(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
基部と、この基部から同一方向に延設された二本の振動腕部と、これらの振動腕部に当該振動腕部の長手方向に沿って設けられ、互いに対向する第一溝面及び第二溝面を有する溝部と、を備えた水晶振動素子を製造する方法であって、
水晶ウェハの表裏に耐食膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐食膜上に感光性レジスト膜を形成する感光性レジスト膜形成工程と、
前記基部及び前記二本の振動腕部となる部分の前記感光性レジスト膜を残し、前記溝部となる部分にエッチング抑制パターンとしての前記感光性レジスト膜を残し、かつ、不要な前記感光性レジスト膜を除去する露光現像工程と、
前記感光性レジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去することにより前記耐食膜からなるマスクを作成するパターニング工程と、
前記耐食膜からなるマスクを用いて前記水晶ウェハをウェットエッチングするウェットエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング抑制パターンは、前記第一溝面となる部分から前記第二溝面となる部分へ向けて突き出る第一突起と、この第一突起の先端から前記振動腕部の長手方向に沿って突き出る第二突起とを有する、
ことを特徴とする水晶振動素子の製造方法。
水晶の頂点を通る結晶軸をZ軸、このZ軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をX軸、前記X軸及び前記Z軸に直交する座標軸をY軸とし、これらのX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系を前記X軸を中心として±5度の範囲で回転させたときの回転後の前記Y軸及び前記Z軸を、それぞれY’軸及びZ’軸とした場合、
前記二本の振動腕部の延設方向が前記Y’軸の方向であり、前記二本の振動腕部の並ぶ方向が前記X軸の方向であり、
前記溝部の中心から見て前記X軸側が前記第一溝面であり、前記溝部の中心から見て前記X軸の反対側である−X軸側が前記第二溝面であり、
前記第一突起は、前記Z’軸を中心として前記Y’軸から時計回りに60±5度又は120±5度の方向に突き出る、
請求項1記載の水晶振動素子の製造方法。
【背景技術】
【0002】
特許文献1の第6図には、振動腕部の表面及び裏面のそれぞれに溝部が形成された振動素子が開示されている。この振動素子の製造方法(以下「従来技術1」という。)は、特許文献1の第3頁右下欄第10行〜第4頁左上欄第3行に、次のように開示されている。まず、水晶ウェハの表裏に、外形形成用のマスクを作成する。続いて、このマスクを用いてフッ酸により一回目のエッチングをし、外形を途中まで形成する。続いて、このマスクの一部を開口して、溝部形成用兼外形形成用のマスクを作成する。最後に、このマスクを用いてフッ酸により二回目のエッチングをし、外形を完全に形成するとともに一定の深さの溝部を形成する。
【0003】
従来技術1では、外形形成と溝形成とに前述のように二回のウェットエッチング工程が必要であった。その理由は、一回のウェットエッチングで外形と溝部の両方を形成しようとすると、溝部が表裏で貫通してしまうからである。そのため、従来技術1では、二回のウェットエッチング工程が必要となるために製造工程が複雑化する他に、次のような問題もあった。
【0004】
一回目の外形作成用マスクと二回目の溝部形成用兼外形形成用マスクとを作成するために、二回の露光工程が必要となる。このとき、露光時のアライメント精度によって一回目のマスクと二回目のマスクとに位置ずれが生ずると、外形と溝部とにも位置ずれが生ずることになる。その結果、二本の振動腕部の振動バランスが崩れることにより、振動腕部を支持する基部に振動が大きく伝播し、周波数バラツキの増大やクリスタルインピーダンスの劣化を招く問題があった。
【0005】
これに対し、一回のウェットエッチングで外形と溝部の両方を形成し得る振動素子の製造方法が、特許文献2に開示されている(以下「従来技術2」という。)。従来技術2では、水晶ウェハをウェットエッチングする際に用いる耐食膜からなるマスクにおいて、溝部となる部分にエッチング抑制パターンを形成する。この溝部となる部分に形成されたエッチング抑制パターンは、一方の溝面となる部分から他方の溝面となる部分へ向けて突き出る突起である。従来技術2によれば、溝部内の多数の突起がエッチング抑制パターンとして作用することにより、振動素子の外形と溝部とが一回のウェットエッチングで同時に形成されるので、従来技術1の諸問題を解決できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、近年の振動素子の小型化に伴い、従来技術2には次のような問題が生じつつある。
【0008】
図8は、従来技術2の製造方法におけるエッチング抑制パターンを示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0009】
従来技術2における露光現像工程で耐食膜32上に残される感光性レジスト膜33は、
図8に示す平面形状となる。溝部となる部分130,140に形成されたエッチング抑制パターンは、第一溝面となる部分131,141からそれぞれ第二溝面となる部分132,142へ向けて突き出る突起90である。
【0010】
振動素子の小型化に伴い、溝部となる部分130,140の幅81が狭くなる。しかし、突起90の長さ91を短くすると、エッチング抑制パターンとしての作用が不十分となって、溝部となる部分130,140が表裏で貫通することになる。なぜなら、突起90をエッチング抑制パターンとして十分に作用させるためには、ある程度の長さ91が必要となるからである。
【0011】
この問題に対して、突起90の先端と第二溝面となる部分132,142との距離93をできるだけ接近させることにより、必要な長さ91を得ることが考えられる。しかし、これを実現するには、高精度の露光機が必要となるため、現実的ではない。
【0012】
また、突起90をエッチング抑制パターンとして十分に作用させるためには、突起90の幅92を大きくすることも有効である。しかし、その場合は、突起90の痕跡である大きなエッチング残渣が発生することにより、溝部での平行電界が得にくくなるので、振動素子の特性劣化に繋がる。
【0013】
そこで、本発明の目的は、一回のウェットエッチングで外形と溝部の両方を形成するとともに、振動素子の小型化にも容易に対応し得る、振動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】
【0014】
本発明に係る振動素子の製造方法は、
基部と、この基部から同一方向に延設された二本の振動腕部と、これらの振動腕部に当該振動腕部の長手方向に沿って設けられ、互いに対向する第一溝面及び第二溝面を有する溝部と、を備えた水晶振動素子を製造する方法であって、
水晶ウェハの表裏に耐食膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐食膜上に感光性レジスト膜を形成する感光性レジスト膜形成工程と、
前記基部及び前記二本の振動腕部となる部分の前記感光性レジスト膜を残し、前記溝部となる部分にエッチング抑制パターンとしての前記感光性レジスト膜を残し、かつ、不要な前記感光性レジスト膜を除去する露光現像工程と、
前記感光性レジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去することにより前記耐食膜からなるマスクを作成するパターニング工程と、
前記耐食膜からなるマスクを用いて前記水晶ウェハをウェットエッチングするウェットエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング抑制パターンは、前記第一溝面となる部分から前記第二溝面となる部分へ向けて突き出る第一突起と、この第一突起の先端から前記振動腕部の長手方向に沿って突き出る第二突起とを有する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、溝部となる部分内の第一突起及び第二突起がエッチング抑制パターンとして作用することにより、振動素子の外形と溝部とを一回のウェットエッチングで同時に形成できるとともに、第一突起の先端から振動腕部の長手方向に沿って突き出る第二突起を設けたことにより、エッチング抑制パターンを実質的に長くできるので、第一突起の先端を第二溝面となる部分に接近させる必要もなく、かつ、第一突起の幅を広げる必要もないことから、振動素子の小型化にも容易に対応できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。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。
【0018】
図1は、実施形態1の製造方法によって得られた振動素子を示す平面図である。
図2は、
図1におけるII−II線断面図である。以下、
図1及び
図2に基づき説明する。
【0019】
図1に示すように、振動素子10は、基部11と、基部11から同一方向に延設された二本の振動腕部12a,12bと、振動腕部12aに振動腕部12aの長手方向(±Y’軸方向)に沿って設けられた溝部13a,14aと、振動腕部12bに振動腕部12bの長手方向(±Y’軸方向)に沿って設けられた溝部13b,14bと、を備えている。
【0020】
図2に示すように、溝部13aは互いに対向する第一溝面131a及び第二溝面132aを有し、溝部14aは互いに対向する第一溝面141a及び第二溝面142aを有し、溝部13bは互いに対向する第一溝面131b及び第二溝面132bを有し、溝部14bは互いに対向する第一溝面141b及び第二溝面142bを有する。溝部13a,14aは振動腕部12aの両面に設けられ、溝部13b,14bは振動腕部12bの両面に設けられている。
【0021】
水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をZ軸、Z軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をX軸、X軸及びZ軸に直交する座標軸をY軸とする。ここで、これらのX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系をX軸を中心として±5度の範囲で回転させたときの回転後のY軸及びZ軸を、それぞれY’軸及びZ’軸とする。この場合、本実施形態1では、二本の振動腕部12a,12bの延設方向がY’軸の方向であり、二本の振動腕部12a,12bの並ぶ方向がX軸の方向である。
【0022】
振動素子10には励振電極21a,21b等の金属膜が設けられている。励振電極21aは、振動腕部12aの外側面121a及び内側面122a並びに振動腕部12bの溝部13b,14bに設けられている。励振電極21bは、振動腕部12bの内側面121b及び外側面122b並びに振動腕部12aの溝部13a,14aに設けられている。なお、基部11には電極パッド22a,22b及び配線パターン23a,23b、振動腕部12a,12bの先端部には周波数調整用金属膜24a,24bが、それぞれ設けられている。
【0023】
図2に基づき詳しく説明すると、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21aが設けられ、表裏面の溝部13a,14aに励振電極21b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に同極となるように、両側面に励振電極21bが設けられ、表裏面の溝部13b,14bに励振電極21a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21aと溝部13a,14a内に設けられた励振電極21b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21bと溝部13b,14b内に設けられた励振電極21aが異極同士となる。このとき、振動腕部12aにおいては、外側面121aの励振電極21aと第一溝面131aの励振電極21bとが対向し、内側面122aの励振電極21aと第二溝面142aの励振電極21bとが対向し、それらの電極間で大きな電界強度が得られる。振動腕部12bにおいても同様である。
【0024】
振動素子10は、図示しないが、基部11の電極パッド22a,22bを介して、導電性接着剤によって素子搭載部材側の電極パッドに固定されると同時に電気的に接続される。
【0025】
振動素子10を動作させるには、励振電極21a,21bに交流電圧を印加する。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において、溝部13a,14aに設けられた励振電極21bはプラス電位となり、外側面121a及び内側面122aに設けられた励振電極21a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において、溝部13b,14bに設けられた励振電極21aはマイナス電位となり、内側面121b及び外側面122bに設けられた励振電極21b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。この交流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。
【0026】
なお、
図1及び
図2ではわかりやすく説明するためにエッチング残渣を省略して示しているが、実際はエッチング残渣が発生する。
【0027】
図3は、実施形態1の製造方法を示す工程図である。
図4及び
図5は、実施形態1の製造方法を示す断面図である。
図6は、実施形態1の製造方法におけるエッチング抑制パターンを示す平面図である。以下、
図1乃至
図6に基づき、実施形態1の製造方法について説明する。
【0028】
本実施形態1の製造方法は、
図1及び
図2に示す振動素子10を製造する方法であって、次の工程を含む。なお、
図4乃至
図6では、
図1及び
図2に示す振動腕部12aに相当する部分のみを示す。
【0029】
・水晶ウェハ31の表裏に耐食膜32を形成する耐食膜形成工程(
図3ステップS1、
図4[1])。
・耐食膜32上に感光性レジスト膜33を形成する感光性レジスト膜形成工程(
図3ステップS2、
図4[2])。
・基部11及び振動腕部12a,12bとなる部分の感光性レジスト膜33を残し、溝部13a,13b,14a,14bとなる部分にエッチング抑制パターン40(
図6)としての感光性レジスト膜33を残し、かつ、不要な感光性レジスト膜33を除去する露光現像工程(
図3ステップS3、
図4[3])。
・感光性レジスト膜33で覆われていない耐食膜32を除去することにより耐食膜32からなるマスクを作成するパターニング工程(
図3ステップS4、
図5[4])。
・耐食膜32からなるマスクを用いて水晶ウェハ31をウェットエッチングするウェットエッチング工程(
図3ステップS5、
図5[5])。
【0030】
図6に示すように、エッチング抑制パターン40は、第一溝面となる部分131,141からそれぞれ第二溝面となる部分132,142へ向けて突き出る第一突起41と、第一突起41の先端から振動腕部の長手方向(±Y’軸方向)に沿って突き出る第二突起42とを有する。
【0031】
次に、上記各工程について詳しく説明する。
【0032】
<耐食膜形成工程:
図4[1]>
耐食膜形成工程では、水晶ウェハ31の表裏に耐食膜32を形成する。例えば、スパッタによりクロム又はクロム及び金の二層からなる耐食膜32を成膜する。
【0033】
<感光性レジスト膜形成工程:
図4[2]>
感光性レジスト膜形成工程では、耐食膜32上に感光性レジスト膜33を形成する。感光性レジスト膜33は、例えばポジ型を使用する。
【0034】
<露光現像工程:
図4[3]>
露光現像工程では、耐食膜32上に感光性レジスト膜33を露光・現像する。つまり、露光機を用いて感光性レジスト膜33に所定のパターンを転写し、現像処理によって光の当たった部分の感光性レジスト膜33を除去する。
【0035】
露光現像工程において耐食膜32上に残される感光性レジスト膜33は、
図6に示す平面形状となる。
図6では、振動腕部12aの溝部となる部分130,140のみを示している。エッチング抑制パターン40は、溝部となる部分130,140にそれぞれ、Y’軸方向に一定間隔で複数設けられる。第一突起41は、Y’軸から時計回りに60°の方向に突き出ているが、これに限らず、例えばY’軸から時計回りに120°の方向に突き出てもよく、又はY’軸から時計回りに90°の方向に突き出てもよい。第二突起42は、Y’軸方向に突き出ているが、−Y’軸方向に突き出るようにしてもよい。
【0036】
<パターニング工程:
図5[4]>
パターニング工程では、感光性レジスト膜33で覆われていない耐食膜32を除去することにより、耐食膜32からなるマスクを作成する。耐食膜32の除去には、耐食膜32のみをエッチングし、水晶ウェハ31をエッチングしない強酸を用いる。この耐食膜32からなるマスクも、
図6に示す平面形状となる。
【0037】
<ウェットエッチング工程:
図5[5]>
ウェットエッチング工程では、耐食膜32からなるマスクを用いて水晶ウェハ31をウェットエッチングする。このウェットエッチングには、フッ酸を用いる。
図5[5]では、感光性レジスト膜33が除去されているが、感光性レジスト膜33を残しておき又は新たな感光性レジスト膜を形成し直して、次の工程でリフトオフを用いて電極等を形成してもよい。
【0038】
その後、
図1及び
図2に示すように、基部11及び振動腕部12a,12bに励振電極21a,21b等となる金属膜を形成する。これらの金属膜は、例えばチタン層の上にパラジウム層又は金層が設けられた積層構造であり、スパッタリングや蒸着によって成膜される。励振電極21a,21b等は、前述のリフトオフを用いて、又はフォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、金属膜をパターニングすることにより形成される。
【0039】
前述のとおり、パターニング工程(
図5[4])で作成される耐食膜32からなるマスクも、
図6に示す平面形状となる。このような平面形状の耐食膜32からなるマスクを用いることにより、ウェットエッチング工程(
図5[5])では第一突起41及び第二突起42がエッチング抑制パターン40として作用するので、振動素子10の外形と溝部13a,14aとが一回のウェットエッチングで同時に形成される。以上、溝部13a,14aについて説明したが、他の溝部13b,14bについても同様である。
【0040】
次に、振動素子10の作用及び効果について説明する。
【0041】
(1)溝部となる部分130,140内の複数の第一突起41及び第二突起42がエッチング抑制パターン40として作用することにより、振動素子10の外形と溝部13a,14a,13b,14bとを一回のウェットエッチングで同時に形成できる。
【0042】
(2)第一突起41の先端から振動腕部12a,12bの長手方向(±Y’軸)に沿って突き出る第二突起42を設けたことにより、エッチング抑制パターン40を実質的に長くできるので、第一突起41の先端を第二溝面となる部分132,142に接近させる必要もなく、かつ、第一突起41の幅を広げる必要もないことから、振動素子10の小型化に容易に対応できる。つまり、第一突起41の先端を第二溝面となる部分132,142に接近させる必要がないので、高精度の露光機が不要である。第一突起41の幅を広げる必要がないので、第一突起41の痕跡であるエッチング残渣が発生しにくい。そのため、外側面121a,122b及び内側面121b,122aと第一溝面131a,131b及び第二溝面142a,142bとの平行電界が得やすくなることにより、振動素子10の特性劣化を抑えることができるので、高精度の露光機が不要になることも相まって、振動素子10の小型化に容易に対応できる。
【0043】
(3)第一突起41がZ’軸を中心としてY’軸から時計回りに60±5度又は120±5度(好ましくは60度又は120度)の方向に突き出る場合は、第一突起41がX面からなるので、更にエッチング残渣が生じにくい。なぜなら、X面はY面に比べてエッチングレートが大きいからである。したがって、この場合の第一突起41下の水晶は、ウェットエッチング工程(
図5[5])において大部分がアンダーエッチングによって消滅する。
【0044】
図7は、実施形態2の製造方法におけるエッチング抑制パターンを示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0045】
本実施形態2の製造方法では、エッチング抑制パターン50の形状が実施形態1のそれと異なる。本実施形態2における露光現像工程で耐食膜32上に残される感光性レジスト膜33は、
図7に示す平面形状となる。溝部となる部分130,140に形成されたエッチング抑制パターン50は、第一溝面となる部分131,141からそれぞれ第二溝面となる部分132,142へ向けて突き出る第一突起41と、第一突起41の先端から振動腕部の長手方向(±Y’軸方向)に沿って突き出る第二突起52とを有する。そして、第二突起52は、振動腕部の延設方向(Y’軸方向)に突き出る突起521と、振動腕部の延設方向の反対方向(−Y’軸方向)に突き出る突起522とを有する。本実施形態2の振動素子のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。
【0046】
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。