(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ板からなる水晶ウエハーの表裏両面に下地層となる第１の金属膜を成膜し、その上に第２の金属膜を成膜する工程と、
前記水晶ウエハーの表裏両面にフォトレジストをスピンコート法あるいはスプレーコート法により塗布する工程と、
前記フォトレジストを塗布した前記水晶ウエハー上に音叉型水晶振動子の輪郭形状を露光する工程と、
前記水晶ウエハーを現像することにより、前記水晶ウエハー上にフォトレジストからなる音叉型水晶振動子の輪郭形状を得、次いで第２の金属膜をエッチングすることによりフォトレジスト及び第２の金属膜によって音叉型水晶振動子の輪郭形状を形成する工程と、
前記水晶ウエハー上のフォトレジストに音叉型水晶振動子の振動腕部に形成する溝形状を露光及び現像する工程と、
前記水晶ウエハーをフッ化アンモニウム溶液あるいは緩衝フッ酸溶液に浸漬することによって、音叉型水晶振動子の輪郭形状に沿って第１の金属膜及び水晶をエッチングし、水晶ウエハー上に音叉型水晶振動子の輪郭形状を得、次いで振動腕部に形成した溝部にあたる第２の金属膜をエッチングし、更に第１の金属膜をエッチングし、再びフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸溶液により振動腕部の溝部に露出した水晶素地をエッチングする工程と、
水晶ウエハー上に残留したフォトレジスト層、第２の金属膜層、第１の金属膜層を順次エッチングにより除去し、更に電極膜としてなる第３の金属膜を前記水晶ウエハー表裏面及び側面部へ成膜し、更に第３の金属膜上に第４の金属膜を成膜する工程と、
前記水晶ウエハーに電極形状を形成するためのフォトレジストを浸漬法、スプレーコート法により成膜する工程と、
前記水晶ウエハーに露光機により電極形状を転写する工程と、
を有するフォトリソグラフィ法を用いた音叉型水晶振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハーの表面には、エッチングでアライメントマークが形成され、
前記水晶ウエハーの電極形状を露光する工程において前記水晶ウエハー上に形成する電極形成用フォトマスクと整合させる前記アライメントマークの形状を水晶ウエハーのＹ軸方向及びＸ軸方向に頂点を持つ四辺形とし、かつ、Ｙ軸上の２頂点からプラスマイナスＸ方向へ伸びるそれぞれ二辺の為す角度が６０±１０°であることを特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記音叉型水晶振動子の輪郭形状を形成する工程で、前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項１記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォトリソグラフィ法を用いた音叉型水晶振動子の製造において、水晶ウエハー上に設けるアライメントマーク形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、時計や時計機能を有する機器において、音叉型水晶振動子は基準信号源として広く用いられて来た。近年では携帯端末（携帯電話、スマートフォン）の普及に伴い、音叉型水晶振動子を含む電子部品はより小さなものを顧客より求められてきている。その中で、音叉型水晶振動子は小型化に対応した製造方法として、半導体で用いられて来たフォトリソグラフィ法を応用している。
【０００３】
１例として、フォトリソグラフィ法による溝付き音叉型水晶振動子の製造プロセスを、図１を用いて説明する。まず、耐蝕膜成膜工程として、水晶ウエハーの表裏両面に、水晶をエッチングする際に用いるフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸に対する耐蝕膜を成膜する。耐蝕膜としては一般的にＣｒ膜、Ａｕ膜の２層からなる金属膜が用いられ、蒸着法やスパッタ法にて成膜される。
【０００４】
次に音叉パターニング工程として、水晶ウエハーの表裏両面に成膜した耐蝕膜上にフォトレジストを成膜し、音叉型水晶振動子の外形形状を露光、現像および先に成膜した耐蝕膜をエッチングすることにより水晶ウエハーの表裏両面に耐蝕膜およびフォトレジストからなる音叉型水晶振動子の外形形状を得る。
【０００５】
次に溝パターニング工程として、フォトレジスト上に音叉型水晶振動子の枝部に形成する溝形状を露光・現像する。この時に用いるフォトレジストは、前記音叉パターニング工程において用いたフォトレジストを剥離した後、再度成膜したもの、あるいは音叉パターニング工程において用いたフォトレジストを剥離せずに流用する場合もある。この溝パターニング工程あるいは前記音叉パターニング工程では、後に行う電極パターニング工程にて、音叉型水晶振動子の外形形状を形成した水晶ウエハーと電極膜形成用フォトマスクのアライメントに用いるアライメントマークをパターニングする。
【０００６】
次に水晶エッチング工程として、水晶ウエハーをフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸により常温以上の温度において（２５〜８０℃程度）にて数時間のエッチングを行い、水晶及び耐蝕膜、フォトレジストからなる音叉型水晶振動子外形形状と水晶及び耐蝕膜からなる溝形状部を得る。その後、溝形状部の耐蝕膜をエッチングし、更にフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸によるエッチングを行うことで水晶ウエハー上に溝付き音叉型水晶振動子の外形形状を形成することができる。この水晶エッチング工程により、水晶ウエハー表裏面それぞれにその後の電極パターニング工程において用いられる水晶ウエハー上のアライメントマークが掘り込む形で形成される。尚、音叉枝部に溝を形成しない場合は溝パターニング工程を省略することができる。その後耐蝕膜として用いた耐蝕膜、フォトレジストを全て剥離する。
【０００７】
次に、電極パターニング工程として、電極膜となるＣｒ膜、Ａｕ膜を水晶ウエハー全面あるいはマスクを用いることによって水晶ウエハー上の任意の部分に成膜を行う。電極膜としてはこのほかにＴｉ、ＰｄあるいはＮｉ、Ａｕといった組み合わせも広く用いられており、適宜選択される。その後、電極パターニングに用いるフォトレジストをスプレー法あるいは電着法により水晶ウエハー上に成膜し、電極形成用フォトマスクによる電極形状の露光を行う。その後、現像を行い、Ｃｒ膜、Ａｕ膜からなる電極膜をエッチングすることにより電極膜を形成した溝付き音叉型水晶振動子を得ることができる。この電極パターニングの露光に際しては水晶ウエハー上の音叉パターニング工程あるいは溝パターニング工程によりパターン形成されたアライメントマークを用いて、電極形成用フォトマスク上に設けられたアライメントマークと整合させることにより前記水晶ウエハーと電極形成用フォトマスクを数μｍの誤差で精度の高い露光を行っている。
【０００８】
前述のようにフォトリソグラフィ法を用いた溝付き音叉型水晶振動子の製造において、フォトマスクを用いて様々な形状を水晶ウエハー上に形成するため、水晶ウエハーとフォトマスクとの間で精度の高い位置合わせを行う必要がある。音叉パターニング時は、ウエハー表面に位置決めに用いるパターンが形成されていない場合があるため、ウエハー外形形状を基準に音叉形状パターニング用フォトマスクとの位置合わせを行い、音叉外形形状と基準となるアライメントマークを音叉形状パターニング用フォトマスクから形状を転写し、形成する。溝形状パターニングでは水晶ウエハー上に形成されたアライメントマークを基準として溝形状パターンあるいは他のパターンを重ね合わせていく。
【０００９】
一方、音叉・溝・電極パターニングを行う自動アライメント機能を有する露光機において、各パターニングに用いるフォトマスクと水晶ウエハーの位置決めを行うには、露光機に内蔵された画像処理装置において水晶ウエハー上に形成された位置決め用のアライメントマークを認識し、認識したアライメントマークの重心位置あるいは基準点を算出し、更に重ね合わせるフォトマスク内に設けられたアライメントマークについても同様に重心位置あるいは基準点を算出し、水晶ウエハーとフォトマスク上のアライメントマーク座標を精度よく整合させ、露光を行うこととなる。
【００１０】
自動アライメント機能を有する露光機で用いられている画像処理装置では一般的に上下左右の線対称、または回転対称な図形より、図形重心を求める方式が採用されている。線対称あるいは回転対称図形が推奨される理由としては、上下左右の対向する平行な２辺にそれぞれ垂線を設け、その垂線の交点を図形重心として求める方法が各辺のパターニング上のエラー（辺の直進性、平行度ズレ）による影響を受けにくいという点があるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１９４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
音叉型水晶振動子の電極形成において用いるアライメントマーク形成に関しては特許文献１が提案されており、水晶の結晶軸であるＸ軸に平行な辺を有する多角形形状（特に三角形）が提案されている。
【００１３】
また、一般的には音叉型水晶振動子にはＸＹ平面有する水晶ウエハーが用いられている。また、図１に示した工程に従い音叉パターニング工程あるいは溝パターニング工程において形成される電極パターニング工程で用いる水晶ウエハー上のアライメントマークは、特許文献１では三角形に限定されている。
【００１４】
さらに、自動アライメント機能を有する露光機において、画像処理装置がアライメントマークを認識する際に、上下左右回転対称図形が推奨されるが、特許文献１に示されたアライメントマークである三角形は上下左右対象形状ではない。三角形の重心は狭角をなす２辺の角度２等分線の交点より求められるが、仮にいずれかの一辺の形状が崩れた場合、つまり露光時の異物、傷等による原因である辺の直線性が損なわれているような状況では、ある辺の直線補間の誤差により、三角形の重心を一意に設定することが困難となる。
【００１５】
次に上下左右対称なアライメントマークとして図２〜４に示す四角形、丸形状、六角形を用いた場合を検討する。
【００１６】
図２にアライメントマークを四角形状とした場合のレジストパターンと水晶面を緩衝フッ酸にてエッチングした際の、水晶面上の四角形状のアライメントマークの形状変化を示した。図２（ｂ）は約３０分の水晶エッチングをした状態であるが、図２（ａ）に示した四角形状のレジストパターン１の形状からの変動は見られない。一方、図２（ｃ）は約２４０分の緩衝フッ酸による水晶面のエッチングをしたものであるが、水晶の結晶異方性により図２（ａ）、図２（ｂ）の四角形状からアライメントマーク２の形状が大きく崩れていることが判る。
【００１７】
図３にアライメントマークを丸形状とした場合のレジストパターンと水晶面を緩衝フッ酸にてエッチングした際の、水晶面上の丸形状のアライメントマークの形状変化を示した。図３（ｂ）は約３０分の水晶面エッチングをした状態であるが、図３（ａ）に示した丸形状のレジストパターンの形状からの変動は見られない。一方、図３（ｃ）は約２４０分の緩衝フッ酸による水晶面のエッチングをしたものであるが、水晶の結晶異方性により図３（ａ）、図３（ｂ）の丸形状からその形状が大きく崩れていることが判る。
【００１８】
図４にアライメントマークを六角形状とした場合のレジストパターンと水晶面を緩衝フッ酸にてエッチングした際の、水晶面上の六角形状のアライメントマークの形状変化を示した。図４（ｂ）は約３０分の水晶面エッチングをした状態であるが、図４（ａ）に示した六角形状のレジストパターンの形状からの変動は見られない。一方、図４（ｃ）は約２４０分の緩衝フッ酸による水晶面のエッチングをしたものであるが、水晶の結晶異方性により図４（ａ）、図４（ｂ）の六角形状からその形状が大きく崩れていることが判る。
【００１９】
図６は、図２（ａ）で示した四角形状のレジストパターン１と図２（ｃ）で示した四角形状のアライメントマーク２を重ね合わせた模式図である。図２（ａ）のレジストパターンによる四角形状のアライメントマーク１は理想となる四角形のアライメントマークであるが、図２（ｃ）の約２４０分の水晶エッチングを行った際の四角形アライメントマーク２はレジストパターンによる四角形アライメントマーク１に比べ、水晶の結晶異方性により水晶エッチング後は−Ｘ方向エッチング量ΔＸ１の方が＋Ｘ方向のエッチング量ΔＸ２より大きくエッチングされている。
【００２０】
一方、Ｙ方向は水晶エッチング前の四角形アライメントマーク１と水晶エッチング後の四角形アライメントマーク２ではΔＹ１とΔＹ２がほぼ等しくなっている。しかし、＋Ｙ方向側に大きく抉られたような異方性形状３が発現しているため、アライメントマークを認識する画像処理装置においては異方性形状３が形状認識を行う際のノイズとなるため、正しく四角形状を認識することはできない。また、異方性形状３の大きさはエッチング時間に比例して拡大するため、水晶をエッチングするのに有する時間が長くなるとΔＹ１＞ΔＹ２となるため、水晶エッチング時間の推移において同じ形状が現れることはなく、画像処理装置に任意形状を事前に学習させるパターン認識法によっても、アライメントマークの正しい形状認識が困難となる。
【００２１】
従って、図６に示した図２（ａ）と図２（ｃ）の重ね合わせでは、水晶エッチング前後で四角形のアライメントマーク形状が大きく異なるため、Ｘ方向についての重心位置ズレΔＸｏが発生する。更には水晶エッチング時間の変動によって、Ｙ方向での重心位置ズレも生じさせることがある。
【００２２】
前記ΔＸｏは設定される水晶エッチング時間の長短により大きさが変動する。そのため、水晶エッチング時間が一意に設定されれば、画像処理装置によるアライメントマーク認識を行う露光に際して画像処理部にΔＸｏを補正値として与えることで、前記水晶ウエハーとフォトマスクとの間の重ね合わせ精度を向上することができる。しかし、水晶エッチング時間は音叉型水晶振動子の重要な特性である周波数を決定するパラメーターである。そのため、例えば開発段階では、試作評価時の水晶エッチング時間及びΔＸｏの変動により生じる重ね合わせ精度の低下により、所望の特性評価を行うこと困難となってしまう問題があった。
【００２３】
本発明は、水晶エッチングでのアライメントマークの形状変動による、パターンの重ね合せ精度低下を抑えることができる音叉型水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決する手段として、音叉型水晶振動子に用いるＸＹ平面からなる所謂Ｚ板水晶ウエハーにおいて水晶エッチング前後で上下左右対称性を維持し、尚且つエッチング時間の変動に対して、形状変動の少ないアライメントマーク形状を選定する。本発明は、Ｘ軸及びＹ軸上に頂点を持つ四辺形であり、Ｙ軸頂点からＸ軸に伸びる二辺の間の角度を６０±１０°とする平行四辺形形状である（※図７は、５ａと５ｃを重ね合せせた模式図）所謂菱形形状をアライメントマークとして用いることとした。
【００２５】
図５に図２〜図４と同様に菱形形状のアライメントマークが水晶エッチングの進行により、どのように形状が変化していくかを示した。図５（ａ）のレジストパターン３に対して、図５（ｂ）は約３０分水晶エッチングを行った場合であり、図５（ｃ）は約２４０分水晶エッチングを行った場合である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）を比較すると図２から図４で示したような水晶エッチング時間の変動による形状変化は見られない。図７に図５（ａ）で示した菱形形状のレジストパターン３と図５（ｃ）で示した菱形形状のアライメントマーク５を重ね合わせた模式図を示す。図７に示すように、図５（ａ）の菱形形状のレジストパターン４に対して図５（ｃ）の菱形形状のアライメントマーク５は一回り大きな形状となっているが、ΔＤ１＝ΔＤ２＝ΔＤ３＝ΔＤ４の関係が維持されることを確認した。そのため、図５（ｃ）に示した菱形形状は上下左右の対称性が失われておらず、且つ４辺は水晶の結晶方位に沿っているため、若干の異物であれば水晶の異方性がパターン欠陥よりも影響が強く出るため、直線性の高い４辺が得られ、尚且つ４辺なす４つの角度（狭角２カ所と鈍角２カ所）のそれぞれ２辺がなす角度にもずれは見られないため、アライメントマークとしての条件を満たす形状であると判断できる。
【発明の効果】
【００２６】
フォトリソグラフィ法を用いた音叉型水晶振動子の製造において、Ｚ板水晶ウエハー上にフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸によりアライメントマークを形成する場合、そのアライメントマークを結晶Ｙ軸上にて交わる２辺のなす角が６０±１０°であり、結晶Ｘ軸上で交わる２辺のなす角が１２０±１０°となる平行四辺形、所謂菱形形状とすることにより、水晶エッチングの前後で、尚且つエッチング時間の長短に関わらず、菱形形状が変形することがなくなる。菱形形状のアライメントマークを水晶ウエハー上形成することで、アライメントマークの水晶エッチング時間の大小による変形による画像処理装置でのアライメントマーク認識度合の低下、それにより生じる露光機での重ね合わせ精度低下を抑制することが可能となり、量産時の形状バラツキを抑制することにより電気的特性の良い音叉型水晶振動子の製造方法を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】音叉型水晶振動子の製造フロー
【図２】四角形状のアライメントマークの形状変化を説明する図
【図３】丸形状のアライメントマークの形状変化を説明する図
【図４】六角形状のアライメントマークの形状変化を説明する図
【図５】本発明における菱形形状のアライメントマークの形状変化を説明する図
【図６】四角形状の変化を説明する模式図
【図７】本発明における菱形形状の変化を説明する模式図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１において、フォトリソグラフィを用いた溝付き音叉型水晶振動子を形成する工程に従って、本発明の実施形態を説明する。本発明は、図１で示した音叉パターニング工程あるいは溝形状パターニング工程において水晶ウエハー上に形成するアライメントマークを一般的に推奨されている四角形、丸形状や十字形状ではなく、結晶Ｙ軸上にて交わる２辺のなす角が６０±１０°であり、結晶Ｘ軸上で交わる２辺のなす角が１２０±１０°となる平行四辺形、所謂菱形形状とすることである。
【００２９】
まず、耐蝕膜成膜工程として、水晶ウエハーの表裏両面に、水晶をエッチングする際に用いるフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸に対する耐蝕膜を成膜する。耐蝕膜としては一般的にＣｒ膜、Ａｕ膜の２層からなる金属膜が用いられ、蒸着法やスパッタ法にて成膜される。
【００３０】
次に音叉パターニング工程として、前記耐蝕膜上にフォトレジストを成膜し、音叉型水晶振動子の外形形状を形成したフォトマスクを用い、露光機により露光し、その後、現像および先に成膜した耐蝕膜であるＣｒ膜、Ａｕ膜をエッチングすることにより水晶ウエハーの表裏両面に耐蝕膜およびフォトレジストからなる音叉型水晶振動子の外形形状を得る。フォトマスクは石英ガラスやソーダガラスからなっており、その表面には酸化クロム膜により、水晶ウエハー上に転写するパターンである音叉形状、溝形状、電極形状が精度よく形成されている。
【００３１】
音叉パターニング工程の露光工程前の水晶ウエハー上には、通常露光において水晶ウエハーとフォトマスクの位置決めを行う基準となるアライメントマークは形成されていない。そのため、ウエハーの外形形状を基準として、水晶ウエハーとフォトマスクの位置合わせを行いフォトマスク上のパターンを水晶ウエハー上に転写する。フォトマスク上には音叉型水晶振動子の外形形状の他に、次の溝パターニング工程において、用いるフォトマスクと水晶ウエハーを重ね合わせる際の基準となるアライメントマークや、その他必要に応じた様々なパターンを同時に転写する。
【００３２】
その際、後の電極パターニング工程において水晶ウエハーとフォトマスクを位置決めするためのアライメントマークを同時に形成する。ここで形成するアライメントマーク形状が本発明による、結晶Ｙ軸上にて交わる２辺のなす角が６０±１０°であり、結晶Ｘ軸上で交わる２辺のなす角が１２０±１０°となる平行四辺形、所謂菱形形状である。
【００３３】
次に溝パターニング工程として、溝付き音叉型水晶振動子の枝部に溝形状を露光・現像する。溝パターニング工程の露光に際して使用するフォトマスクには音叉パターニング時に用いるフォトマスクと同様に、溝形状に限らず、必要に応じた様々なパターンが形成されている。本発明による結晶Ｙ軸上にて交わる２辺のなす角が６０±１０°であり、結晶Ｘ軸上で交わる２辺のなす角が１２０±１０°となる平行四辺形、所謂菱形形状のアライメントマークは、音叉パターニング工程ではなく、溝パターニング工程において形成することも可能である。これは電極パターニング工程で形成する電極形状を音叉型水晶振動子の外形形状を基準として位置決めすべきか、溝形状に対して行うべきかの選択となり、設計要件となる。尚、音叉枝部に溝を形成しない場合は溝パターニング工程を省略することができる。
【００３４】
次に水晶エッチング工程として、水晶ウエハーをフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸により常温以上の温度において（２５〜８０℃程度）数時間のエッチングを行い、耐蝕膜およびフォトレジストからなる音叉型水晶振動子外形形状と耐蝕膜からなる溝形状以外の水晶露出部をエッチングする。その後溝形状部の耐蝕膜をエッチングし、更にフッ化アンモニウムあるいは緩衝フッ酸によるエッチングを行うことで水晶ウエハー上に溝付き音叉型水晶振動子の外形形状を形成することができる。この水晶エッチング工程により水晶ウエハー表裏面それぞれに電極パターニング工程において用いるアライメントマークが水晶表面を掘り込んだ形で形成される。その後、耐蝕膜として用いたＣｒ膜、Ａｕ膜、フォトレジストを全て剥離し、電極膜となるＣｒ膜、Ａｕ膜を成膜する。電極膜としてはこのほかにＴｉ、ＰｄあるいはＮｉ、Ａｕの組み合わせも一般的に用いられており、適宜選択される。
【００３５】
次に電極パターニング工程として、溝付き音叉型水晶振動子上に電極パターンを形成する。電極パターニングの形成に際して、水晶ウエハー全面にフォトレジストをスプレー法あるいは電着法により成膜し、フォトマスクを用いて、電極形状を水晶ウエハー上に露光し、その後現像、Ｃｒ膜、Ａｕ膜をエッチングし、更にフォトレジストを剥離することにより電極膜を形成した溝付き音叉型水晶振動子を得ることができる。この電極パターニングの露光に際して用いるフォトマスク上にも水晶振動子の電極形状だけではなく必要に応じた様々なパターンが形成されており、水晶ウエハー上に形成される。電極パターニングの際には、音叉パターニング工程あるいは溝パターニング工程において水晶ウエハー上に形成された菱形アライメントマークを自動アライメント機構の搭載された露光機で露光する場合、露光機は次のような手順で動作する。
【００３６】
プロキシミティ方式の露光機を前提として説明する。露光機はウエハーの外形形状による簡易的なアライメントを行った後、露光ステージに搭載される。その後、電極形成用フォトマスクが水晶ウエハー上に重ね合わされ、電極形成用フォトマスクのアライメントマーク越しに水晶ウエハー上に形成された菱形のアライメントマークを検出する。菱形アライメントマークは対象となる水晶ウエハーの個体差、あるいはロット間での水晶エッチング時間差による形状変動が見られないため、精度良くアライメントマーク重心あるいは任意点座標を認識することができる。露光機は電極形成用フォトマスクに形成されたアライメントマークをサーチし、水晶ウエハー状の菱形アライメントマークと電極形成用フォトマスクのアライメントマーク相互の重心あるいは任意点を重ね合わせることでアライメントが行われる。この電極形成用フォトマスクに設けられるアライメントマークの形状はフォトマスクメーカーにより保証された精度で形成されたものであり、水晶エッチング等の工程に晒されないものであるため、従来より用いられている四角形や丸形状あるいは十字形状も可能であり、その形状は任意に選択できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  四角形状のレジストパターン
２  四角形状のアライメントマーク
３  四角形状のアライメントマークの異方性形状
４  菱形形状のレジストパターン
５  菱形形状のアライメントマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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