(57)【要約】【課題】  金属配線と水晶片とを精度良く位置合わせして同形状に形成でき、周波数変動を抑制できると共に、正確な寸法測定を可能とする水晶振動子の製造方法及び水晶振動子を提供する。【解決手段】  輪郭振動の水晶振動子の製造方法及び水晶振動子であって、水晶基板の表面及び裏面に配線金属の金属膜を形成し、表面及び裏面の金属膜をエッチングして、水晶片の所定の形状より大きい拡張金属パターン２３を形成し、表面の拡張金属パターン２３の上に、水晶片の所定の形状を切り抜くための水晶レジストパターン３を形成し、表面の拡張金属パターン２３と、水晶基板と、裏面の拡張金属パターン２３とを、水晶レジストパターン３をマスクとして一度にドライエッチングして、表面の金属配線と、水晶片と、裏面の金属配線とを形成する水晶振動子の製造方法及び水晶振動子としている。【選択図】        図３
2016072749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子の製造方法であって、
水晶基板の表面及び裏面に配線金属の金属膜を形成する工程と、
前記表面及び前記裏面の金属膜をエッチングして、前記水晶片の所定の形状より大きい拡張金属パターンを形成する工程と、
前記表面の拡張金属パターンの上に、前記水晶片の所定の形状を切り抜くためのレジストパターンを形成する工程と、
前記表面の拡張金属パターンと、前記水晶基板と、前記裏面の拡張金属パターンとを、前記レジストパターンをマスクとして一度にドライエッチングして、前記表面の金属配線と、前記水晶片と、前記裏面の金属配線とを形成する工程とを備えたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
ドライエッチングを行う前に、水晶基板を支持基板に仮接合する工程と、
前記ドライエッチングを行った後に、前記水晶基板を前記支持基板からはがす工程とを備えたことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
拡張金属パターンは、金属膜をウェットエッチングして形成することを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
拡張金属パターンの輪郭線を、水晶片の所定の形状の輪郭線より１０μｍ以上外側に形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子であって、
前記表面の金属配線と、前記裏面の金属配線とが、前記水晶片と同時にドライエッチングされて、前記表面の金属配線と、前記水晶片と、前記裏面の金属配線の外周端面が段差なく同一面上に形成されていることを特徴とする水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子の製造方法及び水晶振動子に係り、特に金属配線と水晶片とを精度良く位置合わせして同形状に形成でき、周波数変動を抑制できると共に、正確な寸法測定を可能とする水晶振動子の製造方法及び水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
従来の水晶振動子として、ＧＴカットの水晶振動子がある。
ＧＴカットの水晶振動子は、周波数温度特性に優れ、低消費電力、発振起動時間の短縮といった特性を有している。
また、水晶振動子の製造において、ドライエッチングにより水晶片の外形加工を行うことも行われている。
【０００３】
従来の水晶振動子の製造方法について簡単に説明する。
水晶は、ドライエッチング中に割れや欠けが発生しやすく、これらを防止するために、水晶板を支持基板上に仮接着した状態でドライエッチングを行う方法がある。
水晶ウェハを用いた場合、水晶ウェハ上に配線金属膜を形成し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより金属配線パターンを形成する。金属配線パターンは水晶ウェハの表裏両面に形成される。
【０００４】
その後、水晶ウェハを支持基板上に仮接合し、水晶の振動領域の外形を形成するためのレジストパターンを形成してドライエッチングを行い、水晶振動子の振動領域を形成する。
そして、支持基板から水晶ウェハを外し、ダイシングラインに沿って切断して個々の水晶振動子を得る。
このようにして従来の水晶振動子の製造が行われる。
【０００５】
［金属配線のパターンずれ：図４］
輪郭が変形することで振動する輪郭振動型のＧＴカットの水晶振動子では、金属配線は、水晶の振動領域（以下、「水晶片」とする）の形状及び位置と一致するよう、水晶片に重ねて形成する必要がある。
従来の製造方法では、金属配線を形成する際に、フォトリソグラフィにおけるアライメントずれや、ウェットエッチングにおけるアンダーカット量のバラつきによって、金属配線のパターンが所定の水晶片の位置や形状とずれて形成されてしまうことがある。
【０００６】
また、輪郭振動デバイスでは、水晶片の外形寸法によって周波数が決定されるため、製造プロセスにおいては、外形寸法を高精度で測定しなければならない。
しかし、金属配線が水晶片とずれた位置に形成された場合、水晶片の輪郭のすぐ近くに金属配線の輪郭が位置することになり、画像の明暗の境界を検出してエッジを特定する寸法測定器を用いると、誤って金属配線のエッジを検出してしまうことがある。
【０００７】
金属配線と水晶片とがずれて形成された例について図４を用いて説明する。図４は、金属配線が水晶片の外形からずれて形成された例を示す説明図である。
図４では、矩形の水晶片１の表面に金属配線２が形成されている状態を示している。
水晶片１と金属配線２とがぴったり重なって形成されている場合には、水晶片１は見えないものであるが、図４では、金属配線２と水晶片１とがずれているため、上側の長辺部分に沿って水晶片１が細く露出している。同様に、水晶片の両端の支持部についてもずれが生じている。
【０００８】
［関連技術］
尚、ＧＴカットの水晶振動子に関する従来技術としては、特開２０１３−８１０２２号公報「水晶振動子及びその製造方法」（日本電波工業株式会社、特許文献１）がある。
特許文献１には、支持基板に水晶の振動領域よりも大きい窪みを形成し、振動領域が支持基板に接触しないように水晶板を支持基板に接合し、ドライエッチングにより振動領域を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−８１０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来の水晶振動子の製造方法では、金属配線と水晶片とを精度よく重ねて同形状に形成することが困難であり、材料金属の重量がバラついて周波数が変動したり、金属配線のエッジが寸法測定の妨げとなり、水晶片の加工精度が低下してしまう可能性があるという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、金属配線と水晶片とを高精度で重ねて同形状に形成することができ、周波数変動を防ぎ、正確な寸法測定を可能とする水晶振動子の製造方法及び水晶振動子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】
【００１２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子の製造方法であって、水晶基板の表面及び裏面に配線金属の金属膜を形成する工程と、表面及び裏面の金属膜をエッチングして、水晶片の所定の形状より大きい拡張金属パターンを形成する工程と、表面の拡張金属パターンの上に、水晶片の所定の形状を切り抜くためのレジストパターンを形成する工程と、表面の拡張金属パターンと、水晶基板と、裏面の拡張金属パターンとを、レジストパターンをマスクとして一度にドライエッチングして、表面の金属配線と、水晶片と、裏面の金属配線とを形成する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、上記水晶振動子の製造方法において、ドライエッチングを行う前に、水晶基板を支持基板に仮接合する工程と、ドライエッチングを行った後に、水晶基板を支持基板からはがす工程とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、上記水晶振動子の製造方法において、拡張金属パターンは、金属膜をウェットエッチングして形成することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、上記水晶振動子の製造方法において、拡張金属パターンの輪郭線を、水晶片の所定の形状の輪郭線より１０μｍ以上外側に形成することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子であって、表面の金属配線と、裏面の金属配線とが、水晶片と同時にドライエッチングされて、表面の金属配線と、水晶片と、裏面の金属配線の外周端面が段差なく同一面上に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子の製造方法であって、水晶基板の表面及び裏面に配線金属の金属膜を形成する工程と、表面及び裏面の金属膜をエッチングして、水晶片の所定の形状より大きい拡張金属パターンを形成する工程と、表面の拡張金属パターンの上に、水晶片の所定の形状を切り抜くためのレジストパターンを形成する工程と、表面の拡張金属パターンと、水晶基板と、裏面の拡張金属パターンとを、レジストパターンをマスクとして一度にドライエッチングして、表面の金属配線と、水晶片と、裏面の金属配線とを形成する工程とを備えた水晶振動子の製造方法としているので、金属配線と水晶片とを精度良く位置合わせして同形状に形成でき、周波数変動を抑制できると共に、水晶片と金属配線のエッジを一致させて、正確な寸法測定を可能とすることができる効果がある。
【００１８】
また、本発明によれば、ドライエッチングを行う前に、水晶基板を支持基板に仮接合する工程と、ドライエッチングを行った後に、水晶基板を支持基板からはがす工程とを備えた上記水晶振動子の製造方法としているので、ドライエッチング工程における水晶基板の割れや欠けを防ぎ、歩留まりを向上させることができる効果がある。
【００１９】
また、本発明によれば、表面及び裏面に金属配線を備えた水晶片が、輪郭振動によって振動する水晶振動子であって、表面の金属配線と、裏面の金属配線とが、水晶片と同時にドライエッチングされて、表面の金属配線と、水晶片と、裏面の金属配線の外周端面が段差なく同一面上に形成されている水晶振動子としているので、金属配線と水晶片とが精度良く同位置同形状に形成されているため、周波数変動及びスプリアスを抑制できると共に、正確な寸法測定を可能とすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動子の外見平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法における第１のパターニングを示す説明図である。
【図３】第２のパターニングを示す説明図である。
【図４】金属配線が水晶片の外形からずれて形成された例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法及び水晶振動子は、金属配線を２段階のパターニングで形成するものであり、第１のパターニングでは、水晶基板の表面及び裏面に、外形寸法を所定の寸法よりも大きくした拡張金属パターンを形成し、第２のパターニングでは、水晶片の外形形状を切り抜くレジストをマスクとして、貫通ドライエッチングによって、表面の拡張金属パターンと、水晶基板と、裏面の拡張金属パターンとを同時にパターニングするようにしているので、水晶片と両面の金属配線とをセルフアラインによって高精度に同位置同形状に形成することができ、周波数変動を抑え、正確な寸法測定を可能とするものである。
【００２２】
［実施の形態に係る水晶振動子の構成：図１］
まず、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の外見平面図である。
本発明の実施の形態に係る水晶振動子（本水晶振動子）は、ＧＴカットの輪郭振動の水晶振動子であり、図１に示すように、矩形の水晶片１の表面及び裏面に、水晶片１と同形状の励振電極２１が形成されている。図１では、裏面の励振電極２１は示されていない。
【００２３】
また、水晶片１の両短辺には、水晶ウェハ上で水晶片１を保持するための支持部１１が設けられている。支持部１１は、中抜きの四角形状（四角いリング形状）の部分と、それに接続する矩形部分とを備えている。
更に、支持部１１の上には、表面の励振電極２１に接続する接続電極２２ａと、裏面の励振電極２１に接続する接続電極２２ｂが形成されている。
【００２４】
ここで、本水晶振動子は、後述する製造方法によって形成されるものであり、表面及び裏面の励振電極２１は、水晶片１に精度良くぴったり重なって形成されており、側面部（外周端面）において、３層が段差なく同一面に収まっている（「面一」の状態）。
これは、後述する製造方法において、３層を一度にドライエッチングすることにより形成しているためである。
尚、図１では省略しているが、本水晶振動子を水晶ウェハ上で形成する場合、水晶振動子の外側全体に水晶振動子を保持する枠部が設けられている。
【００２５】
このように、本水晶振動子では、水晶の振動領域と励振電極２１とが正確に位置合わせされ、同形状に形成されているので、水晶片１上の励振電極２１の重量がばらつかず、周波数変動やスプリアスを抑制することができるものである。
また、水晶片１のエッジと励振電極２１のエッジとが一致しているため、正確な寸法測定が可能となるものである。
【００２６】
尚、ここでは、輪郭振動の水晶片１の形状を矩形としているが、他にも円形、楕円形、多角形等様々な形状が可能であり、所望の特性が得られるよう任意に選択可能である。
【００２７】
［実施の形態に係る水晶振動子の製造方法］
次に、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法について説明する。
ここでは、ＧＴカットの水晶振動子を、水晶ウェハ（水晶基板）を用いて複数同時に形成する場合について説明する。
本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法（本製造方法）では、金属配線を２段階のパターニングで形成する点が特徴となっている。以下、金属配線のパターニングを、第１のパターニング、第２のパターニングとして説明する。
【００２８】
［第１のパターニング：図２］
まず、第１のパターニングについて図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法における第１のパターニングを示す説明図である。
図２に示すように、第１のパターニングでは、本製造方法の特徴部分である拡張金属パターン２３を形成する。
具体的には、水晶基板の表面及び裏面に、例えば、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）の薄膜を、蒸着、スパッタリング、メッキ等で順次形成して、配線となる金属膜を形成する。
【００２９】
そして、表面及び裏面の金属膜をフォトリソグラフィ及びウェットエッチングによって拡張金属パターン２３の形状にパターニングする。図２では、水晶基板上（ドットで示した部分）に、拡張金属パターン２３が形成された状態を示している。
【００３０】
図２では、この後で形成される水晶片１の所定の外形形状１′（以下、水晶外形形状１′とする）を点線で示しており、拡張金属パターン２３の形状を、水晶外形形状１′よりも大きく形成する。
すなわち、拡張金属パターン２３の輪郭線は、基本的には、所定の水晶外形形状１′（つまり、所定の金属配線の形状）の輪郭線の外側に形成されるものである。尚、図２に示すように、一部は水晶外形形状１′の輪郭線上に形成されてもよい。
【００３１】
拡張金属パターン２３を水晶外形形状１′よりも大きく形成することにより、第１のパターニングでフォトリソグラフィにおけるアライメントずれや、金属膜のウェットエッチングにおけるアンダーカット量のバラつきがあったとしても、拡張金属パターン２３が水晶外形形状１′の内側に入り込んでしまうことはないため、それらの影響を受けないようにすることができるものである。
【００３２】
拡張金属パターン２３の外形は、水晶外形形状１′の輪郭から１０μｍ以上外側になるよう形成するのが望ましい。また、外形全体を大きくしなくても、ずれの生じやすい方向について１０μｍ以上拡張させて形成してもよい。
【００３３】
尚、拡張金属パターン２３の形状は、図２に示したものに限らず、例えば、水晶外形形状１′全体（水晶片１及び支持部１１）を覆うように、上下左右対称の形状としてもかまわない。
このようにして、第１のパターニングが行われ、水晶基板の両面に拡張金属パターン２３が形成される。
【００３４】
［第２のパターニング：図３］
次に、第２のパターニングについて図３を用いて説明する。図３は、第２のパターニングを示す説明図である。
本製造方法の特徴として、第２のパターニングでは、表面の拡張金属パターン２３と、水晶基板と、裏面の拡張金属パターン２３とを１回のドライエッチング工程によって貫通エッチングして、３層を一度に加工するようにしている。
【００３５】
具体的には、まず、第１のパターニングが終了した後、水晶ウェハを支持基板（図示せず）上に仮接合する。例えば、支持基板としてはガラス基板を用い、ＵＶ硬化型接着剤を用いて水晶ウェハと支持基板とを仮接合する。
【００３６】
そして、図３に示すように、表面の拡張金属パターン２３の上に、振動領域となる水晶片１及び支持部１１（図１参照）を残して水晶基板を削るための水晶レジストパターン３と、外側の枠部を残すための枠部レジストパターン４とを形成する。水晶レジストパターンと、枠部レジストパターン４とは同時に形成される。
図３では、水晶レジストパターン３及び枠部レジストパターン４が形成された状態を示しており、所定の水晶片１の形状を覆う水晶レジストパターン３は、拡張金属パターン２３の内側の領域に形成される。
【００３７】
そして、水晶レジストパターン３及び枠部レジストパターン４をマスクとして、水晶基板を貫通するドライエッチングを行う。ドライエッチングの条件は、通常、水晶基板をドライエッチングする際の条件と同じでよく、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系のガスを用いることができる。
支持基板と仮接合した状態でドライエッチングを行うことにより、水晶基板の割れや欠けを防ぐことができるものである。
【００３８】
以上の工程により、水晶レジストパターン３又は枠部レジストパターン４に覆われていない部分は削り取られ、枠部と水晶振動子部分とが分離されて、表面の励振電極２１及び接続電極２２ａ，２２ｂ、水晶片１、裏面の励振電極２１、及び枠部が形成され、水晶片１が支持部１１によって枠部に接続された状態となる。
【００３９】
このように、本製造方法の第２のパターニングでは、表面の拡張金属パターン２３、水晶基板、裏面の拡張金属パターン２３が同一のマスクを用いたドライエッチングプロセスにより一度に処理されるため、表面の金属配線、水晶片１、裏面の金属配線を、セルフアラインによって位置ずれすることなく、高い精度で同一形状に形成することができるものである。
尚、ここでは、図１に示した励振電極２１と接続電極２２ａ，２２ｂを合わせたものを金属配線と称している。
【００４０】
その後、レジストを剥離し、支持基板から水晶基板を外し、ダイシングラインに沿って支持部１１と枠部４とを切り離して、個々の水晶振動子が形成される。
このようにして、本方法による水晶振動子の製造が行われる。
【００４１】
特に、本方法では、工程数を増やすことなく、拡張金属パターン２３を形成する第１のパターニング時のマスクを変えるだけでよいので、低コストで簡単に工程を変更することができ、量産プロセスに適用することも可能である。
【００４２】
これにより、図１に示したような表面の励振電極２１と、水晶片１と裏面の励振電極２１とを、側面（端面）に段差を生じないように面一の状態となるよう精度良く位置合わせして、同形状に形成することができるものであり、周波数変動及びスプリアスが抑制された高性能の輪郭振動の水晶振動子を、低コストで製造することができるものである。
【００４３】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法によれば、水晶基板の表面と裏面に金属膜を形成し、第１のパターニングとして、表面及び裏面の金属膜をウェットエッチングして、所定の金属配線の形状よりも大きい形状の拡張金属パターン２３を形成し、第２のパターニングとして、表面の拡張金属パターン２３の上に水晶片１の形状を切り抜く水晶レジストパターン３を形成し、水晶レジストパターン３をマスクとして、ドライエッチングにより、表面の拡張金属パターン２３と、水晶基板と、裏面の拡張金属パターン２３とを同時にエッチングして、表面の励振電極２１と、水晶片１と、裏面の励振電極２１とを形成する水晶振動子の製造方法としているので、表面の励振電極２１と、水晶片１と、裏面の励振電極２１とをセルフアラインによって精度良く重ねて形成することができ、配線金属量のバラつきに起因する周波数変動やスプリアスを抑制して、高性能の輪郭振動の水晶振動子を製造でき、更に製造工程における正確な寸法測定を可能とし、製品の信頼性を向上させることができる効果がある。
【００４４】
また、本製造方法によれば、第１のパターニングの後、水晶基板の裏面を支持基板に仮接合し、その後第２のパターニングを行うようにしているので、ドライエッチングにおいて、水晶基板の割れや欠けを防ぐことができる効果がある。
【００４５】
また、本発明の実施の形態に係る水晶振動子によれば、水晶片１がその表面及び裏面に形成された励振電極２１に挟まれて振動する輪郭振動の水晶振動子であって、表面の励振電極２１と、水晶片１と、裏面の励振電極２１とが同一のドライエッチング工程により形成されており、当該３層が、同形状で、外周端面が段差なく同一面となるよう積層されている水晶振動子としているので、周波数変動やスプリアスを低減することができ、また、製造工程における正確な寸法測定を可能とし、製品の信頼性を向上させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、金属配線と水晶片とを精度良く位置合わせして同形状に形成でき、周波数変動を抑制できると共に、正確な寸法測定を可能とする水晶振動子の製造方法及び水晶振動子に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１...水晶片、  １′...水晶外形形状、  ３...水晶レジストパターン、  ４...枠部レジストパターン、  １１...支持部、  ２１...励振電極、  ２２...接続電極、  ２３...拡張金属パターン
【図１】
2016072749.tif 000003
【図２】
2016072749.tif 000004
【図４】
2016072749.tif 000005
【図３】
2016072749.tif 000006