JP4664700B2

JP4664700B2 - 振動体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4664700B2
Application number: JP2005037094A
Authority: JP
Inventors: 泉山本
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006229271A

Description

この発明は水晶等からなる振動体に電極を形成する振動体デバイスの製造方法に関する。

近年、電子機器のタイムスタンダード等として使用される振動子や、振動体を用いて加速度や角速度などの物理量のセンシングを行うセンサーなどの振動体デバイスに対しては、これが使用される電子機器の小型化に伴い、振動体デバイスのサイズも小型のものが要求されている。この要求に伴い、水晶ウエハをエッチングによって形成した振動体を用いる振動体デバイスが広く使用されている。このような振動体デバイスは図１０のような工程により製造される（例えば、特許文献１、図１参照）。

図１０は従来の振動体デバイス、特に２本の脚を有する音叉を振動体として用いる振動体デバイスの製造工程を示す工程図である。まず、十分平滑に表面を研磨した水晶基板１０１の表裏面に、Ｃｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５からなる金属膜を蒸着あるいはスパッタリング等で付着する（図１０（ａ））。次にフォトレジストを塗布、乾燥させフォトレジスト層１０７を形成し、振動体外形を露光、現像して、不必要な部分のフォトレジスト層１０７を除去する（図１０（ｂ））。フォトレジスト層１０７を除去した部分のＡｕ膜１０５、Ｃｒ膜１０３を順次エッチングにより除去し、金属膜からなり振動体の外形を形成するためのマスクを形成する（図１０（ｃ））。

続いて、フッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液に浸漬し水晶をエッチングして振動体外形を形成する（図１０（ｄ））。フォトレジスト層１０７を除去した後、スパッタリング等で水晶基板１０１の表裏面全面及び側面に、電極膜となるＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５を付着した上、フォトレジストを塗布し、フォトレジスト層１０７を形成する（図１０（ｅ））。この際、フォトレジストを振動体の側面部分にも塗布する必要があり、通常のスピンコート法では塗布できないので、フォトレジストをスプレーし小さな粒子とした中に基板を通過させるスプレーコート法、フォトレジスト中に基板を浸漬し引き上げるディップ法あるいは金属膜を電極として電着フォトレジストを利用して塗布する電着法などによって塗布を行う。

電極パターンを露光現像し、不要な部分のフォトレジスト層１０７を除去、更にこれをマスクとしてＡｕ膜１０５、Ｃｒ膜１０３をエッチングして所定の形状の電極を形成し（図１０（ｆ））、最後にフォトレジスト層１０７を除去して振動体が完成する。この振動体を適宜、セラミックからなるパッケージ内部へ実装し、封止することにより振動体デバイスが完成する。

特許文献１には、最初に付着した金属膜を除去せずに、さらにその上から電極膜となるＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５を付着している例が示されているが、図１１に示すように振動体外形を形成した後、マスクとして利用した金属膜を除去し（図１１（ａ））、その後、スパッタリング等で振動体の表裏面全面及び側面に、電極膜となるＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５を付着した上、フォトレジストを塗布しフォトレジスト層１０７を形成し（図１１（ｂ））、その後、電極パターンを露光現像し、不要な部分のフォトレジスト層１０７を除去、更にこれをマスクとしてＡｕ膜１０５、Ｃｒ膜１０３をエッチングして所定の形状の電極を形成することも行われている（図１１（ｃ））。この際、電極パターン形成に用いるフォトレジストの塗布方法は先に示した従来例と同様にスプレーコート法、ディップ法あるいは電着法を用いて行う。

特開昭５９−５４３０９号公報（１頁〜２頁、図１）

しかしながら、上述のような従来の製造方法では以下のような課題があった。水晶基板１０１の表裏面全面及び側面に電極膜となるＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５を付着した上に全面にフォトレジストを塗布しているため、フォトレジスト層１０７がＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５上に完全に形成されてしまう。この結果、水晶基板１０１やＣｒ膜１０３、Ａｕ膜１０５上に形成された形状を視認するときには、厚いフォトレジスト層１０７を通して視認しなければならないため形状を正確に認識できないという課題があった。特に、水晶基板１０１に電極パターンの露光の際に用いられるアライメントマーク１０９が形成されている場合には、次のような問題がある。

図１２は電極パターンの露光の際に用いられるアライメントマーク１０９を示す図であり、図１２（ａ）は水晶基板１０１の全体を示した斜視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ線で切った時の断面図である。電極パターンの露光を行う際に、マスクとの位置合わせを行うために用いられるアライメントマーク１０９は、その前工程である水晶エッチング工程により図１２（ｂ）に示す様にアライメントマーク１０９がハーフエッチングされて彫り込まれた状態にある。この部分にフォトレジストが塗布されるため、図１３に示すようにアライメントマーク１０９の輪郭は、厚いフォトレジスト層１０７を通して見る状態になりアライメントマーク形状の輪郭が不明瞭となり、位置決め精度が低下してしまうという課題があった。

図１４はアライメントマーク１０９を露光機のカメラで観察した際の輝度をフォトレジスト層１０７がある場合と無い場合で比較した図であるが、フォトレジスト層１０７があるためにアライメントマーク１０９の輪郭が不明瞭になっているのがわかる。

本発明は上記従来の振動体デバイスの製造方法における課題を解決するためになされたものであり、基板上に形成された形状を高精度に視認できる振動体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の振動体デバイスの製造方法は、基板に振動体とともにアライメントマークを形成するエッチング工程と、前記基板の前記振動体を含む第１の領域と前記アライメントマークを含む第２の領域に、互いに分離した電極用金属膜をそれぞれ形成する電極用金属膜形成工程と、前記第１の領域に形成した前記電極用金属膜にのみ電圧を印加した状態で、前記第１の領域に形成した前記電極用金属膜に電着フォトレジストを付着する電着フォトレジスト付着工程と、前記アライメントマークを用いてマスクの位置合わせを行い、前記電着フォトレジストに電極パターンを露光し、現像して振動体に電極を形成する電極形成工程と、を有することを特徴とする。

また、前記アライメントマークの外形は、前記第２の領域の外形と異なる形状であることを特徴とする。

また、前記第２の領域には、管理用の管理マークが設けられていることを特徴とする。

また、前記電極用金属膜形成工程は、前記基板の一部分をマスクで覆い、前記電極用金属膜が付着しない部分を形成することにより、前記第１の領域と前記第２の領域のそれぞれに付着した前記電極用金属膜を互いに分離することを特徴とする。

また、前記電極用金属膜形成工程は、前記基板に前記電極用金属膜を付着した後に前記電極用金属膜の一部を剥離することにより、前記第１の領域と前記第２の領域のそれぞれに付着した前記電極用金属膜を互いに分離することを特徴とする。

（作用）
本発明によれば、第２の領域は電圧が印加されないためにフォトレジストが付着せず、第２の領域に形成された形状を視認するときに、形状を正確に認識することができる。

特に、第２の領域にアライメントマークが設けられている場合には、このアライメントマークの輪郭が明瞭となるため、電極パターンの位置決め精度が向上し、精度の良い電極パターンを得ることができる。その結果、バラツキの少ない良好な性能を有する振動体デバイスを得ることができる。

また、第２の領域に管理マークが設けられている場合には、管理マークが明確に認識できるので振動体デバイスを管理する上で作業性が良い。

本発明によれば、基板上に形成された形状を高精度に視認できる振動体デバイスの製造方法を提供することができる。その結果、製造上のバラツキが少なくなり、良好な性能を有する振動体デバイスを得ることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１、図２は、本発明の振動体デバイス、特に２本の脚を有する振動体を用いた振動体デバイスの製造工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように水晶基板１を板状に加工する。次に、水晶基板１の表裏両面に蒸着またはスパッタリングによって下地層の金属膜としてＣｒ膜３を５００Å程度成膜し、続いてその上に表面層の金属膜としてＡｕ膜５を１０００Å程度積層し成膜する（図１（ｂ））。Ｃｒ膜３はＡｕ膜５と水晶基板１との密着性を向上させる中間層として作用する。またＡｕ膜５は後ほど水晶をエッチングする際に用いるフッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液に対する耐蝕膜として作用する。

次にＡｕ膜５の表面にフォトレジストを塗布し、かつ乾燥させてフォトレジスト層７を形成する（図１（ｃ））。フォトレジストとしては例えばポジ型フォトレジストである東京応化製のＯＦＰＲを用いる。振動体の外形のフォトマスクを用いて露光、現像し、振動体の外形の内側にフォトレジスト層７が残るようにし、外側のＡｕ膜を露出させる（図１（ｄ））。この際、後に電極パターンの位置決めに使用されるアライメントマークも露光、現像される。次に、露出されたＡｕ膜５、Ｃｒ膜をエッチングし除去する（図２（ｅ））。このとき、同時にアライメントマーク９部のＡｕ膜、Ｃｒ膜もエッチングされ除去される（図３）。

次に水晶用のエッチング液である、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を用いて、エッチングを行い、振動体の外形を形成する（図２（ｆ））。図３に示すように、アライメントマーク９部はこの工程でハーフエッチングされ、断面が図３に示す様に彫り込まれた
状態になる。続いて、残存するフォトレジスト層７を剥離した後、Ａｕ膜５、Ｃｒ膜３を全てエッチングして除去する（図２（ｇ））。

次に、電極の形成工程について図４を用いて説明する。まず、振動体の表裏面および側面に電極用金属膜１１をスパッタリング等で形成する（図４（ａ））。電極用金属膜１１としては例えば下地層をＣｒ膜３、表面層をＡｕ膜５とした積層膜を用いる。この際、図５に示すようなアライメントマーク９の周囲を遮蔽するような遮蔽マスク１３を水晶基板１の上に被せて電極用金属膜１１を形成する。図５では遮蔽マスク１３と水晶基板１とを離して描いているが、これは説明のためであり、実際には遮蔽マスク１３と水晶基板１は密着させて用いる。

このようにすると、形成される電極用金属膜１１は図６のように、アライメントマーク９を含む第２の領域１０と、第２の領域１０を除く領域であって電圧が印加される第１の領域８を電気的に分離することができる。ここに示した例では図６に示すように、アライメントマーク９の外形を円形とし、アライメントマーク９を含む第２の領域１０の外形を矩形としたが、これらの形状は任意に選択することができる。しかしながら、露光機でアライメントマーク９を自動認識する際に、誤認識することがないようにするために、アライメントマーク９の外形と第２の領域１０の外形の形状は図６に示した例の様に、異なる形状にすることが望ましい。

次に電極用金属膜１１を電極として電着フォトレジスト１５を付着する。第２の領域１０は第１の領域８と電気的に分離されているので、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように第２の領域１０には電圧が印加されないために電着フォトレジスト１５は形成されず、第１の領域８のみに電着フォトレジスト１５が形成される。図７（ａ）は水晶基板１全体を示した図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したＢ−Ｂ線での第２の領域１０及びアライメントマーク９付近の拡大断面図である。振動体の断面は図４（ｂ）に示す様に、表面のみでなく側面部も立体的に電着フォトレジスト１５が形成される。

次に電極マスク１２にあるマスク側アライメントマーク１４と水晶基板１上のアライメントマーク９とを用いて、位置合わせを行い、電極パターンを露光、現像し、電極を形成しない部分に相当する部分の電着フォトレジスト１５を除去する（図４（ｃ））。表面に露出した部分の電極用金属膜１１をエッチングにより除去し（図４（ｄ））、電着フォトレジスト１５を剥離すれば振動体が完成する（図４（ｅ））。完成した振動体を適宜、セラミックからなるパッケージ内部に実装すれば、振動体デバイスが完成する。

本発明を用いれば、電着フォトレジストがアライメントマーク上に形成されないので、アライメントマークの輪郭が明確に見えるため、電極パターンのアライメント精度が向上する。図８は本発明による方法と従来の方法による電極パターンの位置決め精度を比較した図であり、多数の水晶基板について、位置ずれ量を測定した分布図である。本発明による方法では、従来の方法より、位置決め精度が向上しているのがわかる。

以上では、電極用金属膜の形成時に遮蔽マスク１３を用いてアライメントマーク９を含む第２の領域１０と第２の領域を除く第１の領域とを電気的に分離する方法を示したが、全面に電極用金属膜を形成した後に、アライメントマーク９の周囲の電極用金属膜をエッチングで化学的に除去しても良いし、また、ダイヤモンドペンや鉄筆などを用いて物理的に除去し、第２の領域１０と第１の領域８とを電気的に分離する方法をとっても同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図を用いて説明する。図９は水晶基板１の周縁
部に管理マーク１７を設けたものである。管理マーク１７は電極パターンの露光の際に露光機で水晶基板の種類と個体を自動識別し、生産管理に用いる目的で設けられている。本実施形態では、説明する上で管理マーク１７として数字の２を用いたが、その他の文字でも構わない。

図１、図２は、本発明の振動体デバイス、特に２本の脚を有する振動体を用いた振動体デバイスの製造工程を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように水晶基板１を板状に加工する。次に、水晶基板１の表裏両面に蒸着またはスパッタリングによって下地層の金属膜としてＣｒ膜３を５００Å程度成膜し、続いてその上に表面層の金属膜としてＡｕ膜５を１０００Å程度積層し成膜する（図１（ｂ））。Ｃｒ膜３はＡｕ膜５と水晶基板１との密着性を向上させる中間層として作用する。またＡｕ膜５は後ほど水晶をエッチングする際に用いるフッ酸とフッ化アンモニウム溶液の混合液に対する耐蝕膜として作用する。

次にＡｕ膜５の表面にフォトレジストを塗布し、かつ乾燥させてフォトレジスト層７を形成する（図１（ｃ））。フォトレジストとしては例えばポジ型フォトレジストである東京応化製のＯＦＰＲを用いる。振動体の外形のフォトマスクを用いて露光、現像し、振動体の外形の内側にフォトレジスト層７が残るようにし、外側のＡｕ膜を露出させる（図１（ｄ））。この際、管理マークも露光、現像される。次に、露出されたＡｕ膜５、Ｃｒ膜をエッチングし除去する（図２（ｅ））。このとき、同時に管理マーク１７のＡｕ膜、Ｃｒ膜もエッチングされ除去される。

次に水晶用のエッチング液である、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合液を用いて、エッチングを行い、振動体の外形を形成する（図２（ｆ））。管理マーク１７はこの工程でハーフエッチングされ、断面が彫り込まれた状態になる。続いて、残存するフォトレジスト層７を剥離した後、Ａｕ膜５、Ｃｒ膜３を全てエッチングして除去する（図２（ｇ））。

次に、電極の形成工程について図４を用いて説明する。まず、振動体の表裏面および側面に電極用金属膜１１をスパッタリング等で形成する（図４（ａ））。電極用金属膜１１としては例えば下地層をＣｒ膜３、表面層をＡｕ膜５とした積層膜を用いる。この際、管理マーク１７の周囲を遮蔽するような遮蔽マスクを水晶基板１の上に被せて電極用金属膜１１を形成する。

このようにすると、形成される電極用金属膜１１は、管理マーク１７を含む第２の領域１０と、第２の領域１０を除く領域であって電圧が印加される第１の領域８を電気的に分離することができる。次に電極用金属膜１１を電極として電着フォトレジスト１５を付着する。第２の領域１０は第１の領域８と電気的に分離されているので、図９に示すように第２の領域１０には電圧が印加されないために電着フォトレジスト１５は形成されず、第１の領域８のみに電着フォトレジスト１５が形成される。振動体の断面は図４（ｂ）に示す様に、表面のみでなく側面部も立体的に電着フォトレジスト１５が形成される。

次に電極マスク１２にあるマスク側アライメントマーク１４と水晶基板１上のアライメントマーク９とを用いて、位置合わせを行い、電極パターンを露光する。この際、管理マーク１７は画像認識により自動的に露光機に識別記憶され、該当する水晶基板がどのような条件で何時露光されたかが記憶される。この記憶されたデータは適宜、ネットワーク等で他のコンピュータに送付され生産管理に用いられる。本発明を用いると、管理マーク１７上に電着フォトレジストが形成されないので、管理マーク１７の形状を正確に認識することができ、認識スピードが向上し作業性が良くなるとともに、誤ったデータが残ることがなく的確な生産管理が可能となる。

その後、現像し電極を形成しない部分に相当する部分の電着フォトレジスト１５を除去する（図４（ｃ））。表面に露出した部分の電極用金属膜１１をエッチングにより除去し（図４（ｄ））、電着フォトレジスト１５を剥離すれば振動体が完成する（図４（ｅ））。完成した振動体を適宜、セラミックからなるパッケージ内部に実装すれば、振動体デバイスが完成する。

以上示した、第１、第２の実施形態においては、基板として水晶を用いて説明したが、本発明は、電着フォトレジストを付着する際に、電圧が印加される第１の領域とこの第１の領域と電気的に分離されている第２の領域に分けることによって、アライメントマーク、管理マーク等を含む第２の領域には電着フォトレジストを付着しないことが大事であり、基板として他の材料を用いても同様の効果を得ることが出来る。他の材料としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト、ほう酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体などの圧電性単結晶やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスがある。

本発明の製造方法による振動体デバイスの製造工程を（ａ）〜（ｄ）図として工程順に示す説明図である。図１の工程に連続する製造工程を（ｅ）〜（ｇ）図として工程順に示す説明図である。本発明の説明に用いる、アライメントマーク部の断面図である。本発明による製造方法による電極の形成工程を示す説明図である。本発明による製造方法による電極用金属膜の形成工程を説明する説明図である。本発明による製造方法による水晶基板上の電極用金属膜の形成状態を示す図である。本発明による製造方法による電着フォトレジストの塗布状態を示す図であり、図（ａ）は水晶基板全体を示す図、図（ｂ）はＢ−Ｂ線で切った時のアライメントマーク部の拡大断面図である。電極パターンの位置ずれ量の分布を本発明による製造方法による場合と、従来の場合を比較した図である。本発明による製造方法の第２の実施形態を示す図である。従来の振動体デバイスの製造工程を工程順に示した説明図である。他の従来の振動体デバイスの製造方法を工程順に示した説明図である。アライメントマーク部の形状を示した図であり、図（ａ）は水晶基板の全体を示した斜視図、図（ｂ）は断面図である。アライメントマーク部にフォトレジスト層が形成された状態を説明する図である。露光機のカメラが捉えた、アライメントマーク部の輝度分布を示す図である。

符号の説明

１、１０１水晶基板
３、１０３Ｃｒ膜
５、１０５Ａｕ膜
７、１０７フォトレジスト層
８第１の領域
９、１０９アライメントマーク
１０第２の領域
１１電極用金属膜
１２電極マスク
１３遮蔽マスク
１４マスク側アライメントマーク
１５電着フォトレジスト
１７管理マーク

Claims

基板に振動体とともにアライメントマークを形成するエッチング工程と、
前記基板の前記振動体を含む第１の領域と前記アライメントマークを含む第２の領域に、互いに分離した電極用金属膜をそれぞれ形成する電極用金属膜形成工程と、
前記第１の領域に形成した前記電極用金属膜にのみ電圧を印加した状態で、前記第１の領域に形成した前記電極用金属膜に電着フォトレジストを付着する電着フォトレジスト付着工程と、
前記アライメントマークを用いてマスクの位置合わせを行い、前記電着フォトレジストに電極パターンを露光し、現像して振動体に電極を形成する電極形成工程と、を有することを特徴とする振動体デバイスの製造方法。
前記アライメントマークの外形は、前記第２の領域の外形と異なる形状であることを特徴とする請求項１に記載の振動体デバイスの製造方法。
前記第２の領域には、管理用の管理マークが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動体デバイスの製造方法。
前記電極用金属膜形成工程は、前記基板の一部分をマスクで覆い、前記電極用金属膜が付着しない部分を形成することにより、前記第１の領域と前記第２の領域のそれぞれに付着した前記電極用金属膜を互いに分離することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の振動体デバイスの製造方法。
前記電極用金属膜形成工程は、前記基板に前記電極用金属膜を付着した後に前記電極用金属膜の一部を剥離することにより、前記第１の領域と前記第２の領域のそれぞれに付着した前記電極用金属膜を互いに分離することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の振動体デバイスの製造方法。