(57)【要約】【課題】  一対の振動腕（２１）の根元（２６）に段差または溝を生じさせない音叉型水晶振動片（２０）の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の音叉型水晶振動片の製造方法は、基部とこの基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する方法に関する。この音叉型水晶振動片の製造方法は、水晶基板（１０）の第一面に、基部（２９）と第一振動腕（２１）および第二振動腕（２１）との外形形状の第一金属膜（９３）を形成する工程（ステップＳ１６３）と、第一面の反対面の第二面に、基部と第一振動腕および第二振動腕との外形形状で、且つ第一振動腕と第二振動腕との間で基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜（９８）を形成する工程（ステップＳ１６６）と、を有する。【選択図】図７
2008098747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、この基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法において、
水晶基板の第一面に、前記基部と前記第一振動腕および前記第二振動腕とを含む外形形状の第一金属膜を形成する工程と、
前記第一面の反対面の第二面に、前記基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ前記第一振動腕と前記第二振動腕との間であって前記基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項２】
前記第二金属膜は、前記第一振動腕と前記第二振動腕との間をすべて覆っていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項３】
前記第一金属膜を形成する工程および前記第二金属膜を形成する工程は、
前記水晶基板に金属膜を形成する工程と、
この金属膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程と、
露光装置により前記第一金属膜または前記第二金属膜に倣った形状に前記フォトレジストを感光させる感光工程と
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項４】
前記第一金属層および前記第二金属層が形成された後、前記水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングする工程
を有することを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型水晶振動片の製造方法に基づいて製造されたことを特徴とする音叉型水晶振動片。
【請求項６】
請求項５に記載の音叉型水晶振動片を、パッケージ内に固定して封止することを特徴とする水晶振動デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の水晶振動デバイスの製造方法に基づいて製造されたことを特徴とする水晶振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶単結晶基板から音叉型水晶振動片をエッチングする際の製造方法、および水晶振動デバイスの製造方法、並びに音叉型水晶振動片および水晶振動デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種通信機器の小型化または電子機器の小型化にともなって、圧電振動デバイス、たとえば、角速度センサ用の水晶振動子等も小型化への対応が求められている。水晶振動子の中で高精度のクロック用またはジャイロ用の水晶振動子として、一対の振動腕を備える音叉型水晶振動子がある。これら水晶振動デバイスに用いられる音叉型水晶振動片は、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ（露光）技術およびウェットエッチングによって、一枚の水晶単結晶ウエハから数百個ないし数千個の音叉型水晶振動片の外形形状が製造される。その後、特許文献１に示されるように、数百ないし数千個の音叉型水晶振動片に対して、再びフォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ技術およびウェットエッチングを行い、音叉型水晶振動片の表面に電極パターンを形成している。
【特許文献１】特開２００５−１３４３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
たとえば、図１０は、音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。図１０（ａ）は、一対の振動腕２１と基部２９とをＹＺ平面で見た図であり、図１０（ｂ）は、一対の振動腕２１と基部２９とをＸＹ平面で見た図である。近年の音叉型水晶振動片２０は、振動腕の幅が０．１ｍｍないし０．２ｍｍ程度であり、一対の振動腕２１の間隔も０．１ｍｍないし０．２ｍｍ程度である。
【０００４】
水晶単結晶ウエハは、Ｙ棒Ｚ板人工水晶原石の結晶軸に対して所定の方向性をもって切り出されている。この方向性は、音叉型水晶振動片２０の外形を形成するウェットエッチングの際に、水晶単結晶ウエハがエッチングされやすい方向とエッチングされにくい方向とに影響を与える。このため、一対の振動腕２１の根元２６１において、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングが進むと、図１０（ａ）または（ｂ）に示すような段差および小さな溝などが形成されてしまう。この状態で、音叉型水晶振動片２０の電極パターンを形成するために、フォトレジストの塗布を行うと、一対の振動腕２１の根元２６１の溝においてフォトレジストがたまりやすい。また、電極パターンのフォトリソグラフィ（露光）を行う際には、段差の影響で露光が不十分な場合が生じやすい。したがって、音叉型水晶振動片に電極パターンを形成すると一対の振動腕２１の根元２６１において電極パターンがショートしていることが多く発生していた。これでは、音叉型水晶振動片の生産性の向上および品質の向上を図ることができない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、一対の振動腕の根元に段差または溝を生じさせない音叉型水晶振動片の製造方法および水晶振動デバイスの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の観点では、基部とこの基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法に関する。そして音叉型の製造方法は、水晶基板の第一面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状の第一金属膜を形成する工程と、第一面の反対面の第二面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ第一振動腕と第二振動腕との間で基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成する工程と、を有する。
上記構成によれば、水晶基板の第一面に基部と第一振動腕および第二振動腕との外形形状の第一金属膜が形成され、水晶基板の第二面に第一振動腕と第二振動腕との間で基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜が形成されている。この状態でウェットエッチング処理をすると、第二金属膜で覆われた第一振動腕と第二振動腕との間であって基部側の領域では金属膜が耐蝕膜として存在するためウェットエッチングによるエッチングが進行しない。このため、一方向のみからのエッチングが進行することになり、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。このため、その後に電極パターンを形成した際に電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
【０００７】
第２の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、第二金属膜は、第一振動腕と第二振動腕との間をすべて覆っている。
上記構成によれば、第一振動腕と第二振動腕との間全体が一方向のみからエッチングされることになる。このため、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。
【０００８】
第３の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、第一金属膜を形成する工程および第二金属膜を形成する工程は、水晶基板に金属膜を形成する工程と、この金属膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程と、露光装置により第一金属膜または第二金属膜に倣った形状にフォトレジストを感光させる感光工程と、を有する。
上記構成によれば、水晶基板に形成される第一金属膜および第二金属膜が、いわゆる露光工程を経て形成される。このため、音叉型水晶振動片の大きさが、たとえば長さ１．７ｍｍ程度で幅０．５ｍｍ程度であっても正確に、水晶基板の両面に正確に第一金属膜および第二金属膜を形成することができる。
【０００９】
第４の観点の音叉型水晶振動片の製造方法は、さらに、第一金属層および第二金属層が形成された後、水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングする工程を有する。
上記構成によれば、水晶基板をエッチング液に浸すことにより、水晶基板に音叉型水晶振動片を形成できる。
【００１０】
第５の観点の音叉型水晶振動片は、第１ないし第４の観点に基づく音叉型水晶振動片の製造方法に基づいて製造されている。
上記構成によれば、水晶基板から、一対の振動腕の根元に形成されやすい段差または溝を有していない数百ないし数千個の音叉型水晶振動片を得ることができる。その後に音叉型水晶振動片に電極パターンを形成した際であっても、段差または溝がないため電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
【００１１】
第６の観点の水晶振動デバイスの製造方法によれば、第５の観点による音叉型水晶振動片をパッケージに固定し、その音叉型水晶振動片を内蔵したパッケージを封止する。
上記構成によれば、品質のよい音叉型水晶振動片を使い、水晶振動デバイスを製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない音叉型水晶振動片を形成できる。このため、その後工程で電極パターンが形成される際にも電極パターンがショートすることがない。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図１（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚ板に加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９から図１において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。一対の振動腕２１の根元２６は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元２６のテーパー部の形状はＵ字形状でもＶ字形状などでよい。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０であってもよい。
【００１４】
音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ＫＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが１．７ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏両面には、溝部２１１が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２１１が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２１１が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２１１が形成される。溝部２１１の深さは、水晶単結晶ウエハ１０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に溝部２１１があるため、図１（ｂ）に示すように、溝部２１１の断面は、略Ｈ型に形成されている。溝部２１１は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。
【００１５】
音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が略板状に形成されている。振動腕２１に対する基部２９の長さは、約３６％となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９には、連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０から、図１に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。
【００１６】
音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とが形成されている。第一電極パターン２３と第二電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第二層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、ニッケルタングステン層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。
【００１７】
音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１（ａ）に示すように、第一基部電極２３ａと第二基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の溝部２１１には、第一溝電極２３ｄ，第二溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第二側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の腕部２１の両側面には、第一側面電極２３ｃが形成されている。
【００１８】
＜水晶振動デバイスの製造工程＞
図２は、本実施形態に用いる水晶振動デバイスの製造の全工程を示したフローチャートである。
＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
ステップＳ１２では、水晶単結晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）を使用する。たとえば、クロム層の厚みは５００オングストローム、金層の厚みも５００オングストローム程度とする。
【００１９】
ステップＳ１４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。
【００２０】
次に、ステップＳ１６では、露光装置１００を用いて、第一露光マスク９１または第二露光マスク９６（図４ないし図６を参照）に描かれた音叉型水晶振動片２０の外形形状をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０に露光する。露光装置１００に関して、図３を使って用いて説明する。また、図７でこのステップＳ１６の詳細を説明する。
【００２１】
ステップＳ１８では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これでフォトレジスト層および金属膜からなる耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層および金属膜から露出した水晶材料を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液などエッチング液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかり、水晶単結晶ウエハ１０の表裏両面から同時にエッチングが進行する。
【００２２】
ステップＳ２０では、不要となったフォトレジスト層と金属膜を除去することによりに、図１で示した音叉型水晶振動片２０が形成される。
＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ２２では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、下地となるクロム層と、金層とで構成する。なお、耐蝕膜と金属膜とは同じ材料であってもよいので、耐蝕膜を電極として使用する場合には、ステップＳ２０で耐蝕膜を除去することなく、ステップＳ２２で新たに金属膜を形成する必要がない。
【００２３】
ステップＳ２４では、全面にフォトレジストをスプレーを使って塗布する。
ステップＳ２６では、第一電極パターン２３および第二電極パターン２５と対応した第二露光マスクを用意して、第一電極パターン２３および第二電極パターン２５をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。第一電極パターン２３および第二電極パターン２５は音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、ステップＳ２６では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。
【００２４】
ステップＳ２８では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは第一電極パターン２３および第二電極パターン２５と対応したフォトレジストになる。次いで、ステップＳ２８では、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
続いて、ステップＳ３０でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に第一電極パターン２３および第二電極パターン２５が正確な位置および電極幅で形成される。
【００２５】
ステップＳ３２では、水晶単結晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片２０を切り取る。必要があれば、連結部２８が基部２９の端部より外側で切り取られていないかをチェックする。連結部２８が基部２９の端部より外側で切り取られていたら、不良品とするか、連結部２８が端部より内側になるように加工する。
【００２６】
＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ３４では、セラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤５７で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、電極部５２（図９を参照）に塗布した導電性接着剤５７の上に載置して、導電性接着剤５７を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤５７を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を引出電極に対してする。
【００２７】
ステップＳ３６では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１にレーザ光を照射して、振動腕２１の水晶単結晶ウエハ１０の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。そもそもステップＳ１６およびステップＳ１８などで形成される音叉型水晶振動片２０は、振動腕２１が大きめに形成されるように露光マスクのパターンが形成されていたり、ウェットエッチングで水晶単結晶ウエハ１０が過度にエッチングされないようにしたりして、質量が大きめに形成されている。
【００２８】
次に、ステップＳ３８で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体５９を封止材５８によりする。続いてステップＳ３８で、最後に水晶振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、水晶振動デバイス５０を完成させる。
【００２９】
＜近接露光装置１００の構成＞
図３は、原板である第一露光マスク９１（図４を参照）の所定のパターンを露光基板である水晶単結晶ウエハ１０に露光する際に用いられる近接（プロキシミティ）露光装置１００の構成例を示す側面図である。この近接露光装置１００は、短波長の光線、たとえば３００ｎｍの露光光ＩＬを照射する露光光源１０１と、露光光源１０１から照射された露光光ＩＬを露光マスク９１に対して平行光を導く、コンデンサーレンズ１０３Ｌ１および１０３Ｌ２からなる露光光学系１０３を有している。
【００３０】
さらに、近接露光装置１００は、露光マスク９１を保持しＸＹ平面で移動可能なマスクステージ１０５と、水晶単結晶ウエハ１０を真空吸着する真空チャック１１４、この真空チャック１１４を備えるウエハステージ１１２とを有している。ウエハステージ１１２は、使用者の操作によって、ベース１１０上のＸＹ平面でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸を中心とした回転方向に移動することが可能である。ウエハステージ１１２は、Ｚ方向にも移動可能であり、水晶単結晶ウエハ１０と露光マスク９１との間隔を微調整できる。具体的には、１ミクロンから十数ミクロンにまで近接できるように調整可能である。水晶単結晶ウエハ１０を真空チャック１１４に真空吸着したり真空開放したりして、水晶単結晶ウエハ１０は着脱可能になっている。
【００３１】
＜露光マスクの構成＞
図４は、第一面（表面）用の第一露光マスク９１の一部を示した図である。図５は、第二面（裏面）用の第二露光マスク９６の一部を示した図で、一例である。図６は、第二面（裏面）用の第二露光マスク９６−２の一部を示した図で、別例である。
【００３２】
図４の表面用の第一露光マスク９１は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠９２と第一振動片パターン９３とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部９４は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９４がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。第一振動片パターン９３は、マスク枠９２と音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１および基部２９の外形と一致する。ただし、音叉型水晶振動片２０が水晶単結晶ウエハ１０とつながっていないと、一つ一つがバラバラになってしまうので、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する連結部２８が第一振動片パターン９３に描かれている。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ１０には図４の第一露光マスク９１のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ１０の表面に形成される。
【００３３】
図５の裏面用の第二露光マスク９６−１は、マスク枠９７−１と音叉型水晶振動片２０の外形との第二振動片パターン９８−１とからなる。第二振動片パターン９８−１は、対応する一対の振動片２１の間の領域９８−ａがすべて遮光されている。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ１０には図５の第二露光マスク９６−１のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ１０の裏面に形成される。水晶単結晶ウエハ１０の裏面に領域９８−ａが形成されていることから、ウェットエッチングにおいて、表側からしかエッチングが進行せず、裏面は領域９８−ａからのエッチングは進行しない。
【００３４】
図６の裏面用の第二露光マスク９６−２は、マスク枠９７−２と音叉型水晶振動片２０の外形との第二振動片パターン９８−２とからなる。第二振動片パターン９８−２は、対応する一対の振動片２１の間であって基部２９側の領域９８−ｂが一部だけ遮光されている。領域９８−ｂは、振動片２１の根元である基部２９に対応する位置から距離ＸＬだけ遮光している。この距離ＸＬは、振動腕２１の根元２６において、ウェットエッチングが片側からのみ進行する距離に設定される。あまり距離ＸＬを短くするとエッチング液が回り込んで水晶単結晶ウエハ１０を両面からウェットエッチングが進むことになる。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ１０には図６の第二露光マスク９６−２のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ１０の表面に形成される。
【００３５】
＜近接露光装置１００を使った露光動作＞
図７は、近接露光装置１００の動作を示したフローチャートである。このフローチャートは、図２に示した水晶振動デバイスの製造の全工程を示したフローチャートのステップＳ１６を詳細に説明したものである。近接露光装置１００は次のような露光動作を行う。
ステップＳ１６１では、水晶単結晶ウエハ１０の表面をマスクステージ１０５側に向けて載置し、真空チャック１１４で真空吸着させる。このとき、オリエンテーションフラット１０ｃ（図８参照）がウエハステージ１１２のＸ軸方向に一致するように吸着させる。
【００３６】
次にステップＳ１６２では、第一露光マスク９１をマスクステージ１０５に、位置決めして取り付ける。なお、図示しないアライメントマークを使って水晶単結晶ウエハ１０と第一露光マスク９１とのアライメントが行われる。
ステップＳ１６３では、露光光源１０１からの露光光ＩＬを第一露光マスク９１に照射する。すると、音叉型水晶振動片２０の第一振動片パターン９３が遮光され、それ以外の透過領域（斜線部）９４を透過した露光光ＩＬが、水晶単結晶ウエハ１０の表面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
【００３７】
ステップＳ１６４では、真空チャック１１４の真空を解除して、水晶単結晶ウエハ１０を取り外し、水晶単結晶ウエハ１０の裏面をマスクステージ１０５側に向けて載置し、真空チャック１１４で水晶単結晶ウエハ１０を真空吸着させる。このとき、オリエンテーションフラット１０ｃ（図８参照）がウエハステージ１１２のＸ軸方向に一致するように吸着させる。
次にステップＳ１６５では、第一露光マスク９１を取り外し、第二露光マスク９６をマスクステージ１０５に位置決めして取り付ける。
ステップＳ１６６では、露光光ＩＬで第二露光マスク９６を照射する。音叉型水晶振動片２０の第二振動片パターン９８が遮光され、それ以外の透過領域（斜線部）９９を透過した露光光ＩＬが、水晶単結晶ウエハ１０の裏面に塗布されたポジフォトレジスト層に照射される。
【００３８】
水晶単結晶ウエハ１０の表裏両面の露光終了後、ステップＳ１６７では、水晶単結晶ウエハ１０の表面の現像処理を行い、露光したボジフォトレジスト層を除去する。ボジフォトレジスト層が除去された箇所は、金属膜（金層およびクロム層）が表面に露出している。
ステップＳ１６７では、たとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第二セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
【００３９】
上述した工程を経て、露光された箇所は水晶単結晶ウエハ１０の水晶材料自体が露出する。露光されなかった箇所は、ボジフォトレジストおよび金属膜（金層およびクロム層）からなる耐蝕膜が形成されていることになる。
すなわち、水晶単結晶ウエハ１０の表面には、図４に描かれた第一振動片パターン９３がボジフォトレジストおよび金属膜（金層およびクロム層）として形成されており、水晶単結晶ウエハ１０の裏面には、図５または図６に描かれた第二振動片パターン９８−１、９８−２がボジフォトレジストおよび金属膜（金層およびクロム層）として形成されている。この状態で、水晶単結晶ウエハ１０をフッ酸溶液などのエッチング液に浸し、フォトレジスト層および金属膜から露出した水晶材料を水晶単結晶ウエハ１０の表裏両面からウェットエッチングを行う。
【００４０】
このため、図４に描かれた第一振動片パターン９３のように、一対の振動片２１の間は、水晶単結晶ウエハ１０の水晶材料が露出しているため、エッチングが進行する。一方、図５に描かれた一対の振動片２１の間の領域９８−ａは、水晶単結晶ウエハ１０に耐蝕膜があるためエッチングが進行しない。つまり、一対の振動片２１の間は、表面からの一方向からしかエッチングされない。したがって、表裏両面からエッチングされることによって生じる、図１０に示した段差および小さな溝などが形成されてしまうことはない。
また、図６に描かれた一対の振動片２１の間であって基部側の領域９８−ｂは、水晶単結晶ウエハ１０に耐蝕膜があるためエッチングが進行しない。つまり、一対の振動片２１の間の根元部分では、表面からの一方向からしかエッチングされない。したがって、表裏両面からエッチングされることによって生じる、図１０に示した段差および小さな溝などが形成されてしまうことはない。
【００４１】
＜水晶単結晶ウエハの構成＞
図８は、図２のステップＳ１８のウェットエッチングを終えて、音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハ１０を示す平面図である。図８の水晶単結晶ウエハ１０は、厚さ０．４ｍｍの一枚の人工水晶から構成されている。
【００４２】
図８（ａ）は、円形の水晶単結晶ウエハ１０である。この円形の水晶単結晶ウエハ１０は、たとえば厚さ０．４ｍｍの人工水晶からなり、円形の水晶単結晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。さらに、円形の水晶単結晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、水晶単結晶ウエハ１０の周縁部の一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。
【００４３】
図８（ｂ）は、本実施形態に用いる矩形の水晶単結晶ウエハ１５の構成を示す斜視図である。この矩形の水晶単結晶ウエハ１５も、たとえば厚さ０．４ｍｍの人工水晶からなり、その矩形の水晶単結晶ウエハ１５の一辺は２インチである。そして、矩形の水晶単結晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の水晶単結晶ウエハ１５の周縁部の一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。
【００４４】
図８（ａ）の円形の水晶単結晶ウエハ１０および図８（ｂ）の矩形の水晶単結晶ウエハ１５は、工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部１８が設けられ、その窓部に複数の音叉型水晶振動片２０が形成されている。図８のオリエンテーションフラット１１ｃまたはオリエンテーションフラット１５ｃと、各窓部１８の位置および各音叉型水晶振動片２０の位置が定義付けられている。
【００４５】
＜水晶振動デバイスの構成＞
図９は、水晶振動デバイス５０の実施形態を示した図である。この水晶振動デバイス５０は、たとえばＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において広く使用されている。図９（ａ）は水晶振動デバイス５０の透視した概略平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。図９において、水晶振動デバイス５０は、音叉型水晶振動片２０を構成した例を示しており、水晶振動デバイス５０は、パッケージ５１内に音叉型水晶振動片２０を収容している。パッケージ５１は、たとえば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層し、焼結して形成されている。
【００４６】
この実施形態では、パッケージ５１は、図９（ｂ）に示すように、ベース基板５１ａ、壁基板５１ｂおよび床基板５１ｃで構成されている。パッケージ５１は、壁基板５１ｂで覆うことで内部空間を形成し、この内部空間に音叉型水晶振動片２０を収容している。そして、音叉型水晶振動片２０を所定の高さで支えるように、床基板５１ｃがベース基板５１ａ上に配置されている。床基板５１ｃには、たとえば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキで形成した電極部５２が設けられている。
【００４７】
この電極部５２は、ベース基板５１ａ下に形成された実装端子５５と接続されている。これにより、外部から印加される駆動電圧を、実装端子５５を介して電極部５２に伝え、最終的に音叉型水晶振動片２０に供給する。具体的には、図９（ｂ）に示すように、この実装端子５５と電極部５２は、パッケージ５１外部をメタライズにより引き回したり、もしくは、ベース基板５１ａの焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール（不図示）で接続したりすることで形成できる。ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ５１を形成して、音叉型水晶振動片２０を収容するようにしているが、たとえば、金属製の筒状のケース内に水晶振動片を収容し、水晶振動片と接続されたリードを外部に導出するプラグで気密に封止するようにしてもよい。
【００４８】
電極部５２の上には、導電性接着剤５７が塗布されて、音叉型水晶振動片２０の基部２９が接合されている。この導電性接着剤５７としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー（銀製の細粒等の導電粒子を含む）および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。
【００４９】
壁基板５１ｂの開放された上端には、蓋体５９が封止材５８で接合されることにより、封止されている。蓋体５９は、好ましくは、コバール等の金属材料で形成され、蓋体５９はシーム溶接等の手法により、壁基板５１ｂに対して固定される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
上記説明の露光装置は、水晶単結晶ウエハ１０の片面を露光する装置であったが、表裏両面を一度に露光する両面露光装置を使用しても良い。両面露光装置を使用すれば、露光工程に必要な時間を短縮することができる。また、縮小投影レンズを備えた縮小投影露光装置を使用しても良い。
さらに、第一露光マスク９１が水晶単結晶ウエハ１０の表面に投影され、第二露光マスク９６が水晶単結晶ウエハ１０の裏面に投影される実施形態を説明したが、その逆に、第一露光マスク９１が水晶単結晶ウエハ１０の裏面に投影され、第二露光マスク９６が水晶単結晶ウエハ１０の表面に投影される実施形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した図である。
【図２】本実施形態に用いる水晶振動デバイス５０の製造の全工程を示したフローチャートである。
【図３】露光マスクの所定のパターンを水晶単結晶ウエハ１０に露光する際に用いられる近接露光装置１００の構成例を示す側面図である。
【図４】水晶単結晶ウエハ１０の表面用の第一露光マスク９１の一部を示した図である。
【図５】水晶単結晶ウエハ１０の裏面用の第二露光マスク９６の一部を示した図で、一例である。
【図６】水晶単結晶ウエハ１０の裏面用の第二露光マスク９６の一部を示した図で、別例である。
【図７】近接露光装置１００を使って、第一露光マスク９１および第二露光マスク９６を水晶単結晶ウエハ１０に露光する工程を示したフローチャートである。
【図８】音叉型水晶振動片の外形を形成した水晶単結晶ウエハ１０、または矩形水晶単結晶ウエハ１５を示す平面図である。
【図９】水晶振動デバイス５０の実施形態を示した図である。
【図１０】従来の音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１５  …  水晶単結晶ウエハ
２０  …  音叉型水晶振動片
２１  …  振動腕
２６、２６１  一対の振動腕の根元
２８  …  連結部
２９  …  基部
５０  …  水晶振動デバイス
９１  …  第一露光マスク
９２，９７  …  マスク枠
９３  …  第一振動片パターン
９４，９９  …  露光光ＩＬの透過領域
９６  …  第二露光マスク
９８  …  第二振動片パターン
１００  …  露光装置
【図１】
2008098747.tif 000003
【図２】
2008098747.tif 000004
【図３】
2008098747.tif 000005
【図４】
2008098747.tif 000006
【図５】
2008098747.tif 000007
【図６】
2008098747.tif 000008
【図７】
2008098747.tif 000009
【図８】
2008098747.tif 000010
【図９】
2008098747.tif 000011
【図１０】
2008098747.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月26日(2007.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、この基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法において、
水晶基板の第一面に、前記基部と前記第一振動腕および前記第二振動腕とを含む外形形状の第一金属膜を形成する工程と、
前記第一面の反対面の第二面に、前記基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ前記第一振動腕と前記第二振動腕との間であって前記基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成する工程と、
前記第一金属層および前記第二金属層が形成された後、前記水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項２】
前記第二金属膜は、前記第一振動腕と前記第二振動腕との間をすべて覆っていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項３】
前記第一金属膜を形成する工程および前記第二金属膜を形成する工程は、
前記水晶基板に金属膜を形成する工程と、
この金属膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程と、
露光装置により前記第一金属膜または前記第二金属膜に倣った形状に前記フォトレジストを感光させる感光工程と
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項４】
水晶基板の第一面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む音叉型水晶振動片の外形形状の第一金属膜を形成し、
前記第一面の反対面の第二面に、前記基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ前記第一振動腕と前記第二振動腕との間であって前記基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成し、
前記第一金属層および前記第二金属層が形成された後、前記水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングすることにより、
前記第一振動腕および第二振動腕との間に段差または溝が形成されない外形形状を有することを特徴とする音叉型水晶振動片。
【請求項５】
前記第二金属膜は、前記第一振動腕と前記第二振動腕との間をすべて覆っていることを特徴とする請求項４に記載の音叉型水晶振動片。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の音叉型水晶振動片を内部に固定するパッケージと、
前記パッケージを封止する蓋体と、
を有することを特徴とする水晶振動デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
第一の観点では、基部とこの基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法に関する。そして音叉型の製造方法は、水晶基板の第一面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状の第一金属膜を形成する工程と、第一面の反対面の第二面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ第一振動腕と第二振動腕との間で基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成する工程と、第一金属層および第二金属層が形成された後水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングする工程とを有する。
上記構成によれば、水晶基板の第一面に基部と第一振動腕および第二振動腕との外形形状の第一金属膜が形成され、水晶基板の第二面に第一振動腕と第二振動腕との間で基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜が形成されている。この状態でウェットエッチング処理をすると、第二金属膜で覆われた第一振動腕と第二振動腕との間であって基部側の領域では金属膜が耐蝕膜として存在するためウェットエッチングによるエッチングが進行しない。このため、一方向のみからのエッチングが進行することになり、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。このため、その後に電極パターンを形成した際に電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第４の観点の音叉型水晶振動片は、水晶基板の第一面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む音叉型水晶振動片の外形形状の第一金属膜を形成し、第一面の反対面の第二面に、基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ第一振動腕と第二振動腕との間であって基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成し、第一金属層および第二金属層が形成された後、水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングすることにより、第一振動腕および第二振動腕との間に段差または溝が形成されない外形形状を有する。
上記構成によれば、水晶基板から、一対の振動腕の根元に形成されやすい段差または溝を有していない数百ないし数千個の音叉型水晶振動片を得ることができる。その後に音叉型水晶振動片に電極パターンを形成した際であっても、段差または溝がないため電極パターンがショートすることなく、音叉型水晶振動片の品質の向上を図ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第５の観点の音叉型水晶振動片は、第二金属膜は、前記第一振動腕と前記第二振動腕との間をすべて覆って製造されている。
上記構成によれば、第一振動腕と第二振動腕との間全体が一方向のみからエッチングされることになる。このため、第一振動腕と第二振動腕との根元に生じる段差または溝などが形成されない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第６の観点の水晶振動デバイスによれば、第４又は５の観点による音叉型水晶振動片を内部に固定するパッケージと、パッケージを封止する蓋体と、を有する。
上記構成によれば、品質のよい音叉型水晶振動片を使い、水晶振動デバイスを製造することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図４の表面用の第一露光マスク９１は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠９２と第一振動片パターン９３とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部９４は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がネガフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９４がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。第一振動片パターン９３は、マスク枠９２と音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１および基部２９の外形と一致する。ただし、音叉型水晶振動片２０が水晶単結晶ウエハ１０とつながっていないと、一つ一つがバラバラになってしまうので、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する連結部２８が第一振動片パターン９３に描かれている。フォトリソグラフィ工程により感光したポジフォトレジストが除去され、ポジフォトレジストで覆われていない金属膜がエッチングで除去されると、水晶単結晶ウエハ１０には図４の第一露光マスク９１のパターンと同じ外形形状の金属膜が水晶単結晶ウエハ１０の表面に形成される。
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月12日(2008.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、この基部の一端部から延びる第一振動腕および第二振動腕とを有する音叉型水晶振動片を製造する音叉型水晶振動片の製造方法において、
水晶基板の第一面に、前記基部と前記第一振動腕および前記第二振動腕とを含む外形形状の第一金属膜を形成する工程と、
前記第一面の反対面の第二面に、前記基部と第一振動腕および第二振動腕とを含む外形形状で、且つ前記第一振動腕と前記第二振動腕との間であって前記基部側の領域を少なくとも覆った第二金属膜を形成する工程と、
前記第一金属層および前記第二金属層が形成された後、前記水晶基板をエッチング液に浸してこの水晶基板をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項２】
前記第二金属膜は、前記第一振動腕と前記第二振動腕との間をすべて覆っていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【請求項３】
前記第一金属膜を形成する工程および前記第二金属膜を形成する工程は、
前記水晶基板に金属膜を形成する工程と、
この金属膜上にフォトレジストを塗布する塗布工程と、
露光装置により前記第一金属膜または前記第二金属膜に倣った形状に前記フォトレジストを感光させる感光工程と
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の音叉型水晶振動片の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】