WO2006030900A1 - 振動子の製造方法 - Google Patents

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WO2006030900A1
WO2006030900A1 PCT/JP2005/017157 JP2005017157W WO2006030900A1 WO 2006030900 A1 WO2006030900 A1 WO 2006030900A1 JP 2005017157 W JP2005017157 W JP 2005017157W WO 2006030900 A1 WO2006030900 A1 WO 2006030900A1
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vibrator
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etching
photoresist layer
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PCT/JP2005/017157
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French (fr)
Inventor
Izumi Yamamoto
Tomoo Ikeda
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Citizen Watch Co., Ltd.
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21Crystal tuning forks
    • H03H9/215Crystal tuning forks consisting of quartz
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H03H3/04Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • H03H2003/0414Resonance frequency
    • H03H2003/0492Resonance frequency during the manufacture of a tuning-fork

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a vibrator comprising a vibrating piece such as quartz.
  • the tuning fork type crystal resonator described in the above-mentioned patent document has two vibrating legs 13 constituting a tuning fork, and groove portions 9 each having a long groove are formed on the front and back surfaces of each leg 13.
  • the cross-sectional shape of the leg 13 is substantially H-shaped as shown in FIG. 7B.
  • a drive electrode is formed on the inner wall surface of the groove 9.
  • FIG. 8A the quartz crystal substrate 1 is processed into a plate shape.
  • a metal film of Cr film 3 and Au film 5 is formed on both the front and back surfaces of the quartz substrate 1 by sputtering (FIG. 8B).
  • a photoresist layer 7 is formed on the metal film thus formed (FIG. 8C).
  • the outer shape of the tuning fork crystal resonator is exposed and developed using a photomask, and is patterned so that the photoresist layer 7 remains inside the outer shape of the tuning fork crystal resonator. Expose the membrane (Figure 8D).
  • FIG. 8D is a cross-sectional view of a portion corresponding to the leg 13 of the tuning fork type crystal resonator.
  • the exposed metal film is removed by etching in the order of Au film 5 and Cr film 3 (FIG. 9). A).
  • the photoresist is applied again on the entire surface of the quartz substrate 1 to form a new photoresist layer 7 (FIG. 9C).
  • the outer shape of the tuning fork crystal resonator and the shape of the groove 9 of the leg 13 are exposed and developed on the new photoresist layer 7 using a photomask, and unnecessary portions outside the outer shape of the tuning fork resonator are required.
  • the surface of the quartz substrate 1 and the metal film of the groove 9 are exposed (FIG. 9D).
  • the exposed quartz substrate 1 is etched with an etching solution for crystal etching.
  • the outer shape of the tuning-fork crystal unit is formed (Fig. 10A).
  • the metal films Au film 5 and Cr film 3 are etched, and the metal films exposed in the groove are sequentially formed as Au film 5 and Cr film 3.
  • Remove Figure 10B.
  • the quartz substrate 1 exposed corresponding to the groove 9 is etched by a predetermined depth with an etching solution for crystal etching to form the groove 9 (FIG. 10C).
  • This Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-261557 discloses a method of manufacturing an inverted mesa type AT-cut quartz crystal vibrating piece.
  • the technique is applied to a tuning fork type quartz crystal resonator in contrast to the present invention. The case where it is applied will be described with reference to FIGS. 11A to 13B.
  • a quartz substrate 1 is prepared (FIG. 11A), and a Cr film 3 and an Au film 5 are formed on both the front and back surfaces of the quartz substrate 1 by vapor deposition or sputtering (FIG. 11B).
  • a photoresist is applied on the surface of these metal films (Cr film 3 and Au film 5) to form a photoresist layer 7 (FIG. 11C).
  • the outer shape of the tuning fork crystal resonator is photomasked. Exposure, development, and tuning fork type Patterning is performed so that the photoresist layer 7 remains inside the outer shape of the crystal unit, and the outer metal film is exposed (FIG. 11D).
  • the exposed metal film is removed by etching in the order of the Au film 5 and the Cr film 3 (FIG. 12A).
  • the remaining photoresist layer 7 is exposed and developed again using a photomask with respect to the shape of the groove 9, thereby exposing the metal film in the groove (FIG. 12B).
  • the exposed quartz substrate 1 is etched with an etching solution for quartz etching. As a result of etching, the outer shape of the tuning-fork crystal unit is formed (Fig. 12C).
  • the metal film is etched using the remaining photoresist layer 7 as a mask, and the metal film exposed in the groove is removed in the order of the Au film 5 and the Cr film 3 (FIG. 12D).
  • the crystal substrate 1 exposed corresponding to the groove is etched by a predetermined depth with an etching solution for crystal etching to form the groove 9 (FIG. 13A).
  • the remaining photoresist layer 7 and the metal film are removed to complete the shape of a tuning fork crystal unit having a substantially H-shaped cross section (FIG. 13B).
  • an electrode (not shown) is formed in the crystal vibration, and a tuning fork type crystal resonator having a substantially H-shaped cross section is completed.
  • the other conventional manufacturing methods as described above have the following problems. Since the photoresist layer is altered by the etching solution for removing the metal film, it is necessary to perform some processing on the photoresist. As one of these measures, in order to compensate for the lowering of the exposure sensitivity of the surface-modified layer of the photoresist layer, the surface-modified layer is developed even if an attempt is made to lengthen the exposure time or the exposure time is 10 times the normal exposure time. There is a problem that you can't. In addition, if the exposure is performed for a long time, the exposure time is too long for the unmodified portion of the photoresist, which causes a problem that the dimensional accuracy of the pattern is deteriorated.
  • the photoresist layer is exposed to ultraviolet rays generated by oxygen plasma force which is not only complicated, but the grooves 9
  • the pattern accuracy becomes worse.
  • the present invention solves the problems in the conventional method for manufacturing a vibrator and improves the groove, whereby the groove can be formed by a simple method, and the groove having high accuracy is formed.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vibrator that can be used.
  • a metal film composed of a base layer and a surface layer is formed on the surface of a substrate having piezoelectric material force.
  • Forming a photoresist layer by applying a photoresist on the surface layer of the metal film, and patterning the photoresist layer into an outer shape of a vibrator to form an unnecessary photoresist layer. Removing the surface layer exposed by removing the photoresist layer by etching, exposing the foundation layer, and peeling the photoresist layer remaining on the surface layer.
  • the photoresist layer is patterned and the unnecessary photoresist layer is removed to expose the surface layer corresponding to the groove and to the previous process.
  • the step of removing the underlying layer by etching to expose the surface of the substrate removing the exposed portion of the substrate by etching to form the outer shape of the vibrator, and the groove Removing the surface layer and the base layer by etching to expose the surface of the substrate, etching the surface of the substrate exposed corresponding to the groove, and forming a groove.
  • a step of removing the metal film of the surface layer and the base layer is performed.
  • the method for manufacturing the vibrator can take the following modes.
  • the vibrator is made of quartz.
  • Cr is used as the metal film of the base layer
  • Au is used as the metal film of the surface layer.
  • a solution containing iodine and rhodium iodide is used as an etchant for etching the metal film of the surface layer.
  • the vibrator is a tuning fork vibrator having a groove on a vibration leg.
  • the vibrator is an inverted mesa vibrator using the groove as a vibrator.
  • the metal film exposed by the first patterning of the photoresist layer is not completely removed, but only the surface layer metal film is removed to leave the metal film of the underlayer.
  • the photoresist film is patterned again, so that another patterning (exposure and development) can be performed without altering the remaining photoresist film.
  • it is not necessary to add a new process for removing the surface alteration layer of the photoresist or to increase the exposure time it is possible to obtain a vibrator having a recess such as a groove by a simple process. There is an effect that can be done.
  • the pattern accuracy can be reduced without complicating the process caused by the removal of the surface altered layer and deteriorating the pattern accuracy of the recesses such as grooves There is an effect that a good vibrator can be obtained.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing a part of a manufacturing process of a vibrator according to the manufacturing method of the present invention in order of processes.
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process of the vibrator according to the manufacturing method of the present invention in the order of processes.
  • FIG. 1C is an explanatory view showing a part of the manufacturing process of the vibrator according to the manufacturing method of the present invention in the order of processes.
  • FIG. 1D is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process of the vibrator according to the manufacturing method of the present invention in the order of processes.
  • FIG. 2A is a continuation of the process of FIGS. 1A to 1D.
  • FIG. 2B is a continuation of the process of FIGS. 1A to 1D.
  • FIG. 2C is a continuation of the process of FIGS. 1A to 1D.
  • FIG. 2D is a continuation of the process of FIGS. 1A to 1D.
  • FIG. 3A is a continuation of the process of FIGS. 2A to 2D.
  • FIG. 3B is a continuation of the process of FIGS. 2A to 2D.
  • FIG. 3C is a continuation of the process of FIGS. 2A to 2D.
  • FIG. 3D is a continuation of the process of FIGS. 2A to 2D.
  • FIG. 4 is a view showing an outer shape of a tuning-fork type crystal resonator having a substantially H-shaped cross section manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a tuning-fork type crystal resonator having a substantially H-shaped cross section manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 6A is an explanatory view showing an electrode forming process by the manufacturing method according to the present invention.
  • [6D] It is an explanatory view showing a process of forming an electrode by the manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 7A is a top view showing an outer shape of a tuning-fork type crystal resonator having a substantially H-shaped cross section.
  • FIG. 7B is a diagram showing a cross section (A-A cross section) of the leg of the crystal unit of FIG. 7A.
  • FIG. 8A It is explanatory drawing which shows a part of manufacturing process by one conventional manufacturing method in order of a process.
  • FIG. 8B It is explanatory drawing which shows a part of manufacturing process by one manufacturing method in order of a process.
  • FIG. 8C is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process according to the conventional manufacturing method in the order of processes.
  • FIG. 8D is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process according to the conventional manufacturing method in the order of processes.
  • FIG. 8A is a continuation of the process of FIG. 8D.
  • FIG. 8A is a continuation of the process of FIG. 8D.
  • FIG. 9C is a continuation of the process of FIGS. 8A to 8D.
  • FIG. 8A is a continuation of the process of FIG. 8D.
  • FIG. 9A is a continuation of the process of FIG. 9D.
  • FIG. 10B is a continuation of the process of FIGS. 9A to 9D.
  • FIG. 10C is a continuation of the process of FIGS. 9A to 9D.
  • FIG. 11A It is explanatory drawing which shows a part of manufacturing process by another conventional manufacturing method in order of a process.
  • FIG. 11B is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process according to another conventional manufacturing method in the order of processes.
  • FIG. 11C is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process according to another conventional manufacturing method in the order of processes.
  • FIG. 11D is an explanatory diagram showing a part of the manufacturing process according to another conventional manufacturing method in the order of processes.
  • FIG. 12A is a continuation of the process of FIGS. 11A to 11D.
  • FIG. 12B is a continuation of the process in FIGS. 11A to 11D.
  • FIG. 12C is a continuation of the process of FIGS. 11A to 11D.
  • FIG. 11A is a continuation of the process of FIG. 11D.
  • FIG. 13A is a continuation of the process of FIGS. 12A to 12D.
  • FIG. 13B is a continuation of the process of FIGS. 12A to 12D.
  • FIGS. 1A to 3D are diagrams showing manufacturing steps of the vibrator of the present invention.
  • the quartz substrate 1 is processed into a plate shape (FIG. 1A).
  • about 500 A of Cr film 3 is deposited as a base metal film on both the front and back surfaces of quartz substrate 1 by vapor deposition or sputtering, and then about 1000 A of Au film 5 is stacked thereon as a surface metal film.
  • a film is formed (Fig. 1B).
  • the Cr film 3 acts as an intermediate layer that improves the adhesion between the Au film 5 and the quartz substrate 1.
  • the Au film 5 is used later when etching the crystal, and acts as a corrosion-resistant film against a mixture of hydrofluoric acid and ammonium fluoride solution.
  • a photoresist is applied to the surface of the Au film 5 and dried to form a photoresist layer 7 (FIG. 1C).
  • the photoresist for example, OFPR (registered trademark) manufactured by Tokyo Ohka, which is a positive photoresist, is used.
  • exposure and development are performed using a photomask for forming the outer shape of the tuning-fork crystal resonator, so that the photoresist layer 7 remains only inside the outer shape of the tuning-fork crystal resonator, and the outer Au film 5 Is exposed ( Figure 1D).
  • the exposed Au film 5 is removed by etching (FIG. 2A).
  • etching the Au film 5 an etching solution in which iodine is dissolved in a potassium iodide solution is used.
  • the force from which the Cr film 3 is exposed is left as it is in the portion where the Au film 5 is removed.
  • the remaining photoresist layer 7 without peeling off the photoresist layer 7 is exposed to a groove and developed to remove the portion of the photoresist layer 7 corresponding to the groove (FIG. 2B).
  • the Au film 5 is exposed at the surface corresponding to the groove from which the photoresist layer 7 has been removed.
  • the exposed Cr film 3 is removed by etching (FIG. 2C).
  • Example of Cr film 3 etching For example, an etching solution containing cerium nitrate ammonium is used.
  • the groove is exposed and imaged, and then the Cr film 3 is etched.
  • the photoresist layer 7 is exposed to an etching solution for a metal film as a corrosion-resistant film, so that the photosensitivity is remarkably deteriorated, resulting in a surface-modified layer that is difficult to be exposed and developed.
  • an etching solution in which iodine is dissolved in a potassium iodide solution is used as the etching solution for the Au film 5
  • the surface of the photoresist layer 7 is exposed to this etching solution.
  • the photoresist layer 7 may be removed after the processing of the force groove portion shown in the example of peeling the photoresist layer 7 and etching the force groove portion. However, it is desirable to remove the photoresist layer 7 before etching the groove, since the photoresist layer may be peeled off when the groove is etched, which may affect the etching power of the groove.
  • a tuning fork crystal unit with a substantially H-shaped cross section has a base 11 and extends from the base 11. It consists of two vibrating legs 13, and the groove part 9 is provided on the front and back of the leg 13
  • FIG. 5 is a plan view of a tuning fork type crystal resonator, and the electrodes 15 are provided in the groove portion 9, the side surface, and the base portion 11 of the leg 13, respectively.
  • a metal film 17 is formed on the entire surface of a substantially H-type tuning fork crystal resonator by sputtering or the like (FIG. 6A).
  • the metal film 17 for example, a laminated film in which the base layer is a Cr film and the surface layer is an Au film is used.
  • a photoresist layer 19 is formed on the surface of the metal film 17 (FIG. 6B).
  • An electrodeposition coating method or the like is used.
  • FIG. 6C the pattern of the electrode is exposed and developed, and the photoresist layer 19 corresponding to the portion where the electrode 15 in FIG. 5 is not formed is removed.
  • FIG. 6D the portion of the metal film 17 exposed on the surface is removed by etching
  • FIG. 6E the photoresist layer 19 is peeled off
  • a tuning-fork type crystal unit having a substantially H-shaped cross section of the vibration leg is shown, but the present invention is not limited to this. It can be used for the attached AT plate crystal oscillator.
  • the portion to be the vibrating body has a concave shape surrounded by a frame and configured to be thinner than the portion of the frame. Obviously, if this recess shape is replaced with the groove portion of the above embodiment, it can be applied to an inverted mesa type resonator of a so-called AT plate crystal.

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Abstract

 水晶エッチングに対する耐蝕膜である金属膜としてCr膜を下地層とし、Au膜を表面層として用い、フォトレジスト層に外形のパターニングを行った後、Au膜のエッチングを行い、次に溝部のパターニングを行った後にCr膜のエッチングを行う。フォトレジスト層はAu膜のエッチング液では表面変質層が出来ないので、このようにすると、表面変質層が無い状態で溝部のパターニングが出来るため、精度の良い溝部の形成ができる。   

Description

明 細 書
振動子の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、水晶等の振動片よりなる振動子の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 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、振動子のサイズが小型で、しかも CI値 (クリス タルインピーダンス又は等価直列抵抗)の小なるものが要求されるようになってきて ヽ る。この要求に対応する振動子として、例えば音叉型の水晶振動子の場合は、従来 、図 7A及び 7Bに示すように構成されたものが知られている(例えば、特開 2002— 7 6806号公報参照)。
[0003] 上記特許文献に記載された音叉型水晶振動子は音叉を構成する 2本の振動脚 13 を有し、それぞれの脚 13の表裏面には長溝よりなる溝部 9が形成されている。この脚 13の断面形状は、図 7Bに示すように、略 H型となっている。この溝部 9の内壁面に 駆動電極が形成される。このような断面が略 H型の音叉型水晶振動子は、振動子の 大きさを従来より小型化しても、電気機械変換係数を高くすることができるため、 CI値 を低く抑えることができるという特性を有する。
[0004] このような、断面が略 H型の音叉型水晶振動子の製造の各工程を図 8A〜図 10D を参照して説明する(上記の特開 2002 - 76806号公報参照)。
[0005] まず、図 8A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 面にスパッタリングによって Cr膜 3, Au膜 5の金属膜を形成する(図 8B)。このように 形成した金属膜の上にフォトレジスト層 7を形成する(図 8C)。次に音叉型水晶振動 子の外形をフォトマスクを用いて露光、現像し、音叉型水晶振動子の外形の内側に フォトレジスト層 7が残るようにパターユングし、不要な部分となる外側の金属膜を露 出させる(図 8D)。この図 8Dは音叉型水晶振動子の脚 13に相当する部分の断面図 である。
[0006] 次に露出させた金属膜を Au膜 5、 Cr膜 3の順番にエッチングにより除去する(図 9 A)。次に残存するフォトレジスト層 7を全て剥離した(図 9B)後、水晶基板 1の全面に フォトレジストを再度塗布して、新しいフォトレジスト層 7を形成する(図 9C)。次に新し いフォトレジスト層 7に対して音叉型水晶振動子の外形および脚 13の溝部 9の形状を フォトマスクを用いて露光、現像して、音叉型振動子の外形の外側の不要な水晶基 板 1の表面および、溝部 9の金属膜を露出させる(図 9D)。
[0007] 次に、水晶エッチング用のエッチング液で露出した水晶基板 1をエッチングする。ェ ツチングの結果、音叉型水晶振動子の外形形状が形成される(図 10A)。続いて、残 存しているフォトレジスト層 7をマスクとして金属膜 (Au膜 5及び Cr膜 3)のエッチング を行い、溝部に露出している金属膜を Au膜 5, Cr膜 3の順番に除去する(図 10B)。 次に水晶エッチング用のエッチング液によって、溝部 9に対応して露出した水晶基板 1を所定の深さエッチングを行い、溝部 9を形成する(図 10C)。そして、最後に残存 するフォトレジスト層 7および金属膜を除去して断面略 H型の音叉型水晶振動子の形 状が完成する(図 10D)。この後、図 10Dに示す振動子上に電極(図示せず)が形成 され断面略 H型の音叉型水晶振動子が完成する。
[0008] し力 上記したような製造方法は、フォトレジスト層 7の成膜、剥離を 2度行う必要が あり、断面に溝の無い通常の音叉型振動子に比して工程が複雑になり作業効率が 悪いという問題があった。また、 2回目に成膜されるフォトレジスト層 7 (図 9C)は、最 初に形成される外形用のフォトマスクとは異なる溝部形成用のフォトマスクを用いて、 再度外形形状が露光されるので、最初に形成した金属膜 (Au膜 5及び Cr膜 3)と新 しいフォトレジスト膜との間でァライメントのずれが生じるという問題があった。このため 、これを改良する技術が特開 2002— 261557号公報で提案されている。
[0009] この特開 2002— 261557号公報は逆メサ型 ATカット水晶振動片の製造方法を開 示しているが、ここでは、その技術を、本発明との対比上、音叉型水晶振動子に適用 した場合について図 11 A〜図 13Bを参照して説明する。
[0010] まず、水晶基板 1を用意し(図 11A)、その水晶基板 1の表裏両面に Cr膜 3及び Au 膜 5をそれぞれ蒸着またはスパッタリングで形成する(図 11B)。次にこれら金属膜 (C r膜 3及び Au膜 5)の表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層 7を形成する(図 1 1C)、次に、音叉型水晶振動子の外形をフォトマスクを用いて露光、現像し、音叉型 水晶振動子の外形の内側にフォトレジスト層 7が残るようにパターニングし、外側の金 属膜を露出させる(図 11D)。
[0011] 次に、露出させた金属膜を Au膜 5、 Cr膜 3の順番でエッチングにより除去する(図 1 2A)。続いて、残存するフォトレジスト層 7に対して、溝部 9の形状をフォトマスクを用 いて再度露光、現像することで、溝部の金属膜を露出させる(図 12B)。次に、水晶ェ ツチング用のエッチング液で露出した水晶基板 1をエッチングする。エッチングの結 果、音叉型水晶振動子の外形形状が形成される(図 12C)。続いて、残存しているフ オトレジスト層 7をマスクとして金属膜のエッチングを行い、溝部に露出している金属 膜を Au膜 5, Cr膜 3の順番で除去する(図 12D)。
[0012] 次に、水晶エッチング用のエッチング液によって、溝部に対応して露出した水晶基 板 1を所定の深さエッチングを行い、溝部 9を形成する(図 13A)。それから、残存す るフォトレジスト層 7および金属膜を除去して断面略 H型の音叉型水晶振動子の形状 が完成する(図 13B)。この後、水晶振動に電極(図示せず)が形成されて、断面略 H 型の音叉型水晶振動子が完成する。
[0013] 上記の製造方法では、金属膜をエッチングする液にフォトレジスト層が晒されると、 フォトレジスト層の表面が変質し露光感度が低下し、通常の露光、現像では溶解しな い表面変質層が生じる。このため、溝部の露光に際しては、露光時間を長くしたり、 溝部の露光の前に現像液等のアルカリ液で表面変質層を除去したり、また、溝部の 露光の前にあるいは露光の後の現像の前に酸素プラズマを用 、て表面変質層をドラ ィエッチングして除去することが、前記特開 2002— 261557号公報に提案されてい る。
[0014] し力しながら、上述のような他の従来技術の製造方法では以下のような問題がある 。フォトレジスト層が金属膜を除去するためのエッチング液で変質するので、フオトレ ジストに対して何らかの処理を施す必要がある。その一つとしてフォトレジスト層の表 面変質層の露光感度低下を補うため、露光時間を長くすることを試みても、通常の 1 0倍の露光時間にしても、表面変質層の現像を行うことはできないという問題がある。 また、長時間の露光を行うと、変質していない部分のフォトレジストに対しては露光時 間が長すぎるため、パターンの寸法精度が悪ィ匕してしまうという問題がある。 [0015] また、露光前に現像液等のアルカリ液でフォトレジスト層の表面変質層を除去する ことを試みても、表面変質層はアルカリ液に対する溶解性がほとんど失われており、 表面変質層を完全には除去することが困難であるという問題がある。
[0016] また、酸素プラズマを用いて表面変質層をドライエッチングで除去する方法では、 工程が複雑となるだけでなぐ酸素プラズマ力 発生される紫外線によってフォトレジ スト層が露光されてしまい、溝部 9のパターン精度が悪くなるという問題がある。
発明の開示
[0017] そこで、本発明は上記従来の振動子の製造方法における問題点を解決し改善を図 ることにより、簡便な方法により溝部を形成することができ、し力も精度の良い溝部を 形成することができる振動子の製造方法を提供することにある。
[0018] 上記の問題点の解決を図るために、本発明による、少なくとも一面に溝部を有する 振動子の製造方法は、圧電材料力 なる基板の表面に下地層と表面層からなる金 属膜を形成する工程と、前記金属膜の前記表面層上にフォトレジストを塗布してフォ トレジスト層を形成する工程と、前記フォトレジスト層を振動子の外形形状にパター二 ングして不要なフォトレジスト層を除去する工程と、前記フォトレジスト層を除去した部 分に露出した前記表面層をエッチングにより除去して前記下地層を露出させる工程 と、前記表面層上に残存する前記フォトレジスト層を剥離することなぐ該フォトレジス ト層をパターユングして不要なフォトレジスト層を除去することにより、溝部に対応する 前記表面層を露出させる工程と、前工程までに露出している前記下地層をエツチン グにより除去して前記基板の表面を露出する工程と、露出した前記基板部分をエツ チングにより除去して前記振動子の外形を形成する工程と、前記溝部に対応する前 記表面層および前記下地層をエッチングにより除去して前記基板の表面を露出する 工程と、前記溝部に対応して露出した前記基板の表面をエッチングして溝部形成す る工程と、残存する前記表面層および前記下地層の金属膜を除去する工程とを有す る。
[0019] 上記振動子の製造方法は、以下の態様をとることができる。
[0020] 前記振動子を水晶からなるものとする。
[0021] 前記下地層の金属膜として Crを、前記表面層の金属膜として Auを用いる。 [0022] 前記表面層の金属膜をエッチングするためのエッチング液にはヨウ素とヨウ化力リウ ムを含有する溶液を用いる。
[0023] 前記振動子は振動脚部に溝部を有する音叉型振動子である。
[0024] 前記振動子は前記溝部を振動体として用いる逆メサ型振動子である。
[0025] 本発明によれば、フォトレジスト層の最初のパターユングによって露出する金属膜を 完全に除去するのではなぐ表面層の金属膜だけを除去して下地層の金属膜を残し 、この状態でフォトレジスト膜を再度パターユングするので、残存するフォトレジスト膜 を変質させないで再度のパターユング (露光、現像処理)を行なうことができる。また、 フォトレジストの表面変質層を除去する新たな工程を付加する必要がなぐまた露光 時間を長くするなどの処置も必要ないので、簡便な工程により溝等の凹部を有する 振動子を得ることができるという効果がある。
[0026] さらに本発明によれば、フォトレジストの表面変質層を除去する必要がないので、表 面変質層の除去により生じる工程の複雑化や溝等の凹部のパターン精度の悪化が なぐパターン精度の良い振動子を得ることができるという効果がある。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1A]本発明の製造方法による振動子の製造工程の一部を工程順に示す説明図で ある。
[図 1B]本発明の製造方法による振動子の製造工程の一部を工程順に示す説明図で ある。
[図 1C]本発明の製造方法による振動子の製造工程の一部を工程順に示す説明図 である。
[図 1D]本発明の製造方法による振動子の製造工程の一部を工程順に示す説明図 である。
[図 2A]図 1 A〜図 1Dの工程の続きである。
[図 2B]図 1 A〜図 1Dの工程の続きである。
[図 2C]図 1 A〜図 1Dの工程の続きである。
[図 2D]図 1A〜図 1Dの工程の続きである。
[図 3A]図 2A〜図 2Dの工程の続きである。 [図 3B]図 2A〜図 2Dの工程の続きである。
[図 3C]図 2A〜図 2Dの工程の続きである。
[図 3D]図 2A〜図 2Dの工程の続きである。
圆 4]本発明による製造方法によって製造された断面略 H型の音叉型水晶振動子の 外形を示す図である。
圆 5]本発明による製造方法によって製造された断面略 H型の音叉型水晶振動子を 示す図である。
[図 6A]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。
圆 6B]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。
圆 6C]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。
圆 6D]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。
圆 6E]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。
[図 7A]断面略 H型の音叉型水晶振動子の外形を示す上面図である。
[図 7B]図 7Aの水晶振動子の脚の断面 (A— A断面)を示す図である。
圆 8A]従来の一製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。 圆 8B]従来の一製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。 圆 8C]従来の一製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。 圆 8D]従来の一製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。
[図 9A]図 8A—図 8Dの工程の続きである。
[図 9B]図 8A—図 8Dの工程の続きである。
[図 9C]図 8A—図 8Dの工程の続きである。
[図 9D]図 8A—図 8Dの工程の続きである。
[図 10A]図 9A—図 9Dの工程の続きである。
[図 10B]図 9A—図 9Dの工程の続きである。
[図 10C]図 9A—図 9Dの工程の続きである。
[図 10D]図 9 A—図 9Dの工程の続きである。
圆 11A]従来の別の製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。 圆 11B]従来の別の製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。 [図 11C]従来の別の製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。
[図 11D]従来の別の製造方法による製造工程の一部を工程順に示す説明図である。
[図 12A]図 11A—図 11Dの工程の続きである。
[図 12B]図 11A—図 11Dの工程の続きである。
[図 12C]図 11A—図 11Dの工程の続きである。
[図 12D]図 11A—図 11Dの工程の続きである。
[図 13A]図 12A—図 12Dの工程の続きである。
[図 13B]図 12A—図 12Dの工程の続きである。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 図 1A〜図 3Dは、本発明の振動子の製造工程を示す図である。
[0029] まず、水晶基板 1を板状に加工する(図 1A)。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 500A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 1000A程度積層して成膜する(図 1B )。 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 、るフッ酸とフッ化アンモ-ゥム溶液の 混合液に対する耐蝕膜として作用する。
[0030] 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 1C)。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 (登録商標)を用いる。次に音叉型水晶振動子の外形を形成するためのフ オトマスクを用いて露光、現像し、音叉型水晶振動子の外形の内側にだけフォトレジ スト層 7が残るようにし、外側の Au膜 5を露出させる(図 1D)。
[0031] 次に露出された Au膜 5をエッチングし除去する(図 2A)。 Au膜 5のエッチングには ヨウ素をヨウ化カリウム溶液に溶力したエッチング液を用いる。そして、 Au膜 5を除去 した部分には Cr膜 3が露出する力 このままの状態にしておく。続いて、フォトレジスト 層 7を剥離することなぐ残存しているフォトレジスト層 7に対して、溝部の露光を行い 、現像し、溝部に対応する部分のフォトレジスト層 7を除去する(図 2B)。この時、フォ トレジスト層 7が除去された溝部に対応する面は Au膜 5が露出した状態となる、次に 、露出している Cr膜 3をエッチングして除去する(図 2C)。 Cr膜 3のエッチングには例 えば硝酸セリウムアンモ-ゥムを含有したエッチング液を用いる。
[0032] この様に、本発明では Au膜 5のエッチングを行った後(図 2A)に、溝部の露光、現 像を行い、その後で Cr膜 3のエッチングを行う。これは次のような理由による。これま で述べた様に、従来、フォトレジスト層 7は耐蝕膜としての金属膜のエッチング液に晒 されることにより感光性が著しく劣化し、露光、現像が困難な表面変質層を生じる。し 力し詳細にわたっての実験の結果、 Au膜 5のエッチング液として、ヨウ素をヨウ化カリ ゥム溶液中に溶力したエッチング液を用いると、このエッチング液に対してフォトレジ スト層 7は表面変質層を生じることが無いことがわ力つた。一方、 Cr膜 3のエッチング 液である、硝酸セリウムアンモ-ゥムを含有したエッチング液にフォトレジスト膜 7が晒 されると、表面変質層を生じることがわ力つた。従って、本発明のように Au膜 5のエツ チングを行った後に、 Cr膜 3のエッチングをせずに、溝部の露光、現像を先に行えば (図 2B)、フォトレジスト膜 7に表面変質層が存在しない状態で溝部の露光、現像が 行えるので、何の特別な処理を施すことなくフォトレジスト膜 7に溝部の露光、現像を 行うことが出来るのである。
[0033] 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ゥムの混合液を用いて、 露出した水晶基板 1のエッチングを行い、音叉型水晶振動子の外形を形成する(図 2 D)。続いて、溝部に露出している Au膜 5, Cr膜 3を順番にエッチングによって除去 する(図 3A)。次に、残存するフォトレジスト層 7を剥離する(図 3B)。その後、水晶用 のエッチング液である、フッ酸とフッ化アンモ-ゥムの混合液を用いて、溝部に対応し て露出した水晶基板 1のエッチングを行い、上下両面に所定深さの溝部 9 (凹部)を 加工する(図 3C)。最後に Au膜 5, Cr膜 3を除去し断面が略 H型の音叉型水晶振動 子の外形を得る(図 3D)。
[0034] ここでは、フォトレジスト層 7を剥離して力 溝部のエッチングを行う例を示した力 溝 部の加工後にフォトレジスト層 7を除去しても良い。但し、溝部のエッチングの際にフ オトレジスト層が剥離し、溝部のエッチング力卩ェに影響を及ぼすおそれがあるので、 溝部のエッチングを行う前にフォトレジスト層 7を除去することが望ましい。
[0035] このようにして、図 4に示すような断面略 H型の音叉型水晶振動子の外形形状が出 来上がることになる。断面略 H型の音叉型水晶振動子は、基部 11と、基部 11から延 びる 2本の振動脚 13から構成され、その脚 13の表裏面には溝部 9が設けられている
[0036] 次に、図 5に示す電極 15の形成の工程について図 6を用いて説明する。図 5は音 叉型水晶振動子の平面図であり、電極 15は脚 13の溝部 9、側面、基部 11にそれぞ れ設けられている。
[0037] 図 6に示すように、まず、略 H型の音叉型水晶振動子の全面に金属膜 17をスパッタ リング等で形成する(図 6A)。金属膜 17としては例えば下地層を Cr膜、表面層を Au 膜とした積層膜を用いる。次に金属膜 17の表面にフォトレジスト層 19を形成する(図 6B)。この際、音叉型水晶振動子の表面、裏面、側面と立体的にフォトレジストを塗 布する必要があるため、スプレーコート装置を用いたスプレー塗布法や、金属膜を電 極として電着フォトレジストを塗布する電着塗布法などを用いる。次に電極のパターン を露光、現像し、図 5の電極 15を形成しない部分に相当する部分のフォトレジスト層 1 9を除去する(図 6C)。次に表面に露出した部分の金属膜 17をエッチングにより除去 し(図 6D)、フォトレジスト層 19を剥離すれば(図 6E)、図 5に示すような電極 15が形 成される。
[0038] 以上に記した本発明を実施するための最良の形態には、振動脚の断面が略 H型 の音叉型水晶振動子の例を示したが、これに限らず、本発明を枠付の AT板水晶振 動子に用いることができる。その場合、振動体となる部分は、枠で囲まれてこの枠の 部分より薄く構成された凹部形状となる。この凹部形状を上記実施形態の溝部に置 き換えて製造すれば、いわゆる AT板水晶の逆メサ型振動子に適用できることは明ら かである。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一面に溝部を有する振動子の製造方法であって、
圧電材料からなる基板の表面に、下地層と表面層カゝらなる金属膜を形成する工程 と、
前記金属膜の前記表面層上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する 工程と、
前記フォトレジスト層を振動子の外形形状にパターユングして不要なフォトレジスト 層を除去する工程と、
前記フォトレジスト層を除去した部分に露出した前記表面層をエッチングにより除去 して前記下地層を露出させる工程と、
前記表面層上に残存する前記フォトレジスト層を剥離することなぐ該フォトレジスト 層をパターユングして不要なフォトレジスト層を除去することにより、溝部に対応する 前記表面層を露出させる工程と、
前工程までに露出している前記下地層をエッチングにより除去して前記基板の表 面を露出する工程と、
露出した前記基板部分をエッチングにより除去して前記振動子の外形を形成する 工程と、
前記溝部に対応する前記表面層および前記下地層をエッチングにより除去して前 記基板の表面を露出する工程と、
前記溝部に対応して露出した前記基板の表面をエッチングして溝部を形成するェ 程と、さらに、
残存する前記表面層および前記下地層の金属膜を除去する工程とを含む、 前記の方法。
[2] 前記振動子が水晶からなる、請求項 1に記載の振動子の製造方法。
[3] 前記下地層の金属膜として Crを、前記表面層の金属膜として Auを用いる、請求項
1または請求項 2に記載の振動子の製造方法。
[4] 前記表面層の金属膜をエッチングするためのエッチング液としてヨウ素とヨウ化カリ ゥムを含有する溶液を用いる、請求項 3に記載の振動子の製造方法。
[5] 前記振動子が振動脚部に溝部を有する音叉型振動子である、請求項 1に記載の 振動子の製造方法。
[6] 前記振動子が前記溝部を振動体として用いる逆メサ型振動子である、請求項 1に 記載の振動子の製造方法。
[7] 振動子の製造方法であって、
水晶基板の表面に Cr膜を形成し、この Cr膜の表面に Au膜を形成する工程と、前記 Au膜上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を音叉型振動子の外形形状にパターニングして不要なフオトレ ジスト層を除去する工程と、
前記フォトレジスト層を除去した部分に露出した前記 Au膜をエッチングにより除去 して Cr膜を露出させる工程と、
前記 Au膜上に残存する前記フォトレジスト層を剥離することなぐ前記フォトレジスト 層を音叉型振動子の振動脚部の溝部外形形状にパターニングして不要な前記フォト レジスト層を除去し前記溝部に対応する前記 Au膜を露出する工程と、
前工程までに露出している前記 Cr膜をエッチングにより除去して前記基板の表面 を露出する工程と、
露出した前記基板の部分をエッチングにより除去して前記振動子の外形を形成す る工程と、
前記溝部に対応して露出した前記基板の表面をエッチングして溝部を形成するェ 程と、さらに、
残存する前記 Au膜および前記 Cr膜を除去する工程とを含む、
振動子の製造方法。
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