JP2007258910A - 水晶振動子の製造方法および水晶振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 接合した水晶ウエハの境界面からサイドエッチングが進みにくくした水晶振動子の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の水晶振動子の製造方法は、平板状の第一の水晶ウエハ（１０ａ）と平板状の第二の水晶ウエハ（１０ｂ）とを接合し、平板状の接合水晶ウエハ（１０）を形成する接合工程と、接合水晶ウエハの周縁部（１０ｅ）に保護膜（１１４）を形成する保護膜形成工程と、保護膜形成工程の後に接合水晶ウエハ（１０）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有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、自動車の誘導システムやデジタルカメラ等の手ぶれ防止等に使用される音叉型の角速度センサ素子（以下、音叉型水晶振動子という）などの振動デバイスに関し、特に２枚を貼り合わせた水晶ウエハをエッチングするようにした水晶振動子の製造方法と、この製造方法を利用した水晶振動デバイスに関する。

近年、自走ロボットや自動車の誘導システム、手ぶれ防止機能付きのデジタルカメラ、携帯電話またはその他のエレクトロニクス機器において、音叉型水晶振動子等の圧電振動デバイスが広く使用されている。各種エレクトロニクス機器は小型化が要求されており、その部品の一つである音叉型水晶振動子も同様に小型化が要求されている。音叉型水晶振動子を小型化すると、検出感度が鈍くなる（等価直列抵抗（ＣＩ値）を大きくなる）傾向にある。これを防ぐため、特許文献１に示すような２枚の水晶ウエハを貼り合わせた音叉型水晶振動子がある。

このような音叉型水晶振動子を製造する際には、マスクのパターンを貼り合わせた水晶基板上に近接（プロキシミティ）露光転写する近接露光装置を用いたフォトリソグラフィー技術及びウェットエッチング技術を利用している。例えば、特許文献１では、音叉型水晶振動子用の貼り合わせた水晶ウエハを形成する時には、圧電振動デバイス用の水晶片に設けた金属薄膜にポジ又はネガのフォトレジスト膜（以下、フォトレジスト膜とする）を塗布し、近接露光および現像後に金属薄膜の不要部分をエッチングし、そして貼り合わせた水晶ウエハをウェットエッチングして音叉型の形状を形成している。

金属膜の不要部分をエッチングした後に水晶ウエハをウェットエッチングする際に、水晶ウエハ周縁部における貼り合わせ境界面からサイドエッチングが進み、水晶ウエハの周縁部がギザギザ状になってしまう。このように周縁部がギザギザ状になった水晶ウエハは、搬送途中に他の部品などに引っかかり易くなってしまう。このため、引っかかった周縁部からクラックが生じたり、欠けが生じたりしていた。最終的には、水晶ウエハの周縁部に配置された音叉型水晶振動子が、不良品になってしまう可能性が高い。
特開２００４−１５３６２４号公報

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、とくに水晶ウエハの周縁部において、貼り合わせ境界面からサイドエッチングが進みにくくし、水晶ウエハの周縁部がギザギザ状になってしまうことを防止するようにした水晶振動子の製造方法と、この水晶振動子を使った水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

第一の観点の水晶振動子の製造方法は、平板状の第一の水晶ウエハと平板状の第二の水晶ウエハとを接合し、平板状の接合水晶ウエハを形成する接合工程と、接合水晶ウエハの周縁部に保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜形成工程の後に接合水晶ウエ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有する。
この構成により、接合水晶ウエハの周縁部に保護膜を形成し、その後、接合水晶ウエハをウェットエッチングするので、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとを接合した境界面がウェットエッチングされることがない。つまり、接合水晶ウエハの周縁部がギザギザ状になったりして、クラックが生じたり欠けが生じることがない。

第二の観点の水晶振動子の製造方法は、接合工程の後に接合水晶ウエハの平板面に金属薄膜を生成する薄膜生成工程と、金属薄膜に第１フォトレジストを塗布する塗布工程と、第１フォトレジストを塗布した接合水晶ウエハを露光する露光工程とを有する。そして、露光工程の後に保護膜を形成する。
このため、露光工程の後に、たとえ第１フォトレジストが剥離したとしても、保護膜が接合水晶ウエハの周縁部に形成されることになる。このため、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとを接合した境界面がウェットエッチングされることがない。

第三の観点の水晶振動子の製造方法は、薄膜生成工程が接合水晶ウエハの表裏面に金属薄膜を生成する。
この構成により、接合水晶ウエハの表裏面からウェットエッチングが行われ、両面から正確に且つ短時間でエッチングすることができる。

第四の観点の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程が、接合水晶ウエハの周縁部に第１フォトレジストの欠けがあるか否かを判断してから、保護膜を形成する。
このため、周縁部に第１フォトレジストの欠けのある箇所にのみ、保護膜を形成することができる。不要な保護膜を形成する必要がなくなる。

第五の観点の水晶振動子の製造方法は、第四の観点において、第１フォトレジストの欠けがあるか否かを、記憶された接合水晶ウエハの外径形状と実際に計測された接合水晶ウエハの外径形状とに基づいて判断する。
たとえば、接合水晶ウエハにオリエンテーションフラットがあっても、第１フォトレジストの欠けがあるか否かを記憶された接合水晶ウエハの外径形状と実際に計測された接合水晶ウエハの外径形状とから確認することができる。

第六の観点の水晶振動子の製造方法は、第二の観点において、露光工程の後に金属薄膜をエッチングする金属エッチング工程を有し、保護膜形成工程が金属エッチング工程の前に行われる。
このため、接合水晶ウエハの周縁部に金属薄膜が形成され、金属薄膜の上から保護膜が形成されている。水晶をエッチングする液体に触れる前に、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとの間の境界面が二重に保護されている。

第七の観点の水晶振動子の製造方法は、第二の観点において、露光工程の後に金属薄膜をエッチングする金属エッチング工程を有し、保護膜形成工程が金属エッチング工程の後でウェットエッチング工程前に行われる。
このため、ウェットエッチング工程の前までに接合水晶ウエハの周縁部に保護膜が形成される。水晶をエッチングする液体に触れる前に、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとの間の境界面が保護される。

第八の観点の水晶振動子の製造方法は、保護膜は、ウェットエッチング工程の後に剥離する。
保護膜がウェットエッチング工程まで残されており、ウェットエッチング工程の後に保護膜が剥離されるため、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとの間の境界面にウェットエッチングの液体が入り込むことはない。

第九の観点の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程は、第２フォトレジストをベークして保護膜を形成する。
保護剤に特殊な材料を使用することなく、露光などで使用するフォトレジストと使用することができるため、わざわざ新たに保護剤の材料を購入する必要もない。

第十の観点の水晶振動デバイスは、上記第一ないし第九の観点の製造方法で製造される水晶振動子と、電極を含み水晶振動子を密封する筐体とを備える。
この水晶振動デバイスは、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとの間の境界面で、割れや欠けなどが生じないため不良率が下がり、初期不良も少なくなる。

本発明に係る水晶振動子の製造方法は、第一の水晶ウエハと第二の水晶ウエハとの境界面からサイドエッチングが進みにくくし、水晶ウエハの周縁部がギザギザ状になってしまうことを防止することができる。このようにすれば、音叉型水晶振動子の、不良率が下がり、生産性を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
＜圧電振動デバイスの構成＞

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス５０の実施形態を示している。図１Ａは圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線概略断面図である。図１において、圧電振動デバイス５０は、音叉形状の圧電振動片２０を構成した例を示しており、圧電振動デバイス５０は、パッケージ５１内に圧電振動片２０を収容している。パッケージ５１は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層し、焼結して形成されている。

この実施形態では、パッケージ５１は、図１Ｂに示すように、ベース基板５１ａ、壁基板５１ｂおよび床基板５１ｃで構成されている。パッケージ５１は、壁基板５１ｂで覆うことで内部空間を形成し、この内部空間に圧電振動片２０を収容している。そして、圧電振動片２０を所定の高さで支えるように、床基板５１ｃがベース基板５１ａ上に配置されている。床基板５１ｃには、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部５２が設けられている。

この電極部５２は、ベース基板５１ａ下に形成された実装端子５５と接続されている。これにより、外部から印加される駆動電圧を、実装端子５５を介して電極部５２に伝え、最終的に圧電振動片２０に供給する。具体的には、図１Ｂに示すように、この実装端子５５と電極部５２は、パッケージ５１外部をメタライズにより引き回したり、もしくは、ベース基板５１ａの焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール（不図示）で接続したりすることで形成できる。ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ５１を形成して、圧電振動片２０を収容するようにしているが、例えば、金属製の筒状のケース内に圧電振動片を収容し、圧電振動片と接続されたリードを外部に導出するプラグで気密に封止するようにしてもよい。

電極部５２の上には、導電性接着剤５７が塗布されて、圧電振動片２０の基部２９が接合されている。この導電性接着剤５７としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー（銀製の細粒等の導電粒子を含む）および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。

壁基板５１ｂの開放された上端には、蓋体５９が封止材５８で接合されることにより、封止されている。蓋体５９は、好ましくは、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックで形成されている。コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体５９はシーム溶接等の手法により、壁基板５１ｂに対して固定される。

圧電振動片２０は、例えば材料は水晶で形成されており、小型で必要な性能を得るために、図１Ａまたは図２に示す形状になっている。すなわち、圧電振動片２０は、導電性接着剤５７と接着する基部２９と、この基部２９を基端として、図１Ａにおいて右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕を備えている。つまり、圧電振動片２０は、全体が音叉のような形状とされた、いわゆる音叉型圧電振動片である。なお、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた圧電振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた圧電振動片２０であってもよい。

図２Ａは、圧電振動片２０の拡大斜視図である。図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。圧電振動片２０は、導電性接着剤５７と接着する基部２９には、金（Ａｕ）などからなる引出電極２２が設けられ、導電性接着剤５７と電気的に接続されている。また、圧電振動片２０は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとからなり、水晶の電気軸２７が互いにＸ軸方向に逆になるように結合されている。

基部２９から延びた一対の振動腕２１の表面には、引出電極２２と電気的に接続される、金（Ａｕ）などからなるドライブ電極２３、モニタ電極２４およびセンス電極２５が形成されている。図２Ｂにおいて、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”−”（マイナス）と示したものは負極を示し、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”＋”（プラス）と示したものは正極を示している。圧電振動片２０は不図示のドライバ回路で駆動されて振動を開始するとともに、モニタ電極２４から振動の大きさに比例したモニタ信号を発生し、それはモニタ回路などを介してドライバ回路にフィードバックされる。このように圧電振動片２０は閉ループを構成する駆動手段によって安定に駆動される。

＜水晶ウエハの構成＞
図３Ａは、本実施形態に用いる円形の接合水晶ウエハ１０の構成を示す斜視図である。この円形の接合水晶ウエハ１０は、例えば厚さ０．８mmの人工水晶からなり、円形の接合水晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。円形の接合水晶ウエハ１０は、厚さ０．４mmの第一水晶ウエハ１０ａと厚さ０．４mmの第二水晶ウエハ１０ｂとからなり、両者ともＺ軸方向に切断されたＺカットウエハが用いられている。第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとは直接接合、具体的には耐熱性が優れたシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。このシロキサン結合は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの両方の接合面を清浄な状態にしてその面同士を貼り合わせ、その後約５００°Cのアニールを行うことによって結合が行われる。第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がＸ軸方向に逆になるように結合されている。つまり第一水晶ウエハ１０ａが＋（プラス）Ｘ軸方向に、第二水晶ウエハ１０ｂが−（マイナス）Ｘ軸方向に向くようにして結合されている。さらに、円形の接合水晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、図３Ａに示すように、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

図３Ｂは、本実施形態に用いる矩形の接合水晶ウエハ１５の構成を示す斜視図である。この矩形の接合水晶ウエハ１５も、例えば厚さ０．８mmの人工水晶からなり、その矩形の接合水晶ウエハ１５の一辺は２インチである。矩形の接合水晶ウエハ１５も、厚さ０．４mmの第一水晶ウエハ１５ａと厚さ０．４mmの第二水晶ウエハ１５ｂとからなり、両者ともＺ軸方向に切断されたＺカットウエハが用いられ、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって接合している。また、第一水晶ウエハ１５ａと第二水晶ウエハ１５ｂとをシロキサン結合するには、互いに電気軸がＸ軸方向に逆になるように結合されている。そして、矩形の接合水晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の接合水晶ウエハ１５の周縁部１５ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。以下の実施形態では、図３Ａに示すオリエンテーションフラット１０ｃを有する円形の接合水晶ウエハ１０で説明する。

図４Ａは、耐蝕膜である金属薄膜が形成され、且つ感光剤であるポジまたはネガフォトレジストを塗布した接合水晶ウエハ１０を示した図である。接合水晶ウエハ１０のＺ軸方向上方にはフォトマスク４０が配置されている。フォトマスク４０には、例えば３８個の角速度検出用の音叉型圧電振動片２０のパターンパターン４３が、合成石英ガラスからなる透明なガラス基板４１に遮光部材であるクロム（Ｃｒ）で形成されている。これらのパターン４３が接合水晶ウエハ１０に露光された際に、フォトレジスト１４を感光させる。

圧電振動片２０の形状を、接合水晶ウエハ１０から形成するためには、接合水晶ウエハ１０の表裏面を露光する両面露光をすることが好ましい。水晶はウェットエッチングされ易い方向性があるからである。そのため、図４に描かれた接合水晶ウエハ１０は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとを両方とも覆うように、まずスパッタリングもしくは蒸着などの手法によりクロム層１２が全面に形成される。次に、クロム層１２を覆うようにスパッタリングもしくは蒸着などの手法により金層１３が全面に形成される。その後、金層１３を覆うようにスピンコートまたはスプレーにより液状のレジストインクが塗布されてフォトレジスト層１４が形成される。露光によりフォトレジスト層１４が適切に感光するためには、フォトレジスト層１４は均一厚さに塗布される必要がある。しかし、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅでは、フォトレジスト層１４ｆのように膨らんでしまう場合が多い。その後、液状のフォトレジスト層１４を硬化させるため、フォトレジストが塗布された接合水晶ウエハ１０はベークされる。硬化されたフォトレジスト層１４は、搬送などに便利であるが、固いものにぶつかったりすると一部が欠けることがある。特に、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅで一部が欠けることがある。

たとえば、図４Ａにおいて、フォトマスク４０のパターン４３を接合水晶ウエハ１０に露光する際には、解像度を向上させるため、フォトマスク４０と接合水晶ウエハ１０とをほぼ接触するぐらいに近接させて露光する。この場合に、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅでは、フォトレジスト層１４ｆのように膨らんでいるため、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに形成されたフォトレジスト層１４ｆがフォトマスク４０に接触する。すると、硬化されたフォトレジスト層１４ｆの全部または一部が、剥離する場合がある。この状態で、耐蝕膜である金属薄膜をウェットエッチングし、そしてフッ酸溶液をエッチング液として接合水晶ウエハ１０をウェットエッチングすると、特に、第一水晶ウエハ１５ａと第二水晶ウエハ１５ｂとの境界面がエッチングされ易い。

たとえば、図４Ｂは、接合水晶ウエハ１０をウェットエッチングしている途中の図である。接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに形成されたフォトレジスト層１４ｆが一部剥離しているため、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅである側面がエッチングされる。いわゆるサイドエッチングである。特に、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの境界面、つまり、シロキサン結合している面では、フッ酸溶液などのエッチング液が、他の水晶ウエハ部分より浸透し易くなっている。このため、接合水晶ウエハ１０が欠けやすくまた割れ易くなってしまう。

＜保護膜の形成＞
接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅにおいてサイドエッチングを防ぐため、本実施形態では、保護膜１１４を形成する。そして、フッ酸溶液をエッチング液として接合水晶ウエハ１０をウェットエッチングしても、第一水晶ウエハ１５ａと第二水晶ウエハ１５ｂとの境界面がエッチングされることを防止する。

図５は、本実施形態に用いる保護膜１１４の形成装置である。保護膜１１４は、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに形成する。ディスペンサー１１０はノズル１１２を有しており、ノズル１１２からディスペンサー１１０内に貯えられている保護剤が塗布される。ディスペンサー１１０は、回転台１２０の中心方向に移動可能になっており、ディスペンサー１１０には駆動制御装置１２４が接続されている。回転台１２０は、接合水晶ウエハ１０を真空吸着または静電吸着する機構が備え付けられており、所定方向に回転可能になっている。

回転台の周囲に、位置センサ１２２が備え付けられている。位置センサ１２２からの位置信号は駆動制御装置１２４に供給されている。位置センサ１２２は、接合水晶ウエハ１０が３インチサイズかまたは４インチサイズであるかを確認する。さらに、接合水晶ウエハ１０には、結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されているので、位置センサ１２２でオリエンテーションフラット１０ｃの位置を確認する。接合水晶ウエハ１０の直径およびオリエンテーションフラット１０ｃの位置に応じて、駆動制御装置１２４がディスペンサー１１０のノズル１１２の位置を矢印方向に制御し、また、保護剤の塗布の開始および終了を制御する。位置センサ１２２および駆動制御装置１２４は、接合水晶ウエハ１０の直径およびオリエンテーションフラット１０ｃの位置だけでなく、フォトレジスト層１４ｆの全部または一部が、剥離しているかも判断することもできる。なお、フォトレジスト層１４ｆの厚みは、０．１ミクロンメートルから１００ミクロンメートル程度であるので、高感度のセンサ１２２を接合水晶ウエハ１０の外周位置に移動させて、ミクロンメートル単位を計測できるようにしてもよい。

保護膜１１４の材料である保護剤は、ネガまたはポジのフォトレジストを使用してよい。接合水晶ウエハ１０の両面露光に使用するフォトレジスト層１４と同一の材料でもよく、また異なる材料であってもよい。保護膜１１４を接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに形成するので、できるだけ粘性があった方がノズル１１２から塗布しやすい。その他、水晶用のウェットエッチング液に侵されない材料であれば、保護膜１１４として使用できる。

図６は、本実施形態に用いる保護膜１１４の形成のためのフローチャート７０である。このフローチャート７０は、フォトレジスト層１４が形成された接合水晶ウエハ１０の表裏面を露光し、そして現像した後から示したものである。図４で説明したように、露光または搬送過程などで硬化されたフォトレジスト層１４ｆの全部または一部が、剥離している場合がある。

ステップＳ６１では、接合水晶ウエハ１０から感光したフォトレジスト層１４を除去する。そして、ステップＳ６２またはステップＳ６３に進む。

ステップＳ６２では、接合水晶ウエハ１０からフォトレジスト層１４を除去された部分の金属薄膜であるクロム層１２および金層１３をウェットエッチングにより除去する。フォトレジスト層１４ｆの全部または一部が剥離している場合、このウェットエッチングで、第一水晶ウエハ１５ａと第二水晶ウエハ１５ｂとの境界面が剥き出しになる。

ステップＳ６３では、ステップＳ６１でフォトレジスト層１４のみが除去された接合水晶ウエハ１０、またはステップＳ６２でクロム層１２および金層１３まで除去された接合水晶ウエハ１０が回転台１２０に載置される。そして、接合水晶ウエハ１０は、真空吸着または静電吸着される。

ステップＳ６４では、接合水晶ウエハ１０を回転台１２０上で回転させる。センサ１２２の位置信号を検出することで、接合水晶ウエハ１０の直径を確認し、またオリエンテーションフラット１０ｃの位置を確認する。

ステップＳ６５では、センサ１２２の位置信号に基づいて、ディスペンサー１１０のノズル１１２を接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに近づける。そして保護剤を塗布する。これにより、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに保護膜１１４が形成される。

ステップＳ６６では、後の工程で扱いやすいように保護膜１１４を硬化させる。ステップＳ６７では、金属薄膜であるクロム層１２および金層１３がウェットエッチングにより除去された接合水晶ウエハ１０か否かを判断し、金属薄膜が除去されていなければステップＳ６８に進み、金属薄膜が除去されていればステップＳ６９に進む。このような工程を経て、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅに保護膜１１４が形成された状態を、図８および図９で説明する。

図７は、保護膜１１４の形成のため、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅのフォトレジスト層１４ｆの剥離状態を確認するフローチャート８０であり、図６のステップＳ８４を詳細に説明したフローチャート８０である。保護膜１１４を形成するためには、周縁部１０ｅを確認するとともに、フォトレジスト層１４ｆの全部または一部が、剥離しているかも確認する必要がある。

ステップＳ８１では、まず、回転台１２０に載置される接合水晶ウエハ１０の外径形状の形状データＰＰを読み出す。たとえば接合水晶ウエハ１０の中心から外縁までの距離のデータである。この形状データＰＰには、オリエンテーションフラット１０ｃの位置データも含まれる。

ステップＳ８２において、クロム層１２の厚み、金層１３の厚みおよびフォトレジスト層１４ｆの厚みを加算する。たとえば、クロム層１２の厚みは５００オングストローム、金層１３の厚みも５００オングストローム程度、およびフォトレジスト層１４ｆの厚みを３０マイクロメートルとする。クロム層１２の厚みおよび金層１３の厚みは、フォトレジスト層１４ｆの厚みと比べて極めて小さいため無視してもよい。クロム層１２の厚み、金層１３の厚みおよびフォトレジスト層１４ｆの厚みを加算した値を補正形状データＣＰとして算出する。

ステップＳ８３では、回転台１２０上で接合水晶ウエハ１０を少なくとも一回転させて、位置センサ１２２から接合水晶ウエハ１０の端部位置（外径位置）の実際の形状データ（以下、実形状データという）ＡＰを取得する。ここでセンサ１２２が計測する値は、接合水晶ウエハ１０の中心から外縁までの距離そのものでなく、ある基準値からの差異を計測するものでよい。

ステップＳ８４では、補正形状データＣＰと実形状データＡＰとを比較する。具体的には、まず、実形状データＡＰを解析することで、オリエンテーションフラット１０ｃの座標を把握する。そして、オリエンテーションフラット１０ｃの位置が把握できれば、接合水晶ウエハ１０の中心からのＸＹ軸方向が把握できる。そこで、水晶ウエハ１０の中心を基準として、補正形状データＣＰから実形状データＡＰを引いて差異を求める。

ステップＳ８５では、差異が第一閾値より大きな箇所、たとえば差異の絶対値が５ミクロンメートル以上大きな箇所は、フォトレジスト層１４ｆが剥離していると判断する。そして、回転台１２０上で接合水晶ウエハ１０を回転させながら、ディスペンサー１１０のノズル１１２から、保護剤を塗布して剥離箇所に保護膜１１４を形成する。通常、フォトレジスト層１４ｆが剥離すると、少なくとも２，３ミリメートルの円周幅で剥離しているため、第一閾値より大きな箇所が所定の円周幅以上であった場合にフォトレジスト層１４ｆが剥離していると判断してもよい。この場合には、直径方向の差異の第一閾値と円周方向の幅の第二閾値との２つの閾値を有することになる。

なお、フローチャート８０（図６のステップ７４）では、フォトレジスト層１４ｆの全部または一部が剥離しているかを確認したが、無条件に保護膜１１４を形成するようにしてもよい。この場合には、フォトレジスト層１４ｆがまったく剥離していない場合でも、保護膜１１４が形成されることになる。

図８および図９は、保護膜１１４の形成前と形成後の接合水晶ウエハ１０を示した概念図である。フォトレジスト層の厚さなどは誇張して描いている。
図８Ａは、接合水晶ウエハ１０を露光し現像して、フォトレジスト層１４のみが除去された図である。図８Ｂは、フォトレジスト層１４のみが除去された後、接合水晶ウエハ１０に保護膜１１４が形成された図である。

図８Ａでは、フォトマスク４０のパターン４３に応じてフォトレジスト層１４が露光され現像されているため、一部の金層１３が剥き出しになっている。また、露光または搬送過程などで、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅのフォトレジスト層１４ｆの全部が剥離している。そのため、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅでは金層１３が剥き出しになっている。このまま、金層１３およびクロム層１２のエッチングを行い、接合水晶ウエハ１０をフッ酸溶液などでウェットエッチングすれば、図４Ｂで示したように、特に第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの境界面でエッチングが進むことになる。

図８Ｂは、図６のステップＳ６１からステップ６２を経ないでステップＳ６３に進み、ステップＳ６６までを経て保護膜１１４が形成されている。このため、剥き出しになった周縁部１０ｅの金層１３が保護膜１１４で覆われている。この状態であれば、金層１３およびクロム層１２のエッチングを行い、接合水晶ウエハ１０をフッ酸溶液などでウェットエッチングしても、保護膜１１４、金層１３およびクロム層１２で接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅが保護されているため、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの境界面でエッチングが進むことはない。

図９Ａは、接合水晶ウエハ１０を露光し現像し、フォトレジスト層１４が除去された後、フォトレジスト層１４から露出した金層１３をエッチングし、次いで、金層１３が除去されて露出したクロム層１２をウェットエッチングした図である。図９Ｂは、金層１３およびクロム層１２が除去された後、接合水晶ウエハ１０に保護膜１１４が形成された図である。

図９Ａでは、図６のステップＳ６１からステップＳ６２に進み、フォトマスク４０のパターン４３に応じてフォトレジスト層１４が露光された箇所は、第一水晶ウエハ１５ａの表面および第二水晶ウエハ１５ｂの表面が剥き出しになっている。また、露光または搬送過程などで、接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅのフォトレジスト層１４ｆの全部が剥離した箇所も、第一水晶ウエハ１５ａの表面および第二水晶ウエハ１５ｂの表面が剥き出しになっている。

図９Ｂは、図６のステップＳ６２からステップＳ６６までを経て保護膜１１４が形成されている。このため、剥き出しになった周縁部１０ｅの第一水晶ウエハ１５ａの表面および第二水晶ウエハ１５ｂが保護膜１１４で覆われている。この状態であれば、接合水晶ウエハ１０をフッ酸溶液などでウェットエッチングしても、保護膜１１４で第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとの境界面でエッチングが進むことはない。

＜圧電振動デバイスの製造工程＞
図１０は、本実施形態に用いる圧電振動デバイスの製造工程のフローチャート１００である。
＜＜圧電振動片の外形形成の工程＞＞
ステップＳ１０では、図３で説明したように、第一水晶ウエハ１０ａおよび第二水晶ウエハ１０ｂを貼り合わせて、接合水晶ウエハ１０を用意する。

次に、ステップＳ１２では、接合水晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての接合水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層１２の上に金層１３を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層１２の厚みは５００オングストローム、金層１３の厚みも５００オングストローム程度とする。

ステップＳ１４では、クロム層１２および金層１３が形成された接合水晶ウエハ１０に、フォトレジスト層１４を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層１４としては、たとえば、ノボラック樹脂によるネガフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１６では、露光装置を用いて、図４に描かれた第１フォトマスク４０に描かれた圧電振動片２０のパターン４３をフォトレジスト層１４が塗布された接合水晶ウエハ１０を露光する。ステップＳ１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて両面を露光する。

ステップＳ１８では、接合水晶ウエハ１０のフォトレジスト層１４を現像して、感光したフォトレジスト層１４を、図６Ａに示すように除去する。さらに、フォトレジスト層１４から露出した金層１３をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層１３をエッチングする。次いで、金層１３が除去されて露出したクロム層１２を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層１４および耐蝕膜から露出した水晶材料を、圧電振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。なお、図６のフローチャート６０および図７のフローチャート８０で説明したように、接合水晶ウエハ１０のウェットエッチングの前には保護膜１１４が形成されている。

ステップＳ２０では、不要となったフォトレジスト層１４と耐蝕膜を除去することによりに、図２の振動腕２１および基部２９を有する圧電振動片２０が形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ２２では、圧電振動片２０を純水で洗浄し、圧電振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極２５などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、下地となるクロム層１２と、金層１３とで構成する。なお、耐蝕膜と金属膜とは同じ材料であってもよいので、耐蝕膜を電極として使用する場合には、ステップＳ２０で耐蝕膜を除去することなく、ステップＳ２２で新たに金属膜を形成する必要がない。次いで、ステップＳ２４では、全面にフォトレジスト層１４を塗布する。

ステップＳ２６では、電極パターン（引出電極２２、ドライブ電極２３、モニタ電極２４およびセンス電極２５）と対応した第２フォトマスク（不図示）を用意して、電極パターンをフォトレジスト層１４が塗布された接合水晶ウエハ１０を露光する。電極パターンは圧電振動片２０の両面に形成する必要があるため、ステップＳ２６では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて圧電振動片２０の両面を露光する。両面露光装置を使って圧電振動片２０の両面を一度に露光することもでき、また、片面露光装置を使って圧電振動片２０の片面を露光し、圧電振動片２０を裏返して他方の片面を露光することもできる。

ステップＳ２８では、フォトレジスト層１４を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジストになる。

次いで、ステップＳ２８では、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層１４から露出した金層１３をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層１２をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。続いて、ステップＳ３０でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、圧電振動片２０に励振電極２５などが正確な位置および電極幅で形成される。

＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された圧電振動片２０が得られたため、ステップＳ３２では、たとえばセラミック製のパッケージ５１に圧電振動片２０を導電性接着剤５７で接着する。具体的には、図１で説明したように、圧電振動片２０の基部２９を、電極部５２に塗布した導電性接着剤５７の上に載置して、導電性接着剤５７を硬化させることにより圧電振動片２０を引出電極２２に対して接合する。

ステップＳ３４では、さらに、圧電振動片２０の振動腕２１にレーザ光を照射して、振動腕２１の接合水晶ウエハ１０の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。そもそもステップＳ１６およびステップＳ１８などで形成される圧電振動片２０は、振動腕２１が大きめに形成されるようにフォトマスクのパターンが形成されていたり、ウェットエッチングで接合水晶ウエハ１０が過度にエッチングされないようにしたりして、質量が大きめに形成されている。

次に、ステップＳ３６で、真空チャンバー内などに圧電振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体５９を封止材５８により接合する。続いてステップＳ３８で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。

上記実施形態では、音叉型圧電振動片で説明してきたが、本発明は音叉型圧電振動片に限られず、他の振動片にも応用できる。また、センサ１２２は位置センサとして説明してきたが、画像センサたとえばカメラ画像から実形状データＡＰを算出しても良い。また、保護膜１１４を形成する手段として、ディスペンサー１１０のノズル１１２から保護剤を出したが、スプレー方式で保護剤を吐出してもよい。

Ａは圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図で、ＢはＡのＢ−Ｂ線概略断面図である。 Ａは、圧電振動片２０の拡大斜視図で、ＢはＡのＢ−Ｂ断面図である。である。 Ａは、本実施形態に用いる円形の接合水晶ウエハ１０の構成を示す斜視図で、Ｂは矩形の接合水晶ウエハ１５の構成を示す斜視図である。 Ａは、耐蝕膜である金属薄膜が形成され、且つ感光剤であるポジまたはネガフォトレジストを塗布した接合水晶ウエハ１０を示した図である。Ｂは接合水晶ウエハ１０をウェットエッチングしている途中の図である。 本実施形態に用いる保護膜１１４の形成装置である。 本実施形態に用いる保護膜１１４の形成のためのフローチャート６０である。 接合水晶ウエハ１０の周縁部１０ｅのフォトレジスト層１４ｆの剥離状態を確認するフローチャート８０である。 Ａは接合水晶ウエハ１０を露光し現像して、フォトレジスト層１４のみが除去された図である。Ｂはフォトレジスト層１４のみが除去された後、接合水晶ウエハ１０に保護膜１１４が形成された図である。 Ａは、接合水晶ウエハ１０を露光し現像し、金属薄膜までウェットエッチングした図である。Ｂは金属薄膜が除去された後、接合水晶ウエハ１０に保護膜１１４が形成された図である。 本実施形態に用いる圧電振動デバイスの製造工程のフローチャート１００である。

符号の説明

１０ａ …… 第一水晶ウエハ
１０ｂ …… 第二水晶ウエハ
１０ｅ …… 周縁部
１０ …… 結合水晶ウエハ
１２ …… クロム（Ｃｒ）層
１３ …… 金（Ａｕ）層
１４ …… フォトレジスト層
２０ …… 圧電振動片
２３ …… ドライブ電極
２４ …… モニタ電極
２５ …… センス電極
４０ …… フォトマスク
４３ …… 圧電振動片のパターン
５０ …… 圧電振動デバイス
５２ …… 電極部
５５ …… 実装端子
１１０ …… ディスペンサー
１１４ …… 保護膜
１２０ …… 回転台

Claims (10)

1. 水晶振動子の製造方法において、
   平板状の第一の水晶ウエハと平板状の第二の水晶ウエハとを接合し、平板状の接合水晶ウエハを形成する接合工程と、
   前記接合水晶ウエハの周縁部に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記保護膜形成工程の後に、前記接合水晶ウエ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
   を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
2. 前記接合工程の後に、前記接合水晶ウエハの平板面に金属薄膜を生成する薄膜生成工程と、
   前記金属薄膜に第１フォトレジストを塗布する塗布工程と、
   前記第１フォトレジストを塗布した前記接合水晶ウエハを露光する露光工程と、を有し、
   前記露光工程の後に前記保護膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子の製造方法。
3. 前記薄膜生成工程は、前記接合水晶ウエハの表裏面に金属薄膜を生成することを特徴とする請求項３に記載の水晶振動子の製造方法。
4. 前記保護膜形成工程は、前記接合水晶ウエハの周縁部に前記第１フォトレジストの欠けがあるか否かを判断してから、前記保護膜を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
5. 前記第１フォトレジストの欠けがあるか否かは、記憶された前記接合水晶ウエハの外径形状と実際に計測された前記接合水晶ウエハの外径形状とに基づいて判断することを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
6. 前記露光工程の後に、前記金属薄膜をエッチングする金属エッチング工程を有し、
   前記保護膜形成工程は、前記金属エッチング工程の前に行われること特徴とする請求項２または請求項３に記載の水晶振動子の製造方法。
7. 前記露光工程の後に、前記金属薄膜をエッチングする金属エッチング工程を有し、
   前記保護膜形成工程は、前記金属エッチング工程の後で前記ウェットエッチング工程前に行われること特徴とする請求項２または請求項３に記載の水晶振動子の製造方法。
8. 前記保護膜は、前記ウェットエッチング工程の後に剥離すること特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
9. 前記保護膜形成工程は、第２フォトレジストをベークして保護膜を形成すること特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の製造方法により製造された水晶振動子と、
    電極を含み、前記水晶振動子を密封する筐体と、
    を備える水晶振動デバイス。