JP2012085278A - 水晶振動子片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の製造方法において、振動脚の外形形状を形成する第１のエッチング工程と振動脚の外形形状と溝形状を形成する第２のエッチング工程を行うとき、第１のエッチング工程により溝形状に対応するレジストパターンが損傷を受ける。このレジストパターンをもとに形成される溝形状に対応する金属パターンも損傷を受け、この金属パターンをマスクにする第２のエッチング工程で水晶振動子片の表面が損傷を受ける。
【解決手段】溝形状に対応する金属パターンを形成するとき、上層の金属層のみをエッチングしクロム層を残すことにより第２のエッチング工程に要するエッチング時間を長くして、その分第１のエッチング工程に要する時間を短くする。
【選択図】図３

Description

本発明は、溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の製造方法に関する。

近年、電子機器のタイムスタンダード等として使用される振動子に対して、これが使用される電子機器の小型化に伴い、振動子のサイズが小型で、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス）の小さいものが要求されるようになっている。この要求に対応する方法として、例えば音叉型水晶振動子片の場合は、振動脚に溝を形成することが有効であることが知られている。

このような溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の製造は、例えば特許文献１に開示されている以下のような工程によって行われる。図６〜図８は溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の従来の製造方法を示す図である。これらの図は音叉型水晶振動子片の２本の振動脚の断面を示している。

まず、図６（ａ）に示すように水晶基板１を板状に加工する。次に、水晶基板１の表裏両面にクロム層３、金層５を形成する（図６（ｂ））。このように形成した金層の上にフォトレジスト層７を形成する（図６（ｃ））。次に音叉型水晶振動子片の外形をフォトマスクを用いて露光、現像し、音叉型水晶振動子片の外形の内側にだけフォトレジスト層７が残るようにパターニングし、外側の金層５を露出させる（図６（ｄ））。

次に、露出された金層５をエッチングし除去する（図７（ｅ））。続いて、残存しているフォトレジスト層７に対して、溝の露光を行い、現像して溝に対応する部分のフォトレジスト層７を除去する（図８（ｆ））。次に、露出しているクロム層３をエッチングして除去する（図７（ｇ））。次に水晶エッチング用のエッチング液で露出した水晶基板１をエッチングする（第１のエッチング工程）（図７（ｈ））。続いて、残存しているフォトレジスト層７をマスクとして金層５、クロム層３を順番にエッチングによって除去する（図８（ｉ））。

次に残存するフォトレジスト層７を剥離する（図８（ｊ））。その後、溝に対応して露出した水晶基板１のエッチングを行ない（第２のエッチング工程）、両面に所定深さの溝９を形成する（図８（ｋ））。最後に残存する金層５およびクロム層３を剥離して、溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の形状が完成する（図８（ｌ））。この後、電極が形成され、溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片が完成する。

特開２００６−８６９２５号公報（５−７頁、図１−３）

しかしながら、上述のような従来技術の製造方法では、以下のような問題があった。すなわち、フォトレジスト層は第１のエッチング工程で水晶エッチング液により損傷を受ける。そのため、第１のエッチング工程後の金層とクロム層のエッチングのときに、溝に対応する部分の金層とクロム層だけでなく、フォトレジスト層の損傷部の金層とクロム層もエッチングされて水晶基板が露出し、第２のエッチング工程で水晶振動子片の表面に損傷を与えるという問題があった。水晶振動子片の表面に損傷があると、振動脚の形状バラン
スがくずれて特性が悪化したり、電極のショートが発生したりして歩留を悪化させるので問題である。

そこで、本発明は上記従来の振動子片の製造方法における問題点を改善することを課題とするものである。そして本発明の目的は、この課題を解決することにより、エッチングにより形成される水晶振動子片の表面の損傷を軽減し、歩留の良い水晶振動子片の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の水晶振動子片の製造方法は、溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の製造方法において、水晶基板に第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層の上に第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、第２の金属層の上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層を水晶振動子片の外形に応じた形状の第１のレジストパターンに加工する第１のレジスト層加工工程と、第１のレジストパターンをマスクにして第２の金属層を第１の金属パターンに加工する第１の金属層加工工程と、第１のレジストパターンを、溝に応じた形状を有する第２のレジストパターンに加工する第２のレジスト層加工工程と、第１の金属パターンに加工された第２の金属層をマスクにして、水晶基板をエッチングして、振動脚の外形部分を加工する第１のエッチング工程と、第２のレジストパターンをマスクにして第２の金属層のみを第２の金属パターンに加工する第２の金属層加工工程と、第２の金属パターンに加工された第２の金属層をマスクにして第１の金属層と水晶基板とを一度にエッチングして、振動脚の外形部分と溝部分とを加工する第２のエッチング工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の水晶振動子片の製造方法は、上述した構成に加えて、第１のエッチング工程において、第１の金属パターンに加工された第２の金属層をマスクにして、第１の金属層及び水晶基板を同時にエッチングして、振動脚の外形部分を加工することを特徴とする。

また、本発明の水晶振動子片の製造方法は、上述した構成に加えて、第１の金属層はクロム層であることを特徴とする。

更に、本発明の水晶振動子片の製造方法は、上述した構成に加えて、第２の金属層は金層であることを特徴とする。

本発明の水晶振動子片の製造方法では、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とで水晶振動子片の振動脚の外形形状と溝形状が形成される。ここで、振動脚の外形形状は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程の合計のエッチング時間で決定される。

また、本発明の水晶振動子片の製造方法では、第２のエッチング工程において、第１の金属層と水晶基板とを一度にエッチングして振動脚の外形部分と溝部分の加工が行われるため、水晶基板のみをエッチングして外形部分と溝部分とを加工する従来のエッチング工程と比較して、所定の溝形状を加工するために要するエッチング時間が長くなる。このため、本発明では、第２のエッチング工程に要するエッチング時間が長くなり、その分、第１のエッチング工程に要する時間を短くすることができる。

これにより、第１のエッチング工程における第２のレジストパターンの損傷を軽減することができ、第２の金属層加工工程における第２の金属パターンの損傷を軽減し、第２の
金属パターンをマスクにしてエッチングにより形成される水晶振動子片の表面の損傷を軽減し、歩留まりを向上させることが可能となる。

本発明の製造方法による振動子片の製造工程を（ａ）〜（ｄ）図として工程順に示す説明図である。 図１の工程に連続する製造工程を（ｅ）〜（ｈ）図として工程順に示す説明図である。 図２の工程に連続する製造工程を（ｉ）〜（ｌ）図として工程順に示す説明図である。 本発明による製造方法によって製造された溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の外形を示す図である。 本発明による製造方法によって製造された溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片を示す図である。 従来の製造方法による振動子片の製造工程を（ａ）〜（ｄ）図として工程順に示す説明図である。 図６の工程に連続する製造工程を（ｅ）〜（ｈ）図として工程順に示す説明図である。 図７の工程に連続する製造工程を（ｉ）〜（ｌ）図として工程順に示す説明図である。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

図１〜図３は、本発明の振動子片の製造工程を示す図である。これらの図は音叉型水晶振動子片の２本の振動脚の断面を示している。

まず、図１（ａ）に示すように水晶基板１を板状に加工する。次に、水晶基板１の表裏両面に蒸着またはスパッタリングによって下地層として、第１の金属層であるクロム層３を成膜する（第１の金属層形成工程）。この第１の金属層であるクロム層３は、後述する第の２の金属層である金層５と水晶基板１との密着性を向上させる中間層として作用する。ここでクロム層３は第１の金属層の一例であり、同様の作用を有する他の金属層を用いても良い。

続いて、クロム層３の上に第２の金属層として金層５を成膜する（第２の金属層形成工程）（図１（ｂ））。第２の金属層である金層５は、後述する工程で水晶をエッチングする際に用いるフッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液に対する耐蝕膜として作用する。ここで金層５は第２の金属層の一例であり、同様の作用を有する他の金属層を用いても良い。

次に金層５の表面にフォトレジストを塗布し乾燥させてフォトレジスト層７を形成する（レジスト層形成工程）（図１（ｃ））。フォトレジストとしては例えばポジ型フォトレジストである東京応化製のＴＳＭＲ（登録商標）を用いる。

次に水晶振動子片の外形を形成するためのフォトマスクを用いて露光、現像し、水晶振動子片の外形の内側にだけフォトレジスト層７が残るようにし、外側の金層５を露出させる（第１のレジスト層加工工程）（図１（ｄ））。次に露出された金層５をエッチングし除去する（第１の金属層加工工程）（図２（ｅ））。金層５を除去した部分にはクロム層３が露出した状態である。

続いて残存しているフォトレジスト層７に対して、溝の露光を行い、現像し、溝に対応する部分のフォトレジスト層７を除去する（第２のレジスト層加工工程）（図２ｆ））。この時、フォトレジスト層７が除去された溝に対応する部分は金層５が露出した状態になっている。次に、露出しているクロム層３をエッチングして除去する（図２（ｇ））。

次に、水晶用のエッチング液であるフッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液を用いて、露出した水晶基板１のエッチングを行う（第１のエッチング工程）（図２（ｈ））。この図では露出した水晶基板１はエッチングにより貫通しているが、第１のエッチング工程で必ずしも貫通する必要はない。

続いて、溝に対応する部分に露出している金層５をエッチングによって除去する（第２の金属層加工工程）（図３（ｉ））。この時、溝に対応する部分はクロム層３が露出している。次に、残存するフォトレジスト層７を剥離する（図３（ｊ））。その後、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を用いてエッチングを行う（第２のエッチング工程）。この時、振動子片の外形形状に対応した水晶エッチングが進むのと同時に、溝に対応する部分はクロム層３がエッチングされ、クロム層３が除去された後は水晶がエッチングされ、上下両面に所定深さの溝９を形成する（図３（ｋ））。最後に、金層５、クロム層３を除去し、溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の形状が完成する（図３（ｌ））。

このように、本発明では溝に対応する部分にクロム層３を残したまま第２のエッチング工程を行う。溝に対応する部分にクロム層３を残したまま第２のエッチングを行うことにより、第２のエッチング工程に要する時間が長くなる。振動子片の外形形状を形成するための水晶エッチング時間は、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程の合計の時間で決定されるので、第２のエッチング工程の時間を長くすることにより第１のエッチング工程の時間を短くすることができる。

これにより第１のエッチング工程における第２のレジストパターンの損傷を軽減することができ、第２の金属層加工工程における第２の金属パターンの損傷を軽減し、第２の金属パターンをマスクにして行われる第２のエッチング工程での水晶振動子片の表面の損傷を軽減することが可能になる。

振動脚に形成する溝の数や溝の形状は、振動子の設計に応じて決定する。第２のレジストパターンにおける溝の幅が狭いほど、溝に対応する部分にクロム層３を残した状態で第２のエッチング工程を行う本発明の製造方法と、クロム層３を除去して第２のエッチング工程を行う従来の製造方法との第２のエッチング工程に要する時間の差を大きくできる。また、クロム層３を厚く成膜するほど第２のエッチング工程の時間を長くできる。

第２のレジストパターンにおける溝の幅は、例えば、１〜１０μｍが望ましい。ここで、溝の幅の下限は露光現像条件により決まるものであり、レジストパターンを安定して形成できれば１μｍより狭くても構わない。溝の幅が広すぎると本発明の製造方法と、従来の製造方法での第２のエッチング工程の時間の差がなくなり、効果が得られなくなる。クロム層３の厚さは、例えば、１０〜１００ｎｍが望ましい。クロム層３が薄すぎると、金層５と水晶基板１との密着性が悪くなる。また、クロム層３が厚すぎると、水晶振動子の振動特性が悪化する。

また、水晶用のエッチング液であるフッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液の温度が低すぎると第２のエッチング工程で溝に対応する部分のクロム層３が均一に除去されないので、水晶用のエッチング液の温度は６０℃以上であることが望ましい。例えば、水晶用のエッチング液の温度が７０℃、第２のレジストパターンにおける溝の幅が２μｍ、クロム層３の厚さが２０ｎｍの場合、深さ７０μｍの溝を形成するために必要な第２のエッチ
ング工程の時間は、本発明の製造方法では２８０分、従来の製造方法では２１５分となる。

先に示した本発明の製造工程では、第２のレジスト層加工工程の後に、水晶振動子片の外形の外側に露出したクロム層３を除去してから、第１のエッチング工程をおこなったが、水晶振動子片の外形の外側の面積は、振動脚の溝と比較して充分に大きく、クロム層３を残したままでも第１のエッチング工程に要する時間への影響は小さいので、クロム層３を除去せずに第１のエッチングを行っても構わない。

また、一般にクロムのエッチングは、エッチング液の使用回数によってサイドエッチング量が変化しやすいため、形状にばらつきが出やすい。特に、振動脚の溝のように細い部分ではサイドエッチング量の変化の影響が大きい。本発明のように、振動脚の溝に対応する部分のクロムエッチングを行わないことにより、溝形状のばらつきを抑えることができる。更には、クロムエッチング液の使用量の削減にもなり、コストダウンが可能となる。

また、先に示した本発明の製造工程では、溝に対応する部分の金層５を除去する第２の金属層加工工程の後にフォトレジスト層７を剥離してから第２のエッチング工程を行ったが、フォトレジスト層７を残したまま第２のエッチング工程を行ない、その後でフォトレジスト層７を剥離することも可能である。

このようにして、図４に示すような溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の外形形状が出来上がる。溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片は、基部１１と基部１１から延びる２本の脚１３から構成され、脚１３の表裏面には溝９が設けられている。

次に、図５に示す電極１５の形成の工程について説明する。図５は溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の平面図であり、電極１５は脚１３の溝部９、側面、基部１１にそれぞれ設けられている。まず溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の全面に金属層をスパッタリング等で形成し、次に金属層の表面にフォトレジスト層を形成する。この際、音叉型水晶振動子片の表面、裏面、側面と立体的にフォトレジストを塗布する必要があるため、スプレーコート装置を用いたスプレー塗布法や、金属層を電極として電着フォトレジストを塗布する電着塗布法などを用いる。次に電極のパターンを露光、現像し、図５の電極１５を形成しない部分に相当する部分のフォトレジスト層を除去する。次に、表面に露出した部分の金属膜をエッチングにより除去し、フォトレジスト層を剥離すれば、図５に示すような電極１５が形成される。

以上に記した本発明を実施するための最良の形態には、溝が形成された振動脚を有する音叉型水晶振動子片の例を示したが、２脚音叉型形状に限らず、あらゆる種類の溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片に適用できることは明らかである。

１ 水晶基板
３ クロム層
５ 金層
７ フォトレジスト層
９ 溝
１１ 基部
１３ 脚
１５ 電極

Claims (4)

1. 溝が形成された振動脚を有する水晶振動子片の製造方法において、
   水晶基板に第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、
   前記第１の金属層の上に第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
   前記第２の金属層の上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
   前記レジスト層を前記水晶振動子片の外形に応じた形状の第１のレジストパターンに加工する第１のレジスト層加工工程と、
   前記第１のレジストパターンをマスクにして前記第２の金属層を第１の金属パターンに加工する第１の金属層加工工程と、
   前記第１のレジストパターンを、前記溝に応じた形状を有する第２のレジストパターンに加工する第２のレジスト層加工工程と、
   前記第１の金属パターンに加工された前記第２の金属層をマスクにして、前記水晶基板をエッチングして、前記振動脚の外形部分を加工する第１のエッチング工程と、
   前記第２のレジストパターンをマスクにして前記第２の金属層のみを第２の金属パターンに加工する第２の金属層加工工程と、
   前記第２の金属パターンに加工された前記第２の金属層をマスクにして前記第１の金属層と前記水晶基板とを一度にエッチングして、前記振動脚の外形部分と溝部分とを加工する第２のエッチング工程と、を備える
   ことを特徴とする水晶振動子片の製造方法。
2. 前記第１のエッチング工程において、前記第１の金属パターンに加工された前記第２の金属層をマスクにして、前記第１の金属層及び前記水晶基板を同時にエッチングして、前記振動脚の外形部分を加工する
   ことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子片の製造方法。
3. 前記第１の金属層はクロム層である
   ことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子片の製造方法。
4. 前記第２の金属層は金層である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動子片の製造方法。

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