(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶を所望の形状に、水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングする場合において、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にあらかじめレーザー照射を行い、その後にエッチング液に浸してエッチングすることを特徴とする水晶基板のエッチング方法。
【請求項２】
水晶基板を所望の形状に、水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングする場合において、エッチング途中で一旦エッチングを中止し、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にレーザーを照射し、さらに水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングすること、あるいは上記のエッチングとレーザー照射を繰り返すことを特徴とする水晶基板のエッチング方法。
【請求項３】
水晶基板を所望の形状に、水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングする場合において、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にレーザーを照射し、さらに水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングを行うこと、あるいは上記のレーザー照射とエッチングを繰り返すことを特徴とする水晶基板のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子やセンサーなど水晶を用いた素子を水晶基板のウエットエッチングにより形成する場合の水晶基板のエッチングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、エッチング前にレーザーを照射するようなことはなかった。この工程を図６を用いて説明する。図６は従来の工程を示した図でありエッチングする水晶基板の断面を示している。
【０００３】
図６（ａ）では、水晶基板１の両面にエッチング液に溶解しない耐腐食膜２を形成している。この耐腐食膜２としては一般には２層の金属膜からなり下地にクロムまたはチタンなどが用いられ上層に金等が使用される。この上に図６（ｂ）のように感光性のフォトレジスト材３を塗布する。次に、図６（ｃ）のように露光、現像によって所望のフォトレジストのパターン４を形成する。そして、図６（ｄ）のように耐腐食膜２をエッチングし、図６(ｅ)のように水晶基板１をエッチングする。ここでエッチングに用いるエッチング液は重弗化アンモニウム液や弗化アンモニウム液と弗化水素酸の混合液などが用いられる。エッチング後フォトレジストのパターン４と耐腐食膜２を除去することにより図６（ｆ）のように所望の形の水晶基板を得ることができる。以上のように本発明のごとくエッチング前にレーザーを照射するようなことはなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、水晶基板のエッチングした断面は完全に垂直とはならず、振動子やセンサーなど水晶を用いた素子で断面が垂直となって欲しい部分があった場合、長時間エッチングして可能な限り断面を垂直にしていた。したがって長時間エッチングしなければばらないという課題を有していた。また、長時間エッチングを行うためには、図６（ｃ）でフォトレジストのパターン４の大きさをエッチング時間に見合っただけ大きくしておかなくてはならず設計の自由度が失われるという課題を有していた。ここで、断面が垂直にならない理由は、水晶基板をウエットエッチングした場合、水晶の結晶の異方性から、必ず断面に突起が生じる向きがあるからである。これは、月間Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｗｏｒｌｄの１９９０年１２月号の２０８ページ図６に記載してあるとおりである。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされ、その目的とするところは、エッチングを行った断面を垂直にする水晶基板のエッチング方法を提供することにあり、長時間のエッチングを必要とせず、また設計の自由度も失われることのない水晶基板のエッチング方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の水晶基板のエッチング方法は、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にあらかじめレーザー照射を行い、その後にエッチング液に浸してエッチングすることを特徴とする。
【０００７】
または、エッチング途中で一旦エッチングを中止し、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にレーザーを照射し、さらに水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングすること、あるいは上記のエッチングとレーザー照射を繰り返すことを特徴とする。
【０００８】
または、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にレーザーを照射し、さらに水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングを行うこと、あるいは上記のレーザー照射とエッチングを繰り返すことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の水晶基板のエッチング方法の好適な例について、詳細に説明する。
【００１０】
（実施例１）
実施例１では、本発明の水晶基板のエッチング方法についての概要について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の概要を示す工程図である。この図１では水晶基板1を断面から見た方向で示している。
【００１２】
図1（ａ）は、水晶基板1に耐腐食膜のパターン５とフォトレジストのパターン4がすでに形成され終わっている状態である。ここでフォトレジストのパターン4は今後水晶基板1のエッチングを行う際には必要無いためあってもなくてもかまわない。図1では水晶基板1に耐腐食膜のパターン５とフォトレジストのパターン4がすでに形成されている状態を示している。次に、従来例では水晶基板1のエッチングを行うが、本発明では図1（ｂ）のごとく水晶基板の表面にレーザー照射を行い変質層７を形成する。図内ではレーザー光６を模式的に示してある。レーザー光６を照射する部分はエッチング液に溶解させる部分のすべての部分あるいは一部分である。このことについては後に説明する。図１（ｂ）の実施例では、レーザー光の照射による変質層７の深さは、水晶基板1のエッチング液に溶解させる範囲において、厚み方向の一定深さに設定してある。
【００１３】
レーザー光６を水晶の表面に照射した場合、水晶の表面から内部にレーザー光６のエネルギーによって水晶基板１に熱エネルギーが伝わる。熱エネルギーが一定値以上高温になれば水晶基板１の結晶の相転移などを生じさせ、変質層７を形成する。この変質層７を必要な部分に必要数形成する。
【００１４】
図１（ｃ）は水晶基板の厚み方向の全体にこの変質層７をレーザー光７によって形成しているところを示したものである。
【００１５】
次に図１（ｄ）のように水晶基板１のエッチングを行う。エッチング液は水晶基板１を溶解する弗化水素水などが用いられる。この時、変質層７は水晶基板１に比較してかなり早く溶解する。したがってエッチング時間を非常に短くすることが可能である。
【００１６】
必要な時間エッチングを行い、フォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５を取り去れば図１（ｅ）のようになり、所望の水晶形状が得られる。
【００１７】
（実施例２）
図２は本発明の一実施例のレーザー照射位置を示す断面図を示す。図３は、従来技術を用いた水晶基板のエッチング後の断面と、本発明の一実施例を用いた場合の水晶基板の断面図を示す。これを用いて変質層を形成する位置について説明する。
本説明で用いる水晶基板１には予め、水晶基板1に耐腐食膜のパターン５とフォトレジストのパターン4がすでに形成されている基板を用いて説明する。
また、図２に示す水晶基板の断面図の、ａ）図左上方には、本説明に用いる水晶基板１の結晶方向を示すX、Y、Zの各方向を示す座標軸を示した。
【００１８】
図２（ａ）は水晶基板1の耐腐食膜のパターン５とフォトレジストのパターン4がすでに形成されている範囲以外の範囲の表面にレーザー照射を行い、エッチング液に溶解させる部分のすべての範囲にレーザー照射により変質層７を形成したものである。この場合、フォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の近傍までレーザー照射を行い変質層７を形成するためにはレーザー照射装置の制御が重要である。
【００１９】
図２（ｂ）はフォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の近傍のエッチング範囲の一部にレーザー照射を行い変質層７を形成した例であり、さらには前述したX+軸方向に当たる部分のみにレーザー照射を行った例である。これは、水晶のＺ板と呼ばれる水晶基板１を用いた場合のエッチング時に、図３に示すように＋Ｘ軸方向の側面には、従来の方法の場合の＋X方向に生じる突起８が生ずることから、図２（b）ではエッチング後に残る水晶基板１の+Ｘ軸方向であるフォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の近傍のみに変質層７を形成し、この部分のエッチング液に対する溶解速度を増加し、＋Ｘ軸方向の突起を減ずるものである。また、図３に示すように−Ｘ側のフォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の近傍は水晶の異方性からほぼストレートにエッチングされるためレーザー照射を行う必要はない。また、Ｚ板以外の切り出し角の基板を用いた場合でも断面を垂直にしたい部分の近傍にレーザー照射を行えばよい。
【００２０】
図２（ｃ）はフォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の配置位置より離してエッチング範囲の一部に変質層７を形成したものである。フォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５の近傍にレーザーを照射するのは難しいこと、レーザーによる熱が耐腐食膜のパターン５やフォトレジストのパターン４に影響を与えることを防止する目的がある。
【００２１】
図２（ｄ）は図２（ｃ）とほぼ同じではあるが、深さ方向への変質層７の深さを浅く形成し、さらに水晶基板の厚み方向の裏側からもこの変質層７をレーザー光７によって形成している。この方法によれば、水晶基板１の厚みが大きい場合には有効である。
【００２２】
ここで、図３を用いてなぜ本発明の水晶基板のエッチング方法を用いるとエッチングが早くなるかについて説明する。
【００２３】
図３はＺ板の水晶基板１をフォトレジストのパターン４と耐腐食膜のパターン５をマスクとして用いた場合のエッチング後の断面形状を示した図である。水晶基板１をエッチングした場合、水晶の異方性から+Ｘ軸方向に突起が生じる。図３では、従来の方法の場合の＋X軸方向に生じる突起８を破線で、本発明の一方法である図２（ｄ）の変質層７を形成した後のエッチング形状の＋X軸方向に生じる突起９を実線で同時に示してある。ここで従来の方法の場合と本発明の方法の場合とでのエッチング時間は同一である。
【００２４】
従来の方法の場合の＋X方向に生じる突起８は大きく、この突起８を小さくするためには更にエッチングを行う必要がある。一方、本発明の方法の場合、＋X方向に生じる突起９は非常に小さくなる。これは、レーザー照射によって生じた変質層では水晶の異方性がなくなってしまうためエッチング速度が非常に速くなるためである。
【００２５】
（実施例３）
図４を用いて本発明の一実施例を音叉型振動子に適用した例を説明する。
【００２６】
図４はレーザー照射を行う部分を示す水晶基板の正面図である。ここではＺ板の水晶基板１を用いて音叉型振動子を形成することを想定している。わかりやすくするため水晶基板１には１個の音叉型振動子を形成する場合について示した。
【００２７】
水晶基板１にはすでに耐腐食膜およびフォトレジストの音叉形状パターン１０が形成してある。すなわち図１（ａ）で示した工程はすでに終了していることを示す。
【００２８】
音叉型振動子を製造する上で重要なことは、音叉の先端部分および音叉の叉の部分での断面形状が垂直に近いほうが振動子特性は向上することである。したがって実施例３では音叉先端部分と音叉の叉部分の断面が垂直になるように考えてレーザーを照射する。音叉の根元部分の断面形状は振動子の特性にはほとんど影響を与えないためここではレーザー照射は行わない。ただし、音叉型ジャイロセンサーなどでは音叉の根元部分の断面形状も重要になる場合があるが、その場合はこの実施例を応用すればよい。
【００２９】
レーザーによって加工する部分１１は音叉先端部分の＋Ｘ方向に沿って行う。−Ｘ方向では断面は自然と垂直となるため特にレーザーを照射する必要はないが、エッチング速度を上げる場合には行ってもかまわない。
【００３０】
また音叉のまた部分でも断面に突起が生じ易くかつ突起は振動子特性に悪影響を生じさせるためレーザー照射を行う。
【００３１】
レーザー照射を行う深さ方向については、図１（ｂ）のように一部分でも、図１（ｃ）のように深さ方向すべてでもよい。
【００３２】
以上、レーザーの照射位置について説明してきたが、レーザーを照射する位置は、水晶のエッチング速度を早くしたい部分に照射すればよく突起の生じる位置のみに限定するものではない。しかし、突起を短時間のエッチングで小さくするためにはレーザー照射が有効である。
【００３３】
(実施例４)
図５は、エッチング途中で一旦エッチングを中止し、エッチング液に溶解させる部分のすべてあるいは一部分にレーザーを照射し、さらに水晶基板を溶解するエッチング液を用いてエッチングする工程を示す水晶の断面図である。
【００３４】
図５（ａ）は、水晶基板1に耐腐食膜のパターン５とフォトレジストのパターン4がすでに形成され終わっている状態である。ここでフォトレジストのパターン4は今後水晶基板1のエッチングを行う際には必要無いためあってもなくてもかまわない。
【００３５】
図５（ｂ）は、エッチング途中でエッチングを一時停止した状態の形状を示している。
【００３６】
図５(ｃ)は図５(ｂ)でエッチング液に溶解させる部分にレーザーを照射し、変質層７を形成している。
【００３７】
図５(ｄ)は図５（ｃ）で変質層７を形成した反対面にも変質層７を形成している様子を示したものである。図５(ｃ)で水晶の片側からレーザーを照射し変質層７を水晶基板１の表裏から同じように変質層７を形成できるならばこの工程は必須のものではない。
【００３８】
図５(ｅ)は図５(ｄ)の後に更にエッチングを行い仕上げたものである。
【００３９】
以上のようにエッチングとレーザー照射を交互に行うことにより板厚の厚い水晶基板でも本発明を適用できる。さらにレーザー照射による変質層の形成についても条件が緩やかとなり制御性がよく形成することが可能となる。
【００４０】
実施例４では途中までエッチングしてレーザー照射を行いさらにエッチングを行う手順について説明したが、この工程を組み合わせて途中エッチング、レーザー照射、途中エッチング、レーザー照射、エッチングのようにいろいろと組み合わせることが可能である。また一番最初にレーザーを照射し、途中エッチング、レーザー照射、エッチングのように組み合わせてもかまわない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、長時間のエッチングを行わなくとも、水晶基板のエッチング断面を短時間のエッチングで垂直にすることができる。また、短時間のエッチングで断面を垂直にすることができるため設計の自由度が大きくなるという効果を有する。
【００４２】
さらに、エッチング断面を垂直にできることから水晶を用いた振動子、その他センサー等において特性が向上するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の概要を示す工程図。
【図２】  本発明の一実施例のレーザー照射位置を示す断面図。
【図３】  従来技術を用いた水晶基板のエッチング後の断面と本発明の一実施例を用いた場合の水晶基板の断面図。
【図４】  本発明の一実施例のレーザー照射を行う部分を示す水晶基板の正面図。
【図５】  本発明の一実施例の工程を示す水晶基板の断面図。
【図６】  従来の技術を用いた工程を示す水晶基板の断面図。
【符号の説明】
１    水晶基板
２    耐腐食膜
３    フォトレジスト
４    フォトレジストのパターン
５    耐腐食膜のパターン
６    レーザー光
７    変質層
８    従来の方法の場合の＋X方向に生じる突起
９    本発明の方法の場合の＋X方向に生じる突起
１０  耐腐食膜およびフォトレジストの音叉形状パターン
１１  レーザーによって加工する部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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