(57)【要約】【課題】溝部を有する振動片の製造方法において、基板に振動片の外形をエッチングで形成する際に、基板上の溝部の形成領域が同時にエッチングされてしまうのを防ぐ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】振動片１の製造方法は、基板１０上にＣｒ膜２０、Ａｕ膜３０、Ｎｉ膜４０及び第１のレジスト膜５０を順に成膜し、第１のレジスト膜５０を振動片１の外形及び溝部の形状にパターニングし、Ｎｉ膜４０のうちパターニングされた第１のレジスト膜５０と重なっていない部分をエッチングし、エッチングにより露出したＡｕ膜３０上に第２のレジスト膜６０を成膜し、第２のレジスト膜６０を振動片１の外形にパターニングし、パターニングされた第２のレジスト膜６０と重なっていないＣｒ膜２０とＡｕ膜３０と基板１０とをエッチングして基板１０に振動片１の外形を形成し、第２のレジスト膜６０を剥離し、溝部に相当するＣｒ膜２０、Ａｕ膜３０をエッチングし、溝部に相当する基板１０をエッチングして基板１０に溝部を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部を有する振動片の製造方法であって、
基板上に、第１の金属膜、第２の金属膜、第３の金属膜及び第１のレジスト膜を、順に成膜する工程と、
前記第１のレジスト膜を前記振動片の外形及び前記溝部の形状にパターニングする工程と、
前記第３の金属膜のうち前記パターニングされた前記第１のレジスト膜と重なっていない部分をエッチングする工程と、
前記エッチングにより露出した前記第２の金属膜上に第２のレジスト膜を成膜する工程と、
前記第２のレジスト膜を前記振動片の外形にパターニングする工程と、
前記パターニングされた前記第２のレジスト膜と重なっていない前記第１の金属膜と前記第２の金属膜と前記基板とをエッチングして、前記基板に前記振動片の外形を形成する工程と、
前記第２のレジスト膜を剥離する工程と、
前記溝部に相当する前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とをエッチングする工程と、
前記溝部に相当する前記基板をエッチングすることにより、前記基板に前記溝部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする振動片の製造方法。
【請求項２】
前記第１の金属膜がクロム膜であり、前記第２の金属膜が金膜であり、前記第３の金属膜がニッケル膜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】
前記基板は、圧電単結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動片の製造方法。
【請求項４】
前記溝部が前記基板の一方の主面側及び他方の主面側に形成されたことを特徴とする請求項１から３の何れか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、振動片の製造方法に関し、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】
振動片の一つとして、音叉型圧電振動片が存在する。音叉型圧電振動片は、基部と、当該基部から突出するように形成された２本の振動腕と、を有している。振動腕には、小型で高い信頼性を得ることを目的として、溝部が形成されることが多い。振動腕に溝部を形成することで、振動腕の振動損失が低くなり、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低く抑えることができるため、小型化されても優れた振動特性を得ることができる。このような振動片の従来における製造方法の一例が特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の振動片の製造方法は、まず、水晶基板を、溝パターンに対応する第１開口部と、振動片の外形輪郭に対応する第２開口部と、が形成された金属マスクで被覆し、さらにその上をフォトレジスト膜で被覆する。この状態では、フォトレジスト膜は、第１の開口部及び第２の開口部に露出している水晶基板と、金属マスクと、に密着している。次に、前記第２開口部が露出するようにフォトレジスト膜をパターニングし、当該パターニングしたフォトレジスト膜から露出している第２開口部の基板をエッチング処理することにより、基板に振動片の外形を形成する。次に、当該フォトレジスト膜を除去して、金属マスクから露出している第１開口部の基板をエッチング処理することにより、溝部を形成する。
【０００４】
特許文献２に開示の振動片の製造方法は、まず、水晶基板に金属膜を形成し、この金属膜上にフォトレジスト膜を形成し、当該フォトレジスト膜に振動片の外形輪郭をパターニングする。そして、当該フォトレジスト膜に合わせて金属膜をエッチングして振動片の外形輪郭をパターニングした後、前記フォトレジスト膜を剥離する。次に、水晶基板上に新たにフォトレジスト膜を成膜し、当該フォトレジスト膜を外形及び溝の形状にパターニングする。次いで、フォトレジスト膜及び金属膜の外形パターンに合わせて基板をエッチングし、基板に振動片の外形を成形する。次いで、フォトレジスト膜の溝パターンに合わせて、金属膜に溝パターンを形成し、フォトレジスト膜及び金属膜の溝パターンに合わせて基板をエッチングすることにより、溝を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８９２１７号公報
【特許文献２】特開２００２−７６８０６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に開示の振動片の製造方法では、水晶基板とフォトレジスト膜との密着性が悪いため、外形のエッチングの際に、第１開口部に露出している水晶基板を覆うフォトレジスト膜が剥れてしまい、当該水晶基板にエッチング液が流れ込んでしまう場合があった。第１開口部に露出している水晶基板は溝部の形成領域であるため、外形のエッチングの際に溝部の形成領域がエッチングされてしまうと、溝部を基板の表裏に形成する場合、表裏の溝部の深さが異なったり、表裏の溝部の形状が対称にならないという問題点があった。これにより、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という問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示の製造方法では、振動片の外形を形成する工程と、溝部を形成する工程と、が別工程であり、外形形成用のフォトレジスト膜で金属膜に外形パターンを形成した後に当該フォトレジスト膜を剥離して、新たに溝部形成用のフォトレジスト膜を成膜する必要がある。後工程で成膜したフォトレジスト膜に溝パターンを形成し当該溝パターンに合わせて金属膜に溝パターンを形成する際に、前工程で金属膜に形成された外形パターンに、溝パターン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り、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という問題点があった。
【０００８】
そこで、従来技術の問題点を解決するため、本発明は、溝部を有する振動片の製造方法において、基板に振動片の外形をエッチングで形成する際に、基板上の溝部の形成領域が同時にエッチングされてしまうのを防ぐ振動片の製造方法を提供することを目的とする。
また、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］溝部を有する振動片の製造方法であって、基板上に、第１の金属膜、第２の金属膜、第３の金属膜及び第１のレジスト膜を、順に成膜する工程と、前記第１のレジスト膜を前記振動片の外形及び前記溝部の形状にパターニングする工程と、前記第３の金属膜のうち前記パターニングされた前記第１のレジスト膜と重なっていない部分をエッチングする工程と、前記エッチングにより露出した前記第２の金属膜上に第２のレジスト膜を成膜する工程と、前記第２のレジスト膜を前記振動片の外形にパターニングする工程と、前記パターニングされた前記第２のレジスト膜と重なっていない前記第１の金属膜と前記第２の金属膜と前記基板とをエッチングして、前記基板に前記振動片の外形を形成する工程と、前記第２のレジスト膜を剥離する工程と、前記溝部に相当する前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とをエッチングする工程と、前記溝部に相当する前記基板をエッチングすることにより、前記基板に前記溝部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする振動片の製造方法。
【００１０】
上記発明によれば、基板と密着性の悪いレジスト膜を直接基板に成膜せずに、第１の金属膜を基板に成膜しているため、基板に振動片の外形をエッチングする際に、基板から第１の金属膜が剥がれて、基板上の溝部の形成領域がエッチングされてしまうのを防ぐことができる。
【００１１】
また、基板上の溝部を形成する領域を、第１の金属膜、第２の金属膜及び第２のレジスト膜の３層で覆った状態で、外形のエッチングを行うため、外形のエッチングの際に、基板上の溝部を形成する領域まで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。
【００１２】
また、第３の金属膜に振動片の外形と溝部の形状とをパターニングし、当該第３の金属膜のパターンに基づいて、振動片の外形を形成し溝部を形成するため、振動片の外形と溝部との相対位置の精度を高めることができる。
【００１３】
［適用例２］前記第１の金属膜がクロム膜であり、前記第２の金属膜が金膜であり、前記第３の金属膜がニッケル膜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。
【００１４】
上記発明によれば、基板上にクロム膜を成膜することにより基板との密着性を高めることができる。また、第２の金属膜を金膜とすることにより、エッチング液に対する耐蝕性を高め、クロム膜を保護することができる。また、第３の金属膜をニッケル膜とすることにより、成膜が容易であるとともに、クロムよりもエッチングレートが遅いため、レジスト膜の代わりに用いることができる。
【００１５】
［適用例３］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又は２に記載の振動片の製造方法。
上記発明によれば、振動特性等の特性を向上させることができる。
【００１６】
［適用例４］前記溝部が前記基板の一方の主面側及び他方の主面側に形成されたことを特徴とする適用例１から３の何れか１例に記載の振動片の製造方法。
上記発明によれば、ＣＩ値を小さくすることができ、小型化しても優れた振動特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る振動片の製造方法の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る振動片の製造方法を適用可能な振動片の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る振動片の製造方法のうち、基板に振動片の外形と溝部とを形成する工程の説明図である。図１に示す各工程の図は、基板１０の模式的断面図である。なお、図１では基板１０の一方の主面側に溝部を形成する工程について示しているが、基板１０の他方の主面側にも同様に溝部を形成することができる。また、本実施形態では、図１に示す基板１０の中央部分に溝部を形成するものとする。
【００１９】
まず、所定の厚みに研磨された板状（ウェハ状）の基板１０を用意する。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の圧電単結晶を用いることができる。基板１０としてこのような圧電単結晶を用いることにより、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を有する振動片を製造することができる。
【００２０】
工程１では、基板１０の主面上に、第１金属膜としてＣｒ（クロム）膜２０、第２金属膜としてＡｕ（金）膜３０、第３金属膜としてＮｉ（ニッケル）膜４０を、順に成膜する。
【００２１】
本実施形態では、Ｃｒ膜２０、Ａｕ膜３０の成膜はスパッタを用い、Ｎｉ膜４０の成膜は蒸着を用いるが、成膜方法はこれに限定されることはなく、蒸着、スパッタ等の何れの成膜方法を用いてもよい。
【００２２】
ここで、Ｃｒ膜２０は水晶等の基板１０との密着性に優れており、また安価である。一方、Ａｕ膜３０は、Ｃｒ膜２０よりもエッチング液に含まれるフッ酸に溶けにくく、エッチング液に対する耐蝕性に優れている。
【００２３】
工程２では、Ｎｉ膜４０の上に第１のレジスト膜５０を成膜する。
工程３では、第１のレジスト膜５０に振動片の外形・溝部の形状形成用のマスクを被せて、露光及び現像を行い、振動片の外形輪郭の内側と、溝部を形成する領域以外の領域と、に第１のレジスト膜５０が残るように、第１のレジスト膜５０をパターニングする。
【００２４】
工程４では、パターニングされた第１のレジスト膜５０と重なっていない基板１０上のＮｉ膜４０を、エッチングにより除去する。これにより、Ｎｉ膜４０に振動片の外形と溝部の形状とが同時にパターニングされ、Ｎｉ膜４０が除去された部分にＡｕ膜３０が露出することになる。このように、Ｎｉ膜４０上に振動片の外形と溝部の形状とを同時にパターニングすることで、振動片の外形と溝部の形状とを別工程でパターニングする場合に比較して、振動片の外形と溝部との相対位置の精度を高めることができる。
【００２５】
工程５では、第１のレジスト膜５０を除去する。
工程６では、基板１０上（Ｎｉ膜４０のエッチングにより露出したＡｕ膜３０上、及びＮｉ膜４０上）に、第２のレジスト膜６０を成膜する。
【００２６】
工程７では、第２のレジスト膜６０上に外形形成用のマスクを被せて露光及び現像を行うことにより、第２のレジスト膜６０上に振動片の外形をパターニングする。
【００２７】
工程８では、パターニングされた第２のレジスト膜６０と重なっていないＣｒ膜２０及びＡｕ膜３０を、エッチングにより除去する。
【００２８】
工程９では、Ｃｒ膜２０及びＡｕ膜３０のエッチングにより露出した基板１０のエッチングを行い、基板１０に振動片の外形を形成する。
このエッチングの際、基板１０上の溝部を形成する領域は、Ｃｒ膜２０、Ａｕ膜３０、第２のレジスト膜６０の３層の膜で覆われているため、エッチングの終了時までにこれらの３層の膜全てがエッチング液で浸食されることはなく、したがって、基板１０上の溝部を形成する領域までエッチング液で浸食されることはない。また、基板１０上にはＣｒ膜２０が成膜されており、Ｃｒ膜２０は基板１０との密着性が良いため、Ｃｒ膜２０が基板１０から剥がれることはなく、外形エッチング中に、基板１０上の溝部を形成する領域にエッチング液が侵入することはない。さらに、Ｃｒ膜２０上には、エッチング液に対して耐蝕性のあるＡｕ膜３０が積層されているため、基板１０上の溝部を形成する領域は十分に保護されており、エッチング液により浸食されることはない。
【００２９】
工程１０では、第２のレジスト膜６０を剥離する。これにより、Ｎｉ膜４０にパターニングされた溝パターンに対応する開口にＡｕ膜３０が露出する。
【００３０】
工程１１では、第２のレジスト膜６０の剥離によりＮｉ膜４０から露出しているＡｕ膜３０と、その下層にあるＣｒ膜２０とを、エッチングにより除去する。この際、Ｎｉ膜４０から露出しているＡｕ膜３０及びＣｒ膜２０が全て除去されるように、各膜２０、３０、４０の厚さやエッチング液を調整する。
【００３１】
工程１２では、Ａｕ膜３０及びＣｒ膜２０の除去により露出した基板１０を所定の深さまでハーフエッチングすることにより、基板１０に溝部９２を形成する。このとき溝部９２を形成する領域以外の基板１０上には、上層からＣｒよりもエッチングレートが遅いＮｉ膜４０と、エッチング液に耐蝕性のあるＡｕ膜３０と、基板１０と密着性のよいＣｒ膜２０と、が形成されているため、深い溝部９２を形成するために処理時間を長くしても、これらの３層の全てが浸食されることはなく、したがってその下層にある基板１０が侵食されることがない。
【００３２】
最後に、図示していないが、Ｎｉ膜４０、Ａｕ膜３０、Ｃｒ膜２０を除去する。これにより、溝部９２と、振動片の外形と、を有する基板１０が得られる。
このような振動片の製造方法によれば、Ｎｉ膜４０を振動片の外形と溝部の形状とにパターニングし、当該Ｎｉ膜４０を剥離せずに、振動片の外形を形成し、溝部を形成するため、振動片の外形と溝部との相対位置の精度を高めることができる。
【００３３】
また、基板１０と密着性の悪いレジスト膜を直接基板１０に成膜せずに、Ｃｒ膜２０を基板１０に成膜しているため、基板１０に振動片の外形をエッチングする際に、基板１０からＣｒ膜２０が剥がれて、基板１０上の溝部の形成領域がエッチングされてしまうのを防ぐことができる。
【００３４】
また、基板１０上の溝部を形成する領域を、Ｃｒ膜２０、Ａｕ膜３０、第２のレジスト膜６０の３層で覆った状態で、外形のエッチングを行うため、外形のエッチングの際に、基板１０上の溝部を形成する領域まで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。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、第１の金属膜がクロム膜であり、第２の金属膜が金膜であり、第３の金属膜がニッケル膜であるとして説明したが、これに限定されることはなく、第１の金属膜は基板１０との密着性のある金属であればよく、第２の金属膜はエッチング液に対して耐蝕性のある金属であればよく、第３の金属膜はＣｒよりもエッチングレートが遅い金属であればよい。別の金属を用いる場合には、用いる金属のエッチングレート等を考慮して、膜厚やエッチング液を調整するとよい。
【００３６】
図２は、本発明の実施形態に係る製造方法を適用可能な振動片１の斜視図である。図示のように、振動片１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１は、基部８６から＋Ｙ方向に第１振動腕８８と第２振動腕８９が延出され、−Ｙ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１つの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１つの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１は、Ｈ型の振動片と称される。
【００３７】
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１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に形成されている。このようなＨ型の振動片１の製造に、上述した製造方法を適用することができる。
【００３８】
このような構成の振動片１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１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１に作用する角速度を検出することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１………振動片、１０………基板、２０………Ｃｒ膜、３０………Ａｕ膜、４０………Ｎｉ膜、５０………第１のレジスト膜、６０………第２のレジスト膜、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１】
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【図２】
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