JP3543772B2

JP3543772B2 - 圧電振動片の製造方法

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Publication number: JP3543772B2
Application number: JP2001056061A
Authority: JP
Inventors: 英明中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002261557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信機器やコンピュータ等のＯＡ機器、電子時計等の民生機器を含む様々な電子機器について使用される圧電振動子の製造方法に関し、特に厚みすべりモードを主振動としかつ圧電体チップの主面に凹設した薄肉振動部に励振電極を形成した所謂逆メサ型圧電振動子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、特に携帯電話等による情報通信分野では、情報伝送の大容量化及び高速化に伴う通信周波数の高周波化、システムの高速化に対応して、従来の数十ＭＨｚ程度までの周波数よりも高い、９０〜２００ＭＨｚ程度の高周波数で動作する圧電振動子が要求されている。ＡＴカットの水晶振動片等を用いた厚みすべりモードを主振動とする圧電振動子は、その周波数が、それと反比例の関係にある圧電振動片の板厚により決定される。例えばＡＴカット水晶振動片の板厚が１００μｍの場合に振動子の周波数は１６．７ＭＨｚで、板厚５０μｍの場合には周波数が３３．４ＭＨｚとなる。従って、圧電振動子の高周波化を図るためには、水晶その他の圧電材料からなる振動片の、特に振動部の厚さを薄くする必要がある。
【０００３】
ところが、圧電振動片の厚さが薄くなるほど研磨等の機械加工が困難で、その機械的強度が低下し、加工中又は使用時に衝撃等により破損し易くなるだけでなく、振動に対する強度も低下する。そこで最近は、例えば特開平１１−３５５０９４号公報、特開平１１−２０５０６２号公報、再公表ＷＯ９８／０３８７３６号特許公報に記載されるように、厚さの薄い振動部の周囲に補強枠として厚い外周部を一体に構成し、それにより機械的強度を向上させて、振動片の欠けや割れ等を無くしかつ取扱い及び実装を容易にしつつ、高周波数化を実現できる所謂逆メサ型の圧電振動子が提案されている。
【０００４】
図１３Ａ及びＢは、一般的な逆メサ型圧電振動片の一例を示しており、矩形板状のＡＴカット水晶振動片１の中央部のみが振動部１ａとして薄く加工され、その外周部が補強枠１ｂとして厚く加工されている。振動部１ａの表裏両面には、それぞれ励振電極２が形成され、補強枠１ｂの一端には、各励振電極２からそれぞれ引き出された接続電極３が形成されている。
【０００５】
逆メサ型の圧電振動片は、中央部の薄肉化を機械的な研磨加工で行う場合もあるが、多くの場合、エッチング加工で行われる。ＡＴカット水晶振動片を逆メサ型構造に製造する方法としては、一般に以下の２つの方法が知られている。１つは、水晶ウエハから複数の所定寸法のチップをダイシング等で切り出した後に、フォトリソグラフィで各チップにエッチングパターンを形成し、その中央部を所定の厚さまでエッチングする方法である。別の方法は、水晶ウエハにフォトリソグラフィで複数のエッチングパターンを形成し、所定の厚さまでエッチングした後に、複数のチップに分割する方法である。
【０００６】
図１４〜図１６は、この２番目の方法により逆メサ型ＡＴカット水晶振動片を製造する従来方法の工程を詳細に説明している。先ず、所定寸法の水晶ウエハ１１を用意し（図１４Ａ）、その表裏両面に例えば厚さ５００ÅのＣｒ膜１２及びその上に厚さ１０００ÅのＡｕ膜１３を蒸着又はスパッタリングにより成膜して、水晶のエッチング液であるフッ酸に対する耐蝕膜を形成する（図１４Ｂ）。この耐蝕膜の表面にフォトレジストを塗布しかつ乾燥させて、フォトレジスト膜１４を成膜する（図１４Ｃ）。次に、所望の圧電振動片１の外形に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク１５をフォトレジスト膜１４の上に配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写し（図１４Ｄ）、フォトレジスト膜１４の感光部分を現像除去してＡｕ膜１３を露出させる（図１４Ｅ）。
【０００７】
次に、露出させた前記耐蝕膜のＡｕ膜１３及びＣｒ膜１２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングして、水晶ウエハ１１の表面を露出させる（図１５Ａ）。残存するフォトレジスト膜１４を全部剥離した（図１５Ｂ）後、残存する耐蝕膜を含む水晶ウエハ１１の全面にフォトレジストを再度塗布しかつ乾燥させて、新たにフォトレジスト膜１６を成膜する（図１５Ｃ）。この上に、圧電振動片の外形及び振動部の形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク１７を配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写し（図１５Ｄ）、フォトレジスト膜１６の感光部分を現像除去して、圧電振動片１の外形に対応する水晶ウエハ１１の表面及び振動部１ａの形状に対応するＡｕ膜１３の表面を露出させる（図１６Ａ）。
【０００８】
このようにして再び表面を露出させた水晶ウエハ１１の部分を、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液からなる水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片の外形形状を加工する（図１６Ｂ）。次に、露出させた前記耐蝕膜のＡｕ膜１３及びＣｒ膜１２をそれぞれエッチング液で順次エッチングして、振動部の形状に対応する水晶ウエハ１１の表面を露出させる（図１６Ｃ）。これにより露出した水晶ウエハ１１の表面を上述した水晶用エッチング液で所定の深さまでハーフエッチングし、振動部１ａの凹陥形状を形成する（図１６Ｄ）。最後に、残存するフォトレジスト膜１６及び前記耐蝕膜を剥離して（図１６Ｅ）、圧電振動片１の振動部１ａ及び補強枠１ｂの形状を有する複数のチップを水晶ウエハ１１に形成する。各チップは、水晶ウエハ１１から分離した後に励振電極を形成し、又はウエハの状態で励振電極を形成した後に個々に分離して、圧電振動片を完成させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の圧電振動片の製造方法では、圧電振動片の外形形状を形成するために最初にウエハに形成したフォトレジスト膜を、そのパターニング後に一旦剥離し、その後、圧電振動片の振動部の凹陥形状を形成するために新たにフォトレジスト膜を形成し、パターニングした後に剥離する。このように従来方法は、フォトレジスト膜の成膜・剥離を２度行う必要があるために作業効率が非常に悪く、そのために生産性を低下させる虞があるという問題があった。しかも、２度目に形成したフォトレジスト膜は、最初のパターニングに用いたフォトマスクとは異なるフォトマスクを用いて、圧電振動片の外形形状を再度転写するので、最初に転写されたパターンとのアライメントが難しく、そのずれにより圧電振動片の加工精度を低下させる虞がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、上記課題を解消して、圧電振動片を製造する際にその作業効率が高く、生産性が向上し、しかも高い加工精度を確保し得る圧電振動片の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電材料からなる基板の表面に耐蝕膜及びその上にフォトレジスト膜を成膜し、該フォトレジスト膜に第１のパターニングをして、圧電振動片の外形形状に対応する耐蝕膜の第１領域を露出させ、この露出させた耐蝕膜の第１領域をエッチングにより除去して基板の表面を露出させ、基板表面に残存する前記フォトレジスト膜を剥離することなく、これに第２のパターニングをして、圧電振動片の振動部の凹陥形状に対応する耐蝕膜の第２領域を露出させ、露出させた前記基板の部分をエッチングにより除去して、圧電振動片の外形形状を加工し、露出させた前記耐蝕膜の第２領域をエッチングにより除去して基板の表面を露出させ、この露出させた基板の部分をハーフエッチングして薄肉化し、圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工することを特徴とする圧電振動片の製造方法が提供される。
【００１２】
このように、最初に形成したフォトレジスト膜をそのまま剥離することなく使用し、圧電振動片の外形形状と振動部の凹陥形状とを加工するので、従来のように製造工程の途中で新たなフォトレジスト膜を成膜・剥離する必要が無く、製造工程を簡略化して作業効率を向上させることができる。従って、生産性の向上及び作業コストの低減を図ることができる。また、圧電振動片の外形形状を再度パターニングする必要がないので、圧電振動片の外形をエッチングする際に高い加工精度が得られる。
【００１３】
フォトレジスト膜は、第１のパターニングでその露光面を現像除去した後、露出した耐蝕膜の第１領域を除去するエッチング液の作用により、残存する非露光部分の表面に、感光性が劣化した変質層が生じる。或る実施例では、フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、第２のパターニングにおけるフォトレジスト膜の露光量を第１のパターニングにおけるフォトレジスト膜の露光量より増大させる。これにより、その表面が変質したフォトレジスト膜でも良好に露光させかつ現像除去することができる。
【００１４】
別の実施例は、フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、第２のパターニングにおける露光前に、第１のパターニングで残存したフォトレジスト膜の表面層を除去する過程を更に含む。これにより、第１のパターニングにおけるエッチングで感光性が劣化した表面の変質層をフォトレジスト膜から除去できるので、これを第２のパターニングにおいて精度良く露光することができる。
【００１５】
更に別の実施例では、フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、第２のパターニングにおける露光後で現像除去前に、第１のパターニングで残存したフォトレジスト膜の表面層を除去する過程を更に含むことにより、同様に第１のパターニングにおけるエッチングで感光性が劣化した表面の変質層を除去して、フォトレジスト膜を第２のパターニングにおいて精度良く露光することができる。
【００１６】
この場合、第２のパターニングにおける露光は、耐蝕膜の第１領域のエッチング後で圧電振動片の外形形状の加工前に行うことができる。圧電振動片外形をエッチングする前の基板表面は、フォトレジスト膜及び耐蝕膜による凹凸があるだけで、全体が略平坦なため、第２のパターニング時にフォトマスクのアライメント精度が良く、より良好な露光及びパターニングが可能になる。
【００１７】
また、第２のパターニングにおける露光は、耐蝕膜の第１領域のエッチング前に行うことができる。同様に基板の表面全体が略平坦で、第２のパターニング時にフォトマスクのアライメント精度が良いことに加えて、フォトレジスト膜は、その表面に耐蝕膜のエッチングによる変質層が形成されていないので、露光の感度低下が無く、より良好で高精度な露光及びパターニングが可能になる。
【００１８】
或る実施例では、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、フォトレジスト膜の表面層を除去することができる。酸素プラズマによるエッチングは、フォトレジスト膜表面の変質層をアッシングして完全に除去でき、しかもその制御が比較的容易で、変質層より下層のフォトレジスト膜への影響が少ないので、好ましい。
【００１９】
また、或る実施例では、圧電振動片の外形形状を加工するためのエッチングを基板の両面について行い、かつ圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するためのハーフエッチングを基板の両面について行うことができる。基板の両面からエッチング加工をすることにより、作業効率が高くかつ加工時間を短縮でき、生産性が向上する。
【００２０】
別の実施例では、圧電振動片の外形形状を加工するためのエッチングを基板の片面について行い、かつ同じ基板の片面について、圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するためのハーフエッチングを行うことができる。フォトレジスト膜のパターニングを基板の片面についてのみ行えばよいので、両面でフォトマスクの位置合わせを行う必要が無い。両面でフォトマスクのアライメントにずれが生じると、圧電振動片の振動部の凹陥形状が両面で整合しないため、ＣＩ値の劣化やスプリアス発生の虞があるが、このような不都合を生じる虞が無くなるので、好ましい。
【００２１】
また、或る実施例では、圧電振動片の外形形状を加工するためのエッチングを、基板の表面をハーフエッチングする第１過程とその残存部分を完全にエッチングする第２過程とに分けて行い、第２過程のエッチングを、圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するためのハーフエッチングと同時に行うことができる。これにより、圧電振動片の外形形状の加工と振動部の凹陥形状の加工とを同時に進行させかつ略同時に終了させることができ、基板のエッチング処理時間を短縮させることができる。基板のエッチング処理時間が長いと、圧電振動片の外形エッジ部分がオーバーエッチングで欠ける虞があり、そのために外周部の補強枠の幅を大きくとることが望ましい。これに対して本発明によれば、基板のエッチング処理時間の短縮により、圧電振動片の外形エッジ部分のオーバーエッチングによる欠けを防止できるから、外周部の補強枠を縮小して中央の振動部を拡大することができ、スプリアスが抑制される。
【００２２】
別の実施例では、圧電振動片の外形形状を加工するためのエッチングを、基板の表面をハーフエッチングする第１過程とその残存部分を完全にエッチングする第２過程とに分けて行い、第１過程のエッチングを基板の片面について行い、圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するためのハーフエッチングと同時に基板の反対側の片面全面をエッチングすることにより、第２過程のエッチングを行うことができる。これにより、圧電振動片の外形形状の加工と振動部の凹陥形状の加工とを同時に進行かつ略同時に終了させることに加えて、基板の両面からエッチング加工を行うので、基板のエッチング処理時間を更に短縮させることができる。しかも、圧電振動片は、中央の振動部が両面共エッチング面となるので、振動特性が良好になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法を適用して、図１１Ａ及びＢに示す逆メサ型ＡＴカット水晶振動片を製造する工程を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同じ構成要素には同じ参照番号を付すことにする。
【００２４】
図１〜図３は、本発明による圧電振動片の製造方法の第１の実施形態を工程順に示している。先ず、従来の工程と同様に、所定寸法の水晶ウエハ２１を用意し（図１Ａ）、その表裏両面に例えば厚さ５００ÅのＣｒ膜２２及びその上に厚さ１０００ÅのＡｕ膜２３を蒸着又はスパッタリングにより成膜して、水晶のエッチング液であるフッ酸に対する耐蝕膜を形成する（図１Ｂ）。この耐蝕膜の表面にフォトレジストを塗布しかつ乾燥させて、フォトレジスト膜２４を成膜する（図１Ｃ）。次に、所望の圧電振動片１の外形に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２５を、ウエハ両面のフォトレジスト膜２４の上にそれぞれ配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図１Ｄ）。フォトレジスト膜２４の感光部分は、現像液で現像して除去し、圧電振動片１の外形に対応する領域のＡｕ膜２３を露出させる（図１Ｅ）。
【００２５】
次に、露出させた前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングして、水晶ウエハ２１の表面を露出させる（図２Ａ）。本実施例によれば、この上に、圧電振動片の振動部１ａの形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２６を配置し、残存するフォトレジスト膜２４を紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図２Ｂ）。このフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像して除去し、残存する前記耐蝕膜の、振動部１ａの形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を露出させる（図２Ｃ）。
【００２６】
次に、露出している水晶ウエハ２１の部分を両面から、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液からなる水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片１の外形形状を形成する（図３Ａ）。露出している前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングし、水晶ウエハ２１の表面を露出させる（図３Ｂ）。この水晶ウエハ２１の露出面を両面から、それぞれ上述した水晶用エッチング液で所望の深さまでハーフエッチングし、振動部１ａの凹陥形状を形成する（図３Ｃ）。最後に、残存するフォトレジスト膜２４と前記耐蝕膜とを完全に剥離する（図３Ｄ）と、振動部１ａと補強枠１ｂとからなる逆メサ構造を有する複数のチップ２７が水晶ウエハ２１に形成される。これらチップ２７を水晶ウエハ２１から分離し、励振電極２及び接続電極３を形成すると、所望のＡＴカット水晶電振動片１が完成する。
【００２７】
このように本発明によれば、圧電振動片１の外形形状に対応する水晶ウエハ２１の領域を露出させる第１のパターニング後に、残存している未露光のフォトレジスト膜２４を再度用いて、圧電振動片１の振動部１ａの凹陥形状をパターニングすることができる。従って、図１３に関連して上述した従来方法における、２度目のフォトレジスト膜を成膜・剥離する工程を省略することができ、工程を簡略化して工数を少なくし、作業効率の向上及び作業コストの低減を図ることができる。
【００２８】
しかし、前記第１のパターニング後のフォトレジスト膜２４は、前記耐蝕膜を除去する過程でＡｕ用のエッチング液やＣｒ用のエッチング液に晒されているため、その表面層部分が変質し、未露光であるにも拘わらず、露光感度が低下している。そこで、或る実施例では、振動部１ａの凹陥形状に対応する前記耐蝕膜を露出させるための第２のパターニングにおいて、フォトレジスト膜２４を紫外線で再度露光する図２Ｂの過程で、露光時間を通常より長くしたり露光パワーを通常より大きくし、露光量を通常より増大させてパターニングすることにより、フォトレジスト膜２４の感度低下を補うことができる。他方、前記耐蝕膜の除去を、上述したウェットエッチング以外の方法で行うことにより、このような表面変質層がフォトレジスト膜に形成されない場合には、露光感度の低下が無いので、通常の露光量で良好にパターニングできる。
【００２９】
別の実施例では、感度が低下しているフォトレジスト膜２４の表面変質層を現像液等のアルカリ液で除去し、それより下側の通常の感度を有するフォトレジスト膜２４の部分露出させる。これによって、新たなフォトレジストを成膜したときと同様の感度を回復させることができ、前記第２のパターニングにおいて、通常の露光量でフォトレジスト膜２４を良好にパターニングすることができる。
【００３０】
更に別の実施例では、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、フォトレジスト膜２４の表面変質層を除去することができる。酸素プラズマによるエッチングは、従来公知の方法及び装置を用いて行う。例えば、水晶ウエハ２１を反応室内に配置し、真空又は減圧環境下で放電により酸素プラズマを作り、フォトレジスト膜２４の表面に作用させて、有機物からなるフォトレジスト膜表面の変質層２８をアッシングすることにより行う。前記変質層を完全に除去できるだけでなく、その制御が比較的容易で、変質層より下層のフォトレジスト膜への影響を少なくできるため、前記第２のパターニングにおいて、同様に通常の露光量でフォトレジスト膜２４を良好にパターニングすることができる。また最近は、大気圧又はその近傍圧力下での放電によるプラズマを用いたドライエッチング法が知られており、これを用いて同様にォトレジスト膜２４の表面変質層を除去することができる。
【００３１】
図４は、この酸素プラズマによりフォトレジスト膜２４の表面変質層を除去する過程を含む上記第１の実施形態の変形例を示している。図４Ａは、第１の実施形態における図２Ａに対応しており、前記第１のパターニングにより圧電振動片１の外形形状に対応する水晶ウエハ２１の領域が露出し、残存するフォトレジスト膜２４の表面には、Ａｕ膜２３及びＣｒ膜２２のエッチング液による変質層２８が形成されている。露出している水晶ウエハ２１の部分を両面から、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液からなる前記水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片１の外形形状を形成する（図４Ｂ）。
【００３２】
この水晶ウエハ２１を上述したように反応室内に配置し、真空又は減圧雰囲気下で放電により作られた酸素プラズマを作用させて、フォトレジスト膜２４表面の変質層２８をアッシングする（図４Ｃ）。この上に、圧電振動片の振動部１ａの形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２６を配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図４Ｄ）。次に、このフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像して除去し、第１の実施形態における図３Ａと同様に、残存する前記耐蝕膜の、振動部１ａの形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を露出させる。この後は、第１の実施形態における図３Ｂ以下と同じ工程を行う。
【００３３】
図５は、酸素プラズマによりフォトレジスト膜２４の表面変質層を除去する過程を含む上記第１の実施形態の別の変形例を示している。図５Ａは、同様に図２Ａに対応しており、前記第１のパターニングにより圧電振動片１の外形形状に対応する水晶ウエハ２１の領域が露出し、残存するフォトレジスト膜２４の表面には、Ａｕ膜２３及びＣｒ膜２２のエッチング液による変質層２８が形成されている。この上に、圧電振動片の振動部１ａの形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２９を配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図５Ｂ）。
【００３４】
次に、露出している水晶ウエハ２１の部分を両面から、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液からなる前記水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片１の外形形状を形成する（図５Ｃ）。この水晶ウエハ２１を上述したように反応室内に配置し、真空又は減圧雰囲気下で放電により作られた酸素プラズマを作用させて、フォトレジスト膜２４表面の変質層２８をアッシングする（図５Ｄ）。次に、このフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像して除去し、第１の実施形態における図３Ａと同様に、残存する前記耐蝕膜の、振動部１ａの形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を露出させる。この後は、第１の実施形態における図３Ｂ以下と同じ工程を行う。
【００３５】
図６は、酸素プラズマによりフォトレジスト膜２４の表面変質層を除去する過程を含む上記第１の実施形態の更に別の変形例を示している。図６Ａは、圧電振動片１の外形形状に対応してフォトレジスト膜２４をパターニングした第１の実施形態における図１Ｅの後の工程を示しており、前記耐蝕膜を露出させた水晶ウエハ２１の上に、圧電振動片の振動部１ａの形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２９を配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する。次に、露出している前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングして、水晶ウエハ２１の表面を露出させる（図６Ｂ）。このとき、残存するフォトレジスト膜２４の表面には、Ａｕ膜２３及びＣｒ膜２２のエッチング液による変質層２８が形成される。
【００３６】
次に、この露出した水晶ウエハ２１の部分を両面から、例えばフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液からなる前記水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片１の外形形状を形成する（図６Ｃ）。この水晶ウエハ２１を上述したように反応室内に配置し、真空又は減圧雰囲気下で放電により作られた酸素プラズマを作用させて、フォトレジスト膜２４表面の変質層２８をアッシングする（図６Ｄ）。次に、このフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像して除去し、第１の実施形態における図３Ａと同様に、残存する前記耐蝕膜の、振動部１ａの形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を露出させる。この後は、第１の実施形態における図３Ｂ以下と同じ工程を行う。
【００３７】
次に、図７を用いて、本発明による圧電振動片の製造方法の第２の実施形態を説明する。この実施形態の工程中、図１Ａ〜Ｅ及び図２Ａ〜Ｃに対応する部分は第１の実施形態と同一であるので、それらに関する図面及び説明は省略する。
【００３８】
第１の実施形態と同様にして、圧電振動片の振動部１ａの形状に対応するエッチングパターンをフォトレジスト膜２４に転写した後、その感光部分を現像液で現像除去し、残存する前記耐蝕膜の、該振動部の形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を露出させる（図７Ａ）。次に、露出している水晶ウエハ２１の部分を両面から、上述した水晶用エッチング液で圧電振動片の外形形状を或る深さまでハーフエッチングする第１過程のエッチングを行う（図７Ｂ）。更に、図７Ａの工程で露出した前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングし、水晶ウエハ２１の表面を露出させる（図７Ｃ）。
【００３９】
この状態で、水晶ウエハ２１の露出面を両面から上述した水晶用エッチング液で更にエッチングし、前記ハーフエッチングで残存する水晶ウエハ２１の部分を完全にエッチングする第２過程のエッチングを行い、圧電振動片１の外形形状を形成すると同時に、図７Ｃの工程で新たに露出させた水晶ウエハ２１の部分を所望の深さまでハーフエッチングし、振動部１ａの凹陥形状を形成する（図７Ｄ）。そして、残存するフォトレジスト膜２４と前記耐蝕膜とを完全に剥離する（図７Ｅ）と、振動部１ａと補強枠１ｂとからなる逆メサ構造を有する複数のチップ２７が水晶ウエハ２１に形成される。最後に、これらチップ２７を水晶ウエハ２１から分離し、励振電極２及び接続電極３を形成すると、所望のＡＴカット水晶電振動片１が完成する。
【００４０】
この方法によれば、第１の実施形態の作用効果に加えて、圧電振動片１の外形形状の加工と振動部１ａの凹陥形状の加工とを同時に進行させて略同時に終了させることができるので、従来に比して水晶ウエハ２１のエッチング処理時間を短縮させることができる。例えば、従来は圧電振動片１の外形形状を形成するためのエッチング処理時間が約２時間、振動部１ａの凹陥形状を形成するためのエッチング処理時間が約１時間で、全体で合計約３時間のエッチング処理時間を要していた。これに対し、この実施形態では、先に行う圧電振動片１の外形形状をハーフエッチングする第１過程のエッチングに要する処理時間が約１時間、後から同時に行う圧電振動片１の外形形状を完成するための第２過程のエッチング処理と振動部１ａの凹陥形状を形成するためのエッチング処理とに要する時間が約１時間であり、水晶ウエハ２１のエッチング処理時間が全体で合計約２時間で済むようになる。
【００４１】
更に、水晶ウエハ２１のエッチング処理時間が長いと、圧電振動片１の外形エッジ部分がオーバーエッチングで欠ける虞があり、そのために外周部の補強枠１ｂの幅を大きくとることが望ましい。この実施形態によれば、水晶ウエハのエッチング処理時間が短縮されるので、かかる圧電振動片補強枠１ｂの外形エッジ部分のオーバーエッチングによる欠けを防止することができる。従って、補強枠１ｂの幅を従来より縮小し、同じ圧電振動片１の外形寸法で振動部１ａの寸法を拡大することができ、その結果スプリアスを抑制することができる。
【００４２】
上述した各実施形態の圧電振動片の製造方法では、水晶ウエハ２１のエッチング処理を両面から行ったが、水晶ウエハ２１のエッチング処理を片面から行って振動部の凹陥形状を形成することができる。図８〜図１０は、このような水晶ウエハの片面をエッチング処理する本発明の第３の実施形態による圧電振動片の製造方法を工程順に示している。
【００４３】
先ず、第１の実施形態について上述したように、所定寸法の水晶ウエハ２１を用意し（図８Ａ）、その表裏両面に例えば厚さ５００ÅのＣｒ膜２２及びその上に厚さ１０００ÅのＡｕ膜２３を蒸着又はスパッタリングにより成膜して、水晶のエッチング液であるフッ酸に対する耐蝕膜を形成する（図８Ｂ）。この耐蝕膜の表面にフォトレジストを塗布しかつ乾燥させて、フォトレジスト膜２４を成膜する（図８Ｃ）。次に、所望の圧電振動片１の外形に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２５を、水晶ウエハ２１の片面のフォトレジスト膜２４の上に配置し、紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図８Ｄ）。フォトレジスト膜２４の感光部分は、現像液で現像して除去し、水晶ウエハ２１の前記片面に圧電振動片１の外形に対応する領域のＡｕ膜２３を露出させる（図８Ｅ）。
【００４４】
次に、露出させた前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングして、水晶ウエハ２１の前記片面にその水晶表面を露出させる（図９Ａ）。水晶ウエハ２１の同じ片面の上に、圧電振動片１の振動部の形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２６を配置し、残存するフォトレジスト膜２４を紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図９Ｂ）。このフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像除去し、残存する前記耐蝕膜の、振動部の形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を水晶ウエハ２１の前記片面に露出させる（図９Ｃ）。フォトレジスト膜２４の表面には、露光感度が低下した前記変質層が形成されているので、上述したように通常より長い露光時間又は通常より大きい露光パワーで紫外線の露光量を通常より増大させて露光処理し、又は現像液等のアルカリ液で若しくは酸素プラズマで前記変質層を予め除去した後に露光処理し、又は酸素プラズマで前記変質層を現像処理前に除去することが望ましい。
【００４５】
次に、露出している前記片面の水晶ウエハ２１の部分を前記水晶用エッチング液でエッチングし、圧電振動片１の外形形状を形成する（図１０Ａ）。露出している前記片面のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングし、水晶ウエハ２１の表面を露出させる（図１０Ｂ）。この水晶ウエハ２１の露出面を上述した水晶用エッチング液で所望の深さまでハーフエッチングし、水晶ウエハ２１の前記片面に振動部の凹陥形状を形成する（図１０Ｃ）。最後に、残存するフォトレジスト膜２４と前記耐蝕膜とを水晶ウエハ２１の両面から完全に剥離する（図１０Ｄ）と、片面に振動部１ａ´と補強枠１ｂ´とを有する逆メサ構造の複数のチップ２９が水晶ウエハ２１に形成される。これらチップ２９を水晶ウエハ２１から分離し、励振電極２及び接続電極３を形成すると、所望のＡＴカット水晶電振動片が完成する。
【００４６】
第３の実施形態の方法によれば、第１の実施形態と同様に、最初に成膜したフォトレジスト膜２４をそのまま剥離することなく、圧電振動片の外形形状の形成と振動部１ａ´の凹陥形状の形成とに用いているので、工程を簡略化して工数を少なくし、作業効率の向上及び作業コストの低減を図ることができる。更に、水晶ウエハ２１のエッチングをその片面についてのみ行うので、第１の実施形態の場合のように、水晶ウエハの両面でフォトマスクの位置合わせを行なう必要が無く、そのズレによって生じる虞があるＣＩ値の劣化やスプリアスの発生等を防止することができる。
【００４７】
また、図示していないが、本発明は、この第３の実施形態に、図５に示す第２の実施形態を組み合わせて実施することができる。即ち、圧電振動片１の外形形状を形成するための図１０Ａのエッチング処理を、或る深さまでハーフエッチングして一旦止める第１過程と、残存部分を完全に除去する第２過程との２段階に分けて行い、この第２過程のエッチング処理を、振動部の凹陥形状を形成するためのエッチング処理と同時進行させ、略同時に終了させることができる。この方法によれば、第２の実施形態の作用効果に加えて、水晶ウエハ２１のエッチング処理時間を従来より短縮できると共に、圧電振動片の特に補強枠１ｂ´の外形エッジ部のオーバーエッチングによる欠けを防止することができる。従って、同じ圧電振動片１の外形寸法で補強枠１ｂ´の寸法を縮小し、振動部１ａ´の寸法を拡大することができ、スプリアスを抑制することができる。
【００４８】
次に、図１１〜図１２を用いて、本発明による圧電振動片の製造方法の第４の実施形態を説明する。この実施形態の工程中、図８Ａ〜Ｅに対応する部分は第３の実施形態と同一であるので、それらに関する図面及び説明は省略する。
【００４９】
図１１Ａは、水晶ウエハ２１の片面において、圧電振動片１の外形形状を形成するためのパターニングにより露出させた前記耐蝕膜のＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２をそれぞれ適当なエッチング液で順次エッチングし、水晶ウエハ２１の前記片面にその水晶表面を露出させた状態を示している。水晶ウエハ２１の同じ片面の上に、圧電振動片１の振動部の形状に対応するエッチングパターンを描画したフォトマスク２６を配置し、残存するフォトレジスト膜２４を紫外線で露光して該エッチングパターンを転写する（図１１Ｂ）。この実施形態では、更に水晶ウエハ２１の反対側の面についても、フォトレジスト膜４４全面に紫外線を露光する。フォトレジスト膜２４の表面には、露光感度が低下した前記変質層が形成されているので、第３の実施形態と同様に、通常より長い露光時間又は通常より大きい露光パワーで紫外線の露光量を通常より増大させ、又は現像液等のアルカリ液で前記変質層を予め除去した後に露光処理することが望ましい。
【００５０】
これら両面のフォトレジスト膜２４の感光部分を現像液で現像除去する。これにより、前記片面については、残存する前記耐蝕膜の、振動部の形状に対応する領域のＡｕ膜２３表面を水晶ウエハ２１の前記片面に露出させ、かつ前記反対側の面については、耐蝕膜全面を露出させる（図１１Ｃ）。
【００５１】
次に、露出している前記片面の水晶ウエハ２１の部分を前記水晶用エッチング液で、圧電振動片１の外形形状に或る深さまでハーフエッチングする第１過程のエッチングを行う（図１２Ａ）。更に、図１１Ｃの工程で露出した前記片面の耐蝕膜及び前記反対側の面の耐蝕膜を構成するＡｕ膜２３及びその下側のＣｒ膜２２を、それぞれ適当なエッチング液で順次エッチングし、前記片面については振動部１ａの凹陥形状に対応する水晶ウエハ２１の表面を、前記反対側の面ついては水晶ウエハ２１の全面を露出させる（図１２Ｂ）。
【００５２】
この状態で、水晶ウエハ２１の露出面を両面から上述した水晶用エッチング液で更にエッチングし、前記ハーフエッチングで残存する水晶ウエハ２１の部分を完全にエッチングする第２過程のエッチングを行い、圧電振動片１の外形形状を形成すると同時に、直前の工程で新たに露出させた水晶ウエハ２１の部分を所望の深さまでハーフエッチングし、振動部の凹陥形状を形成する（図１２Ｃ）。最後に、残存するフォトレジスト膜２４と前記耐蝕膜とを水晶ウエハ２１から完全に剥離する（図１２Ｄ）と、片面に振動部１ａ´と補強枠１ｂ´とを有する逆メサ構造の複数のチップ２９が水晶ウエハ２１に形成される。これらチップ２９を水晶ウエハ２１から分離し、励振電極２及び接続電極３を形成すると、所望のＡＴカット水晶電振動片が完成する。
【００５３】
この第４の実施形態によれば、第３の実施形態の効果に加えて、水晶ウエハ２１のエッチング処理時間を更に短縮できると共に、圧電振動片１の特に補強枠１ｂ´の外形エッジ部分のオーバーエッチングによる欠けを防止することができる。従って、同じ圧電振動片１の外形寸法で補強枠１ｂ´の寸法を縮小し、振動部１ａ´の寸法を拡大することができ、スプリアスを抑制することができる。更に、振動部１ａ´の両面がエッチング処理面で形成されるので、水晶電振動片の振動特性が良好になるという利点がある。
【００５４】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記実施例では、ウェットエッチングにより耐蝕膜を除去したが、公知のドライエッチングを用いることもできる。また、図４〜図６に関連して説明した第１の実施形態の各変形例は、第２〜第４の実施形態にも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、最初に形成した同じフォトレジスト膜をそのまま剥離することなく用いて、圧電材料の基板に圧電振動片の外形形状と振動部の凹陥形状とを加工するので、従来のように別個にフォトレジスト膜を成膜・パターニング・剥離する必要が無く、製造工程を簡略化して作業効率を向上させると共に、生産性の向上及び作業コストの低減を実現することができる。しかも、圧電振動片の外形形状を２度パターニングしないので、圧電振動片の外形をエッチングする加工精度が高くなる。
【００５６】
フォトレジスト膜は、第１のパターニングでその露光面を現像除去した後、露出した耐蝕膜の第１領域を除去するエッチング液の作用により、感光性が劣化した変質層が残存する未露光部分の表面に生じるが、特に酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、フォトレジスト膜表面の変質層を完全に除去でき、しかも変質層より下層のフォトレジスト膜への影響が少ないので、振動部の凹陥形状の加工をより良好に行うことができる。
【００５７】
また、基板の片面のみをパターニングすることにより、両面のフォトマスクの位置合わせを行なう必要が無くなり、両面でのフォトマスクのずれによって振動部の凹陥形状が両面で整合しないために生じるＣＩ値の劣化やスプリアス発生等の虞を防止することができ、高性能かつ高品質の圧電振動片が得られる。更に、振動部の両面をエッチングで加工すると、振動特性がより良好な圧電振動片が得られる。
【００５８】
更に、圧電振動片の外形形状を加工するためのエッチングを、ハーフエッチングで止める第１過程と、残存部分を完全に除去する第２過程との２段階に分け、第２過程のエッチングを、振動部の凹陥形状を形成するためのエッチングと同時進行させることにより、従来に比して基板のエッチング処理時間を短縮でき、それによって圧電振動片の外形エッジ部分のオーバーエッチングによる欠けを防止できるから、外周の補強枠を従来より縮小して中央の振動部を拡大でき、スプリアスを抑制できるので、振動特性が向上してより高性能かつ高品質の圧電振動片が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による方法を適用した逆メサ型ＡＴ水晶振動片の製造過程の最初の部分をＡ〜Ｅ図の工程順に示す説明図。
【図２】図１の工程に連続する製造過程の中間部分をＡ〜Ｃ図の工程順に示す説明図。
【図３】図２の工程に連続する製造過程の最後の部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図４】酸素プラズマのドライエッチングによりフォトレジスト膜表面の変質層を除去する工程を含む第１の実施形態の変形例による製造過程の、図２に対応する中間部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図５】図４の別の変形例による製造過程の、同じく図２に対応する中間部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図６】図４の更に別の変形例による製造過程の、同じく図２に対応する中間部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図７】本発明の第２の実施形態による方法を適用した逆メサ型ＡＴ水晶振動片の製造過程の、図３に対応する最後の部分をＡ〜Ｅ図の工程順に示す説明図。
【図８】本発明の第３の実施形態による方法を適用した逆メサ型ＡＴ水晶振動片の製造過程の最初の部分をＡ〜Ｅ図の工程順に示す説明図。
【図９】図８の工程に連続する製造過程の中間部分をＡ〜Ｃ図の工程順に示す説明図。
【図１０】図９の工程に連続する製造過程の最後の部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図１１】本発明の第４の実施形態による方法を適用した逆メサ型ＡＴ水晶振動片の製造過程の、図９に対応する中間部分をＡ〜Ｃ図の工程順に示す説明図。
【図１２】図１１の工程に連続する製造過程の最後の部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図１３】Ａ図は従来の一般的な逆メサ型圧電振動片の一例を示す斜視図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ線における断面図。
【図１４】従来の方法による逆メサ型ＡＴ水晶振動片の製造過程の最初の部分をＡ〜Ｅ図の工程順に示す説明図。
【図１５】図１４の工程に連続する製造過程の中間部分をＡ〜Ｄ図の工程順に示す説明図。
【図１６】図１５の工程に連続する製造過程の最後の部分をＡ〜Ｅ図の工程順に示す説明図。
【符号の説明】
１圧電振動片
１ａ、１ａ´ 振動部
１ｂ、１ｂ´ 補強枠
２励振電極
３接続電極
１１、２１水晶ウエハ
１２、２２Ｃｒ膜
１３、２３Ａｕ膜
１４、１６、２４フォトレジスト膜
１５、１７、２５、２６フォトマスク
２７、２９チップ
２８変質層

Claims

圧電材料からなる基板の表面に耐蝕膜及びその上にフォトレジスト膜を成膜し、
前記フォトレジスト膜に第１のパターニングをして、圧電振動片の外形形状に対応する前記耐蝕膜の第１領域を露出させ、
露出させた前記耐蝕膜の第１領域をエッチングにより除去して前記基板の表面を露出させ、
前記基板の表面に残存する前記フォトレジスト膜を剥離することなく、これに第２のパターニングをして、前記圧電振動片の振動部の凹陥形状に対応する前記耐蝕膜の第２領域を露出させ、
露出させた前記基板の部分をエッチングにより除去して、前記圧電振動片の外形形状を加工し、
露出させた前記耐蝕膜の第２領域をエッチングにより除去して前記基板の表面を露出させ、
露出させた前記基板の部分をハーフエッチングして薄肉化し、前記圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
前記フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、前記第２のパターニングにおけるフォトレジスト膜の露光量を前記第１のパターニングにおけるフォトレジスト膜の露光量より増大させたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
前記フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、前記第２のパターニングにおける露光前に、前記第１のパターニングで残存した前記フォトレジスト膜の表面層を除去する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
前記フォトレジスト膜のパターニングを露光及び現像除去により行い、前記第２のパターニングにおける露光後で現像除去前に、前記第１のパターニングで残存した前記フォトレジスト膜の表面層を除去する過程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
前記耐蝕膜の第１領域のエッチング後で前記圧電振動片の外形形状加工前に前記第２のパターニングにおける露光を行うことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動片の製造方法。
前記耐蝕膜の第１領域のエッチング前に前記第２のパターニングにおける露光を行うことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動片の製造方法。
酸素プラズマを用いたドライエッチングにより前記フォトレジスト膜の表面層を除去することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
前記圧電振動片の外形形状を加工するための前記エッチングを、前記基板の表面をハーフエッチングする第１過程と残存部分を完全にエッチングする第２過程とに分けて行い、前記第２過程のエッチングを、前記圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するための前記ハーフエッチングと同時に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
前記圧電振動片の外形形状を加工するための前記エッチングを前記基板の両面について行い、かつ前記圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するための前記ハーフエッチングを前記基板の両面について行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
前記圧電振動片の外形形状を加工するための前記エッチングを前記基板の片面について行い、かつ前記圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するための前記ハーフエッチングを前記基板の片面について行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。
前記圧電振動片の外形形状を加工するための前記エッチングを、前記基板の表面をハーフエッチングする第１過程と残存部分を完全にエッチングする第２過程とに分けて行い、前記第１過程のエッチングを前記基板の片面について行い、前記圧電振動片の振動部の凹陥形状を加工するための前記ハーフエッチングと同時に前記基板の反対側の片面全面をエッチングすることにより、前記第２過程のエッチングを行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法。