JP3888107B2 - Etching method of piezoelectric diaphragm for piezoelectric vibrating device - Google Patents

Etching method of piezoelectric diaphragm for piezoelectric vibrating device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法に係る。特に、本発明は、成形作業の高効率化及び成形品の高品質化を図るための対策に関する。
【0002】
【従来の技術】
通信機器の高周波数化やマイクロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴って、水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電振動デバイスも高周波数化が要求されつつある。一般に、高周波数化に対応した水晶ウェハ(水晶板)として、ATカット水晶板の厚みすべり振動がよく用いられており、周知のとおりその周波数は厚さで決定され、周波数と厚さとは反比例する。例えば、基本振動周波数として600MHzを得ようとした場合、3μm以下の極薄型の圧電振動板が必要となる。このような極薄板の加工は、研磨作業が難しく製造歩留まりを向上させることが困難となっていた。
【0003】
この課題を解決するために、図25に示すように、水晶ウェハaの中央部分に凹部bを設け、この凹部bの底部に薄肉加工した振動領域cを設定し、その周囲の厚肉の補強部dによって振動領域cを補強した所謂逆メサ型と呼ばれる構成が提案されている。この種の水晶振動板は、薄肉化された振動領域cとその周囲に形成された補強部dとを有する水晶ウェハaに、図示しない励振電極及び引出電極を形成した構成となっている。このような構成を採用することにより、振動領域cを従来のものよりもかなり薄くすることができ、また、歩留まりの向上も図ることができる。この種の水晶ウェハは、例えば特開2000−341064号公報に開示されている。
【0004】
また、この逆メサ型の水晶振動板の1タイプとして、図26(g)に断面を示すように、振動領域cと補強部dとの間に階段状の段部eを形成することにより、水晶ウェハaの機械的強度の向上や、外力が振動領域cへ伝播することの緩和を図るようにしたものも知られている。以下、この段部eを有する逆メサ型水晶振動板の成形動作について説明する。
【0005】
図26(a)(水晶ウェハ及びマスク層の断面を示す図)に示すように上下面がポリッシュ加工により鏡面化された水晶ウェハa1に対し、その下面の全面及び上面の一部分にマスク層(レジスト膜)Rを形成する。このマスク層Rは例えばクロム(Cr)と金(Au)の2層構造である。また、上面におけるマスク層Rの形成領域は、上記振動領域cを形成する部分を除いた全ての領域である。具体的には、上面の全面にマスク層Rを形成し、フォトリソグラフィー技術等により振動領域cに対応する位置のマスク層Rを選択的に除去することにより行う。
【0006】
そして、水晶ウェハa1上に残ったマスク層Rをマスクとして、水晶ウェハa1をフッ酸+フッ化アンモニウム溶液等のエッチング液に浸漬し、第1回目のウェットエッチングを行う。図26(b)は、この第1回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。これにより1段目の段部e1が形成される。
【0007】
次に、残っているマスク層Rの一部を更に選択的に除去する。このマスク層Rの除去領域は、図26(c)に示すように、2段目の段部e2を形成する領域である。その後、上記と同様にしてエッチング液による第2回目のウェットエッチングを行う。図26(d)は、この第2回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。これにより2段目の段部e2が形成される。
【0008】
更に、残っているマスク層Rの一部を選択的に除去する。このマスク層Rの除去領域は、図26(e)に示すように、3段目の段部e3を形成する領域である。その後、上記と同様にしてエッチング液による第3回目のウェットエッチングを行う。図26(f)は、この第3回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。これにより3段目の段部e3が形成される。
【0009】
このようにして複数回のエッチング工程を経た後、上下面の全てのマスク層Rを除去することにより、図26(g)に示すように、振動領域cと補強部dとの間に階段状の段部eを有する水晶ウェハaが成形される。そして、振動領域cの上下面に所定の電極を形成することにより水晶振動子が作製されることになる。
【0010】
また、図27(g)に示すように、水晶ウェハaの中央部分の厚さ寸法を外縁部の厚さ寸法よりも大きく設定した所謂メサ型と呼ばれる水晶ウェハも上記と略同様のエッチング方法によって成形することができる。つまり、図27(a)に示すように上下面がポリッシュ加工により鏡面化された水晶ウェハa1に対し、その上下面の外縁部を除いた部分のみにマスク層Rを形成する。このマスク層Rをマスクとして、水晶ウェハa1をフッ酸+フッ化アンモニウム溶液等のエッチング液に浸漬し、第1回目のウェットエッチングを行う。図27(b)は、この第1回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。
【0011】
次に、図27(c)に示すように、残っているマスク層Rの外縁部分を除去する。その後、上記と同様にしてエッチング液による第2回目のウェットエッチングを行う。図27(d)は、この第2回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。
【0012】
更に、図27(e)に示すように、残っているマスク層Rの外縁部分を除去する。その後、上記と同様にしてエッチング液による第3回目のウェットエッチングを行う。図27(f)は、この第3回目のウェットエッチング終了時の状態を示している。
【0013】
このようにして複数回のエッチング工程を経た後、上下面の全てのマスク層を除去することにより、図27(g)に示すように、水晶ウェハaの中央部分の厚さ寸法が外縁部の厚さ寸法よりも大きく設定され、且つこの中央部分と外縁部との間に階段状の段部eを有する水晶ウェハaが成形されることになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような各水晶ウェハの成形動作では、複数回のエッチング工程が必要であり、水晶ウェハのエッチング液への浸漬工程と、この水晶ウェハの乾燥工程とを複数回繰り返さねばならない。このため、作業が煩雑であり且つ作業時間を長く要してしまうばかりでなく、この浸漬工程と乾燥工程との繰り返しに伴って、水晶ウェハの面荒れが発生してしまう可能性がある。この面荒れの発生原因の一つは、上記乾燥工程において振動領域の表面に塵埃等が付着し、これが除去されないまま浸漬工程に移ることが掲げられる。このような面荒れが発生した場合、特に逆メサ型のものにおいては水晶振動子の性能に悪影響(基本周波数のバラツキなど)を与えてしまう可能性がある。また、乾燥工程の後の浸漬工程において、既に形成されている段部付近に空気が存在してしまう可能性もあり、この場合、エッチング液がこの段部付近に回り込まなくなってエッチング不良を招き、水晶ウェハを所定形状に成形できなくなってしまうおそれもある。更には、複数回の浸漬工程のうち最終段階においては、水晶ウェハに肉厚のかなり薄い部分が存在することになり、浸漬工程や乾燥工程の際にこの薄肉部分やその周辺部において割れなどの破損が発生して、歩留まりの悪化に繋がってしまう可能性もある。
【0016】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、1回のエッチング工程のみで所定形状(例えば上述した段部を有する形状)の水晶ウェハを成形することを可能にし、これによって、水晶ウェハの面荒れの防止、エッチング不良の回避、薄肉部分やその周辺部における破損の防止を図ることができる圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、水晶ウェハ等の被成形物をエッチングによって所定形状に成形する場合において、エッチングレートの互いに異なる複数のマスク層を使用して各所でのエッチング量に差が生じるようにしている。
【0018】
−解決手段−
具体的には、圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法である。この圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法において、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ上記圧電振動領域となる部分の外周側の各所に対しては互いに同一材料で成るマスク層によってそれぞれマスキングをした後、圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の構成材料に対してのみエッチングレートが低くなる処理を施し、その後、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、この圧電振動板における、上記マスキングをしない箇所、上記処理を施していないマスク層によりマスキングした箇所、上記処理を施したマスク層によりマスキングした箇所それぞれのエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングするようにしている。
より具体的には、圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の構成材料に対する処理を酸化処理としている。
【0019】
発明によれば、エッチングレートの高いマスク層(エッチングレートが低くなる処理を施していないマスク層であってエッチング液に溶けやすいマスク層)によってマスキングされた部分ではエッチング動作が早期に開始されるため、エッチング量が多くなり、逆に、エッチングレートの低いマスク層(エッチングレートが低くなる処理が施されたマスク層であってエッチング液に溶け難いマスク層)によってマスキングされた部分ではエッチング動作の開始が遅延されるため、エッチング量が少なくなる。このようにマスク層の差によってエッチング量に差が生じることを利用して圧電振動デバイス用圧電振動板を任意の形状に成形することが可能となり、上述した段部の成形も高効率且つ高精度で行うことができる。
【0020】
つまり、1回のエッチング工程によって所定形状のエッチング成形品を得ることができるため、エッチング液への浸漬工程と乾燥工程とを複数回繰り返すことに伴う従来の面荒れの不具合は回避される。また、この繰り返し動作に伴い上記段部付近に空気が存在してエッチング液の回り込み不良が発生するといったこともなくなり、エッチング不良の原因の一つを削除できる。更に、エッチング成形品がエッチングによって薄肉となった状態で浸漬工程や乾燥工程を繰り返すといったことも必要ないため、エッチング成形品の破損の防止を図ることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
【0023】
また、他の解決手段として以下のものも挙げられる。圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ上記圧電振動領域となる部分の外周側の各所に対しては互いに同一材料で成るマスク層によってそれぞれマスキングをし、これらマスク層の表面全体を酸化処理させた後、圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所におけるマスク層の構成材料に対してのみ還元処理を行い、その後、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、この圧電振動板における、上記マスキングをしない箇所、上記酸化処理及び還元処理を共に施したマスク層によりマスキングした箇所、上記酸化処理のみを施したマスク層によりマスキングした箇所それぞれのエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングするようにしている。
【0024】
このようにマスク層に対する処理を行うようにした場合には、例えばエッチングレートの極めて低いマスク層を必要とする場合であっても、マスク層を構成する材料の選択に制約を受けることがない。例えば、エッチングレートの極めて低いマスク層(レジスト膜)の構成材料としてAuが知られているが、本発明によれば、マスク層の厚さ寸法を厚くしたりエッチングレートが低くなる処理を行ったりすることによって、高価なAuを使用することなしにエッチングレートの極めて低いマスク層を得ることができ、エッチング成形品の製造コストの削減を図ることができる。
【0025】
また、圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングした後、上記各マスク層が存在しない状態で、圧電振動板の略全体を均等にエッチングして、圧電振動板の全体を薄肉化する工程を行うことで、更なる薄型化が可能になる。特に、水晶振動子や水晶フィルタ等の圧電振動デバイスに適用した場合には、更なる高周波数化を図ることができる。ここで上記エッチングレートの高い材料とはエッチング液に溶けやすい材料のことをいう。逆に、エッチングレートの低い材料とはエッチング液に溶け難い材料のことをいう。エッチング液の種類にもよるが、例えば、エッチング液としてフッ酸+フッ化アンモニウム溶液等を使用し、Crと無電解メッキされたNiとをマスク層として使用する場合、Crの方が無電解メッキされたNiよりもエッチングレートの低い材料となる。
【0026】
また、圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、上記圧電振動板の表裏面それぞれをエッチングレートの互いに異なるマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をその表裏両面側からウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の表面側からのエッチング量と裏面側からのエッチング量とを互いに異ならせる加工を行った後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングするようにしている。例えば、エッチング加工前の圧電振動板がポリッシュ加工されている場合、その表裏面にはある程度の加工歪み層が存在している。そして、表裏面のうち一方の面の加工歪み層が厚い場合において、表裏面両側から同様のエッチングを行ったのでは、この一方の面の加工歪み層が完全に除去できない可能性がある。これに対し、本発明を利用すれば、加工歪み層が厚い側でのエッチング量を特に多く設定することができ、圧電振動板全体としてのエッチング量を必要最小限に抑えながらも、表裏各面の加工歪み層を完全に除去することが可能になる。
【0027】
また、圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、上記圧電振動板の一部分のみを薄肉化する加工を行っておき、その後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面及び上記薄肉化する加工を行った部分に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすると共に、上記薄肉化する加工を行った部分を貫通孔として成形するようにしている。
【0028】
これによれば、マスク層のエッチングレート差によって圧電振動板の表面に任意の凹凸を成形できるばかりでなく、エッチング動作が進むのに伴って特定の箇所に貫通孔を形成するといった成形動作も可能になる。
【0031】
また、圧電振動板の素板から所定形状の圧電振動板をエッチングによって抜き取る際に、圧電振動板の外縁の一部を連結片によって圧電振動板の素板に連結させた状態で圧電振動板を成形するようにしたエッチング方法に対し、上記圧電振動板の素板において連結片となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ連結片となる部分に対して隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を第1のマスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記第1のマスク層のエッチングレートよりも低い第2のマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板の素板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記連結片となる部分に対して隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら連結片を他の部分よりも薄肉に成形するようにしている。
また、圧電振動板の素板から所定形状の圧電振動板をエッチングによって抜き取る際に、圧電振動板の外縁の一部を連結片によって圧電振動板の素板に連結させた状態で圧電振動板を成形するようにしたエッチング方法であって、上記圧電振動板の一部分のみを薄肉化する加工を行っておき、その後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面、上記薄肉化する加工を行った部分及び上記連結片となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所及び連結片となる部分に対して隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を第1のマスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記第1のマスク層のエッチングレートよりも低い第2のマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板の素板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすると共に上記薄肉化する加工を行った部分を貫通孔として成形し、且つ上記連結片となる部分に対して隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら連結片を他の部分よりも薄肉に成形するようにしている。
【0032】
この技術は、例えば、音叉型水晶振動子の水晶ウェハを1枚の水晶素板から多数個同時成形(所謂多数個取り)する場合などに適用可能である。つまり、各水晶ウェハを連結部によって水晶素板に連結させた状態で個々の水晶ウェハを所定形状に成形しておき、その後、連結部を破断させることによって水晶ウェハを水晶素板から切り離す場合に適用される。この際、連結部は、エッチングによって連結片を他の部分よりも薄肉に成形されるため、容易に破断することができ、この連結部以外の部分で破断してしまうことがなく、所望の形状の水晶ウェハが得られる。また、破断の際に水晶破片が発生してしまう可能性も低く、この水晶破片の存在によって振動特性に悪影響を与えるといったことも回避される。
尚、上記圧電振動板においてエッチング量を多く必要とする箇所をマスキングするマスク層はCrのみの1層で成る一方、圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所をマスキングするマスク層はCrを下層としAuを上層とする2層で成るようにしている。
更に、圧電振動板における圧電振動領域となる部分の外周側の各所をマスキングするマスク層を互いに同一材料で成し、圧電振動板においてエッチング量を多く必要とする箇所におけるマスク層の厚さ寸法を、圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の厚さ寸法よりも小さく設定している。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態では、エッチング成形品としてATカット水晶振動子を構成する水晶ウェハに本発明を適用した場合について説明する。
【0034】
(第1実施形態)
先ず、第1実施形態について説明する。図1は本形態において成形される水晶ウェハ1の斜視図であり、図2は水晶ウェハ1のエッチング成形工程を示す図である。
【0035】
図1に示すように、水晶ウェハ1の中央部分には、電極22を形成するための凹部2が形成されている。この凹部2の中央部は極薄肉の圧電振動領域21として形成されており、その表裏面には励振電極22(裏面は図示せず)が形成され、この励振電極22が図示しない引出電極により外部と接続されている。また、水晶ウェハ1の外縁部は、圧電振動領域21に比較して数倍の厚さ寸法を有する補強部3として形成されている。更に、圧電振動領域21と補強部3との間には階段状(本形態のものは内側及び外側の2つの段部41,42で成る)の段部4が形成されている。この段部4は圧電振動領域21の機械的強度を十分に確保できるようにしたり外力の影響を緩和したりするためのものである。
【0036】
各部分の厚さの一例として、600MHzの基本振動周波数を得る場合、圧電振動領域21の厚さは3μm,補強部3の厚さは約10μm、圧電振動領域21の面積は約0.5mm2、励振電極22の面積は約0.2mm2といった微細な構成となっている。このような凹部2の圧電振動領域21の成形は後述するウェットエッチング法により行われる。また、電極22の形成は真空蒸着法等により行われ、各電極材料としてはアルミニウムや銀等が用いられる。
【0037】
なお、図示していないが、このような圧電振動デバイスをアルミナ等のセラミックスからなるパッケージに収納し、各引出電極を外部に導出するための電気的接続を行い、蓋板にてパッケージ上面と気密接合することによって表面実装型の水晶振動子を得ることができる。
【0038】
<水晶ウェハ1の成形動作>
次に、本形態の特徴である上記水晶ウェハ1の成形動作について説明する。図2(a)に示すように、被成形物としての加工前の水晶ウェハ1は上下面がポリッシュ加工により鏡面化されており、その上下面に本形態の特徴する所定形状のマスク層R1,R2,R3が形成されている。このマスク層R1,R2,R3を形成するための動作は後述する。そして、この水晶ウェハ1の上下面に形成されているマスク層R1,R2,R3をマスクとして、水晶ウェハ1を、フッ酸+フッ化アンモニウム溶液等のエッチング液に浸漬して、ウェットエッチングを行う。以下、このウェットエッチング工程について詳述する。
【0039】
先ず、ウエットエッチング前の水晶ウェハ1について説明する。この水晶ウェハ1の下面の全面は、下層のCr層と上層のAu層との2層構造により成る下面マスク層R1により覆われている。一方、水晶ウェハ1の上面は、上記圧電振動領域21を成形する部分にはマスク層は形成されておらず、その外周側の内側段部41の上面に対応する部分にはCr層のみの1層で成る内側マスク層R2が形成されている。更に、このCr層の外側であって外側段部42の上面(水晶ウェハ1の外縁部分の上面)に対応する部分にはCr層を下層としAu層を上層とする2層構造で成る外側マスク層R3が形成されている。尚、内側マスク層R2及び外側マスク層R3の各Cr層は連続した層として形成されている。このように、内側段部41の上面に対応する部分に、エッチングレートを有するCr層を形成し、且つ外側段部42の上面に対応する部分に、エッチングレートを有しないAu層(下層にCr層を有する)を形成することにより、水晶ウェハ1の上面における各所でのエッチング量が互いに異なるように設定されている。
【0040】
このようにして、水晶ウェハ1にマスク層R1,R2,R3が形成された状態で、この水晶ウェハ1をフッ酸+フッ化アンモニウム溶液等のエッチング液に浸漬させる。これにより、マスク層が形成されていない領域(圧電振動領域21を成形する部分)では直ちに水晶ウェハ1のエッチングが開始される。これに対し、その外周側の内側マスク層R2ではCr層の融解が開始され、この内側マスク層R2が完全に融解された後に水晶ウェハ1のエッチングが開始される。つまり、この内側段部41の上面に対応する部分では、圧電振動領域21を成形する部分よりも、Cr層の融解に要する時間だけエッチング開始時間が遅れることになる。図2(b)は、内側マスク層R2のCr層が完全に融解された時点における水晶ウェハ1の断面形状を示している。この時点から内側段部41の上面のエッチングが開始される。また、外側マスク層R3ではCr層の上層にAu層が存在しており、このAu層はエッチングレートを有しないため、この部分ではエッチングは行われない。
【0041】
このようなエッチング動作を、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法になるまで継続して行う。図2(c)は、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法になった時点における水晶ウェハ1の断面形状を示している。このようにして圧電振動領域21を成形する部分が所定の厚さ寸法になった時点で、水晶ウェハ1をエッチング液から取り出して洗浄、乾燥を行い、水晶ウェハ1の上下面に残っているマスク層R1,R3を除去する。これにより、図2(d)に断面を示すように、圧電振動領域21と補強部3との間に階段状の段部41,42が形成された水晶ウェハ1が成形される。
【0042】
尚、このようにして所定形状に成形された水晶ウェハ1の基本周波数の合わせ込みについては、上記エッチング動作の終了後にドライエッチング加工等によって行われる。また、上記エッチング動作のみで基本周波数の合わせ込みが可能である場合には、このエッチング動作の終了と同時に水晶ウェハ1が完成することになる。
【0043】
このように、本形態のエッチング方法によれば、水晶ウェハ1の表面各部に形成されたマスク層のエッチングレートを異ならせることによって、1回のエッチング工程によって段部4を有する水晶ウェハ1を成形することができ、これによって、水晶ウェハ1の面荒れの防止、エッチング不良の回避、薄肉部分やその周辺部における破損の防止を図ることができ、安定した高品質の水晶ウェハ1を提供することが可能になる。また、各マスク層の配設箇所やエッチグレートの設定により任意の形状の水晶ウェハ1を成形することも可能である。
【0044】
尚、本形態では、上記外側マスク層R3を、Cr層とAu層とによる2層構造としたが、Au層のみの単層構造としてもよい。
【0045】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上記第1実施形態ではマスク層としてCr層とAu層とを利用したが、本形態は、Cr層のみによってマスク層を形成しながらも上記と同様の段部4を有する水晶ウェハ1を1回のエッチング工程によって成形できるようにしたものである。
【0046】
先ず、ウエットエッチング前の水晶ウェハ1について説明する。この水晶ウェハ1の下面の全面は、Crの比較的厚い層(水晶ウェハ1の圧電振動領域21を成形するのに要する時間では完全に融解することのない厚さの層)で成る下面マスク層R1により覆われている。一方、水晶ウェハ1の上面は、上記圧電振動領域21を成形する部分にはマスク層は形成されておらず、その外周側の内側段部41の上面に対応する部分にはCrの比較的薄い層で成る内側マスク層R2が形成されている。更に、この内側マスク層R2の外側であって外側段部42の上面に対応する部分には上記水晶ウェハ1の下面側と同様の比較的厚いCr層で成る外側マスク層R3が形成されている。尚、これら内側マスク層R2及び外側マスク層R3は一体化された層として形成されている。このように、内側段部41の上面に対応する部分に薄いCr層を形成し、且つ外側段部42の上面に対応する部分に厚いCr層を形成することにより、水晶ウェハ1の上面における各所でのエッチング開始タイミングが互いに異なるように設定されている。
【0047】
このようにして、水晶ウェハ1にマスク層R1,R2,R3が形成された状態で、この水晶ウェハ1をエッチング液に浸漬させる。これにより、マスク層が形成されていない領域(圧電振動領域21を成形する部分)では直ちに水晶ウェハ1のエッチングが開始される。これに対し、その外周側の内側マスク層R2及び外側マスク層R3では共にCr層の融解が開始される。この場合、内側マスク層R2の方が外側マスク層R3よりも薄いため、この内側マスク層R2のCr層が先に完全に融解され、この部分ではCr層が完全に融解された後に水晶ウェハ1のエッチングが開始される。つまり、この内側段部41に対応する部分では、圧電振動領域21を成形する部分よりも、この薄肉のCr層の融解に要する時間だけエッチング開始時間が遅れることになる。この時点では、外側マスク層R3は未だ残っているため、この部分ではエッチングは行われない。図3(b)は、内側マスク層R2のCr層が完全に融解された時点における水晶ウェハ1の断面形状を示している。つまり、この時点から内側段部41の上面に対するエッチングが開始される。
【0048】
このようなエッチング動作を、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法になるまで継続して行う。図3(c)は、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法になった時点における水晶ウェハ1の断面形状を示している。このようにして圧電振動領域21を成形する部分が所定の厚さ寸法になった時点で、水晶ウェハ1を取り出して洗浄、乾燥を行い、水晶ウェハ1の上下面に残っているマスク層R1,R3を除去する。これにより、図3(d)に示すように、圧電振動領域21と補強部3との間に階段状の段部41,42が形成された水晶ウェハ1が成形される。
【0049】
このように、本形態のエッチング方法によれば、水晶ウェハ1の表面各部でのマスク層を同一材料(Cr)で形成しながらも、そのマスク層の厚さを互いに異ならせることによりエッチングレートを変更し、1回のエッチング工程によって段部4を有する水晶ウェハ1を成形することができるようにしている。これによっても、水晶ウェハ1の面荒れの防止、エッチング不良の回避、薄肉部分やその周辺部における破損の防止を図ることができる。
【0050】
尚、本形態では、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法になった時点であってもマスク層R1,R3が未だ残った状態、つまり、水晶ウェハ1の上面外縁部及び下面では水晶に対するエッチングが行われないように各マスク層R1,R3の厚さ寸法を設定していた。本発明は、これに限らず、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法に達する時点と、マスク層R1,R3が完全に融解する時点とが略一致するように各マスク層R1,R2,R3の厚さ寸法を設定しておけば、残ったマスク層を除去するといった作業は不要になる。
【0051】
更に、圧電振動領域21が所定の厚さ寸法に達する前にマスク層R1,R3が完全に融解するように各マスク層R1,R3の厚さ寸法を設定し、水晶ウェハ1の上面外縁部及び下面においてもある程度のエッチングが行われるようにして、水晶ウェハ1全体の薄型化を図るようにしてもよい。これによれば、ポリッシュ加工によって水晶ウェハ1全体の薄型化を図る際の限界寸法よりも更なる薄型化が可能になる。
【0052】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本形態は、平板状の水晶ウェハ1をエッチングによって所定厚さに成形する場合であって、水晶ウェハ1の上下面両側からエッチングを行う場合に係る。
【0053】
例えば、エッチング加工前の水晶ウェハ1がポリッシュ加工されている場合、その上下面にはある程度の加工歪み層が存在している。そして、上下面のうち一方の面の加工歪み層が厚い場合において、上下面両側から同様のエッチングを行ったのでは、この一方の面の加工歪み層が完全に除去できない可能性がある。本形態はこの点に鑑みられたものである。以下、具体的に説明する。
【0054】
今、ポリッシュ加工された水晶ウェハ1の上下面のうち上面の加工歪み層が下面の加工歪み層よりも厚い場合を考える。図4においては加工歪み層部分に斜線を付している。この場合には、上面のエッチング量を下面のエッチング量よりも大きくして、上面の加工歪み層を完全に除去できるようにすることが好ましい。
【0055】
本形態では、図4に示すように、水晶ウェハ1のエッチング加工時におけるマスク層R4,R5をCrのみの層で形成し、且つエッチング量を大きくしたい面(上面)のマスク層R4を、他の面(下面)のマスク層R5よりも薄くしている。
【0056】
このように水晶ウェハ1にマスク層R4,R5が形成された状態で、この水晶ウェハ1をエッチング液に浸漬させる。これにより、図4(b)に示すように、マスク層R4が薄い上面側では、下面側よりも先にマスク層R4が完全に融解され、この上面ではCr層が完全に融解された後に水晶ウェハ1のエッチングが開始される。
【0057】
そして、この水晶ウェハ1の上面のエッチングと、下面のCr層のエッチングとが並行された後に、下面のCr層が完全に融解された時点から、この下面では水晶ウェハ1のエッチングが開始される(図4(c)参照)。
【0058】
このようなエッチング動作を所定時間継続して行い、図4(d)に示すように、水晶ウェハ1が所定の厚さ寸法になった時点で、水晶ウェハ1を取り出して洗浄、乾燥を行い、所定形状の水晶ウェハ1を得る。これにより、上面側の比較的厚かった加工歪み層を下面側の加工歪み層よりも多く除去することができ、各加工歪み層が完全に除去された水晶ウェハ1を得ることができる。
【0059】
上下両面エッチングする作用効果として、それぞれのエッチング深さを小さくできることで、水晶の異方性によるエッチング残部(斜め彫り込み部分)が発生し難いため、有効振動領域(平坦面)を減少させ難くなる。
【0060】
尚、本実施形態のように上下面のマスク層の厚さを互いに異ならせる手法を使用すれば、図5(a)〜(d)に示すような複雑な形状の水晶ウェハ1も1回のエッチング動作によって成形することが可能である。図5(a),(b)は、水晶ウェハ1の中央部に段部を存在させることなしに圧電振動領域21を形成したものであり、図5(c),(d)は、水晶ウェハ1の中央部の上下両面に段部4を形成し、この段部4の内側に圧電振動領域21を形成したものである。
【0061】
また、本形態では、上下両面にマスク層R4,R5を形成していたが、エッチング量を大きくしたい面(上述の場合では上面)には必ずしもマスク層は必要ない。また、本形態では、片面のみがポリッシュ加工された水晶ウェハ1も適用可能である。
【0062】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本形態は、マスク層としてCr層と酸化Cr層(以下、CrO層)とを使用したものである。一般にCr層に比べてCrO層の方がエッチングレートが低い(エッチング液に溶け難い)とされており、これらのエッチングレート差を利用して所定形状の水晶ウェハ1を得るようにしたものである。以下、具体的に各層の形成動作について説明する。
【0063】
図6(a),(b)は、水晶ウェハ1上にCr層とCrO層とを隣接して形成する場合の工程例を示している。先ず、図6(a)に示すように水晶ウェハ1の所定領域にCrを蒸着させてCr層を形成する。そして、エッチングレートを低くしたい領域に対してのみエキシマUV照射により、この部分のCrを酸化処理し、CrO層に変化させる(図6(b)参照)。これにより、この部分のみのエッチングレートが低くなり、上述した第1実施形態のAu層に代わる層として機能することになる。つまり、このCrO層に覆われた部分では水晶ウェハ1のエッチングが行われなか、または水晶ウェハ1のエッチング開始タイミングが遅延されることになる。
【0064】
また、このCr層をCrO層に変化させる手段としては、UV−O3ドライ洗浄機やO2プラズマなどの手段を採用することもできる。また、上記CrO層の全体を酸化処理してマスク層の全体をCrO層にした後に、エッチングレートを高くしたい領域に対してのみ還元処理を行って部分的にCr層に戻すようにしてもよい。更には、Crを水晶ウェハ1上にスパッタリング蒸着させてCr層を形成する際にチャンバ内に酸素を供給し、Crを酸化させながら水晶ウェハ1上に蒸着させて行くことによってもCrO層の形成は可能である。具体的には、スパッタリング蒸着の際にAr−O2ガスをチャンバ内に導入することにより実現できる。
【0065】
このように、本形態ではAuを使用することなくCrのみを使用してエッチングレートの異なる2種類のマスク層を形成することが可能である。このため、成膜材料としてAuが不要になり、また、エッチング後のAu除去工程が不要になる。このため、水晶ウェハ1の製造コスト及び成膜工程の削減を図ることができる。特に、Cr層のみで上記Au層と同等のマスク層を形成しようとした場合、数千Å(例えば4000Å)の膜厚が必要である。これに対し、本形態によれば、Au層と同等の膜厚(数百Åの膜厚:例えば300Å)程度であっても十分にエッチングレートの低いマスク層としての性能を確保することができ、成膜材料の少量化を図ることができる。このマスク層の薄肉化に伴い、マスク層の形状を形成する寸法精度が向上し、水晶ウェハ1の外形をエッチングにより成形する場合において、その外形精度の向上を図ることもできる。
【0066】
また、CrO層を形成してこの部分のエッチング開始タイミングを遅延させた場合において、このCrO層が完全に溶解されるタイミングと上記圧電振動領域21が所定の厚さ寸法に達する時点とが略一致するように各マスク層の厚さ寸法を設定しておけば、残ったマスク層を除去するといった作業は不要になる。
【0067】
尚、本形態ではCr層とCrO層とを隣接して形成した場合について説明したが、図6(c),(d),(e)に示すように、マスク層の一部分をCr層とCrO層との2層構造で構成するようにしてもよい。
【0068】
更に、酸化処理することによってエッチングレートが変化する材料であればCrに限ることはなく、Niその他の種々の材料によってマスク層を形成する場合についても同様に適用可能である。
【0069】
加えて、エッチングレートを変化させる処理としては、上述した酸化処理に限ることはなく、マスク層の一部分(エッチングレートを変化させたい部分)を複数金属による合金層で形成するなどといった手段も採用可能である。
【0070】
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。上述した第4実施形態のものは、Cr層とこのCr層を酸化処理させたCrO層とによって、Au層を廃しながらもマスク層にエッチングレート差を持たせるようにしていた。本形態は、マスク層としてエッチングレートの異なる材料を使用し、Au層を廃するようにしたものである。
【0071】
具体的な材料の組合せとしてはCr及びNi(ニッケル)である。Ni層を水晶ウェハ1の表面に成膜した場合、そのエッチングレートはCr層よりも低くなる。つまり、エッチング液に溶け難いものとなる。これにより、Au以外の互いに異なる材料を使用しながらも、マスク層にエッチングレート差を持たせることが可能となる。また、3種類以上の材料を組合せるようにしてもよい。例えば、CrとCrOとNiである。
【0072】
尚、マスク層の成膜材料としてはこれらに限るものではなく、種々の材料が適用可能である。
【0073】
また、このように互いに異なる材料を使用してマスク層を形成した場合においても上述した第4実施形態の手法を適用することは可能である。つまり、互いに異なる材料より成るマスク層に対して選択的に酸化などの処理を施すことによりエッチングレートを変更するものである。
【0074】
(マスク層の形成方法)
次に、上述した各実施形態の如く形成されるマスク層Rの形成方法の具体例について説明する。本発明で適用可能な成膜方法としては以下のものが掲げられる。以下の説明では、マスク層をCr層のみで形成する場合について説明するが、他の材料や複数の材料でマスク層を形成する場合についても同様に適用可能である。
【0075】
<レーザ照射>
マスク層Rの形成方法の一つは、レーザ照射によって選択的にマスク層を除去して所定領域のみにマスク層を残すものである。例えば、図7(a)に示すように、水晶ウェハ1の上下面の全面に亘ってCrを蒸着させた状態で、このCr層の所定領域(水晶ウェハ1のエッチングを促進させたい領域)に対してレーザ光を照射し、この領域のCrのみを選択的に除去するといった手法である。これにより、図7(b)に示すように、一部分の領域においてCr層が除去またはこのCr層が薄肉化された部分を容易に形成することができる。
【0076】
<ミーリング>
また、マスク層Rの形成方法としてミーリングも掲げられる。例えば、図8に示すように、ミーリング装置に可動マスクMを備えさせておき、図8(a)に示すように、水晶ウェハ1の上下面の全面に亘ってCrを蒸着させた状態で、この可動マスクMを間欠的に外側に移動させながらCr層に対してミーリングを行って、所定の領域(水晶ウェハ1のエッチングを促進させたい領域)のみを選択的に除去するといった手法である。図8(b)〜(e)に示す工程では、上下それぞれ一対の可動マスクMを間欠的に外側に移動させながらミーリングを行うことにより階段状のCr層(図8(e)参照)を形成する場合について示している。
【0077】
<蒸着>
次に、蒸着法によりマスク層を形成する場合について説明する。図9(a)に示すように、水晶ウェハ1の所定領域にマスキング材Mを配置しておき、この状態でCrの蒸着を行う。これにより所定厚さの第1層目のCrが成膜される(図9(b)参照)。更に、その後、図9(c)に示すように、この第1層目のCr層の一部分に対してマスキング材Mを配置しておき、この状態で更にCrの蒸着を行う。これによりマスキングされていない部分に対してのみ第2層目のCrが成膜される。つまり、この部分のみが厚さ寸法の大きなCr層として形成される。その後、マスキング材Mを除去することにより、第1層目のCrのみで成る層と第1層目及び第2層目のCrで成る層とにより階段状のCr層が形成される(図9(d)参照)。
【0078】
<メタルエッチング>
メタルエッチングによるマスク層の形成方法としては、例えば、図10(a)に示すように、水晶ウェハ1の上下面の全面に亘ってCrを蒸着させた状態で、このCr層の一部分にレジスト材Rを配置し、この状態でメタルエッチングを行う。これによりCr層の一部分(図中の中央部)が所定厚さだけ除去される(図10(b)参照)。更に、その後、Cr層の他の一部分にレジスト材Rを配置し、この状態でメタルエッチングを行う。これにより更にCr層の一部分が所定厚さだけ除去される。その後、レジスト材Rを除去することにより、除去された厚さが互いに異なる複数の層によって階段状のCr層が形成される。
【0079】
<リフトオフ>
リフトオフによるマスク層の形成方法としては、例えば、図11(a)に示すように、水晶ウェハ1の所定領域にリフトオフ用のレジスト材Rを配置しておき、この状態でCrの蒸着を行う(図11(b)参照)。これにより、水晶ウェハ1及びレジスト材Rの各上面に亘って所定厚さのCr層が成膜される。その後、リフトオフ法によりレジスト材Rと共にCr層の一部分を水晶ウェハ1から除去する(図11(c)参照)。更に、その後、残っているCr層の一部分に対してリフトオフ用のレジスト材Rを配置しておき(図11(d)参照)、この状態で再度Crの蒸着を行う(図11(e)参照)。これにより、水晶ウェハ1及びレジスト材Rの各上面に亘って所定厚さのCr層が成膜される。その後、上記と同様のリフトオフ法によりレジスト材Rと共にCr層の一部分を水晶ウェハ1から除去する(図11(f)参照)。これにより、第1層目のCrのみで成る層と第1層目及び第2層目のCrで成る層とにより階段状のCr層が形成される。
【0080】
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。上述した各実施形態の水晶ウェハ1は平板状のものであった。本形態に係る水晶ウェハ1は、振動部とこれを取り囲む枠部とが複数のブリッジによって連結されて構成されるものである。以下にその構成及びエッチング方法について説明する。
【0081】
図12は、本形態に係る水晶ウェハ1の平面図、図13は図12におけるA−A線に沿った断面図である。これら図に示すように、振動部5は上述した実施形態に係る水晶ウェハ1と略同様の逆メサ構造で構成されている。具体的には、上下面に段部54を有しており、その中央部に形成された圧電振動領域51に励振電極52が取り付けられている。
【0082】
一方、枠部6は、この振動部5の外周囲を取り囲むように形成されていると共に、4本のブリッジ7,7,…を介して振動部5に連結されている。この構成により、振動部5の中央部に位置する圧電振動領域51は、振動部5の外縁部分である補強部53に支持されているばかりでなくブリッジ7,7,…を介して枠部6によっても支持されていることになり、高い機械的強度が確保されている。また、枠部6は、水晶振動子のパッケージに接着剤によって支持される部分であるが、この部分と振動部53とはブリッジ7,7,…のみによって連結されているため、接着剤の凝固収縮などの影響によって枠部6に反りなどの変形が生じたとしても、その変形の影響が振動部5には及び難い構成となっている。更に、ブリッジ7,7,…による振動部5と枠部6との連結位置は、振動部5のZ軸(図12において左右方向に延びる軸)に対して30°の角度を存した応力感度が「0」の位置に設定されている。このため、枠部6に外力が作用し、それが振動部5まで伝わったとしても振動特性には殆ど影響を与えないようになっている。
【0083】
次に、本形態に係る水晶ウェハ1の加工方法について説明する。図14〜図19は、この水晶ウェハ1の加工工程を示している。本水晶ウェハ1の加工工程としては、レジスト膜形成工程(図14)、予備エッチング工程(図15)、Au除去工程(図16)、リフトオフ工程(図17)、メインエッチング工程(図18)、電極形成工程(図19)から成る。各工程について以下に説明する。
【0084】
<レジスト膜形成工程>
この工程では、先ず、水晶ウェハ1の上下面の全面に対してCr及びAuの2層構造で成るレジスト膜Rを蒸着する(図14(a))。その後、上記ブリッジ7,7を形成するためにその間の貫通孔71を形成する箇所のみを除いた全面に対してポジティブタイプのレジスト膜PR(以下、ポジレジスト膜と呼ぶ)を形成する(図14(b))。この状態で、Auエッチング液及びCrエッチング液によってそれぞれエッチングを行い、上記ポジレジスト膜PRの存在しない部分のAu層及びCr層を除去する(図14(c))。その後、ポジレジスト膜Prを除去して(図14(d))、本マスク層形成工程を終了する。
【0085】
<予備エッチング工程>
この工程では、上記レジスト膜形成工程においてAu及びCrが除去された部分(ブリッジ7,7同士の間の貫通孔71を形成する箇所)及び水晶ウェハ1の中央部分(圧電振動領域21となる部分)を除いた上下面の全体にポジレジスト膜PRを形成する(図15(a))。その後、この水晶ウェハ1を水晶エッチング液に浸漬してエッチングを行う。これにより図15(b)に示すように、ブリッジ7,7同士の間の貫通孔71を形成する箇所のみが所定量だけエッチングされる。次に、Auエッチング液及びCrエッチング液によってそれぞれエッチングを行い、上記ポジレジスト膜PRの存在しない部分のAu及びCrを除去する(図15(c))。その後、ポジレジスト膜PRを除去して(図15(d))、本予備エッチング工程を終了する。
【0086】
<Au除去工程>
この工程では、枠部6を形成する部分の上下面の全体に対してネガティブタイプのレジスト膜NR(以下、ネガレジスト膜と呼ぶ)を形成する(図16(a))。その後、Auエッチング液によってエッチングを行い、上記ネガレジスト膜NRの存在しない部分のAuを除去する(図16(b))。その後、ネガレジスト膜NRを除去して(図16(c))、本Au除去工程を終了する。
【0087】
<リフトオフ工程>
この工程は、振動部5の中央に階段状の凹部を成形するべく階段状のCr層を形成するための工程である。つまり、上記Au除去工程の終了時点で水晶ウェハ1上に残っているCr層の一部分に対してCrを蒸着させることにより階段状のCr層を形成するものである。このため、先ず、このCrを追加蒸着させる必要がある領域を除く全領域に対してネガレジスト膜NRを形成する(図17(a))。この状態で、水晶ウェハ1の上下面に対してCrを蒸着させ、ネガレジスト膜NRが存在しない部分のCr層のみを厚肉の層にする(図17(b))。その後、ネガレジスト膜NRをリフトオフ法により除去して(図17(c))、本リフトオフ工程Auを終了する。これにより本発明に係るエッチング工程を行うためのマスク層が形成されたことになる。
【0088】
<メインエッチング工程>
この工程は、上述した第2実施形態で説明した凹部の成形工程と同様にして行われる。つまり、水晶ウェハ1の上下面のうちCr層のない部分ではエッチングが早期に開始され、Cr層の厚い薄い部ではエッチングが僅かに遅延して開始される。また、Cr層の厚い薄い部分では殆どエッチングが行われない。このため、圧電振動領域51が所定の厚さ寸法になるまでエッチングされた状態では、図18(b)に示すように、振動部5と枠部6との間にはブリッジ7,7,…のみが残り、また、振動部5には階段状の段部54が形成されることになる。
【0089】
<電極形成工程>
本工程では、従来と同様の動作により電極形成が行われる。つまり、図19(a)に示すように、水晶ウェハ1の上下面の全面に対して電極材料(AlまたはAg)が蒸着された後、圧電振動領域51の電極形成部分及び引出電極部分(図示省略)をネガレジスト膜NRによって覆う(図19(b))。その後、図19(c)に示すように、電極材料をエッチングなどによって除去し、更に、図19(d)に示すように、ネガレジスト膜NRを除去することにより、圧電振動領域51のみに電極材料が残り、これによって所定形状の励振電極52が形成される。
【0090】
以上の工程により図12及び図13に示すように、振動部5とそれを囲むように配設され且つブリッジ7,7,…によって振動部5に連結された枠部6を有する水晶ウェハ1が形成される。
【0091】
(第7実施形態)
次に、第7実施形態について説明する。本形態は、上記各実施形態の如くマスク層のエッチングレート差を利用することで水晶ウェハ1の各部の厚さ寸法を任意に設定できるといった技術の応用例である。
【0092】
ここでは、音叉型水晶振動子の生産技術に本発明の技術思想を適用した場合について説明する。
【0093】
音叉型水晶振動子の水晶ウェハは、図20に示すように、1枚の水晶素板8から多数個が同時成形される。この場合に、個々の音叉型水晶ウェハ1,1,…を水晶素板8から切り離す際にはその両者の接続部分である水晶ウェハ1の基部を破断させるようにしている。このとき、図21(a),(b)に示すように、この破断位置がずれた場合には、その水晶ウェハ1をパッケージ内に収容できなくなったり、収容できたとしても所定位置に搭載できなくなったりするといった不具合が生じる。また、従来のものでは、破断時に水晶破片が生じやすく、この水晶破片が水晶ウェハ1の表面に付着して振動特性に悪影響を与えるなどといった可能性もあった。本形態では、この水晶ウェハ1の基部を破断させる際に、適切な位置でしかも破片が発生しないようにするために本発明の技術を適用するものである。以下に詳しく説明する。
【0094】
図22(a)は、水晶素板8をエッチング加工することにより音叉型水晶ウェハ1を作製する前段階の断面図であって、音叉型水晶ウェハ1の基部(図20におけるB−B線に沿った断面図)を示している。この図22(a)に示すように、音叉型水晶ウェハ1の基部に、マスク層Rの存在しない部分と、階段状のCr層により形成されたマスク層Rが存在する部分とを予め形成しておく。それ以外の部分は、所定の音叉型形状がエッチングにより成形できるような領域にCrとAuとの2層で成るマスク層(レジスト膜)を形成しておく。
【0095】
これにより、水晶素板8のエッチング加工時には、図22(b)に示すように、マスク層Rの存在しない部分ではエッチングが進んで水晶ウェハ1の厚さ寸法は極端に薄くなる一方、階段状のCr層より成るマスク層Rの部分では、階段状に水晶ウェハ1の厚さ寸法が厚くなっていく。このため、図22(c)に示すようにマスク層Rを除去した後に個々の音叉型水晶ウェハ1,1,…を水晶素板8から切り離す際には、この基部の薄肉部分が良好に破断され、破片も発生しない。このため、水晶ウェハ1をパッケージ内に良好に搭載でき、且つ水晶破片の存在によって振動特性に悪影響を与えるといったことも回避される。
【0096】
図23は、音叉型水晶ウェハ1の基部に形成される階段状のCr層を水晶素板8の上下面に形成し、これによって上下両側から基部のエッチングを行って局部的な薄肉部を形成するようにしたものである。これによっても、基部の薄肉部分が良好に破断され、破片も発生しない。
【0097】
尚、本形態では音叉型水晶ウェハ1を水晶素板8から切り離す技術に本発明を適用した場合について説明した。この技術思想を例えば上記第6実施形態に係る水晶ウェハ1の作製に適用した場合、図24に示すように、水晶ウェハ1を水晶素板8に連結させる連結部分11を上述した音叉型水晶ウェハ1の基部と同様にして成形する。つまり、容易に切り離し可能となるように薄肉に成形された連結部分11を残して水晶ウェハ1の外周囲の水晶素板8をエッチングにより除去する。この場合、連結部分11を薄肉に成形するのと同時に、圧電振動領域51、補強部53、ブリッジ7、枠部6等の各部の厚さ寸法も上述した第6実施形態の加工方法によって任意の寸法に成形することができる。
【0099】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態は何れも逆メサ型の水晶ウェハの加工に本発明を適用した場合について説明したが、メサ型の水晶ウェハの加工に対しても適用可能である。
【0101】
加えて、上述した第7実施形態の如く1枚の水晶素板8から多数の水晶ウェハ1,1,…を同時成形、所謂多数個取りする場合において、それぞれの水晶ウェハ1,1,…の成形部分に対するマスク層の材料や膜厚等を代えてエッチングレートを個々に異ならせるようにすれば、基本振動周波数の互いに異なる多数種類の水晶ウェハ1,1,…を同時に成形することも可能になる。
【0102】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、水晶ウェハ等の圧電振動板をウェットエッチングによって所定形状に成形する場合において、エッチングレートの互いに異なる複数のマスク層を使用して各所でのエッチング量に差が生じるようにし、これによって圧電振動板を任意の形状に成形できるようにしている。このため、エッチング液への浸漬工程と乾燥工程とを複数回繰り返すといった従来の手法の不具合を一挙に解消することができる。つまり、エッチング成形品の面荒れの回避、エッチング液の回り込み不良に伴うエッチング不良の防止、エッチング成形品が薄肉となった状態での加工工程の削減によるエッチング成形品の破損の防止を図ることができる。
【0103】
また、マスク層の厚さ寸法を異ならせたりマスク層に対する処理を行うことによって各マスク層のエッチングレートに差を生じさせるようにした場合には、マスク層を構成する材料の選択に制約を受けることなしに、任意のエッチングレートを設定することができる。このため、Auなどの高価な層を使用する必要が無くなり、エッチング成形品の製造コストの削減を図ることができる。
【0104】
更に、圧電振動板の表裏面それぞれをエッチングレートの互いに異なるマスク層によってマスキングした状態でエッチング処理を行うようにした場合には、圧電振動板の表面側からのエッチング量と裏面側からのエッチング量とを互いに異ならせることができる。このため、圧電振動板の加工歪み層等といったエッチングによって除去したい部分を多く含む表面側または裏面側を選択的に多く除去することが可能になり、圧電振動板全体としてのエッチング量を必要最小限に抑えながらも、表裏各面の加工歪み層等を完全に除去することが可能になって、加工コストの削減及びエッチング成形品の高品質化を図ることができる。
【0105】
加えて、エッチング動作に先立って、圧電振動板の一部分を薄肉化する加工を行っておき、この薄肉化した部分をマスク層でマスキングすることなしに上記エッチング動作を行うことによって、この薄肉化した部分を貫通孔として成形するようにした場合には、エッチング動作によって成形することが可能な成形品の形状を更に自由に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る水晶ウェハの斜視図である。
【図2】第1実施形態に係る水晶ウェハのエッチング成形工程を示す図である。
【図3】第2実施形態に係る水晶ウェハのエッチング成形工程を示す図である。
【図4】第3実施形態に係る水晶ウェハのエッチング成形工程を示す図である。
【図5】第3実施形態の変形例を示す図である。
【図6】第4実施形態に係るCrO層の形成動作を説明するための図である。
【図7】レーザ照射によってマスク層を形成する際の工程を示す図である。
【図8】ミーリングによってマスク層を形成する際の工程を示す図である。
【図9】Crの蒸着によってマスク層を形成する際の工程を示す図である。
【図10】メタルエッチングによってマスク層を形成する際の工程を示す図である。
【図11】リフトオフによってマスク層を形成する際の工程を示す図である。
【図12】第6実施形態に係る水晶ウェハの平面図である。
【図13】図12におけるA−A線に沿った断面図である。
【図14】第6実施形態におけるマスク層形成工程を示す工程図である。
【図15】第6実施形態における予備エッチング工程を示す工程図である。
【図16】第6実施形態におけるAu除去工程を示す工程図である。
【図17】第6実施形態におけるリフトオフ工程を示す工程図である。
【図18】第6実施形態におけるメインエッチング工程を示す工程図である。
【図19】第6実施形態における電極形成工程を示す工程図である。
【図20】第7実施形態における水晶素板の平面図である。
【図21】従来例における音叉型水晶振動子の水晶ウェハの破断状態の例を示す図である。
【図22】第7実施形態における水晶ウェハの加工工程を示す図である。
【図23】第7実施形態の変形例における水晶ウェハの加工工程を示す図である。
【図24】第7実施形態の加工技術を第6実施形態に係る水晶ウェハの作製に適用した場合の図20相当図である。
【図25】従来例に係る水晶ウェハの斜視図である。
【図26】従来の逆メサ型の水晶ウェハの加工工程を示す図である。
【図27】従来のメサ型の水晶ウェハの加工工程を示す図である。
【符号の説明】
1 水晶ウェハ
71 貫通孔
R マスク層
Cr クロム層
CrO 酸化クロム層
Au 金層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionPiezoelectric diaphragm for piezoelectric vibration deviceEtching methodTo the lawRelated. In particular, the present invention relates to measures for improving the efficiency of molding operations and improving the quality of molded products.
[0002]
[Prior art]
With the increase in the frequency of communication equipment and the increase in the operating frequency of microcomputers, piezoelectric vibration devices such as crystal resonators and crystal filters are also required to have higher frequencies. In general, as a crystal wafer (crystal plate) corresponding to higher frequency, the AT-shear crystal plate thickness shear vibration is often used. As is well known, the frequency is determined by the thickness, and the frequency and the thickness are inversely proportional to each other. . For example, when an attempt is made to obtain 600 MHz as the fundamental vibration frequency, an extremely thin piezoelectric diaphragm of 3 μm or less is required. Such processing of an ultra-thin plate is difficult to polish and it has been difficult to improve the manufacturing yield.
[0003]
In order to solve this problem, as shown in FIG. 25, a concave portion b is provided in the central portion of the crystal wafer a, and a thinned vibration region c is set at the bottom of the concave portion b, and the thickening of the surroundings is reinforced. A so-called inverted mesa configuration in which the vibration region c is reinforced by the portion d has been proposed. This type of quartz diaphragm has a configuration in which an excitation electrode and an extraction electrode (not shown) are formed on a quartz wafer a having a thinned vibration region c and a reinforcing portion d formed therearound. By adopting such a configuration, the vibration region c can be made considerably thinner than the conventional one, and the yield can be improved. This type of quartz wafer is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-341064.
[0004]
Further, as one type of the inverted mesa type crystal diaphragm, by forming a stepped step portion e between the vibration region c and the reinforcing portion d, as shown in a cross section in FIG. It is also known that the mechanical strength of the crystal wafer a is improved and the external force is propagated to the vibration region c. Hereinafter, the molding operation of the inverted mesa type quartz diaphragm having the stepped portion e will be described.
[0005]
As shown in FIG. 26A (a diagram showing a cross section of the crystal wafer and the mask layer), a mask layer (resist is formed on the entire lower surface and a part of the upper surface of the crystal wafer a1 whose upper and lower surfaces are mirror-finished by polishing. Membrane) R is formed. This mask layer R has a two-layer structure of, for example, chromium (Cr) and gold (Au). In addition, the formation region of the mask layer R on the upper surface is the entire region except the portion where the vibration region c is formed. Specifically, the mask layer R is formed on the entire upper surface, and the mask layer R at a position corresponding to the vibration region c is selectively removed by a photolithography technique or the like.
[0006]
Then, using the mask layer R remaining on the quartz wafer a1 as a mask, the quartz wafer a1 is immersed in an etching solution such as hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution, and the first wet etching is performed. FIG. 26B shows a state at the end of the first wet etching. As a result, a first step e1 is formed.
[0007]
Next, part of the remaining mask layer R is further selectively removed. The removal region of the mask layer R is a region where a second step portion e2 is formed as shown in FIG. Thereafter, the second wet etching with the etching solution is performed in the same manner as described above. FIG. 26D shows a state at the end of the second wet etching. As a result, a second step portion e2 is formed.
[0008]
Further, a part of the remaining mask layer R is selectively removed. The removal region of the mask layer R is a region where a third stepped portion e3 is formed as shown in FIG. Thereafter, a third wet etching with an etching solution is performed in the same manner as described above. FIG. 26F shows a state at the end of the third wet etching. As a result, a third step portion e3 is formed.
[0009]
After a plurality of etching steps in this way, all the mask layers R on the upper and lower surfaces are removed, thereby forming a stepped shape between the vibration region c and the reinforcing portion d as shown in FIG. A crystal wafer a having a step e is formed. A crystal resonator is manufactured by forming predetermined electrodes on the upper and lower surfaces of the vibration region c.
[0010]
In addition, as shown in FIG. 27G, a so-called mesa type crystal wafer in which the thickness dimension of the central portion of the crystal wafer a is set larger than the thickness dimension of the outer edge portion is also etched by substantially the same etching method as described above. Can be molded. That is, as shown in FIG. 27A, the mask layer R is formed only on a portion of the quartz wafer a1 whose upper and lower surfaces are mirror-finished by polishing, excluding the outer edge portions of the upper and lower surfaces. Using this mask layer R as a mask, the quartz wafer a1 is immersed in an etching solution such as a hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution, and the first wet etching is performed. FIG. 27B shows a state at the end of the first wet etching.
[0011]
Next, as shown in FIG. 27C, the outer edge portion of the remaining mask layer R is removed. Thereafter, the second wet etching with the etching solution is performed in the same manner as described above. FIG. 27D shows a state at the end of the second wet etching.
[0012]
Further, as shown in FIG. 27E, the outer edge portion of the remaining mask layer R is removed. Thereafter, a third wet etching with an etching solution is performed in the same manner as described above. FIG. 27F shows a state at the end of the third wet etching.
[0013]
After a plurality of etching steps in this way, all the mask layers on the upper and lower surfaces are removed, so that the thickness dimension of the central portion of the crystal wafer a becomes the outer edge portion as shown in FIG. A crystal wafer a which is set to be larger than the thickness dimension and has a stepped step portion e between the central portion and the outer edge portion is formed.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the molding operation of each crystal wafer as described above requires a plurality of etching steps, and the step of immersing the crystal wafer in the etching solution and the step of drying the crystal wafer must be repeated a plurality of times. For this reason, the work is complicated and requires a long work time, and the surface of the crystal wafer may be roughened by repeating the dipping process and the drying process. One of the causes of this surface roughness is that dust or the like adheres to the surface of the vibration region in the drying step, and moves to the dipping step without being removed. When such surface roughness occurs, particularly in the inverted mesa type, there is a possibility of adversely affecting the performance of the crystal resonator (such as variations in fundamental frequency). In addition, in the dipping process after the drying process, there is a possibility that air may exist near the step portion that has already been formed.In this case, the etching solution does not flow around the step portion, leading to etching failure, There is also a possibility that the crystal wafer cannot be formed into a predetermined shape. Furthermore, in the final stage of the multiple dipping processes, there will be a part with a very thin wall thickness on the quartz wafer, and cracks etc. in this thin part and its peripheral part during the dipping process and drying process. There is a possibility that damage may occur, leading to deterioration in yield.
[0016]
  The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to form a crystal wafer having a predetermined shape (for example, a shape having the above-described stepped portion) by only one etching process. As a result, it is possible to prevent surface roughness of the quartz wafer, avoid etching defects, and prevent damage to the thin-walled portion and its peripheral portion.Piezoelectric diaphragm for piezoelectric vibration deviceEtching methodThe lawIt is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
-Summary of invention-
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an etching amount in various places using a plurality of mask layers having different etching rates when a molded object such as a quartz wafer is formed into a predetermined shape by etching. There is a difference.
[0018]
    -Solution-
  Specifically, it is an etching method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device into a predetermined shape. In this method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device, the surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region of the piezoelectric vibration plate is not masked by the mask layer, and the outer surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region is not masked. For each placeEach otherBy mask layer made of the same materialRespectivelyAfter masking, the piezoelectric vibration region is subjected to a process that lowers the etching rate only for the constituent material of the mask layer in a region other than the region adjacent to the outer peripheral side of the piezoelectric vibration region where the etching amount may be small, After that, the piezoelectric diaphragm is etched by a wet etching method, so that the portion of the piezoelectric diaphragm that is not masked, the portion that is masked by the mask layer that is not subjected to the treatment, and the mask layer that is subjected to the treatment are used. The etching amount of each masked portion is made different from each other, and the piezoelectric vibration plate is etched into a predetermined shape while the mask layer in the region adjacent to the outer periphery of the piezoelectric vibration region is completely melted during the etching process. ing.
  More specifically, the treatment for the constituent material of the mask layer in the portion where the etching amount may be small in the piezoelectric diaphragm is an oxidation treatment.
[0019]
BookAccording to the invention, a mask layer having a high etching rate (It is a mask layer that has not been subjected to a treatment that reduces the etching rateSince the etching operation is started early in the portion masked by the mask layer that is easily dissolved in the etching solution, the etching amount increases, and conversely, the mask layer having a low etching rate (A mask layer that has been processed to reduce the etching rate.Since the start of the etching operation is delayed in the portion masked by the mask layer that is hardly dissolved in the etching solution, the amount of etching is reduced. Thus, it becomes possible to form the piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into an arbitrary shape by utilizing the difference in etching amount due to the difference in the mask layer, and the above-mentioned step portion can be molded with high efficiency and high accuracy. Can be done.
[0020]
That is, since an etching molded product having a predetermined shape can be obtained by one etching process, the conventional problem of surface roughness caused by repeating the dipping process in the etching solution and the drying process a plurality of times is avoided. Further, with this repeated operation, air does not exist in the vicinity of the stepped portion so that the etching solution does not circulate, and one of the causes of the etching failure can be eliminated. Furthermore, since it is not necessary to repeat the dipping process and the drying process in a state where the etched molded product is thinned by etching, damage to the etched molded product can be prevented, and the yield can be improved.
[0023]
  In addition, the following may be cited as other means for solving. An etching method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device into a predetermined shape, wherein the surface of a portion to be a piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate is not masked by a mask layer, and the piezoelectric For each part on the outer circumference side of the part that becomes the vibration areaEach otherBy mask layer made of the same materialRespectivelyAfter masking and oxidizing the entire surface of the mask layer, the material constituting the mask layer in the region adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side and requiring a large amount of etching Only the reduction treatment was performed, and then the piezoelectric diaphragm was etched by a wet etching method, and the piezoelectric diaphragm was masked by the mask layer that was subjected to both the oxidation treatment and the reduction treatment in the portion where the masking was not performed. The etching amount of each portion masked by the mask layer subjected to only the oxidation treatment is different from each other, and the mask layer in the region adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side is completely melted during the etching treatment. However, the piezoelectric diaphragm is etched into a predetermined shape.
[0024]
  like thisIn maWhen the process is performed on the mask layer, for example, even when a mask layer with an extremely low etching rate is required, there is no restriction on the selection of the material constituting the mask layer. For example, Au is known as a constituent material of a mask layer (resist film) having a very low etching rate, but according to the present invention, a process for increasing the thickness of the mask layer or reducing the etching rate is performed. By doing so, a mask layer having an extremely low etching rate can be obtained without using expensive Au, and the manufacturing cost of the etched molded product can be reduced.
[0025]
  An etching method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device into a predetermined shape without masking the surface of a portion to be a piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate with a mask layer, and The area adjacent to the piezoelectric vibration area on the outer peripheral side and masking the area that requires a large amount of etching is masked by the inner mask layer. The piezoelectric vibration plate is etched by the wet etching method in a state where the mask is masked by the outer mask layer which is lower than the etching rate of the inner mask layer, so that the piezoelectric vibration according to the magnitude of the etching rate of each mask layer is obtained. The etching amount of each part of the plate is made different from each other so that the piezoelectric vibration region After etching the piezoelectric vibration plate in a predetermined shape while completely melt the mask layer adjacent regions in the middle of the etching process at its outer periphery to, eachFurther reduction in thickness can be achieved by performing a process of thinning the entire piezoelectric diaphragm by etching the entire piezoelectric diaphragm evenly in the absence of the mask layer. In particular, when applied to a piezoelectric vibration device such as a crystal resonator or a crystal filter, the frequency can be further increased.Here, the material having a high etching rate means a material that is easily dissolved in an etching solution. Conversely, a material having a low etching rate is a material that is difficult to dissolve in an etching solution. Depending on the type of etchant, for example, when using hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution as the etchant and using Cr and electrolessly plated Ni as the mask layer, Cr is more electrolessly plated. It becomes a material whose etching rate is lower than Ni.
[0026]
  An etching method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device into a predetermined shape, comprising:By etching the piezoelectric diaphragm from both the front and back sides with a mask layer having a different etching rate on each of the front and back surfaces of the piezoelectric diaphragm, the etching rate of each mask layer can be increased. Depending on the thickness, the etching amount from the front side of the piezoelectric diaphragm and the etching amount from the back side are made different from each other.After processing, the surface of the piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate is not masked by the mask layer, and is the region adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side and the etching amount. Masking a portion that requires a large amount with the inner mask layer, and masking a portion where the etching amount may be small in other regions with an outer mask layer whose etching rate is lower than the etching rate of the inner mask layer Then, by etching the piezoelectric diaphragm by the wet etching method, the etching amount at each part of the piezoelectric diaphragm is made different according to the magnitude of the etching rate of each mask layer. The mask layer in the adjacent area on the outer peripheral side is completely melted during the etching process. The reluctant piezoelectric diaphragm is to be etched into a predetermined shape.For example, when the piezoelectric diaphragm before etching is polished, a certain amount of processing strain layer exists on the front and back surfaces. When the processing strain layer on one surface of the front and back surfaces is thick, if the same etching is performed from both the front and back surfaces, the processing strain layer on one surface may not be completely removed. On the other hand, if the present invention is used, the etching amount on the side where the processing strain layer is thick can be set to be particularly large, and the entire surface of the piezoelectric diaphragm is suppressed to the necessary minimum, while each side of the front and back surfaces. It becomes possible to completely remove the processed strain layer.
[0027]
  An etching method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device into a predetermined shape, comprising:Part of piezoelectric diaphragmonlyHave been processed to reduce the thickness,Thereafter, the surface of the piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate and the thinned portion are not masked by the mask layer and are adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side thereof. The area where the etching amount is required is masked by the inner mask layer, and the other area where the etching amount may be small is outside the etching rate lower than the etching rate of the inner mask layer. In the state masked by the mask layer, the piezoelectric diaphragm is etched by a wet etching method so that the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different according to the etching rate of each mask layer. Etch the mask layer in the area adjacent to the outer periphery of the piezoelectric vibration area. While completely melted in the middle of the process with etching the piezoelectric vibration plate in a predetermined shape, it was processed to the thinMold the part as a through holeI am doing so.
[0028]
  According to this, due to the etching rate difference of the mask layerPiezoelectric diaphragmIt is possible to form not only irregularities on the surface, but also to form a through hole at a specific location as the etching operation proceeds.
[0031]
  Also,When a piezoelectric diaphragm having a predetermined shape is extracted from a base plate of the piezoelectric diaphragm by etching, the piezoelectric diaphragm is formed with a part of the outer edge of the piezoelectric diaphragm being connected to the base plate of the piezoelectric diaphragm by a connecting piece. For the etching methodThe portion of the base plate of the piezoelectric diaphragm that is not masked by the mask layer on the surface of the connecting piece and is adjacent to the connecting piece and requires a large etching amount Is masked by the first mask layer, and other regions where the etching amount may be small are masked by the second mask layer whose etching rate is lower than the etching rate of the first mask layer. Then, by etching the base plate of the piezoelectric diaphragm by a wet etching method, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different from each other according to the magnitude of the etching rate of each mask layer. While completely melting the mask layer in the area adjacent toTo make the connecting piece thinner than other partsis doing.
  In addition, when the piezoelectric diaphragm having a predetermined shape is extracted from the base plate of the piezoelectric diaphragm by etching, the piezoelectric diaphragm is connected with a part of the outer edge of the piezoelectric diaphragm being connected to the base plate of the piezoelectric diaphragm by a connecting piece. In this etching method, a process for thinning only a part of the piezoelectric vibration plate is performed, and then the surface of the part that becomes a piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate, the thinning process is performed. The portion that has been performed and the surface of the portion to be the connecting piece are not masked by the mask layer, and are adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side thereof and require a large amount of etching, and The first mask layer masks a portion that is adjacent to the portion to be the connecting piece and requires a large amount of etching with the first mask layer, and etches in the other region. The base plate of the piezoelectric diaphragm is etched by the wet etching method in a state where the portion where the etching amount may be small is masked by the second mask layer whose etching rate is lower than the etching rate of the first mask layer. Accordingly, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different from each other in accordance with the etching rate of each mask layer, and the mask layer in the area adjacent to the piezoelectric vibration area on the outer peripheral side thereof is being etched. The piezoelectric diaphragm is etched into a predetermined shape while being completely melted, and the thinned portion is formed as a through hole, and the mask layer in the region adjacent to the connecting piece is etched. The connecting piece is formed to be thinner than the other parts while being completely melted on the way.
[0032]
  This technique can be applied to, for example, a case where a large number of crystal wafers of a tuning fork type crystal resonator are formed simultaneously from one crystal base plate (so-called multi-cavity). That is, when each crystal wafer is formed into a predetermined shape in a state where each crystal wafer is connected to the crystal base plate by the connection portion, and then the crystal wafer is separated from the crystal base plate by breaking the connection portion. Applied. At this time, the connecting portion is formed by etching so that the connecting piece is thinner than the other portions, so that it can be easily broken, and it is not broken at any portion other than this connecting portion. A quartz wafer is obtained. In addition, there is a low possibility that crystal fragments will be generated at the time of breakage, and it is possible to avoid adversely affecting the vibration characteristics due to the presence of the crystal fragments.
  The mask layer for masking a portion that requires a large amount of etching in the piezoelectric diaphragm is composed of only one layer of Cr, while the mask layer for masking a portion that requires a small amount of etching in the piezoelectric diaphragm is formed of Cr as a lower layer. And two layers with Au as an upper layer.
  Furthermore, the mask layers for masking the portions on the outer peripheral side of the portion that becomes the piezoelectric vibration region in the piezoelectric diaphragm are made of the same material, and the thickness dimension of the mask layer in the piezoelectric diaphragm where the etching amount is large is set. The thickness is set smaller than the thickness dimension of the mask layer in the portion where the etching amount may be small in the piezoelectric diaphragm.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a case will be described in which the present invention is applied to a crystal wafer constituting an AT-cut crystal resonator as an etching molded product.
[0034]
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view of a crystal wafer 1 molded in this embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing an etching molding process of the crystal wafer 1.
[0035]
As shown in FIG. 1, a concave portion 2 for forming an electrode 22 is formed in the central portion of the crystal wafer 1. The central portion of the concave portion 2 is formed as an ultrathin piezoelectric vibration region 21, and an excitation electrode 22 (the back surface is not shown) is formed on the front and back surfaces thereof. The excitation electrode 22 is externally connected by an extraction electrode (not shown). Connected with. Further, the outer edge portion of the crystal wafer 1 is formed as a reinforcing portion 3 having a thickness dimension several times that of the piezoelectric vibration region 21. Further, a stepped portion 4 is formed between the piezoelectric vibration region 21 and the reinforcing portion 3 (this embodiment includes two stepped portions 41 and 42 on the inside and the outside). This step 4 is for ensuring sufficient mechanical strength of the piezoelectric vibration region 21 and for mitigating the influence of external force.
[0036]
As an example of the thickness of each part, when obtaining a fundamental vibration frequency of 600 MHz, the thickness of the piezoelectric vibration region 21 is 3 μm, the thickness of the reinforcing portion 3 is about 10 μm, and the area of the piezoelectric vibration region 21 is about 0.5 mm.2The area of the excitation electrode 22 is about 0.2 mm2It is such a fine structure. Such formation of the piezoelectric vibration region 21 of the recess 2 is performed by a wet etching method described later. The electrode 22 is formed by a vacuum deposition method or the like, and aluminum, silver, or the like is used as each electrode material.
[0037]
Although not shown, such a piezoelectric vibration device is housed in a package made of ceramics such as alumina, and electrical connection is made to lead out each extraction electrode to the outside. By bonding, a surface-mount type crystal resonator can be obtained.
[0038]
<Molding operation of crystal wafer 1>
Next, the shaping | molding operation | movement of the said crystal wafer 1 which is the characteristics of this form is demonstrated. As shown in FIG. 2 (a), the crystal wafer 1 before processing as a molding is mirror-finished on the upper and lower surfaces, and on the upper and lower surfaces, a mask layer R1, having a predetermined shape that is characteristic of the present embodiment. R2 and R3 are formed. The operation for forming the mask layers R1, R2, R3 will be described later. Then, using the mask layers R1, R2, and R3 formed on the upper and lower surfaces of the crystal wafer 1 as a mask, the crystal wafer 1 is immersed in an etching solution such as hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution to perform wet etching. . Hereinafter, this wet etching process will be described in detail.
[0039]
First, the crystal wafer 1 before wet etching will be described. The entire lower surface of the crystal wafer 1 is covered with a lower mask layer R1 having a two-layer structure of a lower Cr layer and an upper Au layer. On the other hand, on the upper surface of the crystal wafer 1, no mask layer is formed in a portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed, and only a Cr layer is formed in a portion corresponding to the upper surface of the inner step portion 41 on the outer peripheral side. An inner mask layer R2 made of layers is formed. Further, an outer mask having a two-layer structure in which the Cr layer is the lower layer and the Au layer is the upper layer on the outer side of the Cr layer and corresponding to the upper surface of the outer step 42 (the upper surface of the outer edge portion of the crystal wafer 1). Layer R3 is formed. Each Cr layer of the inner mask layer R2 and the outer mask layer R3 is formed as a continuous layer. In this way, a Cr layer having an etching rate is formed on a portion corresponding to the upper surface of the inner step portion 41, and an Au layer having no etching rate (a Cr layer on the lower layer) is formed on a portion corresponding to the upper surface of the outer step portion 42. In other words, the etching amount at various points on the upper surface of the quartz wafer 1 is set to be different from each other.
[0040]
In this manner, the quartz wafer 1 is immersed in an etching solution such as a hydrofluoric acid + ammonium fluoride solution with the mask layers R1, R2, and R3 formed on the quartz wafer 1. Thereby, the etching of the crystal wafer 1 is immediately started in the region where the mask layer is not formed (the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed). On the other hand, in the inner mask layer R2 on the outer peripheral side, the melting of the Cr layer is started, and the etching of the crystal wafer 1 is started after the inner mask layer R2 is completely melted. That is, in the portion corresponding to the upper surface of the inner step portion 41, the etching start time is delayed by the time required for melting the Cr layer, compared to the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed. FIG. 2B shows a cross-sectional shape of the crystal wafer 1 when the Cr layer of the inner mask layer R2 is completely melted. At this time, etching of the upper surface of the inner step portion 41 is started. In the outer mask layer R3, an Au layer exists above the Cr layer, and since this Au layer does not have an etching rate, etching is not performed in this portion.
[0041]
Such an etching operation is continuously performed until the piezoelectric vibration region 21 has a predetermined thickness dimension. FIG. 2C shows the cross-sectional shape of the quartz crystal wafer 1 when the piezoelectric vibration region 21 has a predetermined thickness dimension. In this way, when the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed has a predetermined thickness dimension, the quartz wafer 1 is taken out of the etching solution, washed and dried, and the masks remaining on the upper and lower surfaces of the quartz wafer 1 Layers R1, R3 are removed. Thereby, as shown in a cross section in FIG. 2D, the crystal wafer 1 in which stepped steps 41 and 42 are formed between the piezoelectric vibration region 21 and the reinforcing portion 3 is formed.
[0042]
Note that the matching of the fundamental frequency of the quartz crystal wafer 1 formed into a predetermined shape in this way is performed by dry etching or the like after the completion of the etching operation. If the fundamental frequency can be adjusted only by the etching operation, the crystal wafer 1 is completed simultaneously with the completion of the etching operation.
[0043]
As described above, according to the etching method of the present embodiment, the crystal wafer 1 having the stepped portion 4 is formed by one etching process by changing the etching rate of the mask layer formed on each surface of the crystal wafer 1. Accordingly, it is possible to prevent surface roughness of the crystal wafer 1, avoid etching defects, and prevent damage to the thin-walled portion and its peripheral portion, and to provide a stable and high-quality crystal wafer 1. Is possible. It is also possible to mold the crystal wafer 1 having an arbitrary shape by setting the location of each mask layer and the etching rate.
[0044]
In the present embodiment, the outer mask layer R3 has a two-layer structure including a Cr layer and an Au layer, but may have a single-layer structure including only an Au layer.
[0045]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the Cr layer and the Au layer are used as the mask layer. However, in this embodiment, the crystal wafer 1 having the same step 4 as the above is formed once while the mask layer is formed only by the Cr layer. It can be formed by this etching process.
[0046]
First, the crystal wafer 1 before wet etching will be described. The entire lower surface of the crystal wafer 1 has a lower mask layer made of a relatively thick layer of Cr (a layer that does not melt completely in the time required to form the piezoelectric vibration region 21 of the crystal wafer 1). Covered by R1. On the other hand, the upper surface of the quartz wafer 1 is not formed with a mask layer in the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed, and the portion corresponding to the upper surface of the inner step portion 41 on the outer peripheral side is relatively thin of Cr. An inner mask layer R2 made of layers is formed. Further, an outer mask layer R3 made of a relatively thick Cr layer similar to the lower surface side of the crystal wafer 1 is formed outside the inner mask layer R2 and corresponding to the upper surface of the outer stepped portion 42. . The inner mask layer R2 and the outer mask layer R3 are formed as an integrated layer. In this way, by forming a thin Cr layer on the portion corresponding to the upper surface of the inner step portion 41 and forming a thick Cr layer on the portion corresponding to the upper surface of the outer step portion 42, various portions on the upper surface of the crystal wafer 1 are formed. The etching start timing is set to be different from each other.
[0047]
In this way, with the mask layers R1, R2, and R3 formed on the crystal wafer 1, the crystal wafer 1 is immersed in the etching solution. Thereby, the etching of the crystal wafer 1 is immediately started in the region where the mask layer is not formed (the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed). On the other hand, melting of the Cr layer is started in both the inner mask layer R2 and the outer mask layer R3 on the outer peripheral side. In this case, since the inner mask layer R2 is thinner than the outer mask layer R3, the Cr layer of the inner mask layer R2 is completely melted first, and the Cr wafer is completely melted in this portion after the Cr layer is completely melted. Etching is started. That is, in the portion corresponding to the inner step portion 41, the etching start time is delayed by the time required for melting the thin Cr layer, compared to the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed. At this point, the outer mask layer R3 is still left, so that this portion is not etched. FIG. 3B shows a cross-sectional shape of the quartz crystal wafer 1 when the Cr layer of the inner mask layer R2 is completely melted. That is, etching from the upper surface of the inner step portion 41 is started from this point.
[0048]
Such an etching operation is continuously performed until the piezoelectric vibration region 21 has a predetermined thickness dimension. FIG. 3C shows a cross-sectional shape of the quartz crystal wafer 1 when the piezoelectric vibration region 21 has a predetermined thickness dimension. In this way, when the portion where the piezoelectric vibration region 21 is formed has a predetermined thickness dimension, the crystal wafer 1 is taken out, cleaned and dried, and the mask layers R1, L1 remaining on the upper and lower surfaces of the crystal wafer 1 are removed. R3 is removed. As a result, as shown in FIG. 3D, the crystal wafer 1 in which stepped step portions 41 and 42 are formed between the piezoelectric vibration region 21 and the reinforcing portion 3 is formed.
[0049]
As described above, according to the etching method of the present embodiment, the mask layer at each surface portion of the crystal wafer 1 is formed of the same material (Cr), but the etching rate is changed by making the thicknesses of the mask layers different from each other. The crystal wafer 1 having the stepped portion 4 can be formed by a single etching process. This also makes it possible to prevent surface roughness of the crystal wafer 1, avoid etching defects, and prevent damage to the thin-walled portion and its peripheral portion.
[0050]
In this embodiment, even when the piezoelectric vibration region 21 has a predetermined thickness dimension, the mask layers R1 and R3 still remain, that is, the crystal wafer 1 is etched on the outer edge and the lower surface of the crystal wafer 1. The thickness dimensions of the mask layers R1 and R3 are set so as not to be performed. The present invention is not limited to this, and each mask layer R1, R2, R3 is set so that the time point when the piezoelectric vibration region 21 reaches a predetermined thickness dimension substantially coincides with the time point when the mask layers R1, R3 are completely melted. If the thickness dimension is set, the operation of removing the remaining mask layer becomes unnecessary.
[0051]
Further, the thickness dimensions of the mask layers R1 and R3 are set so that the mask layers R1 and R3 are completely melted before the piezoelectric vibration region 21 reaches a predetermined thickness dimension. It is also possible to reduce the thickness of the entire crystal wafer 1 by performing some etching on the lower surface. According to this, it becomes possible to make the thickness further thinner than the critical dimension when the quartz wafer 1 is made thin by polishing.
[0052]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The present embodiment relates to a case where the flat crystal wafer 1 is formed into a predetermined thickness by etching, and etching is performed from both the upper and lower surfaces of the crystal wafer 1.
[0053]
For example, when the crystal wafer 1 before being etched is polished, a certain degree of processing strain layer exists on the upper and lower surfaces thereof. If the processing strained layer on one of the upper and lower surfaces is thick, if the same etching is performed from both sides of the upper and lower surfaces, the processing strained layer on one surface may not be completely removed. The present embodiment has been made in view of this point. This will be specifically described below.
[0054]
Now, let us consider a case where the processed strain layer on the upper surface of the polished quartz wafer 1 is thicker than the processed strain layer on the lower surface. In FIG. 4, the processing strain layer portion is hatched. In this case, it is preferable that the etching amount on the upper surface is larger than the etching amount on the lower surface so that the processing strain layer on the upper surface can be completely removed.
[0055]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the mask layers R4 and R5 at the time of etching the quartz crystal wafer 1 are formed of only a Cr layer, and the mask layer R4 on the surface (upper surface) on which the etching amount is desired to be increased It is made thinner than the mask layer R5 on the surface (lower surface).
[0056]
With the mask layers R4 and R5 thus formed on the quartz wafer 1, the quartz wafer 1 is immersed in an etching solution. As a result, as shown in FIG. 4B, when the mask layer R4 is thin, the mask layer R4 is completely melted before the bottom surface, and after the Cr layer is completely melted, Etching of the wafer 1 is started.
[0057]
Then, after the etching of the upper surface of the crystal wafer 1 and the etching of the Cr layer on the lower surface are performed in parallel, the etching of the crystal wafer 1 is started on the lower surface when the Cr layer on the lower surface is completely melted. (See FIG. 4 (c)).
[0058]
Such an etching operation is continuously performed for a predetermined time, and when the crystal wafer 1 reaches a predetermined thickness as shown in FIG. 4D, the crystal wafer 1 is taken out, cleaned, and dried. A quartz wafer 1 having a predetermined shape is obtained. As a result, the processing strain layer that is relatively thick on the upper surface side can be removed more than the processing strain layer on the lower surface side, and the crystal wafer 1 from which each processing strain layer is completely removed can be obtained.
[0059]
As an effect of etching both the upper and lower surfaces, each etching depth can be reduced, so that an etching remaining portion (an obliquely engraved portion) due to anisotropy of crystal is less likely to occur, so that it is difficult to reduce the effective vibration region (flat surface).
[0060]
Note that if a method of making the thicknesses of the upper and lower mask layers different from each other as in the present embodiment is used, the complicated-shaped quartz wafer 1 as shown in FIGS. It can be formed by an etching operation. 5 (a) and 5 (b) show the piezoelectric vibration region 21 formed without a stepped portion at the center of the quartz wafer 1, and FIGS. 5 (c) and 5 (d) show the quartz wafer. The step portion 4 is formed on both the upper and lower surfaces of the central portion of 1, and the piezoelectric vibration region 21 is formed inside the step portion 4.
[0061]
In this embodiment, the mask layers R4 and R5 are formed on the upper and lower surfaces. However, the mask layer is not necessarily required on the surface (upper surface in the above case) where the etching amount is desired to be increased. In this embodiment, a quartz wafer 1 having only one surface polished can also be applied.
[0062]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. In this embodiment, a Cr layer and a Cr oxide layer (hereinafter referred to as a CrO layer) are used as mask layers. In general, the etching rate of the CrO layer is lower than that of the Cr layer (it is difficult to dissolve in the etching solution), and the crystal wafer 1 having a predetermined shape is obtained by utilizing the difference between these etching rates. . Hereinafter, the formation operation of each layer will be specifically described.
[0063]
6A and 6B show a process example in the case where a Cr layer and a CrO layer are formed adjacent to each other on the crystal wafer 1. First, as shown in FIG. 6A, Cr is deposited on a predetermined region of the crystal wafer 1 to form a Cr layer. Then, by excimer UV irradiation only on the region where the etching rate is desired to be lowered, this portion of Cr is oxidized and changed to a CrO layer (see FIG. 6B). Thereby, the etching rate of only this part becomes low, and it functions as a layer replacing the Au layer of the first embodiment described above. That is, the crystal wafer 1 is not etched in the portion covered with the CrO layer, or the etching start timing of the crystal wafer 1 is delayed.
[0064]
As a means for changing the Cr layer to a CrO layer, UV-OThreeDry cleaning machine and O2Means such as plasma can also be employed. Further, after the entire CrO layer is oxidized to make the entire mask layer a CrO layer, a reduction process may be performed only on the region where the etching rate is desired to be partially returned to the Cr layer. . Further, when Cr is sputter deposited on the quartz wafer 1 to form a Cr layer, oxygen is supplied into the chamber, and the CrO layer is also deposited on the quartz wafer 1 while oxidizing Cr. Is possible. Specifically, Ar—O during sputtering deposition.2This can be realized by introducing a gas into the chamber.
[0065]
As described above, in this embodiment, it is possible to form two types of mask layers having different etching rates using only Cr without using Au. This eliminates the need for Au as a film forming material and eliminates the Au removal step after etching. For this reason, the manufacturing cost of the crystal wafer 1 and the film-forming process can be reduced. In particular, when an attempt is made to form a mask layer equivalent to the Au layer by using only a Cr layer, a film thickness of several thousand mm (for example, 4000 mm) is required. On the other hand, according to the present embodiment, the performance as a mask layer having a sufficiently low etching rate can be ensured even if the film thickness is about the same as that of the Au layer (thickness of several hundred mm: for example, 300 mm). Thus, a small amount of film forming material can be achieved. With the thinning of the mask layer, the dimensional accuracy for forming the shape of the mask layer is improved, and when the external shape of the crystal wafer 1 is formed by etching, the external accuracy can be improved.
[0066]
In addition, when the CrO layer is formed and the etching start timing of this portion is delayed, the timing at which this CrO layer is completely dissolved and the point at which the piezoelectric vibration region 21 reaches a predetermined thickness dimension are substantially the same. If the thickness dimension of each mask layer is set as described above, the operation of removing the remaining mask layer is not necessary.
[0067]
In this embodiment, the case where the Cr layer and the CrO layer are formed adjacent to each other has been described. However, as shown in FIGS. 6C, 6D, and 6E, a part of the mask layer is made of the Cr layer and the CrO layer. You may make it comprise by the two-layer structure with a layer.
[0068]
Further, the material is not limited to Cr as long as the etching rate is changed by the oxidation treatment, and the same can be applied to the case where the mask layer is formed of Ni or other various materials.
[0069]
In addition, the process for changing the etching rate is not limited to the above-described oxidation treatment, and a method of forming a part of the mask layer (the part for which the etching rate is to be changed) with an alloy layer made of a plurality of metals can be adopted. It is.
[0070]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. In the above-described fourth embodiment, the Cr layer and the CrO layer obtained by oxidizing the Cr layer allow the mask layer to have an etching rate difference while eliminating the Au layer. In this embodiment, materials having different etching rates are used as the mask layer, and the Au layer is discarded.
[0071]
A specific combination of materials is Cr and Ni (nickel). When the Ni layer is formed on the surface of the quartz wafer 1, the etching rate is lower than that of the Cr layer. That is, it becomes difficult to dissolve in the etching solution. This makes it possible to give the mask layer a difference in etching rate while using different materials other than Au. Three or more kinds of materials may be combined. For example, Cr, CrO and Ni.
[0072]
The film forming material for the mask layer is not limited to these, and various materials can be applied.
[0073]
Further, even when the mask layer is formed using different materials as described above, the method of the fourth embodiment described above can be applied. That is, the etching rate is changed by selectively performing a treatment such as oxidation on the mask layers made of different materials.
[0074]
(Mask layer forming method)
Next, a specific example of a method for forming the mask layer R formed as in each of the above-described embodiments will be described. Examples of film forming methods applicable in the present invention include the following. In the following description, the case where the mask layer is formed of only the Cr layer will be described, but the present invention can be similarly applied to the case where the mask layer is formed of other materials or a plurality of materials.
[0075]
<Laser irradiation>
One method for forming the mask layer R is to selectively remove the mask layer by laser irradiation and leave the mask layer only in a predetermined region. For example, as shown in FIG. 7A, in a state where Cr is vapor deposited over the entire upper and lower surfaces of the crystal wafer 1, this Cr layer has a predetermined region (region where etching of the crystal wafer 1 is desired to be promoted). In this method, laser light is irradiated to selectively remove only Cr in this region. As a result, as shown in FIG. 7 (b), it is possible to easily form a portion where the Cr layer is removed or the Cr layer is thinned in a partial region.
[0076]
<Milling>
Milling is also listed as a method for forming the mask layer R. For example, as shown in FIG. 8, the milling apparatus is provided with a movable mask M, and as shown in FIG. 8A, Cr is vapor deposited over the entire upper and lower surfaces of the crystal wafer 1. In this method, the movable mask M is intermittently moved to the outside, and the Cr layer is milled to selectively remove only a predetermined region (a region where etching of the crystal wafer 1 is desired to be promoted). In the steps shown in FIGS. 8B to 8E, stepwise Cr layers (see FIG. 8E) are formed by milling while moving the pair of upper and lower movable masks M intermittently outward. Shows when to do.
[0077]
<Deposition>
Next, the case where a mask layer is formed by a vapor deposition method will be described. As shown in FIG. 9A, a masking material M is disposed in a predetermined region of the crystal wafer 1, and Cr is deposited in this state. As a result, a first layer of Cr having a predetermined thickness is formed (see FIG. 9B). Further, thereafter, as shown in FIG. 9C, a masking material M is disposed on a part of the first Cr layer, and further Cr is deposited in this state. As a result, the second layer of Cr is deposited only on the unmasked portion. That is, only this portion is formed as a Cr layer having a large thickness. Thereafter, by removing the masking material M, a step-like Cr layer is formed by the first layer made of only Cr and the first layer and the second layer made of Cr (FIG. 9). (See (d)).
[0078]
<Metal etching>
As a method for forming a mask layer by metal etching, for example, as shown in FIG. 10A, a resist material is applied to a part of the Cr layer in a state where Cr is deposited over the entire upper and lower surfaces of the crystal wafer 1. R is arranged and metal etching is performed in this state. As a result, a part of the Cr layer (the central portion in the figure) is removed by a predetermined thickness (see FIG. 10B). Further, after that, a resist material R is disposed on another part of the Cr layer, and metal etching is performed in this state. As a result, a part of the Cr layer is removed by a predetermined thickness. Thereafter, by removing the resist material R, a stepped Cr layer is formed by a plurality of layers having different removed thicknesses.
[0079]
<Lift off>
As a method for forming a mask layer by lift-off, for example, as shown in FIG. 11A, a resist material R for lift-off is disposed in a predetermined region of the crystal wafer 1, and Cr is deposited in this state ( (Refer FIG.11 (b)). As a result, a Cr layer having a predetermined thickness is formed over the crystal wafer 1 and the resist material R. Thereafter, a part of the Cr layer together with the resist material R is removed from the crystal wafer 1 by a lift-off method (see FIG. 11C). Further, after that, a resist material R for lift-off is disposed on a part of the remaining Cr layer (see FIG. 11D), and Cr is deposited again in this state (see FIG. 11E). ). As a result, a Cr layer having a predetermined thickness is formed over the crystal wafer 1 and the resist material R. Thereafter, a part of the Cr layer together with the resist material R is removed from the crystal wafer 1 by the lift-off method similar to the above (see FIG. 11F). As a result, a step-like Cr layer is formed by the first layer made of only Cr and the first layer and the second layer made of Cr.
[0080]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The crystal wafer 1 of each embodiment described above was a flat plate. The crystal wafer 1 according to the present embodiment is configured by connecting a vibrating portion and a frame portion surrounding the vibrating portion by a plurality of bridges. The structure and etching method will be described below.
[0081]
12 is a plan view of the crystal wafer 1 according to the present embodiment, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in these drawings, the vibrating section 5 is configured with an inverted mesa structure that is substantially the same as that of the quartz crystal wafer 1 according to the above-described embodiment. Specifically, the upper and lower surfaces have stepped portions 54, and excitation electrodes 52 are attached to a piezoelectric vibration region 51 formed at the center thereof.
[0082]
On the other hand, the frame portion 6 is formed so as to surround the outer periphery of the vibration portion 5 and is connected to the vibration portion 5 via four bridges 7, 7. With this configuration, the piezoelectric vibration region 51 located at the center of the vibration part 5 is not only supported by the reinforcing part 53 which is the outer edge part of the vibration part 5 but also the frame part 6 via the bridges 7, 7. Therefore, high mechanical strength is ensured. Further, the frame portion 6 is a portion that is supported by an adhesive on the quartz resonator package, but since this portion and the vibrating portion 53 are connected only by the bridges 7, 7,. Even if deformation such as warpage occurs in the frame portion 6 due to the influence of contraction or the like, the influence of the deformation hardly reaches the vibration portion 5. Further, the connection position between the vibrating part 5 and the frame part 6 by the bridges 7, 7,... Is a stress sensitivity with an angle of 30 ° with respect to the Z axis of the vibrating part 5 (axis extending in the left-right direction in FIG. 12). Is set to a position of “0”. For this reason, even if an external force acts on the frame portion 6 and is transmitted to the vibration portion 5, the vibration characteristics are hardly affected.
[0083]
Next, a processing method of the crystal wafer 1 according to this embodiment will be described. 14 to 19 show the processing steps of the crystal wafer 1. The processing steps of the crystal wafer 1 include a resist film formation step (FIG. 14), a preliminary etching step (FIG. 15), an Au removal step (FIG. 16), a lift-off step (FIG. 17), a main etching step (FIG. 18), It consists of an electrode formation process (FIG. 19). Each step will be described below.
[0084]
<Resist film formation process>
In this step, first, a resist film R having a two-layer structure of Cr and Au is deposited on the entire upper and lower surfaces of the crystal wafer 1 (FIG. 14A). Thereafter, in order to form the bridges 7 and 7, a positive type resist film PR (hereinafter referred to as a positive resist film) is formed on the entire surface except only a portion where the through hole 71 is formed therebetween (FIG. 14). (B)). In this state, etching is performed with an Au etching solution and a Cr etching solution, respectively, and the Au layer and the Cr layer where the positive resist film PR does not exist are removed (FIG. 14C). Thereafter, the positive resist film Pr is removed (FIG. 14D), and this mask layer forming step is completed.
[0085]
<Preliminary etching process>
In this step, the portion from which Au and Cr are removed in the resist film forming step (the portion where the through hole 71 between the bridges 7 and 7 is formed) and the central portion of the crystal wafer 1 (the portion that becomes the piezoelectric vibration region 21) A positive resist film PR is formed on the entire upper and lower surfaces excluding (). Thereafter, the quartz wafer 1 is etched by being immersed in a quartz etching solution. As a result, as shown in FIG. 15B, only a predetermined amount is etched only at a portion where the through hole 71 between the bridges 7 and 7 is formed. Next, etching is performed with an Au etching solution and a Cr etching solution, respectively, to remove Au and Cr in portions where the positive resist film PR does not exist (FIG. 15C). Thereafter, the positive resist film PR is removed (FIG. 15D), and this preliminary etching step is finished.
[0086]
<Au removal process>
In this step, a negative type resist film NR (hereinafter referred to as a negative resist film) is formed on the entire upper and lower surfaces of the portion where the frame portion 6 is to be formed (FIG. 16A). Thereafter, etching is performed with an Au etching solution to remove Au in a portion where the negative resist film NR does not exist (FIG. 16B). Thereafter, the negative resist film NR is removed (FIG. 16C), and this Au removal process is completed.
[0087]
<Lift-off process>
This step is a step for forming a stepped Cr layer so as to form a stepped recess in the center of the vibration part 5. That is, a stepped Cr layer is formed by depositing Cr on a portion of the Cr layer remaining on the quartz wafer 1 at the end of the Au removal step. For this reason, first, a negative resist film NR is formed over the entire region except for the region where it is necessary to deposit additional Cr (FIG. 17A). In this state, Cr is vapor-deposited on the upper and lower surfaces of the crystal wafer 1, and only the Cr layer where there is no negative resist film NR is made thick (FIG. 17B). Thereafter, the negative resist film NR is removed by a lift-off method (FIG. 17C), and this lift-off process Au is completed. Thus, a mask layer for performing the etching process according to the present invention is formed.
[0088]
<Main etching process>
This step is performed in the same manner as the concave forming step described in the second embodiment. That is, the etching is started at an early stage in the upper and lower surfaces of the crystal wafer 1 without the Cr layer, and the etching is started with a slight delay in the thin and thick portion of the Cr layer. Further, the etching is hardly performed in the thin and thick portion of the Cr layer. For this reason, in the state where the piezoelectric vibration region 51 is etched until it has a predetermined thickness, as shown in FIG. 18B, the bridges 7, 7,... As a result, a stepped step portion 54 is formed in the vibration portion 5.
[0089]
<Electrode formation process>
In this step, the electrodes are formed by the same operation as before. That is, as shown in FIG. 19A, after the electrode material (Al or Ag) is deposited on the entire upper and lower surfaces of the crystal wafer 1, the electrode forming portion and the extraction electrode portion (illustrated) in the piezoelectric vibration region 51 are shown. (Omitted) is covered with a negative resist film NR (FIG. 19B). Thereafter, the electrode material is removed by etching or the like as shown in FIG. 19C, and further, the negative resist film NR is removed as shown in FIG. The material remains, whereby the excitation electrode 52 having a predetermined shape is formed.
[0090]
As shown in FIGS. 12 and 13, the crystal wafer 1 having the vibrating portion 5 and the frame portion 6 disposed so as to surround it and connected to the vibrating portion 5 by the bridges 7, 7,. It is formed.
[0091]
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. This embodiment is an application example of a technique in which the thickness dimension of each part of the crystal wafer 1 can be arbitrarily set by using the etching rate difference of the mask layer as in the above embodiments.
[0092]
Here, a case where the technical idea of the present invention is applied to the production technology of a tuning fork type crystal resonator will be described.
[0093]
As shown in FIG. 20, a large number of crystal wafers of the tuning fork type crystal resonator are formed simultaneously from one crystal base plate 8. In this case, when the individual tuning fork type crystal wafers 1, 1,... Are separated from the crystal base plate 8, the base portion of the crystal wafer 1 which is a connecting portion between them is broken. At this time, as shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), when the fracture position is shifted, the crystal wafer 1 cannot be accommodated in the package or can be mounted at a predetermined position even if it can be accommodated. The problem of disappearing occurs. Further, in the conventional device, crystal fragments are likely to be generated at the time of breakage, and there is a possibility that the crystal fragments adhere to the surface of the crystal wafer 1 and adversely affect the vibration characteristics. In this embodiment, when the base portion of the crystal wafer 1 is broken, the technique of the present invention is applied in order to prevent generation of fragments at an appropriate position. This will be described in detail below.
[0094]
FIG. 22A is a cross-sectional view of the previous stage of manufacturing the tuning fork type crystal wafer 1 by etching the crystal base plate 8, and shows the base of the tuning fork type crystal wafer 1 (on the line BB in FIG. 20). A sectional view taken along the line). As shown in FIG. 22 (a), a portion where the mask layer R does not exist and a portion where the mask layer R formed by the stepped Cr layer exists are formed in advance on the base of the tuning fork crystal wafer 1. Keep it. In other portions, a mask layer (resist film) composed of two layers of Cr and Au is formed in an area where a predetermined tuning fork shape can be formed by etching.
[0095]
Thereby, at the time of etching processing of the crystal base plate 8, as shown in FIG. 22B, the etching progresses in a portion where the mask layer R does not exist, and the thickness dimension of the crystal wafer 1 becomes extremely thin, while a stepped shape is obtained. In the portion of the mask layer R made of the Cr layer, the thickness dimension of the crystal wafer 1 is increased stepwise. Therefore, when the individual tuning fork type crystal wafers 1, 1,... Are separated from the crystal base plate 8 after the mask layer R is removed as shown in FIG. And no debris is generated. For this reason, it is possible to satisfactorily mount the crystal wafer 1 in the package and to avoid adversely affecting the vibration characteristics due to the presence of crystal fragments.
[0096]
FIG. 23 shows a stepwise Cr layer formed on the base of the tuning-fork type crystal wafer 1 on the upper and lower surfaces of the crystal base plate 8, thereby etching the base from the upper and lower sides to form a locally thin portion. It is what you do. Also by this, the thin part of a base part is fractured | ruptured favorably and a fragment | piece will not generate | occur | produce.
[0097]
In this embodiment, the case where the present invention is applied to the technique for separating the tuning fork type crystal wafer 1 from the crystal base plate 8 has been described. When this technical idea is applied to the production of the quartz wafer 1 according to the sixth embodiment, for example, as shown in FIG. 24, the connecting portion 11 for coupling the quartz wafer 1 to the quartz base plate 8 is the tuning fork type quartz wafer described above. Molding is performed in the same manner as the base portion of 1. That is, the crystal base plate 8 around the outer periphery of the crystal wafer 1 is removed by etching, leaving the connecting portion 11 formed thin so that it can be easily separated. In this case, at the same time that the connecting portion 11 is formed thin, the thickness dimensions of the piezoelectric vibration region 51, the reinforcing portion 53, the bridge 7, the frame portion 6 and the like can be arbitrarily determined by the processing method of the sixth embodiment described above. Can be molded to dimensions.
[0099]
    -Other embodiments-
  Each of the above-described embodiments has been described for the case where the present invention is applied to the processing of a reverse mesa crystal wafer, but the present invention is also applicable to the processing of a mesa crystal wafer.
[0101]
In addition, in the case where a large number of crystal wafers 1, 1,... Are formed simultaneously from a single crystal base plate 8 as in the seventh embodiment, so-called a large number of crystal wafers 1, 1,. If the etching rate is changed individually by changing the material and film thickness of the mask layer for the molded part, it is possible to simultaneously mold many types of quartz wafers 1, 1,... With different fundamental vibration frequencies. Become.
[0102]
【The invention's effect】
  As described above, in the present invention, a quartz wafer or the likeWet etching of piezoelectric diaphragmWhen forming into a predetermined shape by using a plurality of mask layers having different etching rates, a difference is caused in the etching amount in each place, therebyPiezoelectric diaphragmCan be formed into an arbitrary shape. For this reason, the trouble of the conventional method of repeating the immersion step and the drying step in the etching solution a plurality of times can be solved at once. In other words, it is possible to avoid the rough surface of the etched molded product, to prevent the etching failure due to poor wraparound of the etching solution, and to prevent the etched molded product from being damaged by reducing the processing steps when the etched molded product is thin. it can.
[0103]
In addition, when a difference in the etching rate of each mask layer is caused by changing the thickness dimension of the mask layer or by performing processing on the mask layer, the selection of the material constituting the mask layer is restricted. Any etching rate can be set without this. For this reason, it is not necessary to use an expensive layer such as Au, and the manufacturing cost of the etched molded product can be reduced.
[0104]
  Furthermore,Piezoelectric diaphragmWhen the etching process is performed in a state where each of the front and back surfaces is masked by mask layers having different etching rates,Piezoelectric diaphragmThe etching amount from the front surface side and the etching amount from the back surface side can be made different from each other. For this reason,Piezoelectric diaphragmIt is possible to selectively remove the front side or the back side including many parts to be removed by etching such as a processing strain layer ofPiezoelectric diaphragmWhile minimizing the etching amount as a whole, it is possible to completely remove the processing strain layer etc. on each side of the front and back surfaces, thereby reducing processing costs and improving the quality of the etched molded product. it can.
[0105]
  In addition, prior to the etching operation,Piezoelectric diaphragmIf the thinned portion is processed as a through hole by performing the above etching operation without masking the thinned portion with a mask layer. Can more freely set the shape of the molded product that can be molded by the etching operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a crystal wafer according to an embodiment.
FIG. 2 is a view showing a crystal wafer etching molding process according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an etching molding process of a crystal wafer according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an etching molding process of a crystal wafer according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the third embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining a CrO layer forming operation according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a process for forming a mask layer by laser irradiation.
FIG. 8 is a diagram showing a process for forming a mask layer by milling.
FIG. 9 is a diagram showing a process when forming a mask layer by vapor deposition of Cr.
FIG. 10 is a diagram showing a process for forming a mask layer by metal etching.
FIG. 11 is a diagram showing a process for forming a mask layer by lift-off.
FIG. 12 is a plan view of a crystal wafer according to a sixth embodiment.
13 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 14 is a process diagram showing a mask layer forming process in the sixth embodiment.
FIG. 15 is a process diagram showing a preliminary etching process in the sixth embodiment.
FIG. 16 is a process diagram showing an Au removal process in the sixth embodiment.
FIG. 17 is a process diagram showing a lift-off process in the sixth embodiment.
FIG. 18 is a process diagram showing a main etching process in the sixth embodiment.
FIG. 19 is a process diagram showing an electrode forming process in the sixth embodiment.
FIG. 20 is a plan view of a quartz base plate according to a seventh embodiment.
FIG. 21 is a diagram showing an example of a fractured state of a crystal wafer of a tuning fork type crystal resonator in a conventional example.
FIG. 22 is a diagram showing a crystal wafer processing step in the seventh embodiment.
FIG. 23 is a diagram showing a crystal wafer processing step in a modification of the seventh embodiment.
FIG. 24 is a view corresponding to FIG. 20 when the processing technique of the seventh embodiment is applied to manufacture of a crystal wafer according to the sixth embodiment.
FIG. 25 is a perspective view of a crystal wafer according to a conventional example.
FIG. 26 is a diagram showing a processing step of a conventional inverted mesa type quartz wafer.
FIG. 27 is a diagram showing a conventional mesa crystal wafer processing step.
[Explanation of symbols]
1 Crystal wafer
71 Through hole
R mask layer
Cr chrome layer
CrO chromium oxide layer
Au gold layer

Claims (10)

圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、
上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ上記圧電振動領域となる部分の外周側の各所に対しては互いに同一材料で成るマスク層によってそれぞれマスキングをした後、圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の構成材料に対してのみエッチングレートが低くなる処理を施し、その後、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、この圧電振動板における、上記マスキングをしない箇所、上記処理を施していないマスク層によりマスキングした箇所、上記処理を施したマスク層によりマスキングした箇所それぞれのエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
An etching method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into a predetermined shape,
In the piezoelectric diaphragm, the surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region is not masked by the mask layer, and the portions on the outer peripheral side of the portion that becomes the piezoelectric vibration region are masked by the same material. After each masking, the etching rate is reduced only for the constituent material of the mask layer in the region other than the region adjacent to the outer periphery of the piezoelectric vibration region where the etching amount may be small. Then, the piezoelectric diaphragm is etched by a wet etching method, so that the portion of the piezoelectric diaphragm that is not masked, the portion that is masked by the mask layer that is not subjected to the treatment, and the mask layer that is subjected to the treatment described above. The amount of etching at each location masked by the The etching method of the piezoelectric diaphragm piezoelectric vibrating device, wherein the etching the while completely melt the mask layer adjacent regions in the middle of an etching process piezoelectric vibrating plate in a predetermined shape at the outer circumferential side of the area.
請求項1記載の圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法において、
圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の構成材料に対する処理は酸化処理であることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
The method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device according to claim 1,
A method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device, characterized in that the treatment for the constituent material of the mask layer in a portion where the etching amount may be small in the piezoelectric vibration plate is an oxidation treatment.
圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、
上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ上記圧電振動領域となる部分の外周側の各所に対しては互いに同一材料で成るマスク層によってそれぞれマスキングをし、これらマスク層の表面全体を酸化処理させた後、圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所におけるマスク層の構成材料に対してのみ還元処理を行い、その後、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、この圧電振動板における、上記マスキングをしない箇所、上記酸化処理及び還元処理を共に施したマスク層によりマスキングした箇所、上記酸化処理のみを施したマスク層によりマスキングした箇所それぞれのエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
An etching method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into a predetermined shape,
In the piezoelectric diaphragm, the surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region is not masked by the mask layer, and the portions on the outer peripheral side of the portion that becomes the piezoelectric vibration region are masked by the same material. After masking each surface and oxidizing the entire surface of the mask layer, the material of the mask layer in the area that is adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer periphery side and requires a large amount of etching. Then, the piezoelectric diaphragm is etched by a wet etching method, and the piezoelectric diaphragm is masked by a portion where the masking is not performed and a mask layer subjected to both the oxidation treatment and the reduction treatment. Etching of each part masked by the mask layer subjected to only the above oxidation treatment Piezoelectric vibration device characterized in that the piezoelectric vibration plate is etched into a predetermined shape while different amounts are used and the mask layer in the region adjacent to the outer periphery of the piezoelectric vibration region is completely melted during the etching process. Etching method for piezoelectric diaphragm for use.
圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、
上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングした後、上記各マスク層が存在しない状態で、圧電振動板の略全体を均等にエッチングして、圧電振動板の全体を薄肉化する工程を行うことを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
An etching method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into a predetermined shape,
In the piezoelectric vibration plate, the surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region is not masked by the mask layer, and is a region that is adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side and requires a large amount of etching. This piezoelectric diaphragm is masked with an outer mask layer having an etching rate lower than the etching rate of the inner mask layer in a region other than that where the etching amount may be small. Is etched by a wet etching method, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different according to the magnitude of the etching rate of each mask layer, and is adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side thereof. Piezoelectric diaphragm while completely melting the mask layer in the middle of the etching process A piezoelectric vibration device characterized in that, after etching into a predetermined shape, in a state where each of the mask layers does not exist, a process of thinning the entire piezoelectric diaphragm is performed by uniformly etching the entire piezoelectric diaphragm. Etching method for piezoelectric diaphragm for use.
圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、
上記圧電振動板の表裏面それぞれをエッチングレートの互いに異なるマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をその表裏両面側からウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の表面側からのエッチング量と裏面側からのエッチング量とを互いに異ならせる加工を行った後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
An etching method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into a predetermined shape,
In the state where the front and back surfaces of the piezoelectric diaphragm are masked by mask layers having different etching rates, the piezoelectric diaphragm is etched from both the front and back surfaces by a wet etching method, so that the etching rate of each mask layer is adjusted. After performing processing that makes the etching amount from the front surface side and the etching amount from the back surface side different from each other according to the size, the surface of the portion that becomes the piezoelectric vibration region in the piezoelectric vibration plate The mask layer is not masked, and the area adjacent to the piezoelectric vibration area on the outer peripheral side, which requires a large etching amount, is masked by the inner mask layer, and the other areas are etched. Etching of the inner mask layer with an etching rate where the amount may be small The piezoelectric diaphragm is etched by the wet etching method in a state masked by the outer mask layer lower than the mask, and the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm according to the etching rate of each mask layer And the piezoelectric vibration plate is etched into a predetermined shape while the mask layer in the region adjacent to the outer periphery of the piezoelectric vibration region is completely melted during the etching process. Etching method of piezoelectric diaphragm.
圧電振動デバイス用の圧電振動板を所定形状にエッチングするためのエッチング方法であって、
上記圧電振動板の一部分のみを薄肉化する加工を行っておき、その後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面及び上記薄肉化する加工を行った部分に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を内側マスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記内側マスク層のエッチングレートよりも低い外側マスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすると共に、上記薄肉化する加工を行った部分を貫通孔として成形することを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
An etching method for etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device into a predetermined shape,
Masking is performed with a mask layer on the surface of the piezoelectric vibration region and the thinned portion of the piezoelectric vibration plate after the thinning of only a part of the piezoelectric vibration plate. The area adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer periphery side and requiring a large etching amount is masked by the inner mask layer, and the etching amount is small in other regions. In a state where the good portion is masked by the outer mask layer whose etching rate is lower than the etching rate of the inner mask layer, this piezoelectric diaphragm is etched by the wet etching method, so that the etching rate of each mask layer is large. Depending on the piezoelectric vibration plate, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different from each other. Etching the piezoelectric diaphragm into a predetermined shape while completely melting the mask layer in the region adjacent to the outer periphery of the region in the middle of the etching process, and forming the thinned portion as a through hole A method of etching a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device.
圧電振動板の素板から所定形状の圧電振動板をエッチングによって抜き取る際に、圧電振動板の外縁の一部を連結片によって圧電振動板の素板に連結させた状態で圧電振動板を成形するようにしたエッチング方法であって、
上記圧電振動板の素板において連結片となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ連結片となる部分に対して隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を第1のマスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記第1のマスク層のエッチングレートよりも低い第2のマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板の素板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記連結片となる部分に対して隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら連結片を他の部分よりも薄肉に成形することを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
When a piezoelectric diaphragm having a predetermined shape is extracted from a base plate of the piezoelectric diaphragm by etching, the piezoelectric diaphragm is formed with a part of the outer edge of the piezoelectric diaphragm being connected to the base plate of the piezoelectric diaphragm by a connecting piece. An etching method,
The portion of the base plate of the piezoelectric diaphragm that is not masked by the mask layer on the surface of the connecting piece and is adjacent to the connecting piece and requires a large etching amount Is masked by the first mask layer, and other regions where the etching amount may be small are masked by the second mask layer whose etching rate is lower than the etching rate of the first mask layer. Then, by etching the base plate of the piezoelectric diaphragm by a wet etching method, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different from each other according to the magnitude of the etching rate of each mask layer. While the mask layer in the area adjacent to the part to be completely melted during the etching process, the connecting piece is moved to the other part. The etching method of the piezoelectric diaphragm piezoelectric vibrating device, which comprises forming thinner than.
圧電振動板の素板から所定形状の圧電振動板をエッチングによって抜き取る際に、圧電振動板の外縁の一部を連結片によって圧電振動板の素板に連結させた状態で圧電振動板を成形するようにしたエッチング方法であって、
上記圧電振動板の一部分のみを薄肉化する加工を行っておき、その後、上記圧電振動板において圧電振動領域となる部分の表面、上記薄肉化する加工を行った部分及び上記連結片となる部分の表面に対してはマスク層によるマスキングをせず、且つ圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所及び連結片となる部分に対して隣接する領域であってエッチング量を多く必要とする箇所を第1のマスク層によってマスキングすると共に、それ以外の領域であってエッチング量が少なくてよい箇所をエッチングレートが上記第1のマスク層のエッチングレートよりも低い第2のマスク層によってマスキングした状態で、この圧電振動板の素板をウェットエッチング法によってエッチング処理することにより、各マスク層それぞれのエッチングレートの大きさに応じて圧電振動板の各所のエッチング量を互いに異ならせ、上記圧電振動領域に対してその外周側で隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら圧電振動板を所定形状にエッチングすると共に上記薄肉化する加工を行った部分を貫通孔として成形し、且つ上記連結片となる部分に対して隣接する領域のマスク層をエッチング処理途中で完全に融解させながら連結片を他の部分よりも薄肉に成形することを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
When a piezoelectric diaphragm having a predetermined shape is extracted from a base plate of the piezoelectric diaphragm by etching, the piezoelectric diaphragm is formed with a part of the outer edge of the piezoelectric diaphragm being connected to the base plate of the piezoelectric diaphragm by a connecting piece. An etching method,
A process for thinning only a part of the piezoelectric diaphragm is performed, and then the surface of the piezoelectric vibration region in the piezoelectric diaphragm, the part subjected to the thinning process, and the part to be the connecting piece are processed. The surface is not masked by the mask layer and is adjacent to the piezoelectric vibration region on the outer peripheral side thereof, and the region adjacent to the portion that requires a large amount of etching and the portion that becomes the connecting piece In addition, the first mask layer masks a portion that requires a large etching amount, and the etching rate is higher than the etching rate of the first mask layer in other regions where the etching amount may be small. The base plate of this piezoelectric diaphragm is etched by a wet etching method while masked by a lower second mask layer. Accordingly, the etching amount of each part of the piezoelectric diaphragm is made different from each other according to the magnitude of the etching rate of each mask layer, and the mask layer in the area adjacent to the piezoelectric vibration area on the outer peripheral side thereof is being etched. The piezoelectric diaphragm is etched into a predetermined shape while being completely melted, and the thinned portion is formed as a through hole, and the mask layer in the region adjacent to the connecting piece is etched. A method for etching a piezoelectric vibration plate for a piezoelectric vibration device, characterized in that the connecting piece is formed thinner than other portions while being completely melted in the middle.
請求項4〜8のうち何れか一つに記載の圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法において、
圧電振動板においてエッチング量を多く必要とする箇所をマスキングするマスク層はCrのみの1層で成る一方、圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所をマスキングするマスク層はCrを下層としAuを上層とする2層で成ることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
In the etching method of the piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device according to any one of claims 4 to 8,
A mask layer for masking a portion that requires a large amount of etching in the piezoelectric diaphragm is composed of only one layer of Cr, while a mask layer for masking a portion that requires a small amount of etching in the piezoelectric diaphragm is composed of Cr as a lower layer and Au. An etching method for a piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device, comprising two layers as an upper layer.
請求項4〜8のうち何れか一つに記載の圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法において、
圧電振動板における圧電振動領域となる部分の外周側の各所をマスキングするマスク層は互いに同一材料で成っており、
上記圧電振動板においてエッチング量を多く必要とする箇所におけるマスク層の厚さ寸法は、圧電振動板においてエッチング量が少なくてよい箇所におけるマスク層の厚さ寸法よりも小さく設定されていることを特徴とする圧電振動デバイス用圧電振動板のエッチング方法。
In the etching method of the piezoelectric diaphragm for a piezoelectric vibrating device according to any one of claims 4 to 8,
The mask layers for masking each part on the outer peripheral side of the portion that becomes the piezoelectric vibration region in the piezoelectric diaphragm are made of the same material.
The thickness dimension of the mask layer at a location where a large amount of etching is required in the piezoelectric diaphragm is set smaller than the thickness dimension of the mask layer at a location where the etching amount may be small in the piezoelectric diaphragm. Etching method of piezoelectric diaphragm for piezoelectric vibrating device.
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