JP2008131486A - 音叉型水晶振動片の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法、並びに音叉型水晶振動片および水晶振動デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】 一対の振動腕(21)の根元(26)に段差または溝を生じさせない音叉型水晶振動片(20)の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 基部(29)と、この基部の一端部から延びる第一振動腕(21)および第二振動腕(21)とを有する音叉型水晶振動片(20)を製造する音叉型水晶振動片の製造方法に関する。この音叉型水晶振動片の製造する際に、音叉型水晶振動片の製造方法は、基部の一端部で、且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に、音叉型水晶振動片と水晶ウエハとを結ぶ接続部(28)を形成する工程、を有する。これにより根元(26)に段差または溝を生じさせない
【選択図】図2
【解決手段】 基部(29)と、この基部の一端部から延びる第一振動腕(21)および第二振動腕(21)とを有する音叉型水晶振動片(20)を製造する音叉型水晶振動片の製造方法に関する。この音叉型水晶振動片の製造する際に、音叉型水晶振動片の製造方法は、基部の一端部で、且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に、音叉型水晶振動片と水晶ウエハとを結ぶ接続部(28)を形成する工程、を有する。これにより根元(26)に段差または溝を生じさせない
【選択図】図2
Description
本発明は、水晶単結晶基板から音叉型水晶振動片をエッチングする際の製造方法、および水晶振動デバイスの製造方法、並びに音叉型水晶振動片および水晶振動デバイスに関するものである。
近年、各種通信機器の小型化または電子機器の小型化にともなって、圧電振動デバイス、たとえば、角速度センサ用の水晶振動子等も小型化への対応が求められている。水晶振動子の中で高精度のクロック用またはジャイロ用の水晶振動子として、一対の振動腕を備える音叉型水晶振動子がある。これら水晶振動デバイスに用いられる音叉型水晶振動片は、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ(露光)技術およびウェットエッチングによって、一枚の水晶単結晶ウエハから数百個ないし数千個の音叉型水晶振動片の外形形状が製造される。その後、特許文献1に示されるように、数百ないし数千個の音叉型水晶振動片に対して、再びフォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチングを行い、音叉型水晶振動片の表面に電極パターンを形成している。
特開2005−134364号公報
たとえば、図9は、音叉型水晶振動片200の基部290の拡大図である。図9(a)は、一対の振動腕210と基部290とをXZ平面で見た図であり、図9(b)は、一対の振動腕210と基部290とをXY平面で見た図である。近年の音叉型水晶振動片200は、振動腕の幅が0.1mmないし0.2mm程度であり、一対の振動腕210の間隔も0.1mmないし0.2mm程度である。音叉型水晶振動片200は、水晶ウエハから切り出されるが、途中の工程まで音叉型水晶振動片200を水晶ウエハに接続しておくため、接続部281が形成されている。点線は切り折られる前の接続部281を示している。
水晶単結晶ウエハは、Y棒Z板人工水晶原石の結晶軸に対して所定の方向性をもって切り出されている。この方向性は、音叉型水晶振動片20の外形を形成するウェットエッチングの際に、水晶単結晶ウエハがエッチングされやすい方向とエッチングされにくい方向とに影響を与える。このため、一対の振動腕21の根元261において、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングが進むと、図9(a)または(b)に示すような段差および小さな溝などが形成されてしまう。この状態で、音叉型水晶振動片20の電極パターンを形成するために、フォトレジストの塗布を行うと、一対の振動腕21の根元261の溝においてフォトレジストがたまりやすい。また、電極パターンのフォトリソグラフィ(露光)を行う際には、段差の影響で露光が不十分な場合が生じやすい。したがって、音叉型水晶振動片に電極パターンを形成すると一対の振動腕21の根元261において電極パターンがショートしていることが多く発生していた。これでは、音叉型水晶振動片の生産性の向上および品質の向上を図ることができない。
そこで、本発明の目的は、一対の振動腕の根元に段差または溝を生じさせない音叉型水晶振動片の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法を提供する。
第一の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、基部の一端部で、且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に、音叉型水晶振動片と水晶ウエハとを結ぶ接続部を形成する工程、を有する。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に、接続部が形成される。したがって、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。このため、その後に電極パターンを形成した際に電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に、接続部が形成される。したがって、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。このため、その後に電極パターンを形成した際に電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
第2の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、接続部が一端部の近傍に断面積が小さい切り取り部を形成している。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に形成された接続部が、断面積の小さい一端部の近傍で折れやすくなる。したがって、接続部が振動腕にぶつかることも無くまた、後処理も不要となる。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に形成された接続部が、断面積の小さい一端部の近傍で折れやすくなる。したがって、接続部が振動腕にぶつかることも無くまた、後処理も不要となる。
第3の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、接続部が水晶ウエハから一端部に向けて徐々に断面積が小さくなる。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に形成された接続部が、断面積の小さい一端部の近傍で折れやすくなる。したがって、接続部が振動腕にぶつかることも無くまた、後処理も不要となる。
上記構成によれば、基部の一端部で且つ第一振動腕と第二振動腕と基部との間に形成された接続部が、断面積の小さい一端部の近傍で折れやすくなる。したがって、接続部が振動腕にぶつかることも無くまた、後処理も不要となる。
第4の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、接続部を形成する工程は、基部、第一振動腕および第二振動腕を形成する際に同時に形成される。
上記構成によれば、水晶基板をエッチング液に浸すことにより、水晶基板に音叉型水晶振動片を形成するとともに、接続部の形状を形成することができる。接続部が振動腕の根元に形成されるため、根元に形成されやすい段差または溝がなくなる。
上記構成によれば、水晶基板をエッチング液に浸すことにより、水晶基板に音叉型水晶振動片を形成するとともに、接続部の形状を形成することができる。接続部が振動腕の根元に形成されるため、根元に形成されやすい段差または溝がなくなる。
第5の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、基部および第一振動腕および第二振動腕に電極パターンを形成した後、接続部を折って、音叉型水晶振動片を切り取る
上記構成によれば、音叉型水晶振動片に電極パターンを形成した後に、水晶基板から音叉型水晶振動片を切り離すので、電極パターンがショートすることはない。
上記構成によれば、音叉型水晶振動片に電極パターンを形成した後に、水晶基板から音叉型水晶振動片を切り離すので、電極パターンがショートすることはない。
第6の観点の音叉型水晶振動片は、第1ないし第5の観点に基づく音叉型水晶振動片の製造方法に基づいて製造されている。
上記構成によれば、水晶基板から、振動腕の根元に形成されやすい段差または溝を有していない数百ないし数千個の音叉型水晶振動片を得ることができる。このため電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
上記構成によれば、水晶基板から、振動腕の根元に形成されやすい段差または溝を有していない数百ないし数千個の音叉型水晶振動片を得ることができる。このため電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
第7の観点の水晶振動デバイスの製造方法によれば、第6の観点による音叉型水晶振動片をパッケージに固定し、その音叉型水晶振動片を内蔵したパッケージを封止する。
上記構成によれば、品質のよい音叉型水晶振動片を使い、水晶振動デバイスを製造することができる。
上記構成によれば、品質のよい音叉型水晶振動片を使い、水晶振動デバイスを製造することができる。
本発明によれば、第一振動腕と第二振動腕との根元で電極パターンがショートすることのない音叉型水晶振動片を形成できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
<音叉型水晶振動片20の構成>
図1(a)は、音叉型水晶振動片20の全体構成を示した平面図であり、(b)は、音叉型水晶振動片20の一本の振動腕21のB−B断面図である。音叉型水晶振動片20の母材は、Z板に加工された水晶単結晶ウエハ10で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図1(a)に示すように、音叉型水晶振動片20は、基部29と、この基部29の一端部から図1において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕21を備えている。一対の振動腕21の根元26は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元26のテーパー部の形状はU字形状でもV字形状などでよい。以下、本実施形態では一対の振動腕21を備えた音叉型水晶振動片20で説明するが、3本または4本の振動腕21を備えた音叉型水晶振動片20であってもよい。
図1(a)は、音叉型水晶振動片20の全体構成を示した平面図であり、(b)は、音叉型水晶振動片20の一本の振動腕21のB−B断面図である。音叉型水晶振動片20の母材は、Z板に加工された水晶単結晶ウエハ10で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図1(a)に示すように、音叉型水晶振動片20は、基部29と、この基部29の一端部から図1において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕21を備えている。一対の振動腕21の根元26は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元26のテーパー部の形状はU字形状でもV字形状などでよい。以下、本実施形態では一対の振動腕21を備えた音叉型水晶振動片20で説明するが、3本または4本の振動腕21を備えた音叉型水晶振動片20であってもよい。
音叉型水晶振動片20は、たとえば32.768kHzで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが1.7mm程度、幅0.5mm程度である。音叉型水晶振動片20の振動腕21の表裏両面には、溝部211が形成されている。一本の振動腕21の表面に2つの溝部211が形成されており、振動腕21の裏面側にも同様に2つの溝部211が形成されている。つまり、一対の振動腕21には4箇所の溝部211が形成される。溝部211の深さは、水晶単結晶ウエハ10の厚さの約35〜45%であり、表裏両面に溝部211があるため、図1(b)に示すように、溝部211の断面は、略H型に形成されている。溝部211は、CI値の上昇を抑えるために設けられている。
音叉型水晶振動片20の基部29は、その全体が略板状に形成されている。振動腕21に対する基部29の長さは、約36%となっている。音叉型水晶振動片20の基部29の一端で且つ一対の振動腕21の根元には、連結部28が1箇所設けられている。連結部28は、水晶単結晶ウエハ10から、図1に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ10と音叉型水晶振動片20とを連結する部分である。
音叉型水晶振動片20の振動腕21および基部29には、第一電極パターン23と第二電極パターン25とが形成されている。第一電極パターン23と第二電極パターン25とはともに、150オングストローム〜5000オングストロームのクロム(Cr)層の上に100オングストローム〜5000オングストロームの金(Au)層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第二層とを合わせると、250オングストローム〜10000オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム(Cr)層の代わりに、タングステン(W)層、ニッケル(Ni)層、ニッケルタングステン層またはチタン(Ti)層を使用してもよく、また金(Au)層の代わりに、銀(Ag)層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ(Al)層、銅(Cu)層またはケイ素(Si)層が用いられる。
音叉型水晶振動片20の基部29には、図1(a)に示すように、第一基部電極23aと第二基部電極25aとが形成され、腕部21の溝部211には、第一溝電極23d,第二溝電極25dがそれぞれ形成される。また、図1(b)に示すように、(a)の左側の腕部21の両側面には、第二側面電極25cが形成されている。図示しない右側の腕部21の両側面には、第一側面電極23cが形成されている。
図2は、水晶単結晶ウエハ10の基部の拡大図であり、接続部28が水晶ウエハに接続されている状態を示した図である。(a)は第一実施例であり、(b)は第二実施例である。
(a)において、接続部28は、基部29の一端部つまり根元26の近傍に、くびれ部28−1を備えている。くびれ部28−1は、X方向にくびれてその断面積が小さくなっている。このため、音叉型水晶振動片20を水晶ウエハ10(図7)から切り取る際にくびれ部28−1で折れやすくなっている。このくびれ部28―1が基部29に近い方が好ましい。接続部28が途中で折れて長い接続部28が残ってしまうと、一対の振動腕21の一方に当接して振動周波数に変動する要因になるからである。
(a)において、接続部28は、基部29の一端部つまり根元26の近傍に、くびれ部28−1を備えている。くびれ部28−1は、X方向にくびれてその断面積が小さくなっている。このため、音叉型水晶振動片20を水晶ウエハ10(図7)から切り取る際にくびれ部28−1で折れやすくなっている。このくびれ部28―1が基部29に近い方が好ましい。接続部28が途中で折れて長い接続部28が残ってしまうと、一対の振動腕21の一方に当接して振動周波数に変動する要因になるからである。
(b)に示す接続部28は、水晶ウエハ10から基部29に向けて細くなっていくテーパー型接続部28−2である。テーパー型接続部28−2は、X方向に細くなってその断面積が小さくなっている。このため、音叉型水晶振動片20を水晶ウエハ10から切り取る際にテーパー型接続部28−2の先端で折れやすくなっている。接続部28が途中で折れてしまうと、一対の振動腕21の一方に当接して振動周波数に変動する要因になるからである。
なお、接続部28は、図1に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、同時に形成される。このため、X方向に細くするくびれ部28−1テーパー型接続部28−2を形成しやすい。しかし、Z方向に断面積が小さくなるようにエッチング処理などして形成しても良い。
<水晶振動デバイスの製造工程>
図3は、本実施形態に用いる水晶振動デバイスの製造の全工程を示したフローチャートである。
<<水晶振動片の外形形成の工程>>
ステップS12では、水晶単結晶ウエハ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、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ10を使用する場合に、金(Au)を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)を使用する。たとえば、クロム層の厚みは500オングストローム、金層の厚みも500オングストローム程度とする。
図3は、本実施形態に用いる水晶振動デバイスの製造の全工程を示したフローチャートである。
<<水晶振動片の外形形成の工程>>
ステップS12では、水晶単結晶ウエハ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、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ10を使用する場合に、金(Au)を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)を使用する。たとえば、クロム層の厚みは500オングストローム、金層の厚みも500オングストローム程度とする。
ステップS14では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ10に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジ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100を用いて、露光マスク91または第二露光マスク96(図5を参照)に描かれた音叉型水晶振動片20の外形形状をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ10に露光する。露光装置100に関して、図4を使って用いて説明する。また、図6でこのステップS16の詳細を説明する。
ステップS18では、水晶単結晶ウエハ10のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二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。これでフォトレジスト層および金属膜からなる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、フォトレジスト層および金属膜から露出した水晶材料を、音叉型水晶振動片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、フッ酸溶液などエッチング液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約6時間ないし約15時間かかり、水晶単結晶ウエハ10の表裏両面から同時にエッチングが進行する。
ステップS20では、不要となったフォトレジスト層と金属膜を除去することによりに、図1で示した音叉型水晶振動片20が形成される。
<<電極の形成の工程>>
ステップS22では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片20の全面に駆動電極としての励振電極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と、金層とで構成する。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。
<<電極の形成の工程>>
ステップS22では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片20の全面に駆動電極としての励振電極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と、金層とで構成する。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。
ステップS24では、全面にフォトレジストをスプレーを使って塗布する。
ステップS26では、第一電極パターン23および第二電極パターン25と対応した第二露光マスクを用意して、第一電極パターン23および第二電極パターン25をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ10を露光する。第一電極パターン23および第二電極パターン25は音叉型水晶振動片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音叉型水晶振動片20の両面を露光する。
ステップS26では、第一電極パターン23および第二電極パターン25と対応した第二露光マスクを用意して、第一電極パターン23および第二電極パターン25をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ10を露光する。第一電極パターン23および第二電極パターン25は音叉型水晶振動片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音叉型水晶振動片20の両面を露光する。
ステップS28では、フォトレジスト層を現像後、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第一電極パターン23および第二電極パターン25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から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第二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、音叉型水晶振動片20に第一電極パターン23および第二電極パターン25が正確な位置および電極幅で形成される。
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、音叉型水晶振動片20に第一電極パターン23および第二電極パターン25が正確な位置および電極幅で形成される。
ステップS32では、連結部28を折り、水晶単結晶ウエハ10から音叉型水晶振動片20を切り取る。必要があれば、連結部28が基部29から適切な箇所で切り取られていないかをチェックする。連結部28が基部29に近い箇所で切り取られていれば支障は無い。しかし、基部29から長く突き出た連結部28があると、振動腕21にぶつかってしまうことがあるため、連結部28が根元26の端部からあまり長く突き出た位置で折れていたら、切り取るように加工する。すでに第一電極パターン23および第二電極パターン25が形成された後に、連結部28を折ることになる。このため、電極パターンのフォトリソグラフィ(露光)を行う際に、露光不足などで電極がショートしてしまうことがない。
<<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、電極が形成された音叉型水晶振動片20が得られたため、ステップS34では、セラミック製のパッケージ51に音叉型水晶振動片20を導電性接着剤57で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片20の基部29を、電極部52(図8を参照)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を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤57を本硬化することにより音叉型水晶振動片20を引出電極に対して固定する。
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片20が得られたため、ステップS34では、セラミック製のパッケージ51に音叉型水晶振動片20を導電性接着剤57で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片20の基部29を、電極部52(図8を参照)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を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤57を本硬化することにより音叉型水晶振動片20を引出電極に対して固定する。
ステップS36では、さらに、音叉型水晶振動片20の振動腕21にレーザ光を照射して、振動腕21の金属膜の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
次に、ステップS38で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片20を収容したパッケージ51を移し、蓋体59を封止材58によりする。続いてステップS38で、最後に水晶振動デバイス50の駆動特性などの検査を行い、水晶振動デバイス50を完成させる。
次に、ステップS38で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片20を収容したパッケージ51を移し、蓋体59を封止材58によりする。続いてステップS38で、最後に水晶振動デバイス50の駆動特性などの検査を行い、水晶振動デバイス50を完成させる。
<近接露光装置100の構成>
図4は、原板である露光マスク91(図5を参照)の所定のパターンを露光基板である水晶単結晶ウエハ10に露光する際に用いられる近接(プロキシミティ)露光装置100の構成例を示す側面図である。この近接露光装置100は、短波長の光線、たとえば300nmの露光光ILを照射する露光光源101と、露光光源101から照射された露光光ILを露光マスク91に対して平行光を導く、コンデンサーレンズ103L1および103L2からなる露光光学系103を有している。
図4は、原板である露光マスク91(図5を参照)の所定のパターンを露光基板である水晶単結晶ウエハ10に露光する際に用いられる近接(プロキシミティ)露光装置100の構成例を示す側面図である。この近接露光装置100は、短波長の光線、たとえば300nmの露光光ILを照射する露光光源101と、露光光源101から照射された露光光ILを露光マスク91に対して平行光を導く、コンデンサーレンズ103L1および103L2からなる露光光学系103を有している。
さらに、近接露光装置100は、露光マスク91を保持しXY平面で移動可能なマスクステージ105と、水晶単結晶ウエハ10を真空吸着する真空チャック114、この真空チャック114を備えるウエハステージ112とを有している。ウエハステージ112は、使用者の操作によって、ベース110上のXY平面でX軸方向、Y軸方向およびZ軸を中心とした回転方向に移動することが可能である。ウエハステージ112は、Z方向にも移動可能であり、水晶単結晶ウエハ10と露光マスク91との間隔を微調整できる。具体的には、1ミクロンから十数ミクロンにまで近接できるように調整可能である。水晶単結晶ウエハ10を真空チャック114に真空吸着したり真空開放したりして、水晶単結晶ウエハ10は着脱可能になっている。
<露光マスクの構成>
図5は、表裏面に使用される露光マスク91の一部を示した図である。
図5の露光マスク91は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠92と音叉型振動片パターン93とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部94は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部94がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。音叉型振動片パターン93は、音叉型水晶振動片20の一対の振動腕21および基部29の外形と一致する。ただし、音叉型水晶振動片20が水晶単結晶ウエハ10とつながっていないと、一つ一つがバラバラになってしまうので、水晶単結晶ウエハ10と音叉型水晶振動片20とを連結する連結部28が音叉型振動片パターン93に描かれている。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ10には図5の露光マスク91のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ10の表面に形成される。
図5は、表裏面に使用される露光マスク91の一部を示した図である。
図5の露光マスク91は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠92と音叉型振動片パターン93とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部94は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部94がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。音叉型振動片パターン93は、音叉型水晶振動片20の一対の振動腕21および基部29の外形と一致する。ただし、音叉型水晶振動片20が水晶単結晶ウエハ10とつながっていないと、一つ一つがバラバラになってしまうので、水晶単結晶ウエハ10と音叉型水晶振動片20とを連結する連結部28が音叉型振動片パターン93に描かれている。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ10には図5の露光マスク91のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ10の表面に形成される。
<近接露光装置100を使った露光動作>
図6は、近接露光装置100の動作を示したフローチャートである。このフローチャートは、図3に示す水晶振動デバイス50の製造の全工程を示したフローチャートのステップS16を詳細に説明したものである。近接露光装置100は次のような露光動作を行う。
ステップS161では、水晶単結晶ウエハ10の表面をマスクステージ105側に向けて載置し、真空チャック114で真空吸着させる。このとき、オリエンテーションフラット10c(図7参照)がウエハステージ112のX軸方向に一致するように吸着させる。
図6は、近接露光装置100の動作を示したフローチャートである。このフローチャートは、図3に示す水晶振動デバイス50の製造の全工程を示したフローチャートのステップS16を詳細に説明したものである。近接露光装置100は次のような露光動作を行う。
ステップS161では、水晶単結晶ウエハ10の表面をマスクステージ105側に向けて載置し、真空チャック114で真空吸着させる。このとき、オリエンテーションフラット10c(図7参照)がウエハステージ112のX軸方向に一致するように吸着させる。
次にステップS162では、露光マスク91をマスクステージ105に、位置決めして取り付ける。なお、図示しないアライメントマークを使って水晶単結晶ウエハ10と露光マスク91とのアライメントが行われる。
ステップS163では、露光光源101からの露光光ILを露光マスク91に照射する。すると、音叉型水晶振動片20の音叉型振動片パターン93が遮光され、それ以外の透過領域(斜線部)94を透過した露光光ILが、水晶単結晶ウエハ10の表面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
ステップS163では、露光光源101からの露光光ILを露光マスク91に照射する。すると、音叉型水晶振動片20の音叉型振動片パターン93が遮光され、それ以外の透過領域(斜線部)94を透過した露光光ILが、水晶単結晶ウエハ10の表面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
ステップS164では、真空チャック114の真空を解除して、水晶単結晶ウエハ10を取り外し、水晶単結晶ウエハ10の裏面をマスクステージ105側に向けて載置し、真空チャック114で水晶単結晶ウエハ10を真空吸着させる。このとき、オリエンテーションフラット10c(図7参照)がウエハステージ112のX軸方向に一致するように吸着させる。
ステップS165では、露光光ILで露光マスク91を照射する。音叉型水晶振動片20の振動片パターン93が遮光され、それ以外の透過領域(斜線部)94を透過した露光光ILが、水晶単結晶ウエハ10の裏面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
ステップS165では、露光光ILで露光マスク91を照射する。音叉型水晶振動片20の振動片パターン93が遮光され、それ以外の透過領域(斜線部)94を透過した露光光ILが、水晶単結晶ウエハ10の裏面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
水晶単結晶ウエハ10の表裏両面の露光終了後、ステップS166では、水晶単結晶ウエハ10の表面の現像処理を行い、露光したボジフォトレジスト層を除去する。ボジフォトレジスト層が除去された箇所は、金属膜(金層およびクロム層)が表面に露出している。
ステップS167では、たとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二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。
ステップS167では、たとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二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。
上述した工程を経て、露光された箇所は水晶単結晶ウエハ10の水晶材料自体が露出する。露光されなかった箇所は、ボジフォトレジストおよび金属膜(金層およびクロム層)からなる耐蝕膜が形成されていることになる。
この状態で、水晶単結晶ウエハ10をフッ酸溶液などのエッチング液に浸し、フォトレジスト層および金属膜から露出した水晶材料を水晶単結晶ウエハ10の表裏両面からウェットエッチングを行う。このため、接続部28が形成されるようにエッチングが進行するので、接続部28自体が根元26に形成されるため、図9に示した段差および小さな溝などが形成されてしまうことはない。
この状態で、水晶単結晶ウエハ10をフッ酸溶液などのエッチング液に浸し、フォトレジスト層および金属膜から露出した水晶材料を水晶単結晶ウエハ10の表裏両面からウェットエッチングを行う。このため、接続部28が形成されるようにエッチングが進行するので、接続部28自体が根元26に形成されるため、図9に示した段差および小さな溝などが形成されてしまうことはない。
<水晶単結晶ウエハの構成>
図7は、図3のステップS18のウェットエッチングを終えて、音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハ10を示す平面図である。図7の水晶単結晶ウエハ10は、厚さ0.4mmの一枚の人工水晶から構成されている。
図7は、図3のステップS18のウェットエッチングを終えて、音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハ10を示す平面図である。図7の水晶単結晶ウエハ10は、厚さ0.4mmの一枚の人工水晶から構成されている。
図7(a)は、円形の水晶単結晶ウエハ10である。この円形の水晶単結晶ウエハ10は、たとえば厚さ0.4mmの人工水晶からなり、円形の水晶単結晶ウエハ10の直径は3インチまたは4インチである。さらに、円形の水晶単結晶ウエハ10の軸方向が特定できるように、水晶単結晶ウエハ10の周縁部の一部には、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7(b)は、本実施形態に用いる矩形の水晶単結晶ウエハ15の構成を示す斜視図である。この矩形の水晶単結晶ウエハ15も、たとえば厚さ0.4mmの人工水晶からなり、その矩形の水晶単結晶ウエハ15の一辺は2インチである。そして、矩形の水晶単結晶ウエハ15の軸方向が特定できるように、矩形の水晶単結晶ウエハ15の周縁部の一部には、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。
図7(a)の円形の水晶単結晶ウエハ10および図7(b)の矩形の水晶単結晶ウエハ15は、工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部18が設けられ、その窓部に複数の音叉型水晶振動片20が形成されている。各窓部18において、水晶ウエハ10と音叉型水晶振動片20とを接続するため接続部28が形成されている。図7のオリエンテーションフラット11cまたはオリエンテーションフラット15cと、各窓部18の位置および各音叉型水晶振動片20の位置が定義付けられている。
<水晶振動デバイスの構成>
図8は、水晶振動デバイス50の実施形態を示した図である。この水晶振動デバイス50は、たとえばHDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において広く使用されている。図8(a)は水晶振動デバイス50の透視した概略平面図、図8(b)は図8(a)のB−B線概略断面図である。図8において、水晶振動デバイス50は、音叉型水晶振動片20を構成した例を示しており、水晶振動デバイス50は、パッケージ51内に音叉型水晶振動片20を収容している。パッケージ51は、たとえば、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。
図8は、水晶振動デバイス50の実施形態を示した図である。この水晶振動デバイス50は、たとえばHDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において広く使用されている。図8(a)は水晶振動デバイス50の透視した概略平面図、図8(b)は図8(a)のB−B線概略断面図である。図8において、水晶振動デバイス50は、音叉型水晶振動片20を構成した例を示しており、水晶振動デバイス50は、パッケージ51内に音叉型水晶振動片20を収容している。パッケージ51は、たとえば、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8(b)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、この内部空間に音叉型水晶振動片20を収容している。そして、音叉型水晶振動片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、たとえば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよ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、最終的に音叉型水晶振動片20に供給する。具体的には、図8(b)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、音叉型水晶振動片20を収容するようにしているが、たとえば、金属製の筒状のケース内に水晶振動片を収容し、水晶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、音叉型水晶振動片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、コバール等の金属材料で形成され、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。
上記説明の露光装置は、水晶単結晶ウエハ10の片面を露光する装置であったが、表裏両面を一度に露光する両面露光装置を使用しても良い。両面露光装置を使用すれば、露光工程に必要な時間を短縮することができる。また、縮小投影レンズを備えた縮小投影露光装置を使用しても良い。
10,15 … 水晶単結晶ウエハ
20 … 音叉型水晶振動片
21 … 振動腕
26、261 一対の振動腕の根元
28 … 連結部
29 … 基部
50 … 水晶振動デバイス
91 … 露光マスク
92 … マスク枠
93 … 振動片パターン
100 … 露光装置
20 … 音叉型水晶振動片
21 … 振動腕
26、261 一対の振動腕の根元
28 … 連結部
29 … 基部
50 … 水晶振動デバイス
91 … 露光マスク
92 … マスク枠
93 … 振動片パターン
100 … 露光装置
Claims (8)
- 基部と、この基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法において、
前記一端部で、且つ前記第一振動腕と前記第二振動腕と前記基部との間に、前記音叉型水晶振動片と水晶ウエハとを結ぶ接続部を形成する工程、
を有することを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。 - 前記接続部は、前記一端部の近傍に断面積が小さい切り取り部を形成していることを特徴とする請求項1に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
- 前記接続部は、前記水晶ウエハから前記一端部に向けて徐々に断面積が小さくなることを特徴とする請求項1に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
- 前記接続部を形成する工程は、前記基部、前記第一振動腕および前記第二振動腕を形成する際に同時に形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項2に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
- 前記基部および前記第一振動腕および前記第二振動腕に電極パターンを形成した後、前記接続部を折って、前記音叉型水晶振動片を切り取ることを特徴とする請求項5に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法に基づいて製造されたことを特徴とする音叉型水晶振動片。
- 請求項6に記載の音叉型水晶振動片を、パッケージ内に固定して封止することを特徴とする水晶振動デバイスの製造方法。
- 請求項7に記載の水晶振動デバイスの製造方法に基づいて製造されたことを特徴とする水晶振動デバイス。
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JP2006316016A JP2008131486A (ja) | 2006-11-22 | 2006-11-22 | 音叉型水晶振動片の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法、並びに音叉型水晶振動片および水晶振動デバイス |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100141100A1 (en) * | 2008-12-05 | 2010-06-10 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Method of manufacturing piezoelectric oscillating pieces, piezoelectric oscillating piece, and piezoelectric resonator |
JP2014127895A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Daishinku Corp | 音叉型圧電振動片、音叉型圧電振動子、および音叉型圧電振動片の製造方法 |
JP2016105556A (ja) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 水晶振動素子並びにその製造方法及び中間生成品 |
US10305426B2 (en) | 2015-02-09 | 2019-05-28 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing resonator element, wafer, resonator element, resonator, oscillator, real-time clock, electronic apparatus, and moving object |
CN117410212A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-16 | 天津伍嘉联创科技发展股份有限公司 | 一种音叉晶圆的不规则折取方法及系统 |
-
2006
- 2006-11-22 JP JP2006316016A patent/JP2008131486A/ja active Pending
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