JP2008187322A - メサ型圧電振動素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メサ型圧電振動素子の製造工程において、メサ段部の端面に発生する逆テーパによりリード電極が断線することを防止する。
【解決手段】平行平板からなる圧電基板の両主面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜の表面上にフォトレジスト膜を塗布する塗布工程と、フォトレジスト膜を所定のフォトマスクを介して選択的に露光してフォトレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、フォトレジストパターンを保護膜として金属膜をエッチングして金属膜パターンを形成する金属膜パターン形成工程と、金属膜パターンとフォトレジストパターンとを保護膜として圧電基板をエッチングしてメサ段部を形成するメサ段部形成工程と、圧電基板上の金属膜パターン及びフォトレジストパターンをエッチングする第１のエッチング工程と、第１のエッチング工程により形成された圧電振動片をエッチングする第２のエッチング工程とを含むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はメサ型圧電振動素子の製造方法に関し、特に圧電振動片に電極を形成した際に、メサ段部の端面で発生しやすいリード電極の断線を防止するのに好適なものである。

従来、厚み滑り振動子の振動エネルギーを閉じ込める方法として、メサ型のように圧電基板を所定の形状に加工する方法が知られている。メサ型圧電振動素子は、圧電振動片の両主面のほぼ中央部に凸部を形成した構造であり、振動エネルギーを励振用電極下により多く集中させることができることから、共振インピーダンスを小さくすることが可能で有る。
図７は、メサ型圧電振動素子の外観構造例であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ断面図である。
この図７に示すメサ型圧電振動素子１０１は、圧電振動片１０２の両主面のほぼ中央部にメサ段部１０３を形成したものであり、メサ段部１０３の表裏に励振電極１０４を形成し、さらに引き出しリード電極１０５とパッド電極１０６とを形成したものである。

次に、上記したようなメサ型圧電振動素子の従来の製造方法について説明する。
図８はメサ型圧電振動素子の従来の製造工程を模式的に示した図である。
先ず、圧電基板を加工し、図８（ａ）に示すように所定形状の平行平板からなる圧電基板１０７とする。次に、図８（ｂ）に示すように加工した圧電基板１０７の両面の表面上に金属膜１０８を蒸着した後、金属膜１０８の表面にフォトレジスト膜１０９を塗布する。そして、図８（ｃ）に示すように、圧電基板１０７を、所定の形状のフォトマスクを用いて露光して現像した後、露出した金属膜１０８をエッチングにより剥離する。
次に、図８（ｄ）に示すように、金属膜１０８のエッチングにより露出した圧電基板１０７を所定の板厚までエッチングして肉薄部１１０を形成する。そして、図８（ｅ）に示すように残留しているフォトレジスト膜１０９と金属膜１０８を剥離すると、所望の圧電振動片１１１が完成する。図示していないが、その後、圧電振動片１１１のメサ段部の両面に励振電極を形成し、さらに引き出しリード電極とパッド電極を形成することでメサ型圧電振動素子が得られる。

また従来のメサ型圧電振動素子の製造方法の他の例としては、特許文献１により開示された手法がある。それによればメサ段部を形成するために使用した圧電基板のエッチング用の保護膜を、エッチング終了後そのまま励振電極として使用するものである。そして、圧電基板のエッチング時に励振電極の辺縁に発生しやすいバリを除去するために、圧電基板のエッチング後、励振電極を再びエッチングすることを特徴としている。
特開２００６−１２９０９６公報

しかしながら、従来のメサ型圧電振動素子の製造方法は、図８（ｄ）に示したように圧電基板１０７をエッチングして肉薄部１１０を形成すると、圧電基板１０７が異方性を有することからメサ段部の端面に図９に示すような逆テーパ１１２が発生する。この結果、圧電振動片１１１に励振電極と接続されるリード電極を形成した際にリード電極が断線し易くなるという問題があった。
図１０はフォトリソグラフィ法を用いて圧電振動片に励振電極とリード電極を形成する工程を模式的に示した図であり、図１０（ａ）に示すように圧電振動片１１１のメサ段部１１１ａの端面に逆テーパ１１２が形成されている場合、メサ段部１１１ａの上面及び側面に形成した金属膜１１５上に所望のエッチングを施すためのフォトレジスト膜１１４を形成した際に逆テーパ１１２によりフォトレジスト膜１１４が途切れる可能性がある。この結果、フォトレジスト膜１１４を保護膜として金属膜１１５をエッチングすると、図１０（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１１４が途切れた逆テーパ１１２部分において金属膜１１５が剥離されるため、メサ段部１１１の側面に形成された金属膜１１５、即ちリード電極部分において断線を引き起こすおそれがあった。

また図１１は、メタルマスクを使用した蒸着法により圧電振動片のメサ段部に励振電極及びリード電極を形成した場合の様子を模式的に示した図である。
図１１に示すように、圧電振動片１１１のメサ段部１１１ａにメタルマスクを使用した蒸着法により金属膜１１６を形成した場合は、円で囲って示したように逆テーパ１１２部分において金属膜１１６の膜厚が薄くなり、リード電極１１７の導通不良や断線が発生するおそれがあった。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、圧電振動片のメサ段部の端面に発生する逆テーパにより導通不良や断線が発生することがないメサ型圧電振動素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るメサ型圧電振動素子の製造方法は、圧電基板の両主面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜の表面上にフォトレジスト膜を塗布する塗布工程と、フォトレジスト膜を所定のフォトマスクを介して選択的に露光、現像してフォトレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、フォトレジストパターンに被覆されていない金属膜をエッチングして金属膜パターンを形成する金属膜パターン形成工程と、金属膜パターン及び／またはフォトレジストパターンを保護膜として圧電基板をエッチングしてメサ段部を形成するメサ段部形成工程と、保護膜をエッチングする第１のエッチング工程と、第１のエッチング工程により形成された圧電振動片をエッチングする第２のエッチング工程と、を含むことを特徴とする。
このような本発明によれば、第１のエッチング工程により圧電基板上の金属膜パターン及びフォトレジストパターンを除去した後に、第２のエッチング工程によりエッチングを行うことで、メサ段部の端面に発生しやすい逆テーパを面取りすることが可能となった。従って、メサ段部の端面が滑らかとなり、リード電極を形成した際に生ずるメサ段部の端面における断線を防止することができる。この結果、圧電振動素子の製造歩留まりや、信頼性を向上させる上で大きな効果を発揮する。

本発明に係るメサ型圧電振動素子の製造方法は、圧電振動片に、励振電極、リード電極、及びパッド電極を、フォトリソグラフィ法により形成したことを特徴とする。
このような本発明によれば、各電極をフォトリソグラフィの手法により形成したので、寸法精度の高い電極が形成でき、優れた性能の圧電振動素子が提供可能となる。

本発明に係るメサ型圧電振動素子の製造方法は、圧電振動片に、励振電極、リード電極、及びパッド電極を、蒸着法により形成したことを特徴とする。
このような本発明によれば、メサ型圧電振動素子の製造方法は、各電極を、メタルマスクを使用した蒸着法の手法により形成したので、製造工程が簡易化され、低コストの圧電振動素子の提供が可能となる。

本発明に係るメサ型圧電振動素子の製造方法は、圧電基板が、水晶、またはリチウムタンタレートからなることを特徴としている。
このような本発明によれば、メサ型圧電振動素子の製造方法は、圧電基板が水晶やリチウムタンタレートのように異方性を有する基板であっても、製造歩留まりや信頼性を向上させることができ、メサ型圧電振動素子を製造する上で大きな効果を発揮する。

以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明に係るメサ型圧電振動素子の第１の実施形態の製造方法を示すフローチャートであり、図３及び図４は図１及び図２に示した各工程を模式的に示した図である。なお、本実施形態では圧電基板として水晶基板を用いる場合を例に挙げて説明する。
この場合、先ず、ステップ１において、圧電基板を加工し所定の形状の圧電基板１を形成する（図３（ａ））。次に、ステップ２において、圧電基板１の両主面の表面上に金属膜２を蒸着した後（図３（ｂ））、ステップ３において、金属膜２の表面にフォトレジスト膜３を塗布する（図３（ｃ））。続くステップ４において、圧電基板１のメサ段部の形状に対応したフォトマスク４を圧電基板１の両面に夫々配置し、紫外線を照射することによりフォトレジスト膜３を選択的に露光する（図３（ｄ））。そして、ステップ５において、フォトレジスト膜３を現像することにより、紫外線が照射された部分のフォトレジスト膜３を剥離して所定のパターンのフォトレジストパターン５を形成する（図３（ｅ））。

次に、ステップ６において、フォトレジストパターン５を保護膜として、金属膜２をエッチングする（図３（ｆ））。これにより圧電基板１の表面の一部が露出する。そして、ステップ７において、露出した圧電基板１を所定の板厚までエッチングして肉薄部を形成する（図３（ｇ））。次に、ステップ８において、第１のエッチング工程として、圧電基板１に残留しているフォトレジストパターン５と金属膜２をエッチングにより剥離すると、メサ段部を有した圧電振動片７が得られる（図３（ｈ））。
上記第１のエッチング工程により得られた圧電振動片７は、前述したようにメサ段部の端面に逆テーパ８が発生している可能性が高い。そこで、本実施形態においては、第２のエッチング工程として、ステップ９において、圧電振動片７のエッチングを短時間行うようにした（図３（ｉ））。このように第２のエッチング工程を実施することにより、圧電振動片７のメサ段部の端面に逆テーパ８が発生した場合でも、逆テーパ８は面取りされて、圧電振動片７のメサ段部の端面は滑らかな構造となる。従って、次工程において、圧電振動片７にリード電極を形成した際に、リード電極が断線するのを防止することができる。
なお、第１のエッチング工程であるステップ７における圧電基板１のエッチング時間が５〜６分程度であるのに対して、第２のエッチング工程であるステップ９におけるエッチング時間は約１分未満であり、第２のエッチング工程のエッチング時間は第１のエッチング工程に比べて短時間のエッチングとなる。

次に、図２に示すステップ１０において、ステップ９においてエッチングを行った圧電振動片９の両面の表面上に金属膜１０を蒸着した後（図４（ａ））、ステップ１１において、金属膜１０の表面にフォトレジスト膜１１を塗布する（図４（ｂ））。そして、ステップ１２において、励振電極、リード電極、及びパッド電極の形状に対応したフォトマスク１２を配置して、圧電振動片９の両面より紫外線を照射することにより選択的に露光する（図４（ｃ））。
次に、ステップ１３において、圧電振動片９を現像すると、紫外線が照射されたフォトレジスト膜１１が剥離され、所定のパターンのフォトレジストパターン１３が形成される（図４（ｄ））。そして、ステップ１４において、フォトレジストパターン１３を保護膜として金属膜１２のエッチングを行い、金属膜１２を剥離した後（図４（ｅ））、ステップ１５において、残留するフォトレジストパターン１３をエッチングにより剥離すると（図４（ｆ））、所望の電極が形成されたメサ型圧電振動素子１４が完成する。

次に本発明に係るメサ型圧電振動素子の第２の実施形態の製造方法について説明する。
第２の実施形態は、圧電振動片に、励振電極、リード電極、及びパッド電極を、メタルマスクを使用した蒸着による手法により形成したものである。また第２の実施形態において、圧電振動片を製造する工程は、図１及び図３に示した工程と同一であるので説明は省略する。
図５は本発明に係るメサ型圧電振動素子の第２の実施形態の製造方法の特徴的な工程を示したフローチャートであり、図６は図５に示した工程を模式的に示した図である。
この場合は、図１に示すステップ９の工程において完成した圧電振動片９を、蒸着装置内に載置する。そして、ステップ１６において、圧電振動片９の両面に、励振電極、リード電極、及びパッド電極の形状に対応した開口を有するメタルマスク１５を配置して、電極材料から放出される電極材料粒子１６を圧電振動片９に蒸着させると（図６（ａ））、圧電振動片９に所望の電極１８が形成された圧電振動素子１７が完成する（図６（ｂ））。

以上説明したように本実施形態においては圧電振動片９を製造する工程において、メサ段部の形成後、圧電振動片７を短時間エッチングする第２のエッチング工程を設け、圧電振動片７のメサ段部の端面に発生する逆テーパ８を面取りした。従って、メサ段部の端面が滑らかとなり、メサ段部にリード電極を形成した際にリード電極の断線などを防止することができる。
なお、本実施形態では圧電基板の圧電材料として、異方性を有する水晶を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、圧電材料としては水晶以外にも例えば、ＬｉＴａＯ₃（リチウムタンタレート）なども適用可能である。
また、本実施形態において説明した製造工程はあくまでも一例であり、本発明の圧電振動素子の製造方法は、本実施形態において説明した製造方法に限定されるのでなく、工程手順などは適宜変更限定されるものではない。例えば、本実施形態では、金属膜２（１０）とフォトレジストパターン５（１３）を保護膜として圧電基板１をエッチングする場合を例に挙げたが、フォトレジストパターン５（１３）を除去して金属膜２（１０）のみを圧電基板１のエッチング用保護膜として用いることも可能である。

本発明に係るメサ型圧電振動素子の第１の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 本発明に係るメサ型圧電振動素子の第１の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 図１に示した各工程を模式的に示した図である。 図２に示した各工程を模式的に示した図である。 本発明に係るメサ型圧電振動素子の第２の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。 図５に示した工程を模式的に示した図である。 メサ型圧電振動素子の外観構造例を示す図である。 メサ型圧電振動素子の従来の製造方法を示す工程図である。 圧電振動片のメサ段部の端面に形成された逆テーパを示す拡大図である。 圧電振動素子片にフォトリソグラフィの手法を用いてリード電極を形成した場合のリード電極部の拡大図である。 圧電振動片にメタルマスクを使用した蒸着の手法を用いてリード電極を形成した場合のリード電極部の拡大図である。

符号の説明

１…圧電基板、２、１０…金属膜、３、１１…フォトレジスト膜、４、１２、１５…フォトマスク、５、１３…フォトレジストパターン、６…肉薄部、７、９…圧電振動片、８…逆テーパ、１４、１７…圧電振動素子、１６…圧電材料粒子、１８…電極

Claims (4)

1. 圧電基板の両主面に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   前記金属膜の表面上にフォトレジスト膜を塗布する塗布工程と、
   前記フォトレジスト膜を所定のフォトマスクを介して選択的に露光、現像してフォトレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記フォトレジストパターンに被覆されていない前記金属膜をエッチングして金属膜パターンを形成する金属膜パターン形成工程と、
   前記金属膜パターン及び／または前記フォトレジストパターンを保護膜として前記圧電基板をエッチングしてメサ段部を形成するメサ段部形成工程と、
   前記保護膜をエッチングする第１のエッチング工程と、
   前記第１のエッチング工程により形成された圧電振動片をエッチングする第２のエッチング工程と、を含むことを特徴とするメサ型圧電振動素子の製造方法。
2. 前記圧電振動片に、励振電極、リード電極、及びパッド電極を、フォトリソグラフィ法により形成したことを特徴とする請求項１に記載のメサ型圧電振動素子の製造方法。
3. 前記圧電振動片に、励振電極、リード電極、及びパッド電極を、蒸着法により形成したことを特徴とする請求項１に記載のメサ型圧電振動素子の製造方法。
4. 前記圧電基板は、水晶、またはリチウムタンタレートからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のメサ型圧電振動素子の製造方法。

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