JP5162387B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片の製造方法に関するものである。

従来、水晶などの圧電材料で構成された圧電振動片の一つとして、表面に振動特性を向上させるための溝部が形成された所謂溝付きの圧電振動片が知られている。

図２は、溝付きの圧電振動片を示す上面図及びそのＡ−Ａ断面図である。ここに示す溝付きの圧電振動片は、水晶から成る圧電材料で構成され、外部の実装用基板（パッケージ基板等）への固定部位となる基部１と、この基部１からその主面に沿って突出した二つの枝部２と、この二つの枝部２の両主面に形成された箱型の溝部３とを備えた所謂溝付きの音叉型圧電振動片である。

図３−１、図３−２、図３−３は、図２に示した圧電振動片の従来の製造方法を示すＡ−Ａ断面図である。図２に示した圧電振動片を製造する場合には、まず、図３−１（ａ）に示すような平板状の水晶基板１１の両主面上に、図３−１（ｂ）に示すように、Ｃｒ（クロム）から成る第一の金属層１２とＡｕ（金）から成る第二の金属層１３を順次形成し、続いて、図３−１（ｃ）に示すように、第二の金属層（Ａｕ）１３の表面全体にポジ型又はネガ型のフォトレジスト材料から成るフォトレジスト層１４を形成した上で露光及び現像処理を施し、図３−１（ｄ）に示すように、第二の金属層（Ａｕ）１２の表面に圧電振動片の外形に対応した第一のレジストパターン１５を形成する。

その後、図３−１（ｅ）に示すように、第一のレジストパターン１５をエッチングマスクとして、露出領域の第二の金属層（Ａｕ）１３をヨウ素を主成分とするエッチング液（ヨウ素系エッチング液）を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、図３−２（ｆ）に示すように、一度使用した第一のレジストパターン１５に対して再度露光及び現像処理を施すことで、溝部３の外形に対応した領域（形成予定領域）が開口された第二のレジストパターン１６を形成し、この第二のレジストパターン１６とそこから露出された第二の金属層（Ａｕ）１３をエッチングマスクとして、図３−２（ｇ）に示すように、露出領域の第一の金属層（Ｃｒ）１２を硝酸を主成分とするエッチング液（硝酸系エッチング液）を用いたウェットエッチングにより除去し、それにより露出された水晶基板１１を、図３−２（ｈ）に示すように、フッ酸を主成分とするエッチング液（フッ酸系エッチング液）を用いて除去し、圧電振動片の外形を形成する。

その後、図３−２（ｉ）に示すように、第二のレジストパターン１６をエッチングマスクとして、溝部３の形成予定領域に存在する第二の金属層（Ａｕ）１３と第一の金属層（Ｃｒ）１２をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去し、続いて、図３−２（ｊ）に示すように、第二のレジストパターン１６を剥離液により除去した上で、図３−３（ｋ）に示すように、第二の金属層（Ａｕ）１３をエッチングマスクとして、露出領域の水晶基板１１をフッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより一部除去して溝部３を形成し、最後に、図３−３（ｌ）に示すように、この時点で残存する第二の金属層（Ａｕ）１３と第一の金属層（Ｃｒ）１２をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去して溝付きの音叉型圧電振動片が完成する。（例えば、特許文献１参照）
特開２００６−８６９２５号公報

以上説明した従来における圧電振動片の製造方法では、図３−２（ｇ）に示す工程で第一の金属層（Ｃｒ）１２をエッチングにより除去する際に、その上に積層された第二の金属層（Ａｕ）１３との間でイオン化傾向の差に起因する電触効果が発生し、第一の金属層（Ｃｒ）１２のエッチングが不要に促進されて第一の金属層（Ｃｒ）１２が必要以上にエッチングされてしまう所謂サイドエッチングが生じるという問題があった。

電触効果は、電解質溶液中に直接浸漬された異種金属間に電池の原理によって電位差（起電力）が生じ、異種金属のうちイオン化傾向が低い金属から高い金属に向かって電流が発生するもので、図３−２（ｇ）に示す工程では、第一の金属層（Ｃｒ）１２をエッチングする際に、エッチング液を電解質溶液、第一の金属層（Ｃｒ）１２を負極、第二の金属層（Ａｕ）１３を正極とする擬似的な電池が構成され、イオン化傾向が相対的に低い第二の金属層（Ａｕ）１３からそれよりも高い第一の金属層（Ｃｒ）１２に向かって電流が発生し、それがエッチング液中のイオン交換を促進することで、第一の金属層（Ｃｒ）１２のエッチングが速まる。

図４は、第一の金属層にサイドエッチングが生じた状態を模式的に示す断面図で、ここに示すように、図３−２（ｇ）に示す工程で第一の金属層（Ｃｒ）１２にサイドエッチングが生じると、第一の金属層（Ｃｒ）１２の外形がその上層の第二の金属層（Ａｕ）１３の外形よりも小さくなることで第二の金属層（Ａｕ）１３と水晶基板１１との間に隙間１７が生じ、続く図３−２（ｈ）に示す工程で水晶基板１１をエッチングして圧電振動片の外形を形成する際に、その隙間１７からエッチング液による水晶基板１１の浸食が進んで圧電振動片の外形寸法が変化（減少）し、圧電振動片の振動特性が変化するという問題が発生する。尚、電触効果を考慮したエッチングの制御は困難である。

本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、圧電振動片の外形を高精度に形成することが可能な圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。

表面に溝部が形成された圧電振動片の製造方法であって、少なくとも、圧電材料から成る基板の表面に第一の金属層を形成する工程と、当該第一の金属層の表面に当該第一の金属層よりイオン化傾向が小さい第二の金属層を形成する工程と、当該第二の金属層の表面に溝部の外形に対応した領域が開口された第一のレジストパターンを形成する工程と、当該第一のレジストパターンの開口部から露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第一のエッチング工程と、前記第一のレジストパターンを除去する工程と、前記第一のエッチング工程により露出された前記第一の金属層を覆うように前記第二の金属層の表面に圧電振動片の外形に対応した第二のレジストパターンを形成する工程と、当該第二のレジストパターンから露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第二のエッチング工程と、当該第二のエッチング工程により露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第三のエッチング工程と、当該第三のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより除去して圧電振動片の外形を形成する第四のエッチング工程と、前記第二のレジストパターンを除去する工程と、前記第二のレジストパターンを除去することで露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第五のエッチング工程と、当該第五のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより一部除去して溝部を形成する第六のエッチング工程と、を有する圧電振動片の製造方法とする。

前記第三のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行圧電振動片の製造方法とされ得る。

前記第四のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行う圧電振動片の製造方法とされ得る。

前記第一の金属層はＣｒから成り、前記第二の金属層はＡｕから成る圧電振動片の製造方法とされ得る。

本発明によれば、製造工程の最初の段階で溝部に対応する領域の表面金属層（第二の金属層：Ａｕ）のみを除去し、それにより露出された下地金属層（第一の金属層：Ｃｒ）をレジスト（第二のレジストパターン）により覆っておくことで、圧電振動片の外形を形成する前の段階において、電触効果による下地金属層（Ｃｒ）の圧電振動片外周側のサイドエッチングが防止されるため、続く水晶基板のエッチング工程（外形形成工程）で圧電振動片の外形を精確に形成することができる。

図１−１、図１−２、図１−３は、図２に示した圧電振動片の本発明の製造方法を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の製造方法を用いて図２に示した圧電振動片を製造する場合には、まず、図１−１（ａ）に示すような平板状の水晶基板１１の両主面上に、図１−１（ｂ）に示すように、スパッタ法などを用いてＣｒ（クロム）から成る第一の金属層１２とＡｕ（金）から成る第二の金属層１３を順次形成する。

その後、図１−１（ｃ）に示すように、第二の金属層（Ａｕ）１３の表面全体にポジ型のフォトレジスト材料を均一に塗布してフォトレジスト層２１を形成し、続いて、図１−１（ｄ）に示すように、フォトレジスト層２１が形成された領域のうち、溝部３の外形に対応した領域（形成予定領域）をフォトマスクを用いて露光し、露光された領域のフォトレジスト層２１を現像液により除去することで、溝部３の形成予定領域が開口された第一のレジストパターン２２を形成する。尚、第一のレジストパターン２２は、ネガ型のフォトレジスト材料を用いて形成することも可能である。

その後、図１−１（ｅ）に示すように、第一のレジストパターン２２をエッチングマスクとして露出領域の第二の金属層（Ａｕ）１３をヨウ素を主成分としたエッチング液（ヨウ素系エッチング液）を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、図１−２（ｆ）に示すように、使用後の第一のレジストパターン２２を剥離液により除去した上で、図１−２（ｇ）に示すように、溝部３の形成予定領域から露出した第一の金属層（Ｃｒ）１２を覆うように第二の金属層（Ａｕ）１３の表面全体にポジ型のフォトレジスト材料を均一に塗布してフォトレジスト層２３を形成し、このフォトレジスト層２３が形成された領域のうち、形成しようとする圧電振動片の外形に対応した領域（外形予定領域）外の不要な領域をフォトマスクを用いて露光し、露光された領域のフォトレジスト層２３を現像液により除去することで、図１−２（ｈ）に示すように、圧電振動片の外形予定領域を覆う第二のレジストパターン２４を形成する。尚、第二のレジストパターン２４は、ネガ型のフォトレジスト材料を用いて形成することも可能である。

その後、図１−２（ｉ）に示すように、第二のレジストパターン２４をエッチングマスクとして露出領域の第二の金属層（Ａｕ）１３をヨウ素系エッチング液を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、それにより露出された第一の金属層（Ｃｒ）１２を、図１−２（ｊ）に示すように、硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分としたエッチング液（硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液）を用いたウェットエッチングにより除去する。

ここで、従来の製造方法であれば、図３−２（ｆ）に示す工程（図１−２（ｉ）に相当）において溝部３の形成予定領域から第二の金属層（Ａｕ）１３が露出しているため、続く図３−２（ｇ）に示す工程（図１−２（ｊ）に相当）において第一の金属層（Ｃｒ）１２をエッチングにより除去する際には、第一の金属層（Ｃｒ）１２と第二の金属層（Ａｕ）１３との間で電触効果が発生していたが、本発明の製造方法では、図１−２（ｉ）に示す工程において溝部３の形成予定領域内には第二の金属層（Ａｕ）１３自体が存在せず、また残存する第二の金属層（Ａｕ）１３についてもその表面及び内側面は第二のレジストパターン２４に覆われていて外部へは露出しておらず、電解質溶液であるエッチング液には直接接していないため、続く図１−２（ｊ）に示す工程において第一の金属層（Ｃｒ）１２をエッチングする際にも、第一の金属層（Ｃｒ）１２と第二の金属層（Ａｕ）１３との間で電触効果が発生することはなく、第一の金属層（Ｃｒ）１２のサイドエッチングが防止される。但し、厳密には、この時点で第二の金属層（Ａｕ）１３の外側面だけは第二のレジストパターン２４から露出しているため、理論上は第一の金属層（Ｃｒ）１２との間で電触効果が発生することになるが、その領域は極めて狭小であるため、無視できる程度の影響しか及ぼさない。

その後、第一の金属層（Ｃｒ）１２を除去することで露出された水晶基板１１を、図１−３（ｋ）に示すように、フッ酸又はフッ酸とフッ化アンモニウムの混合物であるバッファードフッ酸（フッ酸系エッチング液）を用いたウェットエッチングにより除去し、圧電振動片の外形を形成する。

この時、溝部３の形成予定領域を覆っている第二のレジストパターン２４は、水晶基板１１をエッチングするフッ酸系エッチング液に対して耐性が低いことから、フッ酸系エッチング液は、第二のレジストパターン２４を徐々に浸食して透過し、その下層の第一の金属層（Ｃｒ）１２を浸食するが、第一の金属層（Ｃｒ）１２にそれに耐えるだけの十分な厚み（例えば、５００Å程度）を持たせておけば問題は無い。

また、以上のことを考えると、図１−３（ｋ）に示す工程において水晶基板１１をエッチングする際には、第二のレジストパターン２４は必ずしも必要ではなく、第二のレジストパターン２４が第一の金属層（Ｃｒ）１２に対するエッチングマスクとしての役割を終えた段階で（図１−３（ｊ）に示す工程の直後に）除去しても構わない。但し、その場合には、第二のレジストパターン２４が無い分、第一の金属層（Ｃｒ）１２の厚みを通常よりも増加させておく必要があるため、水晶基板１１をエッチングするまで第二のレジストパターン２４を残存させておく方が好ましい。

以上のようにして水晶基板１１のエッチングが終了した後は、図１−３（ｌ）に示すように、使用後の第二のレジストパターン２４を剥離液により除去した上で、図１−３（ｍ）に示すように、第二の金属層（Ａｕ）１３をエッチングマスクとして露出領域の第一の金属層（Ｃｒ）１２を、硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液を用いたウェットエッチングにより除去する。

この時、第二の金属層（Ａｕ）１３は外部に露出しているため、第一の金属層（Ｃｒ）１２との間で電触効果が発生して第一の金属層（Ｃｒ）１２にサイドエッチングが生じるが、音叉型圧電振動片の枝部２の外形寸法に対する周波数変化量は１００００ｐｐｍ／μｍであるのに対し、溝部３の幅寸法に対する周波数変化量は２０００ｐｐｍ／μｍで、溝部の幅寸法に対する周波数変化量は枝部２の外形寸法に対するそれの１／５程度であり、電蝕効果によって同じだけ寸法が変化しても、その周波数変化量は、通常の設計上許容し得る程度に小さくて済む。

その後、溝部３の形成予定領域から露出した水晶基板１１を、図１−３（ｎ）に示すように、フッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより一定量除去して溝部３を形成し、続いて、図１−３（ｏ）に示すように、この時点で残存する第二の金属層（Ａｕ）１３と第一の金属層（Ｃｒ）１２をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去することで、図２に示した溝付きの音叉型圧電振動片が完成する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、第一の金属層１２と第二の金属層１３は、ＣｒとＡｕの組合せに限定されるものではなく、第二の金属層１３のイオン化傾向が第一の金属層１２のそれよりも小さいという条件を満たす金属の組合せであれば、本発明の主旨を逸脱しない範囲では、どのような組合せであっても構わず、例えば、第一の金属層１２と第二の金属層１３の組合せとして、ＮｉとＡｕやＴｉとＰｄなどが選択され得る。

尚、第二の金属層１３を第一の金属層１２とイオン化傾向が同じかそれよりも高い材料で構成すれば、理論上、電触効果は発生しないことになるが、実際には第二の金属層１３の耐蝕層としての本来の役割や第一の金属層１２との相性、また材料費などを考慮して、それらの条件を許容範囲内で全て満たす材料を選択しなければならず、使用できる材料が極端に限定されてしまう。

また、以上の説明では、溝付きの圧電振動片として音叉型圧電振動片を例示したが、本発明は、平面視矩形状の圧電振動片などにも適用が可能である。

圧電振動片の本発明の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 圧電振動片の本発明の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 圧電振動片の本発明の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 溝付きの圧電振動片を示す上面図及びそのＡ−Ａ断面図 圧電振動片の従来の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 圧電振動片の従来の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 圧電振動片の従来の製造方法を示すＡ−Ａ断面図 第一の金属層にサイドエッチングが生じた状態を模式的に示す断面図

符号の説明

１ 基部
２ 枝部
３ 溝部
１１ 水晶基板
１２ 第一の金属層
１３ 第二の金属層
１４ レジスト層
１５ 第一のレジストパターン
１６ 第二のレジストパターン
１７ 隙間
２１ レジスト層
２２ 第一のレジストパターン
２３ レジスト層
２４ 第二のレジストパターン

Claims (4)

1. 表面に溝部が形成された圧電振動片の製造方法であって、少なくとも、
   圧電材料から成る基板の表面に第一の金属層を形成する工程と、
   当該第一の金属層の表面に当該第一の金属層よりイオン化傾向が小さい第二の金属層を形成する工程と、
   当該第二の金属層の表面に溝部の外形に対応した領域が開口された第一のレジストパターンを形成する工程と、
   当該第一のレジストパターンの開口部から露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第一のエッチング工程と、
   前記第一のレジストパターンを除去する工程と、
   前記第一のエッチング工程により露出された前記第一の金属層を覆うように前記第二の金属層の表面に圧電振動片の外形に対応した第二のレジストパターンを形成する工程と、
   当該第二のレジストパターンから露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第二のエッチング工程と、
   当該第二のエッチング工程により露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第三のエッチング工程と、
   当該第三のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより除去して圧電振動片の外形を形成する第四のエッチング工程と、
   前記第二のレジストパターンを除去する工程と、
   前記第二のレジストパターンを除去することで露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第五のエッチング工程と、
   当該第五のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより一部除去して溝部を形成する第六のエッチング工程と、
   を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 前記第三のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
3. 前記第四のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 前記第一の金属層はＣｒから成り、前記第二の金属層はＡｕから成ることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の圧電振動片の製造方法。

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