(57)【要約】【課題】振動片の溝部を精度良く形成することができる振動片の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の振動片の製造方法は、基部と、当該基部から突出して形成された振動腕と、を備え、前記振動腕に溝部が形成された振動片の製造方法において、基板１０上に形成された成膜用金属膜２０を覆うフォトレジスト膜６０に対して前記振動片の外形と前記溝部とを同時にパターニングする工程と、前記振動片の外形と前記溝部のパターンの成膜用金属膜２０及びパターニングされた前記フォトレジスト膜６０を除去して、前記溝部に相当する開口３０を形成する工程と、前記開口３０を覆うように前記開口３０上に被膜用金属膜４０を形成する工程と、前記基板１０をエッチングして前記振動片の外形を形成する工程と、前記被膜用金属膜４０を除去する工程と、前記基板１０をエッチングして前記溝部７２を形成する工程と、からなることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、当該基部から突出して形成された振動腕と、を備え、前記振動腕に溝部が形成された振動片の製造方法において、
基板上に形成された成膜用金属膜を覆うフォトレジスト膜に対して前記振動片の外形と前記溝部とを同時にパターニングする工程と、
前記振動片の外形と前記溝部の成膜用金属膜及びパターニングされた前記フォトレジスト膜を除去して、前記溝部に相当する開口を形成する工程と、
前記開口を覆うように前記開口上に被膜用金属膜を形成する工程と、
前記基板をエッチングして前記振動片の外形を形成する工程と、
前記被膜用金属膜を除去する工程と、
前記基板をエッチングして前記溝部を形成する工程と、
を有することを特徴とする振動片の製造方法。
【請求項２】
前記成膜用金属膜は、下層がＣｒ膜であり、上層がＡｕ膜の積層構造であることを特徴とする請求項１に記載の振動片の製造方法。
【請求項３】
前記被膜用金属膜を除去する工程は、前記成膜用金属膜の前記Ａｕ膜も同時に除去することを特徴とする請求項２に記載の振動片の製造方法。
【請求項４】
前記基板が圧電単結晶であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動片の製造方法。
【請求項５】
前記溝部が前記基板の一方の主面及び他方の主面に形成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に溝部を備えた振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動片の一例となる音叉型圧電振動片は、基部と、基部から突出するように形成された２本の振動腕を有している。振動腕には溝部が形成され、この溝部は振動腕の表裏に設けられている。このため振動腕の断面形状は略Ｈ型に形成される。このような音叉型圧電振動片は、振動腕の振動損失が低くＣＩ値も低く抑えることができ、かつ振動片の全体形状を小型化することができる。従来、このような振動片の製造方法の一例として特許文献１，２を挙げることができる。
【０００３】
特許文献１に開示の振動片の製造方法は、まず、水晶ウェハの表面と裏面に金属マスクを形成し、この金属マスク上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜のパターンに合わせて金属マスクをパターニングする。このパターンは、振動片の外形輪郭に合わせて設計されている。次に、金属マスクパターン上にフォトレジスト膜を成膜し、そしてフォトレジスト膜をパターニングする。このフォトレジスト膜のパターンは、振動片の溝のパターンに合わせて設計されている。次いで金属マスクのパターンに合わせて水晶ウェハをエッチングし、振動片の外形輪郭を成形する。次いで、金属マスクを溝パターンに合わせてパターニングし、エッチングによって振動片に溝を形成している。
【０００４】
特許文献２に開示の振動片の製造方法は、まず、基板上に第１開口部を備えた金属マスクを形成する。そして、第１開口部を含む金属マスク上にフォトレジスト膜を被膜する。フォトレジスト膜には第２開口部が形成されており、基板をエッチング処理することにより、振動片の外形輪郭が形成される。そして、フォトレジスト膜を除去した後、基板をエッチング処理することにより溝部を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７６８０６号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法によれば、振動片の外形を形成する工程と、溝部を形成する工程を別工程で行うために、外形輪郭と溝部に対して２段階のフォトレジスト膜の成膜を行わなければならない。後工程の金属マスク上にフォトレジスト膜を成膜する際に、金属マスクの溝パターンに合わせてパターニングを行っているが、既に形成された外形輪郭に溝を精度良く位置合わせすることが難しいという問題があった。溝の位置が設計通りに形成されないと振動腕のバランスが悪く振動が安定しなくなる。このため、周波数の安定性が悪くなったり、振動片の共振周波数が設計値とずれたりしてしまう。
【０００７】
また、特許文献２の振動片の製造方法によれば、一般に水晶基板とフォトレジスト膜の密着性が悪いため、第１開口部を含む金属マスクを覆うフォトレジスト膜が、外形輪郭のエッチングの際に剥れ易くなる。そうするとフォトレジスト膜が剥れた第１開口部、すなわち溝部にも一部エッチング液が流れ込んでしまい、外形形状のエッチングと同時に溝部もエッチングされてしまうという問題があった。溝部が基板の表裏に形成される場合、表裏の溝部の深さが異なったり、表裏の溝部が対称に形成されたりしていないと、振動腕のバランスが悪くなり、周波数にノイズが付加されて振動片の共振周波数が設計値とずれてしまう。
【０００８】
そこで、従来技術の問題点を解決するため、本発明は、振動片の溝部を精度良く形成することができる振動片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】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、当該基部から突出して形成された振動腕と、を備え、前記振動腕に溝部が形成された振動片の製造方法において、基板上に形成された成膜用金属膜を覆うフォトレジスト膜に対して前記振動片の外形と前記溝部とを同時にパターニングする工程と、前記振動片の外形と前記溝部の成膜用金属膜及びパターニングされた前記フォトレジスト膜を除去して、前記溝部に相当する開口を形成する工程と、前記開口を覆うように前記開口上に被膜用金属膜を形成する工程と、前記基板をエッチングして前記振動片の外形を形成する工程と、前記被膜用金属膜を除去する工程と、前記基板をエッチングして前記溝部を形成する工程と、を有することを特徴とする振動片の製造方法。
【００１０】
上記構成により、振動片の外形輪郭と溝部のパターニングを同時に行うことができるため、振動片の外形輪郭と溝部の相対位置の精度を高めることができる。また、振動片の外形を形成するエッチングの際に、成膜用金属膜の溝部に相当する開口を被膜用金属膜で保護することができ、外形の形成と同時に溝部がエッチングされることがない。従って、振動片の溝部を精度良く形成することができる。
【００１１】
［適用例２］前記成膜用金属膜は、下層がＣｒ膜であり、上層がＡｕ膜の積層構造であることを特徴とする適用例１に記載の振動片の製造方法。
上記構成により、被膜用金属膜の除去工程において、エッチングの処理時間を任意に調整することができる。また、溝部のエッチングの際に、溝深さに応じてエッチングの処理時間を任意に調整することができる。
【００１２】
［適用例３］前記被膜用金属膜を除去する工程は、前記成膜用金属膜の前記Ａｕ膜も同時に除去することを特徴とする適用例２に記載の振動片の製造方法。
上記構成により、被膜用金属膜の除去工程が簡易かつ容易に行なうことができる。また、溝部のエッチングの際、エッチング時間が短時間であればＣｒ膜の金属膜であってもマスクとして用いることができる。従って、溝部の溝深さが浅い場合には特に有効である。
【００１３】
［適用例４］前記基板が圧電単結晶であることを特徴とする適用例１ないし３のいずれか１例に記載の振動片の製造方法。
上記構成により、周囲の温度変化の影響を受けることなく安定した共振周波数の振動片が得られる。
【００１４】
［適用例５］前記溝部が前記基板の一方の主面及び他方の主面に形成されたことを特徴とする適用例１ないし４のいずれか１例に記載の振動片の製造方法。
上記構成により、一方の主面及び他方の主面に溝部を備えた振動片の構造であっても、外形輪郭と溝部の相対位置を精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の振動片の製造工程において、基板上に被膜用金属膜を形成する工程までの説明図である。
【図２】本発明の振動片の製造工程において、基板上の被膜用金属膜を除去する工程からの説明図である。
【図３】本発明の振動片の製造工程において、基板上の被膜用金属膜を除去する工程からの変形例の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る振動片の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の振動片の製造方法を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１は、本発明の振動片の製造工程において、基板上に被膜用金属膜を形成する工程までの説明図である。
【００１７】
図１（ａ）に示す基板１０は、所定の厚みに研磨された板状（ウェハ状）であり、材質として圧電単結晶を用いることが望ましい。基板１０の材質としては、水晶、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶等を用いることができる。このような圧電単結晶を基板１０に用いることにより、周囲の温度変化の影響を受けることなく安定した共振周波数の振動片を得ることができる。
【００１８】
次ぎに、基板１０の一方の主面１２及び他方の主面１４上に第１金属膜となる成膜用金属膜２０を形成する。成膜用金属膜２０の形成方法は、蒸着、スパッタ等を用いることができる。成膜用金属膜２０は、後工程で振動片の外形を形成するエッチングにより侵食されない材質であることが望ましい。本実施形態の成膜用金属膜２０は、一例として基板１０上の下層にＣｒ（クロム）膜２２を形成し、下層のＣｒ膜２２の上層にＡｕ（金）膜２４を積層した二層の積層構造を用いている。Ｃｒ膜２２は水晶等の基板１０との密着性に優れている。一方、Ａｕ膜２４は、Ｃｒ膜２２よりもエッチングの耐蝕性に優れている。この他にもＴｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）等を組み合わせた積層構造を採用してもよい。この成膜用金属膜２０の全面にフォトレジスト膜６０を形成している。
【００１９】
次ぎに図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜６０を所定の露光手段を用いて振動片の外形と溝部以外にフォトレジスト膜６０が残るようにパターニングして、パターニングされたフォトレジスト膜６０を形成する。本発明の振動片の製造方法は、振動片の外形と溝部の形成位置を同時にパターニングしているため、従来の振動片の外形と溝部の形成位置を別工程でパターニングする方法に比べて、振動片の外形と溝部の相対位置の精度を高めることができる。
【００２０】
そしてフォトレジスト膜６０が形成されていない基板１０上の成膜用金属膜２０をエッチングにより除去する。成膜用金属膜２０の除去は、図１（ｃ）に示すように、上層のＡｕ膜２４が除去された後、図１（ｄ）に示すように、下層のＣｒ膜２２が段階的に除去される。これにより、成膜用金属膜２０が除去された部分は基板１０が露出することになる。
【００２１】
次ぎに図１（ｅ）に示すように、成膜用金属膜２０上に残っていたフォトレジスト膜６０をすべて除去する。これにより、成膜用金属膜２０の間に、溝部に相当する開口３０が現れる。
【００２２】
そして図１（ｆ）に示すように、成膜用金属膜２０の間の開口３０と、成膜用金属膜２０を覆うように、少なくとも開口３０を埋めるように第２金属膜となる被膜用金属膜４０を形成する。被膜用金属膜４０は、成膜用金属膜２０と同様に、蒸着、スパッタ等により形成することができる。また被膜用金属膜４０は、後工程で振動片の外形を形成するエッチングにより侵食されない材質であることが望ましく、本実施形態では材質にＡｕを用いている。成膜用金属膜２０の間の開口３０を覆うように形成する被膜用金属膜４０は、開口３０側から基板１０に向かって凸状となり、開口３０を埋めるように形成される。このような構成の被膜用金属膜４０は、基板１０との密着性が良いため、外形のエッチング時に、溝部にエッチング液が流れ込むことを防ぐことができる。
【００２３】
図２は本発明の振動片の製造工程において、基板１０上の被膜用金属膜４０を除去する工程からの説明図である。図２（ａ）に示すように、外形エッチングを行う。すなわち、振動片の外形の内側のみを残し、外形をエッチングにより除去する。エッチング工程は例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング等を用いることができる。このとき、従来のように金属膜の間の振動片の溝部に相当する開口にフォトレジスト膜を形成した構成の場合、フォトレジスト膜と基板の密着性が悪いため、外形のエッチング時に、溝部に相当する開口を被膜したフォトレジスト膜が剥れ易く、フォトレジスト膜が剥れた開口にエッチング液が流れ込み溝部もエッチングされてしまう虞があった。これに対して、本発明の振動片の溝部に相当する開口３０は、エッチング液に対して耐蝕性のある被膜用金属膜４０で覆っている。この被膜用金属膜４０は成膜用金属膜２０との密着性もよい。このため、外形のエッチング時にエッチング液によって被膜用金属膜４０が侵食されることがなく、外形のエッチングと同時に開口がエッチングされることがない。従って、フォトレジスト膜６０をパターニングしたときの外形と溝部の位置を維持することができ、相対位置精度を向上させることができる。
【００２４】
次ぎに図２（ｂ）に示すように、被膜用金属膜４０をエッチングにより除去する。被膜用金属膜４０の除去は、膜厚、エッチングの進行時間などを考慮して、成膜用金属膜２０の上に形成された被膜用金属膜４０のみが除去されるようにエッチングの処理時間を調整している。このようにして基板１０上には下層がＣｒ膜２２でその上層がＡｕ膜２４の成膜用金属膜２０が形成される。
【００２５】
そして、図２（ｃ）に示すように、溝部に相当する開口を所定の深さにエッチングして溝部７２を形成する。このとき溝部７２のエッチングは、基板１０上にエッチング液に耐蝕性のあるＡｕ膜２４が形成されているため、処理時間を長くしても、金属膜が侵食されることがない。このため、溝部７２の深い振動片に対して特に有効である。
【００２６】
最後に図２（ｄ）に示すように、成膜用金属膜２０をエッチングで除去する。このようにして振動腕７０の一方の主面及び他方の主面に溝部７２を備えた振動片７４が得られる。
【００２７】
図３は本発明の振動片の製造工程において、基板上の被膜用金属膜を除去する工程からの変形例の説明図である。
図３（ａ）に示す外形エッチングは、図２（ａ）の外形エッチングと同一の工程により行う。すなわち、振動片の外形の内側のみを残し、外形をエッチングにより除去する。
【００２８】
そして図３（ｂ）に示すように、被膜用金属膜４０をエッチングにより除去する。変形例の被膜用金属膜４０のエッチングは、成膜用金属膜２０のＣｒ膜２２が残るように行っている。被膜用金属膜４０の除去は、膜厚、エッチングの進行時間などを考慮して、成膜用金属膜２０の上に形成された被膜用金属膜４０と、成膜用金属膜２０を構成するＡｕ膜２４が除去されるようにエッチングの処理時間を調整している。このようにして基板１０上にはＣｒ膜２２のみからなる成膜用金属膜２０ａが形成される。Ｃｒ膜２２のみからなる成膜用金属膜２０ａは、溝部のエッチング時に、処理時間が短時間であれば、エッチング液がＣｒ膜２２を通過して基板１０を侵食する虞がない。また、図２に示す被膜用金属膜４０を除去しながら成膜用金属膜２０のＡｕ膜２４を残すエッチングの処理工程よりも、エッチングの時間管理などの必要がなく、エッチング処理を容易に行なうことができる。
【００２９】
そして、図３（ｃ）に示すように、溝部に相当する開口を所定の深さにエッチングして溝部７２を形成する。このとき溝部７２のエッチングは、基板１０上にＡｕ膜よりもエッチング液に対して耐蝕性の低いＣｒ膜２２が形成されているため、処理時間を短くしている。
【００３０】
最後に図３（ｄ）に示すように、成膜用金属膜２０をエッチングで除去する。このようにして振動腕７０の一方の主面及び他方の主面に溝部７２を備えた振動片７４が得られる。
【００３１】
このような被膜用金属膜を除去する変形例の工程によれば、被膜用金属膜の除去工程を簡易かつ容易に行なうことができる。また、溝部のエッチングの際、短時間であれば、Ｃｒ膜の金属膜であってもマスクとして用いることができる。従って、溝部の溝深さが浅い振動片に特に有効である。
【００３２】
以上、本実施形態の振動片の製造方法は、基板の一方の主面及び他方の主面に溝部を備えた振動片の構成で説明したが、溝部の構成はこれに限らず、基板の一方の主面または他方の主面のみに溝部を備えた振動片の製造方法においても適用することができる。
【００３３】
このような本発明の振動片の製造方法によれば、振動片の外形輪郭と溝部のパターニングを同時に行うことができるため、振動片の外形輪郭と溝部の相対位置の精度を高めることができる。また、振動片の外形を形成するエッチングの際に、成膜用金属膜の溝部に相当する開口を被膜用金属膜で保護することができ、外形の形成と同時に溝部がエッチングされることがない。従って、振動片の溝部を精度良く形成することができる。
【００３４】
図４は本発明の一実施形態に係る振動片の斜視図である。図示のように振動片８０は、Ｘ軸（第２軸）と、このＸ軸と平面状に直交するＹ軸（第１軸）からなる平面に延在され、互いに対向する第１主面８２と第２主面８４とを有する。なお、第１主面８２及び第２主面８４に垂直な軸をＺ軸とする。振動片８０は、基部８６から＋Ｙ軸方向に第１振動腕８８と第２振動腕８９が延出され、−Ｙ軸方向に第３振動腕９０と第４振動腕９１が延出されている。基部８６と第１振動腕８８と第２振動腕８９で音叉型振動片を構成し、基部８６と第３振動腕９０と第４振動腕９１で音叉型振動片を構成している。このような２つの音叉型振動片が基部８６に結合され、２つの音叉型振動片の振動腕の延出方向が互いに離間する構成の振動片８０は、Ｈ型の振動片と称される。
【００３５】
第１振動腕８８と第２振動腕８９は互いに平行で、同一長さ、同一断面形状で構成され、第３振動腕９０と第４振動腕９１は互いに平行で、同一長さ、同一断面形状で構成されている。本実施形態に係る振動片８０は、第１振動腕８８及び第２振動腕８９が駆動腕（励振腕）を構成し、第３振動腕９０及び第４振動腕９１が検出腕を構成している。第１〜第４振動腕８８，８９，９０，９１は、いずれも細長い溝部９２が第１主面８２及び第２主面８４に形成され、このようなＨ型の振動片８０の製造に本発明の製造方法を適用することができる。
【００３６】
このような構成の振動片８０は、電極（不図示）に励振信号が入力されると、第１振動腕８８と第２振動腕８９が±Ｘ方向に屈曲振動する。このとき、Ｙ軸（検出軸）周りに振動片８０を回転すると、第１振動腕８８と第２振動腕８９の振動方向（面内振動）に対して直角方向にコリオリの力が発生し、第３振動腕９０（検出腕）及び第４振動腕９１（検出腕）が±Ｚ軸方向に面外振動する。この面外振動により発生する電荷量を測定することで、振動片８０に作用する角速度を検出することができる。
【００３７】
このようなＨ型の振動片８０の製造方法においても、振動片の外形輪郭と溝部のパターニングを同時に行うことができるため、振動片の外形輪郭と溝部の相対位置の精度を高めることができる。また、振動片の外形を形成するエッチングの際に、成膜用金属膜の溝部に相当する開口を被膜用金属膜で保護することができ、外形の形成と同時に溝部がエッチングされることがない。従って、振動片の溝部を精度良く形成することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０………基板、１２………一方の主面、１４………他方の主面、２０………成膜用金属膜、２２………Ｃｒ膜、２４………Ａｕ膜、３０………開口、４０………被膜用金属膜、６０………フォトレジスト膜、７０………振動腕、７２………溝部、７４………振動片、８０………振動片、８２………第１主面、８４………第２主面、８６………基部、８８………第１振動腕、８９………第２振動腕、９０………第３振動腕、９１………第４振動腕、９２………溝部。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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