JP2006339729A - 圧電振動片の製造方法、並びに圧電振動片、並びに圧電デバイス、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
小型化された音叉型圧電振動片を形成する際の電極形成時のフォトリソ工程において、又部に対する露光精度を向上させることができる圧電振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】
上記課題を解決する圧電振動片の製造方法は、複数の振動腕を備え、音叉型を成す圧電振動片を製造する際における電極形成時のフォトリソグラフィ工程において、マスク２０を圧電振動片１０の電極形成面に形成したレジスト１９に接触させ、複数の前記振動腕間に形成される又部１６に対する照射光が垂直に照射される方向に近づくように光源３０を傾斜させて露光を行うことを特徴としたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は圧電振動片の製造方法、並びにその製造方法を用いて製造した圧電振動片、圧電デバイス、及び電子機器に係り、特に振動腕を備える音叉形の圧電振動片を製造する上で好適な製造方法、並びに当該製造方法によって製造される圧電振動片、並びにその圧電振動片を搭載した圧電デバイス、及びその圧電デバイスを搭載した電子機器に関する。

音叉型の圧電振動片を製造する場合、電極形成をする際のフォトリソグラフィ（フォトリソ）工程において、振動腕の付け根部分の間に形成される又部には、後述する「ひれ」といわれる傾斜面が形成されるが、圧電振動片に対して垂直方向から照射光を照射する電極パターン形成時の照射光が、この傾斜面にも比較的十分に照射されるため、又部に対する露光は、電極パターン形成と同時に行われていた。しかし、圧電振動片が小型化するにつれ、「ひれ」が小さくなるため、垂直方向からの照射では露光されにくくなり、又部への露光精度の向上が課題とされてきた。このような課題に対し従来は、図９に示すように圧電振動片１に対して非接触状態に備えられたマスク３を設け、又部６に対して照射光（例えば紫外線）５が斜め方向から照射されるようにしてレジスト２の露光が行われていた。又部６には異方性を有する水晶の特性上、外形を形成するエッチングの段階で、「ひれ」が形成され、又部６への露光は、この傾斜面へ紫外線を照射することで成される。通常、特に小型の音叉型圧電振動片のフォトリソ工程では、板面の電極パターン形成のために行う露光と、この又部６に対して行う露光とが別工程で行われている。

このような場合、マスク３と圧電振動片１との間にゴミなどが挟まれると、パターンに欠陥が生じてしまう虞があるため、マスクパターンが簡単な又部６の露光については、マスク３を非接触として行うことが一般的である。ところが、圧電振動片１がさらに小型化されるのに伴い、又部６に形成される傾斜面も縮小され、上記のような手法では又部６に対する露光に十分な精度を得ることができなくなってきた。

このような実状を鑑み、特許文献１に記載されているような技術が提案されている。特許文献１に記載されている技術は、圧電振動片の外形形成をブラスト加工で行うことにより、エッチングの方向性に関わり無く圧電振動片の外周に傾斜面を故意に形成することで、音叉型圧電振動片の又部に形成される傾斜面（ひれ）の割合を増やし、ひれに対する露光精度を向上させるというものである。
特開２００１−１５６５８４号公報

特許文献１に記載の技術は、出願当時においては有効な技術であったと考えられる。しかし、圧電振動片の小型化指向は著しく、特許文献１が出願された当時の技術において作成されていた音叉型圧電振動片の全長が３ｍｍ程度であったのに対し、現在製造されている音叉型圧電振動片の全長は、その半分以下とされるものもある。

このように小型化された圧電振動片に対してブラスト加工を行う場合、圧電振動片の破損が生じやすくなると考えられ、当然に加工歪みの割合も大きくなると考えられる。特許文献１には、ブラスト加工によって外形形成した音叉型圧電振動片をエッチング液に浸すことで加工歪みを除去する旨が記載されているが、このような方法を採った場合には工程数が増えてしまい、生産性が低下すると考えられる。また、当然に、従来必要とされていなかったブラスト加工用の加工装置も必要とされることとなり、設備コストも増すこととなる。

そこで本発明では、小型化される音叉型圧電振動片の又部に対する露光精度の向上を課題とし、従来の装置を利用しつつ生産工程の工程数を変えること無く、音叉型圧電振動片の又部への露光精度を向上させることができる圧電振動片の製造方法、及びその方法を用いて製造される圧電振動片を提供することを目的とする。さらに本発明では前記方法によって製造された圧電振動片を搭載した圧電デバイス、及び電子機器も提供する。

上記目的を達成するための本発明に係る圧電振動片の製造方法は、複数の振動腕を備え、音叉型を成す圧電振動片を製造する際における電極形成時のフォトリソグラフィ工程において、マスクを圧電振動片の電極形成面に形成したレジストに接触させ、複数の前記振動腕間に形成される又部の傾斜面に対する照射光が垂直に照射される方向に近づくように所定の角度で光源を傾斜させて露光を行うことを特徴とする。このような方法を用いることにより、マスクの位置合わせが容易となり、露光時の照射精度が良好となる。また、光源を傾斜させて照射光を照射することより、照射効率も良好となる。さらに、工程の流れは従来と変わらないため、工程数が増えることも無い。

また、上記目的を達成するための本発明に係る圧電振動片は、複数の振動腕を備え、音叉型を成す圧電振動片を製造する際における電極形成時のフォトリソグラフィ工程において、マスクを圧電振動片の電極形成面に形成したレジストに接触させ、一方の光源は照射光が前記振動片の板面に垂直に照射されるように配置し、他方の光源は照射光が複数の前記振動腕間に形成される又部の傾斜面に対して垂直に照射される方向に近づくように所定の角度で傾斜させて配置し、それぞれの光源から照射光を照射して露光を行うことを特徴とするものであっても良い。このような方法を用いた場合であっても、マスクの位置合わせが容易となり、露光時の照射精度が良好となる。また、光源を傾斜させて照射光を照射することより、照射効率も良好となる。さらに、照射光の光源が２つとなることより又部に照射される照射光の照度が高くなり、露光が良好に成される。さらにまた、板面に形成される電極パターン用の露光と又部の露光とを同時に行うことが可能となるため、露光工程を短縮することができる。

また、上記のような方法を用いて圧電振動片の製造を行う場合、前記傾斜させる光源は、圧電振動片の板面に対して照射光を垂直に照射する位置に対して２５度から３０度の傾斜角を持つように配置すると良い。このような角度に光源を配置して照射光を照射することにより、照射光が又部に効率良く照射されることとなる。

本発明に係る圧電振動片は、上記いずれかの方法を用いて製造したことを特徴とするものである。上記のような製造方法を用いて製造することにより、製品としての信頼性が高まる。
また、本発明に係る圧電デバイスは、前記圧電振動片を搭載したことを特徴とするものである。このような構成の圧電デバイスであれば、前記圧電振動片と同様に、製品としての信頼性が向上する。

さらに、本発明に係る電子機器は、前記圧電デバイスを搭載したことを特徴とするものである。このような構成の電子機器であっても、上記と同様に製品の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の圧電振動片の製造方法、並びに圧電振動片、並びに圧電デバイス、及び電子機器に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る圧電振動片の製造方法を用いて製造する圧電振動片について説明する。なお、図１は圧電振動片の全体を示す平面図である。また、図２（Ａ）は図１に示す圧電振動片における又部の部分拡大平面図であり、図２（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

図１に示す圧電振動片１０は一対の振動腕１２ａ，１２ｂを有する音叉型の圧電振動片であり、その板面には振動腕１２ａ，１２ｂを励振させるための電極パターン１４が配されている。このような構成の圧電振動片１０を形成するためには、概略として、外形形成を行うための工程と、電極パターンを形成するための工程とを要する。本発明に係る圧電振動片の製造方法は特に、後者の電極パターンを形成するための工程に関するものである。以下、本発明の圧電振動片の製造方法に係る第１の実施形態について説明する。

電極パターン１４の形成は通常、電極を成す金属薄膜１８（図４参照）の形成と、この金属薄膜１８の形状を整えるケミカルエッチングとから成るフォトリソグラフィ工程（フォトリソ工程）とによって成される。
フォトリソ工程の概略は次の通りである。まず、外形形成された圧電部材１２の外周面にスパッタ等の技術により金属薄膜１８を形成する。金属薄膜１８の種類としては、クロム（Ｃｒ）を下地として金（Ａｕ）を蒸着させる２層構造のものが一般的である。また、圧電部材１２としては、水晶（SiO₂）、タンタル酸リチウム（LiTaO₃）、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）等を挙げることができる。金属薄膜を形成した後、当該金属薄膜１８の上層に積層するようにレジスト１９（図４参照）を塗布する。レジスト１９は紫外線等の照射光を受けることにより性質を変化させる感光性のものであれば良く、電極エッチングの際に金属薄膜１８を保護する保護膜の役割を担う。レジスト１９を塗布した後、金属薄膜１８を除去する部位にスリットを設けたマスク２０（図３参照）を介して、前記レジスト１９に紫外線を照射して露光を行う。露光終了後、圧電振動片１０を現像液に浸し、レジスト１９の感光部位を除去する。その後、圧電振動片１０を電極エッチング液に浸すことにより、レジストが除去された部位に位置する金属薄膜１８がエッチングされ、前記マスク２０の形状に合致した電極パターン１４が形成される。電極エッチング終了後、レジスト１９を剥離して圧電振動片１０における電極パターン１４形成のためのフォトリソ工程が終了する。

上記のような工程を経て形成される音叉型圧電振動片（圧電振動片）１０では、従来技術の項で述べたように、板面の電極パターンを形成するためにレジストに対して行う露光と、又部の金属薄膜を除去するためにレジストに対して行う露光とを異なる工程で行う。本実施形態における又部の露光は、図３、図４に示すように圧電振動片に塗布したレジスト１９に対してマスク２０を接触させた状態で行うことを特徴としている。また、露光に際しては、紫外線が又部１６の傾斜面１６ａに対して垂直に照射される方向に近づくように光源３０を傾けることも特徴とする。

このような技法を用いて露光を行うことにより、傾斜面１６ａに対する露光精度が格段に向上する。また、圧電振動片１０にマスク２０を接触させるようにしたことにより、照射範囲の位置合わせが容易となる。なお、マスク２０を圧電振動片１０に接触させる場合、上述したように、ゴミ等がマスク２０と圧電振動片１０との間に挟まれることにより電極パターン１４に欠陥が生じるという虞もあるが、マスクをセットする前に圧電振動片１０とマスク２０とに十分な洗浄等を施すことにより、その可能性は低くすることができ、逆に、形成される電極の形状（寸法）精度が向上し、製品としての信頼性が向上するという有用性が高くなる。なお、マスク２０と圧電振動片１０との位置合わせを正確に行うには、次のような方法を採用すると良い。まず、数μｍの間隔をおいてマスク２０と圧電振動片１０とを対向させて配置する。マスク２０の開口と圧電振動片１０のパターン形成位置とが合致させて両者を密着させる。そして両者の密着性を高めるために密着部分を減圧する。

本実施形態の圧電振動片の製造方法で使用する又部１６を露光するためのマスク２０は、図３に示すような形状のものである。図３に示すようにマスク２０には、露光用の紫外線を通過させるための開口（スリット）２２が設けられているだけのものである。開口２２は、図４に詳細を示すように又部１６に形成された傾斜面（ひれ）１６ａに、斜めからの紫外線３２が照射されるように、傾斜面１６ａの大きさよりも照射方向に大きくなるように形成されている。なお、ここでいう開口２２とは実際に孔があいている必要は無く、透光性を有する部位が形成されていることで足りる。例えばハードマスクの場合、ガラス等の透光性材料にクロム、あるいは酸化クロム等を用いて遮光層を形成することが一般的であるが、この場合、前記遮光層の間欠部が開口となる。

本実施形態では、光源３０を、傾斜面１６ａの垂直位置からθだけ振動腕１２ａ，１２ｂの方向へ傾斜させた位置に配置し、そこから紫外線を照射する構成としている。光源３０の傾斜角度θ、すなわち紫外線の照射角度は、傾斜面１６ａに対して垂直に照射される状態に近づくほど露光効率が良くなり、露光精度が向上すると考えられる。よって、光源の傾斜角度は、装置の性能、構成によって種々選択すると良く、好適にはθを２５度から３０度とすると良く、望ましくは紫外線が傾斜面に対して垂直に照射されるような角度とすると良い。

上記のような方法により露光を行うことにより、レジスト１９の所望する部位に的確に紫外線を照射することが可能となる。また、光源３０を傾けて、斜め方向から紫外線を照射する構成としているため、又部１６の傾斜面１６ａに十分な照度の紫外線を照射することが可能となる。このため、現像時に傾斜面１６ａを覆うレジスト１９を確実に除去することが可能となり、エッチングによって当該箇所に形成された金属薄膜１８も確実に除去することができる。よって、傾斜面１６ａに金属薄膜１８が残留し、これを原因として電極パターン１４に短絡が生じるということが無くなる。

本実施形態に係る製造方法を用いて製造された音叉型圧電振動片１０と、従来の製造方法を用いて製造された音叉型圧電振動片との識別は、傾斜面１６ａにおける金属薄膜１８の付着状態を解析することにより行うことができると考えられる。すなわち、位置決めが容易で、照射精度が良好な本実施形態に係る製造方法によれば、複数の製品を対比した場合に、金属薄膜１８の除去部分（エッチング部分）の形状、位置等にバラツキが少ないのである。なお、図では照射光（紫外線）は圧電振動片１０の一部に照射され、それをマスク２０で遮蔽するように示しているが、実際の照射光は圧電振動片の全体を照射し、マスク２０はこの照射光を遮蔽することとなる。

次に、本発明の圧電振動片の製造方法に係る第２の実施形態について図５を参照して説明する。本実施形態に係る圧電振動片の製造方法は、図５に示すように光源を２つ（光源３０、光源３４）用いていることが第１の実施形態に示した圧電振動片の製造方法と異なる。他の方法等に関しては第１の実施形態と同様であるため、その機能を同一とする部位には、図面に同一の符号を附してその詳細な説明は省略する。

本実施形態の圧電振動片の製造方法では、光源を２つ用いることより、一方の光源３４は圧電振動片１０の板面に対して垂直に紫外線を照射するように、他方の光源３０は傾斜面に対して垂直に近い状態で紫外線が照射されるようにそれぞれ配置する。そして本実施形態では、圧電振動片１０の板面に形成される電極パターン１４（図１等参照）を形成するための露光と又部１６に対する露光とを１つの工程で、かつ１つのマスク２０で同時に行うことを可能としている。このような方法を採用するため、本実施形態で使用するマスク２０には、傾斜面１６ａ（図２、図４等参照）の露光を行うための開口２２と、板面に形成される電極パターン１４の形状に合わせて露光を行うための開口２４とが形成されている。このような構成とすることにより、電極パターン１４用のマスクと又部１６用のマスクといった２つのマスクを用意する必要が無くなる。また、マスクの交換作業が不要となるため、露光工程にかける時間が短縮され、生産効率が向上する。さらに、光源を２つとしたことにより、傾斜面１６ａ上の金属薄膜１８に塗布されたレジスト１９には、電極パターン１４を形成するために照射される紫外線と傾斜面１６ａ用に照射される紫外線との両方が照射されることとなり、紫外線の照射効率が向上し、露光精度の向上に繋がる。なお、本実施形態による圧電振動片１０の製造においても当然に、マスク２０は圧電振動片１０に塗布されたレジスト１９に接触させた状態で露光を行う。また、他の作用効果は第１の実施形態と同様である。

次に、図６を参照して上記製造方法によって製造された音叉型圧電振動片をパッケージ内に実装した圧電デバイスについて説明する。なお、図６（Ａ）は平面図を、同図（Ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
本発明に係る圧電デバイス１００は、パッケージ４０と、当該パッケージ４０の内部に実装される圧電振動片１０とを有する。前記パッケージ４０は、ベース４２とリッド４４、圧電振動片１０をベース４２に対して接合支持するマウント部４８、及びベース４２とリッド４４とを接合するためのシールリング４６とより構成される。

前記ベース４２はセラミックスや金属等の素材で形成され、前記リッド４４はガラス等の透光性材料や金属等により形成される。そして前記シールリング４６は、前記ベース４２や前記リッド４４と熱膨張率が近似する材料により形成される。例えば、ベース４２をセラミックス、リッド４４をガラスとした場合には、シールリング４６の構成材料としてコバールが用いられることが多い。
また、前記圧電振動片１０は、上述した方法を用いて製造された音叉型圧電振動片１０である。

また、図６には特に図示しないが、当然に、パッケージ４０の内部に電子部品、例えばＩＣ等を搭載し、例えば発振器とする場合であっても、本発明の圧電デバイス１００を構成することに変わりは無い。このような構成の圧電デバイス１００は、上述のようにして製造された圧電振動片１０を搭載していることより、製品としての信頼性が高い。なお、リッド４４に透光性材料を採用した場合には、パッケージ４０を封止した後に圧電振動片１０の周波数調整が可能となる。

次に、上記実施形態に示した圧電デバイス（例えば圧電発振器）１００を実装した電子機器について、図７に示す携帯電話装置を一例に挙げて説明する。
携帯電話装置２００では、送信者からの音声信号は、マイクロフォン２０２によって電気信号に変換され、デモジュレータ・コーデック等を備える信号切替部２０６で変調等され、送信部２０８にて周波数変換等され、アンテナ２１２を介して基地局（不図示）に送信される。

これに対し、基地局から送信された信号は、アンテナ２１２を介して受信し、受信部２１４にて周波数変換され、信号切替部２０６にて音声信号に変換されて、スピーカ２０４から出力される。
このような信号制御が成される携帯電話装置２００の動作は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１６によって全体が制御されている。ＣＰＵ２１６は、液晶画面やキーボード等の入出力部２１８や、制御プログラムや電話帳等を記録するメモリ２２０をはじめ、信号の送受信を制御する切替スイッチ２１０の動作も制御している。

上記のような基本構成を有する携帯電話装置において、上述した圧電デバイス１００は特に、ＣＰＵ２１６に接続され、ＣＰＵ２１６の基本クロック等の役割を果たす。
上記実施形態においては、圧電振動片は音叉型圧電振動片のみを対象としているように記載したが、本発明における圧電振動片は、音叉構造を有する圧電振動片であれば、ジャイロセンサに用いられる圧電振動片に対しても適用することができる。

また、音叉構造を有するこれらの圧電振動片に限らず、音叉型圧電振動片の又部と同様に、側面の領域に対する露光を要する形状・構造のジャイロセンサ用圧電振動片や、フォトリソグラフィ技術を用いて製造される厚みすべり圧電振動片に対しても適用できる。

また、上記実施形態では、個片化された音叉型圧電振動片を挙げて本発明に係る圧電振動片の製造方法を説明したが、工業生産上では、図８に示すようなウェハ５０単位で外形形成された圧電振動片１０に対して適用されることはいうまでもない。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、マスクを圧電振動片に直接接触させた状態で露光を行う方法を示したが、圧電振動片の厚み、即ちウェハ５０の厚みに対して、マスク２０の厚みが比較的厚く、マスク２０とウェハ５０を直接接触させると、ウェハ５０が破損する虞がある場合には、ウェハ５０を補強するため、透光性を有するごく薄い板を介してマスク２０とウェハ５０とをセットしても良い。

本発明の圧電振動片の製造方法で製造する音叉型圧電振動片の例を示す平面図である。 図１に示す音叉型圧電振動片の又部の部分拡大図である。 本発明の圧電振動片の製造方法の第１の実施形態における要部を示す図である。 露光時における又部の部分拡大図である。 本発明の圧電振動片の製造方法の第２の実施形態における要部を示す図である。 本発明の圧電振動片の製造方法を用いて製造した圧電振動片を搭載した圧電デバイスを示す図である。 図６に示す圧電デバイスを搭載した電子機器の例を示す図である。 ウェハ状態で形成された圧電振動片を示す図である。 従来のフォトリソグラフィ工程における露光時の状態を示す図である。

符号の説明

１０………圧電振動片（音叉型圧電振動片）、１２………圧電部材、１２ａ，１２ｂ………振動腕、１４………電極パターン、１６………又部、１６ａ………傾斜面、１８………金属薄膜、１９………レジスト、２０………マスク、３０………光源、１００………圧電デバイス、２００………電子機器。

Claims (6)

1. 複数の振動腕を備え、音叉型を成す圧電振動片を製造する際における電極形成時のフォトリソグラフィ工程において、
   マスクを圧電振動片の電極形成面に形成したレジストに接触させ、
   複数の前記振動腕間に形成される又部の傾斜面に対する照射光が垂直に照射される方向に近づくように所定の角度で光源を傾斜させて露光を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 複数の振動腕を備え、音叉型を成す圧電振動片を製造する際における電極形成時のフォトリソグラフィ工程において、
   マスクを圧電振動片の電極形成面に形成したレジストに接触させ、
   一方の光源は照射光が前記振動片の板面に垂直に照射されるように配置し、
   他方の光源は照射光が複数の前記振動腕間に形成される又部の傾斜面に対して垂直に照射される方向に近づくように所定の角度で傾斜させて配置し、
   それぞれの光源から照射光を照射して露光を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
3. 前記傾斜させる光源は、圧電振動片の板面に対して照射光を垂直に照射する位置に対して２５度から３０度の傾斜角を持つように配置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法を用いて製造したことを特徴とする圧電振動片。
5. 請求項４に記載の圧電振動片を搭載したことを特徴とする圧電デバイス。
6. 請求項５に記載の圧電デバイスを搭載したことを特徴とする電子機器。

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