JP2008035411A - 圧電振動子の製造方法、圧電振動子及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶片の外形エッチング時にレジストに起因するエッチングレートの不安定性等の問題が生じることなく、また溝部形成のための金属マスクを精度よく形成することで、寸法精度の高い溝部を形成することができる圧電振動子の製造方法を提供すること。
【解決手段】基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子の製造方法において、基板をエッチング液に接触させて、金属膜をマスクとして圧電振動片の外形を形成する工程の前に、基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程を行い、また基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程の前に、基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程を行うことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば水晶等からなる圧電基板を用いて、例えば音叉型の圧電振動子を製造する技術に関する。

音叉型の水晶振動子は、小型、安価で低消費電力であることから、従来から腕時計の歩度を刻む信号源として採用され、更にその用途が広がろうとしている。この水晶振動子としては、電力損失を抑えるために、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値をより小さくすることが要求され、このため水晶振動子に溝部を形成して振動効率を高めたものが用いられている。

この水晶振動子は図７に示すように基部１に一対の振動腕部２ａ及び２ｂが設けられ、各振動腕部２ａ，２ｂにおける両主面には溝部３１，３２が夫々設けられている。これらの溝部３１，３２及び各振動腕部２ａ，２ｂには、屈曲振動に基づいた音叉振動を励起するための図示しない励振電極が形成されている。

上述した水晶振動子は、以下の工程によって製造される（特許文献１参照）。なお、図８及び図９は図７のＡ−Ａ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された水晶ウエハ１０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜１１を形成する（図８（ａ））。この金属膜１１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜１１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図８（ｂ））、このフォトレジストを水晶片１０の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜１２を形成する（図８（ｃ））。そしてこの後にエッチングによって、レジスト膜１２で覆われていない金属膜１１の部分を除去し、水晶ウエハ１０に残っているレジスト膜１２を全て剥離する（図８（ｄ））。
次に水晶ウエハ１０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜１３を形成する（図８（ｅ））。そして水晶片の外形が残るようにレジスト膜１３を剥離させると共に、図７に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜１３を剥離させる（図９（ｆ））。
しかる後、レジスト膜１３が金属膜１１に載ったまま、当該金属膜１１をマスクにして水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行うことで水晶片の外形を形成する（図９（ｇ））。なお、図９中の１４及び１５は振動腕部２ａ，２ｂに相当する部位であり、図９中の１６及び１７は、一枚の水晶片を水晶ウエハから抜き取るために便宜上記載した外枠部分である。続いてレジスト膜１３をマスクにして、図７に示す溝部３１，３２に相当する部分の金属膜１１を例えばヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液によりエッチングして除去する（図９（ｈ））。そしてこの水晶ウエハ１０をフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行う。これによって水晶片１０の両主面に溝部３１，３２が形成される（図９（ｉ））。

しかし、上述した製造工程において、次のような問題がある。先ず、図９（ｇ）に示すように水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に長時間浸漬してウエットエッチングを行った場合、塗布したレジスト膜１３がエッチング液中に溶け出して、エッチング液に対する水晶ウエハ１０のエッチングレートが不安定となりロット間で水晶片の外形のばらつきが生じるといった問題がある。また一部剥離したレジスト膜１３がエッチング液に浮遊し、このレジスト膜１３が水晶ウエハ１０に再付着することにより、それがマスクとなり水晶ウエハ１０の外形不良が生じるという問題もある。さらに一部剥離したレジスト膜１３が再付着するおそれがあるため、エッチング液を複数ロットに利用することができない。
次に、長時間のベーク処理を行った後、図９（ｇ）に示すように水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行った場合には、レジスト膜がエッチング中に溶け出すことを防ぐことができるが、工程数が増え、作業が煩雑になるという問題がある。
一方エッチング液を高温にすることで、ウエットエッチング液に対する水晶ウエハ１０のエッチングレートを速くすることができるが、エッチング液を高温にすると、レジスト膜の外形ラインが溶けて崩れてしまい、図９（ｇ）に示すように溝部３１，３２に相当する金属膜１１をエッチングする際のマスクとして機能し得ず、そのため金属膜１１において外形不良が生じ、水晶片１０の両面に精度よく溝部３１，３２が形成されないことから、作業時間の短縮が図れないという問題もある。

特開２００２−７６８０６（段落００９４〜段落０１１３、図９〜図１３）

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、水晶片の外形エッチング時にレジストに起因するエッチングレートの不安定性等の問題が生じることなく、また溝部形成のための金属マスクを精度よく形成することで、寸法精度の高い溝部を形成することのできる圧電振動子の製造方法及びこの圧電振動子を有する電子部品を提供することを目的とする。

圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして圧電振動片の外形を形成する工程と、しかる後、基板の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成する工程において、基板の表面に形成されたレジスト膜の外縁位置は、例えば圧電振動片の外形よりも内側にあってもよい。

また上述した圧電振動子の製造方法において、前記振動腕部に溝部を形成する工程の後に、基板表面に残っている金属膜を除去する工程と、次いで、前記複数の振動腕部に形成された溝部を含む領域に電極となる金属膜を形成する工程と、この金属膜の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、を備えたことを特徴とする。

また本発明の圧電振動子は、上述した方法によって製造されたことを特徴とする。
さらに本発明の電子部品は、上述した方法によって製造された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、レジスト膜のない状態で金属膜をマスクにして圧電基板をエッチング液に接触させて、圧電振動片の外形を形成し、その後、新たに基板の表面にレジスト膜を形成しているので、圧電振動片の外形エッチング時にレジスト膜の存在に起因するエッチングレートの不安定性や、レジスト膜の基板への付着に伴う外形形状の不具合等が生じるおそれがない。また圧電振動片の振動腕部の溝部に相当する部分の金属膜をエッチングする際、前記エッチング液に浸漬されたレジスト膜が存在しないので金属膜の外形不良が生じるといったおそれがないため、当該金属膜をマスクとして用いることで、振動腕部に寸法精度の高い溝部を形成することができる。そのためＣＩ値の劣化（増大）を防ぐことができる。

本発明の実施の形態として圧電振動子である音叉型の水晶振動子の製造方法について説明する。この実施の形態に係る水晶振動子の構造に関しては、従来技術の項のところで図７を用いて説明した水晶振動子と同一であるため、同一である部分の説明を省略する。

図１に示すように、この水晶振動子には、一対をなす一方の電極と他方の電極とが存在する。先ず振動腕部２のうち振動腕部２ａに着目すると、振動腕部２ａの２つの溝部３１，３２の内面全体とこれら溝部３１，３２の間とに一方の励振電極４１が形成されている。即ち、溝部３１，３２の間に相当するいわば橋部に形成された励振電極４１により、振動腕部２ａの各溝部３１，３２内の励振電極４１同士が互に接続されている。そしてこの振動腕部２ａの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には他方の励振電極５１が形成されている。更にまた振動腕部２ａにおける先端部には、その重量を調整することにより発振周波数を調整するための金属膜である調整用錘５０が設けられている。この調整用錘５０は励振電極５１の一部をなすものであるが、その他の部位の電極とは例えば膜厚や電極材料を変えている。なお、図１において励振電極４１，５１は図面を見易くするために斜線と黒の点在領域とを使い分けて表している。従って、図１の斜線は水晶片の断面を示すものではない。

また振動腕部２ｂに着目すると、振動腕部２ｂの２つの溝部３１，３２の内面全体と、これら溝部３１，３２の各々の間と、に他方の励振電極５１が形成されている。そしてこの振動腕部２ｂの両側面２１，２１と、主面２２，２２（表側及び裏側）における先端側の第２の溝部３１よりも上方部位と、には一方の励振電極４１が形成されている。なお、振動腕部２ａにおける先端部においても、同様にその重量を調整することにより発振周波数を調整するための調整用錘４０が設けられている。また振動腕部２ａ，２ｂに設けられた電極の配置は、励振電極４１，５１が互に逆の関係であることを除くと互に同一である。そしてこれら一方の励振電極４１同士が電気的に接続されるように基部１の表面に引き出し電極４２からなる電極パターンが形成されていると共に、他方の励振電極５１同士が接続されるように基部１の表面に引き出し電極５２からなる電極パターンが形成されている。

次に、図１に示す水晶振動子の製造方法について図２〜図４を参照しながら説明する。なお、水晶振動子は一枚の圧電基板から多数の水晶振動子が作成されるが、図２〜図４は一枚の圧電基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。また図２〜図４は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面部分についての製造工程を示す図である。先ず切り出された圧電基板である水晶ウエハ６０を研磨加工して洗浄した後に、スパッタ法で金属膜６１を形成する（図２（ａ））。この金属膜６１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。

続いてこのような金属膜６１の上にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布した後（図２（ｂ））、このフォトレジストを水晶片の形状、即ち音叉形状のパターンとなるように露光及び現像し、音叉形状のレジスト膜６２を形成する（図２（ｃ））。そしてこの後、前記レジスト膜６２をマスクにして水晶ウエハ６０をヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６２に覆われていない金属膜６１の部分を除去し、その後水晶ウエハ６０に残っているレジスト膜を全て剥離する（図２（ｄ））。
そして前記金属膜６１をマスクにして水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５の外形を形成する（図２（ｅ））。こうして圧電基板である水晶ウエハ６０に複数個の水晶片６５が形成される。
次に水晶ウエハ６０の全面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜６３を形成する（図３（ｆ））。次いで図１に示す溝部３１，３２に相当する部分のレジスト膜６３を剥離する（図３（ｇ））。また、図３（ｇ）に示す工程において、振動腕部の溝部に相当する部分のレジスト膜６３を剥離すると共に、前工程で形成された水晶片６５の外形より内側にレジスト膜６３が残るように、それ以外のレジスト膜６３を剥離するようにしてもよい。続いて前記レジスト膜６３をマスクとして水晶ウエハ６０をＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜６３が剥離した箇所の金属膜６１を除去し、その後水晶ウエハ６０に残っているレジスト膜６３を全て剥離する（図３（ｈ））。

しかる後、前記金属膜６１をマスクにして水晶ウエハ６０をエッチング液であるフッ酸中に浸漬してウエットエッチングを行って、水晶片６５の両主面に溝部３１，３２を形成する（図３（ｉ））。また、前工程で形成された水晶片６５の外形より内側にレジスト膜６３が残るようにした場合には、水晶片６５の縁部には例えば１段あるいは複数段の段部が形成される。その後、水晶ウエハ６０に残っている金属膜６１を除去する（図３（ｊ））。以上の工程により、図５に示すように電極パターンが形成されていない状態の原型６が製造される。
次に、電極パターンを作成する工程について説明する。先ず、原型６の両面にスパッタ法で電極となる金属膜７１を形成する（図４（ｋ））。この金属膜７１は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。
続いてこのような金属膜７１の上にフォトレジストをスプレー法で塗布する（図４（ｌ））。そしてフォトリソグラフィーにより電極パターンとなるレジスト膜７２以外のレジスト膜７２を剥離する（図４（ｍ））。しかる後、レジスト膜７２が剥離された箇所の金属膜７１をエッチングして電極パターンを形成する（図４（ｎ））。その後、原型６に残っているレジスト膜７２を全て剥離する（図４（ｏ））。そして電極パターンが形成された原型６から、図１に示す水晶振動子が切り出されることになる。

また図１に示すように振動腕部２ａにおける先端部に設けられた金属膜である調整用錘５０を形成する場合には、図３（ｉ）に示す水晶片６５の両主面に溝部３１，３２を形成する工程の後、水晶ウエハ６０の表面にフォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、レジスト膜を形成する。そしてフォトリソグラフィーにより図１に示す振動腕部２ａ，２ｂの先端部分のみレジスト膜を残し、その他の部分はレジスト膜を全て剥離する。次に水晶ウエハ６０をＫＩ溶液中に浸漬してウエットエッチングを行って、レジスト膜が剥離した箇所の金属膜６１を除去し、その後振動腕部２ａ，２ｂの先端部分に残っているレジスト膜を剥離する。しかる後、上述した図４（ｋ）〜図４（ｏ）に示す電極パターンを作成する工程が行われる。このように水晶片６５の両主面に溝部３１，３２を形成するためのマスクとして使用される金属膜６１を振動腕部２ａ，２ｂの先端部分にのみ残し、その後、電極膜パターンを形成することで、先端の調整用電極膜が厚くなるので、発振周波数の調整幅が大きくなる。

上述した実施の形態によれば、図２（ｅ）に示すようにレジスト膜がない状態で金属膜６１をマスクにして水晶ウエハ６０をエッチング液に接触させて、水晶片の外形を形成し、その後、図３（ｆ）に示すように新たに水晶ウエハ６０の表面にレジスト膜６３を形成しているので、水晶ウエハ６０の外形エッチング時にレジスト膜の存在に起因するエッチングレートの不安定や、レジスト膜の水晶ウエハ６０への再付着に伴う外形形状の不具合等が生じるおそれがない。また図３（ｇ）に示すように水晶片の振動腕部２の溝部３１，３２に相当する部分の金属膜６１をエッチングする際、前記エッチング溶液に浸漬されたレジスト膜が存在しないので金属膜６１の外形不良が生じるといったおそれがないため、図３（ｈ）において当該金属膜６１をマスクとして用いることで、振動腕部２に寸法精度の高い溝部３１，３２を形成することができる。そのためＣＩ値の劣化（増大）を防ぐことができる。

また上述した水晶振動片は、例えば図６に示すように、ＳＭＤ（Surface Mounted Device）構造のセラミックスからなるパッケージ７に格納される。このパッケージ７は、上面が開口している例えばセラミック製のケース体７ａと、例えば金属製の蓋体７ｂとから構成される。前記ケース体７ａと蓋体７ｂとは、例えば溶接材からなるシール材７ｃを介してシーム溶接され、その内部は真空状態となっている。上述した音叉型の水晶振動子７０は、このパッケージ７内の台座７１部分に基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄに固定され、振動腕部２ａ，２ｂがパッケージ７内部の空間に伸び出した横向きの姿勢で台座７１に固定される。また前記台座７１の表面には、導電路７２，７３（７３は紙面奥側の導電路である）が配線されており、基部１の引き出し電極４２，５２が導電性接着剤７ｄを介して前記導電路７２，７３に接続される。また前記導電路７２，７３は、ケース体７ａの外部底面の長手方向に対向するように設けられた電極７４，７５に夫々接続されており、この結果、電極７４，７５、導電路７２，７３及び導電性接着剤７ｄを通って基部１の引き出し電極４２，５２に電流が印加されることで、前記水晶振動子７０が振動するようになっている。こうしてパッケージ型水晶振動子が構成され、この水晶振動子は、発振回路の回路部品が搭載されている図示しない配線基板に搭載され、これにより電子部品が構成される。

本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子の製造工程において製造される水晶振動子の原型の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子を格納した水晶振動子パッケージの一例を示す概略縦断面図及び裏面図である。 音叉型水晶振動子の一例を示す概略平面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。 従来の音叉型水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 基部
２ａ，２ｂ 振動腕部
８ パッケージ
１０ 水晶ウエハ
１１ 金属膜
１２ レジスト膜
３１，３２ 溝部
４０，５０ 調整用錘
４１，５１ 励振電極
４２，５２ 引き出し電極
６０ 水晶ウエハ
６１ 金属膜
６２，６３ レジスト膜

Claims (4)

1. 圧電基板からエッチングにより複数の圧電振動片に対応する外形部分を得ると共に圧電振動片に電極膜を形成して、基部から伸び出している複数の振動腕部の各々に溝部が形成されている圧電振動子を製造する方法において、
   圧電基板である基板の表面に金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面に、圧電振動片の形状部分が残るようにパターニングされたレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
   前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして圧電振動片の外形を形成する工程と、
   しかる後、基板の表面に、振動腕部の溝部に相当する部分が開口したレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングにより除去する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、
   前記基板をエッチング液に接触させて、前記金属膜をマスクとして複数の振動腕部に各々溝部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
2. 前記振動腕部に溝部を形成する工程の後に、基板表面に残っている金属膜を除去する工程と、
   次いで、前記複数の振動腕部に形成された溝部を含む領域に電極となる金属膜を形成する工程と、
   この金属膜の表面にレジストマスクを形成して、金属膜をエッチングし、電極パターンを形成する工程と、
   基板表面に残っているレジスト膜を全て剥離する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の方法によって製造された圧電振動子。
4. 請求項３に記載された圧電振動子と、前記圧電振動子を収納するための容器と、前記容器の外面に形成され、前記圧電振動子の電極に電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。

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