JP6730120B2 - 音叉型振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、音叉型振動子の製造方法に関するものである。

音叉型振動子は、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を用い、圧電基板から形成される。

図２は、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を利用した圧電基板１００の上面図である。圧電基板１００は、音叉型振動子１０１を保持するための枠部１０５と音叉型振動子１０１と枠部１０５とを連結するための連結部１０６とで構成されている。音叉型振動子１０１は、基部１０２と第１の脚１０３と第２の脚１０４とを有し第１の脚１０３と第２の脚１０４とは基部１０２の一端から突出した状態で並設している。音叉型振動子１０１には電極１０７と周波数調整膜１０８とが形成されている。なお、圧電基板の外縁を１０９とする。特許文献１には、圧電材料からなる圧電基板に、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を用いた圧電振動子の製造方法が記載されている。

図３〜図５は、従来技術の音叉型振動子の製造方法を説明するための断面図で、Ａ−Ａは、図２における音叉型振動子１０１の第１の脚１０３と第２の脚１０４との断面図で、Ｂ−Ｂは、図２における音叉型振動子１０１の第１の脚１０３と第２の脚１０４と圧電基板１００の枠部１０５の断面図である。なお、図３（ａ）〜図５（ａ）までは音叉型振動子は形成されていないが、「音叉型振動子の断面図」と表現する。図３（ａ）は、金属膜を形成する前の音叉型振動子の断面図で、図３（ｂ）は、圧電基板に金属膜を形成した音叉型振動子の断面図で、図３（ｃ）は、第１のレジスト膜を形成した音叉型振動子の断面図で、図３（ｄ）は、音叉外形形状を形成する、第１のレジストパターンを形成した音叉型振動子の断面図で、図３（ｅ）は、第１のレジストパターンの開口部に露出している金属膜をエッチングした音叉型振動子の断面図で、図４（ａ）は、第１のレジスト膜を除去した音叉型振動子の断面図で、図４（ｂ）は、圧電基板に第２のレジスト膜を形成した音叉型振動子の断面図で、図４（ｃ）は、第２のレジストパターンを形成した音叉型振動子の断面図で、図４（ｄ）は、第２のレジストパターンの開口部に露出した金属膜の表面に周波数調整膜を形成した音叉型振動子の断面図で、図４（ｅ）は、第２のレジストパターンを除去した音叉型振動子の断面図で、図４（ｆ）は、圧電基板に第３のレジスト膜を形成した断面図で、図５（ａ）は、第３のレジストパターンを形成した音叉型振動子の断面図で、図５（ｂ）は、金属膜をマスクとして、圧電基板をエッチングした音叉型振動子の断面図で、図５（ｃ）は、第３のレジストパターンをマスクとして、金属膜を除去した音叉型振動子の断面図で、図５（ｄ）は、圧電基板の表裏面にスッパタリングや蒸着法により、電極用の電極膜を形成した音叉型振動子の断面図で、図５（ｅ）は、第３のレジストパターンおよび第３のレジストパターン上に形成した不要な電極膜をリフトオフにより除去した音叉型振動子の断面図である。

図２に示すように、圧電基板１００には、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を用いて複数の音叉型振動子１０１が形成されている。

図２および図３〜図５を用いて音叉型振動子の製造方法を説明する。なお、図面については従来技術の趣旨を外れない範囲において、一部簡略化している。また各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

先ず、図３（ａ）に示すように、圧電基板１００を用意する。次に図３（ｂ）に示すように、圧電基板１００の表裏面に蒸着またはスパッタリングによって、金属膜１２１を形成する。金属膜１２１は下地膜１２１ａと表面膜１２１ｂとからなり、下地膜１２１ａは、クロム（Ｃｒ）膜を２００Å程度形成し、表面膜１２１ｂは、金（Ａｕ）を１２００Å程度形成する。

図３（ｃ）に示すように、圧電基板１００の金属膜１２１の表裏面上にスピンコート法などによって、ポジ型レジストを塗布し金属膜１２１の表裏面上に第１のレジスト膜１２２を形成する。

第１のレジスト膜１２２にフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し不要な第１のレジスト膜１２２を除去し、図３（ｄ）に示すように、音叉型振動子１０１の外形形状となる第１のレジストパターン１２３を形成する。

第１のレジストパターン１２３の開口部に露出している金属膜１２１をエッチングするために、エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１００を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、図３（ｅ）に示すように、金属膜１２１をエッチングする。第１のレジストパターン１２３の下部に形成されている金属膜１２１は、第１のレジストパターン１２３がマスクとなり、エッチングされない。なお、表面膜１２１ｂの金（Ａｕ）をエッチングする溶液として、ヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用い、下地膜１２１ａのクロム（Ｃｒ）をエッチングする溶液として、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いる。

次に図４（ａ）に示すように、金属膜１２１の表裏面上に形成された第１のレジストパターン１２３を除去する。

次にそれぞれの脚の先端に周波数調整膜１０８を形成するために、図４（ｂ）に示すように、圧電基板１００および金属膜１２１の表裏面上にスピンコート法などによって、ネガ型レジストを塗布し圧電基板１００および金属膜１２１の表裏面上とに第２のレジスト膜１２４を形成する。なお、圧電基板の外縁１０９には、第２のレジスト膜１２４が回り込むため、第２のレジスト膜１２４が形成される。

第２のレジスト膜１２４に、脚先端部の片方の面のみが開口するフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し、図４（ｃ）に示すように、第２のレジストパターン１２５を形成する。

次に第２のレジストパターン１２５の開口部に露出している金属膜１２１の表面に金（Ａｕ）メッキをする。例えば電解メッキで金（Ａｕ）メッキをする場合は、メッキ用の保持治具に複数枚の圧電基板１００を挟み込むようにして保持する。メッキ用の保持治具には、圧電基板の枠部１０５に形成された金属膜１２１の表面と導通をとるために、プローブが設けられている。このメッキ用の保持治具をシアンメッキ浴に浸漬して、プローブより圧電基板１００に通電することによって、図４（ｄ）に示すように、それぞれの脚先端に周波数調整膜１０８を形成する。このとき、圧電基板の外縁１０９は第２のレジストパターン１２５が形成されていないため、圧電基板の外縁１０９には線状Ａｕメッキ１１０が形成される。

次に図４（ｅ）に示すように、圧電基板１００と金属膜１２１の表裏面上に形成された第２のレジストパターン１２５を除去する。

次に図４（ｆ）に示すように、再び圧電基板１００と金属膜１２１と周波数調整膜１０８との面上にスピンコート法などによってポジ型レジストを塗布し、圧電基板１００と金属膜１２１と周波数調整膜１０８との面上に第３のレジスト膜１２６を形成する。

第３のレジスト膜１２６に、電極１０７と反転した（電極）パターン、即ち、後のリフトオフで除去する（電極）パターンが形成されるようにフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し、図５（ａ）に示すように、第３のレジストパターン１２７を形成する。

次に金属膜１２１をマスクとして、圧電基板１００をエッチングし音叉外形形状を形成する。エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１００を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、図５（ｂ）に示すように、圧電基板をエッチングし音叉外形形状を形成する。圧電基板１００をエッチングする溶液として、フッ酸とフッ化アンモニュウムの混合液を用いて、圧電基板１００をエッチングする。

次に第３のレジストパターン１２７の開口部に露出している金属膜１２１をエッチングするために、エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１００を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して、図５（ｃ）に示すように、金属膜１２１をエッチングする。第３のレジストパターン１２７の下部に形成されている金属膜１２１は、第３のレジストパターン１２７がマスクとなり、エッチングされない。なお、表面膜１２１ｂの金（Ａｕ）をエッチングする溶液として、ヨウ素とヨウ化カリウムとの混合液を用い、下地膜１２１ａのクロム（Ｃｒ）をエッチングする溶液として、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いる。なお、圧電基板の外縁１０９から剥離した線状Ａｕメッキ１１０については後ほど説明する。

次に図５（ｄ）に示すように、圧電基板１００の表裏面にスッパタリングや蒸着法により、電極１０７用の電極膜１０７ａを形成する。電極膜１０７ａは下地膜と表面膜からなり、例えば下地膜に、チタン（Ｔｉ）膜を２００Å程度形成し、表面膜に、パラジウム（Ｐｄ）を１０００Å程度形成する。

最後に図５（ｅ）に示すように、第３のレジストパターン１２７および第３のレジストパターン１２７上に形成した不要な電極膜１０７ａをリフトオフにより除去し、圧電基板１００に音叉型振動子１０１を形成することが出来る。

特開平５−３１５８８１号公報

しかしながら、上述した従来の音叉型振動子の製造方法において、次のような問題点があった。図４（ｂ）〜図４（ｃ）のＢ−Ｂにおいて、圧電基板の外縁１０９に形成された第２のレジスト膜１２４は、露光装置からのＵＶ（紫外線）が照射されないため、第２のレジスト膜１２４が現像されて圧電基板の外縁１０９が露出し、周波数調整膜１０８を形成する工程（図４（ｄ））において、圧電基板の外縁１０９に線状Ａｕメッキ１１０が形成される。圧電基板の外縁１０９に形成された線状Ａｕメッキ１１０は、圧電基板の外縁１０９の表面に薄く形成された金属膜１２１と付いている。圧電基板の外縁１０９の表面に形成された金属膜１２１の膜厚は薄いため、圧電基板の外縁１０９の表面から剥離しやすい。言い換えれば圧電基板の外縁１０９の表面に形成された金属膜１２１の表面に形成された線状Ａｕメッキ１１０は、圧電基板の外縁１０９から剥離しやすい。例えば圧電基板１００をエッチングする工程（図５（ｂ））において、線状Ａｕメッキ１１０が剥離し、剥離した線状Ａｕメッキ１１０が図６に示すように脚部に再付着したとき、電極１０７の蒸着を阻害する。また線状Ａｕメッキ１１０が図７に示すように主面の電極１０７ａ１と側面の電極１０７ａ２との間に再付着すると、ショート不良となる。これは、主面の電極１０７ａ１と側面の電極１０７ａ２は、異電極のためである。このように圧電基板の外縁１０９に形成される線状Ａｕメッキ１１０は剥離しやすいため、音叉型振動子の製造歩留を低下させる虞がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、圧電基板の外縁への線状Ａｕメッキの付着を抑えることにより、線状Ａｕメッキの発生をなくし、歩留の高い音叉型振動子の製造方法を提供する。

圧電材料からなる音叉型振動子の製造方法において、圧電材料からなる圧電基板の表裏面に下地膜と表面膜とからなる第１の金属膜を形成する工程と、第１の金属膜の表裏面に第１のレジスト膜を形成する工程と、第１のレジスト膜を音叉型振動子の外形形状にパターニングして第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンの非形成領域より露出した第１の金属膜を除去する工程と、第１のレジストパターンを除去する工程と、圧電基板の一方の面に第２のレジスト膜を形成する工程と、第２のレジスト膜をパターニングして第２のレジストパターンを形成する工程と、圧電基板の第２のレジストパターンが形成されていない面及び圧電基板の外縁を覆うよう第２のレジスト膜を形成する工程と、第２のレジストパターンの開口部に露出した第１の金属膜の表面に周波数調整膜を形成する工程とを有する音叉型振動子の製造方法とする。

第１のレジスト膜は、ポジ型レジスト膜であり、第２のレジスト膜は、ネガ型レジスト膜である音叉型振動子の製造方法。

本発明の製造方法によれば、第２のレジストパターンを形成する工程の後であって、かつ周波数調整膜を形成する工程の前に、圧電基板の第２のレジストパターンが形成されていない面に第２のレジスト膜を形成し、第２のレジスト膜が圧電基板の第２のレジストパターンが形成されていない面と圧電基板の外縁とを覆うことにより、圧電基板の外縁に形成される線状Ａｕメッキの付着を抑えることができ、線状Ａｕメッキの剥離をなくし、歩留の高い音叉型振動子の製造方法を提供することができる。

本発明の音叉型振動子の製造方法を示す図。 フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を利用したを利用した圧電基板の上面図。 従来技術の音叉型振動子の製造方法を示す図。 従来技術の音叉型振動子の製造方法を示す図。 従来技術の音叉型振動子の製造方法を示す図。 従来技術の音叉型振動子の製造方法で、線状Ａｕメッキが脚部に再付着した図。 従来技術の音叉型振動子の製造方法で、線状Ａｕメッキが主面の電極と側面の電極に再付着した図。

以下に本発明を実施する形態を、図面を参照しながら説明する。

本実施例では、圧電基板からなる音叉型振動子の製造方法について説明する。なお本発明の範囲は以下の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

図２は、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を利用した圧電基板１００の上面図である。圧電基板１００は、音叉型振動子１０１を保持するための枠部１０５と音叉型振動子１０１と枠部１０５とを連結するための連結部１０６とで構成されている。音叉型振動子１０１は、基部１０２と第１の脚１０３と第２の脚１０４とを有し第１の脚１０３と第２の脚１０４とは基部１０２の一端から突出した状態で並設している。音叉型振動子１０１には電極１０７と周波数調整膜１０８とが形成されている。

音叉型振動子は、水晶原石から所定の切断角度で切り出された圧電基板を、フォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術を用いて音叉型振動子にする。近年では、小型化の音叉型振動子の要求が強く、そのため微細で精密な加工が可能なフォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術で加工されることが多い。

先ず、前述した従来技術（図３〜図４ａ）によって、圧電基板１００に蒸着またはスパッタリングによって、金属膜１２１を形成し、金属膜１２１の表裏面上に第１のレジストパターン１２３を形成し、第１のレジストパターン１２３の開口部に露出している金属膜１２１をエッチングし音叉外形形状を形成するために、エッチング用のバスケットに複数枚の圧電基板１００を互いに隔てて収納して、バスケットをエッチング液に浸漬して金属膜１２１をエッチングする。その後金属膜１２１の表裏面上に形成された第１のレジストパターン１２３を除去する。

図１は、本実施例の音叉型振動子のそれぞれの脚の先端に周波数調整膜を形成する工程の説明図で、Ａ−Ａは、図２における音叉型振動子１０１の第１の脚１０３と第２の脚１０４との断面図で、Ｂ−Ｂは、図２における音叉型振動子１０１の第１の脚１０３と第２の脚１０４と圧電基板１００の枠部１０５の断面図である。

図１（ａ）は金属膜１２１の表裏面上に形成された第１のレジストパターンを除去した図である。

次にそれぞれの脚の先端に周波数調整膜１０８、例えばＡｕメッキを形成するために、図１（ｂ）に示すように、圧電基板１００の一方の面に、スピンコート法などによって、ネガ型レジストを塗布し圧電基板１００および金属膜１２１の一方の面上に第２のレジスト膜１２４を形成する。なお、圧電基板の外縁１０９には、第２のレジスト膜１２４が回り込むため、第２のレジスト膜１２４が形成される。

第２のレジスト膜１２４に、脚の先端部の片方の面のみが開口するフォトマスクを用いてレジストパターンを露光後、現像し、図１（ｃ）に示すように、第２のレジストパターン１２５を形成する。なお、圧電基板の外縁１０９に形成された第２のレジスト膜１２４は、露光装置からのＵＶ（紫外線）が照射されないため、第２のレジスト膜１２４が現像されて圧電基板の外縁１０９が露出する。

次に図１（ｄ）に示すように、圧電基板１００の第２のレジストパターン１２５が形成されていない面上に、スピンコート法などによって、圧電基板１００および金属膜１２１の面上にネガ型レジストを塗布し、第２のレジスト膜１２４を形成する。なお、圧電基板の外縁１０９には、第２のレジスト膜１２４が回り込むため、第２のレジスト膜１２４が形成されている。

次に第２のレジストパターン１２５の開口部に露出している金属膜１２１の表面に金（Ａｕ）メッキをする。たとえば電解メッキで金（Ａｕ）メッキをする場合は、メッキ用の保持治具に複数枚の圧電基板１００を挟み込むようにして保持する。メッキ用の保持治具には、圧電基板１００の枠部１０５に形成された金属膜１２１の表面と導通をとるために、プローブが設けられている。このメッキ用の保持治具をシアンメッキ浴に浸漬して、プローブより圧電基板１００に通電することによって、図１（ｅ）に示すように、それぞれの脚先端に周波数調整膜１０８を形成する。このとき、圧電基板の外縁１０９は第２のレジスト膜１２４が形成されているので、圧電基板の外縁１０９には、金（Ａｕ）メッキは形成されない。なお、金属膜１２１の表面に形成する金（Ａｕ）メッキは、電解メッキに限定されず、例えば無電解メッキによる方法でもよい。

次に図１（ｆ）に示すように圧電基板１００と金属膜１２１の面上に形成された第２のレジスト膜１２４と第２のレジストパターン１２５とを除去する。以降、前述した従来技術（図４（ｆ）〜図５）によって、圧電基板１００に音叉型圧電振動子１０１を形成する。

以上の製造方法により、第２のレジストパターンを形成する工程の後であって、かつ周波数調整膜を形成する工程の前に、圧電基板の第２のレジストパターンが形成されていない面に第２のレジスト膜を形成し、第２のレジスト膜が圧電基板の第２のレジストパターンが形成されていない面と外縁とを覆うことにより、圧電基板の外縁に形成される線状Ａｕメッキの付着を抑えることができ、線状Ａｕメッキの剥離をなくし、歩留の高い音叉型振動子の製造方法を提供することができる。

１００ 圧電基板
１０１ 音叉型振動子
１０２ 基部
１０３ 第１の脚
１０４ 第２の脚
１０５ 枠部
１０６ 連結部
１０７ 電極
１０７ａ 電極膜
１０７ａ１ 主面の電極
１０７ａ２ 側面の電極
１０８ 周波数調整膜
１０９ 圧電基板の外縁
１１０ 線状Ａｕメッキ
１２１ 金属膜
１２１ａ 下地膜
１２１ｂ 表面膜
１２２ 第１のレジスト膜
１２３ 第１のレジストパターン
１２４ 第２のレジスト膜
１２５ 第２のレジストパターン
１２６ 第３のレジスト膜
１２７ 第３のレジストパターン

Claims (2)

1. 圧電材料からなる音叉型振動子の製造方法において、圧電材料からなる圧電基板の表裏面に下地膜と表面膜とからなる第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜の表裏面に第１のレジスト膜を形成する工程と、前記第１のレジスト膜を前記音叉型振動子の外形形状にパターニングして第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンの非形成領域より露出した前記第１の金属膜を除去する工程と、前記第１のレジストパターンを除去する工程と、前記圧電基板の一方の面に第２のレジスト膜を形成する工程と、前記第２のレジスト膜をパターニングして第２のレジストパターンを形成する工程と、前記圧電基板の前記第２のレジストパターンが形成されていない面及び前記圧電基板の外縁を覆うよう第２のレジスト膜を形成する工程と、前記第２のレジストパターンの開口部に露出した前記第１の金属膜の表面に周波数調整膜を形成する工程と、を有することを特徴とする音叉型振動子の製造方法。
2. 前記第１のレジスト膜は、ポジ型レジスト膜であり、前記第２のレジスト膜は、ネガ型レジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載の音叉型振動子の製造方法。

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