JP2006269738A - 水晶振動子の金属パターン形成方法、外形加工方法及び露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水晶ウェハの表裏面に形成する金属膜の位置精度を高める水晶振動子の金属パタ−ン形成方法を主とし、水晶振動子の外形加工方法及びこれらに適用する露光装置を提供する。
【解決手段】個々の水晶片に分割される水晶ウェハ5の表裏面には少なくとも2箇所に表裏面が露出した光透過部が設けられ、前記水晶ウェハ5の表面の光透過部には表面マーカ8bが形成され、前記水晶ウェハ5の裏面上に配置されるフォトマスク10の原版マーカ15bと前記水晶ウェハ5の表面マーカ8bとは、合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察されながら位置決めされ、前記水晶ウェハ5の表面上のレジスト膜8に前記フォトマスク10の原版パターン15aを露光して水晶振動子の金属パターン7を形成する。
【選択図】図1
【解決手段】個々の水晶片に分割される水晶ウェハ5の表裏面には少なくとも2箇所に表裏面が露出した光透過部が設けられ、前記水晶ウェハ5の表面の光透過部には表面マーカ8bが形成され、前記水晶ウェハ5の裏面上に配置されるフォトマスク10の原版マーカ15bと前記水晶ウェハ5の表面マーカ8bとは、合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察されながら位置決めされ、前記水晶ウェハ5の表面上のレジスト膜8に前記フォトマスク10の原版パターン15aを露光して水晶振動子の金属パターン7を形成する。
【選択図】図1
Description
本発明は水晶振動子の金属パターン形成方法、外形加工方法及び露光装置を技術分野とし、特にフォトエッチングによるジャイロセンサ用とした音叉型振動子(以下、角速度センサ素子とする)の外形加工方法及びその露光装置に関する。
(発明の背景)
角速度センサ素子は所謂コリオリの力を利用して構成され、車のカーナビ(誘導装置)やカメラの手振装置等に適用される。近年では、需要も増大するとともに例えばカーナビ用では精度が求められ、特に外形形状に起因した斜め振動を抑止して雑音成分を小さくしたものが望まれている。
角速度センサ素子は所謂コリオリの力を利用して構成され、車のカーナビ(誘導装置)やカメラの手振装置等に適用される。近年では、需要も増大するとともに例えばカーナビ用では精度が求められ、特に外形形状に起因した斜め振動を抑止して雑音成分を小さくしたものが望まれている。
(従来技術の一例)
第7図乃至第9図は一従来例を説明する図で、第7図(a)は角速度センサ素子の図、同図(b)は水晶ウェハの図、第8図は外形加工の工程図、第9図は露光装置の概略断面図である。
第7図乃至第9図は一従来例を説明する図で、第7図(a)は角速度センサ素子の図、同図(b)は水晶ウェハの図、第8図は外形加工の工程図、第9図は露光装置の概略断面図である。
角速度センサ素子は結晶軸(XYZ)のZ軸が主面に直交したZカットとし、外形を音叉状とした水晶片1からなる。一対の音叉腕2には表裏面及び両側面に励振用やセンサ用等の各素子電極3が形成され、音叉基部4には図示しない接続用の引出電極が延出する「第7図(a)」。そして、図示しない容器内に音叉基部4が保持されて密閉封入される。
音叉状の水晶片1は、通常では、水晶ウェハ5にフォトエッチング及びウェットエッチングによって多数が一体的に外形加工される「第7図(b)」。この場合、例えば各音叉基部4は図示しないフレームに連結して一体化を維持する。そして、主面及び側面に素子電極3を形成して個々の水晶片1に分割される。図中の符号6は、軸方向を明示する切欠部である。
多数の水晶片1を一体的に形成する外形加工は第1〜第6工程からなる「第8図(a〜g)」。第1工程では、水晶ウェハ5の表裏面の全面に例えば下地をCr(クロム)としたAu(金)からなる金属膜7が蒸着やスパッタによって形成される「第8図(a)」。この例では、第2〜第6工程は、水晶ウェハ1の表裏面の金属膜7上の全面にレジスト膜8を設けた後「第8図(b)」、特に露光装置(第9図)を用いて処理される。
露光装置は、図示しない筐体の上部にフォトマスク10を固定するマスク固定板11を有し、ここでは、その下方の両端部に二台のカメラ12が設置される。マスク固定板11とカメラ12との間には、上下及び前後左右の移動並びに回転自在として、水晶ウェハ5を収容して固定する保持テーブル13を有する。保持テーブル13は例えば吸引パイプ13aが図示しないコンプレッサに接続し、真空吸着によって水晶ウェハ5を保持する。
フォトマスク10は、光透過材としての例えば石英ガラスからなるマスク母体14を有する。マスク母体14の表面には、Cr等の光不透過膜による原版パターン15a、原版マーカ15b、及び外周パターン15cが設けられる。原版パターン15aは音叉状とした多数の外形が中央領域に一体的に、原版マーカ15bはその両端部に形成される。外周パターン15cは例えば軸方向を示す切欠部6を含めて中央領域を水晶ウェハ5と同一形状として形成される。なお、第9図(a)の断面図では、便宜的に、原版パターン15aは音叉状の水晶片1を1個として外周パターン15cは省略しており、第9図(b)の平面図とは一致しない。
第2工程では、先ず、露光装置の保持テーブル13に水晶ウェハ5を固定して移動し、水晶ウェハ5の表面上にフォトマスク10を対向させて配置する。そして、第10図(c)に示したように、フォトマスク10の上方に設けた図示しない光源からの照射光Pによって、原版パターン15a及び原版マーカ15bを水晶ウェハの表面のレジスト膜8に投影して転写する(所謂露光による潜像)。この場合、図では水晶ウェハ5とフォトマスク10は離間しているが、実際には両者は密着する。なお、第10図(a)は製造工程図の第8図(c)に相当する。
次に、水晶ウェハ5を露光装置から取り出し、現像液によって現像処理する。これにより、水晶ウェハ5の表面の金属膜7上に、原版パターン15a及び原版マーカ15bと対応した同一位置にレジスト膜8による表面パターン8a及び表面マーカ8bが形成される「第10図(bc)の断面図及び平面図」。なお、第10図(b)は製造工程図の第8図(d)に相当する。
第3工程では、先ず、第11図(a)に示したように、フォトマスク10の下方に配置された二台のカメラ12によって、先ず、フォトマスク10の両端部に設けた2個の原版マーカ15bを認識して記憶する。そして、画面12aに原版マーカ15bを映像化する。次に、水晶ウェハ5の表裏面を反転して露光装置の保持テーブル13に固定し、第11図(b)に示したように、表面マーカ8bが形成された水晶ウェハ5の表面をカメラ12側とし、レジスト膜8が全面に形成された裏面をフォトマスク10側とする。なお、第11図(b)は製造工程図の第8図(e)に相当する。
そして、保持テーブル13の移動及び回転を制御して、カメラ12に記憶されて画面12aに映像化されたフォトマスク10の原版マーカ15bに、水晶ウェハ5の表面マーカ8bを重ね合わせて垂直方向の直線上に位置決めして一致させる。この場合、フォトマスク10に水晶ウェハ5を当接(密着)し、露光時と同一状態とした上で表面マーカ8bの位置をカメラ12によって認識する。なお、そして、カメラ12は元の位置(原版マーカ15bを認識した位置)から水晶ウェハ5の厚み分だけ下方に移動させ、表面マーカ8bの位置を観察する。
これらにより、フォトマスク10の原版パターン15aと水晶ウェハ5の表面パターン8aとが垂直方向に対向(重畳)する。次に、第1工程と同様に、水晶ウェハ5をフォトマスク10に密着させた状態で、フォトマスク10の上方からの照射光Pによって、水晶ウェハ5の裏面に原版パターン15a及び原版マーカ15bを投影する(露光、潜像)。
第4工程では、第1工程と同様に、水晶ウェハ5を露光装置から取り出し、現像処理する。光の照射された不要なレジスト膜8をエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ5の裏面の金属膜7上に、原版パターン15a及び原版マーカ15bに対応した同一位置に、レジスト膜8による裏面パターン8c及び裏面マーカ8dが形成される「第8図(f)」。
第5工程では、表裏面パターン8(ac)及びマーカ8(bd)の形成された水晶ウェハ5をエッチング液中に投入する。そして、表裏面パターン8(ac)及びマーカ8(bd)によって覆われた金属膜7以外の金属膜7をウェットエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ5の表裏面に、レジスト膜8による表裏面パターン8(ac)及び表裏面マーカ8(bd)が重畳した表裏面金属パターン7(ac)及び金属マーカ7(bd)を形成する「第8図(g)」。
第6工程では、水晶ウェハ5をエッチング液中に投入し、表裏面金属パターン7(ac)及び金属マーカ7(bd)を外形加工マスクとしてウェットエッチングする。これにより、表裏面金属パターン7(ac)の形状に倣って音叉状とした多数の水晶片1に分割され、金属マーカ7(bd)とともに水晶ウェハ5に一体的に形成される。但し、各水晶片1の音叉基部及び金属マーカ7(bd)部は図示しない水晶ウェハ5のフレームに接続して一体化されている。
そして、一体的に外形加工された多数の水晶片1を有する水晶ウェハ5に、例えば主面及び側面の素子電極3が形成される「前第7図参照」。この場合でも、表裏面マーカ8(bd)及び金属マーカ7(bd)に基づいて、次工程以下でのフォトマスク10に位置決めされる。そして、例えば表裏面及び側面のレジスト膜を除去して、素子電極3が形成された音叉状として独立した個々の水晶片1に分割される。
(従来技術の問題点)
しかしながら、上記構成の外形加工方法では、露光装置によって予めカメラ12で認識したフォトマスク10の原版マーカ15bに、保持テーブル13を機械的に制御して水晶ウェハ5の表面マーカ8bを一致させる。したがって、例えば保持テーブル13の機械的制御時の衝撃等、特に水晶ウェハ5をフォトマスク10に当接させるときの衝撃によって、カメラ12での認識時と当接時とにおける実際の原版マーカ15bの位置がミクロン〜サブミクロン単位で微妙に異ならせる問題があった。
しかしながら、上記構成の外形加工方法では、露光装置によって予めカメラ12で認識したフォトマスク10の原版マーカ15bに、保持テーブル13を機械的に制御して水晶ウェハ5の表面マーカ8bを一致させる。したがって、例えば保持テーブル13の機械的制御時の衝撃等、特に水晶ウェハ5をフォトマスク10に当接させるときの衝撃によって、カメラ12での認識時と当接時とにおける実際の原版マーカ15bの位置がミクロン〜サブミクロン単位で微妙に異ならせる問題があった。
また、フォトマスク10の原版マーカ15bを認識後、カメラ12は水晶ウェハ5の厚み分後方に移動するので、移動誤差を生じることもある。したがって、これも、映像化された原版マーカ15bと実際の位置を微妙に異ならせる要因となっていた。いずれにしても、カメラ12で認識した原版マーカ15bの過去情報に基づいて、表面マーカ8bを位置決めするのでリアルタイムの位置合わせには限界を生じていた。
これらの場合、表面パターン8aと裏面パターン8cとの間にズレを生じ、外形加工後の音叉状とした各水晶片1の側面は傾斜面となる。したがって、第12図(上面図)に示したように各音叉腕2の断面は本来の好ましい形状例えば長方形に対して「同図(a)」、側面が傾斜した平行四辺形となる「同図(b)」。これにより、各図の矢印で示すように本来の水平方向の音叉振動に対して斜め振動を生じる。そして、斜め振動のうちの板面に対する垂直方向の成分は、コリオリの力による検出成分に対する不要信号となるため、弊害を引き起こす。
(発明の目的)
本発明は、水晶ウェハの表裏面に形成する金属膜の位置決め精度を高める水晶振動子の金属膜形成方法を主として、水晶片の側面を所望形状にする水晶振動子の外形加工方法及びこれらに適用する露光装置を提供することを目的とする。
本発明は、水晶ウェハの表裏面に形成する金属膜の位置決め精度を高める水晶振動子の金属膜形成方法を主として、水晶片の側面を所望形状にする水晶振動子の外形加工方法及びこれらに適用する露光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決して本発明の各目的を達成するための手段は、特許請求の範囲(請求項1〜14)
に記載した通りであり、基本的には請求項1の発明である水晶振動子の金属膜形成方法にある。ここ
では特に請求項1の発明についての構成を記載し、請求項2〜14の発明を便宜的に<発明を実施
するための最良の形態>で述べる。
に記載した通りであり、基本的には請求項1の発明である水晶振動子の金属膜形成方法にある。ここ
では特に請求項1の発明についての構成を記載し、請求項2〜14の発明を便宜的に<発明を実施
するための最良の形態>で述べる。
本発明の請求項1では、個々の水晶片に分割される水晶ウェハの表裏面には金属膜が形成される第1工程と、前記水晶ウェハの表面の金属膜上には前記水晶片の外形形状又は電極形状に対応したレジスト膜による表面パターンを形成し、前記水晶ウェハの表面の少なくとも2箇所に表面マーカを形成する第2工程と、前記表面パターン及び前記表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが前記水晶ウェハを反転した裏面上に配置され、前記表面マーカと前記原版マーカとを重ね合わせて位置決めする第3工程と、前記水晶ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜に前記フォトマスク上からの照射光によって前記原版パターンを投影した後に現像し、前記レジスト膜による裏面パターンを形成する第4工程と、前記表面パターンと前記裏面パターンによって覆われた金属膜以外の金属膜をエッチングによって除去し、前記水晶ウェハの表裏面に前記金属膜による表裏面パターンを形成する第5工程とからなる水晶振動子の金属パターン形成方法において、
前記第1工程における前記水晶ウェハの表裏面には前記水晶ウェハの一部が露出して無金属膜とした光透過部が設けられ、前記第2工程における前記表面マーカは前記光透過部に形成され、前記第3工程における前記表面マーカと前記原版マーカとは合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察され、前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めする構成とする。
前記第1工程における前記水晶ウェハの表裏面には前記水晶ウェハの一部が露出して無金属膜とした光透過部が設けられ、前記第2工程における前記表面マーカは前記光透過部に形成され、前記第3工程における前記表面マーカと前記原版マーカとは合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察され、前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めする構成とする。
このような構成であれば、水晶ウェハの裏面をフォトマスク側として表面を反対側(即ち、裏面がフォトマスクの対向面で表面が非対向面)として配置しても、水晶ウェハの表面マーカは光透過部に設けたので、フォトマスク上から原版マーカとともに光学的に直接に検視(観察)できる。したがって、例えば機械的に固定されたフォトマスクの原版マーカが衝撃等によって微妙に位置ずれを起こしても、水晶ウェハの表面マーカを原版マーカの実際の位置に一致させることができる。
要するに、従来例のようにカメラによる過去の位置情報ではなく、直視する現実の位置情報によってリアルタイムに表面マーカと原版マーカとを一致させることができる。したがって、水晶ウェハの表面マーカとフォトマスクの原版マーカとに依存した表面パターンと原版パターンとを高精度に位置決めできる。これにより、原版パターンが投影されて形成される水晶ウェハの裏面パターンを表面パターンに、例えばサブミクロン(μ)以下の単位で誤差がなく位置決めできる。
そして、ここでは、表面マーカと原版マーカとを二重焦点光学系の第1合焦系及び第2合焦系よって位置決めする。したがって、第1合焦系によって例えば表面マーカを、第2合焦系によって原版マーカを光学的に確実に検視して、両者を確実に位置決めできる。
(請求項1に関する従属項2〜5)
本願発明の請求項2では、請求項1において、前記光透過部は前記金属膜を形成する際、前記水晶ウェハの一部を遮蔽して形成する。これにより、例えば蒸着やスパッタでの金属膜の形成と同時に光透過部を形成できる。
本願発明の請求項2では、請求項1において、前記光透過部は前記金属膜を形成する際、前記水晶ウェハの一部を遮蔽して形成する。これにより、例えば蒸着やスパッタでの金属膜の形成と同時に光透過部を形成できる。
同請求項3では、請求項1において、前記光透過部は前記金属膜を形成した後、前記金属膜の一部を除去する。これにより、金属膜を全面に形成した後、例えばフォトマスク(露光装置)やレーザを用いて任意の領域に光透過部を形成できる。
同請求項4では、請求項1において、前記レジスト膜は前記光透過部を含めて前記金属膜上に形成され、前記表面マーカは前記レジスト膜による表面パターンと同時に、前記光透過部としての前記水晶ウェハの表面に直接に形成される。これにより、レジスト膜による表面パターンと表面マーカとを同時に形成できる。
同請求項5では、請求項1において、前記表面パターンと前記原版パターンとは同一形状であって、前記表面マーカと前記原版マーカとが同一位置であるとする。これにより、水晶ウェハの表裏面間で対向して垂直方向又は斜方向で互いに重畳する表面パターンと裏面パターンとを形成できる。
(請求項1を基本とした外形加工方法、請求項6〜13)
同請求項6では、請求項1の前記第5工程後に、前記金属膜による表裏面パターンを外形加工マスクとして前記水晶ウェハをエッチングし、前記外形加工マスクの形状に倣った個々の水晶片に分割した第6工程を有する。これにより、水晶片の外形寸法をフォトエッチングによるサブミクロン単位以下の精度にして、超小型の水晶片を得られる。
同請求項6では、請求項1の前記第5工程後に、前記金属膜による表裏面パターンを外形加工マスクとして前記水晶ウェハをエッチングし、前記外形加工マスクの形状に倣った個々の水晶片に分割した第6工程を有する。これにより、水晶片の外形寸法をフォトエッチングによるサブミクロン単位以下の精度にして、超小型の水晶片を得られる。
同請求項7では、請求項6において、前記水晶片は屈曲振動系又は輪郭振動系であるとする。これらの振動系の場合は、特に水晶片の平面外形が振動周波数を含めて振動特性を決定する。したがって、本発明を適用することによって高精度の外形加工ができて振動特性を良好にする。
同請求項8では、請求項7において、前記水晶片は屈曲振動系として音叉状であるとする。これにより、高精度の外形加工ができて振動特性を良好にした音叉型振動子を得られる。
同請求項9では、請求項8において、前記水晶片は各速度センサ素子として適用される。これにより、高精度の外形加工ができて例えば斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。
同請求項10では、請求項6において、前記水晶ウェハはZカットとした単板からり、前記水晶片は音叉状であるとする。この場合は、水晶ウェハをZカットの単板とするので、請求項3で示したように表面パターンと裏面パターンとは対向して垂直方向に重畳する場合は、水晶のエッチング異方性による表裏面側間での非対称性を防止して基本的に対称性を維持する。したがって、斜め振動を防止する。
同請求項11では、請求項6において、前記水晶ウェハはZカットとした第1水晶ウェハと第2水晶ウェハとのX軸方向の極性を逆向きとした直接合板であり、前記水晶片は音叉状であるとする。この場合は、Zカットの直接接合板とするので、水晶のエッチング異方性によって表裏面側間で非対称となる。したがって、請求項5で示したように表面パターンと裏面パターンとは斜方向で重畳する位置として非対称性を解消するのがよい。
同請求項12では、請求項10又は11において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される。この場合は、表裏面間で対称性を維持するので、さらに斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。
同請求項13では、請求項1の前記第5工程後に、前記金属膜による表裏面パターンの間を切断して個々の水晶片に分割し、前記表裏面パターンを励振電極とした第6工程を有する。これにより、表裏面間でフォトエッチングによるサブミクロン精度以下での位置合わせができ、例えば水晶ウェハをATカットして厚みすべり振動子を形成する場合には、表裏面間での励振電極による電極間容量を均一にできる。
(請求項1を基本とした露光装置)
同請求項14では、表面及び裏面に金属膜を有して前記表面の金属膜上にはレジスト膜による表面パターンが形成されるとともに少なくとも2箇所以上の前記表面には表面マーカが形成され、前記裏面にはレジスト膜を有する光透過材からなる被加工ウェハであって、前記金属膜の形成される表裏面の一部が露出して前記表面マーカが形成された光透過部を有した被加工ウェハを対象とし、前記被加工ウェハを反転した裏面上に配置されて使用される前記表面パターン及び表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが装着され、前記表面マーカと前記原版マーカとの位置決め手段を有し、前記位置決め手段によって前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めして前記被加工ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜上に前記原版パターンを投影する露光装置において、前記位置決め手段は、前記表面マーカと前記原版マーカとを観察する光学系として、合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系を含む構成とする。
同請求項14では、表面及び裏面に金属膜を有して前記表面の金属膜上にはレジスト膜による表面パターンが形成されるとともに少なくとも2箇所以上の前記表面には表面マーカが形成され、前記裏面にはレジスト膜を有する光透過材からなる被加工ウェハであって、前記金属膜の形成される表裏面の一部が露出して前記表面マーカが形成された光透過部を有した被加工ウェハを対象とし、前記被加工ウェハを反転した裏面上に配置されて使用される前記表面パターン及び表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが装着され、前記表面マーカと前記原版マーカとの位置決め手段を有し、前記位置決め手段によって前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めして前記被加工ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜上に前記原版パターンを投影する露光装置において、前記位置決め手段は、前記表面マーカと前記原版マーカとを観察する光学系として、合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系を含む構成とする。
このような構成の露光装置であれば、請求項1での効果で示したように、水晶ウェハの光透過部に設けた表面マーカとフォトマスクの原版マーカとを光学的に直接に検視できる。ここでは、第1合焦系及び第2合焦系を有する二重焦点光学系による現実の位置情報によって、表面マーカと原版マーカとを一致させることができる。これにより、表面マーカとフォトマスクの原版マーカとに依存した表面パターンと原版パターンとを、例えばサブミクロン(μ)以下の単位で位置決めできる。
以下、本発明の一実施例である水晶振動子の金属パターン形成方法及び露光装置を含めた外形加工方法を第1図の製造工程図及び第2図の露光装置の概略断面図に基づいて説明する。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
第1実施例での水晶振動子の外形加工方法は、従来例と同様に、第1〜第6工程からなる。第1工程では、水晶ウェハ5の表裏面に金属膜7を設ける「第1図(ab)」。ここでは、金属膜7は水晶ウェハ5の両端部をマスクによって遮蔽して設けられ、水晶ウェハ5の両端部を光透過部23とする「第1図(a)及び第3図(a)の平面図」。なお、光透過部23は必要最低限の広さとする。
第2〜第6工程は、水晶ウェハ1の表裏面の金属膜7を覆い、光透過部23を含めて全面にレジスト膜8を設けた後「第8図(b)」、特に露光装置(第9図)を用いて処理される。但し、レジスト膜8はÅ(オングストローム)単位であり、照射光が減光されるものの光透過部23を透過する。
露光装置は「第2図(a)」、前述のように、フォトマスク10を収容するマスク固定板11の下側に、水晶ウェハ5を固定して移動及び回転自在とした保持テーブル13を配置する。そして、フォトマスク10の両端部の上方には二重焦点光学系16(ab)とした顕微鏡が配置される。フォトマスク10は、前述同様に、角速度センサ素子として適用される音叉形状とした多数の水晶片1に対応した原版パターン15a及び十字状とした原版マーカ15bをマスク母体14の表面に有する。
二重焦点光学系は、第2図(b)に示したように、垂直方向の位置が異なる被対象物ABからの光をビームスプリッタ17によって分光し、ミラー18を有する第1合焦系19a及び第2合焦系19bを経てビームアダー20によって合成し、接眼レンズ21を覗いて検視(観察)する。この場合、第1合焦系19aは例えば被対象物Aに、第2合焦系19bは対象物Bに焦点を一致させることにより、両者を同一平面状の物体として認識できる。したがって、例えば被対象物Aを固定とした場合、被対象物Bを平面方向に移動して位置を調整すれば、両者を垂直方向の直線上に一致させることができる。
第2工程では、前述同様に、先ず、露光装置の保持テーブル13を移動して水晶ウェハ5の表面上にフォトマスク10を配置する。そして、上方からの照射光Pによって、原版パターン15aを水晶ウェハ5の表面のレジスト膜8上に、原版マーカ15bを水晶ウェハ5の表面が露出した両端部の光透過部23上に投影(転写)する「第1図(c)」(露光、潜像)。
次に、水晶ウェハ5を露光装置から取り出し、現像処理する。これにより、水晶ウェハ5の表面の金属膜7上に表面パターン8aが、光透過部23の水晶ウェハ5の露出面上に表面マーカ8bが形成される「第1図(d)及び第3図(b)の平面図」。これらは、原版パターン15a及び原版マーカ15bに対応した同一位置に形成される。
第3工程では、前述同様に、先ず、水晶ウェハ5の表裏面を反転して露光装置の保持テーブル13に固定し、レジスト膜8が全面に形成された裏面をフォトマスク10側とする。そして、第4図に示したように、フォトマスク10上に配置された前述の二重焦点光学系16(ab)によって、フォトマスク10の原版マーカ15bと水晶ウェハ5の表面マーカ8bとを直接に観察しながら、保持テーブル13の移動及び回転を制御して、フォトマスク10の原版マーカ15bに水晶ウェハの表面マーカ8bを重ね合わせて、垂直方向の直線上に一致させる。
これらにより、原版マーカ15b「(第2図(b)の対象物A)」と表面マーカ8b(同対象物B)とが垂直方向の直線上に位置決めされる。この場合でも、水晶ウェハ5をフォトマスク10に当接(密着)した状態で表面マーカ8bを原版マーカ15bに一致させる。次に、第1工程と同様に、水晶ウェハ5をフォトマスク10に密着させた状態でのフォトマスク10の上方からの照射光Pによって、水晶ウェハ5の裏面に原版パターン15a及び原版マーカ15bを投影する「第1図(e)」(露光、潜像)。
第4工程では、第1工程でしたのと同様に、水晶ウェハ5を露光装置から取り出し、現像処理する。これにより、水晶ウェハ5の裏面の金属膜7上に、原版パターン15aに対応した同一位置に裏面パターン8c及び裏面マーカ8dが形成される「第1図(f)」。
第5工程では、表裏面パターン8(ac)及びマーカ8(bd)の形成された水晶ウェハ5をエッチング液中に投入する。そして、表裏面パターン8(ac)によって覆われた金属膜7以外の金属膜7をウェットエッチングによって除去する。これにより、水晶ウェハ5の表裏面に、レジスト膜8による表裏面パターン8(ac)が重畳した表裏面金属パターン7(ac)及びレジスト膜8のみによる表裏面マーカ8(bd)を形成する「第1図(g)」。
第6工程では、従来例と同様に、水晶ウェハ5をエッチング液中に投入し、表裏面パターン8(ac)が重畳した表裏面金属パターン7(ac)及び表面マーカ8(bd)を外形加工マスクとしてウェットエッチングする。これにより、表裏面金属パターン7(ac)の形状に倣って音叉状とした多数の水晶片1に分割され、表裏面マーカ8(bd)部とともに水晶ウェハ5に一体的に形成される。
そして、一体的に外形加工された多数の水晶片1を有する水晶ウェハ5に、例えば主面及び側面の素子電極3が形成される「前第7図参照」。この場合でも、表裏面マーカ8(bd)に基づいて、次工程以下でのフォトマスク10に位置決めされる。そして、例えば表裏面及び側面のレジスト膜を除去して、音叉状として独立した個々の水晶片1に分割される。
このような構成であれば、発明の効果の欄で述べたように、フォトマスク10上からの二重光学系16(ab)によって、原版マーカ15bとともに、フォトマスク10との対向面とは反体面となる光透過部23に設けた水晶ウェハの表面マーカ8bを光学的に直接に検視できる。したがって、フォトマスク10の原版マーカ15bが衝撃等によって微妙に位置ずれを起こしても、二重光学系によって観察しながら水晶ウェハ5の表面マーカ8bを原版マーカ15bの実際の位置に例えばミクロン(μ)以下の単位で誤差がなく、リアルタイムに一致させることができる。
また、水晶ウェハ5の両主面に金属膜7を形成する際、両端部を露出して光透過部23とし、レジスト膜8による表面マーカ8bは金属膜7上の表面パターン8aと同時に、水晶ウェハ5の露出した光透過部23に直接に形成する。これにより、水晶ウェハ5の全面に金属膜7を形成した場合に比較し、例えばフォトエッチングを用いて両端部の金属膜7を除去する必要がないので、製造工程を容易にする。
また、この例では、フォトマスク10による原版パターン15a及び原版マーカ15bを水晶ウェハ5の表面に転写して表面パターン8a及び表面マーカ8bを現像した(第1工程)後、水晶ウェハ5の表面マーカ8bと原版マーカ15bとを同一位置(垂直方向の直線上)に一致させて原版パターン15aを裏面に投影し(第2工程)、その後、現像する(第3工程)。したがって、水晶ウェハ5の表面パターン8aと裏面パターン8cとを同一形状として、水晶ウェハ5の表裏面間で対向して垂直方向で互いに重畳して形成できる。
この場合、原版マーカ15bを同一位置として原版パターン15aの位置をずらした第2のフォトマスク10を使用して裏面パターン8cを形成すれば、水晶ウェハ5の表裏面間で対向して斜方向で互いに重畳する同一形状の表裏面パターン8(ac)を形成できる。勿論、第2の原版パターン15aを異なる形状とすれば、表裏面間で異なる形状の表面パターン8aと裏面パターン8cとを所定の位置関係として形成できる。
要するに、二重焦点光学系16(ab)によって原版マーカ15bと表面マーカ8bとを一致させることにより、任意形状の表裏面パターン8(ac)を所定の位置関係で形成できる。そして、表裏面パターン8(ac)で覆われた金属膜以外の金属膜7を除去すれば、所定の位置関係となる金属表裏面パターン7を形成できる。この場合、レジスト膜8による表裏面パターン8(ac)及び表裏面マーカ8(bd)を残したまま、あるいは除去することによって、水晶振動子の金属パターン形成方法を提供できる。
また、ここでは、表裏面金属パターン7(ac)を外形マスクとして水晶ウェハ5をエッチングするので、水晶ウェハ5に多数の音叉状とした水晶片を一体的に形成する水晶振動子の外形加工方法を提供できる。この場合、二重焦点光学系16(ab)による位置決めによって、表裏面金属パターン7(ac)が互いに重畳して形成される。そして、水晶ウェハ5はZカットした単版からなる。
したがって、水晶ウェハ5をエッチング液中に投入した場合は、両主面の金属パターン7(ac)に沿って表裏面から垂直方向にエッチングされ、例えば第5図(a)の上面図に示したように、音叉腕2の両側面の中央に外側に向かう三角形の突起22aを生ずる。そして、中心線A−Aに対して両主面側は対称に加工される。このことから、外形寸法をフォトエッチングによるミクロン単位以下の精度にして、両主面側で略対称とした音叉状の超小型の水晶片を得られる。ここでは、音叉状の水晶片1を角速度センサ素子として適用するので、両主面側での非対称性に基づいた、特に斜め振動を防止して雑音の少ないセンサ信号を得ることができる。
これらの場合、水晶ウェハ5をZカットの直接接合板とした場合は、水晶のエッチング異方性によって、例えば第5図(b)に示したように、両側面の中央に内外に向かう逆向きの突起22bを生じる。この場合は、中心線A−Aに対して両主面側は非対称となり、斜め振動を生じやすくなる。したがって、この場合は、レジスト膜8による表面パターン8aと裏面パターン8cとは斜方向で重畳する位置として非対称性を解消するのがよい。
また、水晶片1は屈曲振動系とした音叉状に限らず、外形形状で振動特性が決定されるこれ以外の例えば屈曲振動系や輪郭振動系としても、本発明の外形加工方法は精密加工ができることから効果を奏する。
第6図は本発明の第2実施例である水晶振動子の外形加工方法を説明する水晶ウェハの図で、第1実施例との同一部分の説明は省略又は簡略する。第1実施例では水晶ウェハ上の金属膜は特に外形加工のために適用したが、第2実施例では励振電極として適用する例である。
すなわち、第2実施例では、第1実施例と同様にして、個々の水晶片1に分割される水晶ウェハ5に例えば円状とした多数の励振電極3(ac)としての金属パターン7(ac)を形成する。そして、ダイシングソウやスクライバ等を用いて、A−A線及びB−B線で示すように、水晶ウェハ5の各金属パターン7(ac)間を縦横に機械的に切断し、個々の水晶片1に分割する。水晶片1は振動周波数が厚みに依存した例えば厚みすべり振動系のATカット等とする。
この場合でも、水晶ウェハ5の金属膜7上にレジスト膜8による表面パターン8aとともに両端部の光透過部23に表面マーカ8bを形成する。表面パターンは水晶片1の励振電極となる円状として、図示しない引出電極を延出する。そして、表面マーカされたレジスト膜による表面マーカ8bに基づいて、二重焦点光学系16(ab)によって位置決めして、水晶ウェハ5の金属膜7上に裏面パターン8cを形成する。そして、エッチングによって、円状とした多数の金属パターン7(ac)「励振電極3(ac)」を、水晶ウェハ5の両主面に形成した後、個々の水晶片1に切断・分割する。
このような構成であれば、各水晶片1の両主面の金属パターン7(ac)からなる励振電極3(ac)は両主面間で、二重焦点光学系16(ab)のリアルタイムの位置決めによって、ミクロン単位以下で重なり合う。したがって、各水晶片1における両主面間での励振電極3(ac)の対向面積を均一にできて電極間容量を一定にし、製造時の規格不良を低減できる。なお、これらの場合でも、水晶片1は厚みすべり振動系に限らず、前述の音叉状を含めた屈曲振動系や輪郭振動系であってもよく、両主面間での位置あわせが要求される場合に適用できる。
(他の事項)
上記実施例では、二重焦点光学系を用いた露光装置は水晶振動子の外形又は電極に対応した表裏面パターン8(ac)を形成する水晶振動子の金属パターン形成方法に適用したが、被加工物は水晶振動子に限らず、両主面間に高精度に金属パターンを形成する場合に適用できる。また、第2工程では水晶ウェハの表裏面の金属膜7にレジスト膜8を設けたが、裏面のレジスト膜8は表面パターン8a及び表面マーカ8bを形成した第3工程後に設けてもよい。この場合、裏面のレジスト膜8は表面パターン8aの形成時の露光(照射光)の影響を受けずに済む。
上記実施例では、二重焦点光学系を用いた露光装置は水晶振動子の外形又は電極に対応した表裏面パターン8(ac)を形成する水晶振動子の金属パターン形成方法に適用したが、被加工物は水晶振動子に限らず、両主面間に高精度に金属パターンを形成する場合に適用できる。また、第2工程では水晶ウェハの表裏面の金属膜7にレジスト膜8を設けたが、裏面のレジスト膜8は表面パターン8a及び表面マーカ8bを形成した第3工程後に設けてもよい。この場合、裏面のレジスト膜8は表面パターン8aの形成時の露光(照射光)の影響を受けずに済む。
また、第1実施例では水晶ウェハ5の光透過部23は両主面への金属膜7の形成時に両端部にマスクを設けて形成したが、例えば全面に金属膜7を設けた後、フォトエッチングやレーザによって一部を除去して形成することもできる。
また、第1実施例では光透過部23上にレジストパターンを形成し、これを表面マーカ8bとして用いる例を説明したが、表面マーカ8bはこの例に限らず、任意ものものとできる。例えば金属膜7に十字形、菱形等の任意の形状の窓を開け、この窓自体を表面マーカとして用いてもよい。また、金属膜7に「回字状」に光透過部、遮光部からなるパターンを形成する等、光透過部、遮光部を任意に組み合わせたパターンを表面マーカとして用いてもよい。
また、表面パターン8a及び表面マーカ8bは、水晶ウェハ5の表面上のレジスト膜8にフォトマスク10の原版パターン15a及び原版マーカ15bを投影した後の現像によって形成したが、例えば電子線描画装置で形成してもよい。
1 水晶片、2 音叉腕、3 素子電極、4 音叉基部、5 水晶ウェハ、6 切欠部、7 金属膜、8 レジスト膜、10 フォトマスク、11 マスク固定台、12 カメラ、13 保持テーブル、14 マスク母体、15a 原版パターン、15b 原版マーカ、16 二重焦点光学系、17 ビームスプリッタ、18 ミラー、19 合焦系 20 ビームアダー、21 接眼レンズ、22 突起部 23 光透過部。
Claims (14)
- 個々の水晶片に分割される水晶ウェハの表裏面には金属膜が形成される第1工程と、
前記水晶ウェハの表面の金属膜上には前記水晶片の外形形状又は電極形状に対応したレジスト膜による表面パターンを形成し、前記水晶ウェハの表面の少なくとも2箇所に表面マーカを形成する第2工程と、
前記表面パターン及び前記表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが前記水晶ウェハを反転した裏面上に配置され、前記表面マーカと前記原版マーカとを重ね合わせて位置決めする第3工程と、
前記水晶ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜に前記フォトマスク上からの照射光によって前記原版パターンを投影した後に現像し、前記レジスト膜による裏面パターンを形成する第4工程と、
前記表面パターンと前記裏面パターンによって覆われた金属膜以外の金属膜をエッチングによって除去し、前記水晶ウェハの表裏面に前記金属膜による表裏面パターンを形成する第5工程とからなる水晶振動子の金属パターン形成方法において、
前記第1工程における前記水晶ウェハの表裏面には前記水晶ウェハの一部が露出して無金属膜とした光透過部が設けられ、前記第2工程における前記表面マーカは前記光透過部に形成され、
前記第3工程における前記表面マーカと前記原版マーカとは合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系によって観察され、前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めすることを特徴とする水晶振動子の金属パターン形成方法。 - 請求項1において、前記光透過部は前記金属膜を形成する際、前記水晶ウェハの一部を遮蔽して形成した水晶振動子の金属パターン形成方法。
- 請求項1において、前記光透過部は前記金属膜を形成した後、前記金属膜の一部を除去した水晶振動子の金属パターン形成方法。
- 請求項1において、前記レジスト膜は前記光透過部を含めて前記金属膜上に形成され、前記表面マーカは前記レジスト膜による表面パターンと同時に、前記光透過部としての前記水晶ウェハの表面に直接に形成された水晶振動子の金属パターン形成方法。
- 請求項1において、前記表面パターンと前記原版パターンとは同一形状であって、前記表面マーカと前記原版マーカとが同一位置である水晶振動子の金属パターン形成方法。
- 請求項1の前記第5工程後に、前記金属膜による表裏面パターンを外形加工マスクとして前記水晶ウェハをエッチングし、前記外形加工マスクの形状に倣った個々の水晶片に分割した第6工程を有する水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項6において、前記水晶片は屈曲振動系又は輪郭振動系である水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項7において、前記水晶片は屈曲振動系として音叉状である水晶振動子の外形加工法。
- 請求項8において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項6において、前記水晶ウェハはZカットとした単板からなり、前記水晶片は音叉状である水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項6において、前記水晶ウェハはZカットとした第1水晶ウェハと第2水晶ウェハとのX軸方向の極性を逆向きとした直接接合板であり、前記水晶片は音叉状である水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項10又は11において、前記水晶片は角速度センサ素子として適用される水晶振動子の外形加工方法。
- 請求項1の前記第5工程後に、前記金属膜による表裏面パターンの間を切断して個々の水晶片に分割し、前記金属膜による表裏面パターンを励振電極とした第6工程を有する水晶振動子の外形加工方法。
- 表面及び裏面に金属膜を有して前記表面の金属膜上にはレジスト膜による表面パターンが形成されるとともに少なくとも2箇所以上の前記表面には表面マーカが形成され、前記裏面にはレジスト膜を有する光透過材からなる被加工ウェハであって、前記金属膜の形成される表裏面の一部が露出して前記表面マーカが形成された光透過部を有した被加工ウェハを対象とし、
前記被加工ウェハを反転した裏面上に配置されて使用される前記表面パターン及び表面マーカに対応した原版パターン及び原版マーカを有するフォトマスクが装着され、前記表面マーカと前記原版マーカとの位置決め手段を有し、
前記位置決め手段によって前記表面マーカと前記原版マーカとを位置決めして前記被加工ウェハの裏面の金属膜に形成されたレジスト膜上に前記原版パターンを投影する露光装置において、
前記位置決め手段は、前記表面マーカと前記原版マーカとを観察する光学系として、合焦位置が互いに異なる第1合焦系と第2合焦系とを有する二重焦点光学系を含むことを特徴とする露光装置。
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