JP2008131462A - Method of manufacturing piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電基板をエッチングして形成される圧電振動片と、これを利用して形成される圧電デバイスの製造方法の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a piezoelectric vibrating piece formed by etching a piezoelectric substrate and a method for manufacturing a piezoelectric device formed using the piezoelectric vibrating piece.
従来の圧電デバイスに用いる圧電振動片は、例えば水晶振動片を形成するために、例えば矩形にカットした圧電材料でなる素子片(ブランク)に、駆動用の電極を成膜することにより形成されている。
図8は、従来の電極形成工程の一部を示している(特許文献1、図9参照)。
図において、素子片1はその厚み方向の断面図として示されている。この素子片1の主面、すなわち、表裏面にマスク2を配置して、該主面の遮蔽すべき箇所を覆う。しかる後、ターゲット3,3を用いて、スパッタリングによりマスク2から露出した主面4,4に導電性の金属膜を成膜するようにしている。
A piezoelectric vibrating piece used for a conventional piezoelectric device is formed by, for example, forming a driving electrode on an element piece (blank) made of a piezoelectric material cut into a rectangular shape, for example, in order to form a quartz vibrating piece. Yes.
FIG. 8 shows a part of a conventional electrode forming process (see
In the figure, the
しかしながら、このような手法によれば、以下のような問題がある。
図9は、上記素子片1の概略平面図であり、素子片1は水晶などの圧電材料をウエットエッチングして形成した矩形の板である。
ここで、水晶には、ウエットエッチングを行うと、エッチング異方性が見られ、結晶軸方位によりエッチングの進行速度に違いが生じる。
However, such a method has the following problems.
FIG. 9 is a schematic plan view of the
Here, when wet etching is performed on crystal, etching anisotropy is observed, and the etching progress speed varies depending on the crystal axis orientation.
図10は、上記エッチング異方性により素子片1の端面が異形になった状態を示すもので、図10(a)は図9のA−A概略端面図、図10(b)は図9のB−B概略端面図である。
このように、素子片1の大きさに比して、エッチング異方性による異形部の大きさが比較的大きく表れるのは、従来、素子片1が、その厚みは変化しないとしても、素子片外形寸法が小さくなってきていることにもよる。
このため、従来と同様の手法で、マスキングして、フォトリソグラフィにより電極膜を形成すると、図10に示したような異形形状の影響で、影になって露光できない箇所が生じ、精密な電極形成ができないという問題があった。
また、水晶のようなエッチング異方性があるものだけなく、等方性材料においても、その形状や露光条件などにより、板状体の外縁部などにおいて、露光しにくい箇所が生じることがあり、その場合にも電極パターンを精密に形成することができない場合がある。
FIG. 10 shows a state in which the end face of the
As described above, the size of the deformed portion due to the etching anisotropy is relatively large compared to the size of the
For this reason, if an electrode film is formed by masking and photolithography using the same method as in the prior art, a shadowed area cannot be exposed due to the influence of the irregular shape as shown in FIG. There was a problem that could not.
In addition, not only those with etching anisotropy such as quartz, but also in isotropic materials, depending on the shape and exposure conditions, there may be places where exposure is difficult at the outer edge of the plate-like body, Even in that case, the electrode pattern may not be formed accurately.
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型もしくは超小型の圧電振動片を形成する場合であっても精密に電極膜を形成することができる圧電振動片およびこれを使用した圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and uses a piezoelectric vibrating piece capable of accurately forming an electrode film even when a small or ultra-small piezoelectric vibrating piece is formed. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric device.
上述の目的は、第1の発明にあっては、圧電基板をエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む圧電振動片の製造方法であって、前記電極形成工程においては、電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、かつ前記電極成膜用のマスクが、前記必要とされる電極の最終的な外形よりも大きな所定面積の開口を備える圧電振動片の製造方法により、達成される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an outer shape forming step of forming an element piece of a piezoelectric vibrating piece by etching a piezoelectric substrate, and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed. In the electrode forming step, a metal film to be an electrode film is formed using a mask for electrode film formation, and a resist is applied to the surface of the electrode film. Then, after exposure / development, etching is performed to form a driving electrode having a required final outer dimension, and the electrode film-forming mask is the required electrode. This is achieved by a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece having an opening having a predetermined area larger than the final outer shape of the piezoelectric vibrating piece.
第1の発明の構成によれば、電極形成工程では、先ず、電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜している。これにより、エッチング異方性の影響で異形となりやすい箇所には、マスクを配して電極膜を形成しないようにしている。このため、全体に電極膜を形成してから、マスクを配して不要な領域の電極膜を露出してエッチングする手法と比べると、精密に電極膜を形成することができる。
すなわち、全体に電極膜を形成した後、フォトレジストを配して、露光・現像し、露出した電極膜を除くことで、必要な電極分離を行おうとすると、上記したエッチング異方性により異形となった箇所で、十分露光することができない場合がある。このため、このような領域に電極が残ると、十分に電極分離が行われず、短絡するおそれがある。
そこで、特にこのような領域に、当初より電極膜を形成しないことで、精密に電極分離することができるものである。
さらに、この電極成膜用のマスクが、必要とされる電極の最終的な外形よりも大きな所定面積の開口を備えている。このようにしたのは、例えば、マスクとしてメタルマスクを用いて、蒸着やスパッタリングにより電極膜となる金属膜を成膜する場合、該メタルマスクの開口周縁部内側では、メタルマスクの厚みに応じて、不均一に成膜される箇所が生じるからである。このような領域を電極として使用すると、電極の分離等が不正確になるおそれがある。また、不均一に成膜される箇所が励振電極に含まれていると、電極膜の周縁部における膜厚ばらつきにより振動片の周波数ばらつきが大きくなってしまう。よって、電極として使用する領域から不均一に成膜される箇所を除外する必要があるという本発明者の知見により、後段のフォトリソ工程で、このような領域を除去するようにしたものである。したがって、電極成膜用のマスクの開口面積には、このような不均一に成膜される領域を予め見込んでおくことができ、このため、後で除去しても圧電振動片として必要な面積の電極を精密に形成することができるものである。
According to the configuration of the first invention, in the electrode forming step, first, a metal film to be an electrode film is formed using an electrode film forming mask. As a result, a mask is disposed in a portion that is likely to be deformed due to the influence of etching anisotropy so that the electrode film is not formed. For this reason, it is possible to form the electrode film more accurately than a technique in which an electrode film is formed over the entire surface and then a mask is provided to expose and etch the electrode film in unnecessary regions.
In other words, after forming an electrode film on the whole, arranging a photoresist, exposing and developing, removing the exposed electrode film, and performing the necessary electrode separation, the above-mentioned etching anisotropy is There may be a case where it is not possible to sufficiently expose at the spot. For this reason, when an electrode remains in such a region, electrode separation is not sufficiently performed, and there is a possibility of short-circuiting.
Therefore, it is possible to separate the electrodes precisely by not forming an electrode film from the beginning especially in such a region.
Further, this electrode deposition mask is provided with an opening having a predetermined area larger than the final shape of the required electrode. This is because, for example, when a metal film is formed as an electrode film by vapor deposition or sputtering using a metal mask as a mask, the inner periphery of the opening edge of the metal mask depends on the thickness of the metal mask. This is because a non-uniform film formation occurs. If such a region is used as an electrode, electrode separation or the like may be inaccurate. In addition, if the excitation electrode includes a portion where the film is formed unevenly, the frequency variation of the resonator element becomes large due to the film thickness variation in the peripheral portion of the electrode film. Therefore, according to the inventor's knowledge that it is necessary to exclude a portion where the film is formed unevenly from the region used as the electrode, such a region is removed in the subsequent photolithography process. Therefore, the opening area of the mask for electrode film formation can be expected in advance for such a non-uniform film formation region. The electrode can be precisely formed.
また、上記目的は、第2の発明にあっては、圧電基板をエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む圧電振動片の製造方法であって、前記電極形成工程においては、電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、かつ前記電極成膜用のマスクが、前記露光・現像後のレジストパターンよりも大きな所定面積の開口を備える圧電振動片の製造方法により、達成される。 According to the second aspect of the present invention, in the second invention, an outer shape forming step of etching the piezoelectric substrate to form an element piece of the piezoelectric vibrating piece, and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed. In the electrode forming step, a metal film to be an electrode film is formed using a mask for electrode film formation, and a resist is applied to the surface of the electrode film. Then, after the exposure / development, etching is performed to form a drive electrode having a required final outer dimension, and the electrode film formation mask is formed after the exposure / development. This is achieved by a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece having an opening having a predetermined area larger than that of the resist pattern.
第2の発明の構成によれば、第1の発明で説明した原理と同様な原理により、エッチング異方性による異形部が形成されやすい領域に、当初より電極膜を形成しないことで、精密に電極分離することができるものである。
これに加えて、前記電極成膜用のマスクが、前記露光・現像後のレジストパターンよりも大きな所定面積の開口を備えている。これにより、第1の発明の場合と同様に、電極成膜用のマスクの開口面積に、不均一に成膜される領域を予め見込んでおくことができる。これにより、後段のフォトリソ工程で、このような領域を除去しても圧電振動片として必要な面積の電極を精密に形成することができるものである。
According to the configuration of the second invention, the electrode film is not formed from the beginning in a region where a deformed portion due to etching anisotropy is likely to be formed on the basis of the same principle as described in the first invention. Electrodes can be separated.
In addition, the electrode deposition mask has an opening with a predetermined area larger than the resist pattern after exposure and development. As a result, as in the case of the first invention, it is possible to anticipate in advance the region where the film is formed unevenly in the opening area of the electrode film forming mask. Thereby, even if such a region is removed in the subsequent photolithography process, an electrode having a necessary area as a piezoelectric vibrating piece can be accurately formed.
また、上記目的は、第3の発明にあっては、圧電基板をエッチングして圧電振動片の素子片を形成する外形形成工程と、該外形形成後に、駆動用の電極を形成する電極形成工程とを含む圧電振動片の製造方法であって、前記電極形成工程においては、電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、かつ前記電極成膜用のマスクが、前記露光の際に用いるマスクに描画されている駆動電極のパターンよりも大きな所定面積の開口を備える圧電振動片の製造方法により、達成される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an outer shape forming step of forming an element piece of a piezoelectric vibrating piece by etching a piezoelectric substrate, and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed. In the electrode forming step, a metal film to be an electrode film is formed using a mask for electrode film formation, and a resist is applied to the surface of the electrode film. Then, after the exposure / development, etching is performed to form a driving electrode having the required final outer dimensions, and the electrode film-forming mask is used during the exposure. This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece having an opening having a predetermined area larger than the pattern of the drive electrode drawn on the mask to be used.
第3の発明の構成によれば、第1の発明で説明した原理と同様な原理により、エッチング異方性による異形部が形成されやすい領域に、当初より電極膜を形成しないことで、精密に電極分離することができるものである。
これに加えて、前記電極成膜用のマスクが、前記露光・現像の際のマスクに描画されている駆動電極のパターンよりも大きな所定面積の開口を備えている。これにより、第1の発明の場合と同様に、電極成膜用のマスクの開口面積に、不均一に成膜される領域を予め見込んでおくことができる。これにより、後段のフォトリソ工程で、このような領域を除去しても圧電振動片として必要な面積の電極を精密に形成することができるものである。
According to the configuration of the third invention, the electrode film is not formed from the beginning in a region where the deformed portion due to the etching anisotropy is likely to be formed on the basis of the same principle as described in the first invention. Electrodes can be separated.
In addition, the electrode deposition mask has an opening having a predetermined area larger than the pattern of the drive electrode drawn on the mask during the exposure and development. As a result, as in the case of the first invention, it is possible to anticipate in advance the region where the film is formed unevenly in the opening area of the electrode film forming mask. Thereby, even if such a region is removed in the subsequent photolithography process, an electrode having a necessary area as a piezoelectric vibrating piece can be accurately formed.
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明の構成において、前記電極成膜用のマスクの開口縁部と前記駆動用の電極の最終的な外形の外縁部との寸法差が、前記電極成膜用のマスクの厚み寸法以上とされていることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、電極成膜用のマスクの厚みにより、その開口周縁部に近接した箇所に成膜の不均一な箇所ができる領域の範囲が異なる。このため、電極成膜用のマスクの開口縁部と前記駆動用の電極の最終的な外形の外縁部との寸法差を見込む上で、その寸法をマスクの厚み寸法以上とする。これにより、後段のフォトリソ工程で、このような領域を除去して、圧電振動片として必要な面積の電極を形成する上で、十分な範囲を確保することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first to third aspects, a dimensional difference between the opening edge of the electrode film forming mask and the outer edge of the final outer shape of the driving electrode is: It is characterized by being not less than the thickness dimension of the electrode deposition mask.
According to the structure of 4th invention, the range of the area | region in which the non-uniform | heterogenous film-forming part is formed in the location close | similar to the opening peripheral part differs with the thickness of the mask for electrode film-forming. For this reason, in considering the dimensional difference between the opening edge of the electrode deposition mask and the outer edge of the final outer shape of the driving electrode, the dimension is set to be equal to or larger than the thickness of the mask. As a result, it is possible to secure a sufficient range for removing an electrode having a necessary area as a piezoelectric vibrating piece by removing such a region in a subsequent photolithography process.
第5の発明は、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの製造方法であって、圧電基板上に複数もしくは多数の前記圧電振動片を形成した後で個々の圧電振動片を該圧電基板から切り離し、該圧電振動片を、パッケージに形成した接続用の電極部もしくは前記ケースに装着されるプラグの電極に対して接合する接合工程を含んでおり、前記圧電振動片が第1ないし4の発明のいずれかの方法により形成されるようにしたことを特徴とする。 A fifth invention is a method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, and after forming a plurality or a plurality of the piezoelectric vibrating pieces on a piezoelectric substrate, the individual piezoelectric vibrating pieces are Separating the piezoelectric substrate from the piezoelectric substrate, and joining the piezoelectric resonator element to a connection electrode portion formed on a package or an electrode of a plug attached to the case. It is characterized in that it is formed by any one of the methods of the invention of (4).
第5の発明の構成によれば、第1ないし3の発明と同じ原理により、電極が精密に形成された圧電振動片を収容することができるので、優れた性能の圧電デバイスを得ることができる。 According to the configuration of the fifth invention, it is possible to accommodate the piezoelectric vibrating piece in which the electrode is precisely formed according to the same principle as the first to third inventions, so that a piezoelectric device with excellent performance can be obtained. .
図1および図2は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図1は圧電デバイスの概略平面図、図2は図1の圧電デバイスの概略断面図である。
図1において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス30のパッケージ31内に圧電振動片40を収容している。
パッケージ31は、後述するように、図2の形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、パッケージ31の底部を構成する基板には、電極部33が形成されている。
また、パッケージ31は内部空間Sを有する箱状の収容体とされている。この内部空間Sを利用して、圧電振動片40を収容するようにしている。このパッケージ31には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ31は気密に封止されている。
1 and 2 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view of the piezoelectric device, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric device of FIG.
In FIG. 1, the
As will be described later, the
The
図1に示すように、パッケージ31の内面の長さ方向の端部には、その幅方向の両端付近に、電極部33,33が形成されている。
該電極部33は、パッケージ31の底面に露出した実装端子32,32と図示しない導電パターンにより接続されている。
As shown in FIG. 1,
The
圧電振動片40には、圧電材料により形成されたウエハを、厚みの薄い矩形の基板となるように加工した、所謂、ATカット振動片が使用されている。すなわち、後述するように、圧電チップである素子片が後述のように先ず形成され、この素子片に駆動用の励振電極41を形成したものが、ATカット振動片である圧電振動片40である。
圧電振動片40は、圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料が利用でき、さらにエッチング異方性を有するものだけでなく、等方性材料も利用することができる。また、圧電振動片40は、フラットタイプに限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片、円形の振動片など、圧電基板をウエットエッチングして得られる素子片に電極を形成する全ての圧電振動片に適用することができる。
As the piezoelectric vibrating
The piezoelectric vibrating
すなわち、素子片51としての圧電チップの表面には、駆動用の電極として、励振電極41が形成されている。励振電極41は、圧電チップにおける積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極41は、素子片51の裏面にも同様の形態で形成されている。
また、図2に示すように、励振電極41は、それぞれ圧電振動片40の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極42に対して、各別に接続されている。各引出し電極42は圧電チップの側面を回り込んで、裏面にも形成されている。
That is, the
In addition, as shown in FIG. 2, the
このような圧電振動片40は、図1に示されているように、パッケージ31側の電極部33の上に片持ち式に接合されている。
これにより、パッケージ31の外部から実装端子32,32を介して供給された駆動電圧は、パッケージ31側の電極部33から導電性接着剤43および圧電振動片40に印加される。したがって、圧電振動片40の主面は圧電作用により厚みすべり振動することで、駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 1, such a piezoelectric vibrating
As a result, the drive voltage supplied from the outside of the
なお、パッケージ31を箱状ではなく、単なる絶縁基板として、その上に電極を形成し、浅い箱状とした蓋体(図示せず)により、圧電振動片40を気密に封止する形式のパッケージを用いてもよい。あるいは、圧電振動片40に外部の駆動電圧源と接続したプラグを接続し、一端を閉止した金属製の筒状のケースに圧電振動片40を差し入れて、このプラグによりケースを気密に封止するようにしてもよい(図示せず)。
Note that the
(圧電振動片および圧電デバイスの製造方法)
次に、上記した圧電デバイス30の製造方法の実施形態を説明する。
先ず、圧電デバイス用のパッケージと、圧電振動片40を別々に形成する。
図1および図2において説明したパッケージ31は、セラミックが適しており、特に、好ましい材料としては圧電振動片40や、後述する蓋体の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、セラミックのグリーンシートが利用される。
(Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device manufacturing method)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the
First, the package for the piezoelectric device and the piezoelectric vibrating
The
このグリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
すなわち、パッケージ31は、図2の形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成する。
This green sheet is obtained by, for example, dispersing a ceramic powder in a predetermined solution, forming a kneaded product formed by adding a binder into a sheet-like long tape shape, and cutting it into a predetermined length. It is what
That is, the
ここで、パッケージ31の底部を構成する基板には、電極部33が形成される。
図2に示すように、上記基板に重ねられるグリーンシートは、内側の材料が除去された枠状のものであり、これを上記基板に重ねることで、パッケージ31は内部空間Sを有する箱状の収容体とされる。
パッケージ31を形成するセラミック材料の上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部33が形成されている。
Here, an
As shown in FIG. 2, the green sheet stacked on the substrate is a frame shape from which the inner material is removed, and by stacking this on the substrate, the
On the ceramic material forming the
該電極部33は、パッケージ31の底面に露出した実装端子32,32と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部33と実装端子32とを接続するための導電パターンは、パッケージ31の形成時に利用されるキャスタレーション(図示せず)の表面に形成して、パッケージ31の外面を引き回してもよいし、あるいはパッケージ31の底部を構成する絶縁基板を貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
この内部空間S内に、後述するように圧電振動片40を収容するものである。
このパッケージ31には、後述する封止工程において、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ31は気密に封止される。
The
The piezoelectric vibrating
A
次に圧電振動片の形成方法について、図3のフローチャートを参照しながら説明する。
(外形形成工程)
図4(a)は、圧電振動片40をつくるための素子片を切り出すための圧電基板としての水晶ウエハ45を示す概略平面図である。
この場合、水晶ウエハは水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸となるように、水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のX軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系において、Z軸から所定角度、例えば、35.15度傾けた面で切り出したATカット水晶板を得る。
Next, a method of forming the piezoelectric vibrating piece will be described with reference to the flowchart of FIG.
(Outline forming process)
FIG. 4A is a schematic plan view showing a
In this case, the crystal wafer is cut out from the crystal single crystal so that the crystal axis of the crystal is the electric axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the optical axis. In addition, when cutting from a single crystal of quartz, an AT-cut quartz plate cut out at a predetermined angle, for example, 35.15 degrees from the Z axis in the above-described orthogonal coordinate system consisting of the X, Y, and Z axes. obtain.
次に、上記圧電素子片であるATカット水晶板の主面を研磨して平坦度を持たせて、所謂水晶ウエハを形成し、これをウエットエッチングして、後述する素子片集合体を得る。
すなわち、水晶ウエハを、ウエットエッチングすることにより、水晶ウエハ45の縦横の方向に、多数の素子片を同時に形成する。この場合、素子片の個々の外形周囲を分離し、細い支持部で、エッチング残りの枠状の水晶材料と接続した形態のものを得る。
図4(b)ないし(d)および図5(a)は、図4(a)の水晶ウエハ45のひとつの素子片が形成される領域についてD−D断面を加工順に示している。
Next, the main surface of the AT-cut quartz plate, which is the piezoelectric element piece, is polished to have flatness to form a so-called quartz wafer, which is wet-etched to obtain an element piece assembly to be described later.
That is, by wet-etching the crystal wafer, a large number of element pieces are simultaneously formed in the vertical and horizontal directions of the
4 (b) to 4 (d) and FIG. 5 (a) show DD cross sections in the order of processing in a region where one element piece of the
図4(b)に示すように、水晶ウエハ45を純水で洗浄し(ST11)、続いて、水晶ウエハ45の表面に、下地層61が設けられる。これは耐食膜となる金属が水晶など圧電材料への付着性が弱いことを補うためにもうけられ、該下地層61としては、たとえば、スパッタリングや蒸着などによりCr(クロム)が成膜されている。その上には、耐食層62として金(Au)をスパッタリングまたは蒸着などにより成膜する。なお、水晶ウエハ45の表裏に同じ膜を形成するので、断面において上側の符号だけ示す。
As shown in FIG. 4B, the
次に図4(c)に示すように、耐食層62の表面全体にレジスト63を塗布し、露光・現像することで、マスクを形成する(ST13)。
続いて、図4(d)に示すように、マスク開口から露出した耐食層62である金を、例えば、よう化カリウム溶液を用いて、ウエットエッチングし、次いで、硝酸2セリウムアンモニウム溶液により、下地層であるクロム61をエッチングする(ST14)。
次に、マスク開口から露出した水晶を、例えばフッ化アンモニウム溶液などを用いてウエットエッチングする(ST15)。これにより、図5(a)に示すように、素子片51が形成される。
続いて、レジスト63を剥離し、上記各エッチングに用いた溶液を使って、耐食層62および下地層61を全て除去する(ST16)。
なお、外形形成工程では、ウエットエッチングにより素子片の外形を形成するようにしているので、外形形成が容易であり、特に、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングで行うことで、工程の効率も高いものである。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist 63 is applied to the entire surface of the corrosion-
Subsequently, as shown in FIG. 4D, gold, which is the corrosion-
Next, the quartz exposed from the mask opening is wet etched using, for example, an ammonium fluoride solution (ST15). Thereby, the
Subsequently, the resist 63 is peeled off, and all of the corrosion-
In the outer shape forming process, the outer shape of the element piece is formed by wet etching, so that the outer shape is easily formed. In particular, the process efficiency is high by performing wet etching instead of dry etching. It is.
(電極形成工程)
図5(b)は上記工程を経て、水晶ウエハ45に、多数の素子片51が形成された状態である素子片集合体50を示す概略平面図である。
素子片集合体50の水晶ウエハ45には、縦横にならんで多数の素子片51が形成されている。各素子片51は、その外形が分離され水晶ウエハ45により枠状に包囲されている。この枠状の部分に対して、細いフレーム部52,52でのみ一体に接続されている。
このフレーム部52,52が折り取り部であり、後の工程で該折り取り部を折ることで、個々の圧電振動片が分離されるものである。
折り取り部は、素子片51ひとつ当たり、2つのフレーム部52,52で構成されているが、ひとつでもよく、あるいは3つ以上でもよい。
(Electrode formation process)
FIG. 5B is a schematic plan view showing the element piece assembly 50 in a state where a large number of
A large number of
The
The folding part is composed of two
図5(c)は、素子片集合体50に形成されたひとつの素子片51の部分を拡大して示す概略平面図である。
次に、電極成膜用のマスク53を配置する(ST17)。マスク53は、例えば金属マスクであり、素子片集合体50全体に対してセットされ、素子片51と同数のマスク開口53aを有している。
このマスク53によって、素子片51のエッチング異方性により異形となる箇所であって、電極形成の必要がない領域54−1,54−1と54−2、54−3を塞ぐようになっている。
このうち、図5(c)においては、水晶の結晶軸に関して、X軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸であるX軸、Y軸及びZ軸である場合に、該X軸回りに35.15度回転した後のY軸,Z軸について「Y’軸,Z’軸」とした直交座標系が示されている。この場合、水晶のエッチング異方性によって、例えば、上記領域54−1は、図10(a)で示すような異形の端面となり、領域54−2は図10(b)で示すような異形の端面となる箇所に対応している。
FIG. 5C is a schematic plan view showing an enlarged part of one
Next, an electrode film-forming
With this
Among these, in FIG. 5C, with respect to the crystal axis of the crystal, when the X axis is the electric axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the X axis, the Y axis, and the Z axis, the optical axis, An orthogonal coordinate system is shown in which the Y and Z axes after rotating 35.15 degrees around the X axis are designated as “Y ′ axis and Z ′ axis”. In this case, due to the etching anisotropy of quartz, for example, the region 54-1 has an irregular end surface as shown in FIG. 10A, and the region 54-2 has an irregular shape as shown in FIG. Corresponds to the location of the end face.
図6(a)では、マスク53から露出した領域に電極膜55が成膜される(ST18)。ここで、図6(d)および図7では左側の図が平面図であり、右側の図がそのE−E線断面図である。
この電極膜55は、例えば、下地層と電極層からなり、下地層としてはクロムやニッケルが適しており、電極層としては金が適している。すなわち、下地層と電極層をST14で形成した下地層と耐食層と同じにすれば、例えば同一のスパッタリング装置およびターゲットを用いて形成できる利点がある。
図6(b)は、電極成膜用のマスク53のマスク開口53aの大きさと、該マスク53の厚みの関係を示す部分拡大断面図である。
In FIG. 6A, an
The
FIG. 6B is a partially enlarged cross-sectional view showing the relationship between the size of the mask opening 53 a of the electrode
ここからは、理解の便宜のため素子片51だけを図示して説明するが、折り取り部であるフレーム部52,52は未だ水晶ウエハとつながっている。
電極成膜用のマスク53を使ってそのマスク開口53aの内側に形成される電極膜55は、圧電振動片の駆動用の電極として、最終的に励振電極となる範囲よりも大きく形成されている(図6(c))。
すなわち、図6(b)に示すように、電極成膜用のマスク53を用いて形成される電極膜55は、その周縁部において、マスク開口53aに近接した領域W1の箇所で電極膜の膜厚が不均一になる。
これはマスク開口53aの近傍では、成膜時に金属材料の付着が妨げられるからであり、成膜が不均一となる結果、領域W1では膜厚が薄すぎて、部分的に分離が生じたりしており、このような部分は、信頼性に劣るため、駆動用の電極としては使えない。
また、不均一に成膜された箇所を電極として使用すると、周波数ばらつきを生じる。
本発明の発明者は、このような現象に着目し、マスク開口53aを大きめに形成し、成膜される電極膜55の周縁部であるW1の領域を後述する工程で除去することで、駆動用の電極を精密に形成することとしたものである。
From here, only the
The
That is, as shown in FIG. 6B, the
This is because in the vicinity of the
In addition, when a non-uniformly deposited portion is used as an electrode, frequency variation occurs.
The inventor of the present invention pays attention to such a phenomenon, forms a
具体的には、電極成膜用のマスク53にあっては、そのマスク開口53aは、実際に駆動用電極である励振電極として用いる面積DEよりもその周囲で領域W1の分だけ大きく形成されている。その結果形成される電極膜55は、最終的に必要とされる駆動用の電極である励振電極も大きい。
好ましくは、W1の寸法は、電極成膜用のマスク53の厚み寸法t1と同じか、これよりも大きい(W1≧t1)。
すなわち、電極成膜用のマスク53の厚みt1の寸法により、その開口周縁部に近接した箇所に成膜の不均一な箇所ができる領域の範囲W1が異なる。このため、電極成膜用のマスク53の開口53a縁部と駆動用の電極の最終的な外形の外縁部との寸法差を見込む上で、その寸法W1をマスクの厚み寸法t1以上とする。これにより、後段のフォトリソ工程で、このような領域を除去して、圧電振動片として必要な面積の電極を形成する上で、十分な範囲を確保することができる。
ここで、W1は最も小さい場合において、電極成膜用のマスク53の厚み寸法t1と同じであるが、これより大きい場合には、理論上制限がない。しかし、後で削除される無駄な領域を必要以上に大きくすることは好ましくないことは勿論である。したがって、W1は電極成膜用のマスク53の厚み寸法t1よりも僅かに大きいことが、不必要な電極膜の形成を最小限にでき、かつ確実に精密な電極を形成することができる。
Specifically, in the electrode
Preferably, the dimension of W1 is equal to or larger than the thickness dimension t1 of the electrode deposition mask 53 (W1 ≧ t1).
That is, the range W1 of a region where a non-uniform film formation portion is formed at a location close to the peripheral edge of the opening varies depending on the dimension of the thickness t1 of the electrode
Here, when W1 is the smallest, it is the same as the thickness dimension t1 of the electrode
次に、後段のフォトリソグラフィ工程について説明する。
次に、図6(d)に示すように、全体にレジスト56を塗布する(ST20)。
図7(a)において、図示しないマスクを用いて露光・現像してレジスト56をパターニングし、電極膜55の不要な部分(W1)を露出させる(ST21)。
次いで、図7(b)に示すように、露出した不要な電極膜55をエッチングにより除去し(ST22)、レジスト56を除去する(ST23)と、図7(c)に示すように、素子片51には、励振電極41および引出し電極42,42が形成される。
続いて、素子片集合体50から、個々の圧電振動片40を折り取ることで、該圧電振動片40を切り離す。
以上により、図1および図2で説明した圧電振動片40が完成する。
なお、ここまでの説明から明らかなように、上述したST17における電極成膜用のマスク53のマスク開口53aは、露光・現像後のレジストパターン(図7(a)の符号56参照)よりも大きな所定面積の開口を備えるものである。
このことから、電極成膜用のマスク53のマスク開口53aは、図7(a)のレジスト56を残す工程で行われる露光・現像の際のマスクに描画されている駆動電極のパターンよりも大きな所定面積の開口を備えていることがわかる。
Next, a subsequent photolithography process will be described.
Next, as shown in FIG. 6D, a resist 56 is applied over the entire surface (ST20).
In FIG. 7A, the resist 56 is patterned by exposure and development using a mask (not shown) to expose an unnecessary portion (W1) of the electrode film 55 (ST21).
Next, as shown in FIG. 7B, the exposed
Subsequently, the piezoelectric vibrating
Thus, the piezoelectric vibrating
As is apparent from the above description, the
Therefore, the
かくして、上記圧電振動片の製造方法では、エッチング異方性の影響で異形となる箇所には、マスク53を配して電極膜55を形成しないようにしている。このため、全体に電極膜を形成してから、マスクを配して不要な領域の電極膜を露出してエッチングする従来の手法と比べると、エッチング異方性の影響で異形となる箇所における電極分離が確実となり、より精密に電極膜を形成することができる。
また、この製造方法は、等方性の圧電材料にも適用することができ、電極成膜用のマスク53の開口面積に、電極膜の成膜工程(ST12)で、不均一に成膜される領域を予め見込んでおくことができ、これにより、後で、ST22でフォトリソにより除去して、圧電振動片40として必要な面積の電極を精密に形成することができるものである。
Thus, in the above-described method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, the
This manufacturing method can also be applied to an isotropic piezoelectric material, and is formed nonuniformly in the electrode film forming step (ST12) in the opening area of the electrode
(接合工程)
次に、圧電振動片とは別に形成された図1および図2のパッケージ31側の電極部33の上に導電性接着剤43を塗布する。
そして、該導電性接着剤43の上に、個々の圧電振動片40の図2で説明した各引出し電極42が形成されている基端部もしくは一端部を載置する。
そして、これら導電性接着剤43を加熱して硬化させることにより圧電振動片40をパッケージ31の内側底面に片持ち式に接合する。
ここで、導電性接着剤43としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。また、圧電振動片40は必ずしも片持ち式でなく、先端側の一部をパッケージ31の内側底面に形成した凸部(枕部)に載置した構成としてもよい。
(Joining process)
Next, a
Then, on the
The piezoelectric
Here, as the
そして、圧電振動片40に対して、パッケージ31の実装端子32などから駆動電圧を印加し、圧電振動片40を駆動してその周波数を計測して、計測結果に基づいて、励振電極41の一部を削減することで、重量を減じて周波数調整する。
この周波数調整工程では、さらに、周囲の温度環境を変化させて駆動電圧を印加し、温度変化に応じた周波数を計測して圧電振動片40の温度−周波数特性を合わせて計測し、その結果に応じて調整を行う。
Then, a driving voltage is applied to the piezoelectric vibrating
In this frequency adjustment step, the drive voltage is applied by changing the ambient temperature environment, the frequency corresponding to the temperature change is measured, and the temperature-frequency characteristics of the piezoelectric vibrating
次に、パッケージ31を真空チャンバー内に移し、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体35を低融点ガラスやニッケルなどを介して真空雰囲気下で接合する。これにより、パッケージ31は気密に封止される。
最後に必要な検査を経て、圧電デバイス30が完成する。
Next, the
Finally, through the necessary inspection, the
本発明は上述の実施形態に限定されない。上記実施形態では、エッチング異方性により異形になることから、マスクにより被覆する領域として、図5(c)の54−1,54−2,54−3の各領域を示しているが、必ずしもこれら領域を全てをマスクで覆う必要はなく、また、エッチング条件などにより、これら以外にエッチング異方性が出る場合には、そのような領域をマスクで覆って電極膜を成膜してもよいことは勿論である。
また、上述したように、エッチングにおいて等方性の圧電材料を用いて形成する圧電振動片にも適用することができる。
さらに、上記実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージやケースを利用し、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In the above embodiment, each region of 54-1, 54-2, and 54-3 in FIG. 5C is shown as a region covered with a mask because it becomes irregular due to etching anisotropy. It is not necessary to cover all of these regions with a mask, and if etching anisotropy occurs in addition to these depending on etching conditions, an electrode film may be formed by covering such regions with a mask. Of course.
Further, as described above, the present invention can also be applied to a piezoelectric vibrating piece formed by using an isotropic piezoelectric material in etching.
Furthermore, each configuration of the above-described embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention can be applied to all piezoelectric devices regardless of the names of piezoelectric vibrators, piezoelectric oscillators, etc., as long as they use a package or a case and accommodate a piezoelectric vibrating piece therein.
30・・・圧電デバイス、31・・・パッケージ、40・・・圧電振動片、41・・・励振電極、50・・・素子片集合体、51・・・素子片、53・・・マスク
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電極形成工程においては、
電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、
該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、
かつ前記電極成膜用のマスクが、前記必要とされる電極の最終的な外形よりも大きな所定面積の開口を備える
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, comprising: an outer shape forming step of etching a piezoelectric substrate to form an element piece of a piezoelectric vibrating piece; and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed,
In the electrode forming step,
Using a mask for electrode film formation, a metal film to be an electrode film is formed,
A resist is applied to the surface of the electrode film, and after exposure / development, etching is performed to form a driving electrode having a required final outer dimension,
In addition, the method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, wherein the electrode deposition mask includes an opening having a predetermined area larger than a final outer shape of the required electrode.
前記電極形成工程においては、
電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、
該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、
かつ前記電極成膜用のマスクが、前記露光・現像後のレジストパターンよりも大きな所定面積の開口を備える
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, comprising: an outer shape forming step of etching a piezoelectric substrate to form an element piece of a piezoelectric vibrating piece; and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed,
In the electrode forming step,
Using a mask for electrode film formation, a metal film to be an electrode film is formed,
A resist is applied to the surface of the electrode film, and after exposure / development, etching is performed to form a driving electrode having a required final outer dimension,
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, wherein the electrode film forming mask has an opening having a predetermined area larger than the resist pattern after the exposure and development.
前記電極形成工程においては、
電極成膜用のマスクを用いて、電極膜となる金属膜を成膜し、
該電極膜の表面にレジストを塗布して、露光・現像した後で、エッチングすることにより、必要とされる最終的な外形寸法を備えた駆動用の電極を形成し、
かつ前記電極成膜用のマスクが、前記露光の際に用いるマスクに描画されている駆動電極のパターンよりも大きな所定面積の開口を備える
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, comprising: an outer shape forming step of etching a piezoelectric substrate to form an element piece of a piezoelectric vibrating piece; and an electrode forming step of forming a driving electrode after the outer shape is formed,
In the electrode forming step,
Using a mask for electrode film formation, a metal film to be an electrode film is formed,
A resist is applied to the surface of the electrode film, and after exposure / development, etching is performed to form a driving electrode having a required final outer dimension,
The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, wherein the electrode film forming mask has an opening having a predetermined area larger than a pattern of a driving electrode drawn on the mask used for the exposure.
圧電基板上に複数もしくは多数の前記圧電振動片を形成した後で個々の圧電振動片を該圧電基板から切り離し、
該圧電振動片を、パッケージに形成した接続用の電極部もしくは前記ケースに装着されるプラグの電極に対して接合する接合工程を含んでおり、
前記圧電振動片が請求項1ないし4のいずれかの方法により形成されるようにした
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case,
After forming a plurality or a plurality of the piezoelectric vibrating pieces on the piezoelectric substrate, the individual piezoelectric vibrating pieces are separated from the piezoelectric substrate,
A bonding step of bonding the piezoelectric vibrating piece to a connecting electrode portion formed on a package or an electrode of a plug attached to the case;
The method for manufacturing a piezoelectric device, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed by the method according to any one of claims 1 to 4.
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