JP6055294B2 - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器などに用いられる圧電素子の製造方法に関し、詳しくはリフトオフ法を用いた製造方法に関する。以下、圧電素子の一例として水晶振動素子を採り上げる。

コンピュータ、携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。そして、水晶振動子や水晶発振器の内部には、水晶振動素子が含まれている。その水晶振動素子の一例として、音叉型屈曲水晶振動素子（以下「振動素子」と略称する。）について説明する。

この振動素子は、基部と、基部から延設された二本の振動腕部と、振動腕部に設けられた溝部と、を備えている。この溝部内に電極を形成するには、溝部内を含めて振動腕部全体に電極膜を付けて、溝部内をフォトレジスト膜で覆い、余分な電極膜をエッチングで除去することにより、フォトレジスト膜で覆った溝部内に電極膜を残す、という方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。ところが、昨今の振動素子の小型化に伴い、溝部もますます狭くなり、溝部内をフォトレジスト膜で覆うことが難しくなってきている。

これとは逆に、溝部内以外をフォトレジスト膜で覆い、溝部内及びフォトレジスト膜上を含めて振動腕部全体に電極膜を付けて、フォトレジスト膜とともに余分な電極膜を除去することにより、フォトレジスト膜で覆わなかった溝部内に電極膜を残す、という方法も知られている（例えば特許文献２参照）。この方法はリフトオフ法と呼ばれる。このリフトオフ法は、ますます狭くなる溝部内をフォトレジスト膜で覆わなくても溝部内に電極を形成できるので、振動素子の更なる小型化にも対応できる技術として期待されている。以下、リフトオフ法を用いた振動素子の製造方法を、関連技術１の製造方法として説明する。

図１０は、関連技術１の製造方法によって得られる振動素子を示す斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。

本関連技術１の振動素子１１０は、基部１１１、振動腕部１１２ａ，１１２ｂ及び溝部１１３ａ，１１３ｂからなる水晶振動片１１５を備えている。水晶振動片１１５には、パッド電極１２１ａ，１２１ｂ、励振電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂが形成されている。

図１１乃至図１４は、本関連技術１の製造方法における各工程を示す断面図である。以下、図１０に図１１乃至図１４を加えて、本関連技術１の製造方法について説明する。

図１１乃至図１４では、図１０におけるXI−XI線縦断面に相当する部分を示し、一方の振動腕部１１２ａ及び基部１１１の振動腕部１１２ａ側を示している。図示しないが、他方の振動腕部１１２ｂ及び基部１１１の振動腕部１１２ｂ側もこれらと同様である。

本関連技術１の製造方法は、次の工程を含む。

圧電効果を有する基板１０１上に耐食膜１０２を成膜しパターン化する第一の耐食膜パターン形成工程（図１１［Ｄ］〜図１１［Ｆ］）。

耐食膜１０２上にフォトレジスト膜１０３ｂのパターンを形成するレジストパターン形成工程（図１２［Ｇ］〜図１２［Ｈ］）。

耐食膜１０２で覆われていない基板１０１の露出部分をウェットエッチングで除去することにより、基部１１１の外形及び振動腕部１１２ａ，１１２ｂの外形を形成する第一の基板エッチング工程（図１２［Ｉ］）。

第一の基板エッチング工程（図１２［Ｉ］）の後に、フォトレジスト膜１０３ｂで覆われていない耐食膜１０２を除去する第二の耐食膜パターン形成工程（図１３［Ｊ］）。

第二の耐食膜パターン形成工程（図１３［Ｊ］）の後に、耐食膜１０２で覆われていない基板１０１の露出部分をウェットエッチングで一定の深さまで除去することにより、溝部１１３ａ，１１３ｂを形成する第二の基板エッチング工程（図１３［Ｋ］）。

第二の基板エッチング工程（図１３［Ｋ］）の後に、基板１０１の露出部分上及びフォトレジスト膜１０３ｂ上に電極膜１０８を形成する電極膜形成工程（図１３［Ｌ］）。

フォトレジスト膜１０３ｂ上に形成された電極膜１０８を、フォトレジスト膜１０３ｂとともに除去するリフトオフ工程（図１４［Ｍ］）。

フォトレジスト膜１０３ｂが除去されたことにより露出した耐食膜１０２を除去する耐食膜除去工程（図１４［Ｎ］）。

以上の各工程について、更に詳しく説明する。

まず、図１１［Ｄ］に示すように、水晶Ｚ板からなる基板１０１の表面及び裏面にクロムからなる耐食膜１０２を形成し、耐食膜１０２の上にフォトレジスト膜１０３ａを形成し、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６にのみにフォトレジスト膜１０３ａが残るようにフォトレジスト膜１０３ａの一部を除去することにより、外形パターニングを行う。

続いて、図１１［Ｅ］に示すように、図１１［Ｄ］でフォトレジスト膜１０３ａが形成されていない部分の耐食膜１０２を、エッチングにより除去する。したがって、耐食膜１０２が除去された部分には、水晶Ｚ板からなる基板１０１が表れることになる。

続いて、図１１［Ｆ］に示すように、図１１［Ｅ］で残っていたフォトレジスト膜１０３ａを全て除去する。

続いて、図１２［Ｇ］に示すように、水晶Ｚ板からなる基板１０１の全面にフォトレジスト膜１０３ｂを形成する。

続いて、図１２［Ｈ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｂの一部を除去する。このとき、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６以外の部分のフォトレジスト膜１０３ｂを除去するだけでなく、溝部となる領域１０５及びパッド電極となる領域１０７のフォトレジスト膜１０３ｂも除去することにより、溝部パターニング及びパッド電極パターニングを行う。このとき、図示しないが、パッド電極１２１ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂとなる領域のフォトレジスト膜１０３ｂも除去する。

続いて、図１２［Ｉ］に示すように、外形エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、振動腕部となる領域１０４及び基部となる領域１０６のみを残してエッチングする。

続いて、図１３［Ｊ］に示すように、溝部となる領域１０５及びパッド電極となる領域１０７の耐食膜１０２を除去する。このとき、図示しないが、パッド電極１２１ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂの耐食膜１０２も除去する。

続いて、図１３［Ｋ］に示すように、溝部エッチングを行う。すなわち、水晶Ｚ板からなる基板１０１において、溝部となる領域１０５を一定の深さにエッチングする。このとき、パッド電極となる領域１０７も同様にエッチングされる。図１０に示すように、パッド電極１２１ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂとなる領域も同様にエッチングされる。

続いて、図１３［Ｌ］に示すように、基板１０１の露出部分上及びフォトレジスト膜１０３ｂ上に電極膜１０８を形成する。

続いて、図１４［Ｍ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｂ上に形成された電極膜１０８を、フォトレジスト膜１０３ｂとともに除去する。この方法は、リフトオフ法と呼ばれる。

最後に、図１４［Ｎ］に示すように、フォトレジスト膜１０３ｂが除去されたことにより露出した耐食膜１０２を除去する。これにより、振動腕部１１２ａ及び溝部１１３ａに励振電極１２２ａ，１２２ｂが形成され、基部１１１にパッド電極１２１ｂが形成される。このとき、図１０に示すように、パッド電極１２１ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂも形成され、振動素子１１０が完成する。

特許第３７２９２４９号公報 特許第４０６０６９９号公報

しかしながら、関連技術１の製造方法では、図１０に示すように、振動素子１１０の必要とする以外の場所にも凹部が形成されることにより電気特性が劣化したり、基部１１１に凹凸が形成されることにより振動素子１１０の実装が難しくなったりする、という問題があった。この問題が発生する理由について、以下に説明する。

パッド電極となる領域１０７には、リフトオフで電極膜１０８を残すためにフォトレジスト膜１０３ｂを設けない（図１３［Ｌ］）。一方、フォトレジスト膜１０３ｂは、その前の工程でも同じ形状のまま、溝部１１３ａを形成するための耐食膜１０２のパターニングに用いられる（図１２［Ｉ］）。そのため、パッド電極となる領域１０７に存在する耐食膜１０２は、フォトレジスト膜１０３ｂで覆われないので、溝部１１３ａを形成するための耐食膜１０２のパターニングで、同時に除去される（図１３［Ｊ］）。その結果、パッド電極となる領域１０７は、溝部となる領域１０５と同様にエッチングされることになる（図１３［Ｋ］）。図１０に示すように、パッド電極１２１ａ、周波数調整用金属膜１２３ａ，１２３ｂ及び配線パターン１２４ａ，１２４ｂとなる領域も、同様である。これにより、図１０に示すように、振動素子１１０に必要以上に凹部が形成されたり、基部１１１に凹凸が形成されたりするのである。

この問題は、前述のとおり、溝部１１３ａを形成するための耐食膜１０２のパターニングに用いたフォトレジスト膜１０３ｂを、パッド電極１２１ｂをリフトオフで形成するためにも、用いることに起因する。そこで、溝部１１３ａを形成するための耐食膜１０２のパターニングに用いるフォトレジスト膜と、パッド電極１２１ｂをリフトオフで形成するためのフォトレジスト膜とを、同じものではなく別々のものにする製造方法（以下「関連技術２の製造方法」という）を採用すれば、このような問題は生じないことになる。しかしながら、本関連技術２の製造方法では、関連技術１の製造方法に比べて、フォトレジスト膜の塗布及び剥離の工程が一回増えることになって製造工程が複雑化するとともに、溝部内をエッチングするためのフォトレジストパターンと溝部内に電極を形成するためのフォトレジストパターンとのアライメント誤差によって溝部内の電極の位置がずれるので電気特性が劣化する、という深刻な問題が新たに発生する。したがって、このような諸問題を有する本関連技術２の製造方法は、採用すべきではない。

そこで、本発明の目的は、溝部を形成するための耐食膜パターニングに用いたフォトレジスト膜を、電極をリフトオフで形成するためにも用いつつ、溝部エッチング時における不要なエッチングを防止し得る、圧電素子の製造方法を提供することにある。

本発明に係る製造方法は、
圧電効果を有する基板上に耐食膜を成膜しパターン化する第一の耐食膜パターン形成工程と、
前記耐食膜上にフォトレジスト膜のパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで除去することにより基部の外形及びこの基部から延設される振動部の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
この第一の基板エッチング工程の後に、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去する第二の耐食膜パターン形成工程と、
この第二の耐食膜パターン形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで一定の深さまで除去することにより前記振動部に溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
この第二の基板エッチング工程の後に、前記基板の露出部分上及び前記フォトレジスト膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、
前記フォトレジスト膜上に形成された前記電極膜を前記フォトレジスト膜とともに除去するリフトオフ工程と、
前記フォトレジスト膜が除去されたことにより露出した前記耐食膜を除去する耐食膜除去工程と、
を含む圧電素子の製造方法において、
前記フォトレジスト膜はポジ型のフォトレジストからなり、
前記レジストパターン形成工程の後から前記電極膜形成工程の前までのいずれかの時に、前記フォトレジスト膜のパッド電極となる領域を露光することにより、露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する工程と、
前記露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する工程の後又は前記第二の耐食膜パターン形成工程の後のいずれか遅い方から前記電極膜形成工程の前までのいずれかの時に、前記露光済み部分を現像する工程と、
を更に含むことを特徴とする。

本発明によれば、外形用のパターンを形成したフォトレジスト膜の一部を露光して露光済み部分を形成しておき、溝部用の耐食膜パターン形成後に露光済み部分を現像することにより、溝部エッチング時に露光済み部分によって保護された部分に電極を形成できる。したがって、本発明によれば、溝部を形成するための耐食膜パターニングに用いたフォトレジスト膜を、電極をリフトオフで形成するためにも用いつつ、溝部エッチング時における不要なエッチングを防止できる。

実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す斜視図である。 図１におけるII−II線縦断面図である。 図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図４［Ａ］、図４［Ｂ］、図４［Ｃ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図５［Ｄ］、図５［Ｅ］、図５［Ｆ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図６［Ｇ］、図６［Ｈ］、図６［Ｉ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図７［Ｊ］、図７［Ｋ］、図７［Ｌ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図８［Ｍ］、図８［Ｎ］、図８［Ｏ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図９［Ｐ］、図９［Ｑ］の順に工程が進行する。 関連技術１の製造方法で得られる振動素子を示す斜視図である。 関連技術１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１１［Ｄ］、図１１［Ｅ］、図１１［Ｆ］の順に工程が進行する。 関連技術１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１２［Ｇ］、図１２［Ｈ］、図１２［Ｉ］の順に工程が進行する。 関連技術１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１３［Ｊ］、図１３［Ｋ］、図１３［Ｌ］の順に工程が進行する。 関連技術１の製造方法における各工程を示す断面図であり、図１４［Ｍ］、図１４［Ｎ］の順に工程が進行する。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

図１は、実施形態１の製造方法で得られる振動素子を示す平面図である。図２は、図１におけるII−II線縦断面図である。図３は、図１の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。

本実施形態１の振動素子１０は、基部１１と、基部１１から延設された振動部としての二本の振動腕部１２ａ，１２ｂと、振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれに設けられた溝部１３ａ，１３ｂと、を備えている。

振動腕部１２ａ，１２ｂは、それぞれ基部１１から同じ方向に延設されている。基部１１及び振動腕部１２ａ，１２ｂは、水晶振動片１５を構成する。振動素子１０は、水晶振動片１５の他に、パッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ、配線パターン２４ａ，２４ｂなども備えている。

次に、振動素子１０の構成について更に詳しく説明する。

基部１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片１５は、基部１１と振動腕部１２ａ，１２ｂとが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、化学エッチング技術により製造される。

溝部１３ａ，１３ｂは、振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１との境界部分から振動腕部１２ａ，１２ｂの先端に向って、振動腕部１２ａ，１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１３ａ，１３ｂは、本実施形態１では振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。

振動腕部１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ａが設けられ、表裏面の溝部１３ａの内側に励振電極２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１３ｂの内側に励振電極２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極２２ａと溝部１３ａ内に設けられた励振電極２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極２２ｂと溝部１３ｂ内に設けられた励振電極２２ａとが異極同士となる。

基部１１には、パッド電極２１ａ，２１ｂと、パッド電極２１ａ，２１ｂと励振電極２２ａ，２２ｂの間を電気的に接続する配線パターン２４ａ，２４ｂと、が設けられる。パッド電極２１ａ、励振電極２２ａ、周波数調整用金属膜２３ａ及び配線パターン２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極２１ｂ、励振電極２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ｂ及び配線パターン２４ｂも、互いに電気的に導通している。

振動素子１０は、パッド電極２１ａ，２１ｂ及び導電性接着剤３１を介して、素子搭載部材３２側のパッド電極３３に固定されると同時に電気的に接続される。

次に、振動素子１０の動作を説明する。音叉型の振動素子１０を振動させる場合、パッド電極２１ａ，２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１２ａの表裏の溝部１３ａに設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａの両側面に設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１２ｂの表裏の溝部１３ｂに設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１２ｂの両側面に設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１２ａ，１２ｂに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。

図４乃至図９は、本実施形態１の製造方法における各工程を示す断面図である。以下、図１乃至図３に図４乃至図９を加えて、本実施形態１の製造方法について説明する。

振動腕部１２ａと振動腕部１２ｂとは対称的に同じ構造であり、基部１１の振動腕部１２ａ側と振動腕部１２ｂ側とも対称的に同じ構造である。そこで、図４乃至図９では、図１におけるIV−IV線縦断面において、振動腕部１２ａ及び基部１１の振動腕部１２ａ側のみの製造工程を示す。

本実施形態１の製造方法は、次の工程を含む。

圧電効果を有する基板４１上に耐食膜５１を成膜しパターン化する第一の耐食膜パターン形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｆ］）。

耐食膜５１上にフォトレジスト膜５４のパターンを形成するレジストパターン形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）。

耐食膜５１で覆われていない基板４１の露出部分をウェットエッチングで除去することにより、基部１１の外形及び振動腕部１２ａの外形を形成する第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）。

第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の後に、フォトレジスト膜５４で覆われていない耐食膜５１を除去する第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）。

第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後に、耐食膜５１で覆われていない基板４１の露出部分をウェットエッチングで一定の深さまで除去することにより、溝部１３ａを形成する第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）。

第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の後に、基板４１の露出部分上及びフォトレジスト膜５４上に電極膜５６を形成する電極膜形成工程（図８［Ｏ］）。

フォトレジスト膜５４上に形成された電極膜５６をフォトレジスト膜５４とともに除去するリフトオフ工程（図９［Ｐ］）。

フォトレジスト膜５４が除去されたことにより露出した耐食膜５１を除去する耐食膜除去工程（図９［Ｑ］）。

ここで、フォトレジスト膜５４はポジ型のフォトレジストからなる。ネガ型のフォトレジストは、露光されると現像液に対して溶解性が低下し、現像後に露光部分が残る。これに対して、ポジ型のフォトレジストは、ネガ型とは逆に、露光されると現像液に対して溶解性が増大し、現像後に露光部が除去される。

そして、本実施形態１の製造方法は、更に次の工程を含む。

レジストパターン形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の後から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までのいずれかの時に、フォトレジスト膜５４の一部を露光することにより、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）。その一例として、図面及びその説明では、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）を、レジストパターン形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の後、かつ、第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の前に設けている。また、「レジストパターン形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の後から」とした理由は、レジストパターン形成工程（図６［Ｇ］〜図６［Ｈ］）の前又は途中では、まだフォトレジスト膜５４がないか、フォトレジスト膜５４があったとしても当該工程で露光済み部分５５が現像及び除去されてしまうからである。「電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前まで」とした理由は、電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の後では、露光済み部分５５のあった領域に電極膜を形成できないからである。

露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）の後又は第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後のいずれか遅い方から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までのいずれかの時に、露光済み部分５５を現像する工程（図８［Ｍ］）。言い換えると、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）が第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後であれば、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）の後から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までのいずれかの時に、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）が第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の前であれば、第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までのいずれかの時に、それぞれ露光済み部分５５を現像する工程（図８［Ｍ］）。その一例として、図面及びその説明では、露光済み部分５５を現像する工程（図８［Ｍ］）を、第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の後、かつ、露光済み部分５５が除去されたことにより露出した耐食膜５１を除去する工程（後述する図８［Ｎ］）の前に設けている。また、「露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）の後から」とした理由は、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）の前では、まだ露光済み部分５５がないからである。「第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後から」とした理由は、第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の前では、露光済み部分５５のあった領域の耐食膜５１が当該工程で除去されてしまうからである。「電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前まで」とした理由は、電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の後では、露光済み部分５５のあった領域に電極膜を形成できないからである。

第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の後から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までのいずれかの時に、露光済み部分５５が除去されたことにより露出した耐食膜５１を除去する工程（図８［Ｎ］）。

次に、上記各工程について、更に詳しく説明する。

まず、図４［Ａ］に示すように、水晶Ｚ板などの基板４１を用意する。

続いて、図４［Ｂ］に示すように、基板４１の上に金属からなる耐食膜５１を形成する。本実施形態１では、耐食膜５１としてクロムを用いる。その成膜方法は、スパッタリングや蒸着を用いる。

続いて、図４［Ｃ］に示すように、耐食膜５１の上にフォトレジスト膜５３を形成する。フォトレジスト膜５３は、ネガ型でもポジ型でもどちらでもよく、例えばスピンコート法によって形成される。

続いて、図５［Ｄ］に示すように、耐食膜５１に形成されることになる第一のマスク４３のパターンをフォトレジスト膜５３に露光及び現像する。このパターンは、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７のパターンであり、外形パターンよりも一回り大きい。

続いて、図５［Ｅ］に示すように、現像したフォトレジスト膜５３を用いて耐食膜５１をエッチングする。このとき、フォトレジスト膜５３に覆われていないクロムからなる耐食膜５１を、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。

続いて、図５［Ｆ］に示すように、残ったフォトレジスト膜５３を剥離することにより、耐食膜５１からなる第一のマスク４３を形成する。

続いて、図６［Ｇ］に示すように、耐食膜５１の上にフォトレジスト膜５４を形成する。フォトレジスト膜５４は、ポジ型であり、例えばスピンコート法によって形成される。

続いて、図６［Ｈ］に示すように、耐食膜５１に形成されることになる第二のマスク４５のパターンをフォトレジスト膜５４に露光及び現像する。このパターンは、溝部１３ａを除く振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８であり、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７よりも一回り小さく、かつ、溝部となる領域４６が抜けている。

続いて、図６［Ｉ］に示すように、フォトレジスト膜５４の一部を露光することにより、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する。露光済み部分５５は、パッド電極となる領域４９に相当する。この工程での露光は、同じフォトレジスト膜５４に対する二回目の露光、いわゆる「二重露光」である。

続いて、図７［Ｊ］に示すように、第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いて完全に抜くことにより、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７の外形を形成する。

続いて、図７［Ｋ］に示すように、第二のマスク４５に覆われていない第一のマスク４３すなわちクロムの露出面を、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。

続いて、図７［Ｌ］に示すように、エッチングされた第一のマスク４３に覆われていない基板４１すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いエッチングする。このとき、溝部となる領域４６は貫通しないように一定の深さまでエッチングし、振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８は外形の外側を完全に抜くようにエッチングする。振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８は側面からもエッチングされるので、溝部となる領域４６よりも実質的なエッチングレートが大きい。

続いて、図８［Ｍ］に示すように、露光済み部分５５を現像する。これにより、パッド電極となる領域４９は、露光済み部分５５が除去されて、耐食膜５１が露出する。

続いて、図８［Ｎ］に示すように、露光済み部分５５が除去されたことにより露出した耐食膜５１を、前述のエッチングによって除去する。これにより、パッド電極となる領域４９は、耐食膜５１が除去されて、基板４１が露出する。なお、この工程は必ずしも必要ではない。この工程を省略した場合は、パッド電極となる領域４９に耐食膜５１が残っているため、パッド電極２１ｂが耐食膜５１と電極膜５６との積層膜となる。

続いて、図８［Ｏ］に示すように、基板４１の露出部分上及びフォトレジスト膜５４上に電極膜５６を形成する。電極膜５６は、例えばクロム又はチタンの単層膜や、その上にパラジウム又は金を形成した積層膜などであり、例えばスパッタリングや蒸着で成膜する。

続いて、図９［Ｐ］に示すように、フォトレジスト膜５４上に形成された電極膜５６を、フォトレジスト膜５４とともに除去する。換言すると、基板４１の表裏に形成された第二のマスク４５と、その上に形成された電極膜５６とを、剥離する。これは、フォトレジストを溶解する液（例えばアセトン）に、これらを浸すことにより容易に除去できる。ただし、第二のマスク４５の下にある耐食膜５１は残る。この電極形成方法がリフトオフ法である。

最後に、図９［Ｑ］に示すように、フォトレジスト膜５４が除去されたことにより露出した耐食膜５１を、前述のエッチングによって除去する。これにより、振動腕部１２ａ及び溝部１３ａに励振電極２２ａ，２２ｂが形成され、基部１１にパッド電極２１ｂが形成される。このとき、図１に示すように、パッド電極２１ａ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ及び配線パターン２４ａ，２４ｂも形成され、振動素子１０が完成する。

次に、本実施形態１の製造方法の作用及び効果について説明する。

（１）本実施形態１によれば、外形用のパターンを形成したフォトレジスト膜５４の一部を露光して露光済み部分５５を形成しておき（図６［Ｉ］）、溝部１３ａ用の耐食膜５１のパターンを形成し（図７［Ｋ］）、その後に露光済み部分５５を現像することにより（図８［Ｍ］）、溝部１３ａのエッチング時に露光済み部分５５によって保護された領域４９に（図７［Ｌ］）、パッド電極２１ｂを形成できる（図９［Ｑ］）。したがって、本実施形態１によれば、溝部１３ａを形成するための耐食膜パターニングに用いたフォトレジスト膜５４を（図７［Ｋ］）、パッド電極２１ｂをリフトオフで形成するためにも用いつつ（図８［Ｏ］）、溝部エッチング時における不要なエッチングを防止できる（図７［Ｌ］）。その結果、パッド電極となる領域４９だけでなく、パッド電極２１ａ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ及び配線パターン２４ａ，２４ｂとなる領域も溝部エッチング時にエッチングされないので、振動素子１０に必要以上に凹部が形成されることにより電気特性が劣化したり、基部１１に凹凸が形成されることにより振動素子１０の実装が難しくなったりすることがない（図１）。

（２）前述のとおり、フォトレジスト膜５４の一部を露光する工程（図６［Ｉ］）は、レジストパターン形成工程（図６［Ｈ］）の後から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までの間であればいつ行ってもよい。一方、第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の後は、一枚の基板４１が多数の振動素子１０となる部分に分離されて、それぞれの一部がフレーム（図示せず）に固定されている状態になる。そのため、第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の後の基板４１を不用意に取り扱うと、振動素子１０となる部分がフレームから脱落するおそれがある。そこで、本実施形態１のように、フォトレジスト膜５４の一部を露光する工程（図６［Ｉ］）を第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）の前に行うことにより、その後に行う場合に比べて、露光の作業性を改善できる。

（３）前述のとおり、露光済み部分５５を現像する工程（図８［Ｍ］）は、露光済み部分５５を有するフォトレジスト膜５４を形成する工程（図６［Ｉ］）の後又は第二の耐食膜パターン形成工程（図７［Ｋ］）の後のいずれか遅い方から電極膜形成工程（図８［Ｏ］）の前までの間であればいつ行ってもよい。一方、フォトレジストは、露光から現像までの時間がかかるほど、現像の精度が劣化する。そこで、露光済み部分５５を現像する工程（図８［Ｍ］）を第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）の前までに行うことにより、現像の精度を向上できる。

（４）本実施形態１において、第一の基板エッチング工程（図７［Ｊ］）では、基部１１の外形及び振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法よりも大きく形成し、第二の基板エッチング工程（図７［Ｌ］）では、振動腕部１２ａに溝部１３ａを形成すると同時に、基部１１の外形及び振動腕部１２ａの外形を最終的な寸法に形成している。換言すると、本実施形態１では、振動腕部１２ａの外形を含む振動部拡大領域４２及び基部１１の外形を含む基部拡大領域４７を覆う第一のマスク４３を用いて基板４１をエッチングした（図７［Ｊ］）後に、溝部１３ａを除く振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８を覆う第二のマスク４５を用いて基板４１を更にエッチングして振動腕部１２ａ及び基部１１の外形及び溝部１３ａを同時に形成する（図７［Ｌ］）。

この場合の第一の効果は、第二のマスク４５の元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、これらのパターン間にアライメント誤差は発生しないことである。なお、関連技術１では、外形パターンと溝部パターンとが別々のフォトマスクに描かれているので、これらのパターン間にアライメント誤差が発生する（図１１［Ｄ］及び図１２［Ｈ］）。

第二の効果は、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７を設けたことにより、第一のマスク４３のパターンと第二のマスク４５のパターンとの位置ずれの影響を無くすことができることである。これは、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７の上にこれよりも一回り小さい振動腕部となる領域４４及び基部となる領域４８が形成されるため、振動部拡大領域４２及び基部拡大領域４７の範囲内で領域４４及び領域４８がずれたとしても所望の形状の振動腕部１２ａ及び基部１１が得られるからである。なお、関連技術１において、第一の基板エッチング工程（図１２［Ｉ］）では、基部１１１の外形及び振動腕部１１２ａの外形を最終的な寸法どおりに形成し、第二の基板エッチング工程（図１３［Ｋ］）でも、振動腕部１１２ａに溝部１１３ａを形成すると同時に、基部１１１の外形及び振動腕部１１２ａの外形を最終的な寸法どおりに形成している。そのため、これらのエッチングパターンに位置ずれがあると、第二の基板エッチング工程（図１３［Ｋ］）において、そのずれた分だけ基板１０１が余計にエッチングされてしまう。

（５）本実施形態１では、ウェットエッチングを用いているが、ドライエッチングを用いることもできる。ただし、基板４１が水晶からなる場合は、エッチングレートが大きいウェットエッチングが望ましい。

次に、実施形態２の製造方法について説明する。本実施形態２は、実施形態１と共通する部分が多いので、以下図１乃至図９に基づき説明する。

本実施形態２において、第一の耐食膜パターン形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｅ］）では、耐食膜５１をパターン化する際に使用するフォトレジスト膜５３がポジ型のフォトレジストからなる。そして、レジストパターン形成工程（図６［Ｈ］）では、第一の耐食膜パターン形成工程（図４［Ａ］〜図５［Ｅ］）で使用したフォトレジスト膜５３を剥離することなくそのまま使用する。すなわち、図６［Ｈ］の工程以降は、フォトレジスト膜５４をフォトレジスト膜５３に置き換えた状態で、図９［Ｑ］の工程まで進められる。そのため、フォトレジスト膜５３には、全部で三回の露光及び現像、いわゆる「三重露光」が施される。

本実施形態２によれば、フォトレジスト膜５３を剥離する工程（図５［Ｆ］）及びフォトレジスト膜５４を塗布する工程（図６［Ｇ］）が不要になるので、実施形態１に比べて製造工程を簡素化できる。

なお、本実施形態２におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明は、基部と振動部と溝部とを備える圧電素子であればどのようなものにでも利用でき、例えば水晶やセラミックスからなる圧電素子や、音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。

１０ 振動素子
１１ 基部
１２ａ，１２ｂ 振動腕部
１３ａ，１３ｂ 溝部
１５ 水晶振動片
２１ａ，２１ｂ パッド電極
２２ａ，２２ｂ 励振電極
２３ａ，２３ｂ 周波数調整用金属膜
２４ａ，２４ｂ 配線パターン
３１ 導電性接着剤
３２ 素子搭載部材
３３ パッド電極
４１ 基板
４２ 振動部拡大領域
４３ 第一のマスク
４４ 振動腕部となる領域
４５ 第二のマスク
４６ 溝部となる領域
４７ 基部拡大領域
４８ 基部となる領域
４９ パッド電極となる領域
５１ 耐食膜
５３ フォトレジスト膜
５４ フォトレジスト膜
５５ 露光済み部分
５６ 電極膜

１１０ 振動素子
１１１ 基部
１１２ａ，１１２ｂ 振動腕部
１１３ａ，１１３ｂ 溝部
１１５ 水晶振動片
１２１ａ，１２１ｂ パッド電極
１２２ａ，１２２ｂ 励振電極
１２３ａ，１２３ｂ 周波数調整用金属膜
１２４ａ，１２４ｂ 配線パターン
１０１ 基板
１０２ 耐食膜
１０３ａ フォトレジスト膜
１０３ｂ フォトレジスト膜
１０４ 振動腕部となる領域
１０５ 溝部となる領域
１０６ 基部となる領域
１０７ パッド電極となる領域
１０８ 電極膜

Claims (6)

1. 圧電効果を有する基板上に耐食膜を成膜しパターン化する第一の耐食膜パターン形成工程と、
   前記耐食膜上にフォトレジスト膜のパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで除去することにより基部の外形及びこの基部から延設される振動部の外形を形成する第一の基板エッチング工程と、
   この第一の基板エッチング工程の後に、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去する第二の耐食膜パターン形成工程と、
   この第二の耐食膜パターン形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで一定の深さまで除去することにより前記振動部に溝部を形成する第二の基板エッチング工程と、
   この第二の基板エッチング工程の後に、前記基板の露出部分上及び前記フォトレジスト膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、
   前記フォトレジスト膜上に形成された前記電極膜を前記フォトレジスト膜とともに除去するリフトオフ工程と、
   前記フォトレジスト膜が除去されたことにより露出した前記耐食膜を除去する耐食膜除去工程と、
   を含む圧電素子の製造方法において、
   前記フォトレジスト膜はポジ型のフォトレジストからなり、
   前記レジストパターン形成工程の後から前記電極膜形成工程の前までのいずれかの時に、前記フォトレジスト膜のパッド電極となる領域を露光することにより、露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する工程と、
   前記露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する工程の後又は前記第二の耐食膜パターン形成工程の後のいずれか遅い方から前記電極膜形成工程の前までのいずれかの時に、前記露光済み部分を現像する工程と、
   を更に含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
2. 前記レジストパターン形成工程の後から前記第一の基板エッチング工程の前までのいずれかの時に、前記露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する、
   請求項１記載の圧電素子の製造方法。
3. 前記露光済み部分を有する前記フォトレジスト膜を形成する工程の後又は前記第二の耐食膜パターン形成工程の後のいずれか遅い方から前記第二の基板エッチング工程の前までのいずれかの時に、前記露光済み部分を現像する、
   請求項１又は２記載の圧電素子の製造方法。
4. 前記第一の耐食膜パターン形成工程では、前記耐食膜をパターン化する際にポジ型のフォトレジストからなるフォトレジスト膜を使用し、
   前記レジストパターン形成工程では、前記第一の耐食膜パターン形成工程で使用した前記フォトレジスト膜をそのまま使用する、
   請求項１乃至３のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。
5. 前記第一の基板エッチング工程では、前記基部の外形及び前記振動部の外形を最終的な寸法よりも大きく形成し、
   前記第二の基板エッチング工程では、前記振動部に前記溝部を形成すると同時に、前記基部の外形及び前記振動部の外形を最終的な寸法に形成する、
   請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。
6. 前記基板は水晶からなり、
   前記第一及び第二の基板エッチング工程ではウェットエッチングが用いられる、
   請求項１乃至５のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。

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