JP2016178263A - ドライエッチング方法および金属マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い加工精度を有するドライエッチング方法および金属マスクの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のドライエッチング方法は、保護膜１３０の断面を逆テーパ状にパターニングし、加熱後、パターニングされた保護膜１３０を用いて金属マスク１４２を作成し、金属マスク１４２を用いて被加工物としての水晶基板１１０をエッチングするドライエッチング方法であって、金属マスクの断面形状において、金属マスク１４２の幅寸法の最大値が、金属マスク１４２の厚みの中間の位置にある。【選択図】図３

Description

本発明は、ドライエッチング方法および金属マスクの製造方法に関する。

従来から、ジャイロセンサーに用いられる駆動用振動腕や検出用振動腕を有するジャイロ素子は水晶などの基板をフォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて加工することで形成されている。基板を加工するエッチング技術には、ウェットエッチング方法やドライエッチング方法があるが、エッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどにより、振動腕の断面形状が矩形状とならずに、平行四辺形や菱形になってしまうウェットエッチング方法に代わり、振動腕の断面形状が設計に近い矩形状に加工し易いドライエッチング方法が多用されている。
ドライエッチング方法では、基板上にエッチングガスに耐食性の強いレジストなどでマスクを形成し基板をエッチングすることで、ジャイロ素子などの外形形状を形成することができる。しかし、レジストによるマスクの断面形状は、感光特性により逆テーパ形状となる。そのため、エッチングが進むにつれレジストも若干エッチングされ幅寸法が狭くなり、それに伴い基板をエッチングして形成する外形形状の幅寸法が広がりその断面形状が台形状となり、特に、振動腕の断面形状が設計に近い矩形状にならないという問題があった。そこで、特許文献１では、硫黄（Ｓ）を含む混合ガス系を用いてプラズマ処理によりマスクの傾斜側壁部に硫黄を堆積させてマスクの断面形状を略矩形状に整形した後に、エッチングする。これにより、マスクの最上面の幅寸法と等しい幅寸法を有する外形形状に形成することができ、且つ、断面形状も矩形状に形成することができるドライエッチング方法が開示されている。

特開平５−３１８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のドライエッチング方法では、水晶などの基板をエッチングするフッ素（Ｆ）を含む混合ガス系を用いた場合、レジストによるマスクでは基板を素子の外形形状に貫通する前に、マスクが削られて無くなってしまい、素子の外形形状を精度良くエッチングすることができないという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るドライエッチング方法は、保護膜の断面を逆テーパ状にパターニングし、加熱後、パターニングされた前記保護膜を用いて金属マスクを作成し、前記金属マスクを用いて被加工物をエッチングするドライエッチング方法であって、前記金属マスクの断面形状において、前記金属マスクの幅寸法の最大値が、前記金属マスクの厚みの中間の位置にあることを特徴とする。

本適用例によれば、断面が逆テーパ状にパターニングされた保護膜を加熱することにより、金属マスクの厚みの中間の位置に金属マスクの幅寸法の最大値とすることができるため、エッチング中に金属マスクの表面がエッチングされても、金属マスクの幅寸法の最大値は変化しない。そのため、金属マスクの幅寸法の最大値と等しい幅寸法を有する外形形状に精度良くエッチングすることができる。従って、高い加工精度を有するドライエッチング方法を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載のドライエッチング方法において、前記加熱によって、前記保護膜の断面形状の前記被加工物付近が前記被加工物側に向かって広がるように制御し、前記金属マスクの幅寸法が最大となる位置を制御していることが好ましい。

本適用例によれば、パターニングされた保護膜を加熱することにより、保護膜の断面形状の前記被加工物付近が被加工物側に向かって広がるようにすることができるので、加熱温度や加熱時間を調整することにより、保護膜の断面形状の被加工物側の広がる幅寸法を制御することができる。そのため、保護膜の断面形状の最小の幅寸法を保護膜の厚さ方向に対して変化させることができる。つまり、保護膜の断面形状の被加工物側の広がる幅寸法を大きくすると、保護膜の断面形状の最小の幅寸法を被加工物側とすることができ、逆に、保護膜の断面形状の被加工物側の広がる幅寸法を小さくすると、保護膜の断面形状の最小の幅寸法を保護膜の表面側にすることができる。従って、金属マスクは保護膜の開口部、所謂、保護膜と保護膜との間に形成するため、金属マスクの断面形状の幅寸法の最大値は、保護膜の断面形状の幅寸法が最小となる位置となる。そのため、金属マスクの幅寸法の最大値を金属マスクの厚みの中間の位置に制御することができる。

［適用例３］上記適用例に記載のドライエッチング方法において、前記被加工物は、水晶基板であることが好ましい。

本適用例によれば、水晶基板は、Ｑ値が高く温度特性が良好なため、高い検出感度を有する高安定なジャイロ素子などを製造することができる。

［適用例４］本適用例に係る金属マスクの製造方法は、被加工物上に下地膜を形成する下地膜形成工程と、保護膜を前記被加工物上に塗布し、前記保護膜の断面形状が前記被加工物側に向かって逆テーパ状になるようにパターニングする保護膜パターニング工程と、パターニングした前記保護膜を加熱する加熱工程と、金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記保護膜を剥離する保護膜剥離工程とを含むことを特徴とする。

本適用例によれば、断面形状が被加工物側に向かって逆テーパ状にパターニングされた保護膜を加熱することで、断面形状の被加工物側の幅寸法を広げることができる。そのため、パターニングされた保護膜の開口部に金属膜を形成することで、金属マスクの断面形状の幅寸法の最大値が金属マスクの厚みの中間の位置となる金属マスクを製造することができる。

ドライエッチング方法で形成したジャイロ素子の構造を示す概略平面図。 ジャイロ素子の外形を形成する製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｅ）主要な工程毎の図１中のＡ−Ａ線における概略断面図。 （ｆ）〜（ｉ）主要な工程毎の図１中のＡ−Ａ線における概略断面図。 ドライエッチング装置の構成を示す概略構成図。 エッチング工程を説明する図４（ｆ）におけるＢ部の拡大図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図１、図３、および図４において、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、Ｚ軸方向の面を主面として、また、Ｘ軸方向から見たときの平面視において、Ｘ軸方向の面を側面として説明する。

＜実施形態＞
［ジャイロ素子の形状］
先ず、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法で形成したＨ型構造のジャイロ素子について、図１を参照して説明する。
図１は、ジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。なお、ジャイロ素子１００には、検出用電極、検出用配線、駆動用電極、駆動用配線、および調整用電極などが設けられているが、説明の便宜上、図１においては省略している。

ジャイロ素子１００は、図１に示すように、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部１０と、基部１０のＹ軸方向の端部１０ａ，１０ｂのうち一方の端部１０ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延出された一対の駆動用振動腕１２ａ，１２ｂと、基部１０の他方の端部１０ａからＹ軸に沿って並行するように延出された一対の検出用振動腕１４ａ，１４ｂと、を有している。

また、基部１０から延出する第１連結部２０ａ、および第１連結部２０ａに連結する第１支持部２２ａと、基部１０から第１連結部２０ａと反対方向に延出する第２連結部２０ｂ、および第２連結部２０ｂに連結する第２支持部２２ｂと、が設けられている。更に、第１支持部２２ａおよび第２支持部２２ｂは、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部２４を構成している。そして、ジャイロ素子１００は、固定枠部２４の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。

なお、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの先端部には錘部３２ａ，３２ｂが設けられており、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの先端部には錘部３４ａ，３４ｂが設けられている。錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂを設けることによって、共振周波数を同一で駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの延出する方向の長さ（Ｙ軸方向の長さ）を短くすることができるため、ジャイロ素子１００の小型化を図ることができる。また、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの共振周波数を低めることができる。更に、錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂは、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していても良く、省略しても良い。なお、錘部３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂに金属膜等で形成された質量部（図示せず）を設け、この質量部の一部をレーザー光等で除去することにより駆動用振動腕１２ａ，１２ｂおよび検出用振動腕１４ａ，１４ｂの共振周波数を調整することができる。

本実施形態のジャイロ素子１００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。ジャイロ素子１００をなす基材は、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。本実施形態においてジャイロ素子１００は、水晶を用いたが他の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムやチタン酸ジルコン酸鉛等を基材として用いても良い。なお、所定の厚み（Ｚ軸方向の長さ）は、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

基部１０の中央は、ジャイロ素子１００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子１００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子１００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子１００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。

［ジャイロ素子の動作原理］
次に、ジャイロ素子１００の動作原理について説明する。
駆動モードにおいて、駆動用電極に所定の交流電圧を印加すると、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂは、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動（面内モード振動）する。

この状態でジャイロ素子１００が各振動腕の延出方向であるＹ軸回りに回転する角速度ωを印加すると、その角速度ωに応じて発生するコリオリ力の作用により、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂは主面に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用振動腕１４ａ，１４ｂが検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このとき、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの振動方向は、駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの振動方向とは逆相になる。

つまり、駆動用振動腕１２ａが＋Ｚ軸方向に振動すると、駆動用振動腕１２ｂは−Ｚ軸方向に振動する面外モード振動の屈曲振動となる。この駆動用振動腕１２ａ，１２ｂの面外モードの屈曲振動が基部１０を介して検出用振動腕１４ａ，１４ｂに伝わることで、検出用振動腕１４ａ，１４ｂを共振させ、検出用振動腕１４ａが−Ｚ軸方向に振動すると、検出用振動腕１４ｂは＋Ｚ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。

この検出モードにおいて、検出用振動腕１４ａ，１４ｂの検出用電極間に発生する電荷量を取り出すことによって、ジャイロ素子１００に加えられたＹ軸回りに回転する角速度ωが求められる。

［ジャイロ素子の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係るドライエッチング方法を用いる製造方法の一例として、水晶を基材（主要部分を構成する材料）とするジャイロ素子１００の製造方法を挙げ、図２〜図６を参照して説明する。
図２は、ジャイロ素子の外形を形成する製造方法を示す工程図である。図３（ａ）〜図３（ｅ）は、主要な工程毎の図１中のＡ−Ａ線における概略断面図である。図４（ｆ）〜図４（ｉ）は、主要な工程毎の図１中のＡ−Ａ線における概略断面図である。図５は、ドライエッチング装置の構成を示す概略構成図である。図６は、エッチング工程を説明する図４（ｆ）におけるＢ部の拡大図である。

ジャイロ素子１００の外形を形成する製造方法は、図２に示すように、下地膜形成工程（Ｓｔｅｐ１）と、保護膜パターニング工程（Ｓｔｅｐ２）と、加熱工程（Ｓｔｅｐ３）と、金属膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）と、保護膜剥離工程（Ｓｔｅｐ５）と、支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ６）と、ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ７）と、支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ８）と、下地膜剥離工程（Ｓｔｅｐ９）と、を含んでいる。なお、本実施形態に係る金属マスクの製造方法は、下地膜形成工程（Ｓｔｅｐ１）と、保護膜パターニング工程（Ｓｔｅｐ２）と、加熱工程（Ｓｔｅｐ３）と、金属膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）と、保護膜剥離工程（Ｓｔｅｐ５）と、を含む工程である。

＜下地膜形成工程（Ｓｔｅｐ１）＞
先ず、下地膜形成工程（Ｓｔｅｐ１）では、被加工物としての水晶基板１１０の表裏の両主面に下地膜１２０を形成する。図３（ａ）は、水晶基板１１０に下地膜１２０を形成した後の概略断面図である。下地膜１２０は、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、無電解めっき法などで成膜できる。下地膜１２０の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。水晶基板１１０と下地膜１２０との密着性を高めるための密着層（図示せず）が設けられていてもよい。本実施形態では、厚さ略１１０μｍの水晶基板１１０上にクロム（Ｃｒ）の密着層を介して厚さ略１００ｎｍの下地膜１２０を銅（Ｃｕ）で形成している。

＜保護膜パターニング工程（Ｓｔｅｐ２）＞
保護膜パターニング工程（Ｓｔｅｐ２）では、フォトリソグラフィー技術を用いて一方（＋Ｚ軸方向）の主面上にネガレジストなどの保護膜１３０をパターニングする。図３（ｂ）は、パターニング後の概略断面図である。保護膜１３０は、例えばコーターなどを使用して水晶基板１１０の一方（＋Ｚ軸方向）の主面に略２５μｍの厚さで均一に塗布される。水晶基板１１０に塗布された保護膜１３０は、例えば、コンタクトアライナー、プロキシミティアライナーなどの露光装置を用いて図示しないフォトマスクを介して露光される。その後、保護膜１３０を現像することにより、平面視におけるジャイロ素子１００の外形形状に開口されたパターンの保護膜１３０が形成される。なお、ジャイロ素子１００の外形形状にパターニングされた保護膜１３０の断面（ＸＺ面）形状は、傾斜を有する側壁１３２によって、水晶基板１１０側に向かって逆テーパ状に形成されている。つまり、保護膜１３０の断面形状は、表面側の幅寸法に比べ、水晶基板１１０側の幅寸法Ｗｒ１の方が狭い。これは、ネガ型レジストは、露光部においてはレジスト表面付近から深さ方向に向かって露光量が少なくなるため、現像液に対するレジストの難溶性も表面付近から深さ方向に向かって低くなる。従って、現像後には断面形状が特有の逆テーパ状を得ることができる。

＜加熱工程（Ｓｔｅｐ３）＞
加熱工程（Ｓｔｅｐ３）では、水晶基板１１０上にパターニングされた保護膜１３０を加熱する。図３（ｃ）は、加熱後の概略断面図である。水晶基板１１０側に向かって逆テーパ状の保護膜１３０は、恒温槽等に入れて所望の温度と時間で加熱すると、パターニングされた保護膜１３０の断面形状において、水晶基板１１０側の側壁１３２ａが現像により除去された領域側に広がる。つまり、水晶基板１１０側の幅寸法Ｗｒ２が、加熱する前の幅寸法Ｗｒ１より広がり、保護膜１３０の断面形状の最小の幅寸法は保護膜１３０の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間の位置となる。そのため、パターニングされた保護膜１３０の開口部を、対向する保護膜１３０の側壁１３２ａの間隔である幅寸法Ｗｍが保護膜１３０の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間で最大となるように形成することができる。このように、パターニングされた保護膜１３０を加熱することにより、保護膜１３０の断面形状の水晶基板１１０付近が水晶基板１１０側に向かって広がるように制御することができる。

＜金属膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）＞
次に、金属膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）では、水晶基板１１０をエッチングしてジャイロ素子１００を形成する際のマスクになる金属膜１４０を水晶基板１１０の表裏の両主面に形成する。図３（ｄ）は、金属膜１４０を形成した後の概略断面図である。パターニングされた保護膜１３０の開口部に金属膜１４０を形成することにより、金属膜１４０の断面形状が金属膜１４０の幅寸法Ｗｍの最大値を金属膜１４０の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間の位置になるように形成することができる。
なお、金属膜１４０は、パターニングした保護膜１３０をマスクとして露出している下地膜１２０の上と、他方（−Ｚ軸方向）の主面側の下地膜１２０の上と、にめっき技術により形成される。本実施形態の金属膜１４０は、ニッケル（Ｎｉ）を無電解めっき法により略１５μｍの厚さで形成されている。

＜保護膜剥離工程（Ｓｔｅｐ５）＞
保護膜剥離工程（Ｓｔｅｐ５）では、保護膜１３０と下地膜１２０とを除去して金属膜１４０による金属マスク１４２を形成する。図３（ｅ）は、保護膜１３０と下地膜１２０とを剥離した後の概略断面図である。金属膜形成工程（Ｓｔｅｐ４）で下地膜１２０のマスクとして使用され不要となった保護膜１３０を剥離し、露出した下地膜１２０を除去することで、ジャイロ素子１００の外形形状にパターニングされた金属マスク１４２が形成される。なお、金属マスク１４２の断面形状は、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍの最大値を金属マスク１４２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間の位置になるように形成されている。
保護膜１３０の剥離方法としては、保護膜剥離剤を用いたウェットエッチング法や、オゾンやプラズマを用いたドライエッチング法などを用いることができる。下地膜１２０の剥離方法としては、下地膜１２０に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地膜１２０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。

＜支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ６）＞
支持基板固定工程（Ｓｔｅｐ６）では、シリコンなどの支持基板１５０上に両面接着テープなどの固定用部材１６０を介して金属マスク１４２が形成された水晶基板１１０を固定する。図４（ｆ）は、支持基板１５０上に水晶基板１１０を固定した後の概略断面図である。水晶基板１１０は固定用部材１６０を介して支持基板１５０に貼り合わせた状態で、ドライエッチング装置の真空容器内への搬入と真空容器内に設けられたステージへの載置がなされる。前述のように本実施形態の水晶基板１１０は厚さが略１１０μｍと非常に薄いが、厚さが６００〜８００μｍと十分な強度を有する支持基板１５０に貼り合わせた状態で取り扱うことによって搬入時に作用する外力による水晶基板１１０の損傷を確実に防止できる。

＜ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ７）＞
ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ７）では、図５に示すようなドライエッチング装置を用いて金属マスク１４２を保護部としてジャイロ素子１００の外形形状に水晶基板１１０をエッチングする。ドライエッチング装置には、一例として、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）型（誘導結合型）のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いる。図４（ｇ）は、水晶基板１１０をエッチングしジャイロ素子１００の外形形状を形成した後の概略断面図である。水晶基板１１０上には、金属マスク１４２の断面形状が金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍの最大値を金属マスク１４２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間の位置となっている金属マスクが形成されているため、エッチング後には、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍと等しい幅寸法Ｗｍを有する外形形状に水晶基板１１０を精度良く形成することができ、且つ水晶基板１１０の断面形状を略矩形状に形成することができる。

ドライエッチング工程（Ｓｔｅｐ７）では、先ず、ドライエッチング装置の真空容器内に設けられたステージ上に、水晶基板１１０を固定した支持基板１５０を静電吸着によって高い密着度で固定する。その後、真空容器内を１．０Ｐａ程度まで減圧し、六フッ化エタン（Ｃ₂Ｆ₆）とヘリウム（Ｈｅ）とを含むエッチングガスをガス導入口から真空容器内に供給する。

次に、真空容器の上部に設けられているコイルに高周波電源から高周波数の大電流を流すことによって高電圧と高周波数の変動磁場により、六フッ化エタンが分解し誘導結合プラズマを発生させる。その後、ステージの電位をマイナス電位とすると、誘導結合プラズマのプラスイオンがステージに引き寄せられて、水晶基板１１０に衝突し、金属マスク１４２で保護されていない部分の水晶基板１１０がエッチングされ、ジャイロ素子１００の外形が形成される。また、その時に発生するフッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）を含む反応生成物は真空ポンプにより排気されるが、図６に示すように、一部は側壁保護膜１７０としてエッチングした水晶基板１１０の側壁１１２に付着する。この側壁保護膜１７０は水晶基板１１０の厚み方向（Ｚ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向やＹ軸方向など）のエッチングを阻止する役目を果たす。所謂、異方性エッチングが可能となる。

［側壁保護膜］
次に、側壁保護膜１７０を形成しながらエッチングする異方性エッチングについて、図６を参照して説明する。
先ず、図６（ａ）は、エッチングを開始する前の状態であり、水晶基板１１０の上に金属膜１４０により構成する金属マスク１４２が形成され、支持基板１５０上に固定用部材１６０を介して固定されている。エッチングの初期状態では、図６（ｂ）に示すように、水晶基板１１０が厚み方向（Ｚ軸方向）にエッチングされ、水晶基板１１０に側壁１１２が生じる。

その後、エッチングを継続すると、図６（ｃ）と図６（ｄ）に示すように、エッチング時に発生するフッ素（Ｆ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）を含む反応生成物が側壁保護膜１７０として水晶基板１１０の側壁１１２に付着する。また同時に、金属マスク１４２の表面もエッチングガスによりエッチングされるので、金属マスク１４２の厚みが若干薄くなる。

更に、エッチングを継続すると、図６（ｅ）に示すように、水晶基板１１０を貫通した時点でエッチングを終了する。側壁保護膜１７０を水晶基板１１０の側壁１１２に付着しながら水晶基板１１０の厚み方向（Ｚ軸方向）のみにエッチングすることができるため、エッチングして形成された水晶基板１１０の側壁１１２は略垂直に形成することができる。従って、振動腕の断面形状を略矩形状に形成することができる。

なお、ここでは、ドライエッチング装置に誘導結合型を用いた場合を説明したが、ドライエッチング装置には、コイルの部分に対向電極を用いた容量結合型（平行平板型）を用いてもよい。

次に、再び図２に戻る。
＜支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ８）＞
支持基板分離工程（Ｓｔｅｐ８）では、支持基板１５０側の金属膜１４０を剥離してエッチングを施した水晶基板１１０から支持基板１５０を分離する。図４（ｈ）は、金属膜１４０を剥離し水晶基板１１０と支持基板１５０とを分離した後の概略断面図である。金属膜１４０の剥離方法としては、金属膜１４０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。なお、同時に金属マスク１４２も剥離される。

＜下地膜剥離工程（Ｓｔｅｐ９）＞
下地膜剥離工程（Ｓｔｅｐ９）では、下地膜１２０を剥離する。図４（ｉ）は、下地膜１２０を剥離した後の概略断面図である。エッチングされた水晶基板１１０（ジャイロ素子１００）の外形形状における幅寸法Ｗｍは、金属マスク１４２の断面形状における幅寸法Ｗｍと等しい寸法に形成されており、略矩形状に形成されている。
なお、下地膜１２０の剥離方法としては、下地膜１２０に用いた材料に反応する反応性ガスなどを用いたドライエッチング法や、下地膜１２０に用いた材料を腐食溶解する液体に浸漬させるウェットエッチング法などを用いることができる。

以上の工程を経てジャイロ素子１００の外形が形成される。その後、フォトリソグラフィー技術により電極が形成されることで、ジャイロ素子１００が完成する。

以上、本実施形態に係るドライエッチング方法は、金属マスクの断面形状において、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍの最大値が、金属マスク１４２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間に位置する断面形状の金属マスク１４２を用いているため、エッチング中に金属マスク１４２の表面がエッチングガスによりエッチングされても、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍは変化しない。そのため、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍと等しい幅寸法Ｗｍを有する外形形状に水晶基板１１０を精度良くエッチングすることができ、且つ断面形状を略矩形状に形成することができる。従って、高い加工精度を有するドライエッチング方法を提供することができる。

また、パターニングされた保護膜１３０を加熱することにより、保護膜１３０の断面形状を水晶基板１１０側に向かって広がるようにすることができるので、加熱温度や加熱時間を調整することにより、保護膜１３０の断面形状の水晶基板１１０側の広がる幅寸法Ｗｒ２を制御することができる。そのため、保護膜１３０の断面形状の最小の幅寸法を保護膜の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）に対して変化させることができる。つまり、保護膜１３０の断面形状の水晶基板１１０側の広がる幅寸法Ｗｒ２を大きくすると、保護膜１３０の断面形状の最小の幅寸法を水晶基板１１０側とすることができ、逆に、保護膜１３０の断面形状の水晶基板１１０側の広がる幅寸法を小さくすると、保護膜１３０の断面形状の最小の幅寸法を保護膜１３０の表面側にすることができる。

従って、金属マスク１４２は、パターニングされた保護膜１３０の開口部、所謂、保護膜１３０と保護膜１３０との間に金属膜１４０を形成することで形成することができる。そのため、金属マスク１４２の断面形状の幅寸法Ｗｍの最大値は、保護膜１３０の断面形状の幅寸法が最小となる位置となる。更に、パターニングされた保護膜１３０の加熱条件を制御することで、金属マスク１４２の幅寸法Ｗｍの最大値が金属マスク１４２の厚み方向（Ｚ軸方向）のどの位置になるかを制御することができる。

また、被加工物としてＱ値が高く温度特性が良好な水晶基板１１０を用いることにより、高い検出感度を有する高安定なジャイロ素子１００などを製造することができる。

また、本実施形態に係る金属マスクの製造方法は、断面形状が水晶基板１１０側に向かって逆テーパ状にパターニングされた保護膜１３０を加熱することで、断面形状の水晶基板１１０側の幅寸法Ｗｒ２を広げることができる。そのため、パターニングされた保護膜１３０の開口部に金属膜１４０を形成することで、金属マスク１４２の断面形状の幅寸法Ｗｍの最大値が金属マスク１４２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）の中間の位置となる金属マスク１４２を製造することができる。

１０…基部、１０ａ…他方の端部、１０ｂ…一方の端部、１２ａ，１２ｂ…駆動用振動腕、１４ａ，１４ｂ…検出用振動腕、２０ａ…第１連結部、２０ｂ…第２連結部、２２ａ…第１支持部、２２ｂ…第２支持部、２４…固定枠部、３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ…錘部、１００…ジャイロ素子、１１０…被加工物としての水晶基板、１１２…側壁、１２０…下地膜、１３０…保護膜、１３２，１３２ａ…側壁、１４０…金属膜、１５０…支持基板、１６０…固定用部材、１７０…側壁保護膜、Ｗｒ１，Ｗｒ２…保護膜の幅寸法、Ｗｍ…金属マスクの幅寸法。

Claims (4)

1. 保護膜の断面を逆テーパ状にパターニングし、加熱後、パターニングされた前記保護膜を用いて金属マスクを作成し、
   前記金属マスクを用いて被加工物をエッチングするドライエッチング方法であって、
   前記金属マスクの断面形状において、
   前記金属マスクの幅寸法の最大値が、前記金属マスクの厚みの中間の位置にあることを特徴とするドライエッチング方法。
2. 請求項１に記載のドライエッチング方法において、
   前記加熱によって、前記保護膜の断面形状の前記被加工物付近が前記被加工物側に向かって広がるように制御し、前記金属マスクの幅寸法が最大となる位置を制御していることを特徴とするドライエッチング方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のドライエッチング方法において、
   前記被加工物は、水晶基板であることを特徴とするドライエッチング方法。
4. 被加工物上に下地膜を形成する下地膜形成工程と、
   保護膜を前記被加工物上に塗布し、前記保護膜の断面形状が前記被加工物側に向かって逆テーパ状になるようにパターニングする保護膜パターニング工程と、
   パターニングした前記保護膜を加熱する加熱工程と、
   金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   前記保護膜を剥離する保護膜剥離工程と
   を含むことを特徴とする金属マスクの製造方法。

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