JP4502219B2 - 音叉型水晶振動子素子の製造方法 - Google Patents

音叉型水晶振動子素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、音叉型水晶振動子素子の製造方法に係り、特に股部における電極のショートを無くし、歩留まりを向上させることができる音叉型水晶振動子素子の製造方法に関する。
[先行技術の説明:図3]
一般的な音叉型水晶振動子素子の構成について図3を使って説明する。図3は、一般的な音叉型水晶振動子素子の概略構成図である。
図3に示すように、一般的な音叉型水晶振動子素子は、水晶の単結晶を切り出されて形成されており、基部10と、基部10から突出した2本の腕部11及び12とから構成されている。
そして、基部10の表面部及び裏面部には、金属膜から成る電極13及び14が形成されている。ここでは、表面部のみを示しているが、裏面部も同様に形成されているものである。
腕部11の水晶17の表面部及び裏面部には、基部10に近い部分に溝部が形成され、溝部には金属膜から成る電極15が設けられている。
同様に、腕部12の水晶18の表面部及び裏面部には、溝部及び電極16が形成されている。また、電極15及び16は、腕部11,12の外側面部及び内側面部にも形成されている。
このように、腕部11及び12には表面部及び裏面部に溝部が設けられているため、図示は省略するが、腕部11及び12の断面は略H字型となっている。
更に、腕部11の基部10とは反対側の端部方向には、水晶17の表面部及び裏面部に金属膜から成る錘調整膜19が設けられている。同様に、腕部12の水晶18の表面部及び裏面部には錘調整膜20が設けられている。
そして、上記音叉型水晶振動子素子は、基部の電極13及び14を介して電圧が印加されると、腕部11及び12が振動して、例えば32.768kHz等の所定の周波数を発振するものである。
[ショート不良について:図4]
ところで、上記音叉型水晶振動子素子は、微細化に伴い、腕部11及び12の付け根部分においてショート不良が発生しやすい。
上記ショート不良について図4を用いて具体的に説明する。図4は、図3のA−A′部分にショート不良が発生した場合の模式断面説明図である。
図4に示すように、腕部11及び12の付け根部分(股部30)は、基部10から腕部11及び12が形成されている。そして、腕部11の内側面部には電極15が設けられ、腕部12の内側面部には電極16が形成されている。
音叉型水晶振動子素子では、一般的に水晶基板の表と裏とで同一の電極及び配線の外形パターンを用いてパターニングを行っており、股部30において電極配列が交差している。そのため、股部30におけるパターンは非常に複雑になる。尚、図4では、説明を簡単にするために単純化して示している。
従来の電極15及び16を形成する工程について簡単に説明する。
まず、水晶基板上において、機械加工やフォトリソグラフィ/エッチングによって音叉型に加工し、更に腕部11及び12の溝部を形成した後、電極となる金属膜を真空蒸着又はスパッタリングによって形成する。
そして、金属膜上に塗布したレジストをフォトリソグラフィによって所望のパターンに露光現像した後、エッチングにより当該レジストパターンをマスクとして金属膜をパターニングする。その後、レジストを剥離して電極15及び16が形成される。従来の音叉型水晶振動子素子の製造方法では、このようにして電極15及び16が形成されている。
ところで、股部30部分は、腕部11及び12によって挟まれた狭い領域であり、更に上述したようにパターンが複雑であるため、他の領域に比べてレジストの露光及び現像が不足し易く(アンダーになり易く)、また、同様に、金属膜のエッチングもアンダーになり易い。
そのため、図4に示すように股部30においては金属膜のエッチング残り31が発生し易く、電極15及び16間でショートしてしまう。
[先行技術文献]
尚、音叉型水晶振動子に関する先行技術としては、特開2001−085963号公報(特許文献1)、特開平08−139337号公報(特許文献2)、特開2003−133875号公報(特許文献3)、特開2005−134364号公報(特許文献4)がある。
特許文献1には、音叉型水晶振動子の製造方法において、700nm以下のレーザを腕部の中間に照射して金属被膜を取り除くトリミング加工を行って、周波数調整を行う構成が記載されている。
特に、特許文献1には、水晶ウエハから切り離された個々の圧電振動片(水晶振動子素子)をパッケージに封止した状態で、加工装置から金属被膜部分にレーザ光を照射して、金属を蒸発させて除去することが記載されている。
また、特許文献2には、半導体装置の作成方法において、シリサイドを形成するための金属被膜を形成し、金属被膜を活性層と選択的に反応させて活性層中に選択的にシリサイド領域を形成し、未反応の金属被膜を除去する工程を含む構成が記載されている。
特許文献3には、音叉型水晶振動子の製造方法において、レーザを照射して、金属被膜に対応するフォトマスクのパターンを形成する構成が記載されており、特許文献4には、音叉型水晶振動子の製造方法において、レーザを腕の分割部に照射して金属被膜を取り除く構成が記載されている。
特開2001−085963号公報 特開平08−139337号公報 特開2003−133875号公報 特開2005−134364号公報
しかしながら、従来の音叉型水晶振動子素子の製造方法では、腕部の付け根に相当する股部においてショート不良が発生しやすいという問題点があった。
また、ショートを防ぐには、プロセス精度を向上させる必要があり、製造コストが増大するという問題点があった。
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、現行の製造プロセスに簡単な工程を追加するだけで、股部におけるショートの発生を防ぎ、歩留まりを大幅に向上させることができる音叉型水晶振動子素子の製造方法を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子の製造方法であって、金属電極パターン形成後に、腕部の付け根部分に相当する股部にレーザ照射を行う工程を備えたことを特徴としている。
また、本発明は、上記音叉型水晶振動子素子の製造方法において、股部の中央部の基部を一部削り取るようレーザ照射を行うことを特徴としている。
また、本発明は、上記音叉型水晶振動子素子の製造方法において、複数の音叉型水晶振動子素子が水晶ウエハ面内に配列されている状態において、水晶ウエハ面に対して略垂直の方向から、配列されている複数の音叉型水晶振動子素子にレーザ照射を行うことを特徴としている。
また、本発明は、上記音叉型水晶振動子素子の製造方法において、照射するレーザの波長が、1064nm以下であることを特徴としている。
また、本発明は、上記音叉型水晶振動子素子の製造方法において、照射するレーザの光径が、5μm以上90μm未満であることを特徴としている。
また、本発明は、上記音叉型水晶振動子素子の製造方法において、照射するレーザが、YAG、YVO4、YLFのいずれかによって生成されたレーザであることを特徴としている。
また、本発明は、基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子であって、腕部の付け根部分に相当する股部の中央部の基部に、レーザによって基部の厚み方向の表面の一部が削り取られて、えぐられた状態で当該厚み方向に貫通して形成されたレーザ照射痕があることを特徴としている。
また、本発明は、基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子であって、腕部の付け根部分に相当する股部の中央部の基部に、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングされた金属電極パターンのエッチング残りの残留金属をレーザによって削り取って除去したレーザ照射痕があることを特徴としている。
また、本発明は、水晶振動子において、上記音叉型水晶振動子素子がパッケージに収納されていることを特徴としている。
また、本発明は、水晶発振器において、上記水晶振動子と増幅回路とがパッケージに収納されていることを特徴としている。
本発明によれば、金属電極パターン形成後に、腕部の付け根部分に相当する股部にレーザ照射を行う工程を備えた音叉型水晶振動子素子の製造方法としているので、股部における金属膜のエッチング残りをレーザによって除去することができ、股部における電極間のショート不良を防ぐことができ、歩留まりを向上させることができる効果がある。
また、本発明によれば、股部の股中央部の基部を一部削り取るようレーザ照射を行う音叉型水晶振動子素子の製造方法としているので、エッチング残りを確実に除去できると共に、音叉型水晶振動子素子にレーザ照射痕を形成することで、本方法によって処理された音叉型水晶振動子素子を識別することができる効果がある。
また、本発明によれば、複数の音叉型水晶振動子素子が水晶ウエハ面内に配列されている状態において、水晶ウエハ面に対して略垂直の方向から、配列されている複数の音叉型水晶振動子素子にレーザ照射を行う音叉型水晶振動子素子の製造方法としているので、ウエハプロセス内で効率よくレーザ照射を行うことができ、従来のプロセスを大幅に変更したりプロセス精度を向上させることなく、股部におけるショート不良を防ぎ、歩留まりを向上させることができる効果がある。
[発明の概要]
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子素子の製造方法は、基部と、基部から突出した2本の腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子の製造方法であって、金属膜を形成し、フォトリソグラフィ/エッチングにより金属電極パターンを形成した後、腕部の付け根に相当する股部にレーザ照射を行うものであり、股部における金属膜のエッチング残りがあってもレーザ照射により残留金属膜を蒸発させて除去することができ、電極間のショートを防ぐことができるものである。
また、本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子素子の製造方法は、ウエハプロセスにおいて、水晶ウエハ上に配列された複数の音叉型水晶振動子素子に対して、股部にレーザ照射を行うものであり、現行の工程にレーザ照射の工程を加えるだけで、プロセスの大幅な変更をしなくても股部のショート不良をなくし、歩留まりを向上させることができるものである。
[実施の形態の製造方法:図1,図2]
図1は、本発明の実施の形態に係る音叉型水晶発振子素子の製造方法(本方法)の特徴を示す説明図であり、(a)はレーザ照射前の股部、(b)はレーザ照射後の股部の模式説明図である。また、図2は、レーザ照射後の股部の模式断面説明図である。尚、図3、図4と同様の構成を持つ部分については同一の符号を付して説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る音叉型水晶振動子素子の製造方法は、音叉型に加工した水晶基板の両面に、金属配線材及び電極材となる金属膜を形成し、当該金属膜をパターニングして水晶基板の両面に配線パターンを形成した後、腕部11,12の付け根に相当する股部30にレーザ光を照射する処理を行うものである。
本方法について具体的に説明する。
まず、Z−cut水晶板(厚み:100μm〜150μm)を基部10と2本の腕部11,12を備えた音叉型に加工する。加工には、機械加工や、フォトリソグラフィとエッチングの組合せの技術が用いられる。更に、腕部11,12の溝部を機械加工又はフォトリソグラフィ/エッチングで形成する。
そして、音叉型に加工された水晶基板の両面に蒸着又はスパッタリングにより金属膜を形成する。金属膜としては、例えば、下段に水晶との密着性のよいクロム(Cr)、上段に金(Au)を用いて2層に形成された金属膜が形成される。
そして、金属膜の上層に感光性のレジストを塗布し、フォトリソグラフィ/エッチングによって金属膜を所望の電極や配線の形状にパターニングする。このとき、本方法では後でレーザ照射によって股部30のエッチング残りを除去するので、フォトリソグラフィやエッチングにおけるプロセス精度は従来と同程度で十分であり、パターニング工程を従来と同様に行うことができるものである。
そして、レジスト剥離後、本方法の特徴である股部30へのレーザ照射を行う。
これにより、図4に示したエッチング残り31が発生していたとしても、図2に示すように、股部30に残留している金属膜を蒸発させて除去することができ、従来と同程度のプロセス精度であっても電極15,16間のショートを防ぐことができるものである。
その他の製造工程は従来と同様である。
[レーザ照射痕 図1(b)]
特に、本方法の特徴として、図1(a)(b)に示すように、レーザ照射する位置は、股部30の中央部付近であって、残留金属31のみに当たるように照射するのではなく、その付近の基部10にも照射されるようにして、残留金属を確実に除去するものである。
このようにレーザを基部10にも当たるように照射することによって、残留した金属膜だけでなく、図1(b)に示すように、股部30付近の基部10の一部がレーザによって削り取られて、えぐれ部状のレーザ照射痕32が形成されるものである。つまり、股部30の基部10にレーザ照射痕32がある音叉型水晶振動子素子は、本方法によって製造されたものであると認められるものである。
[ウエハプロセス]
音叉型水晶振動子素子を製造する際には、水晶ウエハ上で複数の音叉型水晶振動子素子を一括して製造するものであり、水晶ウエハ上において音叉型に切り出された複数の水晶片が配列された状態で、金属膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって金属電極及び配線パターンを形成した後、個々の音叉型水晶振動子素子を水晶ウエハから切り離すようになっている。
そして、上述したように、本方法は、水晶ウエハから個々の音叉型水晶振動子素子を切り離す前のウエハプロセスにおいてレーザ照射の処理を施すものである。レーザ照射は、ウエハ面に対してほぼ垂直の角度で照射する。これにより、ウエハ上に特定の間隔で複数配列された音叉型水晶振動子素子の股部30に順次レーザ照射を行うことができ、レーザ照射の際の位置合わせを容易にし、処理を迅速に行うことができるものである。
つまり、本方法では、同一の水晶ウエハ面内の全ての音叉型水晶振動子素子に対して同じようにレーザ照射の処理を行うものであり、実際に個々の音叉型水晶振動子素子にショートがあるか否かを判断して、照射の有無を決定するものではない。
これにより、レーザ照射の処理を迅速に行うことができるものである。
[レーザ光]
上述したように、本方法では、ウエハプロセス中で全ての素子に対して同じレーザ照射を施すため、エッチング残りを確実に除去し、且つエッチング残りのない基部10照射しても振動子の動作特性に影響がない程度の波長、及び光径を選択することが必要である。
本方法では、レーザ光として、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザ(波長1064nm)、YVO4(イットリウム・バナデート)レーザ(波長1047、1053nm)、YLF(リチウム・イットリウム・フロライド)レーザ(波長1064nm)を用いることが可能である。他のレーザ光でも構わないが、波長が1065nm以下であることが望ましい。
レーザ光の光径は、微小な音叉型水晶振動子素子に照射して、金属膜のエッチング残りを確実に除去すると共に、音叉型水晶振動子素子の動作に影響を与えないようにするため、5〜90μmとすることが望ましい。
レーザの種類や光径は、音叉型水晶振動子素子の形状や大きさに応じて適宜選択可能である。
[実施の形態の効果]
本発明の実施の形態に係る音叉型水晶振動子素子の製造方法によれば、音叉型に加工された水晶基板上に蒸着又はスパッタリングにより金属膜を形成して、フォトリソグラフィ/エッチングにより当該金属膜を所望の電極及び配線の形状にパターニングした後、股部30にレーザ照射の処理を施すようにしているので、股部30に金属膜のエッチング残りがあっても、レーザ照射で残留金属膜を除去することができ、股部30における電極間のショート不良を無くすことができ、歩留まりを向上させることができる効果がある。
また、本方法によれば、レーザ照射を、音叉型水晶振動子素子を水晶ウエハから切り離す前のウエハプロセス内において行うようにしているので、従来の製造工程にレーザ照射の工程を入れるだけでよく、プロセス精度の向上が不要となり、プロセスを大幅に変更することなくショート不良を無くして歩留まりを改善することができる効果がある。
また、本方法によれば、ウエハ面に対して略直交する方向から、股部30の基部10を一部削り取るようにレーザ照射するようにしているので、エッチング残り31を確実に除去することができると共に、製造後であっても、股部30にレーザによってえぐられたレーザ照射痕32が残ることによって、本方法によって処理された音叉型水晶振動子素子を識別することができる効果がある。
更に、本方法によって製造された音叉型水晶振動子素子をセラミックパッケージに収納して水晶振動子を製造することが可能であり、また、本素子を用いた水晶振動子と、増幅回路等を備えた発振回路とを組み合わせて、パッケージに収納することにより水晶発振器を製造してもよい。
本発明は、股部における電極のショートを無くし、歩留まりを向上させることができる音叉型水晶振動子素子の製造方法に適している。
本発明の実施の形態に係る音叉型水晶発振子素子の製造方法の特徴を示す説明図であり、(a)はレーザ照射前の股部、(b)はレーザ照射後の股部を示す模式説明図である。 レーザ照射後の股部の模式断面説明図である。 一般的な音叉型水晶振動子素子の概略構成図である。 図3のA−A′部分にショート不良が発生した場合の模式断面説明図である。
符号の説明
10…基部、 11,12…腕部、 13,14…電極、 15,16…電極、 17,18…水晶、 19,20…錘調整膜、 30…股部、 31…エッチング残り、 32…レーザ照射痕

Claims (10)

  1. 基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子の製造方法であって、
    金属電極パターン形成後に、前記腕部の付け根部分に相当する股部にレーザ照射を行う工程を備えたことを特徴とする音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  2. 股部の中央部の基部を一部削り取るようレーザ照射を行うことを特徴とする請求項1記載の音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  3. 複数の音叉型水晶振動子素子が水晶ウエハ面内に配列されている状態において、前記水晶ウエハ面に対して略垂直の方向から、前記配列されている複数の音叉型水晶振動子素子にレーザ照射を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  4. 照射するレーザの波長が、1064nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  5. 照射するレーザの光径が、5μm以上90μm未満であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  6. 照射するレーザが、YAG、YVO4、YLFのいずれかによって生成されたレーザであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の音叉型水晶振動子素子の製造方法。
  7. 基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子であって、
    前記腕部の付け根部分に相当する股部の中央部の基部に、レーザによって前記基部の厚み方向の表面の一部が削り取られて、えぐられた状態で当該厚み方向に貫通して形成されたレーザ照射痕があることを特徴とする音叉型水晶振動子素子。
  8. 基部と、基部から突出して形成されている腕部とを備えた音叉型水晶振動子素子であって、
    前記腕部の付け根部分に相当する股部の中央部の基部に、フォトリソグラフィとエッチングでパターニングされた金属電極パターンのエッチング残りの残留金属をレーザによって削り取って除去したレーザ照射痕があることを特徴とする音叉型水晶振動子素子。
  9. 請求項7又は8記載の音叉型水晶振動子素子がパッケージに収納されていることを特徴とする水晶振動子。
  10. 請求項記載の水晶振動子と増幅回路とがパッケージに収納されていることを特徴とする水晶発振器。
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