JP2011097457A - Method of manufacturing piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水晶振動子等の圧電デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric device such as a crystal resonator.
水晶振動子などの、圧電素子に電極が形成された圧電デバイスはフォトリソグラフィ技術を用いた製造方法が採られることが多い。また、複雑な形状の圧電素子を形成するためには、エッチング処理等を繰り返し行う必要がある。しかしながら圧電素子上に電極を形成した後にエッチングを行うと、サイドエッチングにより電極の剥がれが発生する場合がある。 In many cases, a piezoelectric device such as a quartz crystal resonator in which an electrode is formed on a piezoelectric element is manufactured using a photolithography technique. Moreover, in order to form a piezoelectric element having a complicated shape, it is necessary to repeatedly perform an etching process or the like. However, when etching is performed after forming an electrode on the piezoelectric element, peeling of the electrode may occur due to side etching.
この剥がれた電極が帯状となり、他の電極に付着し、電極間ショート(絶縁不良)の原因となる。このように剥がれた電極を除去するために、剥がれた箇所の電極をエッチングして除去する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 This peeled electrode becomes a belt-like shape and adheres to other electrodes, causing a short-circuit between electrodes (insulation failure). In order to remove the electrode peeled in this way, a method of removing the electrode at the peeled portion by etching has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかし、上述した従来技術では、剥がれた箇所の電極を除去するためにレジストの塗布およびエッチングを行うことにより、工程が複雑になってしまう問題がある。特に、エッチング工程が複数回に及ぶ複雑な形状の圧電デバイス作製するためには、工程が膨大になってしまう。 However, in the above-described conventional technology, there is a problem that the process becomes complicated by applying and etching a resist in order to remove the electrode at the peeled off portion. In particular, in order to manufacture a piezoelectric device having a complicated shape that requires multiple etching steps, the number of steps becomes enormous.
また、剥がれた電極とは別に、電極膜生成時の小さな塵の付着などにより一定の割合で電極間ショートが発生するが、電極をエッチングして除去する方法では、このような電極間ショートを除去することはできない。 In addition to the peeled electrodes, short-circuiting between electrodes occurs at a certain rate due to adhesion of small dust during electrode film generation, etc., but the method of removing electrodes by etching removes such inter-electrode shorts. I can't do it.
そこで、本発明は上記課題を解決し、単純な工程で圧電デバイスの電極間の絶縁不良を除去することを可能とする圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a method for manufacturing a piezoelectric device that can remove an insulation failure between electrodes of the piezoelectric device by a simple process.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の圧電デバイスの製造方法は下記記載の構成を採用するものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention employs the following configuration.
本発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動片上に複数の電極を形成する電極形成工程と、各電極の間に所定の電圧を印加し、電流による発熱により絶縁不良箇所を焼き切る電圧印加工程と、を備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention includes an electrode forming step of forming a plurality of electrodes on a piezoelectric vibrating piece, a voltage applying step of applying a predetermined voltage between the electrodes, and burning off a defective portion by heat generation due to current. It is characterized by providing.
また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電振動片上に複数の電極を形成する電極形成工程と、各電極が形成された圧電振動片をエッチング加工するエッチング工程と、各電極の間に所定の電圧を印加し、電流による発熱により絶縁不良箇所を焼き切る電圧印加工程と、を備えることを特徴とする。 In addition, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention includes an electrode forming step of forming a plurality of electrodes on the piezoelectric vibrating piece, an etching step of etching the piezoelectric vibrating piece on which each electrode is formed, and a predetermined gap between the electrodes. And a voltage applying step of burning out the defective portion of the insulation by heat generation.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、エッチング工程において、各電極をマスクとして圧電振動片をエッチング加工し、圧電振動片のバランス
を調整することを特徴とする。
Furthermore, in addition to the above-described configuration, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the etching step, the piezoelectric vibrating reed is etched using each electrode as a mask to adjust the balance of the piezoelectric vibrating reed.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、各電極が形成された圧電振動片の漏れ量を測定する漏れ量測定工程と、漏れ量測定工程の測定結果に基づいて、電極を所定形状に加工する電極加工工程と、を更に備え、エッチング工程は、電極加工工程において加工された電極をマスクとして行われることを特徴とする。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention is based on a leakage amount measuring step for measuring the leakage amount of the piezoelectric vibrating piece on which each electrode is formed, and a measurement result of the leakage amount measuring step. An electrode processing step for processing the electrode into a predetermined shape, and the etching step is performed using the electrode processed in the electrode processing step as a mask.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、エッチング工程において、圧電振動片への溝の加工または圧電振動片の周波数の調整がおこなわれることを特徴とする。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention is characterized in that a groove is formed in the piezoelectric vibrating piece or the frequency of the piezoelectric vibrating piece is adjusted in the etching step.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、圧電振動片は、振動型ジャイロセンサに用いられものであり、エッチング工程において、駆動振動と検出振動の直交性を確立する為の調整が行われることを特徴とする。 Furthermore, in the piezoelectric device manufacturing method of the present invention, in addition to the above-described configuration, the piezoelectric vibrating piece is used for a vibration type gyro sensor, and establishes orthogonality between driving vibration and detection vibration in an etching process. Adjustment is performed.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、圧電ウエハ上に所定の形状の圧電振動片を複数形成する外形形成工程を更に備え、電極形成工程、エッチング工程および電圧印加工程が、圧電ウェハ上に形成された各圧電振動片に対して行われることを特徴とする。 The piezoelectric device manufacturing method of the present invention further includes an outer shape forming step of forming a plurality of piezoelectric vibrating pieces having a predetermined shape on the piezoelectric wafer in addition to the above-described configuration, and includes an electrode forming step, an etching step, and voltage application. The process is performed on each piezoelectric vibrating piece formed on the piezoelectric wafer.
さらに、本発明の圧電デバイスの製造方法は、前述した構成に加えて、圧電振動片は、水晶振動片であることを特徴とする。 Furthermore, the piezoelectric device manufacturing method of the present invention is characterized in that, in addition to the above-described configuration, the piezoelectric vibrating piece is a quartz crystal vibrating piece.
本発明によると、各電極が形成された圧電振動片をエッチング加工した後、各電極の間に所定の電圧を印加する単純な工程により、サイドエッチングによる電極剥がれが原因で発生した絶縁不良を除去することが可能となる。また、ウエハ上で当該処理を行うことにより、多数圧電振動片の処理を一括で行うことが可能となる。 According to the present invention, after etching the piezoelectric vibrating piece on which each electrode is formed, the insulation defect caused by electrode peeling due to side etching is removed by a simple process of applying a predetermined voltage between the electrodes. It becomes possible to do. Further, by performing the processing on the wafer, it becomes possible to perform processing of a large number of piezoelectric vibrating pieces at once.
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。以下の説明では、圧電デバイスとして振動型ジャイロセンサに用いられる水晶振動子を例に、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, an embodiment of the present invention will be described by taking a crystal resonator used in a vibration type gyro sensor as a piezoelectric device as an example.
[水晶振動子の構成:図1―図2]
まず、図1および図2を用いて本発明の製造方法で製造される水晶振動子の一例を説明する。図1は、本実施形態の製造方法で製造される水晶振動子10の構成の一例を示す斜視図である。図2は、本実施形態の製造方法で製造される水晶振動子10の断面形状と電極の接続を示す説明図である。図2は図1のA−A´断面を示す。
[Configuration of crystal unit: Fig.1-Fig.2]
First, an example of a crystal resonator manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of a crystal resonator 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory view showing the cross-sectional shape of the crystal resonator 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment and the connection of the electrodes. FIG. 2 shows an AA ′ cross section of FIG.
この水晶振動子10は、X軸を幅方向に、Y´軸を長手方向に、Z´軸を厚み方向に構成される。なお、説明に関係のない部分、例えば、水晶振動子をパッケージなどの封止部材に封止する際に導電性接着剤等を付着させる固定部分などは省略してある。 The crystal unit 10 is configured with the X axis in the width direction, the Y ′ axis in the longitudinal direction, and the Z ′ axis in the thickness direction. Note that portions not related to the description, for example, a fixing portion to which a conductive adhesive or the like is attached when the quartz crystal unit is sealed in a sealing member such as a package are omitted.
水晶振動子10を構成する水晶振動子片7は、後述するように水晶ウェハからエッチング加工によって切り出されて形成される。この水晶振動子は、例えば振動型ジャイロセンサとして用いられる振動子である。水晶振動子片7は、基部14から延設した2本の駆動脚11、12と1本の検出脚13とを有する三脚音叉型振動子の振動片である。なお、水晶振動子10は、三脚音叉型に限定されず、例えば、二脚音叉型やT型音叉、H型音叉などでもよい。
The crystal resonator piece 7 constituting the crystal resonator 10 is formed by being cut out from a crystal wafer by etching as will be described later. This crystal oscillator is an oscillator used as, for example, a vibration type gyro sensor. The crystal resonator element 7 is a vibration element of a tripod tuning fork type oscillator having two
図1に示すように、駆動脚11、12の主平面と側面には、それぞれ駆動電極20、21が形成される。この駆動電極20、21は、調整エリア30を有する。この調整エリア30は、後述するように、駆動電極20、21がレーザ加工によってその一部が除去され、その加工された駆動電極をマスクにしてバランス調整工程で駆動脚11、12を再エッチングするエリアである。また、検出脚13の主平面には、検出電極22が形成される。
As shown in FIG. 1, drive
各振動脚に形成される電極の構成をより詳細に説明する。図2に示すように、駆動脚11の主平面である対向する2面に駆動電極20a、20bが形成され、駆動脚12の主平面である対向する2面に駆動電極21c、21dが形成されている。また、駆動脚11の側面である対向する2面に駆動電極21a、21bが形成され、駆動脚12の側面である対向する2面に駆動電極20c、20dが形成されている。
The configuration of the electrode formed on each vibration leg will be described in more detail. As shown in FIG. 2, drive
これらの駆動電極20a、20b、20c、20dは、それぞれ電気的に接続されて駆動電極端子20に接続される。また、駆動電極21a、21b、21c、21dも、それぞれ電気的に接続されて駆動電極端子21に接続される。
These drive
また、検出脚13には、その角の部分に対となる検出電極22a、22bが形成され、それぞれ検出電極端子22、23に接続される。また、検出電極22a、22bに対向する面のGND電極22cは、GND電極端子24に接続しており、図示しない回路のGND(0V)に接続している。
The detection leg 13 is formed with detection electrodes 22a and 22b which are paired at the corners thereof, and is connected to the
この水晶振動子10を例えば振動型ジャイロセンサとして用いる場合、図1に示すX軸方向の屈曲振動を駆動振動、Z´軸方向の屈曲振動を角速度が印加された場合の検出振動として用いている。そのため、角速度が印加されていない状態ではZ´軸方向の振動は発生しない。 When this crystal resonator 10 is used as, for example, a vibration type gyro sensor, the bending vibration in the X-axis direction shown in FIG. 1 is used as the driving vibration, and the bending vibration in the Z′-axis direction is used as the detection vibration when the angular velocity is applied. . Therefore, vibration in the Z′-axis direction does not occur when no angular velocity is applied.
なお、以上の説明に用いた図1及び図2に示す例では、駆動脚11、12と検出脚13とのそれぞれの側面は、後述するように残渣によって平面ではないが、図示しやすいように残渣の形状を省略している
In the example shown in FIGS. 1 and 2 used in the above description, the side surfaces of the
[水晶振動子の製造方法:図3−図12]
次に、本実施形態の水晶振動子の製造方法について説明する。図3は、本発明の圧電デバイスの製造方法の工程を示すフローチャートである。以下、本実施形態の各工程を順に説明する。
[Method for Manufacturing Crystal Resonator: FIGS. 3 to 12]
Next, a method for manufacturing the crystal resonator of this embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the steps of the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention. Hereinafter, each process of this embodiment is demonstrated in order.
[外形形成工程:図4−図5]
まず、本実施形態の製造方法の外形形成工程(ステップST1)について説明する。図4は、水晶振動子片の外形形成工程の説明図であり、水晶振動片の振動脚の断面を模式的に示す。図4は、図1に示す水晶振動子10が2つ並んだ状態を示すものであって、駆動脚11、12と検出脚13との先端方向から基部14の方向に向かって見た図である。
[Outline forming step: FIGS. 4 to 5]
First, the outer shape forming step (step ST1) of the manufacturing method of the present embodiment will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of the outer shape forming process of the crystal resonator element, and schematically shows a cross-section of the vibration leg of the crystal oscillator. FIG. 4 shows a state in which two crystal resonators 10 shown in FIG. 1 are arranged, and is a view seen from the distal direction of the
まず、図4(a)に示す、所定の厚さに調整された平板形状の単一の水晶板である水晶ウェハ1の両面に、図4(b)に示すように、水晶用のエッチング液に耐性のある金属耐食膜2a、2bと、その上にフォトレジスト3a、3bと、を形成する。金属耐食膜2a、2bは、金(Au)とクロム(Cr)との積層膜を用いることができる。
First, as shown in FIG. 4B, an etching solution for crystal is formed on both surfaces of the
これらの金属膜は、知られている蒸着技術やスパッタ技術を用いて形成することができる。また、フォトレジスト3a、3bは、知られているスピンコート技術を用いて形成することができる。 These metal films can be formed using a known vapor deposition technique or sputtering technique. The photoresists 3a and 3b can be formed using a known spin coating technique.
次に、図4(c)に示すように、振動子パターンがそれぞれ描画された2枚のフォトマスク4a、4bを水晶ウェハ1の上下に配置し、フォトマスク4a、4bの上から光(矢印B)を照射してフォトレジスト3a、3bを露光する。
Next, as shown in FIG. 4C, two photomasks 4a and 4b each having a transducer pattern drawn thereon are arranged above and below the
次に、図4(d)に示すように、フォトレジスト3a、3bの現像を行い、形成したレジストパターンをマスクとして金属耐食膜2a、2bをパターニングし、耐エッチング用マスク部材であるエッチングマスク5a、5bを形成する。
金属耐食膜2a、2bを金(Au)とクロム(Cr)との積層膜を用いたときは、これら2つの金属膜それぞれをエッチングする。例えば、ヨウ素とヨウ化カリウムとの混合溶液を用いて、金(Au)をエッチングする。水洗後、硝酸第2セリウムアンモニウム溶液を用いて、クロム(Cr)をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 4D, the photoresists 3a and 3b are developed, and the metal corrosion resistant films 2a and 2b are patterned using the formed resist pattern as a mask, and an etching mask 5a which is an etching resistant mask member. 5b.
When a metal (Au) and chromium (Cr) laminated film is used as the metal corrosion resistant films 2a and 2b, each of these two metal films is etched. For example, gold (Au) is etched using a mixed solution of iodine and potassium iodide. After washing with water, chromium (Cr) is etched using a ceric ammonium nitrate solution.
次に、図4(e)に示すように、フォトレジスト3a、3bを剥離後、表裏両面にエッチングマスク5a、5bの形成された水晶ウェハ1を水晶用エッチング液であるフッ酸系のエッチング液に浸漬すると、エッチングマスク5a、5bに覆われていない部分の水晶が表裏両側から溶解する。その後、エッチングマスク5a、5bを除去することによって、水晶振動子片の振動脚である駆動脚11、12と検出脚13とが得られる。
水晶用エッチング液は、例えば、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液を用いることができる。
なお、図4に示す例では、振動脚の断面のみを示しているが、実際にはこの外形形成工程(ステップST1)によって、図1に示す水晶振動子10の外形の全体が形成される。
Next, as shown in FIG. 4E, after removing the photoresists 3a and 3b, the
As the crystal etching solution, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride can be used.
In the example shown in FIG. 4, only the cross section of the vibrating leg is shown, but actually, the entire outer shape of the crystal unit 10 shown in FIG. 1 is formed by this outer shape forming step (step ST 1).
図5は、この外形形成工程によって水晶ウェハ1に形成された複数の水晶振動子片7の様子を説明するために模式的に示す斜視図である。切断線C−C´については後述する。
この水晶振動子片7は、エッチングによって溶解された溶解部15から切り出されたように形成され、個々の水晶振動子片7は、水晶ウェハ1と連結部71によって結合されている。連結部71は、バランス調整が終了した後に切断される部分であって、いわゆる折り取り部と呼ばれる部分である。
連結部71の部分を切断すると、水晶振動子片7は水晶ウェハ1から分離して図1に示す水晶振動子10として完成する。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a plurality of crystal resonator pieces 7 formed on the
The quartz crystal piece 7 is formed as if it was cut out from the melted
When the connecting portion 71 is cut, the crystal resonator element 7 is separated from the
なお、図4では、1枚の水晶ウェハ1に6個の水晶振動子片7を形成する例を示しているが、この個数は図4の例に限定されるものではない。水晶振動子片7は、得たい水晶振動子の性能や特性によりそのサイズや形状が選択され、それに伴って水晶ウェハ1のサイズが決まるためである。もちろん、1枚の水晶ウェハ1に形成する水晶振動子片7の数が多ければ、多数の水晶振動子を一括して製造できるため、製造コストを低減することができる。
FIG. 4 shows an example in which six crystal resonator pieces 7 are formed on one
[電極形成工程:図6]
次に、図6を用いて本実施形態の製造方法の電極形成工程(ステップST2)の詳細を説明する。図6は、図5に示す切断線C−C´での断面を模式的に示した断面図であって、駆動脚11、12と検出脚13との断面を示した図である。
[Electrode forming step: FIG. 6]
Next, details of the electrode forming step (step ST2) of the manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along the section line CC ′ shown in FIG. 5, and shows a cross section of the
図6(a)に示す、駆動脚11、12と検出脚13との表面に、図6(b)に示すように、金属膜200と、その上にフォトレジスト300と、を形成する。図6(b)に示す例では、図面を見やすくするために、金属膜200は、単層膜として記載しているが、クロム(Cr)を下地にしてその上に金(Au)を設ける積層膜とすることができる。
As shown in FIG. 6B, a
金属膜200は、知られている蒸着技術やスパッタ技術を用いて形成することができる。また、フォトレジスト300は、知られているスプレー法や電着法などを用いて形成することができる。
The
次に、図6(c)に示すように、駆動脚11、12と検出脚13とに設ける電極の形状がそれぞれ描画された2枚のフォトマスク400a、400bを水晶ウェハ1の上下に配置し、フォトマスク400a、400bの上から光(矢印B)を照射してフォトレジスト300を露光する。なお、図6(c)では、光を斜めから照射する、いわゆる斜め露光を行う例を示している。
Next, as shown in FIG. 6C, two photomasks 400a and 400b on which the shapes of the electrodes provided on the
次に、図6(d)に示すように、フォトレジスト300の現像を行い、形成したレジストパターンをマスクとして金属膜200をパターニングし、駆動電極20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c、21dと検出電極22a、22b、GND電極22cとを形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, the
[漏れ量測定工程:図7]
次に、本実施形態の製造方法の漏れ量測定工工程(ステップST3)を説明する。
図2に示す水晶振動子10の駆動電極端子20、21に駆動信号が供給し、水晶振動子10を振動させる。
[Leakage measurement process: Fig. 7]
Next, the leakage amount measuring step (step ST3) of the manufacturing method of the present embodiment will be described.
A drive signal is supplied to the
図7は水晶ウェハ1に形成された水晶振動子10の一方の駆動脚11の断面の一例であり、図2に示す方向と同一の方向から見た図である。図7(a)に示すように、水晶ウェハ1をエッチング加工してできた水晶振動子片7の振動脚には残渣があり、且つ、水晶ウェハ1から水晶振動子片7を切り出すためのエッチングマスクが上下で位置ずれ量eだけずれた(裏面マスクが図面上右側にずれた)と仮定すると、駆動脚11の断面は図示するように上下非対称となり、駆動脚11の主軸35(太線で示す)はX軸に平行にならずズレ角θ1を持つ。
FIG. 7 is an example of a cross section of one
従って、曲げ力のかかる方向と主軸35の方向とが異なるので斜め振動となり、図7(b)のS1に示すように、漏れ振動を発生してしまう。
水晶振動子10を振動させた状態で、検出電極端子22、23からの検出信号から漏れ信号成分を漏れ量として検出する。
Therefore, since the direction in which the bending force is applied is different from the direction of the
In a state where the crystal unit 10 is vibrated, a leak signal component is detected as a leak amount from detection signals from the
[電極加工工程:図8−図9]
次に、本実施形態の製造方法の電極加工工程(ステップST4)を説明する。
この電極加工工程では、漏れ量測定工程で取得した各水晶振動子10の漏れ量の情報に基づき、レーザ光を照射して電極の一部の除去を行う。レーザは、例えば、YAGレーザを用いることができる。
[Electrode processing step: FIGS. 8 to 9]
Next, the electrode processing step (step ST4) of the manufacturing method of the present embodiment will be described.
In this electrode processing step, a part of the electrode is removed by irradiating with laser light based on the leakage amount information of each crystal resonator 10 acquired in the leakage amount measurement step. For example, a YAG laser can be used as the laser.
図8は、水晶ウェハ1上に形成された水晶振動子10の上面図であり、図9は、水晶振動子10の一方の駆動脚11の断面の一例であり、図2に示す方向と同一の方向から見た図である。図8および図9では、駆動電極20、21にレーザ光が照射され、駆動電極20、21の一部が除去された一例を示している。また、図8に示す例では、レーザ光をスポット状の円形状にして照射している。
FIG. 8 is a top view of the crystal unit 10 formed on the
駆動脚11の主平面に形成される駆動電極20aと、同じく駆動脚12の主平面に形成される駆動電極21cとの先端付近に、スポット状のレーザ光を連続して照射し、電極の幅方向の一方の端部が、電極の長手方向に連続して除去される。この電極が除去された部分は、水晶振動子片7の水晶表面が露出し、略長方形状の調整エリア30が形成される(図8にて破線で示すエリア)。この調整エリア30が形成されることによって、その部分で残された電極幅W2は、図示するように調整エリア30が形成されていない電極幅W1より狭くなる。
Spot-like laser light is continuously applied to the vicinity of the tips of the
この水晶の表面が露出した調整エリア30は、後の工程であるバランス調整工程による再エッチングによって表面が溶解し、駆動脚11、12の断面形状が調整されて漏れ振動が抑制される。よって、この調整エリア30は、漏れ量測定工程で取得した各水晶振動子10の漏れ量の情報に基づいて形成される。
The surface of the
[バランス調整工程(エッチング工程):図10]
次に、本実施形態の製造方法のバランス調整工程(ステップST5)を説明する。図10は、水晶振動子10の一方の駆動脚11の断面の一例であり、図2に示す方向と同一の方向から見た図である。
[Balance adjustment process (etching process): FIG. 10]
Next, the balance adjustment process (step ST5) of the manufacturing method of this embodiment will be described. FIG. 10 is an example of a cross section of one
前述したように、電極加工工程において、漏れ量測定工程で取得した各水晶振動子10の漏れ量の情報に基づいて、駆動脚11、12上の駆動電極20、21が除去された領域(調整エリア30a、30b)が形成される。
As described above, in the electrode processing step, the region where the
このバランス調整工程では、電極加工工程で各水晶振動子10の駆動脚11、12の駆動電極が所定形状に加工された水晶ウェハ1を、エッチング液に浸漬する。これにより、図10(a)に示すように、加工された駆動電極をマスクとしてエッチングが行われ、調整エリア30a、30bで露出した水晶振動子片7の表面および裏面がエッチング除去されて、その部分の駆動脚11の厚みが僅かに減少する。
In this balance adjustment step, the
このように、調整エリア30a、30bの水晶がエッチング除去されることによって、上下非対称となった断面形状が補正され、主軸35が図10(b)のS2に示すように修正される。これにより、図10(b)に示すように、水晶振動子10を駆動したときの漏れ振動が抑制される。
As described above, the crystal in the
図7から図10に示すように、漏れ量測定工程、電極加工工程およびバランス調整工程において、調整前の漏れ振動の方向に合わせて、駆動脚11、12の駆動電極20、21が除去された調整エリア30が形成され、調整エリアが形成された駆動電極20、21をマスクとしてエッチングが行われ、上下非対称となった断面形状が補正され、水晶振動子10の漏れ振動が抑制される。
As shown in FIGS. 7 to 10, the
これにより、水晶振動子に余分な外力を加えることなく漏れ振動の調整ができるので、水晶振動子の歩留まり低下、信頼性低下等を招くことが無く、安定して正確に漏れ振動を調整する水晶振動子の製造方法を提供できる。 As a result, the leakage vibration can be adjusted without applying extra external force to the crystal unit, so that the crystal unit can stably and accurately adjust the leakage vibration without reducing the yield and reliability of the crystal unit. A method for manufacturing a vibrator can be provided.
[電極間ショートの説明:図10−図12]
ここで、バランス調整工程(エッチング工程)の後に生じる水晶振動子の電極間ショート(絶縁不良)について説明する。図11および図12は、水晶振動子の電極間がショート状態を示す説明図である。
[Description of Inter-electrode Short: FIGS. 10 to 12]
Here, a short circuit (insulation failure) between the electrodes of the crystal resonator that occurs after the balance adjustment process (etching process) will be described. 11 and 12 are explanatory diagrams showing a short state between the electrodes of the crystal resonator.
水晶振動子片7上に各電極を形成した後、エッチング工程を行うと、図10(a)のLに示すように、電極膜(図10(a)の例では、駆動電極20a、20b)下の水晶部分が消失するいわゆるサイドエッチングが発生する。
When each electrode is formed on the crystal resonator piece 7 and then an etching process is performed, as shown by L in FIG. 10A, an electrode film (in the example of FIG. 10A,
これにより、図11に示すように、下地の水晶が消失した駆動電極20aから電極膜の一部が分離してリボン状の電極剥離部6となり、Mに示すように、この電極剥離部6が他の電極(図10(a)の例では、駆動電極21b)と接触して電極間ショートが発生する。
As a result, as shown in FIG. 11, a part of the electrode film is separated from the
また、このような電極剥離部の一部は、電極膜から分離し溶液中に浮遊する。浮遊した電極剥離部が異なる極性の電極間に付着したまま乾燥すると、この部分で電極間ショートが発生する。水晶のエッチング槽、また洗浄槽等には異物を取り除くフィルタが設置されているが、これらのリボン状の電極剥離部は幅1μm、厚さ数百ナノメートル、長さ数十μm程度であり、微細なフィルタでも取り除くのが難しい。 Moreover, a part of such an electrode peeling part isolate | separates from an electrode film, and floats in a solution. When the floating electrode peeling portion is dried while adhering between electrodes of different polarities, a short circuit between the electrodes occurs in this portion. A filter for removing foreign substances is installed in the crystal etching tank and the cleaning tank, etc., but these ribbon-shaped electrode peeling portions are 1 μm wide, several hundred nanometers thick, and several tens μm long, Even a fine filter is difficult to remove.
また、電極分離部とは別に、図12のOに示す様に、異なる極性の電極どうし(図12の例では駆動電極20aと駆動電極21b)に跨って、何らかの導電性の異物8が付着した場合も、同様に電極間ショートが発生する。
In addition to the electrode separation part, as shown in O of FIG. 12, some conductive
[電圧印加工程:図13−図14]
次に、本実施形態の製造方法の電圧印加工程(ステップST6)を説明する。
水晶振動子の製造工程では、なるべく早い段階で不良を選別する目的で、ウエハ上で水晶振動子の各種の電気特性検査が行われる。この電気特性検査においては、水晶ウエハ上の各々の水晶振動子の端子にプローブをアドレスし、計測器に接続して電気的測定を行う。
[Voltage application process: FIGS. 13 to 14]
Next, the voltage application process (step ST6) of the manufacturing method of this embodiment will be described.
In the manufacturing process of the crystal unit, various electrical characteristic inspections of the crystal unit are performed on the wafer for the purpose of selecting defects as early as possible. In this electrical characteristic inspection, a probe is addressed to a terminal of each crystal resonator on the crystal wafer and connected to a measuring instrument to perform electrical measurement.
図13は、電圧印加工程を行うための構成例の説明図であり、水晶振動子10の一部の構成を省略して示している。図14は、水晶振動子の電極間の絶縁不良を除去した状態を示す説明図である。
図13に示すように、本実施の形態の電圧印加工程において、水晶振動子10の駆動電極端子20、21からの配線を、電源27に接続するリレー25、及び、駆動電極間のインピーダンス等を測定する計測器28に接続するリレー26の2つにOR接続する。ここで用いる配線分岐用のリレーは、投入する電流に自由度を持たせるために半導体リレーでなくメカニカルリレーを用いることが望ましい。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a configuration example for performing the voltage application step, and a part of the configuration of the crystal unit 10 is omitted. FIG. 14 is an explanatory view showing a state in which an insulation failure between electrodes of the crystal resonator is removed.
As shown in FIG. 13, in the voltage application process of the present embodiment, the wiring from the
駆動電極端子20、21と計測器28を接続する場合は、リレー25を切断状態としてリレー26を接続状態とする。また、駆動電極端子20、21と電源27を接続する場合は、リレー25を接続状態としてリレー26を切断状態とする。
When the
まず、リレー25を切断状態としてリレー26を接続状態とし、駆動電極端子20、2
1と計測器28を接続し、計測器28により水晶振動子10の駆動電極間のインピーダンス等を測定する。ここで、水晶振動子10の電極間ショートが発生している場合、計測器28による電気特性検査においてこのショートが確認される。
First, the
1 and the measuring
この場合、リレー25を接続状態としてリレー26を切断状態とし、駆動電極端子20、21と電源27を接続する。このリレー25により接続した電源27により、水晶振動子10の駆動電極20aと駆動電極21bの間に、例えば10V程度を、投入時間0.2秒で印加する。
図10から図12を用いて説明した電極間ショートのショート部の抵抗値は、数Ωから数百Ω程度なので、この電圧投入により流れる電流は数十mA程度となる。
In this case, the
Since the resistance value of the short portion of the short circuit between the electrodes described with reference to FIGS. 10 to 12 is about several Ω to several hundred Ω, the current flowing by this voltage application is about several tens of mA.
この電流により発生する熱により、図14のOに示すように、ショート部を焼き切り、電極間の絶縁不良を除去することができる。焼き切りが成功せずショート状態が解消されない場合は水晶振動子10にエネルギーが投入され続け、際限なく発熱が続いて危険な状態になるので、図13に示す構成に、別途、電圧の制限、電流の制限、電圧投入時間の制限を行うための構成を設けるのが望ましい。前述した、10V程度を、投入時間0.2秒で印加する例においては、例えば、100mAの電流制限を行うための構成を設けるのが望ましい。 With the heat generated by this current, as shown in O of FIG. 14, the short portion can be burned out and the insulation failure between the electrodes can be removed. If burning is not successful and the short state is not resolved, energy is continuously input to the crystal unit 10 and heat is generated indefinitely, resulting in a dangerous state. Therefore, the configuration shown in FIG. It is desirable to provide a configuration for limiting the above and the voltage application time. In the example in which about 10 V is applied at a charging time of 0.2 seconds as described above, for example, it is desirable to provide a configuration for performing a current limit of 100 mA.
上記においては、計測器28による電気特性検査においてショートが確認された水晶振動子10に対して、電源27による電圧印加を行う例を示した。しかし、計測器28による電極間のショートの確認を行わず、水晶ウェハ1上に形成された各水晶振動子10の全数に対して電源27による電圧印加を行っても良い。この場合、電極間のショートが発生していた水晶振動子10のショート部が焼き切られ、電極間の絶縁不良が除去される。
In the above description, an example in which voltage is applied by the
また、図13では、水晶振動子10の駆動電極間に電圧を印加して電極間ショートを除去する構成を示したが、これとは別に、水晶振動子10の検出電極間に電圧を印加するための同様の回路を接続し、検出電極間に電圧を印加して電極間ショートを除去しても良い。さらに、GND電極と他の各電極との間にショートが考えられる場合には、GND電極と他の電極との間に電圧を印加するための同様の回路を接続し、GND電極と他の電極との間に電圧を印加して電極間ショートを除去しても良い。 FIG. 13 shows a configuration in which a voltage is applied between the drive electrodes of the crystal unit 10 to remove the short-circuit between the electrodes. Separately, a voltage is applied between the detection electrodes of the crystal unit 10. For this purpose, a similar circuit may be connected, and a short circuit between the electrodes may be removed by applying a voltage between the detection electrodes. Further, when a short circuit is considered between the GND electrode and each of the other electrodes, a similar circuit for applying a voltage between the GND electrode and the other electrode is connected, and the GND electrode and the other electrode are connected. A voltage may be applied between the two to remove the short circuit between the electrodes.
上述したように、本実施形態の製造方法によると、各電極が形成された水晶振動子片7(圧電振動片)をエッチング加工した後、各電極の間に所定の電圧を印加する単純な工程により、サイドエッチングによる電極剥離が原因で発生した絶縁不良を除去することが可能となる。外形形成工程から電圧印加工程までを、水晶ウエハ上で行うことにより、多数の水晶振動片の処理を一括で行い、水晶振動子を効率よく製造することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, a simple process of applying a predetermined voltage between the electrodes after etching the crystal resonator piece 7 (piezoelectric vibrating piece) on which each electrode is formed. Therefore, it is possible to remove the insulation failure caused by electrode peeling due to side etching. By performing the process from the outer shape forming process to the voltage applying process on the quartz wafer, a large number of quartz crystal vibrating pieces can be processed at once, and the quartz crystal vibrator can be manufactured efficiently.
電圧印加工程終了したならば、各々の水晶振動子は水晶ウェハから切り離され、封止部材に封止されて製品として完成するが、電圧印加工程後の工程は本発明と直接係わらないので、説明は省略する。 When the voltage application process is completed, each crystal resonator is separated from the crystal wafer and sealed with a sealing member to complete the product. However, the process after the voltage application process is not directly related to the present invention, so that Is omitted.
上述した本発明の実施形態の説明では、水晶振動子片に電極を形成した後のエッチング工程として、バランス調整工程を行う例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、エッチング工程として、振動脚に溝を加工するためのエッチング、水晶振動子の周波数調整用のエッチング、または駆動振動と検出振動の直交性を確立する為の調整用エッチング等を行っても良い。 In the description of the embodiment of the present invention described above, an example in which a balance adjustment process is performed as an etching process after electrodes are formed on a crystal resonator piece has been described. However, the present invention is not limited to this, and as an etching process, etching for processing a groove in a vibration leg, etching for adjusting a frequency of a crystal resonator, or orthogonality between driving vibration and detection vibration is established. Etching for adjustment or the like may be performed.
水晶振動子片上に電極を形成した後、これらのエッチング工程を行うことで、図10(a)に示すようなサイドエッチングが発生し、図11に示すような電極膜の一部が分離し
た電極剥離部が発生し、この電極剥離部が他の電極と接触して電極間ショートが発生するおそれがある。しかし、この後、上述したような電圧印加工程を行うことにより、サイドエッチングによる電極剥離が原因で発生した絶縁不良を除去することが可能となる。
After the electrodes are formed on the crystal resonator piece, these etching steps are performed to generate side etching as shown in FIG. 10 (a), and an electrode in which a part of the electrode film as shown in FIG. 11 is separated. There is a possibility that a peeling portion is generated, and this electrode peeling portion comes into contact with another electrode to cause a short circuit between the electrodes. However, after that, by performing the voltage application process as described above, it is possible to remove the insulation failure caused by electrode peeling due to side etching.
1 水晶ウェハ
2a、2b 金属耐食膜
3a、3b、300 フォトレジスト
4a、4b、400a、400b フォトマスク
5a、5b エッチングマスク
6 電極剥離部
7 水晶振動子片
8 異物
10 水晶振動子
11、12 駆動脚
13 検出脚
14 基部
20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c、21d 駆動電極
20、21 駆動電極端子
22a、22b 検出電極
22、23 検出電極端子
22c GND電極
24 GND電極端子
25,26 リレー
27 電源
28 計測器
30 調整エリア
35 主軸
200 金属膜
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記各電極の間に所定の電圧を印加し、電流による発熱により絶縁不良箇所を焼き切る電圧印加工程と、を備える
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 An electrode forming step of forming a plurality of electrodes on the piezoelectric vibrating piece;
And a voltage applying step of applying a predetermined voltage between the electrodes and burning out the defective insulation portion by heat generated by the current. A method of manufacturing a piezoelectric device, comprising:
前記各電極が形成された圧電振動片をエッチング加工するエッチング工程と、
前記各電極の間に所定の電圧を印加し、電流による発熱により絶縁不良箇所を焼き切る電圧印加工程と、を備える
事を特徴とする圧電デバイスの製造方法。 An electrode forming step of forming a plurality of electrodes on the piezoelectric vibrating piece;
An etching step of etching the piezoelectric vibrating piece on which each of the electrodes is formed;
And a voltage application step of applying a predetermined voltage between the electrodes and burning out the defective insulation portion by heat generated by the current. A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising:
ことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイスの製造方法。 3. The method of manufacturing a piezoelectric device according to claim 2, wherein in the etching step, the piezoelectric vibrating piece is etched using the electrodes as a mask to adjust the balance of the piezoelectric vibrating piece.
前記漏れ量測定工程の測定結果に基づいて、前記電極を所定形状に加工する電極加工工程と、を更に備え、
前記エッチング工程は、前記電極加工工程において加工された前記電極をマスクとして行われる
ことを特徴とする請求項3に記載の圧電デバイスの製造方法。 A leakage amount measuring step for measuring a leakage amount of the piezoelectric vibrating piece in which each electrode is formed;
An electrode processing step of processing the electrode into a predetermined shape based on the measurement result of the leakage amount measurement step,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 3, wherein the etching step is performed using the electrode processed in the electrode processing step as a mask.
ことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイスの製造方法。 3. The method of manufacturing a piezoelectric device according to claim 2, wherein in the etching step, processing of a groove in the piezoelectric vibrating piece or adjustment of a frequency of the piezoelectric vibrating piece is performed.
前記エッチング工程において、駆動振動と検出振動の直交性を確立する為の調整が行われる
ことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイスの製造方法。 The piezoelectric vibrating piece is used for a vibration type gyro sensor,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 2, wherein adjustment for establishing orthogonality between drive vibration and detection vibration is performed in the etching step.
前記電極形成工程、前記エッチング工程および前記電圧印加工程が、前記圧電ウェハ上に形成された前記各圧電振動片に対して行われる
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。 An outer shape forming step of forming a plurality of the piezoelectric vibrating pieces having a predetermined shape on the piezoelectric wafer;
The said electrode formation process, the said etching process, and the said voltage application process are performed with respect to each said piezoelectric vibrating piece formed on the said piezoelectric wafer. The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Of manufacturing a piezoelectric device.
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の圧電デバイスの製造方法。 The method of manufacturing a piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating piece is a quartz crystal vibrating piece.
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US20110163063A1 (en) * | 2008-10-16 | 2011-07-07 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Method for manufacturing crystal oscillator |
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2009
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