JP2009027318A - Method of manufacturing quartz oscillator - Google Patents

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Tomoo Ikeda
池田  智夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-reliability quartz oscillator having stable oscillation characteristics with little variation in oscillation frequency by manufacturing a quartz oscillator with a high dimensional accuracy by forming and using finely and accurately formed alignment marks. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the quartz oscillator includes a process of forming a predetermined pattern by photolithography method on both front and rear faces of a quartz substrate and a process of forming alignment marks for aligning the predetermined patterns. The alignment marks are formed by processing with laser light irradiated along an optical path from one flat plane of the quartz substrate toward the other flat plane opposite to the one flat plane through the inside of the quartz substrate. The laser light is irradiated on the quartz substrate along the optical path at right angles to the flat planes of the quartz substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水晶発振器やジャイロセンサ等に利用され、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を製造するための製造方法に関する。
The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a highly reliable crystal resonator that is used in a crystal oscillator, a gyro sensor, or the like and has stable oscillation characteristics with little variation in oscillation frequency.

水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、一般的に以下に示すような工程を経て製造される。図6は一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。図6に示すように一般に水晶振動子は、水晶基板100に所望の形状の水晶片10を形成する水晶片形成工程(図6(a))、水晶基板100から切り出した水晶片10上に、水晶片10を発振させるための電極20を形成する電極形成工程(図6(b))、電極20が形成された水晶片10をパッケージ30に実装し、さらに蓋部材40によって水晶片10を密閉するパッケージング工程(図6(c))によって製造される。こうした製造工程の中で、特に図6(a)に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片10の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。すなわち逆に言えば、水晶片10を微細に且つ高精度に形成することができれば、振動特性に優れ且つ安定した振動特性を有する水晶振動子を製造することが可能になる。   A crystal resonator used for a crystal oscillator or a gyro sensor is generally manufactured through the following processes. FIG. 6 is a diagram showing a general method for manufacturing a crystal resonator. As shown in FIG. 6, in general, a crystal resonator includes a crystal piece forming step (FIG. 6A) for forming a crystal piece 10 having a desired shape on the crystal substrate 100, and on the crystal piece 10 cut out from the crystal substrate 100. An electrode forming step for forming the electrode 20 for oscillating the crystal piece 10 (FIG. 6B), the crystal piece 10 on which the electrode 20 is formed is mounted on the package 30, and the crystal piece 10 is sealed by the lid member 40 It is manufactured by a packaging process (FIG. 6C). Among these manufacturing processes, the crystal piece forming process shown in FIG. 6A is a process for forming the outer shape of the crystal piece 10 that greatly affects the vibration characteristics of the crystal resonator, and is a very important process. It is. In other words, if the quartz piece 10 can be formed minutely and with high accuracy, a crystal resonator having excellent vibration characteristics and stable vibration characteristics can be manufactured.

従来、水晶基板100に水晶片10を形成する工程には、切削加工法、サンドブラスト法、エッチング法等が用いられてきた。中でも水晶基板100を化学的に溶解させて加工するエッチング法は、微細で高精度な加工が可能であることから、小型で高性能な水晶振動子を製造するのに適しており、近年ではエッチング法を用いて水晶片10を形成する場合が多い。   Conventionally, a cutting method, a sand blast method, an etching method, or the like has been used in the process of forming the crystal piece 10 on the crystal substrate 100. Among them, the etching method that chemically dissolves and processes the quartz substrate 100 is suitable for manufacturing a small and high-performance crystal resonator because it can be processed finely and with high precision. In many cases, the crystal piece 10 is formed using a method.

以下に従来のエッチング法による水晶片形成工程の一例を説明する。図7は従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。図8は従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。   Hereinafter, an example of a crystal piece forming process by a conventional etching method will be described. FIG. 7 is a diagram showing the first half of a crystal piece forming step by a conventional etching method. FIG. 8 is a view showing the latter half of the crystal piece forming step by the conventional etching method.

最初に、図7(a)に示すように、水晶基板110の両面にマスク層211及び212をそれぞれ成膜し、さらにマスク層211の上には感光性材料であるレジスト層311を形成し、マスク層212の上には感光性材料であるレジスト層312を形成する。   First, as shown in FIG. 7A, mask layers 211 and 212 are respectively formed on both surfaces of the quartz substrate 110, and a resist layer 311 that is a photosensitive material is formed on the mask layer 211. A resist layer 312 which is a photosensitive material is formed on the mask layer 212.

マスク層211、212は、後の工程で行われる水晶基板110のエッチング工程に用いられるエッチング液に対して、耐食性を有する材料でなくてはならず、一般には金(Au)や白金(Pt)等の金属材料をマスク層211、212として用いることが多い。   The mask layers 211 and 212 must be made of a material having corrosion resistance against an etching solution used in the etching process of the quartz crystal substrate 110 performed in a later process, and is generally gold (Au) or platinum (Pt). Such a metal material is often used for the mask layers 211 and 212.

次に、図7(b)に示すように、水晶基板110に平行に、露光マスク410及び420を配置して両方向から露光を行い、紫外光(UV60)によってレジスト層311及び312の所定部分のみを感光させる。   Next, as shown in FIG. 7B, exposure masks 410 and 420 are arranged in parallel to the quartz substrate 110 to perform exposure from both directions, and only predetermined portions of the resist layers 311 and 312 are irradiated with ultraviolet light (UV60). Sensitize.

なお、この露光工程において、露光マスク410に描画されているアライメントマークm1と露光マスク420に描画されているアライメントマークm2が同じ位置になるように合わせることによって、水晶基板110の一方の平面に露光されるパターンと他方の平面に露光されるパターンを位置合わせすることができる。   In this exposure step, the alignment mark m1 drawn on the exposure mask 410 and the alignment mark m2 drawn on the exposure mask 420 are aligned so that they are exposed to one plane of the quartz substrate 110. The pattern to be exposed and the pattern exposed to the other plane can be aligned.

しかしながら、図7(b)に示すように、露光マスク410のアライメントマークm1と露光マスク420のアライメントマークm2の間には、Au等からなるマスク層211
、212で覆われた水晶基板110がお互いを遮るようにして配置されるため、直接、アライメントマークm1とアライメントマークm2を視認しながら位置合わせすることはできない。よって、従来は水晶基板110の両方の面上にそれぞれカメラ70を配置して、カメラ70で撮影したアライメントマークm1とアライメントマークm2の画像を視認して位置合わせを行っていた。
However, as shown in FIG. 7B, a mask layer 211 made of Au or the like is provided between the alignment mark m1 of the exposure mask 410 and the alignment mark m2 of the exposure mask 420.
, 212 are arranged so as to block each other, so that it is not possible to align the alignment marks m1 and m2 while visually recognizing the alignment marks m1 and m2. Therefore, conventionally, the cameras 70 are arranged on both surfaces of the quartz substrate 110, and the alignment mark m1 and the alignment mark m2 imaged by the camera 70 are visually recognized and aligned.

このようにして露光した後、専用の現像液を用いてレジスト層311及び312を現像し、さらにエッチング液を用いてマスク層211及び212をエッチングすることによって、図8(a)に示すようなパターン化されたレジスト層301、302及びマスク層201、202が形成される。   After the exposure as described above, the resist layers 311 and 312 are developed using a dedicated developer, and the mask layers 211 and 212 are etched using an etchant, as shown in FIG. Patterned resist layers 301 and 302 and mask layers 201 and 202 are formed.

さらに一般的には、図8(b)に示すようにレジスト層301、302を剥離して、水晶基板110の両面にマスク層201、202が形成されている状態にするが、必ずしもこの工程は必須というわけではない。工程を簡略化するために、この工程を経ずに次の図8(c)の工程に進める場合もある。   More generally, as shown in FIG. 8B, the resist layers 301 and 302 are peeled off so that the mask layers 201 and 202 are formed on both surfaces of the quartz substrate 110. It is not essential. In order to simplify the process, the process may proceed to the next process shown in FIG.

その後、図8(c)に示すように、マスク層201及びマスク層202をマスクとして利用しながらエッチングを行い、マスク層201、202のパターンを転写した水晶基板100を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, etching is performed using the mask layer 201 and the mask layer 202 as a mask to form the quartz substrate 100 to which the patterns of the mask layers 201 and 202 are transferred.

最後に、図8(d)に示すように、マスク層201及びマスク層202を除去して、所定の外形形状の水晶片10を備える水晶基板100が完成する。なおこの時、アライメントマークm1、m2を転写した部分は、アライメントマーク痕100aとして水晶基板100上に残る。図8(d)は図6(a)におけるA−A断面を示している。   Finally, as shown in FIG. 8D, the mask layer 201 and the mask layer 202 are removed, and the quartz substrate 100 including the quartz piece 10 having a predetermined outer shape is completed. At this time, the portions where the alignment marks m1 and m2 are transferred remain on the quartz substrate 100 as the alignment mark marks 100a. FIG. 8D shows an AA cross section in FIG.

水晶片形成工程としては、この他に、水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層と他方の平面側に配置した露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている(例えば特許文献1参照)。   In addition to this, a patterning method for aligning a mask layer patterned on one plane of a quartz substrate and an exposure mask arranged on the other plane side is also proposed as a crystal piece forming step (see, for example, Patent Document 1). ).

図9は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。図10は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。   FIG. 9 is a diagram showing the first half of a conventional patterning method for aligning a mask layer on one plane and an exposure mask on the other plane. FIG. 10 is a diagram showing the latter half of the conventional patterning method for aligning the mask layer on one plane and the exposure mask on the other plane.

このパターニング方法によれば、まず図9(a)に示すように、水晶基板110の一方の平面の全面にマスク層211を形成し、水晶基板110の他方の平面には部分的にマスク層213を形成する。さらに、マスク層211上にはレジスト層311を形成する。   According to this patterning method, first, as shown in FIG. 9A, the mask layer 211 is formed on the entire surface of one plane of the quartz substrate 110, and the mask layer 213 is partially formed on the other plane of the quartz substrate 110. Form. Further, a resist layer 311 is formed on the mask layer 211.

次に、図9(b)に示すように、露光マスク410を介してレジスト層311に紫外光(UV60)を照射し、レジスト層311の露光を行う。なおマスク410にはアライメントマークm1が描画されており、本工程によって、アライメントマークm1のパターンも他のパターンと一緒に露光される。   Next, as illustrated in FIG. 9B, the resist layer 311 is irradiated with ultraviolet light (UV60) through the exposure mask 410 to expose the resist layer 311. Note that an alignment mark m1 is drawn on the mask 410, and the pattern of the alignment mark m1 is exposed together with other patterns by this process.

次に、図9(c)に示すように、レジスト311を現像して、露光マスク410を転写した形状でパターン化されたレジスト層301を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, the resist 311 is developed to form a resist layer 301 patterned in a shape to which the exposure mask 410 is transferred.

その後、レジスト層301をマスクとして使用し、マスク層211をエッチングして、
所定の形状でパターン化されたマスク層201を形成する。さらに、レジスト層301を剥離することによって、図9(d)に示すような、水晶基板110の一方の平面にパターン化されたマスク層201が形成され、他方の平面にまだパターニングされていないマスク層213が形成された状態に至る。なお本工程で、マスク層201には、露光マスク
410に描画されたアライメントマークm1を転写したアライメントマークM1が形成されることとなる。
Then, using the resist layer 301 as a mask, the mask layer 211 is etched,
A mask layer 201 patterned in a predetermined shape is formed. Further, by removing the resist layer 301, a mask layer 201 patterned on one plane of the quartz crystal substrate 110 as shown in FIG. 9D is formed, and a mask that has not yet been patterned on the other plane. The state in which the layer 213 is formed is reached. In this step, an alignment mark M1 obtained by transferring the alignment mark m1 drawn on the exposure mask 410 is formed on the mask layer 201.

さらにその後、図10に示すように、マスク層213が形成されている面側にレジスト層312を形成し、そのレジスト層312に露光マスク420を介して紫外光(UV60)を照射し、レジスト層312の露光を行う。   Then, as shown in FIG. 10, a resist layer 312 is formed on the surface side where the mask layer 213 is formed, and the resist layer 312 is irradiated with ultraviolet light (UV60) through an exposure mask 420 to form a resist layer. The exposure of 312 is performed.

従来のこの方法では、本工程において、マスク層201に形成されるアライメントマークM1と露光マスク420に描画されるアライメントマークm2を、一方の面側に配置したカメラ70を通して視認しながら位置合わせして露光するのが特徴である。カメラ70を一台しか使用しないので、簡略で安価な装置構成にすることができると言う利点がある。なお、レジスト層312は透明材料もしくは半透明材料であるので、レジスト層312を介してアライメントマークm2を視認することは可能である。   In this conventional method, in this step, the alignment mark M1 formed on the mask layer 201 and the alignment mark m2 drawn on the exposure mask 420 are aligned while being visually recognized through the camera 70 disposed on one surface side. It is characterized by exposure. Since only one camera 70 is used, there is an advantage that a simple and inexpensive apparatus configuration can be obtained. Since the resist layer 312 is a transparent material or a semi-transparent material, the alignment mark m2 can be visually recognized through the resist layer 312.

さらに、露光マスクのアライメントマークの位置を、水晶基板の外形よりも外側に配置させて、2枚の露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている(例えば特許文献2参照)。   Further, a patterning method has been proposed in which the alignment marks of the exposure mask are arranged outside the outer shape of the quartz substrate to align the two exposure masks (see, for example, Patent Document 2).

図11は従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。   FIG. 11 is a diagram showing a patterning method in which the position of the alignment mark of a conventional exposure mask is positioned outside the outer shape of the quartz substrate for alignment.

このパターニング方法では、図11に示すように、水晶基板110はマスクよりも小さく形成されており、そのため、露光マスク410に描画されているアライメントマークm1、露光マスク420に描画されているアライメントマークm2は、水晶基板110の外形よりも外側に位置している。   In this patterning method, as shown in FIG. 11, the quartz substrate 110 is formed smaller than the mask. Therefore, the alignment mark m1 drawn on the exposure mask 410 and the alignment mark m2 drawn on the exposure mask 420 are formed. Is located outside the outer shape of the quartz substrate 110.

両面にマスク層211、212及びレジスト層311、312が形成された水晶基板110を挟み込むようにして露光マスク410、420を配置すると、通常の場合、不透明なマスク層211、212があるため、露光マスク410側からは露光マスク420は視認できず、同様に露光マスク420側からは露光マスク410は視認できない。   When the exposure masks 410 and 420 are disposed so as to sandwich the quartz crystal substrate 110 on which the mask layers 211 and 212 and the resist layers 311 and 312 are formed on both surfaces, the exposure masks 211 and 212 are usually opaque. The exposure mask 420 cannot be viewed from the mask 410 side, and similarly, the exposure mask 410 cannot be viewed from the exposure mask 420 side.

しかしながら、図11の場合、アライメントマークm1とm2の間には何も存在しないので、カメラ70で露光マスク410側から覗けば、露光マスク410の奥にある露光マスク420のアライメントマークm2を視認することが可能である。これにより本露光方法では、一台のカメラ70でアライメントマークm1とm2を位置合わせしながら、且つ水晶基板110の両面をUV60で同時に露光することが可能となる。   However, in the case of FIG. 11, nothing exists between the alignment marks m1 and m2. Therefore, when viewed from the exposure mask 410 side with the camera 70, the alignment mark m2 of the exposure mask 420 behind the exposure mask 410 is visually recognized. It is possible. As a result, in this exposure method, it is possible to simultaneously expose both surfaces of the quartz substrate 110 with the UV 60 while aligning the alignment marks m1 and m2 with one camera 70.

特開平9−43860号公報(第2頁、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 9-43860 (second page, FIG. 2) 特開2004−7198号公報(第8頁、図1)JP 2004-7198 A (page 8, FIG. 1)

従来の二台のカメラ70の画像を通して位置合わせを行う露光方法(図7(b))の場合、各々のカメラ70の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレが、位置合わせ精度に悪影響を及ぼし、安定して高い精度で位置合わせすることは難しかった。その位置合わせ精度は、最大の場合、数μmの位置ずれを生じさせることもあった。   In the case of the conventional exposure method (FIG. 7B) in which alignment is performed through the images of the two cameras 70, the difference in magnification, light quantity, lens aberration, and optical axis deviation of each camera 70 results in alignment accuracy. It had an adverse effect and it was difficult to achieve stable and accurate alignment. In the case of the maximum alignment accuracy, a positional deviation of several μm may occur.

そのため、図8(b)に示すように水晶基板110の一方の平面に形成されたマスク層
201と他方の平面に形成されたマスク層202は位置ずれを起こした状態で形成されることが多く、その結果エッチングされてできた水晶基板100は、図8(d)に示すように、断面が上下非対称のいびつな形状にできあがってしまう。
Therefore, as shown in FIG. 8B, the mask layer 201 formed on one plane of the quartz substrate 110 and the mask layer 202 formed on the other plane are often formed in a misaligned state. As a result, as shown in FIG. 8D, the quartz substrate 100 that has been etched is formed into an irregular shape whose cross section is asymmetrical in the vertical direction.

このようないびつな断面形状を有する水晶基板100から切り出された水晶片10は、設計通りには振動しない。よって、この水晶片10を用いて製造された水晶振動子も、当然のごとく設計通りの発振周波数にはならない。その結果、従来の水晶振動子は振動特性の信頼性が低かった。   The quartz crystal piece 10 cut out from the quartz substrate 100 having such an irregular cross-sectional shape does not vibrate as designed. Therefore, the crystal resonator manufactured using the crystal piece 10 does not have the designed oscillation frequency as a matter of course. As a result, the conventional crystal resonator has low reliability in vibration characteristics.

水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層201と他方の平面側に配置した露光マスク420を位置合わせする露光方法(図10)や、露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせする露光方法(図11)の場合、カメラ70は一台だけしか使用しないので、上述のようなカメラ70の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレによる悪影響を無くすことができる。   An exposure method (FIG. 10) for aligning the mask layer 201 patterned on one plane of the quartz substrate and the exposure mask 420 arranged on the other plane side, or aligning the alignment marks on the exposure mask with respect to the outer shape of the quartz substrate In the case of the exposure method (FIG. 11) in which the alignment is performed by placing the lens outside, only one camera 70 is used. Therefore, the adverse effects of the difference in magnification, light quantity, lens aberration, and optical axis deviation of the camera 70 as described above. Can be eliminated.

但し、図10に示すマスク層201に形成されたアライメントマークM1と露光マスク420上のアライメントマークm2の間隔、さらに図11に示す露光マスク410上のアライメントマークm1と露光マスク420上のアライメントマークm2の間隔は、少なくとも水晶基板110の厚み以上の距離で離れているので、それぞれのアライメントマークを位置合わせするには、同時に2つのアライメントマークを視認することが可能な焦点深度の深いカメラ70を使用する必要がある。   However, the distance between the alignment mark M1 formed on the mask layer 201 shown in FIG. 10 and the alignment mark m2 on the exposure mask 420, and the alignment mark m1 on the exposure mask 410 and the alignment mark m2 on the exposure mask 420 shown in FIG. Is at least a distance greater than or equal to the thickness of the quartz substrate 110. Therefore, in order to align each alignment mark, a camera 70 having a deep focal depth capable of simultaneously viewing the two alignment marks is used. There is a need to.

しかしながら、通常、焦点深度が深くなればなるほど、カメラ70の倍率を高くすることは難く、そのため従来は、水晶基板110の厚みが厚くなればなるほど、低倍率のカメラ70を用いらざるを得なかった。よって、これら露光方法を用いても高い精度で位置合わせを行うことは難しかった。   However, it is usually difficult to increase the magnification of the camera 70 as the depth of focus becomes deeper. For this reason, conventionally, as the thickness of the quartz substrate 110 increases, the camera 70 having a lower magnification must be used. It was. Therefore, it is difficult to perform alignment with high accuracy even using these exposure methods.

その結果、図10、図11に示すこれら露光方法を用いても、図8(d)に示すような断面がいびつな形状の水晶片10ができあがってしまうことは多々あり、高い信頼性を有する水晶振動子を製造するには至らなかった。   As a result, even if these exposure methods shown in FIGS. 10 and 11 are used, there are many cases where a crystal piece 10 having an irregular cross section as shown in FIG. The crystal oscillator could not be manufactured.

本発明の目的は、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a highly reliable crystal resonator having stable vibration characteristics with little variation in oscillation frequency.

上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、このアライメントマークは、水晶基板の一方の平面から水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention includes a step of forming a predetermined pattern on both front and back surfaces of a crystal substrate by a photolithography method, and an alignment used for aligning the predetermined pattern. In the method for manufacturing a crystal resonator having a step of forming a mark, the alignment mark is a laser beam irradiated in an optical path from one plane of the crystal substrate to the other plane facing through the inside of the crystal substrate. It is formed by the processing used.

さらに、レーザー光は、水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度をなす光路で照射されるのが望ましい。   Further, it is desirable that the laser light is irradiated with an optical path that forms an angle substantially perpendicular to the plane of the quartz substrate.

さらに、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。   Furthermore, a mask layer made of a material that absorbs laser light and that is resistant to etching of the quartz substrate is formed on both sides of the quartz substrate, and this mask layer is processed to form alignment marks. Is desirable.

さらには、レーザー光がフェムト秒レーザーであるのが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the laser light is a femtosecond laser.

また、水晶基板が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。   Further, it is desirable that the quartz substrate is processed to form an alignment mark.

(作用)
本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターン、例えば水晶片の外形パターン、水晶振動子に形成される溝パターン、水晶振動子の電極パターン等、を形成する工程を有する水晶振動子の製造方法に関している。
(Function)
The method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention includes a predetermined pattern on both the front and back surfaces of a crystal substrate by a photolithography method, for example, an outer shape pattern of a crystal piece, a groove pattern formed in the crystal resonator, an electrode pattern of the crystal resonator, and the like. The present invention relates to a method for manufacturing a quartz crystal resonator having a step of forming.

これらパターンによって、水晶片の外形形状、水晶振動子に形成される溝形状と位置、水晶振動子の電極形状と位置等が決定される。特に水晶片の外形パターンは、水晶振動子の振動特性に大きく影響することが一般に知られている。以上の理由から、これらパターンの加工精度は、水晶振動子の特性を安定化させる上で、非常に重要である。   These patterns determine the outer shape of the crystal piece, the shape and position of the groove formed in the crystal resonator, the electrode shape and position of the crystal resonator, and the like. In particular, it is generally known that the external pattern of a crystal piece greatly affects the vibration characteristics of a crystal resonator. For the above reasons, the processing accuracy of these patterns is very important in stabilizing the characteristics of the crystal resonator.

通常、例えば水晶基板の表裏両面に外形パターンを形成する場合、一方の平面(表面)の外形パターンと他方の平面(裏面)の外形パターンを、基準となるアライメントマークを用いて位置合わせする。よってこの基準となるアライメントマークをいかに精度良く形成するかが非常に重要となる。   Usually, for example, when forming an external pattern on both the front and back sides of a quartz substrate, the external pattern on one plane (front surface) and the external pattern on the other plane (back surface) are aligned using a reference alignment mark. Therefore, it is very important how to accurately form the alignment mark as a reference.

本発明では、この基準となるアライメントマークを、レーザー光を用いた加工によって形成する。レーザー光を用いた加工は、一般にレーザーアブレーション加工法と呼ばれ、非常に小さいビーム径で絞られたレーザー光で素材を加工する方法である。よってこの加工法によれば、非常に微細な形状で加工することができるため、高精細で精度の良いアライメントマークを形成することが可能である。   In the present invention, the reference alignment mark is formed by processing using laser light. Processing using a laser beam is generally called a laser ablation processing method, and is a method of processing a material with a laser beam focused with a very small beam diameter. Therefore, according to this processing method, it is possible to process with a very fine shape, and therefore it is possible to form an alignment mark with high definition and high accuracy.

また本発明では、レーザー光は水晶基板の一方の平面から水晶基板内を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射される。アライメントマークはこの光路上でレーザー加工が行われることで形成される。よってレーザー光の光路の位置や角度が明確にわかれば、水晶基板の表裏面に形成されるアライメントマークの位置を正確に特定することができるのである。   In the present invention, the laser light is irradiated from the one plane of the quartz substrate through the quartz substrate to the other opposing plane. The alignment mark is formed by laser processing on this optical path. Therefore, if the position and angle of the optical path of the laser beam are clearly known, the position of the alignment mark formed on the front and back surfaces of the quartz substrate can be accurately specified.

特に、この光路が水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度になるようにしてレーザー光を照射すれば、表裏両面の同じ位置にアライメントマークを形成することが可能となる。   In particular, if laser light is applied so that the optical path is at an angle substantially perpendicular to the plane of the quartz substrate, alignment marks can be formed at the same position on both the front and back surfaces.

なお、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、ナノメートルレベルの加工が可能となり、より高精細で、且つより精度の高いアライメントマークを形成することができる。   By using a femtosecond laser as the laser beam, processing at the nanometer level is possible, and an alignment mark with higher definition and higher accuracy can be formed.

また本発明では、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層を形成する。一般にレーザー光を吸収する材料はレーザー加工が可能とされているので、マスク層にレーザー光でアライメントマークを形成することが可能である。また、このアライメントマークが形成されたマスク層は、水晶基板のエッチングに耐性を有しているので、このマスク層をマスクとして利用し、水晶基板をエッチングすることも可能である。このように本発明のマスク層は、位置合わせ工程にも水晶基板のエッチング工程にも利用できると言う利点を有する。   In the present invention, mask layers made of a material that absorbs laser light and has resistance to etching of the quartz substrate are formed on both the front and back surfaces of the quartz substrate. In general, since a material that absorbs laser light can be processed by laser, an alignment mark can be formed on the mask layer with the laser light. Further, since the mask layer on which the alignment mark is formed has resistance to etching of the quartz substrate, the quartz substrate can be etched using this mask layer as a mask. Thus, the mask layer of the present invention has an advantage that it can be used for both the alignment process and the etching process of the quartz substrate.

また、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、通常、レーザー光では加工することができない水晶基板自体を加工することができる。よって水晶基板にアライメントマークを形成することも可能である。水晶基板自体にアライメントマークが形成されていれば、水晶振動子の外形加工以外にも、溝形成工程や電極形成工程などすべての工程に同
一のアライメントマークを利用でき、水晶振動子の加工精度がより向上する。
In addition, by using a femtosecond laser as the laser light, it is possible to process the quartz substrate itself that cannot be processed with the laser light. Therefore, it is also possible to form alignment marks on the quartz substrate. If the alignment mark is formed on the quartz substrate itself, the same alignment mark can be used for all processes such as the groove forming process and the electrode forming process in addition to the external processing of the crystal oscillator. More improved.

本発明によれば、高精細で高精度のアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを基準に水晶振動子の加工を行うため、寸法精度が良好な水晶振動子を製造することができ、その結果、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することが可能である。   According to the present invention, since a high-definition and high-precision alignment mark is formed and the crystal unit is processed based on the alignment mark, a crystal unit with good dimensional accuracy can be manufactured. It is possible to provide a highly reliable crystal resonator having stable vibration characteristics with little variation in oscillation frequency.

(第1の実施形態)
水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、図6に示すように、水晶基板100に所望の形状の水晶片10を形成する水晶片形成工程(図6(a))、水晶基板100から切り出した水晶片10上に、水晶片10を発振させるための電極20を形成する電極形成工程(図6(b))、電極20が形成された水晶片10をパッケージ30に実装し、さらに蓋部材40によって水晶片10を密閉するパッケージング工程(図6(c))によって製造される。
(First embodiment)
As shown in FIG. 6, the crystal resonator used in the crystal oscillator or the gyro sensor includes a crystal piece forming step (FIG. 6A) for forming a crystal piece 10 having a desired shape on the crystal substrate 100. An electrode forming step (FIG. 6B) for forming an electrode 20 for oscillating the crystal piece 10 on the crystal piece 10 cut out from FIG. 6, mounting the crystal piece 10 on which the electrode 20 is formed in a package 30, It is manufactured by a packaging process (FIG. 6C) in which the crystal piece 10 is sealed by the lid member 40.

こうした製造工程の中で、特に図6(a)に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片10の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。   Among these manufacturing processes, the crystal piece forming process shown in FIG. 6A is a process for forming the outer shape of the crystal piece 10 that greatly affects the vibration characteristics of the crystal resonator, and is a very important process. It is.

本発明による水晶振動子の製造方法は、この水晶片形成工程において、水晶片10を微細に且つ高精度に形成することを特徴としている。   The crystal resonator manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in this crystal piece forming step, the crystal piece 10 is formed finely and with high precision.

図1は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。図2は本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。図3は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。   FIG. 1 is a diagram showing a process of forming an alignment mark on a mask layer in the method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention. FIG. 2 is a view showing an exposure process in the method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention. FIG. 3 is a diagram showing steps after the development step of the mask layer in the method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention.

以下に本発明の水晶振動子の製造方法を説明する。まず、水晶基板110の両面にレーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板110のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層211、212を形成する。本実施形態では、表面がポリッシング加工された板厚が160μmの水晶基板110の両面に、スパッタリング法によって、下層が厚さ0.03μmのクロム(Cr)膜、上層が厚さ0.1μmの金(Au)膜からなる積層構造のマスク層211、212を成膜した。   Hereinafter, a method for producing a crystal resonator according to the present invention will be described. First, mask layers 211 and 212 made of a material that absorbs laser light and has resistance to etching of the quartz substrate 110 are formed on both surfaces of the quartz substrate 110. In this embodiment, a chromium (Cr) film having a lower layer of 0.03 μm and a gold layer having a thickness of 0.1 μm are formed on both surfaces of a quartz substrate 110 having a polished surface of 160 μm by sputtering. Mask layers 211 and 212 having a laminated structure made of (Au) films were formed.

次に図1(a)に示すように、マスク層211、212が形成された水晶基板110の一方の平面側からマスク層211に向けて、水晶基板110の平面に対してほぼ垂直な角度で、レーザー光50を照射する。なお、本実施形態ではレーザー光50として炭酸ガス(CO2)レーザーを使った。   Next, as shown in FIG. 1A, an angle substantially perpendicular to the plane of the crystal substrate 110 is directed from one plane side of the crystal substrate 110 on which the mask layers 211 and 212 are formed toward the mask layer 211. The laser beam 50 is irradiated. In the present embodiment, a carbon dioxide (CO 2) laser is used as the laser beam 50.

すると、レーザー光50を吸収するAuとCrからなるマスク層211は、レーザー光50によって加工され、その結果、貫通穴を有するマスク層221が形成されることとなる(図1(b))。   Then, the mask layer 211 made of Au and Cr that absorbs the laser beam 50 is processed by the laser beam 50, and as a result, a mask layer 221 having a through hole is formed (FIG. 1B).

さらに、レーザー光50を照射し続けると、図1(b)に示すように、レーザー光50は、マスク層221にあけられた貫通穴を通過して、反対側の平面にあるマスク層212に届く。その結果、レーザー光50を吸収するAuとCrからなるマスク層212は、レーザー光50によって加工され、水晶基板110の反対側の平面にも、貫通穴を有するマスク層222が形成されることとなる(図1(c))。   Further, when the laser beam 50 is continuously irradiated, as shown in FIG. 1B, the laser beam 50 passes through the through hole formed in the mask layer 221 and reaches the mask layer 212 on the opposite plane. reach. As a result, the mask layer 212 made of Au and Cr that absorbs the laser beam 50 is processed by the laser beam 50, and a mask layer 222 having a through hole is formed on the opposite surface of the quartz substrate 110. (FIG. 1 (c)).

本実施形態に示す本発明の水晶振動子の製造方法では、このマスク層221、222にあけられた貫通穴をアライメントマークM1、M2として利用するのが特徴である。このようにレーザー光50によって加工されてできたマスク層221、222の貫通穴は、いずれも数ミクロン程度の大きさで、非常に微細なパターンであるので、アライメントマークM1、M2として利用するのに非常に適している。   The method for manufacturing a crystal resonator according to the present embodiment shown in the present embodiment is characterized in that the through holes formed in the mask layers 221 and 222 are used as the alignment marks M1 and M2. The through holes of the mask layers 221 and 222 formed by the laser beam 50 in this way are both about a few microns in size and very fine patterns, so that they are used as alignment marks M1 and M2. Very suitable for.

このアライメントマークM1、M2はレーザー光50によって加工されてできるため、どちらもレーザー光50の光路上に必ず存在するものである。よって、このアライメントマークM1とM2の位置関係は、レーザー光の光路の位置や角度がわかれば、正確に特定することが可能である。アライメントマークM1とM2の位置関係を正確に特定できていれば、その位置関係を考慮して位置合わせすればよく、精度の高い位置合わせが可能である。   Since these alignment marks M1 and M2 are processed by the laser beam 50, both are necessarily present on the optical path of the laser beam 50. Therefore, the positional relationship between the alignment marks M1 and M2 can be accurately specified if the position and angle of the optical path of the laser beam are known. If the positional relationship between the alignment marks M1 and M2 can be accurately specified, the alignment may be performed in consideration of the positional relationship, and highly accurate alignment is possible.

なお本実施形態では、上述のように、本実施形態ではレーザー光50を水晶基板110の平面に対してほぼ垂直な角度で照射している。よってレーザー光50の光路は水晶基板110の平面に対して垂直な角度をなしている。   In this embodiment, as described above, in this embodiment, the laser beam 50 is irradiated at an angle substantially perpendicular to the plane of the quartz substrate 110. Therefore, the optical path of the laser beam 50 forms an angle perpendicular to the plane of the quartz substrate 110.

よって水晶基板110の平面に対して垂直な角度をなす光路上にある本実施形態のアライメントマークM1、M2は、水晶基板110の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークM1、M2を基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。   Therefore, the alignment marks M1 and M2 of the present embodiment on the optical path that forms an angle perpendicular to the plane of the quartz substrate 110 are formed at the same positions on both the front and back surfaces of the quartz substrate 110. Therefore, if the alignment is performed with reference to the alignment marks M1 and M2, the front and back patterns can be accurately aligned.

なお、本実施形態ではレーザー光50の光路を水晶基板110に対してほぼ垂直な角度に設定したと上述したが、ほぼ垂直な角度とは、水晶基板110に対して90°±1°程度の角度である。本実施形態の水晶基板の板厚が160μmであることを考慮すると、これ以上の角度で光路が傾いてしまうと、アライメントM1、M2の位置ずれが数μm以上になってしまい、従来行われていた製造方法における位置ずれと同等もしくはそれ以上になってしまうからである。   In the present embodiment, the optical path of the laser beam 50 is described as being set at an angle substantially perpendicular to the quartz substrate 110. However, the substantially perpendicular angle is about 90 ° ± 1 ° with respect to the quartz substrate 110. Is an angle. Considering that the thickness of the quartz substrate of the present embodiment is 160 μm, if the optical path is tilted at an angle larger than this, the misalignment of the alignments M1 and M2 becomes several μm or more, which is conventionally performed. This is because the positional deviation in the manufacturing method is equal to or more than that.

よって本発明の効果、すなわちアライメントマークM1、M2の位置ずれが少ないという効果を得るには、レーザー光50の光路を水晶基板110に対して90°±1°程度の角度にするのが望ましい。   Therefore, in order to obtain the effect of the present invention, that is, the effect that the alignment marks M1 and M2 are less misaligned, it is desirable that the optical path of the laser light 50 be set at an angle of about 90 ° ± 1 ° with respect to the quartz substrate 110.

次に、このようにして形成されたアライメントマークM1、M2を用いて、フォトリソグラフィー工程を行う。まず、図2(a)に示すように、マスク層221、222が形成された水晶基板110の両面に感光性材料からなるレジスト層311、312を形成し、アライメントマークM1が形成されたマスク層221に対向するようにして露光マスク410を配置し、紫外線(UV60)でレジスト層311を露光する。なお本実施形態では、露光された部分が除去されるポジ型レジストを、レジスト層311、312として使用した。また本実施形態では、マスク層221、222にUV60を透過しないAuとCrの積層膜を用いているので、反対側の平面に形成されているレジスト層312を露光してしまう危険性はまったくない。   Next, a photolithography process is performed using the alignment marks M1 and M2 thus formed. First, as shown in FIG. 2A, resist layers 311 and 312 made of a photosensitive material are formed on both surfaces of a quartz substrate 110 on which mask layers 221 and 222 are formed, and a mask layer on which an alignment mark M1 is formed. An exposure mask 410 is arranged so as to oppose 221 and the resist layer 311 is exposed with ultraviolet rays (UV60). In this embodiment, a positive resist from which exposed portions are removed is used as the resist layers 311 and 312. In this embodiment, since the mask layers 221 and 222 are made of a laminated film of Au and Cr that does not transmit UV60, there is no risk of exposing the resist layer 312 formed on the opposite plane. .

なお本実施形態で用いる露光マスク410には、位置合わせをするためのアライメントマークm1と水晶片10の片面側の外形形状が描画されており、本工程では、カメラ70で視認しながら、この露光マスク410に描画されたアライメントマークm1を、水晶基板110上に形成されたアライメントマークM1と位置合わせして露光を行う。   The exposure mask 410 used in the present embodiment is drawn with an alignment mark m1 for alignment and an outer shape on one side of the crystal piece 10, and this exposure is performed while visually recognizing with the camera 70 in this step. The alignment mark m1 drawn on the mask 410 is aligned with the alignment mark M1 formed on the quartz substrate 110 for exposure.

なおこの時、アライメントマークm1とアライメントマークM1の間隔は近ければ近い
ほど、焦点深度が浅く高倍率のカメラ70を使用することができ、その結果、精度の高い位置合わせが可能となる。特に、露光マスク410をレジスト層311と密着させて露光する方式(一般にコンタクト露光方式と称する。)を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークm1とアライメントマークM1を位置合わせすることも可能である。本発明では、このように位置合わせ精度の高いコンタクト露光方式を利用できる点も利点の一つである。
At this time, the closer the distance between the alignment mark m1 and the alignment mark M1, the shallower the depth of focus, the higher magnification the camera 70 can be used. As a result, highly accurate alignment is possible. In particular, if exposure is performed with the exposure mask 410 in close contact with the resist layer 311 (generally referred to as contact exposure), the alignment mark m1 and the alignment mark M1 can be aligned with very high accuracy. . In the present invention, it is one of the advantages that a contact exposure method with high alignment accuracy can be used.

次に、図2(b)に示すように、アライメントマークM2が形成されたマスク層222に対向するようにして露光マスク420を配置し、紫外線(UV60)でレジスト層312を露光する。本工程においても、UV60はAuとCrの積層膜からなるマスク層221、222によって遮光されるため、反対側の平面に形成されているレジスト層311を露光してしまう危険性はまったくない。   Next, as shown in FIG. 2B, an exposure mask 420 is disposed so as to face the mask layer 222 on which the alignment mark M2 is formed, and the resist layer 312 is exposed with ultraviolet rays (UV60). Also in this step, since UV 60 is shielded by the mask layers 221 and 222 made of a laminated film of Au and Cr, there is no risk of exposing the resist layer 311 formed on the opposite plane.

なお本実施形態で用いる露光マスク420には、位置合わせをするためのアライメントマークm2と、水晶片10の片面側の外形形状が描画されている。そこで本工程では、カメラ70で視認しながら、この露光マスク420に描画されたアライメントマークm2を、水晶基板110上に形成されたアライメントマークM2と位置合わせして露光を行う。   The exposure mask 420 used in the present embodiment is drawn with an alignment mark m2 for alignment and an outer shape on one side of the crystal piece 10. Therefore, in this step, exposure is performed by aligning the alignment mark m2 drawn on the exposure mask 420 with the alignment mark M2 formed on the quartz substrate 110 while visually recognizing with the camera 70.

この時、図2(a)に示す工程と同様に、アライメントマークm2とアライメントマークM2の間隔は近ければ近いほど精度の高い位置合わせが可能である。よって露光マスク420をレジスト層312と密着させて露光する方式(コンタクト露光方式)を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークm2とアライメントマークM2を位置合わせすることが可能である。   At this time, as in the process shown in FIG. 2A, the closer the distance between the alignment mark m2 and the alignment mark M2, the closer the alignment can be made. Therefore, if a method (contact exposure method) in which the exposure mask 420 is brought into close contact with the resist layer 312 is used, the alignment mark m2 and the alignment mark M2 can be aligned with very high accuracy.

以上のようにして、本発明では、露光マスク410のアライメントマークm1と水晶基板110上のアライメントマークM1、さらに露光マスク420のアライメントマークm2と水晶基板110上のアライメントマークM2を非常に高い精度で位置合わせしている。さらに本発明では、基準となるアライメントマークM1とアライメントマークM2が、図1に示す工程によって、位置ずれなく形成されているので、結果として本実施形態では、露光マスク410のアライメントマークm1と露光マスク420のアライメントマークm2が非常に高い精度で位置合わせされることとなる。   As described above, according to the present invention, the alignment mark m1 of the exposure mask 410 and the alignment mark M1 on the quartz substrate 110, and further the alignment mark m2 of the exposure mask 420 and the alignment mark M2 on the quartz substrate 110 are very highly accurate. It is aligned. Furthermore, in the present invention, the reference alignment mark M1 and alignment mark M2 are formed without misalignment by the process shown in FIG. 1, and as a result, in this embodiment, the alignment mark m1 and the exposure mask of the exposure mask 410 are formed. The alignment mark m2 420 is aligned with very high accuracy.

なお本実施形態では、図2(a)に示す露光マスク410による一方の平面の露光と、図2(b)に示す露光マスク420による他方の平面の露光を、別々の工程として行ったが、2台のカメラ70を用いて、同時に両面の位置合わせを行い、同時に両面を露光してもかまわない。同時に両面を位置合わせする場合であっても、位置合わせは、アライメントマークm1とアライメントマークM1の組み合わせ、アライメントマークm2とアライメントマークM2の組み合わせでそれぞれ行われるので、位置合わせ精度は良好なままである。   In this embodiment, the exposure of one plane by the exposure mask 410 shown in FIG. 2A and the exposure of the other plane by the exposure mask 420 shown in FIG. 2B are performed as separate steps. The two cameras 70 may be used to align both sides at the same time and expose both sides at the same time. Even when both surfaces are aligned at the same time, the alignment is performed with a combination of the alignment mark m1 and the alignment mark M1, and a combination of the alignment mark m2 and the alignment mark M2, so that the alignment accuracy remains good. .

次に本実施形態では、図3(a)に示すように、露光されたレジスト層311、312を現像し、水晶片10の外形形状がパターン化されたレジスト層301、302を形成する。なお、後述する図3(e)は図6(a)におけるA−A断面を示している。   Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the exposed resist layers 311 and 312 are developed to form resist layers 301 and 302 in which the outer shape of the crystal piece 10 is patterned. In addition, FIG.3 (e) mentioned later has shown the AA cross section in Fig.6 (a).

さらに、図3(b)に示すように、レジスト層301、302をマスクとして利用してマスク層221、222をエッチングし、水晶片10の外形形状がパターン化されたマスク層201、202を形成する。   Further, as shown in FIG. 3B, the mask layers 221 and 222 are etched using the resist layers 301 and 302 as a mask to form mask layers 201 and 202 in which the outer shape of the crystal piece 10 is patterned. To do.

さらに、図3(c)に示すように、レジスト層301、302を剥離液等によって除去すると、水晶基板110の両面にパターン化されたマスク層201、202が形成された
状態に至る。
Further, as shown in FIG. 3C, when the resist layers 301 and 302 are removed with a stripping solution or the like, the mask layers 201 and 202 patterned on both surfaces of the quartz substrate 110 are formed.

その後、図3(d)に示すように、マスク層201、202をマスクとして利用し、水晶基板110をフッ酸等のエッチング液でエッチングし、マスク層201、202のパターンで貫通した水晶基板100を形成する。なお本実施形態では、マスク層201、202としてエッチング液であるフッ酸に対して耐食性を有するAu膜を利用しているので、水晶基板110のエッチング工程中にマスク層201、202のパターンが崩れることはなかった。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, the quartz crystal substrate 100 is etched through the pattern of the mask layers 201 and 202 by using the mask layers 201 and 202 as a mask and etching the quartz substrate 110 with an etching solution such as hydrofluoric acid. Form. In the present embodiment, since the Au layer having corrosion resistance against the hydrofluoric acid that is the etching solution is used as the mask layers 201 and 202, the pattern of the mask layers 201 and 202 is broken during the etching process of the quartz substrate 110. It never happened.

最後に、図3(e)に示すように、マスク層201、202を除去し、水晶片10が形成された水晶基板100が完成する。このようにしてできあがった水晶基板100に形成される水晶片10は、非常に精度良く位置合わせされたマスク層201、202によって形成されたものであるので、従来の図8(d)に示すような、断面が上下非対称のいびつな形状にはならず、上下対称で設計通りの断面形状になっている。   Finally, as shown in FIG. 3E, the mask layers 201 and 202 are removed, and the quartz substrate 100 on which the quartz piece 10 is formed is completed. The quartz crystal piece 10 formed on the quartz crystal substrate 100 thus formed is formed by the mask layers 201 and 202 aligned with very high accuracy, and as shown in FIG. However, the cross section is not an irregular shape with asymmetrical top and bottom, and the cross sectional shape as designed is symmetrical with respect to the top and bottom.

なお、この時できあがった水晶基板100の元々アライメントマークM1、M2があった場所には、エッチングによって形成されたアライメントマーク痕100aが痕跡として残るが、水晶片10とは異なる場所にあるので、水晶片10を使って製造される水晶振動子の特性に悪影響を及ぼすことはない。   The alignment mark mark 100a formed by etching remains in the place where the alignment marks M1 and M2 were originally formed on the quartz substrate 100 completed at this time. It does not adversely affect the characteristics of the crystal resonator manufactured using the piece 10.

以上のようにして、形成された水晶基板100は、図6に示す通常の工程、すなわち、水晶基板100から切り出した水晶片10上に水晶片10を発振させるための電極20を形成する電極形成工程(図6(b))、電極20が形成された水晶片10をパッケージ30に実装し、さらに蓋部材40によって水晶片10を密閉するパッケージング工程(図6(c))を経て、水晶振動子として完成に至る。   The quartz substrate 100 formed as described above is subjected to the normal process shown in FIG. 6, that is, electrode formation for forming the electrode 20 for oscillating the quartz piece 10 on the quartz piece 10 cut out from the quartz substrate 100. After the process (FIG. 6B), the crystal piece 10 on which the electrode 20 is formed is mounted on the package 30, and the crystal piece 10 is sealed by the lid member 40 (FIG. 6C), Completed as a vibrator.

このようにして製造された本発明の水晶振動子は、上下対称な設計通りの断面形状を有する水晶片10を用いているので、設計通りの良好な振動特性を得ることができる。   Since the crystal resonator 10 of the present invention manufactured in this way uses the crystal piece 10 having a cross-sectional shape as designed symmetrically in the vertical direction, it is possible to obtain good vibration characteristics as designed.

さらに本発明の製造方法によれば、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片10を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。   Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, since the crystal piece 10 with high dimensional accuracy and little dimensional variation can be formed, a highly reliable crystal resonator having a stable oscillation frequency can be obtained.

(第2の実施形態)
図4は本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。第2の実施形態では、水晶基板110自身に微細で高精度のアライメントマークM1a、M1bを形成した。以下にその方法を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a view showing a process of forming alignment marks on a quartz substrate in the method for producing a quartz resonator according to the present invention. In the second embodiment, fine and highly accurate alignment marks M1a and M1b are formed on the quartz substrate 110 itself. The method is shown below.

まず図4(a)に示すように、両面をポリッシング加工した水晶基板110を用意し、水晶基板110の表面Fから裏面Bに向けて、水晶基板110の平面に対してほぼ垂直な角度で、フェムト秒レーザー光55を照射する。   First, as shown in FIG. 4 (a), a quartz substrate 110 having both surfaces polished is prepared, and from the front surface F to the back surface B of the quartz substrate 110, at an angle substantially perpendicular to the plane of the quartz substrate 110, A femtosecond laser beam 55 is irradiated.

フェムト秒レーザー55は長短パルスのレーザーで、単位時間あたりのエネルギーが非常に高いため、集光させることによって、通常のレーザーでは加工することができない水晶基板110であっても加工することができることが一般に知られている。   Since the femtosecond laser 55 is a long and short pulse laser and has a very high energy per unit time, it can be processed even with the quartz crystal substrate 110 that cannot be processed with a normal laser by focusing. Generally known.

本実施形態では、図4(a)に示すように、フェムト秒レーザー55を集光レンズ80によって水晶基板110の裏面B上に集光させた。すると、図4(b)に示すように、水晶基板111の裏面B上が加工され、アライメントマークM2aが形成される。なお、水晶基板111の表面F及び基板内部は、フェムト秒レーザー55が集光していないので加
工されることはない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the femtosecond laser 55 is condensed on the back surface B of the quartz substrate 110 by the condenser lens 80. Then, as shown in FIG. 4B, the back surface B of the quartz substrate 111 is processed to form an alignment mark M2a. The surface F of the quartz substrate 111 and the inside of the substrate are not processed because the femtosecond laser 55 is not condensed.

次に、図4(b)に示すように、集光レンズ80を調整し、水晶基板110の表面F上にフェムト秒レーザー55を集光させた。すると今度は、表面F上が加工され、図4(c)に示すように水晶基板112の表面F上にアライメントマークM1aが形成される。   Next, as shown in FIG. 4B, the condenser lens 80 was adjusted, and the femtosecond laser 55 was condensed on the surface F of the quartz substrate 110. Then, this time, the surface F is processed, and an alignment mark M1a is formed on the surface F of the quartz substrate 112 as shown in FIG.

以上のようにして形成されるアライメントマークM1aとM2aはどちらもフェムト秒レーザー55の光路上に形成されるものである。また本第2の実施形態では、フェムト秒レーザー光55を水晶基板110の平面に対してほぼ垂直な角度で照射しており、当然のごとく、その光路は水晶基板110の平面に対してほぼ垂直な角度をなしている。これらのことから鑑みると、アライメントマークM1a、M2aは、水晶基板110の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークM1a、M2aを基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。   The alignment marks M1a and M2a formed as described above are both formed on the optical path of the femtosecond laser 55. In the second embodiment, the femtosecond laser light 55 is irradiated at an angle substantially perpendicular to the plane of the quartz substrate 110, and as a matter of course, the optical path is almost perpendicular to the plane of the quartz substrate 110. The angle is right. In view of these, the alignment marks M1a and M2a are formed at the same position on both the front and back surfaces of the quartz substrate 110. Therefore, if the alignment is performed with reference to the alignment marks M1a and M2a, the front and back patterns can be accurately aligned.

水晶振動子を製造するためのこれ以降の工程は、第1の実施形態に示した工程とほぼ同じ工程を進めればよい。   Subsequent steps for manufacturing the crystal unit may be performed in substantially the same manner as the steps shown in the first embodiment.

すなわち、基準となるアライメントマークM1a、M2aに露光マスク410上のアライメントマークm1と露光マスク420上のアライメントマークm2を位置合わせして露光する工程(図2)、さらに現像、エッチングによって水晶片10が形成された水晶基板100を形成する工程(図3、図6(a))、さらに水晶片10上に水晶片10を発振させるための電極20を形成する電極形成工程(図6(b))、さらに電極20が形成された水晶片10をパッケージ30に実装し、蓋部材40によって水晶片10を密閉するパッケージング工程(図6(c))である。 That is, the step of aligning the alignment mark m1 on the exposure mask 410 and the alignment mark m2 on the exposure mask 420 with the reference alignment marks M1a and M2a and exposing the alignment mark M1a and M2a (FIG. 2), and further developing and etching the crystal piece 10 A step of forming the formed crystal substrate 100 (FIGS. 3 and 6A), and an electrode forming step of forming an electrode 20 for oscillating the crystal piece 10 on the crystal piece 10 (FIG. 6B). Further, it is a packaging step (FIG. 6C) in which the crystal piece 10 on which the electrode 20 is further formed is mounted on the package 30 and the crystal piece 10 is sealed with the lid member 40.

本第2の実施形態によっても、得られる水晶片10は上下対称な設計通りの断面形状を有するので、これを用いて製造される水晶振動子も設計通りの良好な振動特性になる。   Also according to the second embodiment, the obtained crystal piece 10 has a vertically symmetric cross-sectional shape as designed, and thus a crystal resonator manufactured using this has good vibration characteristics as designed.

さらに本第2の実施形態でも、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片10を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。   Furthermore, in the second embodiment as well, since the crystal piece 10 with high dimensional accuracy and little dimensional variation can be formed, a highly reliable crystal resonator with a stable oscillation frequency can be obtained.

なお、本実施形態で得られるアライメントマークM1a、M2aは直接水晶基板100に刻まれているので、水晶片10を水晶基板100から折り取らない限り、他の工程に何度でも使用可能である。例えば、アライメントマークM1a、M2aを以下に示すような工程に利用することも可能である。   Since the alignment marks M1a and M2a obtained in this embodiment are directly carved on the quartz substrate 100, they can be used any number of times in other processes as long as the quartz piece 10 is not broken off from the quartz substrate 100. For example, the alignment marks M1a and M2a can be used for the following processes.

図5は、本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。図5(a)に示すように、アライメントマークM1aを基準にして電極20を位置合わせすれば、水晶片10に対して非常に精度良く電極20を配線することが可能となり、その結果、振動特性等を安定化させることができる。   FIG. 5 is a diagram showing an example of use of the quartz substrate with an alignment mark according to the present invention. As shown in FIG. 5A, if the electrode 20 is aligned with the alignment mark M1a as a reference, the electrode 20 can be wired with high accuracy with respect to the crystal piece 10, and as a result, vibration characteristics are obtained. Etc. can be stabilized.

また図5(b)に示すように、アライメントマークM1aを基準にして所定の部分に精度良く溝90を形成することも可能である。このように精度良く溝90を形成することで振動特性を向上させることも可能である。   Further, as shown in FIG. 5B, it is possible to accurately form the groove 90 in a predetermined portion with reference to the alignment mark M1a. It is also possible to improve the vibration characteristics by forming the groove 90 with high accuracy.

本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。It is the figure which showed the formation process of the alignment mark to the mask layer in the manufacturing method of the crystal oscillator of this invention. 本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。It is the figure which showed the exposure process in the manufacturing method of the crystal oscillator of this invention. 本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。It is the figure which showed the process after the development process of the mask layer in the manufacturing method of the crystal oscillator of this invention. 本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。It is the figure which showed the formation process of the alignment mark to the quartz substrate in the manufacturing method of the crystal oscillator of this invention. 本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。It is the figure which showed the usage example of the quartz substrate with an alignment mark of this invention. 一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the general crystal oscillator. 従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。It is the figure which showed the first half of the crystal piece formation process by the conventional etching method. 従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。It is the figure which showed the second half of the crystal piece formation process by the conventional etching method. 従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。It is the figure which showed the first half of the patterning method which aligns the mask layer of the conventional one plane, and the exposure mask of the other plane. 従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。It is the figure which showed the latter half of the patterning method which aligns the mask layer of the conventional one plane, and the exposure mask of the other plane. 従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。It is the figure which showed the patterning method which positions and arranges the position of the alignment mark of the conventional exposure mask outside the external shape of a quartz substrate.

符号の説明Explanation of symbols

10 水晶片
20 電極
30 パッケージ
40 蓋部材
50 レーザー
55 フェムト秒レーザー
60 UV
70 カメラ
80 集光レンズ
90 溝
100、110、111、112 水晶基板
100a アライメントマーク痕
201、202、211、212、213、221、222 マスク層
301、302、311、312、313 レジスト層
410,420 露光マスク
10 crystal piece 20 electrode 30 package 40 lid member 50 laser 55 femtosecond laser 60 UV
70 Camera 80 Condenser lens 90 Groove 100, 110, 111, 112 Quartz substrate 100a Alignment mark mark 201, 202, 211, 212, 213, 221, 222 Mask layer 301, 302, 311, 312, 313 Resist layer 410, 420 Exposure mask

Claims (5)

水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、
前記アライメントマークは、前記水晶基板の一方の平面から前記水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
In a method for manufacturing a crystal resonator, the method includes: forming a predetermined pattern on both front and back surfaces of a quartz substrate by a photolithography method; and forming an alignment mark used for aligning the predetermined pattern.
The alignment mark is formed by processing using a laser beam irradiated from one plane of the quartz substrate to the other plane facing the other plane through the inside of the quartz substrate. Child manufacturing method.
前記レーザー光は、前記水晶基板の平面に対して垂直な角度をなす光路で照射されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。 The method of manufacturing a crystal resonator, wherein the laser light is irradiated through an optical path that forms an angle perpendicular to a plane of the crystal substrate. 前記水晶基板の表裏両面に、前記レーザー光を吸収する材料で且つ前記水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されて前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。 A mask layer made of a material that absorbs the laser beam and is resistant to etching of the quartz substrate is formed on both the front and back surfaces of the quartz substrate, and the mask layer is processed to form the alignment mark. The method for manufacturing a crystal resonator according to any one of claims 1 and 2, wherein: 前記レーザー光がフェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。 The method for manufacturing a crystal resonator according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam is a femtosecond laser. 前記水晶基板が加工されて前記アライメントマークが形成され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。 The method for manufacturing a crystal unit according to claim 4, wherein the crystal substrate is processed to form the alignment mark.
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