に抜くことにより、振動部拡大領域４２の外形を形成する。

【0054】

主に図７［Ｌ］に基づき、マスクエッチング工程について説明する。

【0055】

マスクエッチング工程では、第二のマスク４５に覆われていない第一のマスク４３すなわちクロムの露出面を、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。

【0056】

主に図８［Ｍ］に基づき、第二の基板エッチング工程について説明する。

【0057】

第二の基板エッチング工程では、エッチングされた第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いエッチングする。このとき、溝部１３ａとなる領域４６は貫通しないように一定の深さまでエッチングし、振動腕部１２ａとなる領域４４は外形の外側を完全に抜くようにエッチングする。振動腕部１２ａとなる領域４４は側面からもエッチングされるので、溝部１３ａとなる領域４６よりも実質的なエッチングレートが大きい。

【0058】

その後の工程について説明する。その後、図８［Ｎ］に示すように、残った第一及び第二の耐食膜５１，５２を除去することにより、表裏面に二本ずつ溝部１３ａが設けられた振動腕部１２ａが得られる。そして、図２に示すように、水晶振動片１５に電極膜を形成することにより、振動腕部１２ａにも励振電極２２ａ，２２ｂが形成され、振動素子１０が完成する。なお、図７［Ｊ］においてフォトレジスト膜５４を剥離せずに図６［Ｉ］に示すように残しておき、図８［Ｍ］と図８［Ｎ］との間で電極膜を形成してフォトレジスト膜５４を剥離することにより、電極をリフトオフで形成してもよい。

【0059】

次に、本実施形態１の製造方法の効果について説明する。

【0060】

本実施形態１では、振動腕部１２ａの外形を含む振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングした後に、溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４を覆う第二のマスク４５を用いて基板４１を更にエッチングして振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａを同時に形成する。つまり、第二のマスク４５の元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、第二のマスク４５は溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４を覆うことから、これらのパターン間にアライメント誤差は発生しない。しかも、振動部拡大領域４２を設けたため第一のマスク４３のパターンと第二のマスク４５のパターンとの位置ずれの影響も無くすことができ、振動素子１０の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。

【0061】

一回の基板エッチング工程だけで溝部と振動腕部の外形とを同時に形成する技術（例えば特許文献２）が知られている。この技術では、エッチング時間を長くすれば溝部が貫通してしまうので、水晶の結晶異方性によって生じる振動腕部の外形のエッチング残渣を小さくすることが難しく、エッチング時間を短くすれば振動腕部の外形が貫通せずに残ってしまうので、溝部を適当な深さで止めることも難しかった。これに対し、本実施形態１では、第一の基板エッチング工程（図７［Ｋ］）において、振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法よりも大きく形成し、第二の基板エッチング工程（図８［Ｍ］）において、振動腕部１２ａに溝部１３ａを形成すると同時に振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法に形成している。そのため、本実施形態１によれば、第一の基板エッチング工程において振動腕部１２ａの外形のエッチングに十分な時間をかけられるのでエッチング残渣を小さくでき、かつ、第二の基板エッチング工程において振動腕部１２ａの外形のエッチングは比較的短い時間でもよいので溝部１３ａを所望の深さに形成できる。

【0062】

また、本実施形態１によれば、第二の耐食膜５２が金属からなるので、第二の耐食膜５２の密着性及び耐エッチング性に優れている。なお、第一の耐食膜５１及び第二の耐食膜５２（図４［Ｂ］）を互いに異なる金属にした理由は、第二の耐食膜５２からなる第二のマスク４５を用いて第一の耐食膜５１からなる第一のマスク４３をエッチングすること（図７［Ｌ］）を、可能にするためである。つまり、第一の耐食膜５１の金属と第二の耐食膜５２の金属とが異なれば、第一の耐食膜５１の金属を溶解し第二の耐食膜５２の金属を溶解しないエッチング液を選択することが可能となり、このエッチング液と第二のマスク４５とを用いて第一のマスク４３をエッチングすることができるからである。

【0063】

本実施形態１の製造方法の効果について、更に詳しく説明する。

【0064】

図５［Ｄ］に示す第一マスク４３のパターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた振動部拡大領域４２のパターンをフォトレジスト膜５３に露光する。図６［Ｈ］に示す第二のマスク４５のパターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４のパターンをフォトレジスト膜５４に露光する。図９［Ａ］は、第一のマスク４３の振動腕部１２ａにおける中心線４３１と第二のマスク４５の振動腕部１２ａにおける中心線４５１とが一致した場合である。この場合は、当然のことながら所望の特性の振動素子１０が得られる。

【0065】

一方、図９［Ｂ］は、第一のマスク４３の振動腕部１２ａにおける中心線４３１と第二のマスク４５の振動腕部１２ａにおける中心線４５１とがずれた場合の一例である。中心線４３１に対して中心線４５１が図において右方向にアライメント誤差Ｓだけずれているものの、溝部１１３ａを含めた振動腕部１２ａは左右対称となるので、この場合でも所望の特性の振動素子１０が得られる。これは、振動部拡大領域４２の上にこれよりも一回り小さい振動腕部１２ａとなる領域４４が形成されるため、振動部拡大領域４２の上で領域４４がずれたとしても所望の形状の振動腕部１２ａが得られるからである。

【0066】

したがって、図９［Ａ］に示す振動部拡大領域４２の大きさと振動腕部１２ａとなる領域４４の大きさとの差Ｄは、第一のマスク形成工程（図５［Ｄ］）における露光時の第一のマスク４３のパターンと第二のマスク形成工程（図６［Ｈ］）おける露光時の第二のマスク４５のパターンとの位置ずれ（アライメント誤差Ｓ）よりも大きいことが望ましい。つまり、Ｄ≧Ｓであれば振動腕部１２ａは所望の形状を保つが、Ｄ＜Ｓとなると（Ｓ−Ｄ）の分だけ、振動腕部１２ａの形状が欠けることになるので、振動素子１０の特性が劣化することになる。なお、図９ではわかりやすくするために一軸方向の位置ずれのみ示しているが、実際の位置ずれは全方向に発生するので、差Ｄも全方向に設けることが望ましい。もちろん、基部１１にも差Ｄを設けてもよい。

【0067】

ただし、差Ｄは大きればよいというものでもない。つまり、振動部拡大領域４２は、第二の基板エッチング工程（図８［Ｍ］）において溝部１３ａが形成される時間内に振動腕部１２ａとなる領域４４までエッチングされる大きさであることが望ましい。第二の基板エッチング工程（図８［Ｍ］）において差Ｄに相当する基板４１は除去されるが、差Ｄが大きすぎると、エッチングに時間がかかりすぎて、溝部１３ａが貫通してしまうからである。

【0068】

ここで一例を述べれば、振動腕部１２ａとなる領域４４の幅（図において左右方向）が５０μｍであれば、振動部拡大領域４２の幅は５５μｍであり、差Ｄは２．５μｍである。このとき、アライメント誤差Ｓは少なくとも１μｍ程度である。

【0069】

また、本実施形態１では、ウェットエッチングを用いているが、ドライエッチングを用いることもできる。ただし、基板４１が水晶からなる場合は、エッチングレートが大きいウェットエッチングが望ましい。

【0070】

図１０乃至図１３は、本実施形態２の製造方法における各工程を示す断面図である。以下、図１乃至図３及び図１０乃至図１３に基づき、本実施形態２の製造方法について説明する。

【0071】

実施形態１における第二の耐食膜が金属からなるのに対して、本実施形態２では第二の耐食膜がフォトレジストからなる。そのため、本実施形態２では第二のマスク形成工程が実施形態１と最も異なる。

【0072】

振動腕部１２ａ，１２ｂの構造はどちらも同じであるので、図１０乃至図１３では振動腕部１２ａのみの製造工程を示す。本実施形態２の製造方法は、次の工程を含む。

【0073】

圧電効果を有する基板４１の上に、振動腕部１２ａの外形を含む振動腕部１２ａを拡大した領域からなる振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を形成する第一のマスク形成工程（図１０［Ａ］〜図１１［Ｆ］）。

【0074】

第一のマスク４３の上に、溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４を覆う第二のマスク４５を形成する第二のマスク形成工程（図１２［Ｇ］〜図１２［Ｈ］）。

【0075】

第二のマスク形成工程の後に、第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、振動部拡大領域４２の外形を形成する第一の基板エッチング工程（図１２［Ｉ］）。

【0076】

第一の基板エッチング工程の後に、第二のマスク４５を用いて第一のマスク４３をエッチングするマスクエッチング工程（図１３［Ｊ］）。

【0077】

エッチングされた第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａを形成する第二の基板エッチング工程（図１３［Ｋ］）。

【0078】

主に図１０［Ａ］〜図１１［Ｆ］に基づき、第一のマスク形成工程について詳しく説明する。第一のマスク形成工程では、基板４１の上に金属からなる第一の耐食膜５１を形成し（図１０［Ａ］［Ｂ］）、第一の耐食膜５１の上にフォトレジスト膜５３を形成し（図１０［Ｃ］）、フォトレジスト膜５３に振動部拡大領域４２に相当する第一のマスク４３のパターンを露光及び現像し（図１１［Ｄ］）、現像したフォトレジスト膜５３を用いて第一の耐食膜５１をエッチングし（図１１［Ｅ］）、残ったフォトレジスト膜５３を剥離することにより（図１１［Ｆ］）、第一の耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成する。

【0079】

主に図１２［Ｇ］〜図１２［Ｈ］に基づき、第二のマスク形成工程について詳しく説明する。第二のマスク形成工程では、第一のマスク４３の上にフォトレジストからなる第二の耐食膜５４ａを形成し（図１２［Ｇ］）、第二の耐食膜５４ａに領域４４に相当する第二のマスク４５のパターンを露光及び現像することにより（図１２［Ｈ］）、第二の耐食膜５４ａからなる第二のマスク４５を形成する。

【0080】

次に、本実施形態２の製造方法の効果について説明する。

【0081】

本実施形態２によれば、第二の耐食膜５４ａがフォトレジストからなることにより、第二の耐食膜が金属からなる実施形態１に比べて次の効果を奏する。フォトレジストは金属に比べて、成膜及び剥離が容易でありかつ安価であるので、製造の容易化及び低価格化を達成できる。しかも、実施形態１における第二の耐食膜５２を積層する工程（図４［Ｂ］）、第二の耐食膜５２をエッチングする工程（図６［Ｉ］）及びフォトレジスト膜５４を剥離する工程（図７［Ｊ］）が不要になることにより、製造工程を簡素化できる。ただし、第二の耐食膜の密着性及び耐エッチング性などについては、本実施形態２のフォトレジストよりも実施形態１の金属の方が優れている。

【0082】

次に、本実施形態２の変形例について説明する。

【0083】

ネガ型のフォトレジストは、露光されると現像液に対して溶解性が低下し、現像後に露光部分が残る。これに対して、ポジ型のフォトレジストは、ネガ型とは逆に、露光されると現像液に対して溶解性が増大し、現像後に露光部が除去される。第二の耐食膜がポジ型のフォトレジストからなる場合は、次のような変形例を採ることも可能である。

【0084】

第一のマスク形成工程では、基板４１の上に金属からなる第一の耐食膜５１を形成し（図１０［Ａ］［Ｂ］）、第一の耐食膜５１の上にポジ型のフォトレジストからなる第二の耐食膜（フォトレジスト膜５３）を形成し（図１０［Ｃ］）、第二の耐食膜（フォトレジスト膜５３）に第一のマスク４３のパターンを露光及び現像し（図１１［Ｄ］）、現像した第二の耐食膜（フォトレジスト膜５３）を用いて第一の耐食膜５１をエッチングすることにより、第一の耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成する（図１１［Ｅ］）。

【0085】

第二のマスク形成工程では、第二の耐食膜５４ａ（実際は第一の耐食膜５１上に残っているフォトレジスト膜５３）に第二のマスク４５のパターンを露光及び現像することにより、第二の耐食膜５４ａ（実際はフォトレジスト膜５３）からなる第二のマスク４５を形成する（図１２［Ｈ］）。

【0086】

また、第二の耐食膜５４ａ（実際はフォトレジスト膜５３）に第二のマスク４５のパターンを露光する工程は、第一の耐食膜５１をエッチングする工程（図１１［Ｅ］）の前でもよい。つまり、第二の耐食膜５４ａ（実際はフォトレジスト膜５３）に第二のマスク４５のパターンを露光した状態で、第一の耐食膜５１をエッチングすることもできる。

【0087】

この変形例によれば、フォトレジスト膜５３を剥離する工程（図１１［Ｆ］）及びフォトレジストからなる第二の耐食膜５４ａを形成する工程（図１２［Ｇ］）が不要になるので、更に製造工程を簡素化できる。

【0088】

なお、本実施形態２及びその変形例におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

【0089】

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、振動部と溝部とを備える圧電素子であればどのようなものにでも利用でき、例えば水晶やセラミックスからなる圧電素子や、音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。

【符号の説明】

【0091】

１０ 振動素子
１１ 基部
１２ａ，１２ｂ 振動腕部
１３ａ，１３ｂ 溝部
１５ 水晶振動片
２１ａ，２１ｂ パッド電極
２２ａ，２２ｂ 励振電極
２３ａ，２３ｂ 周波数調整用金属膜
２４ａ，２４ｂ 配線パターン
３１ 導電性接着剤
３２ 素子搭載部材
３３ パッド電極
４１ 基板
４２ 振動部拡大領域
４３ 第一のマスク
４３１ 第一のマスクの振動腕部における中心線
４４ 振動腕部となる領域
４５ 第二のマスク
４５１ 第二のマスクの振動腕部における中心線
４６ 溝部となる領域
５１ 第一の耐食膜
５２ 第二の耐食膜
５３ フォトレジスト膜
５４ フォトレジスト膜
５４ａ 第二の耐食膜
１０１ 基板
１０２ 金属膜
１０３ａ フォトレジスト膜
１０３ｂ フォトレジスト膜
１０４ 振動腕部となる領域
１０５ 溝部となる領域
１１２ａ 振動腕部
１１３ａ 溝部
１２１ 外形パターンの中心線
１３１ 溝部パターンの中心線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】