JP3919091B2

JP3919091B2 - 圧電振動片の製造方法

Info

Publication number: JP3919091B2
Application number: JP2002160050A
Authority: JP
Inventors: 英明中村; 雅子田中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP2003060461A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片の製造方法に係り、特に逆メサ型の圧電振動片を形成するのに好適な圧電振動片の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子に代表される高周波対応の圧電振動子では、逆メサ型の振動片形状が用いられることが知られている。
そしてこの逆メサ型の振動片を形成する場合には、まずウェハの表面を機械加工によって研磨した後、前記ウェハの平面上に複数の励振部のもととなる凹陥部をエッチングによって形成するようにしている。
【０００３】
しかしながら凹陥部を形成する場合には、前記ウェハの研磨による板厚のばらつき、あるいはドライエッチングまたはウェットエッチングのばらつきにより、凹陥部の底部となる励振部の厚さが微妙に異なっている。ウェハの研磨精度は、例えば、３０ｍｍ角ウェハでは、板厚が１００±０．５μｍ程度であり、ウェハとしての板厚のばらつきが１％程度であるが、このウェハにおける凹陥部の底部（励振部）の厚さが１０μｍ程度となるようにエッチングすると、エッチングのばらつきがない場合でも、凹陥部における板厚のばらつきは１０±０．５μｍとなり、各凹陥部間における励振部の厚みのばらつきは１０％にも達する。
【０００４】
このばらつきを修正するために、特開平６−２１７４０号公報に示すように、ウェハ表面に形成された凹陥部の厚みを測定するとともに、前記凹陥部の開口部分に対応する位置に、孔が形成されたベークライトの厚板を接着剤にて接着し、凹陥部の厚みがあらかじめ設定された範囲内に収まるよう、個々の凹陥部にエッチング液を供給する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した方法では、ウェハの表面に多孔厚板を接着剤で貼り合わせる必要があるため、貼り付けの工程が別途必要となる。さらに前記ウェハの厚みは概ね８０μｍ〜１００μｍと極めて薄く、しかも局部的に深さ６０μm〜７０μmの凹陥部が随所にあるため、厚板の貼り合わせや、厚板を剥がす最中にウェハが破損するおそれがある。
【０００６】
また厚板を介してのエッチング液の供給となるので、多くのエッチング液を必要とし、さらにエッチング液を供給しても凹陥部内の気泡が抜けず、前記エッチング液が凹陥部の底（励振部）に達しないおそれもある（エッチング不可のおそれ）。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、従来の製造工程の途中でウェハへの貼り付け工程等を追加せずに、さらに初回のエッチングで生じた各凹陥部の厚みのばらつきを確実に且つ短時間で、あらかじめ設定された範囲内に収めることのできる圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電振動片の製造工程の途中でウェハ表面に形成されるレジスト膜からなるマスクを厚板の代わりに用いることとすれば、従来の製造工程に大幅な変更を加えることなく、各凹陥部の厚みのばらつきを、あらかじめ設定された範囲内に収めることができるという知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
すなわち本発明に係る第１の圧電振動片の製造方法は、ウェハの表面にレジスト膜からなるマスクを形成した後、前記マスクの開口より露出する前記ウェハの表面をエッチングして励振部を形成する圧電振動片の製造方法であって、前記エッチングを第１エッチング工程と第２エッチング工程とに分割し、前記第１エッチング工程にて前記マスクから露出する前記ウェハの表面を一括にエッチングして複数の励振部を形成した後、前記ウェハの表面に形成されている導電材料からなる耐食膜を接地して前記各励振部の周波数を測定し、これら励振部の周波数が設定範囲内に収まるよう算出された前記各励振部のエッチング時間をもとに、エッチング終点が一致するように前記各励振部のエッチング開始時刻をずらして前記第２エッチング工程を前記励振部ごとに行なうこととした。
【００１０】
このようになっている本発明の第１は、第１エッチング工程においてマスクを形成したウェハをエッチング液に浸し、ウェハのマスクから露出している部分をエッチングして窪み（凹陥部）を設けることにより、複数の励振部を一括して形成する。そして、第２エッチング工程においては、レジスト膜からなるマスクを従来の厚板の代わりに利用する。すなわち、有機物であるレジスト膜により形成したマスクは、大きな撥液性を有するため、各励振部にエッチング液を供給した場合に、エッチング液がマスクの有する撥液性によって容易に凹陥部内に保持され、第２エッチング工程を行なうことができる。したがって、従来の製造工程の途中でウェハに厚板を貼り付け等の工程を追加する必要がなく、さらに初回のエッチングである第１エッチング工程によって形成した励振部の厚みのばらつきを確実に且つ短時間で、あらかじめ設定された範囲内に収めることができる。
【００１１】
この場合、第２エッチング工程に用いるエッチング液の供給量は、前記レジスト膜の開口からはみ出ない量、すなわち最大でもレジスト膜の開口から表面張力によって盛り上がった状態までと設定すれば、励振部の厚みの調整に充分な量のエッチング液を確保できるとともに、前記エッチング液の使用量は、微量なものとなりエッチング液の使用量の低減を図ることが可能になる。
【００１２】
また本発明に係る第２の圧電振動片の製造方法は、ウェハの表面にレジスト膜からなるマスクを形成した後、前記マスクの開口より露出するウェハの表面をエッチングして複数の励振部を一括して形成する第１エッチング工程と、前記ウェハの表面からマスクを除去するマスク除去工程と、このマスク除去工程の前または後に、前記ウェハの表面に形成されている導電材料からなる耐食膜を接地して前記各励振部の周波数を測定し、それぞれの励振部の周波数を設定範囲内に収めるためのエッチング時間を求める時間算出工程と、この時間算出工程において求めた前記各励振部のエッチング時間に基づいて、エッチング終点が一致するように前記各励振部のエッチング開始時刻をずらして前記励振部をエッチングする第２エッチング工程と、を有するようにした。
【００１３】
第２の本発明によれば、第２エッチング工程の前にレジスト膜からなるマスクを除去するため、マスクから発生したガスが励振部に付着することがない。このため、励振部に供給したエッチング液が、励振部に付着したガスによって妨げられることなく励振部を容易に濡らし、各励振部におけるエッチング液を供給してからエッチングが開始されるまでの時間が一定となって、励振部の膜厚の調整を高精度で行なうことができる。
【００１４】
本願発明者らの研究によると、理由は定かでないが、第２エッチング工程における励振部へのエッチング液の供給量は、少ないほうがエッチングを安定して行なえ、励振部の厚さの調整をより高精度に行うことができる。このため、第２エッチング工程における励振部へのエッチング液の供給量は、少なくとも励振部全体を濡らして覆うことができる量であって、できるだけ少ない量が望ましく、エッチング液の液位をウェハの表面以下とするのがよい。
【００１５】
ウェハをエッチングする場合、通常、ウェハの表面にＡｕ／Ｃｒなどの導電性の金属からなる耐食膜を形成している。そこで、励振部の周波数を測定する場合、導電性の耐食膜を接地するとよい。励振部の周波数測定時に耐食膜を接地すると、励振部周囲の耐食膜がアース電位となり、周波数の測定時に外来ノイズ等の影響をうけることなく、確実に周波数測定を行なうことが可能になる。
【００１６】
そして、第２エッチング工程は、励振部を洗浄したのちに行なうことが望ましい。励振部を洗浄して励振部に付着している有機物を除去することにより、励振部の濡れ性が向上してエッチング液が容易に励振部を濡らすため、エッチング液の供給と同時にエッチングが開始され、エッチングのばらつきが小さくなってより高精度の膜厚調整が可能となる。また、エッチング液に界面活性剤を添加すると、エッチング液の吸着性が向上して励振部を容易に濡らし、エッチングのばらつきを小さくして高精度の膜厚調整を行なえる。
【００１７】
第２エッチング工程は、濃度の異なる複数のエッチング液を用いて行なうことができる。第２エッチング工程は、各励振部ごとにエッチング液を供給して行なうため、エッチング時間の長い励振部に対しては濃度の高いエッチング液を供給することにより、エッチング時間を短縮することができる。
【００１８】
第２エッチング工程において励振部にエッチング液を供給する場合、励振部を形成する窪み内に供給管先端を挿入した後、前記供給管先端に前記エッチング液からなる液滴を成長させ、当該液滴を前記励振部に接触させるとよい。このようにしてエッチング液を励振部に供給すると、エッチング液が他の部分に飛び散ったりするのを防止できるとともに、エッチング液が窪みの底部である励振部に広がった後、窪みの上方へと液面が移動するため、窪み内部の気体を排出することができ、励振部に気泡が生ずるのを防げ、励振部をエッチング液で容易、確実に濡らすことができる。また、供給管の先端を励振部の中央に位置させることにより、励振部に対するエッチング液の広がりを均一にすることができ、気泡の発生などによってエッチング不良が生ずるのを防ぐことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る圧電振動片の製造方法に好適な具体的実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施の形態に係る圧電振動片の製造装置の構造を示す説明図である。同図に示すように本実施の形態に係る圧電振動片となる水晶振動片の製造装置１０（以下、製造装置１０と称す）は、水晶振動片の製造工程の途中に設けられている。
【００２３】
前記製造装置１０は、水晶ウェハ１２の表面に形成された励振部１４の周波数を測定する周波数測定手段となる周波数測定部１６と、この周波数測定部１６の値をもとに、個々の励振部１４にエッチング液１８を供給するためのエッチング液供給手段となる液供給部２０とで構成されている。なお前記周波数測定部１６と、液供給部２０との間には図示しないコンベア装置が設けられており、矢印２２に示す方向に水晶ウェハ１２を移送可能にしている。
【００２４】
周波数測定部１６は、水晶ウェハ１２を設置するためのステージ２４が設けられており、このステージ２４の上方には、水晶ウェハ１２に形成された複数の励振部１４の周波数を測定するためのネットワークアナライザ２６と、そのプローブ２８とが設けられている。そして前記プローブ２８はロボットアーム３０に取り付けられており、前記ステージ２４の範囲を自在に移動可能としているとともに、図示しない昇降装置によって、前記プローブ２８の先端を励振部１４の近傍に接近可能とし個々の励振部１４の周波数測定を可能にしている。
【００２５】
ところでステージ２４の端部側には、シリンダ装置３２が設けられており、当該シリンダ装置３２を稼働させることで、シリンダロッドの先端を水晶ウェハ１２の表面に形成される耐食膜３４に接触させ、当該耐食膜３４を接地してアース電位にするようにしている。このシリンダロッドを接触させる耐食膜３４の部分は、レジスト膜６２が剥離してある。これにより励振部１４周囲の耐食膜３４の電位が一定となり、ネットワークアナライザ２６を用いた周波数測定の際に、前記耐食膜３４がシールドの役割を果たし、プローブ２８に外来ノイズが侵入するのを防止することができるようになっている。なお上述した耐食膜３４は、本工程においては、導通性を有していればよく、通常は、下層にＣｒを１０〜１００ｎｍ、上層にＡｕを５０〜３００ｎｍの厚さの薄膜を蒸着やスパッタリングで形成する２層構造のものが一般的である。
【００２６】
またロボットアーム３０には水晶ウェハ１２の表面に形成される励振部１４の座標があらかじめ記憶されており、ネットワークアナライザ２６の測定に連動してプローブ２８を移動させ、個々の励振部１４を連続測定できるようにしている。
【００２７】
励振部１４にエッチング液１８を供給するための液供給部２０も、前記周波数測定部１６と同様に、ステージ３６が設けられており、このステージ３６の上方には、ディスペンサを構成するシリンジ３８が設けられている。当該シリンジ３８は、エッチング液１８を供給するためのポンプ本体４０に接続されており、後述する制御演算部から信号を受信することで前記シリンジ３８のノズル先端からエッチング液１８を吐出可能にしている。
またシリンジ３８も、周波数測定部１６におけるプローブ２８と同様、ロボットアーム４２に取り付けられており、当該ロボットアーム４２の稼働にてシリンジ３８をステージ３６内で移動可能にしている。
【００２８】
ところで周波数測定部１６におけるネットワークアナライザ２６と、液供給部２０におけるポンプ本体４０およびロボットアーム４２を有する移送装置４４との間には、制御演算部４６が設けられており、この制御演算部４６がネットワークアナライザ２６の出力信号に基づいて、ポンプ本体４０と移送装置４４とを制御する。
【００２９】
図２は、制御演算部の処理手順を示すフローチャートと、各ステップにおけるテーブル演算の状態（処理項目と処理結果）を示したものである。
同図に示すように、制御演算部４６では、ネットワークアナライザ２６より周波数が入力されると（ステップ１００）、水晶ウェハ１２の表面に形成される励振部（凹陥部）１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、………）の位置に紐付けされて前記周波数がメモリに記録されデータファイルが作成される（ステップ１１０）。このように水晶ウェハ１２の表面に形成される励振部１４の全ての周波数が取り込まれると、前記データファイルを読み込み（ステップ１２０）、これらの値を周波数から励振部１４における板厚に換算する（ステップ１３０）。なお励振部１４における周波数を板厚に換算するためには、下記の式を用いて演算を行なえばよい。
【数１】

ただし、数式１の右辺の係数１６７０は周波数定数（単位：ｋＨｚ・ｍｍ）であり、励振部の板厚の単位はｍｍ、周波数の単位はｋＨｚである。
【００３０】
そして上記数式によって励振部１４の板厚を算出した後は、あらかじめ設定された目標板厚を入力し、個々の励振部１４の板厚がどの程度厚くなっているか差分、すなわちエッチングすべき量を算出する（ステップ１４０）。なお目標板厚は、あらかじめ制御演算部４６に記憶させておいてもよい。
【００３１】
次いで目標板厚に対する差分を算出した後は、エッチング液１８によるエッチング速度を入力し、前記差分についてエッチングを行なう際の時間を算出する（ステップ１５０）。なおエッチング速度は、目標板厚と同様、あらかじめ制御演算部４６に記憶させておいてもよい。
【００３２】
このように個々の励振部１４におけるエッチング時間を算出した後は、エッチングの終点が同時となるよう、個々の励振部１４の間でエッチング時間の差を算出するとともに、励振部１４におけるエッチング液１８の滴下順と滴下開始時刻とを設定する（ステップ１６０）。
【００３３】
図３は、個々の励振部におけるエッチング液の滴下順および滴下時刻の設定方法を示す説明図である。同図（１）に示すように、水晶ウェハ１２の表面には複数の励振部１４（１４Ａ〜１４Ｅのみを番号表示）が形成されている。そしてこれら励振部１４Ａ〜１４Ｅの周波数ａ０〜ｅ０を測定すると、前述したように前記値より目標板厚に達するまでのエッチング時間が算出される。ここで同図（２）に示すように、エッチングの終点が一致するように個々の励振部１４においてエッチング液１８の滴下順位を設定する。
【００３４】
例えば、励振部１４Ａ〜１４Ｅの算出されたエッチング時間がそれぞれｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、ｔｅで、ｔａ＞ｔｃ＞ｔｅ＞ｔｄ＞ｔｂであるとした場合、一番エッチング時間の長い励振部１４Ａのエッチング時間ｔａを基準にし、励振部１４Ａへのエッチング液の滴下開始時刻（エッチング開始時刻）を０とする。そして、他の励振部１４Ｂ〜１４Ｅに対しては、（ｔａ−ｔｂ）、（ｔａ−ｔｃ）、（ｔａ−ｔｄ）、（ｔａ−ｔｅ）の時間差をもって、各励振部１４Ａ〜１４Ｅにエッチング液１８を滴下すればよい。すなわち、励振部１４Ａにエッチング液の滴下を開始してから（ｔａ−ｔｃ）秒経過した時刻に励振部１４Ｃへのエッチング液の滴下を開始し、励振部１４Ａにエッチング液の滴下を開始してから（ｔａ−ｔｅ）秒経過した時刻に励振部１４Ｅへのエッチング液の滴下を開始するように設定する。以下、同様にエッチング時間の長い順にエッチング液の滴下開始時刻を設定する。これにより、各励振部１４のエッチング終点（終了時刻）をｔａに揃えることができる。
【００３５】
そして図２に示すように個々の励振部１４へのエッチング液１８の滴下順、滴下開始時刻を設定した後は、制御演算部４６は、移送装置４４およびポンプ本体４０にテーブルデータを送信する（ステップ１７０）。移送装置４４が前記制御演算部４６から値を受け取ると、ロボットアーム４２を特定の励振部１４の位置まで移動させ（ステップ１８０）、シリンジ３８のノズル先端を、励振部１４を形成する凹陥部（窪み）の内部まで降下させるとともに、その後ポンプ本体４０の稼働により、エッチング液１８を励振部１４に供給する（ステップ１９０）。
【００３６】
そしてエッチング時間が終了した後は（ステップ２００）、水晶ウェハ１２の表面に洗浄水を加え、水洗により励振部１４に供給されたエッチング液１８を除去し、エッチング工程を終了させる（ステップ２１０）。
【００３７】
図４は、ネットワークアナライザの測定原理を示す説明図であり、同図（１）は、励振部におけるピーク値検出波形であり、同図（２）はネットワークアナライザを用いた測定回路図を示す。
【００３８】
同図（２）に示すＺｘが測定対象となる励振部となるが、この励振部Ｚｘに対して、基準信号源Ｖｓから任意の周波数範囲（基準周波数が１５５ＭＨｚの場合、例えば１５５±１ＭＨｚ）をスィープさせながら、その信号を励振部に印加する。そして前記励振部への印加とともにネットワークアナライザ内の発信部から受信部に直接、参照信号Ｖｒを送信する。
【００３９】
発信部から参照信号Ｖｒを受けた受信部は、励振部からの出力信号Ｖｘを前記参照信号Ｖｒと比較し、励振部による電圧低下分からインピーダンスを算出する。そしてこのインピーダンスは、同図（１）に示すように共振周波数付近では小さくなり、その後の反共振周波数付近では大きくなる。そして前記共振周波数の値をピークホールドすることにより、測定対象となる励振部の主振動数を測定することができるのである。またネットワークアナライザでは、スペクトラムアナライザと異なり、励振部からの出力信号Ｖｘを前記参照信号Ｖｒと比較することから、位相についても測定ができるのはいうまでもない。なお同図（１）に示すように、励振部の主振動より高次に検出されるピークは、スプリアス振動であり、主に励振部の機械的共振が原因となっている。
【００４０】
図５は、本実施の形態に係るポンプ本体の構造を示す要部拡大図であり、図６は図５に代わるポンプ本体の構造を示す断面拡大図である。
図５に示すように、ポンプ本体４０は、チューブ押え４０Ａとチューブ４０Ｂとチューブガイド４０Ｃとを主な構成要素としている。チューブ押え４０Ａは、矢印４０Ｄのように回転自在となっていて、周縁部に複数のカム凸部４０Eが中心に対して等間隔に設けてある。そして、チューブガイド４０Ｃは、チューブ押え４０Ａの周面と対向する面が、カム凸部４０Ｅの先端の回転軌跡に沿った円弧状のガイド面４０Ｆとなっている。また、チューブ４０Ｂは、チューブ押え４０Ａとチューブガイド４０Ｃとの間に配置されている。このチューブ４０Ｂは、エッチング液を輸送するためのもので、変形自在な柔軟性を有する部材から形成してある。
【００４１】
このポンプ本体４０は、チューブ押え４０Ａが矢印４０Ｄのように回転すると、カム凸部４０Ｅがチューブ４０Ｂをチューブガイド４０Ｃのガイド面４０Ｆに押圧し、隣接するカム凸部４０Ｅ間に、エッチング液が充填されているチューブ４０Ｂの微小空間４０Ｇを形成する。そして、チューブ押え４０Ａの回転に伴って微小空間４０Ｇが図５の左方向に移動し、微小空間４０Ｇを満たしている一定量のエッチング液が矢印４０Ｈのようにポンプ本体４０から送り出され、シリンジ３８から吐出される。これにより、微量で且つ正確な一定量のエッチング液をシリンジ３８に送り出すことができる。
【００４２】
このように、ポンプ本体４０によるエッチング液の微量送りを可能としたことにより、レジスト膜からなるマスクが表面に形成された水晶ウェハ１２の励振部（凹陥部）１４に、シリンジ３８からエッチング液１８を吐出してエッチング液を供給する場合、励振部１４からあふれ出ないように供給することができる。
【００４３】
また図６に示すように、ポンプ本体４０をピエゾ素子等に代表される圧電素子５６にて構成するようにしてもよい。圧電素子５６を用いた場合には、当該圧電素子５６に制御演算部４６を接続しておき、当該制御演算部４６から吐出用のパルス信号を送出すればよい。このように制御演算部４６からパルス信号を送出すれば、前記圧電素子５６に電歪が生じて薄板部５８を図中破線で示すように変形する。そしてこの薄板部５８の変形によって図中Ｄ寸法を変化させれば、流入側の逆止弁の封止部材５７ｂが破線で示した位置５７ｃまで移動し、流入側の逆止弁と流出側の逆止弁との間にあるエッチング液１８の逆流を防ぎ、流出側の逆止弁（５７ａ）がエッチング液１８を通過させるため、矢印６０に示す方向にエッチング液１８を輸送することができ、シリンジ３８側へとエッチング液を送り出すことができる。
【００４４】
図７は、ディスペンサから吐出されるエッチング液の状態を示す説明図である。同図（１）に示すように、任意の励振部１４に対しロボットアーム４２（図１参照）を移動させ、励振部１４に対するシリンジ３８の位置合わせを行なった後は、当該シリンジ３８のノズル先端を、水晶ウェハ１２の表面より下側の位置まで降下させ、励振部１４を形成している窪みに挿入する。なお気泡を発生させずにエッチング液１８を供給させる目的から、励振部１４の中心に対して、シリンジ３８の中心を一致させることが望ましい。
【００４５】
このようにシリンジ３８を励振部１４に対し位置合わせを行なった後は、ポンプ本体４０を稼働させ、シリンジ３８のノズル先端からエッチング液１８を吐出させる。そしてシリンジ３８のノズル先端で成長するエッチング液１８が励振部１４に接すると、当該エッチング液１８はシリンジ３８から励振部１４全域に広がる。この状態を同図（２）に示す。そして同図（３）に示すようにシリンジ３８からエッチング液１８を連続して供給すれば、エッチング液１８は窪み（凹陥部）内の気体を追い出しつつ液位が上昇し、励振部１４の上方にエッチング液１８による液溜まりを形成し、励振部１４のエッチングを進行させることができる。
【００４６】
なお励振部１４につながる開口縁部には、レジスト膜からなるマスクがあらかじめ形成されているので、シリンジ３８を引き上げた後は、マスクの持つ撥液性によりエッチング液１８がはじかれ、図１に示したように、当該エッチング液１８を凹陥部内で半球状に保持させることが可能になり、隣接する励振部１４にエッチング液１８が流れ込むのを防止することができる。
【００４７】
このように構成された製造装置１０を用いて、水晶振動片を製造する手順を説明する。
図８と図９は、水晶振動片の製造プロセスを示した工程説明図である。
図８（１）に示すような水晶ウェハ１２の両面にフッ酸の耐食膜３４として、Ｃｒを５０ｎｍ、Ａｕを１００ｎｍ、蒸着あるいはスパッタリングで成膜する。この状態を同図（２）に示す。
【００４８】
そして同図（３）に示すようにＡｕ／Ｃｒの耐食膜３４の上に、フォトレジストを塗布し、乾燥させ、レジスト膜６２を形成する。次いで同図（４）に示すように逆メサ部のパターンを描画したフォトマスク６４をウェハ表面にあて、紫外線で露光し、フォトマスク６４のパターンをレジスト膜６２に転写する。そして感光したレジスト膜６２を現像液で現像してマスクを形成し、同図（５）に示すように励振部１４と対応した部分のＡｕ／Ｃｒの耐食膜３４を露出させる。
【００４９】
このように耐食膜３４を露出させた後は、図９（１）に示すようにレジスト膜６２から露出した耐食膜３４をエッチングで除去し、水晶ウェハ１２の表面を露出させる。次いで同図（２）に示すように、水晶ウェハ１２をフッ酸系のエッチング液で第１エッチング工程となるハーフエッチングを行ない、水晶ウェハ１２に窪み（凹陥部）を設けて複数の励振部１４を一括して形成する。
【００５０】
そして前記工程にて励振部１４を形成した後は、製造装置１０を用い、図２に示す工程を行ない、個々の励振部１４における周波数を測定して板厚に換算する。そして目標周波数から算出された板厚との差とエッチングレートからエッチングが完了するまでの時間を算出し、算出された時間だけ第２エッチング工程によって励振部１４のエッチングを行なう。ついで個々の励振部１４のエッチングが終了した後は、図９（３）に示すように水晶ウェハ１２の表面に残ったレジスト膜６２を剥離するとともに、同図（４）に示すようにＡｕ／Ｃｒからなる耐食膜３４を剥離すればよい。
このように上述した製造装置１０を用いれば従来の製造工程を大きく変動させることなく励振部１４の厚みの微調整を容易に行なうことが可能になる。
【００５１】
図１０は、上記のようにして励振部１４の厚みを調整した結果を示す図である。同図（１）は、第１エッチング工程を終了した時点において各励振部１４の周波数をネットワークアナライザによって測定し、その測定周波数が目標厚みに対応した基準周波数（この場合、１７５．５ＭＨｚ）からどの程度ずれているかを表したものである。また、同図（２）は、第２エッチング工程によって各励振部１４の厚さを個別に調整した後、同様にして各励振部１４の周波数を測定し、基準周波数とのずれ量を求めたものである。いずれも横軸が励振部１４の個数を示し、縦軸がＭＨｚで表した周波数のずれ量を示している。
【００５２】
用いた試料は、励振部１４を形成している窪み（凹陥部）の大きさが長さ３．４ｍｍ、幅１．８ｍｍ、深さ０．０４６ｍｍであって、凹陥部の容積は２．８２×１０^-4ｍＬである。そして、第２エッチング工程において使用したエッチング液は、フッ酸とフッ化アンモニウム水溶液との混合溶液であって、励振部１４に供給したエッチング液の量は、３．２６×１０^-4ｍＬであって凹陥部から盛り上がるようにした。また、第２エッチング工程は、室温において行なった。
【００５３】
図１０の（１）と（２）とを比較すると、第２エッチング工程を行なうことによって周波数のずれ量を小さくすることができる。すなわち、同図（１）に示した第１エッチング工程終了時における励振部１４の基準周波数からのずれ量の標準偏差はσ＝１．８３７であったが、同図（２）の第２エッチング工程後では、基準周波数からのずれ量の標準偏差はσ＝１．３６０となった。
【００５４】
ところで、本願発明者らは、上記した第２エッチング工程についてさらに研究し、検討を加えた結果、励振部１４に供給するエッチング液１８の量を少なくすることによって、厚さのばらつきをさらに小さくできることを見いだした。すなわち、励振部１４へのエッチング液１８の供給量は、凹陥部の底部となっている励振部１４の全体を濡らすことができる量であって、できるだけ少ないほうが望ましいことを見いだした。具体的には、エッチング液１８の液位を水晶ウェハ１２の表面以下にすることが望ましい。
【００５５】
この場合、水晶ウェハ１２の表面にレジスト膜６２（図１参照）からなるマスクが存在していると、少量のエッチング液１８で励振部１４の全体を濡らすことが困難となるので、レジスト膜（マスク）は除去する。これは、レジスト膜６２から発生したガスが励振部１４に付着し、エッチング液をはじくためと考えられる。また、励振部１４にレジスト膜６２から生じたガスが付着すると、エッチング液１８の濡れ性に影響を与えるため、励振部１４のエッチング液１８を滴下してからエッチングが開始されるまでの時間がまちまちとなり、エッチング量にばらつきを生ずることを見いだした。このため、励振部１４の厚みの調整をさらに精密に行なう場合には、水晶ウェハ１２の表面からレジスト膜６２を除去してから第２エッチング工程を行なうことが望ましい。さらに、少量のエッチング液１８で励振部１４の全体が容易に濡れるように、第２エッチング工程の直前に励振部１４の洗浄を行ない、励振部１４に付着している有機物を除去するとよい。この励振部１４の洗浄は、紫外線の照射や酸素プラズマ洗浄、イオン衝撃などの乾式洗浄であってもよく、硫酸−過酸化水素水洗浄などの洗浄液を用いた湿式洗浄であってもよい。
【００５６】
また、エッチング液に少量の界面活性剤を添加してエッチング液の表面張力を小さくし、エッチング液の吸着性を高めて濡れ性を改善するようにしてもよい。界面活性剤の添加量は、エッチング液１８に影響を与えない程度が望ましく、例えば炭化水素系の界面活性剤を数百ｐｐｍ添加する。これにより、エッチング液１８を励振部１４に滴下したときに、エッチング液１８が容易に拡がるようになる。しかも、エッチング液１８は、励振部１４の細かな凹部までも入り込むため、励振部１４の表面が均一にエッチングされてエッチング速度（エッチングレート）が安定する。なお、界面活性剤は、通常、アニオン系（陰イオン系）を単独または複数を混合して添加するが、同様の作用を有するものであれば両性界面活性剤や非イオン性界面活性剤を使用してもよい。
【００５７】
図１１は、第２実施形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する製造工程の概略を示すフローチャートである。まず、図１１のステップ７１に示したように、水晶ウェハ１２の表面にＡｕ／Ｃｒなどからなる耐食膜を蒸着やスパッタリングによって形成する。次に、耐食膜の上にフォトレジストを塗布して乾燥させてレジスト膜を形成する。さらに、レジスト膜を露光、現像して励振部と対応した部分のレジスト膜を除去し、励振部に対応した部分の耐食膜を露出させたレジスト膜からなるマスクを形成する（ステップ７２）。
【００５８】
その後、マスクから露出している部分をエッチングする第１エッチング工程を行なう（ステップ７３）。この第１エッチング工程は、耐食膜のエッチングと水晶ウェハのエッチングからなっている。第１エッチング工程においては、まず、マスクから露出している耐食膜のエッチングを行ない（ステップ７３Ａ）、励振部に対応した部分の水晶ウェハを露出させる。次に、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液などのエッチング液を用いて露出させた水晶ウェハをハーフエッチングし、複数の励振部を一括して形成する（ステップ７３Ｂ）。ステップ７３の第１エッチング工程が終了したならば、水晶ウェハ表面のマスクを除去するマスク除去工程を行なう（ステップ７４）。その後、第２エッチング工程における各励振部のエッチング時間を求める時間算出工程を行なう（ステップ７５）。なお、ステップ７５の時間算出工程は、ステップ７４のマスク除去工程の前に行なってもよい。
【００５９】
時間算出工程においては、まず、各励振部の周波数を測定する（ステップ７５Ａ）。この周波数測定は、前記実施形態と同様に、ネットワークアナライザを用いて行なう。各励振部の周波数を測定する際には、前記と同様に水晶ウェハの表面に設けた耐食膜を接地してアース電位にする。ネットワークアナライザによって測定した各励振部の周波数は、制御演算部に入力される。制御演算部は、入力された周波数を数式１によって励振部の膜厚に変換する（ステップ７５Ｂ）。さらに、制御演算部は、入力されたまたは記憶している目標膜厚と測定周波数から求めた各励振部の膜厚とを比較し、両者の偏差を求める。そして、制御演算部は、入力されたまたは記憶しているエッチング液による水晶ウェハのエッチング速度に基づいて、求めた偏差に相当する厚さをエッチングするのに必要なエッチング時間を算出する（ステップ７５Ｃ）。
【００６０】
このようにして時間算出工程が終了すると、制御演算部は、ステップ７６に示したように、各励振部についてエッチング液の滴下順と滴下時刻とを決定する。エッチング液の滴下順は、前記したようにエッチング時間の長い順、すなわち目標膜厚との偏差が大きい順に決定される。また、エッチング液の滴下開始時刻は、一番エッチング時間の長い励振部へのエッチング液の滴下開始時刻を基準とし、図３（２）に示したと同様にして、各励振部のエッチング終了時刻が一致するように決定される。
【００６１】
その後、励振部の洗浄を行なって励振部に付着している有機物を除去する（ステップ７７）。この励振部の洗浄は、紫外線の照射や酸素プラズマ洗浄、イオン衝撃などの乾式洗浄でもよいし、硫酸−過酸化水素水洗浄などの湿式洗浄であってもよい。また、励振部の洗浄は、ステップ７８に示した第２エッチング工程の直前に行なうことが望ましい。これは、励振部を洗浄後、長時間放置しておくと、空気中に浮遊している塵埃などが付着して第２エッチング工程に影響を与えるおそれがあるためである。そして、例えばステップ７４のマスク除去工程を酸素プラズマやイオン衝撃などによって行なう場合、マスク除去工程とステップ７７の励振部の洗浄とを同時に行なってもよい。
【００６２】
励振部の洗浄が終了したならば、ステップ７６において求めた各励振部へのエッチング液の滴下順、滴下開始時刻に基づいて、各励振部にエッチング液をシリンジによって供給し、各励振部のエッチング開始時刻をずらして第２エッチング工程を行なう（ステップ７８）。この第２実施形態においける励振部へのエッチング液の供給量は、少なくとも励振部の全体が濡れて覆われる量であって、なるべく少ない量に制御される。図１２は、第２実施形態における第２エッチング工程の状態を模式的に示したものである。
【００６３】
図１２に示したように、水晶ウェハ１２は、表面にＡｕ／Ｃｒからなる耐食膜３４が設けてある。そして、水晶ウェハ１２は、耐食膜３４上のレジスト膜からなすマスクが除去されていて、さらに励振部１４が洗浄されて有機物が除去され、励振部１４の濡れ性が改善されている。励振部１４には、エッチング液１８が本図に図示しないシリンジによって供給される。エッチング液１８の供給量は、励振部１４の全体を濡らして覆うことができる量であって、なるべく少ないほうがよく、多くともエッチング液１８の液位が水晶ウェハ１２の表面以下であることが望ましい。なお、エッチング液１８には、界面活性剤を添加して表面張力を低下させ、吸着性を向上させてもよい。
上記のようにして各励振部１４に対する第２エッチング工程が終了したならば、水晶ウェハの励振部を純水によって洗浄し（ステップ７９）、乾燥させて次の工程に送る。
【００６４】
図１３は、第２実施形態に係る圧電振動片の製造方法により励振部の膜厚を調整した結果を示す図である。用いた試料は、図１０の場合と同様であって、励振部１４を形成している凹陥部の大きさが長さ３．４ｍｍ、幅１．８ｍｍ、深さ０．０４６ｍｍであって、凹陥部の容積は２．８２×１０^-4ｍＬである。また、図１３（２）の場合、水晶ウェハは、表面のレジストを剥離した後、第２エッチング工程の前に紫外線の照射によって励振部１４を洗浄して有機物の除去を行なっている。ただし、エッチング液には、界面活性剤が添加されていない。
【００６５】
図１３（１）は、第１エッチング工程を終了した時点において各励振部１４の周波数をネットワークアナライザによって測定し、その測定周波数が１７５．５ＭＨｚの基準周波数からどの程度ずれているかを表したものである。また、同図（２）は、レジスト膜の除去、励振部の洗浄をし、さらに第２エッチング工程を行なって各励振部１４の厚さを個別に調整した後、同様にして各励振部１４の周波数を測定し、基準周波数とのずれ量を求めたものである。いずれも横軸が励振部１４の個数を示し、縦軸がＭＨｚで表した周波数のずれ量を示している。第２エッチング工程において各励振部１４に供給したエッチング液の量は、１．７４×１０^-4ｍＬであって、エッチング液の液位は約２８μｍである。
【００６６】
図１３（２）に示されているように、この第２実施形態に係る圧電振動片の製造方法においては、非常に精度の高い膜厚調整が可能となっている。すなわち、第１エッチング工程を終了した時点においては、基準周波数からのずれ量の標準偏差はσ＝１．８１０であったが、第２実施形態の第２エッチング工程において励振部１４の膜厚調整を行なうと、基準周波数からのずれ量の標準偏差はσ＝０．１６６となり、精密な膜厚調整をすることができる。
【００６７】
なお、各実施の形態では、製造装置１０に用いられるエッチング液１８の濃度を一種類としたが、この形態に限定されることもなく、例えば濃度の異なる複数のエッチング液１８を用意しておき、ネットワークアナライザ２６で計測された励振部１４の板厚が目標値に対して非常に厚い場合は、高濃度のエッチング液１８を用いることとし、エッチング時間の短縮化を図るようにすることが望ましい。このように励振部１４の厚みに対してエッチング液１８の濃度選定を行なえば、ウェハ全体のエッチング時間を短縮させることができる。
【００６８】
ところで各実施の形態に係る製造装置１０は、温度管理が確実に行なえる恒温槽あるいは恒温室内に設置されることが望ましい。このように同装置を恒温槽あるいは恒温室内に設置すれば、エッチング液の液温管理が確実に行なえ、励振部の主振動のばらつきを最小限に抑えることが可能になる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第２エッチング工程においては、レジスト膜からなるマスクを利用することにより、エッチング液がマスクの有する撥液性によって容易に凹陥部内に保持され、従来の製造工程の途中でウェハに厚板を貼り付け等の工程を追加する必要がなく、さらに初回のエッチングである第１エッチング工程によって形成した励振部の厚みのばらつきを確実に且つ短時間で、あらかじめ設定された範囲内に収めることができる。
また、本発明によれば、レジスト膜からなるマスクを除去して第２エッチング工程を行なうことにより、極めて少量のエッチング液によって、励振部の厚みの調整を非常に高い精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る圧電振動片の製造装置の構造を示す説明図である。
【図２】実施の形態に係る制御演算部の処理手順を示すフローチャートと、各ステップにおけるテーブル演算の状態を示した表である。
【図３】実施の形態に係る個々の励振部におけるエッチング液の滴下順および滴下時刻の設定方法を示す説明図である。
【図４】ネットワークアナライザの測定原理を示す説明図である。
【図５】本実施の形態に係るポンプ本体の構造を示す要部拡大図である。
【図６】図５に代わるポンプ本体の構造を示す断面拡大図である。
【図７】ディスペンサから吐出されるエッチング液の状態を示す説明図である。
【図８】実施の形態に係る水晶振動片の製造プロセスを示した工程説明図である。
【図９】実施の形態に係る水晶振動片の製造プロセスを示した工程説明図であって、図８に続く工程を説明する図である。
【図１０】実施の形態に係る圧電振動片の製造方法により励振部の厚みを調整した結果の説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る圧電振動片の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態における第２エッチング工程の説明図である。
【図１３】第２実施形態に係る圧電振動片の製造方法により励振部の厚みを調整した結果の説明図である。
【符号の説明】
１０………圧電振動片の製造装置、１２………水晶ウェハ、１４………励振部、１６………周波数測定部、１８………エッチング液、２０………液供給部、２２………矢印、２４………ステージ、２６………ネットワークアナライザ、２８………プローブ、３０………ロボットアーム、３２………シリンダ装置、３４………耐食膜、３６………ステージ、３８………シリンジ、４０………ポンプ本体、４０Ａ………チューブ押え、４０Ｂ………チューブ、４０Ｃ………チューブガイド、４０Ｅ………カム凸部、４０Ｆ………ガイド面、４２………ロボットアーム、４４………移送装置、４６………制御演算部、５６………圧電素子、５８………薄板部、６０………矢印、６２………レジスト膜、６４………フォトマスク。

Claims

ウェハの表面にレジスト膜からなるマスクを形成した後、前記マスクの開口より露出する前記ウェハの表面をエッチングして励振部を形成する圧電振動片の製造方法であって、前記エッチングを第１エッチング工程と第２エッチング工程とに分割し、前記第１エッチング工程にて前記マスクから露出する前記ウェハの表面を一括にエッチングして複数の励振部を形成した後、前記ウェハの表面に形成されている導電材料からなる耐食膜を接地して前記各励振部の周波数を測定し、これら励振部の周波数が設定範囲内に収まるよう算出された前記各励振部のエッチング時間をもとに、エッチング終点が一致するように前記各励振部のエッチング開始時刻をずらして前記第２エッチング工程を前記励振部ごとに行なうことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
ウェハの表面にレジスト膜からなるマスクを形成した後、前記マスクの開口より露出するウェハの表面をエッチングして複数の励振部を一括して形成する第１エッチング工程と、
前記ウェハの表面からマスクを除去するマスク除去工程と、
このマスク除去工程の前または後に、前記ウェハの表面に形成されている導電材料からなる耐食膜を接地して前記各励振部の周波数を測定し、それぞれの励振部の周波数を設定範囲内に収めるためのエッチング時間を求める時間算出工程と、
この時間算出工程において求めた前記各励振部のエッチング時間に基づいて、エッチング終点が一致するように前記各励振部のエッチング開始時刻をずらして前記励振部をエッチングする第２エッチング工程と、
を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。