JP2010074257A - Method of manufacturing piezoelectric vibration piece - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
従来、水晶などの圧電材料で構成された圧電振動片の一つとして、表面に振動特性を向上させるための溝部が形成された所謂溝付きの圧電振動片が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called grooved piezoelectric vibrating piece in which a groove for improving vibration characteristics is formed on a surface is known as one of piezoelectric vibrating pieces made of a piezoelectric material such as quartz.
図2は、溝付きの圧電振動片を示す上面図及びそのA−A断面図である。ここに示す溝付きの圧電振動片は、水晶から成る圧電材料で構成され、外部の実装用基板(パッケージ基板等)への固定部位となる基部1と、この基部1からその主面に沿って突出した二つの枝部2と、この二つの枝部2の両主面に形成された箱型の溝部3とを備えた所謂溝付きの音叉型圧電振動片である。
FIG. 2 is a top view showing a grooved piezoelectric vibrating piece and an AA cross-sectional view thereof. The grooved piezoelectric vibrating piece shown here is made of a piezoelectric material made of quartz, and has a
図3−1、図3−2、図3−3は、図2に示した圧電振動片の従来の製造方法を示すA−A断面図である。図2に示した圧電振動片を製造する場合には、まず、図3−1(a)に示すような平板状の水晶基板11の両主面上に、図3−1(b)に示すように、Cr(クロム)から成る第一の金属層12とAu(金)から成る第二の金属層13を順次形成し、続いて、図3−1(c)に示すように、第二の金属層(Au)13の表面全体にポジ型又はネガ型のフォトレジスト材料から成るフォトレジスト層14を形成した上で露光及び現像処理を施し、図3−1(d)に示すように、第二の金属層(Au)12の表面に圧電振動片の外形に対応した第一のレジストパターン15を形成する。
3A, 3B, and 3C are cross-sectional views taken along line AA showing a conventional method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece shown in FIG. When the piezoelectric vibrating piece shown in FIG. 2 is manufactured, first, as shown in FIG. 3B, on both main surfaces of the flat plate-
その後、図3−1(e)に示すように、第一のレジストパターン15をエッチングマスクとして、露出領域の第二の金属層(Au)13をヨウ素を主成分とするエッチング液(ヨウ素系エッチング液)を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、図3−2(f)に示すように、一度使用した第一のレジストパターン15に対して再度露光及び現像処理を施すことで、溝部3の外形に対応した領域(形成予定領域)が開口された第二のレジストパターン16を形成し、この第二のレジストパターン16とそこから露出された第二の金属層(Au)13をエッチングマスクとして、図3−2(g)に示すように、露出領域の第一の金属層(Cr)12を硝酸を主成分とするエッチング液(硝酸系エッチング液)を用いたウェットエッチングにより除去し、それにより露出された水晶基板11を、図3−2(h)に示すように、フッ酸を主成分とするエッチング液(フッ酸系エッチング液)を用いて除去し、圧電振動片の外形を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the
その後、図3−2(i)に示すように、第二のレジストパターン16をエッチングマスクとして、溝部3の形成予定領域に存在する第二の金属層(Au)13と第一の金属層(Cr)12をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去し、続いて、図3−2(j)に示すように、第二のレジストパターン16を剥離液により除去した上で、図3−3(k)に示すように、第二の金属層(Au)13をエッチングマスクとして、露出領域の水晶基板11をフッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより一部除去して溝部3を形成し、最後に、図3−3(l)に示すように、この時点で残存する第二の金属層(Au)13と第一の金属層(Cr)12をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去して溝付きの音叉型圧電振動片が完成する。(例えば、特許文献1参照)
以上説明した従来における圧電振動片の製造方法では、図3−2(g)に示す工程で第一の金属層(Cr)12をエッチングにより除去する際に、その上に積層された第二の金属層(Au)13との間でイオン化傾向の差に起因する電触効果が発生し、第一の金属層(Cr)12のエッチングが不要に促進されて第一の金属層(Cr)12が必要以上にエッチングされてしまう所謂サイドエッチングが生じるという問題があった。 In the conventional method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece described above, when the first metal layer (Cr) 12 is removed by etching in the step shown in FIG. 3-2 (g), the second laminated on the second metal layer (Cr) 12 is removed. The contact effect caused by the difference in ionization tendency with the metal layer (Au) 13 occurs, and the etching of the first metal layer (Cr) 12 is promoted unnecessarily, so that the first metal layer (Cr) 12 However, there is a problem in that so-called side etching occurs in which etching occurs more than necessary.
電触効果は、電解質溶液中に直接浸漬された異種金属間に電池の原理によって電位差(起電力)が生じ、異種金属のうちイオン化傾向が低い金属から高い金属に向かって電流が発生するもので、図3−2(g)に示す工程では、第一の金属層(Cr)12をエッチングする際に、エッチング液を電解質溶液、第一の金属層(Cr)12を負極、第二の金属層(Au)13を正極とする擬似的な電池が構成され、イオン化傾向が相対的に低い第二の金属層(Au)13からそれよりも高い第一の金属層(Cr)12に向かって電流が発生し、それがエッチング液中のイオン交換を促進することで、第一の金属層(Cr)12のエッチングが速まる。 The electric contact effect is that a potential difference (electromotive force) is generated between different kinds of metals immersed directly in an electrolyte solution according to the principle of the battery, and a current is generated from a metal with a low ionization tendency toward a higher metal among the different kinds of metals. In the step shown in FIG. 3-2 (g), when the first metal layer (Cr) 12 is etched, the etching solution is the electrolyte solution, the first metal layer (Cr) 12 is the negative electrode, and the second metal. A pseudo battery having the layer (Au) 13 as the positive electrode is configured, and the second metal layer (Au) 13 having a relatively low ionization tendency is directed toward the first metal layer (Cr) 12 that is higher than the second metal layer (Au) 13. Current is generated, which accelerates ion exchange in the etchant, thereby speeding up the etching of the first metal layer (Cr) 12.
図4は、第一の金属層にサイドエッチングが生じた状態を模式的に示す断面図で、ここに示すように、図3−2(g)に示す工程で第一の金属層(Cr)12にサイドエッチングが生じると、第一の金属層(Cr)12の外形がその上層の第二の金属層(Au)13の外形よりも小さくなることで第二の金属層(Au)13と水晶基板11との間に隙間17が生じ、続く図3−2(h)に示す工程で水晶基板11をエッチングして圧電振動片の外形を形成する際に、その隙間17からエッチング液による水晶基板11の浸食が進んで圧電振動片の外形寸法が変化(減少)し、圧電振動片の振動特性が変化するという問題が発生する。尚、電触効果を考慮したエッチングの制御は困難である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which side etching has occurred in the first metal layer. As shown here, the first metal layer (Cr) in the step shown in FIG. When side etching occurs in the second metal layer (Au) 13, the outer shape of the first metal layer (Cr) 12 becomes smaller than the outer shape of the second metal layer (Au) 13 that is an upper layer. When a
本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、圧電振動片の外形を高精度に形成することが可能な圧電振動片の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece capable of forming the outer shape of the piezoelectric vibrating piece with high accuracy.
表面に溝部が形成された圧電振動片の製造方法であって、少なくとも、圧電材料から成る基板の表面に第一の金属層を形成する工程と、当該第一の金属層の表面に当該第一の金属層よりイオン化傾向が小さい第二の金属層を形成する工程と、当該第二の金属層の表面に溝部の外形に対応した領域が開口された第一のレジストパターンを形成する工程と、当該第一のレジストパターンの開口部から露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第一のエッチング工程と、前記第一のレジストパターンを除去する工程と、前記第一のエッチング工程により露出された前記第一の金属層を覆うように前記第二の金属層の表面に圧電振動片の外形に対応した第二のレジストパターンを形成する工程と、当該第二のレジストパターンから露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第二のエッチング工程と、当該第二のエッチング工程により露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第三のエッチング工程と、当該第三のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより除去して圧電振動片の外形を形成する第四のエッチング工程と、前記第二のレジストパターンを除去する工程と、前記第二のレジストパターンを除去することで露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第五のエッチング工程と、当該第五のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより一部除去して溝部を形成する第六のエッチング工程と、を有する圧電振動片の製造方法とする。 A method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a groove formed on a surface thereof, comprising: forming a first metal layer on at least a surface of a substrate made of a piezoelectric material; and forming the first metal layer on the surface of the first metal layer. Forming a second metal layer having a smaller ionization tendency than the metal layer, forming a first resist pattern in which a region corresponding to the outer shape of the groove is opened on the surface of the second metal layer; A first etching step for removing the second metal layer exposed from the opening of the first resist pattern by etching, a step for removing the first resist pattern, and an exposure by the first etching step. Forming a second resist pattern corresponding to the outer shape of the piezoelectric vibrating reed on the surface of the second metal layer so as to cover the first metal layer, and exposing the second metal layer from the second resist pattern. A second etching step for removing the second metal layer by etching; a third etching step for removing the first metal layer exposed by the second etching step by etching; The substrate exposed by the etching process is removed by etching to form an outer shape of the piezoelectric vibrating piece, the fourth resist pattern is removed, and the second resist pattern is removed. A fifth etching step for removing the exposed first metal layer by etching, and a sixth etching step for removing a part of the substrate exposed by the fifth etching step to form a groove. And an etching process.
前記第三のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行圧電振動片の製造方法とされ得る。 The step of removing the second resist pattern immediately after the third etching step may be a method for manufacturing a row piezoelectric vibrating piece.
前記第四のエッチング工程の直後に前記第二のレジストパターンを除去する工程を行う圧電振動片の製造方法とされ得る。 The piezoelectric vibrating piece manufacturing method may include a step of removing the second resist pattern immediately after the fourth etching step.
前記第一の金属層はCrから成り、前記第二の金属層はAuから成る圧電振動片の製造方法とされ得る。 The first metal layer may be made of Cr, and the second metal layer may be a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece made of Au.
本発明によれば、製造工程の最初の段階で溝部に対応する領域の表面金属層(第二の金属層:Au)のみを除去し、それにより露出された下地金属層(第一の金属層:Cr)をレジスト(第二のレジストパターン)により覆っておくことで、圧電振動片の外形を形成する前の段階において、電触効果による下地金属層(Cr)の圧電振動片外周側のサイドエッチングが防止されるため、続く水晶基板のエッチング工程(外形形成工程)で圧電振動片の外形を精確に形成することができる。 According to the present invention, only the surface metal layer (second metal layer: Au) in the region corresponding to the groove is removed in the first stage of the manufacturing process, and the underlying metal layer (first metal layer) exposed thereby is removed. : Cr) is covered with a resist (second resist pattern), so that the outer side of the piezoelectric vibrating reed of the base metal layer (Cr) due to the electric contact effect is formed before the outer shape of the piezoelectric vibrating reed is formed. Since the etching is prevented, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece can be accurately formed in the subsequent crystal substrate etching step (outer shape forming step).
図1−1、図1−2、図1−3は、図2に示した圧電振動片の本発明の製造方法を示すA−A断面図である。本発明の製造方法を用いて図2に示した圧電振動片を製造する場合には、まず、図1−1(a)に示すような平板状の水晶基板11の両主面上に、図1−1(b)に示すように、スパッタ法などを用いてCr(クロム)から成る第一の金属層12とAu(金)から成る第二の金属層13を順次形成する。
1-1, FIG. 1-2, and FIG. 1-3 are AA cross-sectional views showing the manufacturing method of the present invention for the piezoelectric vibrating piece shown in FIG. When the piezoelectric vibrating piece shown in FIG. 2 is manufactured by using the manufacturing method of the present invention, first, on both main surfaces of the plate-
その後、図1−1(c)に示すように、第二の金属層(Au)13の表面全体にポジ型のフォトレジスト材料を均一に塗布してフォトレジスト層21を形成し、続いて、図1−1(d)に示すように、フォトレジスト層21が形成された領域のうち、溝部3の外形に対応した領域(形成予定領域)をフォトマスクを用いて露光し、露光された領域のフォトレジスト層21を現像液により除去することで、溝部3の形成予定領域が開口された第一のレジストパターン22を形成する。尚、第一のレジストパターン22は、ネガ型のフォトレジスト材料を用いて形成することも可能である。
Thereafter, as shown in FIG. 1-1C, a positive photoresist material is uniformly applied to the entire surface of the second metal layer (Au) 13 to form a
その後、図1−1(e)に示すように、第一のレジストパターン22をエッチングマスクとして露出領域の第二の金属層(Au)13をヨウ素を主成分としたエッチング液(ヨウ素系エッチング液)を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、図1−2(f)に示すように、使用後の第一のレジストパターン22を剥離液により除去した上で、図1−2(g)に示すように、溝部3の形成予定領域から露出した第一の金属層(Cr)12を覆うように第二の金属層(Au)13の表面全体にポジ型のフォトレジスト材料を均一に塗布してフォトレジスト層23を形成し、このフォトレジスト層23が形成された領域のうち、形成しようとする圧電振動片の外形に対応した領域(外形予定領域)外の不要な領域をフォトマスクを用いて露光し、露光された領域のフォトレジスト層23を現像液により除去することで、図1−2(h)に示すように、圧電振動片の外形予定領域を覆う第二のレジストパターン24を形成する。尚、第二のレジストパターン24は、ネガ型のフォトレジスト材料を用いて形成することも可能である。
Thereafter, as shown in FIG. 1-1 (e), the
その後、図1−2(i)に示すように、第二のレジストパターン24をエッチングマスクとして露出領域の第二の金属層(Au)13をヨウ素系エッチング液を用いたウェットエッチングにより除去し、続いて、それにより露出された第一の金属層(Cr)12を、図1−2(j)に示すように、硝酸第二セリウムアンモニウムを主成分としたエッチング液(硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液)を用いたウェットエッチングにより除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 1-2 (i), the second metal layer (Au) 13 in the exposed region is removed by wet etching using an iodine-based etchant using the second resist
ここで、従来の製造方法であれば、図3−2(f)に示す工程(図1−2(i)に相当)において溝部3の形成予定領域から第二の金属層(Au)13が露出しているため、続く図3−2(g)に示す工程(図1−2(j)に相当)において第一の金属層(Cr)12をエッチングにより除去する際には、第一の金属層(Cr)12と第二の金属層(Au)13との間で電触効果が発生していたが、本発明の製造方法では、図1−2(i)に示す工程において溝部3の形成予定領域内には第二の金属層(Au)13自体が存在せず、また残存する第二の金属層(Au)13についてもその表面及び内側面は第二のレジストパターン24に覆われていて外部へは露出しておらず、電解質溶液であるエッチング液には直接接していないため、続く図1−2(j)に示す工程において第一の金属層(Cr)12をエッチングする際にも、第一の金属層(Cr)12と第二の金属層(Au)13との間で電触効果が発生することはなく、第一の金属層(Cr)12のサイドエッチングが防止される。但し、厳密には、この時点で第二の金属層(Au)13の外側面だけは第二のレジストパターン24から露出しているため、理論上は第一の金属層(Cr)12との間で電触効果が発生することになるが、その領域は極めて狭小であるため、無視できる程度の影響しか及ぼさない。
Here, in the case of the conventional manufacturing method, the second metal layer (Au) 13 is formed from the region where the
その後、第一の金属層(Cr)12を除去することで露出された水晶基板11を、図1−3(k)に示すように、フッ酸又はフッ酸とフッ化アンモニウムの混合物であるバッファードフッ酸(フッ酸系エッチング液)を用いたウェットエッチングにより除去し、圧電振動片の外形を形成する。
Thereafter, the
この時、溝部3の形成予定領域を覆っている第二のレジストパターン24は、水晶基板11をエッチングするフッ酸系エッチング液に対して耐性が低いことから、フッ酸系エッチング液は、第二のレジストパターン24を徐々に浸食して透過し、その下層の第一の金属層(Cr)12を浸食するが、第一の金属層(Cr)12にそれに耐えるだけの十分な厚み(例えば、500Å程度)を持たせておけば問題は無い。
At this time, since the second resist
また、以上のことを考えると、図1−3(k)に示す工程において水晶基板11をエッチングする際には、第二のレジストパターン24は必ずしも必要ではなく、第二のレジストパターン24が第一の金属層(Cr)12に対するエッチングマスクとしての役割を終えた段階で(図1−3(j)に示す工程の直後に)除去しても構わない。但し、その場合には、第二のレジストパターン24が無い分、第一の金属層(Cr)12の厚みを通常よりも増加させておく必要があるため、水晶基板11をエッチングするまで第二のレジストパターン24を残存させておく方が好ましい。
Considering the above, the second resist
以上のようにして水晶基板11のエッチングが終了した後は、図1−3(l)に示すように、使用後の第二のレジストパターン24を剥離液により除去した上で、図1−3(m)に示すように、第二の金属層(Au)13をエッチングマスクとして露出領域の第一の金属層(Cr)12を、硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液を用いたウェットエッチングにより除去する。
After the etching of the
この時、第二の金属層(Au)13は外部に露出しているため、第一の金属層(Cr)12との間で電触効果が発生して第一の金属層(Cr)12にサイドエッチングが生じるが、音叉型圧電振動片の枝部2の外形寸法に対する周波数変化量は10000ppm/μmであるのに対し、溝部3の幅寸法に対する周波数変化量は2000ppm/μmで、溝部の幅寸法に対する周波数変化量は枝部2の外形寸法に対するそれの1/5程度であり、電蝕効果によって同じだけ寸法が変化しても、その周波数変化量は、通常の設計上許容し得る程度に小さくて済む。
At this time, since the second metal layer (Au) 13 is exposed to the outside, an electric contact effect is generated between the first metal layer (Cr) 12 and the first metal layer (Cr) 12. Although side etching occurs, the frequency variation with respect to the outer dimension of the
その後、溝部3の形成予定領域から露出した水晶基板11を、図1−3(n)に示すように、フッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより一定量除去して溝部3を形成し、続いて、図1−3(o)に示すように、この時点で残存する第二の金属層(Au)13と第一の金属層(Cr)12をそれぞれヨウ素系エッチング液と硝酸第二セリウムアンモニウム系エッチング液を用いたウェットエッチングにより順次除去することで、図2に示した溝付きの音叉型圧電振動片が完成する。
Thereafter, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、第一の金属層12と第二の金属層13は、CrとAuの組合せに限定されるものではなく、第二の金属層13のイオン化傾向が第一の金属層12のそれよりも小さいという条件を満たす金属の組合せであれば、本発明の主旨を逸脱しない範囲では、どのような組合せであっても構わず、例えば、第一の金属層12と第二の金属層13の組合せとして、NiとAuやTiとPdなどが選択され得る。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the
尚、第二の金属層13を第一の金属層12とイオン化傾向が同じかそれよりも高い材料で構成すれば、理論上、電触効果は発生しないことになるが、実際には第二の金属層13の耐蝕層としての本来の役割や第一の金属層12との相性、また材料費などを考慮して、それらの条件を許容範囲内で全て満たす材料を選択しなければならず、使用できる材料が極端に限定されてしまう。
If the
また、以上の説明では、溝付きの圧電振動片として音叉型圧電振動片を例示したが、本発明は、平面視矩形状の圧電振動片などにも適用が可能である。 In the above description, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is exemplified as the grooved piezoelectric vibrating piece. However, the present invention can also be applied to a piezoelectric vibrating piece having a rectangular shape in plan view.
1 基部
2 枝部
3 溝部
11 水晶基板
12 第一の金属層
13 第二の金属層
14 レジスト層
15 第一のレジストパターン
16 第二のレジストパターン
17 隙間
21 レジスト層
22 第一のレジストパターン
23 レジスト層
24 第二のレジストパターン
DESCRIPTION OF
Claims (4)
圧電材料から成る基板の表面に第一の金属層を形成する工程と、
当該第一の金属層の表面に当該第一の金属層よりイオン化傾向が小さい第二の金属層を形成する工程と、
当該第二の金属層の表面に溝部の外形に対応した領域が開口された第一のレジストパターンを形成する工程と、
当該第一のレジストパターンの開口部から露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第一のエッチング工程と、
前記第一のレジストパターンを除去する工程と、
前記第一のエッチング工程により露出された前記第一の金属層を覆うように前記第二の金属層の表面に圧電振動片の外形に対応した第二のレジストパターンを形成する工程と、
当該第二のレジストパターンから露出した前記第二の金属層をエッチングにより除去する第二のエッチング工程と、
当該第二のエッチング工程により露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第三のエッチング工程と、
当該第三のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより除去して圧電振動片の外形を形成する第四のエッチング工程と、
前記第二のレジストパターンを除去する工程と、
前記第二のレジストパターンを除去することで露出された前記第一の金属層をエッチングにより除去する第五のエッチング工程と、
当該第五のエッチング工程により露出された前記基板をエッチングにより一部除去して溝部を形成する第六のエッチング工程と、
を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece having a groove formed on a surface, at least,
Forming a first metal layer on a surface of a substrate made of a piezoelectric material;
Forming a second metal layer having a smaller ionization tendency than the first metal layer on the surface of the first metal layer;
Forming a first resist pattern in which a region corresponding to the outer shape of the groove is opened on the surface of the second metal layer;
A first etching step of removing the second metal layer exposed from the opening of the first resist pattern by etching;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern corresponding to the outer shape of the piezoelectric vibrating piece on the surface of the second metal layer so as to cover the first metal layer exposed by the first etching step;
A second etching step of removing the second metal layer exposed from the second resist pattern by etching;
A third etching step for removing the first metal layer exposed by the second etching step by etching;
A fourth etching step of removing the substrate exposed by the third etching step by etching to form an outer shape of the piezoelectric vibrating piece;
Removing the second resist pattern;
A fifth etching step of removing the first metal layer exposed by removing the second resist pattern by etching;
A sixth etching step of forming a groove by partially removing the substrate exposed by the fifth etching step by etching;
A method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, comprising:
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