JP4403487B2 - 電極を備える振動子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極を備える振動子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】
振動型ジャイロスコープを利用した角速度センサーにおいては、水晶振動子が使用されている。水晶振動子では、水晶の圧電軸の性質上、振動アームの一対の主面（表面および裏面）だけでなく、側面上にも電極を配置する必要がある。例えば振動アームの表面および裏面に駆動用の信号電極を形成した場合には、この振動アームの両側面上に接地電極を形成し、信号電極と駆動電極との間に電圧を印加する必要がある。このためには、側面上の電極をパターニングすることが望まれる。
【０００４】
しかし、水晶振動子の側面上の金属膜をパターニングすることは難しいため、通常は振動子の表面上および裏面上の金属膜をパターニングすることによって電極パターンを形成し、側面上の金属膜は特にパターニングせずに一様電極とすることが多い。
【０００５】
本出願人は、振動子の側面上の金属膜をパターニングして電極を成形する方法を特許文献１において開示した。この方法では、水晶振動子の側面にブリッジを設け、このブリッジを割断する。この割断部位には電極膜は形成されず、水晶が露出する。従って、割断部位のパターンを選択することによって、振動子側面上の電極をパターニングすることができる。
【特許文献１】
特開２００１−２６４０６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、振動型ジャイロスコープを小型の電子機器、例えば携帯電話に内蔵することを検討している。しかし、このためには振動子の寸法を著しく小さくする必要があり、振動子の寸法は例えば数ｍｍ程度となる。この大きさになると、従来の振動子では問題にならなかった静電結合が生じ、ノイズの原因になる。この際に、前述の特許文献１記載の方法では、割断部位の寸法精度をある程度以上向上させることは困難であり、このために振動子が小型化するとノイズ振動成分が増加することがわかった。また、割断部位の寸法それ自体も小さくなるので、割断部位の製造が困難になってきた。
【０００７】
本発明の課題は、振動子の側面に電極ギャップを持つパターンの電極を形成する方法であって、振動子を小型化しても高精度で電極パターンを形成するための方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極を備える振動子の製造方法に関する。
【０００９】
そして、電極を備える振動子の製造方法であって、
一対の主面と一対の側面とを有する振動子用基板であって、一対の側面にそれぞれ突起が形成されている振動子用基板を準備する工程；
振動子用基板の一対の主面および一対の側面に導電性膜を形成するのに際して、突起上にも導電性膜を形成する導電性膜形成工程；
導電性膜上にレジスト膜を形成するのに際して、突起上の導電性膜上にもレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程；
開口を有するマスクを一対の主面上にそれぞれ設置し、各開口から側面上のレジスト膜に照射光を露光してこのレジスト膜をパターニングするのに際して、照射光を突起上のレジスト膜にも照射するパターニング工程；および
各側面上の導電性膜をエッチングで除去することによって主面上の電極間のギャップを側面に形成する電極成形工程
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、開口を有するマスクを基板主面上に設置し、マスク開口から基板側面上のレジスト膜を露光してレジスト膜をパターニングし、このパターンを側面上の導電性膜に転写してパターニングすることを想到した。この方法によれば、振動子を小型化しても高精度で、側面上に電極ギャップを形成することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。まず基板を準備する。基板はウエハー状であってよい。基板の材質は限定されないが、圧電単結晶が好ましく、水晶、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶が特に好ましい。基板はＺ板、Ｘ板のいずれであってもよい。
【００１２】
基板の表面をエッチングすることによって、表面の加工変質層を除去できる。次いで、基板を洗浄することによって、パーティクルを減らす。この際の洗浄液としては、アルカリ系洗剤、超純水、イソプロピルアルコール（ＥＬグレード）などがある。
【００１３】
次いで基板を成形し、図１（ａ）に示すような振動子の外形輪郭を成形する。本例では、基板１は、一対の主面１ａ、１ｂと、外側側面１ｃ、１ｄを有する。基板１には所定パターンの開口２Ａ、２Ｂが形成されている。１ｅ、１ｆは、開口２Ｂ、２Ａに面する側面である。
【００１４】
こうした振動子の成形方法は特に限定されず、例えばウエットエッチング、レーザーアブレーション加工法、機械加工法を例示できる。
【００１５】
次いで、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面１ａ、裏面１ｂ、側面１ｃ〜１ｆを導電性膜３によって被覆する。この時点で、基板１の外側側面１ｃ、１ｄ上は、全面にわたって導電性膜３によって被覆されており、導電性膜３はパターニングされていない（図１（ｃ）参照）。
【００１６】
導電性膜の材質は特に限定されず、振動子用の電極用材料を利用できる。好ましくは導電性膜が金属膜である。金属膜の材質としては、金、タングステン、モリブデン、またはこれらの合金を例示できる。導電性膜の下地膜として、金、クロム、チタンおよびこれらの合金からなる群より選ばれた金属からなる下地層を形成することもできる。こうした下地層は、２層以上設けることができる。特に好ましくは、下地膜の少なくとも振動子と接触する部分がクロムまたはチタンからなる。
【００１７】
また、導電性膜の形成方法も限定されず、メッキ法、スパッタリング法、蒸着法、化学的気相成長法を例示できる。
【００１８】
次いで、図２（ａ）に示すように、導電性膜３上にレジスト膜４を設け、被覆する。レジスト膜４は、導電性膜３上にレジストを塗布することによって形成できる。
【００１９】
次いで、基板１の主面１ａ、１ｂ上の各レジスト膜を露光し、パターニングする。好ましくは、図２（ｂ）に示すように、所定パターンの開口５ａの形成されたマスク５を基板１の表面１ａ側に設置する。開口６ａの形成されたマスク６を基板１の裏面１ｂ側に設置する。そして、矢印Ａのように表面１ａ側から露光し、また矢印Ｂのように裏面１ｂ側から露光する。露光時にはコンタクトアライナーを使用することができる。
【００２０】
この露光終了の時点において、いったんレジスト膜を現像した場合には、図３（ａ）に示すように、レジスト膜４Ａに、対応するパターンが形成される。このレジスト膜４Ａは、所定の平面的パターンの開口７Ａ、７Ｂを有する。主面１の側面１ｃ〜１ｆ上のレジスト膜４Ａには開口は設けられていない。この現像済のレジスト膜４Ａを有する基板１を、下記の側面パターニングに供することができる。
【００２１】
あるいは、現像を行うことなく、次の側面露光工程に入ってもよい。図３（ｂ）、（ｃ）では、この例を説明する。図３（ｂ）に示すように、表面１ａ上にマスク８Ａを設置し、裏面１ｂ上にマスク８Ｂを設置する。マスク８Ａの開口８ａの直下には、側面１ｃ、１ｄ上のレジスト膜４が位置するようにする。このレジスト膜４は、現像済のレジスト膜４Ａであってもよい。この平面的パターンは図３（ｃ）に示す。マスク８Ｂの開口８ａの直下には、側面１ｃ、１ｄ上のレジスト膜４が位置するようにする。この状態で、矢印Ｃのように表面１ａ側から露光し、また矢印Ｄのように裏面１ｂ側から露光する。露光時にはコンタクトアライナーを使用することができる。
【００２２】
次いで、マスクを取り除き、レジスト膜４の露光部分を現像し、除去する。この結果、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、レジスト膜４Ｂには、側面１ｃ、１ｄ上において、現像によって生成した開口９が形成される。
【００２３】
本発明者は、前記露光強度を十分に大きくすることによって、側面１ｃ、１ｄ上のレジスト膜４を十分に露光し、現像時に除去して開口９を形成可能であることを発見した。
【００２４】
この後は、通常法により、導電性膜３のエッチングが可能であり，、このエッチングは高精度で実現できる。従って、本発明によって、振動子の側面上の高精度のパターニングを提供可能である。
【００２５】
例えば、導電性膜３をエッチングし、図５（ａ）に示すように、導電性膜３Ａに開口１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを形成する。次いで図５（ｂ）に示すようにレジスト膜を除去し、導電性膜からなる電極パターン３Ａを残す。この基板１の側面１ｃ、１ｄには、図５（ｃ）に示すように所定パターンの開口１０Ｃが形成されており、これによって電極パターン３Ａがパターニングされている。本例の開口１０Ｃは電極ギャップである。
【００２６】
エッチングの具体的方法は限定されず、ドライエッチング、ウエットエッチングでよいが、ウエットエッチングが好ましい。導電性膜、例えば金属メッキ被膜のエッチング方法それ自体は公知である。例えば、金用エッチャントとしては、よう素とよう化カリウムの水溶液が好ましく、クロム用エッチャントとしては、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の水溶液が好ましい。
【００２７】
好適な実施形態においては、基板の厚さｔ（図６参照）が ０．５ｍｍ以下である。これによって、レジスト膜の露光による除去を促進できる。
【００２８】
本発明においては、側面上の導電性膜をエッチングすることによって電極間ギャップを形成する。
【００２９】
また、好適な実施形態においては、側面上のレジスト膜の厚さｈ（図６参照）が１０μｍ以下であり、これによってレジスト膜の露光による除去を促進できる。ただし、レジスト膜が薄すぎると、エッチング時の導電性膜の保護が不十分になる傾向があるので、この観点からは、２μｍ以上が好ましい。
【００３０】
好適な実施形態においては、主面上のレジスト膜を露光（図２の矢印Ａ、Ｂ）するときの照射光量に対する、側面上のレジスト膜を露光（図３（ｂ）、図６の矢印Ｃ、Ｄ）するときの照射光量の比率が１．５倍以上であり、特に好ましくは４倍以上である。側面上のレジスト膜を十分に露光するのに必要な光量は、表面や裏面上のレジスト膜の露光に十分な光量よりも大きいので、前記比率を大きくすることで側面上のレジスト膜の露光を十分に行うことが好ましい。
【００３１】
好適な実施形態においては、例えば図３、図６に示すように、基板の表面１ａ上および裏面１ｂ上にそれぞれマスク８Ａ、８Ｂを設置し、各マスクの各開口８ａから側面上のレジスト膜を露光する。これによって、側面上のレジスト膜の全長にわたって露光し易くなる。なぜなら、側面上のレジスト膜４Ａのうち、マスク８Ａに近い部分４ａは主として矢印Ｃのように露光でき、マスク８Ｂに近い部分４ｂは主として矢印Ｄのように露光できるので、側面上のレジスト膜の全面にわたって均一に露光し易いからである。
【００３２】
本発明においては、図６に示すように、基板１の側面１ｃ、１ｄ上に細長い突起１ｇを設ける。導電性膜３、レジスト膜４にも突起３ｃ、４ｃが転写される。この場合には、側面上のレジスト膜４のうち、マスク８Ａに近い部分４ａは矢印Ｃのように露光される。この照射光Ｃは突起４ｃで遮蔽される。側面上のレジスト膜４のうち、マスク８Ｂに近い部分４ｂは矢印Ｄのように露光される。この照射光Ｄは突起４ｃで遮蔽される。この結果、側面上のレジスト膜の露光が一層促進され易い。
【００３３】
前記のような基板側面の突起１ｇは、例えば水晶基板のウエットエッチングによって形成可能である。
【００３４】
【実施例】
図１〜図６を参照しつつ説明した方法に従って、電極パターン付きの振動子を作製した。
【００３５】
（基板１の輪郭の成形）
縦横各２インチ×厚さ０．１ｍｍの水晶基板を希フッ酸にてエッチング洗浄した後、スピンドライヤーにて乾燥し、清浄な水晶基板を製作した。次に、スパッタ装置を用いて水晶基板の表裏両面に0.01μm 厚さのCrを下地層として成膜し、次いで0.2 μm 厚さのＡｕ膜を成膜した。次に、Ａｕ膜の成膜面上にスピンコーターによりフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成した。表裏面の高精度アライメントが可能な露光装置と、水晶外形エッチング加工パターンを描画したフォトマスクとを用い、水晶基板の表裏両面に振動子の外形エッチング加工用のレジストパターンを露光し、現像した。このレジストパターンをマスクとし、硝酸セリウムアンモニウムと塩酸と過塩素酸の混合液にて、水晶基板上に成膜したＡｕとＣｒの膜をエッチング除去し、水晶振動子の外形加工用エッチングマスクパターンを形成した。本基板を、７０℃に加熱した４０％フッ化水素アンモニウム溶液に１０時間浸漬し、水晶基板をエッチング加工して振動子用基板１を得た（図１（ａ））。
【００３６】
（導電性膜３の成膜工程）
次に、スパッタ装置を用いて、水晶基板１の表面１ａ、裏面１ｂ、側面１ｃ〜１ｆ上に、0.03μm 厚さのCrを下地層として成膜し、その上に0.2 μm 厚さの電極用Ａｕ膜を成膜し、導電性膜３を得た（図１（ｂ）参照）。
【００３７】
（レジスト膜の成膜）
次に、スプレー式レジストコーターを用い、水晶基板１の表裏面及び側面、更にはエッジ部にフォトレジストを塗布し、レジスト膜４を形成した（図２（ａ））。このとき表裏面におけるレジスト厚さは、エッジ部の保護に適した５μｍに設定した。
【００３８】
（表面および裏面上の電極のパターニング）
次に、表裏面の高精度アライメントが可能な露光装置と、電極配線パターンを描画したフォトマスク５、６を用い、水晶基板１の表面１ａおよび裏面１ｂに所望の電極配線パターンを露光した。このとき露光量は電極配線パターンの転写精度を向上させるため４００ｍＪに設定した（図２（ｂ））。
【００３９】
（側面上の電極のパターニング）
次に、水晶基板１の側面１ｃ、１ｄのみが露光できるような開口８ａを有する一組の側面電極パターン用フォトマスク８Ａ、８Ｂを設置した（図３（ｂ）、図３（ｃ）参照）。基板１の側面１ｃ、１ｄに所望のパターンを表裏両面から順に露光した。このときの露光量は、側面に塗布したフォトレジストが十分に感光可能な露光量とする必要があるため、表裏面のレジスト膜の露光量より５倍大きい２０００ｍＪに設定した。次にレジスト現像液に５分間浸漬し、前工程で露光した振動子表面、裏面、側面のレジストを現像除去した（図４参照）。
【００４０】
（導電性膜のエッチング）
次に、電極金属であるＡｕとＣｒをエッチング除去するため、硝酸第二セリウムアンモニウムと塩酸と過塩素酸の混合液に３０秒浸漬した。この結果、図７に示すような側面電極パターンが形成された水晶振動子を得た（図５（ｂ）、図５（ｃ）参照）。
【００４１】
次いで、側面に塗布したフォトレジストを露光するときの露光量を４０００ｍＪに設定し、上記と同様の実験を行った。この結果、図８に示すような側面電極パターンが形成された水晶振動子を得た（図５（ｂ）、図５（ｃ）参照）。図７の例と比べて、電極間ギャップの輪郭が一層鮮明になっている。前記露光量が６０００ｍＪのときにもほぼ同様の結果を得た。ただし、前記露光量が１００００ｍＪになると、サイドエッチングが大きくなり、電極間ギャップの精度が低下する傾向が見られた。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動子の少なくとも側面に所定パターンの電極を形成する方法であって、振動子を小型化しても高精度で電極パターンを形成するための方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、基板１を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、基板１上に形成された導電性膜３を示す断面図であり、（ｃ）は、基板１の側面１ｃ（１ｄ）上に形成された導電性膜３を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、基板１上に形成された導電性膜３およびレジスト膜４を示す断面図であり、（ｂ）は、基板１上に表面および裏面電極パターニング用のマスク５、６を設置した状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、マスク５、６によりパターニングされたレジスト膜４Ａの形状を示す断面図であり、（ｂ）は、基板１上に側面電極パターニング用のマスク８Ａ、８Ｂを設置した状態を示す断面図であり、（ｃ）は、基板１の側面付近の平面図である。
【図４】（ａ）は、現像後のレジスト膜４Ｂを示す断面図であり、（ｂ）は、振動子の側面上のレジスト膜４Ｂおよびレジスト膜の開口９を示す側面図である。
【図５】（ａ）は、レジスト膜４Ｂを用いてエッチングされた導電性膜３Ａを示す断面図であり、（ｂ）は、レジスト膜４Ａが除去された電極３Ａ付きの基板１を示す断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の振動子の側面図である。
【図６】側面１ｃ、１ｄ側に突起１ｇを有する振動子にマスク８Ａ、８Ｂを設置した状態を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の実施例（露光量２０００ｍＪ）によって形成された振動子側面の電極パターンを示す光学顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例（露光量６０００ｍＪ）によって形成された振動子側面の電極パターンを示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 基板 １ａ 表面（主面） １ｂ 裏面（主面） １ｃ、１ｄ 外側側面 １ｅ、１ｆ 開口に面する側面 ２Ａ、２Ｂ 基板１の開口 ３ 導電性膜 ４ レジスト膜（未露光） ４Ａ 表面および裏面電極パターンに対応するレジスト膜４Ｂ 表面、裏面および側面電極パターンに対応するレジスト膜 ５、６ 表面および裏面電極パターニング用ののマスク ５ａ、６ａ表面および裏面電極パターンに対応するマスク開口 ７Ａ、７Ｂ 表面および裏面電極パターンに対応するレジスト膜開口 ８Ａ、８Ｂ 側面パターニング用マスク ９ 側面電極パターンに対応するレジスト膜開口 １０Ａ、１０Ｂ 表面および裏面電極パターンに対応する導電性膜開口 １０Ｃ 側面電極パターンに対応する導電性膜開口 Ａ 表面のレジスト膜露光 Ｂ 裏面のレジスト膜露光 Ｃ、Ｄ 側面のレジスト膜露光

Claims (4)

1. 電極を備える振動子の製造方法であって、
   一対の主面と一対の側面とを有する振動子用基板であって、前記一対の側面にそれぞれ突起が形成されている振動子用基板を準備する工程；
   前記振動子用基板の一対の前記主面および一対の前記側面に導電性膜を形成するのに際して、前記突起上にも前記導電性膜を形成する導電性膜形成工程；
   前記導電性膜上にレジスト膜を形成するのに際して、前記突起上の前記導電性膜上にもレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程；
   開口を有するマスクを前記一対の主面上にそれぞれ設置し、前記各開口から前記側面上の前記レジスト膜に照射光を露光してこのレジスト膜をパターニングするのに際して、前記照射光を前記突起上の前記レジスト膜にも照射するパターニング工程；および
   前記各側面上の前記導電性膜をエッチングで除去することによって前記主面上の電極間のギャップを前記側面に形成する電極成形工程
   を有することを特徴とする、振動子の製造方法。
2. 前記基板の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記レジスト膜の厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記主面上のレジスト膜を露光するときの照射光量に対する前記側面上の前記レジスト膜を露光するときの照射光量の比率が１．５倍以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。

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