JP2015091052A - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外形パターンと溝部パターンとのアライメント誤差の影響を無くすことにより特性を改善し得る圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】 振動腕部の外形を含む振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングした後に、溝部を除く振動腕部となる領域４４を覆うとともにエッチング抑制パターン５２となる第二のマスク４５を用いて基板４１を更にエッチングして振動腕部の外形及び溝部を同時に形成する。【選択図】 図７

Description

本発明は、電子機器などに用いられる圧電素子の製造方法に関する。以下、圧電素子の一例として水晶振動素子を採り上げる。

コンピュータ、携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。そして、水晶振動子や水晶発振器の内部には、水晶振動素子が含まれている。その水晶振動素子の一例として、音叉型屈曲水晶振動素子について説明する。以下、音叉型屈曲水晶振動素子を「振動素子」と略称し、振動素子の製造方法を単に「製造方法」という。

一般に、振動素子は、二本の振動腕部と、各振動腕部に設けられた溝部と、を備えている。図１７［Ａ］に、そのうちの一本の振動腕部１１２ａと、振動腕部１１２ａの一方の面に形成された二本の溝部１１３ａとについて、平面形状を示す。ここで、特許文献１に開示された従来技術の製造方法について、図１３乃至図１７に基づき説明する。

まず、図１３［Ｄ］に示すように、水晶Ｚ板からなる基板１０１の表面及び裏面にクロムからなる耐食膜１０２を形成し、耐食膜１０２の上にフォトレジスト膜１０３ａを形成し、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６にのみにフォトレジスト膜１０３ａが残るようにフォトレジスト膜１０３ａの一部を除去することにより、外形パターニングを行う。

続いて、図１３［Ｅ］に示すように、図１３［Ｄ］でフォトレジスト膜１０３ａが形成されていない部分の耐食膜１０２を、エッチングにより除去する。したがって、耐食膜１０２が除去された部分には、基板１０１が表れることになる。

続いて、図１３［Ｆ］に示すように、図１３［Ｅ］で残っていたフォトレジスト膜１０３ａを全て除去する。

続いて、図１４［Ｇ］に示すように、耐食膜１０２も含めた基板１０１の全面にフォトレジスト膜１０３ｂを形成する。

続いて、図１４［Ｈ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｂの一部を除去する。このとき、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６以外の部分のフォトレジスト膜１０３ｂを除去するだけでなく、溝部となる領域１０５のフォトレジスト膜１０３ｂも除去することにより、溝部パターニングを行う。

続いて、図１４［Ｉ］に示すように、外形エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６のみを残してエッチングする。

続いて、図１５［Ｊ］に示すように、溝部となる領域１０５の耐食膜１０２を除去する。

続いて、図１５［Ｋ］に示すように、溝部エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、溝部となる領域１０５を一定の深さにエッチングする。

続いて、図１５［Ｌ］に示すように、耐食膜１０２及びフォトレジスト膜１０３ｂを全て除去する。

続いて、図１６［Ｍ］に示すように、基板１０１の表裏全面に電極膜１０８を形成する。

続いて、図１６［Ｎ］に示すように、電極膜１０８の全面に電着法によりフォトレジスト膜１０３ｃを形成し、電極パターンを露光及び現像する。このとき、基部となる領域１０６では、パッド電極となる領域１０７がフォトレジスト膜１０３ｃで覆われる。なお、溝部となる領域１０５のように微細な凹凸にまでフォトレジスト膜１０３ｃを形成するには、電着法を用いる必要がある。

最後に、図１６［Ｏ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｃで覆われていない電極膜１０８をエッチングにより除去し、その後フォトレジスト膜１０３ｃも除去する。これにより、振動腕部１１２ａ及び溝部１１３ａに励振電極１２２ａ，１２２ｂが形成され、基部１１１にパッド電極１２１ｂが形成され、振動素子が完成する。

特許第３７２９２４９号公報

国立天文台編、「理科年表 平成１７年」、丸善株式会社、平成１６年１１月３０日発行、ｐ．４９２

従来技術の製造方法には、次のような問題があった。

図１３［Ｄ］に示す外形パターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた外形パターンをフォトレジスト膜１０３ａに露光する。図１４［Ｈ］に示す溝部パターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた溝部パターンをフォトレジスト膜１０３ｂに露光する。図１７［Ａ］は、外形パターンの中心線２０１と溝部パターンの中心線２０２とが一致した場合である。この場合は、所望の特性の振動素子が得られる。なお、フォトマスクとは、例えばガラス基板にクロムなどで所定のパターンが描かれたものであり、ガラスマスクとも呼ばれる。

一方、図１７［Ｂ］は、外形パターンの中心線２０１と溝部パターンの中心線２０２とがずれた場合の一例である。中心線２０１に対して中心線２０２が図において右方向にアライメント誤差Ｓだけずれており、溝部１１３ａを含めた振動腕部１１２ａが左右非対称となっている。このような構造の振動素子では、左右の振動バランスが崩れることにより、振動漏れが生じてクリスタルインピーダンスが増加したり、主振動モード以外の他の振動モードによるスプリアス発振が発生したりする。

近年、振動素子がますます小型化することにより、このようなアライメント誤差の影響もますます深刻な問題になっている。

そこで、本発明の目的は、外形パターンと溝部パターンとのアライメント誤差の影響を無くすことにより特性を改善し得る、圧電素子の製造方法を提供することにある。

本発明に係る製造方法は、
振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆うとともに前記溝部内のエッチング抑制パターンとなる第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記エッチング抑制パターンによって前記溝部のエッチングを抑制しつつ前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、振動部の外形を含む振動部拡大領域を覆う第一のマスクを用いて基板をエッチングした後に、溝部を除く振動部となる領域を覆う第二のマスクを用いて基板を更にエッチングして振動部の外形及び溝部を同時に形成することにより、第二のマスクの元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、これらのパターン間でアライメント誤差は発生せず、しかも第一のマスクのパターンと第二のマスクのパターンとの位置ずれは振動部拡大領域で吸収できるので、これらのアライメント誤差の影響も無くすことができ、圧電素子の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。これに加え、溝部内にエッチング抑制パターンを形成することにより、振動部の外形及び溝部をエッチングによって同時に形成する際に溝部のエッチングレートを小さくでき、その分エッチング時間を長くしても溝部の貫通を避けられるので、外形のエッチング残渣を低減でき、更に一層、圧電素子の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。

実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す斜視図である。 図１におけるII−II線縦断面図である。 図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図４［Ａ］、図４［Ｂ］、図４［Ｃ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図５［Ｄ］、図５［Ｅ］、図５［Ｆ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図６［Ｇ］、図６［Ｈ］、図６［Ｉ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図７［Ｊ］、図７［Ｋ］、図７［Ｌ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図８［Ｍ］、図８［Ｎ］、図８［Ｏ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図９［Ｐ］、図９［Ｑ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法におけるエッチング抑制パターンの一例を示す平面図である。 実施形態１で得られる振動素子の一部を示す平面図であり、図１１［Ａ］は第一のマスクの振動腕部における中心線と第二のマスクの振動腕部における中心線とが一致した場合であり、図１１［Ｂ］は第一のマスクの振動腕部における中心線と第二のマスクの振動腕部における中心線とがずれた場合の一例である。 図１２［Ｂ１］は実施形態２の製造方法における第一のマスク形成工程の一部を示す断面図であり、図１２［Ｋ１］は実施形態２の製造方法におけるマスクエッチング工程の一部を示す断面図であり、図１２［Ｋ２］は比較例の製造方法におけるマスクエッチング工程の一部を示す断面図である。 従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１３［Ｄ］、図１３［Ｅ］、図１３［Ｆ］の順に工程が進行する。 従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１４［Ｇ］、図１４［Ｈ］、図１４［Ｉ］の順に工程が進行する。 従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１５［Ｊ］、図１５［Ｋ］、図１５［Ｌ］の順に工程が進行する。 従来技術の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１６［Ｍ］、図１６［Ｎ］の順に工程が進行する。 従来技術で得られる振動素子の一部を示す平面図であり、図１７［Ａ］は外形パターンの中心線と溝部パターンの中心線とが一致した場合であり、図１７［Ｂ］は外形パターンの中心線と溝部パターンの中心線とがずれた場合の一例である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

図１は、実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す平面図である。図２は、図１におけるII−II線縦断面図である。図３は、図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

本実施形態１の振動素子１０は、基部１１と、基部１１から延設された振動部としての二本の振動腕部１２ａ，１２ｂと、振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設けられた溝部１３ａ，１３ｂと、を備えている。

振動腕部１２ａ，１２ｂは、それぞれ基部１１から同じ方向に延設されている。基部１１及び振動腕部１２ａ，１２ｂは、水晶振動片１５を構成する。振動素子１０は、水晶振動片１５の他に、パッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ、配線パターン２４ａ，２４ｂなども備えている。

次に、振動素子１０の構成について更に詳しく説明する。

基部１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片１５は、基部１１と振動腕部１２ａ，１２ｂとが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術により製造される。

溝部１３ａ，１３ｂは、振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１との境界部分から振動腕部１２ａ，１２ｂの先端に向って、振動腕部１２ａ，１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１３ａ，１３ｂは、本実施形態１では振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。

振動腕部１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ａが設けられ、表裏面の溝部１３ａの内側に励振電極２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１３ｂの内側に励振電極２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極２２ａと溝部１３ａ内に設けられた励振電極２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極２２ｂと溝部１３ｂ内に設けられた励振電極２２ａとが異極同士となる。

基部１１には、パッド電極２１ａ，２１ｂと、パッド電極２１ａ，２１ｂと励振電極２２ａ，２２ｂの間を電気的に接続する配線パターン２４ａ，２４ｂと、が設けられる。パッド電極２１ａ、励振電極２２ａ、周波数調整用金属膜２３ａ及び配線パターン２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極２１ｂ、励振電極２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ｂ及び配線パターン２４ｂも、互いに電気的に導通している。

振動素子１０は、パッド電極２１ａ，２１ｂ及び導電性接着剤３１を介して、素子搭載部材３２側のパッド電極３３に固定されると同時に電気的に接続される。

水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する座標軸をＹ軸とする。ここで、これらのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる座標系をＸ軸を中心として±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸を、それぞれＹ’軸及びＺ’軸とする。この場合、本実施形態１では、二本の振動腕部１２ａ，１２ｂの延設方向がＹ’軸の方向であり、二本の振動腕部１２ａ，１２ｂの並ぶ方向がＸ軸の方向である。

次に、振動素子１０の動作を説明する。音叉型の振動素子１０を振動させる場合、パッド電極２１ａ，２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１２ａの表裏の溝部１３ａに設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａの両側面に設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１２ｂの表裏の溝部１３ｂに設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１２ｂの両側面に設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１２ａ，１２ｂに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。

図４乃至図１０は、本実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図又は平面図である。以下、図１乃至図３に図４乃至図１０を加えて、本実施形態１の製造方法について説明する。

振動腕部１２ａと振動腕部１２ｂとは対称的に同じ構造であり、基部１１の振動腕部１２ａ側と振動腕部１２ｂ側とも対称的に同じ構造である。そこで、図４乃至図９では、図１におけるIV−IV線縦断面において、振動腕部１２ａ側のみ、及び、基部１１の振動腕部１２ａ側のみの製造工程を示す。また、図１０では、振動腕部１２ａ側の一方の平面のみを示す。

本実施形態１の製造方法は、次の工程を含む。

圧電効果を有する基板４１の上に、振動腕部１２ａの外形を含む振動腕部を拡大した領域からなる振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を形成する第一のマスク形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｆ］）。

第一のマスク４３の上に、溝部を除く振動腕部となる領域４４を覆うとともに溝部内のエッチング抑制パターン５２となる第二のマスク４５を形成する第二のマスク形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）。

第二のマスク形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の後に、第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、振動部拡大領域４２の外形を形成する第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）。

第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の後に、第二のマスク４５を用いて第一のマスク４３をエッチングするマスクエッチング工程（図７［Ｋ］）。

エッチングされた第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングすることにより、エッチング抑制パターン５２によって溝部１３ａのエッチングを抑制しつつ振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａを形成する第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）。

また、第一のマスク形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｆ］）では、基板４１上に耐食膜５１を成膜しパターン化することにより耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成し、第二のマスク形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）では、耐食膜５１上にポジ型のフォトレジスト膜５４のパターンを形成することによりフォトレジスト膜５４からなる第二のマスク４５を形成するようにしてもよい。この場合、本実施形態１の製造方法は、更に次の工程を含むようにしてもよい。

第二のマスク形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の後かつ第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の前に、フォトレジスト膜５４の一部を露光することにより、フォトレジスト膜５４に潜像部分５５を形成する潜像形成工程（図６［Ｉ］）。

マスクエッチング工程（図７［Ｋ］）又は第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の後に、潜像部分５５を現像する潜像現像工程（図８［Ｍ］）。

潜像現像工程（図８［Ｍ］）及び第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の後に、基板４１及び耐食膜５１の露出部分上並びにフォトレジスト膜５４上に電極膜５６を形成する電極膜形成工程（図８［Ｏ］）。

フォトレジスト膜５４上に形成された電極膜５６をフォトレジスト膜５４とともに除去するリフトオフ工程（図９［Ｐ］）。

フォトレジスト膜５４が除去されたことにより露出した耐食膜５１を除去する耐食膜除去工程（図９［Ｑ］）。

なお、電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前に、潜像部分５５が除去されたことにより露出した耐食膜５１を除去する工程（図８［Ｎ］）を入れてもよい。

ここで、フォトレジスト膜５４はポジ型のフォトレジストからなる。ネガ型のフォトレジストは、露光されると現像液に対して溶解性が低下し、現像後に露光部分が残る。これに対して、ポジ型のフォトレジストは、ネガ型とは逆に、露光されると現像液に対して溶解性が増大し、現像後に露光部が除去される。

次に、上記各工程について、更に詳しく説明する。

まず、図４［Ａ］に示すように、水晶Ｚ板などの基板４１を用意する。

続いて、図４［Ｂ］に示すように、基板４１の上に耐食膜５１を形成する。耐食膜５１は、水晶のエッチング液に対して耐食性を有する金属からなり、単一層でも複数層でもよい。

続いて、図４［Ｃ］に示すように、耐食膜５１の上にフォトレジスト膜５３を形成する。フォトレジスト膜５３は、ネガ型でもポジ型でもどちらでもよく、例えばスピンコート法によって形成される。

続いて、図５［Ｄ］に示すように、耐食膜５１に形成されることになる第一のマスク４３（図５［Ｆ］）のパターンをフォトレジスト膜５３に露光及び現像する。このパターンは、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７のパターンであり、外形パターンよりも一回り大きい。

続いて、図５［Ｅ］に示すように、現像したフォトレジスト膜５３を用いて耐食膜５１をエッチングする。例えば、専用のエッチング液を用いたウェットエッチングで、フォトレジスト膜５３に覆われていない耐食膜５１を除去する。

続いて、図５［Ｆ］に示すように、残ったフォトレジスト膜５３を剥離することにより、耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成する。

続いて、図６［Ｇ］に示すように、耐食膜５１の上にフォトレジスト膜５４を形成する。フォトレジスト膜５４は、ポジ型であり、例えばスピンコート法によって形成される。

続いて、図６［Ｈ］に示すように、フォトレジスト膜５４からなる第二のマスク４５のパターンをフォトレジスト膜５４に露光及び現像する。このパターンは、溝部１３ａを除く振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８であり、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７よりも一回り小さく、かつ、エッチング抑制パターン５２を除き溝部となる領域４６が抜けている。

このとき、耐食膜５１上に残されるフォトレジスト膜５４すなわち第二のマスク４５は、図１０に示す平面形状となる。図１０に示すVIh−VIh線断面が、図６［Ｈ］に示す振動腕部側に相当する。図１０に示すように、溝部となる領域４６に形成されたエッチング抑制パターン５２は、第一溝面となる部分１３１から第二溝面となる部分１３２へ向けて突き出る突起状である。ここで、溝部１３ａ内の対向する主な二面のうち、−Ｘ軸方向を法線とする面を第一溝面と呼び、＋Ｘ軸方向を法線とする面を第二溝面と呼ぶことにする。

図１０では、複数のエッチング抑制パターン５２が、第一溝面となる部分１３１にＹ’軸方向に一定間隔で設けられる。突起状のエッチング抑制パターン５２は、Ｙ’軸から時計回りに６０°の方向に突き出ているが、これに限らず、例えばＹ’軸から時計回りに１２０°の方向に突き出てもよく、又はＹ’軸から時計回りに９０°の方向に突き出てもよい。また、エッチング抑制パターン５２の形状は、平行四辺形状に限らず、例えば長方形状、正方形状、三角形状、半円状など、エッチングを抑制できればどのような形状でもよい。

続いて、図６［Ｉ］に示すように、フォトレジスト膜５４の一部を露光することにより、潜像部分５５を形成する。潜像部分５５は、電極となる領域４９に相当する。電極となる領域４９には、図９［Ｑ］に示すパッド電極２１ｂとなる領域に加え、図１に示すパッド電極２１ａ及び配線パターン２４ａ，２４ｂとなる領域も含まれる。この工程での露光は、同じフォトレジスト膜５４に対する二回目の露光、すなわち「二重露光」である。

続いて、図７［Ｊ］に示すように、第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いて完全に抜くことにより、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７の外形を形成する。

続いて、図７［Ｋ］に示すように、第二のマスク４５に覆われていない第一のマスク４３すなわち耐食膜５１を前述の混合液でエッチングする。

続いて、図７［Ｌ］に示すように、エッチングされた第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いエッチングする。このとき、溝部となる領域４６はエッチング抑制パターン５２によって貫通を防ぎつつ一定の深さまでエッチングし、振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８は外形の外側を完全に抜くようにエッチングする。

つまり、エッチング抑制パターン５２がエッチング液の流れを妨げるように作用するので、溝部となる領域４６のエッチングレートは振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８のエッチングレートよりも小さくなる。また、エッチング抑制パターン５２は、このエッチング工程が終了するまでにほとんどが消滅する。なぜなら、第一のマスク４３の下からのアンダーエッチングによって、エッチング抑制パターン５２を支持する部分の基板４１が失われるからである。

続いて、図８［Ｍ］に示すように、潜像部分５５を現像する。これにより、電極となる領域４９は、潜像部分５５が除去されて、耐食膜５１が露出する。なお、図７［Ｌ］の工程と図８［Ｍ］の工程とは、順番を入れ替えてもよい。

続いて、図８［Ｎ］に示すように、潜像部分５５が除去されたことにより露出した耐食膜５１を、前述のエッチングによって除去する。これにより、電極となる領域４９は、耐食膜５１が除去されて、基板４１が露出する。なお、この工程は必ずしも必要ではない。この工程を省略した場合は、電極となる領域４９に耐食膜５１が残っているため、パッド電極２１ｂが耐食膜５１と電極膜５６との積層膜となる。

続いて、図８［Ｏ］に示すように、基板４１の露出部分上及びフォトレジスト膜５４上に電極膜５６を形成する。電極膜５６は、例えばクロム又はチタンの単層膜や、その上にパラジウム又は金を形成した積層膜などであり、例えばスパッタリングや蒸着で成膜する。

続いて、図９［Ｐ］に示すように、フォトレジスト膜５４上に形成された電極膜５６を、フォトレジスト膜５４とともに除去する。換言すると、基板４１の表裏に形成された第二のマスク４５と、その上に形成された電極膜５６とを、剥離する。これは、フォトレジストを溶解する液（例えばアセトン）に、これらを浸すことにより容易に除去できる。ただし、第二のマスク４５の下にある耐食膜５１は残る。この電極形成方法がリフトオフ法である。

最後に、図９［Ｑ］に示すように、フォトレジスト膜５４が除去されたことにより露出した耐食膜５１を、前述のエッチングによって除去する。これにより、振動腕部１２ａ及び溝部１３ａに励振電極２２ａ，２２ｂが形成され、基部１１にパッド電極２１ｂが形成される。このとき、図１に示すように、パッド電極２１ａ及び配線パターン２４ａ，２４ｂも形成され、振動素子１０が完成する。なお、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂは、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂとなる領域に潜像部分５５を形成することによりパッド電極２１ｂ等と同じように形成してもよいし、例えば別途メタルマスク及び蒸着で形成してもよい。

次に、本実施形態１の製造方法の作用及び効果について説明する。

（１）本実施形態１では、振動腕部１２ａの外形を含む振動部拡大領域４２を覆う第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングした後に、溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４を覆う第二のマスク４５を用いて基板４１を更にエッチングして振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａを同時に形成する（図７［Ｊ］〜図７［Ｌ］）。つまり、第二のマスク４５の元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、これらのパターン間にアライメント誤差は発生しない。しかも、振動部拡大領域４２を設けたため第一のマスク４３のパターンと第二のマスク４５のパターンとの位置ずれの影響も無くすことができ、振動素子１０の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。これに加え、溝部１３ａ内にエッチング抑制パターン５２を形成することにより、振動腕部１２ａの外形及び溝部１３ａをエッチングによって同時に形成する際に溝部１３ａのエッチングレートを小さくでき、その分エッチング時間を長くしても溝部１３ａの貫通を避けられるので、外形のエッチング残渣を低減でき、更に一層、振動素子１０の特性の向上及び歩留まりの向上を達成できる。

換言すると、本実施形態１では、第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）において、振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法よりも大きく形成し、第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）において、エッチング抑制パターン５２を用いて振動腕部１２ａに溝部１３ａを形成すると同時に、振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法に形成している。そのため、本実施形態１によれば、第一の基板エッチング工程において振動腕部１２ａの外形のエッチングに十分な時間をかけられるのでエッチング残渣を小さくでき、かつ、第二の基板エッチング工程においても振動腕部１２ａの外形のエッチングに十分な時間をかけられるのでエッチング残渣を更に小さくできる。

つまり、溝部１３ａのエッチング時に、エッチング抑制パターン５２が溝部１３ａのエッチングを抑制するので、エッチング時間が伸びる。これにより、第一の基板エッチング工程で取りきれなかった残渣を除去することができるので、振動腕部１２ａの残渣によるアンバランスや傾斜がなくなり、平行電界が得られやすくなり振動効率が向上する。

図１１を加えて更に詳しく説明する。図５［Ｄ］に示す第一のマスク４３のパターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた振動部拡大領域４２のパターンをフォトレジスト膜５３に露光する。図６［Ｈ］に示す第二のマスク４５のパターニングの工程では、フォトマスク（図示せず）に描かれた溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４のパターンをフォトレジスト膜５４に露光する。図１１［Ａ］は、第一のマスク４３の振動腕部１２ａにおける中心線４３１と第二のマスク４５の振動腕部１２ａにおける中心線４５１とが一致した場合である。この場合は、当然のことながら所望の特性の振動素子１０が得られる。

一方、図１１［Ｂ］は、第一のマスク４３の振動腕部１２ａにおける中心線４３１と第二のマスク４５の振動腕部１２ａにおける中心線４５１とがずれた場合の一例である。中心線４３１に対して中心線４５１が図において右方向にアライメント誤差Ｓだけずれているものの、溝部１１３ａを含めた振動腕部１２ａは左右対称となるので、この場合でも所望の特性の振動素子１０が得られる。これは、振動部拡大領域４２の上にこれよりも一回り小さい振動腕部１２ａとなる領域４４が形成されるため、振動部拡大領域４２の上で領域４４がずれたとしても所望の形状の振動腕部１２ａが得られるからである。

（２）したがって、図１１［Ａ］に示す振動部拡大領域４２の大きさと溝部１３ａを除く振動腕部１２ａとなる領域４４の大きさとの差Ｄは、第一のマスク形成工程（図５［Ｄ］）における露光時の第一のマスク４３のパターンと第二のマスク形成工程（図６［Ｈ］）おける露光時の第二のマスク４５のパターンとの位置ずれ（アライメント誤差Ｓ）よりも大きいことが望ましい。つまり、Ｄ≧Ｓであれば振動腕部１２ａは所望の形状を保つが、Ｄ＜Ｓとなると（Ｓ−Ｄ）の分だけ、振動腕部１２ａの形状が欠けることになるので、振動素子１０の特性が劣化することになる。なお、図１１ではわかりやすくするために一軸方向の位置ずれのみ示しているが、実際の位置ずれは全方向に発生するので、差Ｄも全方向に設けることが望ましい。もちろん、基部１１にも差Ｄを設けてもよい。

（３）ただし、差Ｄは大きればよいというものでもない。つまり、振動部拡大領域４２は、第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）において溝部１３ａが形成される時間内に振動腕部１２ａとなる領域４４までエッチングされる大きさであることが望ましい。第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）において差Ｄに相当する基板４１は除去されるが、差Ｄが大きすぎると、エッチングに時間がかかりすぎて、溝部１３ａが貫通してしまうからである。

ここで一例を述べれば、振動腕部１２ａとなる領域４４の幅（図において左右方向）が５０μｍであれば、振動部拡大領域４２の幅は５５μｍであり、差Ｄは２．５μｍである。このとき、アライメント誤差Ｓは少なくとも１μｍ程度である。以上、振動部拡大領域４２と振動腕部となる領域４４との関係について説明したが、基部拡大領域４７と基部となる領域４８との関係についても同様である。

（４）突起状のエッチング抑制パターン５２がＺ’軸を中心としてＹ’軸から時計回りに６０±５度又は１２０±５度（好ましくは６０度又は１２０度）の方向に突き出る場合は、エッチング抑制パターン５２の主な面がＸ面からなるので、更にエッチング残渣が生じにくい。なぜなら、Ｘ面はＹ面に比べてエッチングレートが大きいからである。したがって、この場合のエッチング抑制パターン５２下の水晶は、ウェットエッチング工程（図７［Ｌ］）において大部分がアンダーエッチングによって消滅する。

（５）従来技術では、外形エッチング後にフォトレジスト膜１０３ｃに電極パターンを露光及び現像して電極を形成していた（図１６［Ｍ］［Ｎ］［Ｏ］）。これに対し、本実施形態１では、外形エッチング前にフォトレジスト膜５４に電極パターンを露光して潜像部分５５を形成し（図６［Ｉ］）、外形エッチング後に潜像部分５５を現像し（図８［Ｍ］）、外形エッチング時のフォトレジスト膜５４を使用してリフトオフにより電極を形成する（図８［Ｏ］及び図９［Ｐ］）。より詳しく言えば、外形用のパターンを形成したフォトレジスト膜５４の一部を露光して潜像部分５５を形成しておき（図６［Ｉ］）、溝部１３ａ用の耐食膜５１のパターンを形成し（図７［Ｋ］）、その後に潜像部分５５を現像することにより（図８［Ｍ］）、溝部１３ａのエッチング時に潜像部分５５によって保護された領域４９に（図７［Ｌ］）、パッド電極２１ｂを形成できる（図９［Ｑ］）。

したがって、本実施形態１によれば、外形エッチング後の露光が不要になるので、外形エッチング後の露光によって生じる諸問題を全て解決できる。例えば、外形エッチング前は一枚の基板４１が多数の振動片に分離されていないので、露光などの位置合わせを必要とする工程を全て外形エッチング前に実施することにより、振動片の揺動に起因する露光精度の低下などを防止できる。また、露光装置へ搬送する際の振動によって振動片が脱落することも、防止できる。

詳しく言えば、外形エッチング工程（図７［Ｊ］）の後は、一枚の基板４１が多数の水晶振動片１５に分離されて、各水晶振動片１５の一部がフレーム（図示せず）に固定されている状態になる。そのため、外形エッチング工程（図７［Ｊ］）の後の基板４１を不用意に取り扱うと、水晶振動片１５がフレームから脱落するおそれがある。そこで、本実施形態１のように、フォトレジスト膜５４の一部を露光する工程（図６［Ｉ］）を外形エッチング工程（図７［Ｊ］）の前に行うことにより、その後に行う場合に比べて、露光の作業性を改善できる。

（６）本実施形態１では、ウェットエッチングを用いているが、ドライエッチングを用いることもできる。ただし、基板４１が水晶からなる場合は、エッチングレートが大きいウェットエッチングが望ましい。

図１２［Ｂ１］は実施形態２の製造方法における第一のマスク形成工程の一部を示す断面図であり、図１２［Ｋ１］は実施形態２の製造方法におけるマスクエッチング工程の一部を示す断面図であり、図１２［Ｋ２］は比較例の製造方法におけるマスクエッチング工程の一部を示す断面図である。以下、図１乃至図１１に図１２を加えて、実施形態２の製造方法を説明する。

本実施形態２では、次の構成が実施形態１と異なる。

第一に、図１２［Ｂ１］に示すように、耐食膜５１は、基板４１上に接する第一層５１１と、第一層５１１上に接し第一層５１１のイオン化傾向よりも小さいイオン化傾向を有する第二層５１２とからなる。

第二に、図１２［Ｋ１］に示すように、マスクエッチング工程（図７［Ｋ］）では、フォトレジスト膜５４で覆われていない第二層５１２を除去した後、第二層５１２上の全てのフォトレジスト膜５４を残したまま第一層５１１をウェットエッチングで除去する。また、第一のマスク形成工程（図５［Ｅ］）でも同様に、フォトレジスト膜５３で覆われていない第二層５１２を除去した後、第二層５１２上の全てのフォトレジスト膜５３を残したまま第一層５１１をウェットエッチングで除去してもよい。

次に、上記各工程について、更に詳しく説明する。

まず、図４［Ａ］に示すように、水晶Ｚ板などの基板４１を用意する。続いて、図１２［Ｂ１］に示すように、基板４１の上に、第一層５１１及び第二層５１２からなる耐食膜５１を形成する。本実施形態２では、第一層５１１としてクロムを用い、第二層５１２として金を用い、その成膜方法としてスパッタリングや蒸着を用いる。クロムは金よりも基板４１に対する密着性がよく、金はクロムよりも水晶のエッチング液に対する耐食性がよい。つまり、耐食膜５１は、クロムの第一層５１１及び金の第二層５１２の両方の利点を兼ね備え、密着性及び耐食性に優れている。

その後、図４［Ｃ］から図７［Ｊ］まで、実施形態１と同様の工程が続く。続いて、図１２［Ｋ１］に示すように、フォトレジスト膜５４に覆われていない金からなる第二層５１２を、例えばヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングする。この混合液ではクロムはエッチングされない。そして、図７［Ｋ］に示すように、フォトレジスト膜５４及び第二層５１２に覆われていないクロムからなる第一層５１１を、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。この混合液では金はエッチングされない。その後、図７［Ｌ］から図９［Ｑ］まで、実施形態１と同様の工程が続く。

一方、図１２［Ｋ２］に示す比較例では、図１２［Ｋ１］に示すように、フォトレジスト膜５４に覆われていない金からなる第二層５１２を、例えばヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングした後、図１２［Ｋ２］に示すように、フォトレジスト膜５４を除去する。そして、この状態で、第二層５１２に覆われていないクロムからなる第一層５１１を、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。

ここで、クロム（Ｃｒ）の標準電極電位は−０．４２４［Ｖ］であり、金（Ａｕ）の標準電極電位は＋１．５２［Ｖ］又は＋１．８３［Ｖ］である。つまり、クロムのイオン化傾向が金のイオン化傾向よりも大きい。このような金属の組み合わせにおいて、比較例の図１２［Ｋ２］に示す状態でクロムの第一層５１１をウェットエッチングしようとすると、いわゆる「電蝕」が発生することにより、クロムの第一層５１１が異常にエッチングされるので、エッチング精度が低下する。「電蝕」とは、「電気化学的腐蝕」の略称であり、二種の異なる金属が同時に電解質溶液（エッチング液）に接触したとき、金属間の電位差によってイオン化傾向の大きい金属から小さい金属に電子が移動することにより、電荷を失った金属原子がイオンとして溶液中に溶け出すことで金属が腐食する現象をいう。

これに対して、本実施形態２によれば、イオン化傾向の大きい第一層５１１上にイオン化傾向の小さい第二層５１２が積層された構造の耐食膜５１において、第一層５１１をウェットエッチングする際に、第二層５１２上の全てがフォトレジスト膜５４で覆われている。そのため、第一層５１１のエッチング液に第二層５１２が実質的に接触しないので、電蝕の発生によるエッチング精度の低下を抑制できる。

また、第一層５１１及び第二層５１２の金属の種類は、イオン化傾向の大小関係を満たせばどのような組み合わせでもよい。例えば、第一層５１１をチタン（Ｔｉ：標準電極電位−１．６３［Ｖ］）、第二層５１２を白金（Ｐｔ：標準電極電位＋１．１８８［Ｖ］）としてもよい。本明細書で言う標準電極電位は、２５℃かつｐＨ＝０の水溶液中における標準水素電極を基準にしたものである（非特許文献１参照）。

なお、本実施形態２におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

次に、実施形態３の製造方法について説明する。本実施形態３は、実施形態１と共通する部分が多いので、以下図１乃至図１０に基づき説明する。

本実施形態３において、第一のマスク形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｅ］）では、耐食膜５１をパターン化する際に使用するフォトレジスト膜５３がポジ型のフォトレジストからなる。そして、レジスト溝部パターン形成工程（図６［Ｈ］）では、第一のマスク形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｅ］）で使用したフォトレジスト膜５３を剥離することなくそのまま使用する。すなわち、図６［Ｈ］の工程以降は、フォトレジスト膜５４をフォトレジスト膜５３に置き換えた状態で、図９［Ｑ］の工程まで進められる。そのため、フォトレジスト膜５３には、全部で三回の露光及び現像、すなわち「三重露光」が施される。

本実施形態３によれば、フォトレジスト膜５３を剥離する工程（図５［Ｆ］）及びフォトレジスト膜５４を塗布する工程（図６［Ｇ］）が不要になるので、実施形態１に比べて製造工程を簡素化できる。

なお、本実施形態３におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明は、基部と振動部と溝部とを備える圧電素子であればどのようなものにでも利用でき、例えば水晶やセラミックスからなる圧電素子や、音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。

１０ 振動素子
１１ 基部
１２ａ，１２ｂ 振動腕部
１３ａ，１３ｂ 溝部
１３１ 第一溝面となる部分
１３２ 第二溝面となる部分
１５ 水晶振動片
２１ａ，２１ｂ パッド電極
２２ａ，２２ｂ 励振電極
２３ａ，２３ｂ 周波数調整用金属膜
２４ａ，２４ｂ 配線パターン
３１ 導電性接着剤
３２ 素子搭載部材
３３ パッド電極
４１ 基板
４２ 振動部拡大領域
４３ 第一のマスク
４３１ 第一のマスクの振動腕部における中心線
４４ 振動腕部となる領域
４５ 第二のマスク
４５１ 第二のマスクの振動腕部における中心線
４６ 溝部となる領域
４７ 基部拡大領域
４８ 基部となる領域
４９ 電極となる領域
５１ 耐食膜
５１１ 第一層
５１２ 第二層
５２ エッチング抑制パターン
５３ フォトレジスト膜
５４ フォトレジスト膜
５５ 潜像部分
５６ 電極膜

１１１ 基部
１１２ａ，１１２ｂ 振動腕部
１１３ａ 溝部
１２１ｂ パッド電極
１２２ａ，１２２ｂ 励振電極
１０１ 基板
１０２ 耐食膜
１０３ａ フォトレジスト膜
１０３ｂ フォトレジスト膜
１０３ｃ フォトレジスト膜
１０４ 振動腕部となる領域
１０５ 溝部となる領域
１０６ 基部となる領域
１０７ パッド電極となる領域
１０８ 電極膜
２０１ 外形パターンの中心線
２０２ 溝部パターンの中心線

Claims (6)

1. 振動部とこの振動部に設けられた溝部とを備える圧電素子を製造する方法であって、
   圧電効果を有する基板の上に、前記振動部の外形を含む当該振動部を拡大した領域からなる振動部拡大領域を覆う第一のマスクを形成する第一のマスク形成工程と、
   この第一のマスクの上に、前記溝部を除く前記振動部となる領域を覆うとともに前記溝部内のエッチング抑制パターンとなる第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程と、
   この第二のマスク形成工程の後に、前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記振動部拡大領域の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
   この第一の基板エッチング工程の後に、前記第二のマスクを用いて前記第一のマスクをエッチングするマスクエッチング工程と、
   このエッチングされた前記第一のマスクを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記エッチング抑制パターンによって前記溝部のエッチングを抑制しつつ前記振動部の外形及び前記溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
   を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
2. 前記振動部拡大領域の大きさと前記振動部となる領域の大きさとの差は、
   前記第一のマスク形成工程で形成される前記第一のマスクのパターンと前記第二のマスク形成工程で形成される前記第二のマスクのパターンとの位置ずれよりも大きい、
   請求項１記載の圧電素子の製造方法。
3. 前記振動部拡大領域は、前記第二の基板エッチング工程において前記溝部が形成される時間内に前記振動部となる領域までエッチングされる大きさである、
   請求項１又は２記載の圧電素子の製造方法。
4. 前記第一のマスク形成工程では、前記基板上に耐食膜を成膜しパターン化することにより当該耐食膜からなる前記第一のマスクを形成し、
   前記第二のマスク形成工程では、前記耐食膜上にポジ型のフォトレジスト膜のパターンを形成することにより当該フォトレジスト膜からなる前記第二のマスクを形成し、
   更に、前記第二のマスク形成工程の後かつ前記第一の基板エッチング工程の前に、前記フォトレジスト膜の一部を露光することにより、当該フォトレジスト膜に潜像部分を形成する潜像形成工程と、
   前記マスクエッチング工程又は前記第二の基板エッチング工程の後に、前記潜像部分を現像する潜像現像工程と、
   この潜像現像工程及び前記第二の基板エッチング工程の後に、前記基板及び前記耐食膜の露出部分上並びに前記フォトレジスト膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、
   前記フォトレジスト膜上に形成された前記電極膜を前記フォトレジスト膜とともに除去するリフトオフ工程と、
   前記フォトレジスト膜が除去されたことにより露出した前記耐食膜を除去する耐食膜除去工程と、
   を含む請求項１乃至３のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。
5. 前記耐食膜は、前記基板上に接する第一層と、この第一層上に接し当該第一層のイオン化傾向よりも小さいイオン化傾向を有する第二層とからなり、
   前記第一のマスク形成工程及び前記マスクエッチング工程の少なくとも一方では、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記第二層を除去した後、前記第二層上の全ての前記フォトレジスト膜を残したまま前記第一層をウェットエッチングで除去する、
   請求項４記載の圧電素子の製造方法。
6. 前記第一層はクロムからなり、前記第二層は金からなり、前記基板は水晶からなり、
   前記第一の基板エッチング工程及び前記第二の基板エッチング工程ではウェットエッチングが用いられる、
   請求項５記載の圧電素子の製造方法。

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