(57)【要約】【課題】  フォトリソグラフィ技術を用いた音叉型水晶振動子の左右音叉枝部の形状がエッチング異方性の影響により異なってしまうことである。【解決手段】  フォトリソグラフィ技術を用いた音叉型水晶振動子の製造方法において、音叉型水晶振動子の音叉枝部のエッチング残りを生じる結晶方位側のエッチングパターン幅を均一に設定しエッチングする事を特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法とする。【選択図】      図１
2005260712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィ技術を用いた音叉型水晶振動子の製造方法において、
音叉型水晶振動子の音叉枝部のエッチング残りを生じる結晶方位側のエッチングパターン幅を均一に設定しエッチングする事を特徴とする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】
本発明は音叉型水晶振動子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は音叉型水晶振動子を示す図であり、（ａ）は外形図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図ある。図３の様な音叉型水晶振動子は小型、薄型化の要求により、フォトリソグラフィ技術を用いた製造方法が多く用いられるようになっている。音叉型水晶振動子１は、音叉枝部４と音叉基部５からなり、音叉枝部４の機械的振動を電気信号に変換して所定の周波数を得るものである。一般的に周波数は次式で示される。
Ｆ＝ｋ・Ｗ／Ｌ２  ・・・・・・・・・・（数１）
Ｆは周波数、ｋは製造条件の制御性によって決まる任意の係数、Ｗは音叉枝の枝幅、Ｌは音叉枝の枝長さである。数式１より、Ｗの音叉枝幅が周波数を決定する重要な要因であることが分かる。
【０００３】
音叉型水晶振動子は二酸化珪素（以下水晶  化学記号：ＳｉＯ２）からなるウェハー上にフォトリソグラフィ技術を用い、音叉型水晶振動子の形状をパターニングする事によって得られる。図４は水晶ウェハーから複数の音叉型水晶振動子を得るためにフォトマスク上に設けたパターン（ハッチング部）の図であり、（ａ）は部分拡大図、（ｂ）はＡ部拡大図である。フォトリソグラフィ技術により音叉型水晶振動子を得る工程を説明する。まず、水晶ウェハー上にフッ化水素酸、フッ化アンモニウムあるいはそれらの混合物であるバッファードフッ酸等のエッチング液に耐性のある、例えば金やクロム等の金属膜を成膜し、その後レジスト塗布を行う。レジストには解像性の面からポジ型レジストを用いる。水晶ウェハー上へレジストを直接塗布することは、水晶とレジストとの密着性が物性上良くないため、フッ化アンモニウム、バッファ−ドフッ酸等のエッチング処理の際レジストが剥がれてしまうといった現象を起こすことから、通常は行われない。次に、前述のレジストに対し露光、現像を行い音叉型水晶振動子のパターンを形成し、さらに前記金属膜を、例えば金に対してはヨウ素、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化カリウム等のエッチング液、クロムに対しては硝酸第二セリウムアンモニウム等を用いエッチングすることで、水晶ウェハー上に前記金属膜によって形成された音叉型水晶振動子形状を得ることができる。その後フッ化水素酸、フッ化アンモニウムあるいはそれらの混合物であるバッファードフッ酸を用いて、前述の音叉型水晶振動子形状に従って水晶をエッチングする事により、水晶ウェハー上に多数の音叉型水晶振動子を得る。
【０００４】
水晶は結晶軸毎にエッチングレートが異なるエッチング異方性を持つ材料として広く知られている。例えば音叉型水晶振動子は図３に示す方位で形成され、Ｘ軸は水晶の電気軸、Ｙ軸は水晶の機械軸、Ｚ軸は水晶の光軸である。このような音叉型水晶振動子は前述のエッチング処理を行った際に、＋Ｘ方向側端面および＋Ｙ方向側端面にエッチング残りが生じる。特に、＋Ｘ方向のエッチングレートは＋Ｙ方向に比べ大きく、音叉枝部４の＋Ｘ方向側端面にはエッチング残り２、３が顕著に発生する。
【０００５】
図５に水晶ウェハー断面のエッチング進行状態を示す。フッ化水素酸、フッ化アンモニウムあるいはそれらの混合物であるバッファードフッ酸等の水晶のエッチングに用いるエッチング液でのエッチングは、エッチング液温によるが、通常数時間から場合によっては数１０時間を要する。エッチング進行は、前述のフォトリソグラフィ技術によって得られた音叉型水晶振動子のパタ−ンに従って、水晶ウェハーの厚み方向にエッチングが進行する。水晶ウェハー１０のエッチングは結晶の異方性により図５（Ａ）〜（Ｇ）の様に進行していく。（Ａ）はエッチング前の状態、（Ｂ）はエッチング開始後の状態であり、以下（Ｃ）〜（Ｇ）は符号順に任意時間経過後のエッチング進行状態を示している。このとき、水晶の異方性により、音叉型水晶振動子のパターンに対しアンダーエッチング１３が生じる。厚み方向へエッチングが完了した後もさらにエッチングを行うと、エッチングはエッチング残り１２を小さくする方向へと進む。金属膜とレジストからなる保護膜１１によって覆われていないエッチング残り１２はエッチング時間の経過とともに小さくなっていくが、それに伴ってアンダーエッチング１３が拡大していく。
【０００６】
エッチング残りは数式１のＷで示した音叉枝幅に影響するため、極力小さくすることが望ましい。そこで、音叉型水晶振動子の電気的特性を確保するためにエッチング残りの寸法形状を数値限定する例が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３０８２３８号公報
【特許文献２】特開平１−２９０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
音叉型水晶振動子の周波数を決定する主要因として、数式１で示されるように音叉枝幅がある。水晶のフッ化水素酸、フッ化アンモニウムあるいはそれらの混合物であるバッファードフッ酸等を用いた化学エッチングにおいて、エッチング残り１２は水晶のエッチング時間を長くすることによって小さくすることはできるが、アンダーエッチング１３が生じるため音叉枝幅寸法の制御は非常に困難である。特に、より小型の音叉型水晶振動子にとっては音叉枝幅寸法の誤差が周波数に与える影響が大きくなるため、無視できない問題となってくる。
【０００９】
水晶ウェハーのエッチング進行状態は、フッ化水素酸等のエッチング液の粘性やエッチング液中での水晶ウェハーの揺動方式、あるいはエッチング液の撹拌状態によって異なるが、一般的にエッチング部の露出領域が大きい方へとエッチング液は流れやすく、露出領域が大きい部分と小さい部分とでエッチング残りのエッチングレートに差が生じる。図６に図５よりエッチング部露出領域の小さい場合のエッチング進行状態を示す。図６と図５は、符号（Ａ）〜（Ｇ）におけるエッチング時間がそれぞれ対応している。図５と任意時間経過後の状態を比較すると、エッチング残り１２に対するエッチングレートの差によりエッチング残り１２、アンダーエッチング１３に差が生じる。
【００１０】
ここで、音叉型水晶振動子のフォトマスクパターンは図４に示すように隣接する個々の音叉型水晶振動子形状のパターン間に開口部（以下、隣接パターン間開口部６）が設けられている。一方音叉型水晶振動子の左枝と右枝の間には電気的な諸特性を満足するように設定された枝間開口部７が設けられている。この枝間開口部７は隣接パターン間開口部６に比べ小さくなっている。隣接パターン間開口部６と枝間開口部７はエッチング部の露出領域にあたり、その開口部の大きさが違うことにより音叉左枝エッチング残りと音叉右枝エッチング残りに寸法差が生じることとなる。エッチング残りを含めた左右音叉枝幅の補正は水晶のエッチング前後にて測定した音叉枝幅データの蓄積によりフォトマスク寸法へのフィードバックを行うことができるが、エッチングを行う水槽へのウェハー投入数、エッチング液濃度、エッチング液温度等の条件により違いが生じる事がある。
【００１１】
本発明の目的は、音叉型水晶振動子の左右の音叉枝のエッチング残り量を等しく制御するための製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
フォトリソグラフィ技術を用いた音叉型水晶振動子の製造方法において、
音叉型水晶振動子の音叉枝部のエッチング残りを生じる結晶方位側のエッチングパターン幅を均一に設定しエッチングする事を特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法とする。
【発明の効果】
【００１３】
音叉型水晶振動子の音叉枝部のエッチング残りを生じる結晶方位側のエッチングパターン幅を均一に設定しエッチングすることにより、左右の音叉枝に生じるエッチング残りを等しくすることができる。これにより左右の音叉枝幅の違いから生じる機械的な損失を抑える事ができ、さらには電気的特性の向上（周波数バラツキの減少、インピーダンスの安定化）を果たすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
フォトリソグラフィ技術を用いた音叉型水晶振動子の製造方法において、音叉型水晶振動子の音叉枝部のエッチング残りを生じる結晶方位側のエッチングパターン幅を均一に設定しエッチングする事を特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法とする。
【００１５】
本発明の音叉型水晶振動子の製造方法を、従来のフォトリソグラフィ技術による音叉型水晶振動子の製造方法と異なる点について説明する。図２は本発明の第１実施形態を示す図であり、図１は本発明の第１実施形態の部分拡大図である。水晶ウェハー上に複数形成される音叉型水晶振動子の水晶のエッチングにおいて、エッチング残りが大きく発生する＋Ｘ方向側（図１、図２中の右方向）で隣り合う音叉型水晶振動子パターン間に隣接パターン間保護部１４を設ける。また、左右の音叉枝間には音叉枝間保護部１５を設ける。この隣接パターン間保護部１４、音叉枝間保護部１５は隣接した−Ｘ方向側の音叉型水晶振動子のパターンと一定の間隔をもって設けられており、この間隔は隣接パターン間保護部１４と音叉枝間保護部１５どちらの場合も同一に設定される。つまり音叉型水晶振動子の枝部は、左右の枝部ともにエッチング残りが顕著に発生する＋Ｘ方向側の、エッチングパターン１６の間隔が均一の幅に設定されており、エッチング領域の大きさの違いによるエッチングレートの差が生じない。エッチングパターン１６の幅は、音叉枝間隔よりも小さい寸法であれば任意に設定することができる。但し、エッチングパターン１６の幅をあまり小さくすることはエッチングを行う際に、エッチング液の粘性、張力の影響によって、エッチング液が循環しにくくなるため、極端にエッチングレートが遅くなる。従って、音叉型水晶振動子形状を得るために非常に時間がかかってしまう可能性があり、実用的にエッチングパターン１６の幅は水晶ウェハー内への音叉型水晶振動子の配列上、音叉の枝間に対してできうる限り大きく取った方が良い。例えば、音叉枝間保護部１５を設けず、エッチングパターン１６の幅を音叉枝の間隔と同一寸法に設定する方法でもよい。
【００１６】
また、水晶の異方性は音叉枝左右方向のＸ方向のみにとどまらず、音叉先端部（＋Ｙ方向）及び音叉基部（−Ｙ方向）においても生じている。一般的に＋Ｙ方向のエッチングレートは＋Ｘ方向に比べ小さく、数式１より周波数に対する影響は小さいため、ほとんど考慮する必要はない。しかし、エッチング時間が従来と大きく異なってくる場合、音叉先端部、音叉基部のエッチング残り、アンダーエッチングが音叉型水晶振動子の電気特性上問題となるならば、音叉型水晶振動子外形形状全周においてエッチングパターン幅を均一になるよう設定しエッチングを行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の部分拡大図
【図２】本発明の第１実施形態を示す図
【図３】音叉型水晶振動子を示す図であり、（ａ）は外形図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図
【図４】水晶ウェハーから複数の音叉型水晶振動子を得るためにフォトマスク上に設けたパターン（ハッチング部）の図であり、（ａ）は部分拡大図、（ｂ）はＡ部拡大図
【図５】水晶ウェハー断面のエッチング進行状態図
【図６】図５よりエッチング部露出領域の小さい場合のエッチング進行状態図
【符号の説明】
【００１８】
１    音叉型水晶振動子
２    エッチング残り
３    エッチング残り
４    音叉枝部
５    音叉基部
６    隣接パターン間開口部
７    枝間開口部
１０  水晶ウェハー
１１  保護膜
１２  エッチング残り
１３  アンダーエッチング
１４  隣接パターン間保護部
１５  音叉枝間保護部
１６  エッチングパターン
【図１】
2005260712.tif 000003
【図２】
2005260712.tif 000004
【図３】
2005260712.tif 000005
【図４】
2005260712.tif 000006
【図５】
2005260712.tif 000007
【図６】
2005260712.tif 000008