(57)【要約】  【課題】縁部が斜面となったメサ構造を表裏面の少なくとも一方に具える水晶振動子を量産性良く製造する。【解決手段】グレースケール露光法を用い、圧電性ウエハ１１の前記メサ型構造形成予定領域上に、フォトレジストパタン１７ａであってメサ型構造の縁部と対応する部分Ｙの厚さがこの部分Ｙの端に向かうほど薄くなったフォトレジストパタン１７ａを含む耐エッチングマスク２１を、形成する。この耐エッチングマスク２１の形成が済んだウエハをウエットエッチング液で処理して、このウエハに初期メサ部２３を形成する。初期メサ部２３の形成が済んだウエハをドライエッチング雰囲気で処理する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造を、表裏面の少なくとも一方に具える圧電振動子を製造するに当たり、
グレースケール露光法を用い、圧電性ウエハの前記メサ型構造形成予定領域上に、前記メサ型構造の縁部と対応する部分の厚さを該部分の端に向かうほど薄くしたフォトレジストパタンを含む耐エッチングマスクを、形成する工程と、
該マスクの形成が済んだウエハをウエットエッチング液で処理して、該ウエハに、前記エッチンマスクで覆われた部分と覆われていない部分との段差による初期メサ部を、形成する工程と、
該初期メサ部の形成が済んだウエハをドライエッチング雰囲気で処理する工程と
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記エッチングマスクとして、前記圧電性ウエハ上に形成した金属膜と、この金属膜上に形成した前記フォトレジストパタンとの積層体から成るマスクを用いることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電振動子の製造方法において、
前記金属膜は、前記フォトレジストパタンをマスクとしてパターニングされた金属膜であることを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドライエッチング法を利用した圧電振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、圧電振動子の代表的なものとして知られている。ＡＴカット水晶振動子では、辺比（水晶片のＸ軸方向の寸法と水晶片の厚みとの比）が小さくなる程、保持部の影響やスプリアス（不要振動）の影響を受け易くなるため、特性が悪化し易くなる。この傾向は、辺比が５０以下になると、すなわち水晶振動子を小型化する程、顕著になる。その解決策として、（１）水晶片の縁部に段差を設けるいわゆるメサ構造、（２）水晶片の縁部に曲率を設けるいわゆるベベル構造、（３）水晶片に凸面状を設けるいわゆるコンベックス構造等が用いられている。
【０００３】
メサ構造を用いる場合、その製造でフォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術を用いることができるため、水晶ウエハに水晶振動子を大量に作製できる利点がある。しかし、メサ部の段差を大きく過ぎると段差が境界として作用するため、スプリアスの影響を受け易くなる。その解決策として、特許文献１には、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いメサ型水晶基板を形成し、その後、この水晶基板を研磨材と共に円筒容器中に入れて回転し、メサ構造とベベル構造を持つ水晶振動子を得る方法が記載されている。この方法によれば、メサ部の縁部が斜面を含む形状となった水晶振動子が得られるので、単にメサ構造を用いた場合や、単にベベル構造を用いた場合に比べ、Ｑ値が高くスプリアスが少ない水晶振動子が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５２８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、メサ加工を終えたウエハから水晶片を個片化して研磨材と共に円筒容器に入れる必要があるため、ウエハ単位で処理できるというフォトリソグラフィ技術の利点が損なわれる。さらに、水晶振動子の小型化が進む程、上記個片化処理および研磨剤処理が大変になる。
【０００６】
この出願の目的は、上述した問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的の達成を図るため、この発明の圧電振動子の製造方法によれば、縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造を、表裏面の少なくとも一方に具える圧電振動子を製造するに当たり、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
（ａ）グレースケール露光法を用い、圧電性ウエハの前述のメサ型構造形成予定領域上に、前述のメサ型構造の縁部と対応する部分の厚さをこの部分の端に向かうほど薄くしたフォトレジストパタンを含む耐エッチングマスクを、形成する工程。
（ｂ）耐エッチングマスクの形成が済んだウエハをウエットエッチング液で処理して、このウエハに、前述のエッチングマスクで覆われた部分と覆われていない部分との段差による初期メサ部を、形成する工程。
（Ｃ）初期メサ部の形成が済んだウエハをドライエッチング雰囲気で処理する工程。
【０００９】
ここで、メサ型構造の縁部と対応する部分の厚さをこの部分の端に向かうほど薄くした、この発明に係るフォトレジストパタンとは、ウエットエッチングで形成した初期メサ部の段差をドライエッチング時に所望形状に加工できる形状を持つパタンのことである。これに限られないが、具体的には、（１）メサ型構造の縁部と対応する部分の厚さをこの部分の端に向かって一様な比率で薄くした形状を持つフォトレジストパタン、（２）メサ型構造の縁部と対応する部分の厚さをこの部分の端に向かって段階的に薄くした形状を持つフォトレジストパタン、（３）メサ型構造の縁部と対応する部分の厚さをこの部分の端に向かって曲面をもって薄くした形状を持つフォトレジストパタン、（４）上記の（１）〜（３）の２以上を組み合わせた形状を持つフォトレジストパタン等である。
【００１０】
また、この発明は、フォトレジストパタンの全周で縁部の厚みを縁部の端に向かうほど薄くする場合、または、フォトレジストパタンの全周の一部分で縁部の厚みを縁部の端に向かうほど薄くする場合のどちらにも、適用できる。例えば、フォトレジストパタンの全周のうち、圧電振動子の振動の伝搬方向と直交する領域に当たる部分（ＡＴカット水晶振動子の場合で言えば、Ｚ′軸に沿う縁部分）は、縁部の端に向かうほどレジスト厚みが薄くなるようにし、残りの部分はそうせずに端までレジスト厚みが実質的に一様となるようにする場合にも、本発明は適用できる。
上述したフォトレジストパタンは、グレースケール法用のフォトマスクを設計する際の遮光部、グレースケール部（減光部）および光透過部の配置や、グレースケール部の光透過率分布を工夫することにより形成できる。
【００１１】
この発明の実施に当たり、耐エッチングマスクを、圧電性ウエハ上に形成した金属膜とこの金属膜上に形成したフォトレジストパタンとの積層体で、構成するのが良い。金属膜は、ウエットエッチング耐性を有する膜で構成し、例えば、クロム／金の積層膜で構成する。フォトレジストパタンは、上述したこの発明に係るフォトレジストパタンで構成する。エッチングマスクとして、金属膜およびフォトレジストパタンの積層膜を用いると、金属膜はウエットエッチング時のマスクとして機能し、フォトレジトパタンはドライエッチング時のマスクとして機能する。よって、ウエットエッチングとドライエッチングとの間にエッチングマスクを形成する工程を設けることなく、メサ型の加工処理を行える。
【００１２】
さらに、この発明の実施に当たり、前述の金属膜は、前述のフォトレジストパタンをマスクとしてパターニングした金属膜とするのが良い。こうすると、ウエットエッチング時のマスクはドライエッチング時のマスクにより、自己整合的に（セルフアライメントにより）形成できるので、耐エッチングマスクを精度良くかつ簡易に形成できる。
【００１３】
さらにこの発明の実施に当たり、前述の初期メサ部の段差の高さを、０．１〜１０μｍから選ばれる値とし、ドライエッチングにより加工する段差の高さを、０．１〜５０μｍから選ばれる値とするのが良い。このような高さとすると、ウエットエッチングで形成した初期メサ部の段差がドライエッチング時に適度な斜面を持つメサ構造に加工されやすくなるため、圧電振動子の特性向上に有利である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造を、ウエットエッチングとドライエッチングとを併用して、形成する。いずれのエッチング法も、ウエハ単位で処理ができる利点を持つので、小型の圧電振動子であっても量産性良く製造できる。また、ドライエッチング時に、フォトレジストパタンが徐々にエッチングされ、それに伴い露出してくる圧電性ウエハ部分がエッチングされる。このため、端に向かうほど厚さが薄いフォトレジストパタン形状が圧電ウエハの初期メサ部に転写されるので、初期メサ部の段差を簡易に緩和できる。従って、縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造を、簡易に形成できる。しかも、このフォトレジトパタンは、グレースケール露光法により任意の形状に形成できるため、所望のメサ構造を形成できる。
【００１５】
また、一般にウエットエッチングはバッチ処理ができ量産性に優れるのに対し、ドライエッチングは枚葉処理であり量産性で比較的不利である。しかも、例えば水晶のドライエッチングでは、エッチングレートが比較的遅く、またエッチング途中でチャンバのクリーニングが必要等から、改善が望まれている。この発明では、ウエットエッチングとドライエッチングを併用するので、ドライエッチングのみでメサ型構造を作る場合に比べ、製造工数短縮の面でも有利であり、従って製造コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は実施例を説明するための工程図であり、（Ａ）は圧電性ウエハの平面図、（Ｂ）は圧電振動子の中間体群１３の形成が済んだウエハの平面図および中間体１３ａ，１３ｂの拡大図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例を説明するための図１に続く工程図であり、図１（Ｂ）の圧電振動子の中間体１３ｂに着目しそのＡ−Ａ線に沿って切った断面で示した工程図である。特に、（Ｂ）はフォトマスク１９と共に示した断面図、（Ｃ）はフォトマスク１９での光の透過率分布を概略的に示した図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例の製造方法を説明するための図２に続く工程図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は実施例の製造方法を説明するための図３に続く工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照してこの発明の圧電振動子の製造方法の実施例について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施例中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００１８】
図１〜図４は、実施例の製造方法を説明するための工程図である。これらの図は、主に製造途中の1個の圧電振動子（圧電振動子の中間体）の平面図や断面図を用いて示してある。また、必要に応じフォトマスクを併記し（図２（Ｂ））、光の透過分布図（図２（Ｃ））を併記している。また、この実施例では圧電性ウエハの表裏両面にメサ型構造を形成する例を示している。
【００１９】
先ず、図１（Ａ）に平面図で示したように、圧電性ウエハとして、この実施例ではＡＴカット振動子用の水晶ウエハ１１を用意する。次に、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術を用いた公知の方法により、水晶ウエハ１１に、ＡＴカットの水晶振動子の外形加工まで済んだ、圧電振動子の中間体群１３を形成する（図１（Ｂ））。１枚のウエハ内に、例えば、数千個の圧電振動子の中間体が形成される。
【００２０】
この図１（Ｂ）には、ウエハ１１の一部を拡大して２個の圧電振動子の中間体１３ａ、１３ｂの概略図を併記した。これら圧電振動子の中間体１３ａ、１３ｂは、平面形状が矩形状の振動部を有している。これら中間体１３ａ、１３ｂは、連結部１３ｒによりウエハ１１に連結されている。なお、図１（Ｂ）に示したＡ−Ａ線は、後の図２（Ａ）以降で用いる断面図の断面箇所を示したものである。
【００２１】
次に、圧電振動子の中間体群１３を形成したウエハ上に、耐ウエットエッチング性を持つ金属１５とフォトレジスト１７とをこの順に、公知の好適な方法により形成する（図２（Ａ））。
【００２２】
次に、グレースケール露光法により、このウエハのメサ型構造形成予定領域上に、フォトレジストパタンであって、メサ型構造の縁部に対応する部分でこの部分の端に向かうほど厚さが薄いフォトレジストパタンを含む、耐エッチングマスクを、形成する。
【００２３】
そのため、この実施例では、先ず、図２（Ｂ）に示したように、フォトレジスト１７を、グレースケール露光法用のフォトマスク１９を介して、露光する。このフォトマスク１９は、基体としての石英ガラス１９ａと、この石英ガラス１９ａの一方の面に形成され遮光部、減光部および光透過部から成るフォトマスクパタン１９ｂとを具えたフォトマスクである。
【００２４】
このフォトマスク１９では、図２（Ｂ）、（Ｃ）中にＸで示した領域が、グレースケール領域に当たる。この領域Ｘは、所定面積に対する黒部の面積比を種々に異ならせて形成したグレースケールパタン１９ｘを、圧電振動子の設計に応じて配列して、実現している。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示したフォトマスク１９のＰ−Ｑ線に沿って光の透過率分布を模式的に示した図である。領域Ｘでは、透過率が徐々に変化しているのに対し、領域Ｘに隣接する部分では透過率が最大又は最少になっている。なお、この実施例では、ポジ型のフォトレジストを用いる例を示している。
このフォトマスク１９を介してフォトレジスト１７を露光すると、フォトレジスト１７のメサ部形成予定領域の縁部に当たる部分（領域Ｘに対応する部分）では、グレースケール領域の透過率に応じた露光量で露光が行われ、他の領域では、一般的な露光（露光部、遮光部の露光）が行われる。
【００２５】
フォトレジストでは、露光量の大小により現像液に対する溶解性が異なる。よって、露光の済んだウエハ１１を現像液により処理すると、図３（Ａ）に示したように、圧電性ウエハのメサ型構造形成予定領域上に、フォトレジストパタン１７ａであって、メサ型構造の縁部と対応する部分(図３（Ａ）中にＹで示す部分)が、その端に向かうほど薄くなっているフォトレジストパタン１７ａを形成できる。
【００２６】
次に、金属膜１５をエッチングするためのエッチング液中に、このウエハを浸漬し、金属膜１５のレジストパタン１７ａで覆われていない部分を除去して、金属膜からなるエッチングマスク１５ａを形成する（図３（Ｂ））。この結果、金属膜からなるエッチングマスク１５ａおよびフォトレジストパタン１７ａで構成した耐エッチングマスク２１を形成できる(図３（Ｂ）)。
【００２７】
次に、このウエハをフッ酸系のウエットエッチング液に浸漬する。この処理を行うことで、水晶ウエハ１１のエッチングマスク２１で覆われていない部分を所定厚み除去できるので、ウエハ１１に初期メサ部２３を形成できる(図３（Ｃ）)。この初期メサ部２３の段差の高さ、すなわちウエットエッチング時のエッチング量は、圧電振動子に要求される特性を考慮した値にする。具体的には、最終的に要求されるメサ構造部の段差およびこのメサ構造部の縁部に形成する斜面を含む形状を考慮した段差にする。
【００２８】
次に、このウエハ１１をドライエッチング雰囲気に入れて処理する。具体的には、例えば、図示しないＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）型のドライエッチング装置のチャンバ内のステージに、このウエハを設置する。そして、例えば、エッチングガスとしてフッ素系ガス例えばＣ４Ｆ８とＣＦ４とＨｅとの混合ガスを用い、チャンバ内の圧力を０．５Ｐａとし、ＩＣＰパワーを１，５００Ｗ、バイアスパワーを６５０Ｗとし、ステージ温度を例えば４０℃とした条件で、このウエハをドライエッチングする。この条件によれば、レジストに対する水晶の選択比が１．２８程度、水晶のエッチングレートが０．６８μｍ／分程度で、エッチングマスク２１と水晶とをエッチングできる。従って、初期メサ部２３は、レジストパタン１７ａの形状に倣ってエッチングされてその形状が変化してゆくので、初期メサ部の縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造２５を形成できる(図４（Ａ）)。なお、ドライエッチング時は、ウエハの片面はステージに固定されるので、ウエハの他方の面に対しエッチングが行われるが、図４（Ａ）では、ウエハ両面の加工が済んだ状態を示してある。
【００２９】
図４（Ｂ）に、ドライエッチによるメサ構造２５の形成が済んだ圧電振動子の中間体１３ａｘ、１３ｂｘの平面図を示してある。メサ型構造の全周の縁部に斜面を含む形状が形成されている。なお、図４（Ｂ）中のＲ−Ｓ線は、図４（Ａ）の断面図を得た際の断面線である。
【００３０】
このようにメサ構造を形成し終えたウエハの、圧電振動子の中間体１３ａｘ、１３ｂｘ上に、公知の成膜法およびフォトリソグラフィ法により、励振用の電極および引出電極等（図示せず）を形成することにより、所望のメサ構造を持つ圧電振動子を大量に有した圧電ウエハを得ることができる。この圧電ウエハから好適な方法で圧電振動子を個片化して、所定容器に実装することにより、最終製品としての圧電振動子が得られる（図示せず）。
【００３１】
上述においては、この発明の圧電振動子の製造方法の実施例を説明したが、この発明は上述の例に限られない。例えば、上述の例では、圧電振動子の外形形状を形成した後に所望のメサ構造を形成する例を述べたが、この順序は逆でも良い。また、圧電振動子の平面形状を矩形状としたが、他の平面形状でも良く、たとえば、円形状等他の形状でも良い。また、上述の例ではウエハ両面に所望のメサ構造を形成する例を説明したが、ウエハの片面に所望のメサ構造を形成する場合にもこの発明は適用できる。
【００３２】
また、この発明は、縁部が斜面を含む形状となったメサ型構造を必要とする種々の圧電振動子に適用できる。典型的には、上述の例の通り、水晶振動子の製造に適用でき、いわゆるＡＴカット振動子、ＳＣカット振動子の製造に用いて好適である。また、特にＡＴカット振動子の場合、小型化されたもの、例えば辺比が５０以下というような小型のものの製造に適用するのが良い。
【符号の説明】
【００３３】
１１：圧電性ウエハ
１３：圧電振動子の中間体群
１３ａ，１３ｂ：圧電振動子の中間体
１３ｒ：連結部
１３ａｘ，１３ｂｘ：メサ構造の形成が済んだ圧電振動子の中間体
１５：金属膜
１５ａ：耐エッチングマスクの一部を構成する金属膜
１７：フォトレジスト
１７ａ：縁部で端に向かうほど厚みが薄いフォトレジストパタン
１９：フォトマスク
１９ａ：フォトマスクの基体（石英ガラス）
１９ｂ：フォトマスクパタン（遮光部、減光部、光透過部から成るパタン）
１９ｘ：グレースケールパタン
２１：耐エッチングマスク
２３：初期メサ部
２５：縁部が斜面を含む形状となったメサ構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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