JP2017169008A - 音叉型圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電基板に下地膜を成膜する工程において、下地膜厚は、圧電基板内でばらつきがある。このため、音叉外形形状に形成したレジストパターンをエッチングマスクとして、圧電基板をエッチングする工程において、圧電基板をエッチング液に浸漬してから、圧電基板がエッチングされるまでの時間に差が生じることにより、音叉外形形状がばらつく課題があった。【解決手段】 圧電基板の表面に成膜される下地膜は、島形状に成膜され島と島との間に隙間を有するように下地膜を形成し、圧電基板をエッチングする工程において、下地膜の島と島との隙間よりエッチング液が浸透し、圧電基板をエッチングする。【選択図】 図１

Description

本発明は、音叉型圧電振動片の製造方法に関する。

近年電子機器の軽薄小型により電子機器を構成する部品の軽薄小型化の要求は強い。電子機器を構成する部品の一つである音叉型圧電振動子は、フォトリソグラフィ技術を利用して音叉型圧電振動片の軽薄小型化を行っている。

図２は、フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板１０の上面図である。圧電基板１０は、音叉型圧電振動片１１を保持するための枠部１６と音叉型圧電振動片１１と枠部１６とを連結するための連結部１７とで構成されている。音叉型圧電振動片１１は、基部１２とそれぞれ溝部１５を有する第１の脚１３と第２の脚１４とを有し第１の脚１３と第２の脚１４とは基部１２の一端から突出した状態で並設している。特許文献１には、圧電材料からなる圧電基板に、フォトリソグラフィ技術を用い、溝部を有する圧電振動子の製造方法が記載されている。

図３〜図５は、圧電基板に溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図で、音叉型圧電振動片１１の断面図（図２のＡ−Ａ断面）である。なお、図３（ａ）〜図４（ａ）までは音叉型圧電振動片は形成されていないが、「音叉型圧電振動片の断面図」と表現する。図３（ａ）は、金属膜を成膜する前の音叉型圧電振動片の断面図で、図３（ｂ）は、金属膜を成膜した音叉型圧電振動片の断面図で、図３（ｃ）は、レジスト膜を形成した音叉型圧電振動片の断面図で、図３（ｄ）は、音叉外形形状を形成する第１のレジストパターンを形成した音叉型圧電振動片の断面図で、図３（ｅ）は、第１のレジストパターンの開口部に露出している金属膜をエッチングした音叉型圧電振動片の断面図で、図４（ａ）は、第１のレジストパターンをパターニングし溝部外形形状を形成する第２のレジストパターンを形成した音叉型圧電振動片の断面図で、図４（ｂ）は、音叉外形形状の外側をエッチングした音叉型圧電振動片の断面図で、図４（ｃ）は、第２のレジストパターンの溝部に露出している金属膜をエッチングした音叉型圧電振動片の断面図で、図５（ａ）は、第２のレジストパターンの溝部に露出している圧電基板をエッチングした音叉型圧電振動片の断面図で、図５（ｂ）は、第２のレジストパターンと第２のレジストパターンの下部に形成されている金属膜を除去した音叉型圧電振動片の断面図で、図５（ｃ）は、音叉型圧電振動片の表面に励振電極が形成された音叉型圧電振動片の断面図である。

図２に示すように、圧電基板１０には、フォトリソグラフィ技術などを用いて複数の音叉型圧電振動片１１が形成されている。

先ず、図３（ａ）に示す圧電基板１０を用意する。次に図３（ｂ）に示すように、圧電基板１０に蒸着またはスパッタリングによって、金属膜１８を成膜する。金属膜は下地膜１８ａと表面膜１８ｂからなり、下地膜１８ａは、クロム（Ｃｒ）膜を２００Å程度成膜し、表面膜１８ｂは、金（Ａｕ）を１２００Å程度積層し形成する。

図３（ｃ）に示すように、圧電基板１０の金属膜１８の表面層上にスプレーコート法などによって、レジストを塗布し金属膜１８の表面層上にレジスト膜１９を形成する。

圧電基板１０のレジスト膜１９にフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し不要なレジスト膜１９を除去し、図３（ｄ）に示すように、音叉型圧電振動片１１の外形形状となる第１のレジストパターン２０を形成する。

第１のレジストパターン２０の開口部に露出している表面膜１８ｂをエッチングするために、エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１０を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、図３（ｅ）に示すように、表面膜１８ｂをエッチングする。第１のレジストパターン２０の下部に形成されている表面膜１８ｂは、第１のレジストパターン２０がマスクとなり、エッチングされない。以降、第１のレジストパターン２０の下部に形成されている表面膜を１８ｂ´とする。なお、表面膜１８ｂをエッチングする溶液として、金（Ａｕ）はヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用いる。

ここで、表面膜１８ｂをエッチング後、下地膜１８ａをエッチングしない理由について説明する。クロム（Ｃｒ）膜をエッチングする溶液、例えば、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液は、第１のレジストパターン２０の感光特性を破壊し、第１のレジストパターン２０を別のレジストパターンに変えられないためである。

次に音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４それぞれに溝部１５を形成するため、第１のレジストパターン２０を溝部外形形状にパターニングし、図４（ａ）に示すように第２のレジストパターン２１を形成する。

次に圧電基板１０をエッチングし、音叉外形形状を形成する。エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１０を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）層の隙間より、エッチング液が浸透し、図４（ｂ）に示すように圧電基板１０をエッチングし、第１の脚１３と第２の脚１４とを形成する。このとき、圧電基板１０に成膜された下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）の膜厚がばらつくと、圧電基板内でエッチングされるまでの時間に差が生じる。なお、音叉外形形状の下部に形成されている下地膜１８ａは、音叉外形形状がマスクとなり、エッチングされない。以降、音叉外形形状の下部に形成されている下地膜を１８ａ´とする。

圧電基板１０をエッチングする溶液として、フッ酸とフッ化アンモニュウムの混合液を用いて、圧電基板１０をエッチングする。圧電基板１０がエッチングされることにより、圧電基板上に形成された下地膜１８ａは除去される。

第２のレジストパターン２１の溝部１５に露出している金属膜１８を除去することによって、図４（ｃ）に示すように、溝部形成前の第１の脚１３と第２の脚１４とを形成する。表面膜１８ｂ´をエッチングする溶液として、金（Ａｕ）はヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用い、下地膜１８ａ´をエッチングする溶液として、クロム（Ｃｒ）は硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いる。

次に音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４それぞれに溝部１５を形成するため、第２のレジストパターン２１の開口部に露出している第１の脚１３と第２の脚１４とをエッチングし、第１の脚１３と第２の脚１４とを所望の深さにエッチングすることによって、図５（ａ）に示すように、音叉型圧電振動片１１の第１の脚１３と第２の脚１４それぞれに溝部１５が形成される。第１の脚１３と第２の脚１４とをエッチングする溶液として、フッ酸とフッ化アンモニュウムの混合液を用いて、第１の脚１３と第２の脚１４とをエッチングする。

第２のレジストパターン２１と第２のレジストパターンの下部に形成されている金属膜１８を除去することによって、図５（ｂ）に示すように、略Ｈ型の溝を有する音叉型圧電振動片１１の外形形状が完成する。この後、図５（ｃ）に示すように、音叉型圧電振動片の表面に励振電極２２を形成し、略Ｈ型の音叉型圧電振動片が完成する。

特開２００９―８８７５３号公報

しかしながら、圧電基板に下地膜を成膜する工程において、下地膜厚は、圧電基板内でばらつきがある。このため、音叉外形形状に形成したレジストパターンをエッチングマスクとして、圧電基板をエッチングする工程において、圧電基板をエッチング液に浸漬してから、圧電基板内でエッチングされるまでの時間に差が生じることにより、音叉外形形状がばらつく。特に音叉振動脚の幅方向の寸法がばらつくと周波数不良となる課題があった。

本発明の目的は、音叉外形形状に形成したレジストパターンをエッチングマスクとして、圧電基板をエッチングする工程において、音叉外形形状のばらつきを抑える音叉型圧電振動片の製造方法を提供する。

圧電材料からなる溝部を有する音叉型圧電振動片の製造方法において、圧電材料からなる圧電基板の表面に下地膜と表面膜からなる金属膜を成膜する工程と、金属膜の表面にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を音叉型圧電振動片の外形形状にパターニングして第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンをマスクとして表面膜をエッチングする工程と、第１レジストパターンの表面を音叉型圧電振動片の溝部の外形形状にパターニングして第２のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンをマスクとして圧電基板をエッチングして下地膜を除去し、音叉型圧電振動片の外形形状を形成する工程と、第２のレジストパターンをマスクとして、下地膜と表面膜をエッチングし圧電基板の溝部を形成するために、圧電基板表面を露出させる工程と、第２のレストパターンと第２のレジストパターンの下部の下地膜と表面膜とをエッチングマスクとして、圧電基板の溝部に対応した圧電基板をエッチングにより一定量除去して溝部を形成する工程とを有し、下地膜は島形状に成膜された音叉型圧電振動片の製造方法。

圧電基板の表面に成膜される下地膜は、島形状に成膜され島と島との間に隙間を有しているため圧電基板をエッチングする工程にて、下地膜の島と島との隙間よりエッチング液が浸透し、圧電基板がエッチングされることにより圧電基板の表面に成膜された下地膜もエッチングされる音叉型圧電振動片の製造方法。

下地膜の材質はクロム（Ｃｒ）である音叉型圧電振動片の製造方法。

下地膜の膜厚は５０〜２００Åである音叉型圧電振動片の製造方法。

本発明によれば、圧電基板の表面に成膜される下地膜は、島形状に成膜され島と島との間に隙間を有しているため、圧電基板をエッチングすると下地膜の島と島との隙間よりエッチング液が浸透し圧電基板がエッチングされるため、圧電基板内でエッチングされるまでの時間に差がなく、音叉外形形状のばらつきがない、音叉型圧電振動片となる。また、圧電基板がエッチングされることにより、圧電基板上に形成された下地膜を除去することができ、エッチングプロセスを簡素化することができる。

本発明の溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図。 フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板の上面図。 従来技術の溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図。 従来技術の溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図。 従来技術の溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図。

以下に本発明を実施する形態を、図面を参照しながら説明する。

本実施例では、水晶からなる溝部を有する音叉型圧電振動片の製造方法について説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

図２は、フォトリソグラフィ技術を利用した圧電基板１０の上面図である。圧電基板１０は、音叉型圧電振動片１１を保持するための枠部１６と音叉型圧電振動片１１と枠部１６とを連結するための連結部１７とで構成されている。音叉型圧電振動片１１は、基部１２とそれぞれ溝部１５を有する第１の脚１３と第２の脚１４とを有し第１の脚１３と第２の脚１４とは基部の一端から突出した状態で並設している。

音叉型圧電振動片は、水晶原石からＺカットと呼ばれる切断角度で切り出された圧電基板を、フォトリソグラフィ加工を用いて溝部を有する音叉型圧電振動片にする。近年では、小型化の音叉型圧電振動片の要求が強く、そのため微細で精密な加工が可能なウエットエッチング加工で加工されることが多い。

先ず、圧電基板に蒸着またはスパッタリングによって、金属膜を成膜する。金属膜は下地膜と表面膜とからなり、下地膜の金属膜としてクロム（Ｃｒ）膜を１００Å程度成膜し、表面膜の金属膜として金（Ａｕ）を１２００Å程度積層し形成する。

図１（ａ）〜（ｅ）は、本実施例の溝部を有する音叉型圧電振動片を形成する工程の説明図で音叉型圧電振動片１１の断面図（図２のＡ−Ａ断面）である。本実施例では、スパッタリング（装置名アネルバ製のＩＬＣ−７０２）によって、水晶からなる圧電基板１に下地膜１８ａにクロム（Ｃｒ）と表面膜１８ｂに金（Ａｕ）とを成膜した。クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との成膜時の真空度は、１×１０^−３Ｐａ以下とし、不活性ガスにアルゴン（Ａｒ）を用いた。クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）とを成膜するとき、アルゴン（Ａｒ）のガス圧を１〜３Ｐａとした。通常アルゴン（Ａｒ）のガス圧は、０．５Ｐａ以下のため、本実施例のアルゴン（Ａｒ）のガス圧は高い。アルゴン（Ａｒ）のガス圧が高いため、圧電基板１に成膜されるクロム（Ｃｒ）は、均一に成膜されない。また、クロム（Ｃｒ）膜厚を１００Å程度と薄く成膜するため、圧電基板上に成膜される下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）は、図１（ｂ）に示すように、島形状に成膜され、島と島との間に隙間２を有している。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図である。本実施例では、島と島との間の隙間２を略０．５ｎｍとした。なお、島と島との間の隙間２は、圧電基板１をエッチングするフッ酸とフッ化アンモニュウムの混合液が浸透する隙間であれば良い。次に図１（ｃ）に示すように、下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）成膜後、表面膜１８ｂの金（Ａｕ）を成膜する。アルゴン（Ａｒ）のガス圧は１〜３Ｐａと高いが、金（Ａｕ）膜厚を１２００Å程度成膜するため、膜と膜との間に隙間がないように成膜される。この後、前述した従来技術を用いて圧電基板１に形成した金属膜１８の表面に第２のレジストパターン２１を形成する。なお、プロセスの説明は省略する。

次に、圧電基板１をエッチングし、音叉外形形状を形成する。エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、図１（ｄ）に示すように下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）膜と下地膜１８ａのクロム（Ｃｒ）膜との間の隙間２より、エッチング液が圧電基板１に浸透し、圧電基板１をエッチングする。

圧電基板１をエッチングする溶液として、フッ酸とフッ化アンモニュウムの混合液を用いて、圧電基板１をエッチングする。圧電基板１がエッチングされることにより、図１（ｅ）に示すように第１の脚１３と第２の脚１４とを形成する。なお圧電基板１がエッチングされることにより、圧電基板上に形成された下地膜１８ａ´のクロム（Ｃｒ）は除去される。圧電基板1上に成膜した下地膜１８ａは、島形状に成膜されているため、圧電基板１をエッチング液に浸漬すると島と島との間の隙間２からエッチング液が浸透するので、圧電基板内でエッチングされるまでの時間に差がない。これにより圧電基板内での音叉外形形状のばらつきがない、音叉型圧電振動片となる。また、圧電基板がエッチングされることにより、圧電基板上に成膜された下地膜を除去することができ、エッチングプロセスを簡素化することができる。

１、１０ 圧電基板
２ 隙間
１１ 音叉型圧電振動片
１２ 基部
１３ 第１の脚
１４ 第２の脚
１５ 溝部
１６ 枠部
１７ 連結部
１８ 金属膜
１８ａ、１８ａ´ 下地膜（クロム（Ｃｒ）膜）
１８ｂ、１８ｂ´ 表面膜（金（Ａｕ）膜）
１９ レジスト膜
２０ 第１のレジストパターン
２１ 第２のレジストパターン
２２ 励振電極

Claims (4)

1. 圧電材料からなる溝部を有する音叉型圧電振動片の製造方法において、圧電材料からなる圧電基板の表面に下地膜と表面膜からなる金属膜を成膜する工程と、前記金属膜の表面にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を前記音叉型圧電振動片の外形形状にパターニングして第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして前記表面膜をエッチングする工程と、前記第１レジストパターンの表面を前記音叉型圧電振動片の前記溝部の外形形状にパターニングして第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして前記圧電基板をエッチングして前記下地膜を除去し、前記音叉型圧電振動片の外形形状を形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記下地膜と前記表面膜をエッチングし前記圧電基板の溝部を形成するために、圧電基板表面を露出させる工程と、前記第２のレストパターンと前記第２のレジストパターンの下部の前記下地膜と前記表面膜とをエッチングマスクとして、前記圧電基板の溝部に対応した前記圧電基板をエッチングにより一定量除去して溝部を形成する工程とを有し、前記下地膜は島形状に成膜されたことを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
2. 前記圧電基板の表面に成膜される下地膜は、島形状に成膜され島と島との間に隙間を有しているため前記圧電基板をエッチングする工程において、前記下地膜の島と島との隙間よりエッチング液が浸透し、前記圧電基板がエッチングされることにより前記圧電基板の表面に成膜された下地膜も除去されることを特徴とする請求項１記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
3. 前記下地膜の材質はクロム（Ｃｒ）であることを特徴とする請求項１〜２いずれか記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
4. 前記下地膜の膜厚は５０〜２００Åであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項の音叉型圧電振動片の製造方法。

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