JP2006269738A

JP2006269738A - 水晶振動子の金属パターン形成方法、外形加工方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2006269738A
Application number: JP2005085641A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Matsudo; 秀亮松戸; Shigeto Yotsuya; 成人四谷
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】水晶ウェハの表裏面に形成する金属膜の位置精度を高める水晶振動子の金属パタ−ン形成方法を主とし、水晶振動子の外形加工方法及びこれらに適用する露光装置を提供する。
【解決手段】個々の水晶片に分割される水晶ウェハ５の表裏面には少なくとも２箇所に表裏面が露出した光透過部が設けられ、前記水晶ウェハ５の表面の光透過部には表面マーカ８ｂが形成され、前記水晶ウェハ５の裏面上に配置されるフォトマスク１０の原版マーカ１５ｂと前記水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂとは、合焦位置が互いに異なる第１合焦系と第２合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察されながら位置決めされ、前記水晶ウェハ５の表面上のレジスト膜８に前記フォトマスク１０の原版パターン１５ａを露光して水晶振動子の金属パターン７を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子の金属パターン形成方法、外形加工方法及び露光装置を技術分野とし、特にフォトエッチングによるジャイロセンサ用とした音叉型振動子（以下、角速度センサ素子とする）の外形加工方法及びその露光装置に関する。

（発明の背景）
角速度センサ素子は所謂コリオリの力を利用して構成され、車のカーナビ（誘導装置）やカメラの手振装置等に適用される。近年では、需要も増大するとともに例えばカーナビ用では精度が求められ、特に外形形状に起因した斜め振動を抑止して雑音成分を小さくしたものが望まれている。

（従来技術の一例）
第７図乃至第９図は一従来例を説明する図で、第７図（ａ）は角速度センサ素子の図、同図（ｂ）は水晶ウェハの図、第８図は外形加工の工程図、第９図は露光装置の概略断面図である。

角速度センサ素子は結晶軸（ＸＹＺ）のＺ軸が主面に直交したＺカットとし、外形を音叉状とした水晶片１からなる。一対の音叉腕２には表裏面及び両側面に励振用やセンサ用等の各素子電極３が形成され、音叉基部４には図示しない接続用の引出電極が延出する「第７図（ａ）」。そして、図示しない容器内に音叉基部４が保持されて密閉封入される。

音叉状の水晶片１は、通常では、水晶ウェハ５にフォトエッチング及びウェットエッチングによって多数が一体的に外形加工される「第７図（ｂ）」。この場合、例えば各音叉基部４は図示しないフレームに連結して一体化を維持する。そして、主面及び側面に素子電極３を形成して個々の水晶片１に分割される。図中の符号６は、軸方向を明示する切欠部である。

多数の水晶片１を一体的に形成する外形加工は第１〜第６工程からなる「第８図（ａ〜ｇ）」。第１工程では、水晶ウェハ５の表裏面の全面に例えば下地をＣr（クロム）としたＡu（金）からなる金属膜７が蒸着やスパッタによって形成される「第８図（ａ）」。この例では、第２〜第６工程は、水晶ウェハ１の表裏面の金属膜７上の全面にレジスト膜８を設けた後「第８図（ｂ）」、特に露光装置（第９図）を用いて処理される。

露光装置は、図示しない筐体の上部にフォトマスク１０を固定するマスク固定板１１を有し、ここでは、その下方の両端部に二台のカメラ１２が設置される。マスク固定板１１とカメラ１２との間には、上下及び前後左右の移動並びに回転自在として、水晶ウェハ５を収容して固定する保持テーブル１３を有する。保持テーブル１３は例えば吸引パイプ１３ａが図示しないコンプレッサに接続し、真空吸着によって水晶ウェハ５を保持する。

フォトマスク１０は、光透過材としての例えば石英ガラスからなるマスク母体１４を有する。マスク母体１４の表面には、Ｃｒ等の光不透過膜による原版パターン１５ａ、原版マーカ１５ｂ、及び外周パターン１５ｃが設けられる。原版パターン１５ａは音叉状とした多数の外形が中央領域に一体的に、原版マーカ１５ｂはその両端部に形成される。外周パターン１５ｃは例えば軸方向を示す切欠部６を含めて中央領域を水晶ウェハ５と同一形状として形成される。なお、第９図（ａ）の断面図では、便宜的に、原版パターン１５ａは音叉状の水晶片１を１個として外周パターン１５ｃは省略しており、第９図（ｂ）の平面図とは一致しない。

第２工程では、先ず、露光装置の保持テーブル１３に水晶ウェハ５を固定して移動し、水晶ウェハ５の表面上にフォトマスク１０を対向させて配置する。そして、第１０図（ｃ）に示したように、フォトマスク１０の上方に設けた図示しない光源からの照射光Ｐによって、原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂを水晶ウェハの表面のレジスト膜８に投影して転写する（所謂露光による潜像）。この場合、図では水晶ウェハ５とフォトマスク１０は離間しているが、実際には両者は密着する。なお、第１０図（ａ）は製造工程図の第８図（ｃ）に相当する。

次に、水晶ウェハ５を露光装置から取り出し、現像液によって現像処理する。これにより、水晶ウェハ５の表面の金属膜７上に、原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂと対応した同一位置にレジスト膜８による表面パターン８ａ及び表面マーカ８ｂが形成される「第１０図（ｂｃ）の断面図及び平面図」。なお、第１０図（ｂ）は製造工程図の第８図（ｄ）に相当する。

第３工程では、先ず、第１１図（ａ）に示したように、フォトマスク１０の下方に配置された二台のカメラ１２によって、先ず、フォトマスク１０の両端部に設けた２個の原版マーカ１５ｂを認識して記憶する。そして、画面１２ａに原版マーカ１５ｂを映像化する。次に、水晶ウェハ５の表裏面を反転して露光装置の保持テーブル１３に固定し、第１１図（ｂ）に示したように、表面マーカ８ｂが形成された水晶ウェハ５の表面をカメラ１２側とし、レジスト膜８が全面に形成された裏面をフォトマスク１０側とする。なお、第１１図（ｂ）は製造工程図の第８図（ｅ）に相当する。

そして、保持テーブル１３の移動及び回転を制御して、カメラ１２に記憶されて画面１２ａに映像化されたフォトマスク１０の原版マーカ１５ｂに、水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂを重ね合わせて垂直方向の直線上に位置決めして一致させる。この場合、フォトマスク１０に水晶ウェハ５を当接（密着）し、露光時と同一状態とした上で表面マーカ８ｂの位置をカメラ１２によって認識する。なお、そして、カメラ１２は元の位置（原版マーカ１５ｂを認識した位置）から水晶ウェハ５の厚み分だけ下方に移動させ、表面マーカ８ｂの位置を観察する。

これらにより、フォトマスク１０の原版パターン１５ａと水晶ウェハ５の表面パターン８ａとが垂直方向に対向（重畳）する。次に、第１工程と同様に、水晶ウェハ５をフォトマスク１０に密着させた状態で、フォトマスク１０の上方からの照射光Ｐによって、水晶ウェハ５の裏面に原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂを投影する（露光、潜像）。

第４工程では、第１工程と同様に、水晶ウェハ５を露光装置から取り出し、現像処理する。光の照射された不要なレジスト膜８をエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ５の裏面の金属膜７上に、原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂに対応した同一位置に、レジスト膜８による裏面パターン８ｃ及び裏面マーカ８ｄが形成される「第８図（ｆ）」。

第５工程では、表裏面パターン８（ａｃ）及びマーカ８（ｂｄ）の形成された水晶ウェハ５をエッチング液中に投入する。そして、表裏面パターン８（ａｃ）及びマーカ８（ｂｄ）によって覆われた金属膜７以外の金属膜７をウェットエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ５の表裏面に、レジスト膜８による表裏面パターン８（ａｃ）及び表裏面マーカ８（ｂｄ）が重畳した表裏面金属パターン７（ａｃ）及び金属マーカ７（ｂｄ）を形成する「第８図（ｇ）」。

第６工程では、水晶ウェハ５をエッチング液中に投入し、表裏面金属パターン７（ａｃ）及び金属マーカ７（ｂｄ）を外形加工マスクとしてウェットエッチングする。これにより、表裏面金属パターン７（ａｃ）の形状に倣って音叉状とした多数の水晶片１に分割され、金属マーカ７（ｂｄ）とともに水晶ウェハ５に一体的に形成される。但し、各水晶片１の音叉基部及び金属マーカ７（ｂｄ）部は図示しない水晶ウェハ５のフレームに接続して一体化されている。

そして、一体的に外形加工された多数の水晶片１を有する水晶ウェハ５に、例えば主面及び側面の素子電極３が形成される「前第７図参照」。この場合でも、表裏面マーカ８（ｂｄ）及び金属マーカ７（ｂｄ）に基づいて、次工程以下でのフォトマスク１０に位置決めされる。そして、例えば表裏面及び側面のレジスト膜を除去して、素子電極３が形成された音叉状として独立した個々の水晶片１に分割される。

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の外形加工方法では、露光装置によって予めカメラ１２で認識したフォトマスク１０の原版マーカ１５ｂに、保持テーブル１３を機械的に制御して水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂを一致させる。したがって、例えば保持テーブル１３の機械的制御時の衝撃等、特に水晶ウェハ５をフォトマスク１０に当接させるときの衝撃によって、カメラ１２での認識時と当接時とにおける実際の原版マーカ１５ｂの位置がミクロン〜サブミクロン単位で微妙に異ならせる問題があった。

また、フォトマスク１０の原版マーカ１５ｂを認識後、カメラ１２は水晶ウェハ５の厚み分後方に移動するので、移動誤差を生じることもある。したがって、これも、映像化された原版マーカ１５ｂと実際の位置を微妙に異ならせる要因となっていた。いずれにしても、カメラ１２で認識した原版マーカ１５ｂの過去情報に基づいて、表面マーカ８ｂを位置決めするのでリアルタイムの位置合わせには限界を生じていた。

これらの場合、表面パターン８ａと裏面パターン８ｃとの間にズレを生じ、外形加工後の音叉状とした各水晶片１の側面は傾斜面となる。したがって、第１２図（上面図）に示したように各音叉腕２の断面は本来の好ましい形状例えば長方形に対して「同図（ａ）」、側面が傾斜した平行四辺形となる「同図（ｂ）」。これにより、各図の矢印で示すように本来の水平方向の音叉振動に対して斜め振動を生じる。そして、斜め振動のうちの板面に対する垂直方向の成分は、コリオリの力による検出成分に対する不要信号となるため、弊害を引き起こす。

（発明の目的）
本発明は、水晶ウェハの表裏面に形成する金属膜の位置決め精度を高める水晶振動子の金属膜形成方法を主として、水晶片の側面を所望形状にする水晶振動子の外形加工方法及びこれらに適用する露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して本発明の各目的を達成するための手段は、特許請求の範囲（請求項１〜１４）
に記載した通りであり、基本的には請求項１の発明である水晶振動子の金属膜形成方法にある。ここ
では特に請求項１の発明についての構成を記載し、請求項２〜１４の発明を便宜的に＜発明を実施
するための最良の形態＞で述べる。

本発明の請求項１では、個々の水晶片に分割される水晶ウェハの表裏面には金属膜が形成される第１工程と、前記水晶ウェハの表面の金属膜上には前記水晶片の外形形状又は電極形状に対応したレジスト膜による表面パターンを形成し、前記水晶ウェハの表面の少なくとも２箇所に表面マーカを形成する第２工程と、前記表面パターン及び前記表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが前記水晶ウェハを反転した裏面上に配置され、前記表面マーカと前記原版マーカとを重ね合わせて位置決めする第３工程と、前記水晶ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜に前記フォトマスク上からの照射光によって前記原版パターンを投影した後に現像し、前記レジスト膜による裏面パターンを形成する第４工程と、前記表面パターンと前記裏面パターンによって覆われた金属膜以外の金属膜をエッチングによって除去し、前記水晶ウェハの表裏面に前記金属膜による表裏面パターンを形成する第５工程とからなる水晶振動子の金属パターン形成方法において、
前記第１工程における前記水晶ウェハの表裏面には前記水晶ウェハの一部が露出して無金属膜とした光透過部が設けられ、前記第２工程における前記表面マーカは前記光透過部に形成され、前記第３工程における前記表面マーカと前記原版マーカとは合焦位置が互いに異なる第１合焦系と第２合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察され、前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めする構成とする。

このような構成であれば、水晶ウェハの裏面をフォトマスク側として表面を反対側（即ち、裏面がフォトマスクの対向面で表面が非対向面）として配置しても、水晶ウェハの表面マーカは光透過部に設けたので、フォトマスク上から原版マーカとともに光学的に直接に検視（観察）できる。したがって、例えば機械的に固定されたフォトマスクの原版マーカが衝撃等によって微妙に位置ずれを起こしても、水晶ウェハの表面マーカを原版マーカの実際の位置に一致させることができる。

要するに、従来例のようにカメラによる過去の位置情報ではなく、直視する現実の位置情報によってリアルタイムに表面マーカと原版マーカとを一致させることができる。したがって、水晶ウェハの表面マーカとフォトマスクの原版マーカとに依存した表面パターンと原版パターンとを高精度に位置決めできる。これにより、原版パターンが投影されて形成される水晶ウェハの裏面パターンを表面パターンに、例えばサブミクロン（μ）以下の単位で誤差がなく位置決めできる。

そして、ここでは、表面マーカと原版マーカとを二重焦点光学系の第１合焦系及び第２合焦系よって位置決めする。したがって、第１合焦系によって例えば表面マーカを、第２合焦系によって原版マーカを光学的に確実に検視して、両者を確実に位置決めできる。

（請求項１に関する従属項２〜５）
本願発明の請求項２では、請求項１において、前記光透過部は前記金属膜を形成する際、前記水晶ウェハの一部を遮蔽して形成する。これにより、例えば蒸着やスパッタでの金属膜の形成と同時に光透過部を形成できる。

同請求項３では、請求項１において、前記光透過部は前記金属膜を形成した後、前記金属膜の一部を除去する。これにより、金属膜を全面に形成した後、例えばフォトマスク（露光装置）やレーザを用いて任意の領域に光透過部を形成できる。

同請求項４では、請求項１において、前記レジスト膜は前記光透過部を含めて前記金属膜上に形成され、前記表面マーカは前記レジスト膜による表面パターンと同時に、前記光透過部としての前記水晶ウェハの表面に直接に形成される。これにより、レジスト膜による表面パターンと表面マーカとを同時に形成できる。

同請求項５では、請求項１において、前記表面パターンと前記原版パターンとは同一形状であって、前記表面マーカと前記原版マーカとが同一位置であるとする。これにより、水晶ウェハの表裏面間で対向して垂直方向又は斜方向で互いに重畳する表面パターンと裏面パターンとを形成できる。

（請求項１を基本とした外形加工方法、請求項６〜１３）
同請求項６では、請求項１の前記第５工程後に、前記金属膜による表裏面パターンを外形加工マスクとして前記水晶ウェハをエッチングし、前記外形加工マスクの形状に倣った個々の水晶片に分割した第６工程を有する。これにより、水晶片の外形寸法をフォトエッチングによるサブミクロン単位以下の精度にして、超小型の水晶片を得られる。

同請求項７では、請求項６において、前記水晶片は屈曲振動系又は輪郭振動系であるとする。これらの振動系の場合は、特に水晶片の平面外形が振動周波数を含めて振動特性を決定する。したがって、本発明を適用することによって高精度の外形加工ができて振動特性を良好にする。

同請求項８では、請求項７において、前記水晶片は屈曲振動系として音叉状であるとする。これにより、高精度の外形加工ができて振動特性を良好にした音叉型振動子を得られる。

同請求項９では、請求項８において、前記水晶片は各速度センサ素子として適用される。これにより、高精度の外形加工ができて例えば斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。

同請求項１０では、請求項６において、前記水晶ウェハはＺカットとした単板からり、前記水晶片は音叉状であるとする。この場合は、水晶ウェハをＺカットの単板とするので、請求項３で示したように表面パターンと裏面パターンとは対向して垂直方向に重畳する場合は、水晶のエッチング異方性による表裏面側間での非対称性を防止して基本的に対称性を維持する。したがって、斜め振動を防止する。

同請求項１１では、請求項６において、前記水晶ウェハはＺカットとした第１水晶ウェハと第２水晶ウェハとのＸ軸方向の極性を逆向きとした直接合板であり、前記水晶片は音叉状であるとする。この場合は、Ｚカットの直接接合板とするので、水晶のエッチング異方性によって表裏面側間で非対称となる。したがって、請求項５で示したように表面パターンと裏面パターンとは斜方向で重畳する位置として非対称性を解消するのがよい。

同請求項１２では、請求項１０又は１１において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される。この場合は、表裏面間で対称性を維持するので、さらに斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。

同請求項１３では、請求項１の前記第５工程後に、前記金属膜による表裏面パターンの間を切断して個々の水晶片に分割し、前記表裏面パターンを励振電極とした第６工程を有する。これにより、表裏面間でフォトエッチングによるサブミクロン精度以下での位置合わせができ、例えば水晶ウェハをＡＴカットして厚みすべり振動子を形成する場合には、表裏面間での励振電極による電極間容量を均一にできる。

（請求項１を基本とした露光装置）
同請求項１４では、表面及び裏面に金属膜を有して前記表面の金属膜上にはレジスト膜による表面パターンが形成されるとともに少なくとも２箇所以上の前記表面には表面マーカが形成され、前記裏面にはレジスト膜を有する光透過材からなる被加工ウェハであって、前記金属膜の形成される表裏面の一部が露出して前記表面マーカが形成された光透過部を有した被加工ウェハを対象とし、前記被加工ウェハを反転した裏面上に配置されて使用される前記表面パターン及び表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが装着され、前記表面マーカと前記原版マーカとの位置決め手段を有し、前記位置決め手段によって前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めして前記被加工ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜上に前記原版パターンを投影する露光装置において、前記位置決め手段は、前記表面マーカと前記原版マーカとを観察する光学系として、合焦位置が互いに異なる第１合焦系と第２合焦系とを有する二重焦点光学系を含む構成とする。

このような構成の露光装置であれば、請求項１での効果で示したように、水晶ウェハの光透過部に設けた表面マーカとフォトマスクの原版マーカとを光学的に直接に検視できる。ここでは、第１合焦系及び第２合焦系を有する二重焦点光学系による現実の位置情報によって、表面マーカと原版マーカとを一致させることができる。これにより、表面マーカとフォトマスクの原版マーカとに依存した表面パターンと原版パターンとを、例えばサブミクロン（μ）以下の単位で位置決めできる。

以下、本発明の一実施例である水晶振動子の金属パターン形成方法及び露光装置を含めた外形加工方法を第１図の製造工程図及び第２図の露光装置の概略断面図に基づいて説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

第１実施例での水晶振動子の外形加工方法は、従来例と同様に、第１〜第６工程からなる。第１工程では、水晶ウェハ５の表裏面に金属膜７を設ける「第１図（ａｂ）」。ここでは、金属膜７は水晶ウェハ５の両端部をマスクによって遮蔽して設けられ、水晶ウェハ５の両端部を光透過部２３とする「第１図（ａ）及び第３図（ａ）の平面図」。なお、光透過部２３は必要最低限の広さとする。

第２〜第６工程は、水晶ウェハ１の表裏面の金属膜７を覆い、光透過部２３を含めて全面にレジスト膜８を設けた後「第８図（ｂ）」、特に露光装置（第９図）を用いて処理される。但し、レジスト膜８はÅ（オングストローム）単位であり、照射光が減光されるものの光透過部２３を透過する。

露光装置は「第２図（ａ）」、前述のように、フォトマスク１０を収容するマスク固定板１１の下側に、水晶ウェハ５を固定して移動及び回転自在とした保持テーブル１３を配置する。そして、フォトマスク１０の両端部の上方には二重焦点光学系１６（ａｂ）とした顕微鏡が配置される。フォトマスク１０は、前述同様に、角速度センサ素子として適用される音叉形状とした多数の水晶片１に対応した原版パターン１５ａ及び十字状とした原版マーカ１５ｂをマスク母体１４の表面に有する。

二重焦点光学系は、第２図（ｂ）に示したように、垂直方向の位置が異なる被対象物ＡＢからの光をビームスプリッタ１７によって分光し、ミラー１８を有する第１合焦系１９ａ及び第２合焦系１９ｂを経てビームアダー２０によって合成し、接眼レンズ２１を覗いて検視（観察）する。この場合、第１合焦系１９ａは例えば被対象物Ａに、第２合焦系１９ｂは対象物Ｂに焦点を一致させることにより、両者を同一平面状の物体として認識できる。したがって、例えば被対象物Ａを固定とした場合、被対象物Ｂを平面方向に移動して位置を調整すれば、両者を垂直方向の直線上に一致させることができる。

第２工程では、前述同様に、先ず、露光装置の保持テーブル１３を移動して水晶ウェハ５の表面上にフォトマスク１０を配置する。そして、上方からの照射光Ｐによって、原版パターン１５ａを水晶ウェハ５の表面のレジスト膜８上に、原版マーカ１５ｂを水晶ウェハ５の表面が露出した両端部の光透過部２３上に投影（転写）する「第１図（ｃ）」（露光、潜像）。

次に、水晶ウェハ５を露光装置から取り出し、現像処理する。これにより、水晶ウェハ５の表面の金属膜７上に表面パターン８ａが、光透過部２３の水晶ウェハ５の露出面上に表面マーカ８ｂが形成される「第１図（ｄ）及び第３図（ｂ）の平面図」。これらは、原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂに対応した同一位置に形成される。

第３工程では、前述同様に、先ず、水晶ウェハ５の表裏面を反転して露光装置の保持テーブル１３に固定し、レジスト膜８が全面に形成された裏面をフォトマスク１０側とする。そして、第４図に示したように、フォトマスク１０上に配置された前述の二重焦点光学系１６（ａｂ）によって、フォトマスク１０の原版マーカ１５ｂと水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂとを直接に観察しながら、保持テーブル１３の移動及び回転を制御して、フォトマスク１０の原版マーカ１５ｂに水晶ウェハの表面マーカ８ｂを重ね合わせて、垂直方向の直線上に一致させる。

これらにより、原版マーカ１５ｂ「（第２図（ｂ）の対象物Ａ）」と表面マーカ８ｂ（同対象物Ｂ）とが垂直方向の直線上に位置決めされる。この場合でも、水晶ウェハ５をフォトマスク１０に当接（密着）した状態で表面マーカ８ｂを原版マーカ１５ｂに一致させる。次に、第１工程と同様に、水晶ウェハ５をフォトマスク１０に密着させた状態でのフォトマスク１０の上方からの照射光Ｐによって、水晶ウェハ５の裏面に原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂを投影する「第１図（ｅ）」（露光、潜像）。

第４工程では、第１工程でしたのと同様に、水晶ウェハ５を露光装置から取り出し、現像処理する。これにより、水晶ウェハ５の裏面の金属膜７上に、原版パターン１５ａに対応した同一位置に裏面パターン８ｃ及び裏面マーカ８ｄが形成される「第１図（ｆ）」。

第５工程では、表裏面パターン８（ａｃ）及びマーカ８（ｂｄ）の形成された水晶ウェハ５をエッチング液中に投入する。そして、表裏面パターン８（ａｃ）によって覆われた金属膜７以外の金属膜７をウェットエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ５の表裏面に、レジスト膜８による表裏面パターン８（ａｃ）が重畳した表裏面金属パターン７（ａｃ）及びレジスト膜８のみによる表裏面マーカ８（ｂｄ）を形成する「第１図（ｇ）」。

第６工程では、従来例と同様に、水晶ウェハ５をエッチング液中に投入し、表裏面パターン８（ａｃ）が重畳した表裏面金属パターン７（ａｃ）及び表面マーカ８（ｂｄ）を外形加工マスクとしてウェットエッチングする。これにより、表裏面金属パターン７（ａｃ）の形状に倣って音叉状とした多数の水晶片１に分割され、表裏面マーカ８（ｂｄ）部とともに水晶ウェハ５に一体的に形成される。

そして、一体的に外形加工された多数の水晶片１を有する水晶ウェハ５に、例えば主面及び側面の素子電極３が形成される「前第７図参照」。この場合でも、表裏面マーカ８（ｂｄ）に基づいて、次工程以下でのフォトマスク１０に位置決めされる。そして、例えば表裏面及び側面のレジスト膜を除去して、音叉状として独立した個々の水晶片１に分割される。

このような構成であれば、発明の効果の欄で述べたように、フォトマスク１０上からの二重光学系１６（ａｂ）によって、原版マーカ１５ｂとともに、フォトマスク１０との対向面とは反体面となる光透過部２３に設けた水晶ウェハの表面マーカ８ｂを光学的に直接に検視できる。したがって、フォトマスク１０の原版マーカ１５ｂが衝撃等によって微妙に位置ずれを起こしても、二重光学系によって観察しながら水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂを原版マーカ１５ｂの実際の位置に例えばミクロン（μ）以下の単位で誤差がなく、リアルタイムに一致させることができる。

また、水晶ウェハ５の両主面に金属膜７を形成する際、両端部を露出して光透過部２３とし、レジスト膜８による表面マーカ８ｂは金属膜７上の表面パターン８ａと同時に、水晶ウェハ５の露出した光透過部２３に直接に形成する。これにより、水晶ウェハ５の全面に金属膜７を形成した場合に比較し、例えばフォトエッチングを用いて両端部の金属膜７を除去する必要がないので、製造工程を容易にする。

また、この例では、フォトマスク１０による原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂを水晶ウェハ５の表面に転写して表面パターン８ａ及び表面マーカ８ｂを現像した（第１工程）後、水晶ウェハ５の表面マーカ８ｂと原版マーカ１５ｂとを同一位置（垂直方向の直線上）に一致させて原版パターン１５ａを裏面に投影し（第２工程）、その後、現像する（第３工程）。したがって、水晶ウェハ５の表面パターン８ａと裏面パターン８ｃとを同一形状として、水晶ウェハ５の表裏面間で対向して垂直方向で互いに重畳して形成できる。

この場合、原版マーカ１５ｂを同一位置として原版パターン１５ａの位置をずらした第２のフォトマスク１０を使用して裏面パターン８ｃを形成すれば、水晶ウェハ５の表裏面間で対向して斜方向で互いに重畳する同一形状の表裏面パターン８（ａｃ）を形成できる。勿論、第２の原版パターン１５ａを異なる形状とすれば、表裏面間で異なる形状の表面パターン８ａと裏面パターン８ｃとを所定の位置関係として形成できる。

要するに、二重焦点光学系１６（ａｂ）によって原版マーカ１５ｂと表面マーカ８ｂとを一致させることにより、任意形状の表裏面パターン８（ａｃ）を所定の位置関係で形成できる。そして、表裏面パターン８（ａｃ）で覆われた金属膜以外の金属膜７を除去すれば、所定の位置関係となる金属表裏面パターン７を形成できる。この場合、レジスト膜８による表裏面パターン８（ａｃ）及び表裏面マーカ８（ｂｄ）を残したまま、あるいは除去することによって、水晶振動子の金属パターン形成方法を提供できる。

また、ここでは、表裏面金属パターン７（ａｃ）を外形マスクとして水晶ウェハ５をエッチングするので、水晶ウェハ５に多数の音叉状とした水晶片を一体的に形成する水晶振動子の外形加工方法を提供できる。この場合、二重焦点光学系１６（ａｂ）による位置決めによって、表裏面金属パターン７（ａｃ）が互いに重畳して形成される。そして、水晶ウェハ５はＺカットした単版からなる。

したがって、水晶ウェハ５をエッチング液中に投入した場合は、両主面の金属パターン７（ａｃ）に沿って表裏面から垂直方向にエッチングされ、例えば第５図（ａ）の上面図に示したように、音叉腕２の両側面の中央に外側に向かう三角形の突起２２ａを生ずる。そして、中心線Ａ−Ａに対して両主面側は対称に加工される。このことから、外形寸法をフォトエッチングによるミクロン単位以下の精度にして、両主面側で略対称とした音叉状の超小型の水晶片を得られる。ここでは、音叉状の水晶片１を角速度センサ素子として適用するので、両主面側での非対称性に基づいた、特に斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。

これらの場合、水晶ウェハ５をＺカットの直接接合板とした場合は、水晶のエッチング異方性によって、例えば第５図（ｂ）に示したように、両側面の中央に内外に向かう逆向きの突起２２ｂを生じる。この場合は、中心線Ａ−Ａに対して両主面側は非対称となり、斜め振動を生じやすくなる。したがって、この場合は、レジスト膜８による表面パターン８ａと裏面パターン８ｃとは斜方向で重畳する位置として非対称性を解消するのがよい。

また、水晶片１は屈曲振動系とした音叉状に限らず、外形形状で振動特性が決定されるこれ以外の例えば屈曲振動系や輪郭振動系としても、本発明の外形加工方法は精密加工ができることから効果を奏する。

第６図は本発明の第２実施例である水晶振動子の外形加工方法を説明する水晶ウェハの図で、第１実施例との同一部分の説明は省略又は簡略する。第１実施例では水晶ウェハ上の金属膜は特に外形加工のために適用したが、第２実施例では励振電極として適用する例である。

すなわち、第２実施例では、第１実施例と同様にして、個々の水晶片１に分割される水晶ウェハ５に例えば円状とした多数の励振電極３（ａｃ）としての金属パターン７（ａｃ）を形成する。そして、ダイシングソウやスクライバ等を用いて、Ａ−Ａ線及びＢ−Ｂ線で示すように、水晶ウェハ５の各金属パターン７（ａｃ）間を縦横に機械的に切断し、個々の水晶片１に分割する。水晶片１は振動周波数が厚みに依存した例えば厚みすべり振動系のＡＴカット等とする。

この場合でも、水晶ウェハ５の金属膜７上にレジスト膜８による表面パターン８ａとともに両端部の光透過部２３に表面マーカ８ｂを形成する。表面パターンは水晶片１の励振電極となる円状として、図示しない引出電極を延出する。そして、表面マーカされたレジスト膜による表面マーカ８ｂに基づいて、二重焦点光学系１６（ａｂ）によって位置決めして、水晶ウェハ５の金属膜７上に裏面パターン８ｃを形成する。そして、エッチングによって、円状とした多数の金属パターン７（ａｃ）「励振電極３（ａｃ）」を、水晶ウェハ５の両主面に形成した後、個々の水晶片１に切断・分割する。

このような構成であれば、各水晶片１の両主面の金属パターン７（ａｃ）からなる励振電極３（ａｃ）は両主面間で、二重焦点光学系１６（ａｂ）のリアルタイムの位置決めによって、ミクロン単位以下で重なり合う。したがって、各水晶片１における両主面間での励振電極３（ａｃ）の対向面積を均一にできて電極間容量を一定にし、製造時の規格不良を低減できる。なお、これらの場合でも、水晶片１は厚みすべり振動系に限らず、前述の音叉状を含めた屈曲振動系や輪郭振動系であってもよく、両主面間での位置あわせが要求される場合に適用できる。

（他の事項）
上記実施例では、二重焦点光学系を用いた露光装置は水晶振動子の外形又は電極に対応した表裏面パターン８（ａｃ）を形成する水晶振動子の金属パターン形成方法に適用したが、被加工物は水晶振動子に限らず、両主面間に高精度に金属パターンを形成する場合に適用できる。また、第２工程では水晶ウェハの表裏面の金属膜７にレジスト膜８を設けたが、裏面のレジスト膜８は表面パターン８ａ及び表面マーカ８ｂを形成した第３工程後に設けてもよい。この場合、裏面のレジスト膜８は表面パターン８ａの形成時の露光（照射光）の影響を受けずに済む。

また、第１実施例では水晶ウェハ５の光透過部２３は両主面への金属膜７の形成時に両端部にマスクを設けて形成したが、例えば全面に金属膜７を設けた後、フォトエッチングやレーザによって一部を除去して形成することもできる。

また、第１実施例では光透過部２３上にレジストパターンを形成し、これを表面マーカ８ｂとして用いる例を説明したが、表面マーカ８ｂはこの例に限らず、任意ものものとできる。例えば金属膜７に十字形、菱形等の任意の形状の窓を開け、この窓自体を表面マーカとして用いてもよい。また、金属膜７に「回字状」に光透過部、遮光部からなるパターンを形成する等、光透過部、遮光部を任意に組み合わせたパターンを表面マーカとして用いてもよい。

また、表面パターン８ａ及び表面マーカ８ｂは、水晶ウェハ５の表面上のレジスト膜８にフォトマスク１０の原版パターン１５ａ及び原版マーカ１５ｂを投影した後の現像によって形成したが、例えば電子線描画装置で形成してもよい。

本発明の第１実施例を説明する角速度センサ素子（音叉状水晶片）の外形加工方法の製造工程図で、同図（ａ〜ｇ）のいずれも水晶ウェハ又はフォトマスクを含む断面図である。本発明の第１実施例を説明する露光装置の図で、同図（ａ）は概略断面図、同図（ｂ）は二重焦点光学系の模式的系統図である。本発明の一実施例を説明する製造工程の一部図で、同図（ａｂ）ともに水晶ウェハの平面図である。本発明の第１実施例を説明する製造工程の一部図で、同図（ａ）は二重焦点光学系（顕微鏡）及びフォトマスクを含む水晶ウェハの断面図「第１図（ｃ）に相当」である。本発明の第１実施例の作用を説明する図で、同図（ａｂ）ともに角速度センサ素子（音叉型状水晶片）の上面図である。本発明の第２実施例を説明する製造工程の一部図で、水晶ウェハの平面図である。従来例を説明する図で、同図（ａ）は角速度センサ素子の図、同図（ｂ）は水晶ウェハの図である。従来例を説明する角速度センサ素子（音叉状水晶片）の外形加工方法の製造工程図で、同図（ａ〜ｇ）のいずれも水晶ウェハ又はフォトマスクを含む断面図である。従来例を説明する露光装置の図で、同図（ａ）は概略断面図、同図（ｂ）はフォトマスクの平面図である。従来例を説明をする製造工程図の一部で、同図（ａ）はフォトマスクを含む水晶ウェハの断面図「第７図（ｃ）に相当」、同図（ｂ）は水晶ウェハの断面図「第７図（ｄ）に相当」、同図（ｃ）は水晶ウェハの平面図である。従来例を説明する製造工程の一部図で、同図（ａｂ）ともにフォトマスクと水晶ウェハとの位置決めを示す断面図である。従来例の問題点を説明する図で、同図（ａｂ）ともに角速度センサ素子（音叉型状水晶片）の上面図である。

符号の説明

１水晶片、２音叉腕、３素子電極、４音叉基部、５水晶ウェハ、６切欠部、７金属膜、８レジスト膜、１０フォトマスク、１１マスク固定台、１２カメラ、１３保持テーブル、１４マスク母体、１５ａ原版パターン、１５ｂ原版マーカ、１６二重焦点光学系、１７ビームスプリッタ、１８ミラー、１９合焦系２０ビームアダー、２１接眼レンズ、２２突起部２３光透過部。

Claims

個々の水晶片に分割される水晶ウェハの表裏面には金属膜が形成される第１工程と、
前記水晶ウェハの表面の金属膜上には前記水晶片の外形形状又は電極形状に対応したレジスト膜による表面パターンを形成し、前記水晶ウェハの表面の少なくとも２箇所に表面マーカを形成する第２工程と、
前記表面パターン及び前記表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが前記水晶ウェハを反転した裏面上に配置され、前記表面マーカと前記原版マーカとを重ね合わせて位置決めする第３工程と、
前記水晶ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜に前記フォトマスク上からの照射光によって前記原版パターンを投影した後に現像し、前記レジスト膜による裏面パターンを形成する第４工程と、
前記表面パターンと前記裏面パターンによって覆われた金属膜以外の金属膜をエッチングによって除去し、前記水晶ウェハの表裏面に前記金属膜による表裏面パターンを形成する第５工程とからなる水晶振動子の金属パターン形成方法において、
前記第１工程における前記水晶ウェハの表裏面には前記水晶ウェハの一部が露出して無金属膜とした光透過部が設けられ、前記第２工程における前記表面マーカは前記光透過部に形成され、
前記第３工程における前記表面マーカと前記原版マーカとは合焦位置が互いに異なる第１合焦系と第２合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察され、前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めすることを特徴とする水晶振動子の金属パターン形成方法。
請求項１において、前記光透過部は前記金属膜を形成する際、前記水晶ウェハの一部を遮蔽して形成した水晶振動子の金属パターン形成方法。
請求項１において、前記光透過部は前記金属膜を形成した後、前記金属膜の一部を除去した水晶振動子の金属パターン形成方法。
請求項１において、前記レジスト膜は前記光透過部を含めて前記金属膜上に形成され、前記表面マーカは前記レジスト膜による表面パターンと同時に、前記光透過部としての前記水晶ウェハの表面に直接に形成された水晶振動子の金属パターン形成方法。
請求項１において、前記表面パターンと前記原版パターンとは同一形状であって、前記表面マーカと前記原版マーカとが同一位置である水晶振動子の金属パターン形成方法。
請求項１の前記第５工程後に、前記金属膜による表裏面パターンを外形加工マスクとして前記水晶ウェハをエッチングし、前記外形加工マスクの形状に倣った個々の水晶片に分割した第６工程を有する水晶振動子の外形加工方法。
請求項６において、前記水晶片は屈曲振動系又は輪郭振動系である水晶振動子の外形加工方法。
請求項７において、前記水晶片は屈曲振動系として音叉状である水晶振動子の外形加工法。
請求項８において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される水晶振動子の外形加工方法。
請求項６において、前記水晶ウェハはＺカットとした単板からなり、前記水晶片は音叉状である水晶振動子の外形加工方法。
請求項６において、前記水晶ウェハはＺカットとした第１水晶ウェハと第２水晶ウェハとのＸ軸方向の極性を逆向きとした直接接合板であり、前記水晶片は音叉状である水晶振動子の外形加工方法。
請求項１０又は１１において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される水晶振動子の外形加工方法。
請求項１の前記第５工程後に、前記金属膜による表裏面パターンの間を切断して個々の水晶片に分割し、前記金属膜による表裏面パターンを励振電極とした第６工程を有する水晶振動子の外形加工方法。
表面及び裏面に金属膜を有して前記表面の金属膜上にはレジスト膜による表面パターンが形成されるとともに少なくとも２箇所以上の前記表面には表面マーカが形成され、前記裏面にはレジスト膜を有する光透過材からなる被加工ウェハであって、前記金属膜の形成される表裏面の一部が露出して前記表面マーカが形成された光透過部を有した被加工ウェハを対象とし、
前記被加工ウェハを反転した裏面上に配置されて使用される前記表面パターン及び表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが装着され、前記表面マーカと前記原版マーカとの位置決め手段を有し、
前記位置決め手段によって前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めして前記被加工ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜上に前記原版パターンを投影する露光装置において、
前記位置決め手段は、前記表面マーカと前記原版マーカとを観察する光学系として、合焦位置が互いに異なる第１合焦系と第２合焦系とを有する二重焦点光学系を含むことを特徴とする露光装置。