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圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片 - エプソントヨコム株式会社
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発明の名称 圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−135129(P2007−135129A)
公開日 平成19年5月31日(2007.5.31)
出願番号 特願2005−328451(P2005−328451)
出願日 平成17年11月14日(2005.11.14)
代理人 【識別番号】100095728
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳 雅誉
発明者 石井 佐知
要約 課題
プラズマエッチングすることによる圧電体ウエハの割れを防止する。

解決手段
水晶(圧電体)ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して水晶ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、エッチング工程の前に、水晶体ウエハ10の圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部20に、圧電体振動片形成領域18に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝28を有する金属膜30を形成する工程を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】
圧電体ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して前記圧電体ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、
前記エッチング工程の前に、前記圧電体ウエハの圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部に、前記圧電体振動片形成領域に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝を有する金属膜を形成する工程を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記金属膜の前記貫通溝は、前記金属マスクを形成する工程において形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記複数の貫通溝は、前記圧電振動片形成領域に形成する圧電振動片の辺に対して略45°傾斜していることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法において、
前記貫通溝は、端が前記圧電体ウエハの縁より内側にあることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法において、
前記複数の貫通溝は、相互に交差させないで形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電振動片の製造方法により形成したことを特徴とする圧電振動片。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電振動片の製造方法に係り、特にプラズマを用いて圧電体ウエハをいわゆる深堀エッチングするのに好適な圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話機などの通信機器をはじめとする電子機器は、高性能化、小型化が著しい。これに伴って、これらの電子機器に搭載される水晶発振器などの圧電デバイスの高性能化、小型化が強く要求されている。そして、近年は、高精度な加工が可能であるところから、プラズマを用いたドライエッチングにより圧電振動片を形成する技術が開発されている。
【0003】
例えば、水晶ウエハをドライエッチングして圧電振動片を形成する場合、水晶ウエハの表面に所定のパターンを有する厚い金属膜(例えば、ニッケル(Ni)膜)のマスクを形成し、この金属マスクを介して水晶ウエハの全面にプラズマを照射し、水晶ウエハをエッチングする。ところが、ニッケルからなる金属マスクを形成するときに、水晶ウエハの周縁部にニッケルの膜が形成される。そして、水晶とニッケルとでは、熱膨張係数が異なるため、ニッケル膜が形成された水晶ウエハにプラズマを照射すると、両者の熱膨張係数の差に基づく応力が水晶ウエハに作用する。このため、水晶ウエハをプラズマエッチングして圧電振動片の外形形状を形成するなどのいわゆる深堀をすると、ニッケルと水晶との熱膨張係数に基づく応力が水晶ウエハに作用し、水晶ウエハが割れてしまうことがある。このため、水晶ウエハに割れを生ずることなくドライエッチングにより水晶ウエハを深堀できる技術の開発が望まれている。
【0004】
ところで、特許文献1には、プリント配線基板の捨てる部分に配線パターンと同じ配線パターンの一部を形成し、プリント配線基板に回路素子を接合するときの熱により、プリント配線基板が反ったり捩れたりするのを防止する技術が開示してある。
【特許文献1】特開2001−326429号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
圧電デバイスを構成する圧電振動片は、電子機器の小型化に伴って小型、薄型化されている。そして、近年は、厚みが100μm以下の水晶ウエハから圧電振動片を製造することも行なわれている。このため、圧電振動片の製造に特許文献1に記載された技術を転用し、水晶ウエハの周縁部の捨てる部分に配線パターンの一部と同じダミーパターンを形成した場合、水晶ウエハをエッチングしたときにウエハの強度が弱くなる。すなわち、水晶ウエハをエッチングして圧電振動片用のブランクを形成すると、ダミーパターンを設けていない部分がエッチングされて抜けてしまい、後の工程などでウエハの位置決めのためにウエハを厚み方向に押さえつけたときに、ウエハが割れてしまう。また、水晶ウエハの外周部に配線パターンの一部と同じダミーパターンを形成したとしても、X方向とY方向との2方向から作用する応力を緩和できるとは限らない。
本発明は、プラズマエッチングすることによる圧電体ウエハの割れを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、圧電体ウエハの表面に形成した所定のパターンを有する金属マスクを介して前記圧電体ウエハをプラズマエッチングするエッチング工程を備えた圧電振動片の製造方法において、前記エッチング工程の前に、前記圧電体ウエハの圧電振動片形成領域外側のウエハ周縁部に、前記圧電体振動片形成領域に形成する溝より幅の狭い、マイクロローディング効果が得られる複数の貫通溝を有する金属膜を形成する工程を有することを特徴としている。
【0007】
このようになっている本発明は、圧電体ウエハの圧電振動片を形成しないウエハ周縁部に形成される金属膜に、幅の狭い貫通溝を設けることにより、金属膜の各部分におけるプラズマエッチングの際の熱変形量を小さくすることができる。このため、圧電体ウエハと金属膜との熱膨張係数が異なっていても、圧電体ウエハに作用する応力を大きく低減することができ、圧電体ウエハの割れを防止することができる。しかも、金属膜に形成する貫通溝は、幅が圧電体ウエハの圧電振動片形成領域に形成する溝の幅より狭く、マイクロローディング効果が得られるようにしてあるため、圧電体ウエハのエッチングされる量が小さく、大幅な強度低下を防ぐことができる。すなわち、圧電振動片形成領域に形成する溝が圧電体ウエハを貫通する溝であっても、圧電体ウエハの金属膜の貫通溝と対応した部分は貫通した溝とならない。したがって、圧電体ウエハの大幅な強度の低下を防ぐことができ、後の工程で圧電体ウエハを押さえつけても割れることがない。発明者の研究によると、水晶ウエハの圧電振動片形成領域に幅が25μm、深さが50μmの溝をプラズマエッチングで形成した場合、金属膜に形成する貫通溝の幅が5μ程度以下であればマイクロローディング効果により、水晶ウエハの金属膜の貫通溝に対応した部分は、深さが10μm程度の溝にしかならない。
【0008】
金属膜の貫通溝は、金属マスクを形成する工程において形成することができる。金属マスクの形成工程において、貫通溝を形成すると、余分な工程を設ける必要がなく、工程を簡素にできる。また、複数の貫通溝は、圧電振動片形成領域に形成する圧電振動片の辺に対して略45°傾斜させることが望ましい。これにより、圧電体ウエハのX方向とY方向とに作用する応力を緩和することができる。
【0009】
さらに、貫通溝は、端が前記圧電体ウエハの縁より内側となるように形成する。圧電体ウエハは、プラズマエッチングされると、金属膜に形成した貫通溝に対応した部分に浅い溝が形成される。このため、金属膜に設けた貫通溝が圧電体ウエハの縁まで達していると、圧電体ウエハの縁に浅い切欠きが形成され、割れの原因となりやすい。金属の貫通溝が圧電振動片の形成領域に達している場合も、その部分の圧電体ウエハは、貫通した溝を形成されることが多いため、上記と同様の理由により望ましくない。また、複数の貫通溝は、相互に交差させないで形成するとよい。金属膜に形成した貫通溝が交差している場合、プラズマエッチングされた圧電体ウエハのその部分に対応した部分の強度が弱くなるおそれがある。
【0010】
本発明に係る圧電振動片は、上記したいずれかの圧電振動片の製造方法により形成したことを特徴としている。これにより、圧電振動片をプラズマエッチングにより形成するときに、圧電体ウエハに割れを生ずることがなく、高精度な圧電振動片のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明に係る圧電振動片の製造方法およびその製造方法により製造した圧電振動片の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、圧電体ウエハが水晶ウエハであって、圧電振動片(振動片用ブランク)を形成する場合について説明する。
【0012】
図1および図2は、本発明の実施の形態に係る圧電振動片の製造方法の要部を説明する工程図である。まず、水晶の結晶ブロックから切り出した水晶ウエハを研磨、洗浄したのち、図1(1)に示したように、水晶ウエハ10の上下の両面にニッケル(Ni)をめっきし、ニッケル層12(12a、12b)を形成する。さらに、ニッケル層12の上に金(Au)をスパッタリングし、金の薄膜からなる金層14(14a、14b)を形成する。なお、ニッケル層12は、水晶ウエハ10との密着性が悪く、フォトレジストとの密着性のよい金層14を形成するためのもので、真空蒸着やスパッタリングなど、他の方法によって形成してもよい。また、金層14もめっきや蒸着など、他の方法によって形成してもよい。
【0013】
その後、上下の金層14の表面にフォトレジストを塗布する。そして、同図(2)に示したように、乾燥、固化したフォトレジストを露光、現像して所定の形状にパターニングし、金層14の一部を露出させたレジストマスク16(16a、16b)を形成する。このレジストマスク16は、水晶ウエハ10の中央部の圧電振動片形成領域18においては、水晶ウエハ10をプラズマエッチングする部分にレジスト22aが残るようにパターニングする。すなわち、水晶ウエハ10のプラズマエッチングしない部分の金層14を露出させる。なお、この実施形態においては、圧電振動片(振動片用ブランク)の外形を形成する場合を例にしており、圧電振動片形成領域18上下のレジスト22aは対応した位置に残される。
【0014】
また、圧電振動片形成領域18の外側のウエハ周縁部20においては、後述する金属膜の貫通溝を形成する部分にレジスト22bが残るようにパターニングする。なお、水晶ウエハ10のウエハ周縁部20に設けたレジスト22bの幅dは、圧電振動片形成領域18に形成する溝の幅より狭くしてある。すなわち、レジスト22bの幅dは、レジスト22aの幅より狭く、実施形態の場合、マイクロローディング効果が得られるように2μm以下にしてある。
【0015】
次に、図1(3)に示したように、レジストマスク16を介して露出している金層14をエッチングして除去し、ニッケル層12の一部を露出させる。その後、図1(4)に示したように、露出させたニッケル層12の上にニッケルを厚膜めっきしてニッケル厚膜24(24a、24b)を形成する。
【0016】
次に、図2(1)に示したように、水晶ウエハ10の両面のレジストマスク16を剥離除去し、レジストマスク16に覆われていた金層14を露出させる。さらに、露出させた金層14をエッチングして除去し、ニッケル層12のニッケル厚膜24に覆われていない部分を露出させる。その後、所定のエッチングガスのプラズマを水晶ウエハ10の全面に照射し、図2(2)に示したように、露出させたニッケル層12をエッチングして除去し、水晶ウエハ10の一部を露出させる。このとき、ニッケル厚膜24も表層部がエッチングされる。なお、ニッケル層12の除去は、ウエットエッチングで行なってもよい。
【0017】
これにより、水晶ウエハ10の圧電振動片形成領域18の表面にニッケル層12、ニッケル厚膜24からなる所定パターンの金属マスク26(26a、26b)が形成される。また、圧電振動片形成領域18の外側のウエハ周縁部20には、貫通溝28を有するニッケル層12、ニッケル厚膜24からなる金属膜30が形成される。図3は、貫通溝28を備えた金属膜30を有する水晶ウエハ10の一部を模式的に示した平面図である。
【0018】
水晶ウエハ10は、実施形態の場合、矩形または正方形に形成してある。水晶ウエハ10の圧電振動片形成領域18には、例えば音叉型の圧電振動片(振動片用ブランク)32の外形を形成するための金属マスク26(図3には図示せず)が設けてある。そして、圧電振動片形成領域18の外側のウエハ周縁部20には、ニッケル層12、ニッケル厚膜24からなる金属膜30が設けてある。金属膜30には、金属膜30を貫通した貫通溝28が複数形成してある。貫通溝28は、実施形態の場合、形成する圧電振動片32の辺に対して、すなわち水晶ウエハ10の辺に対して45°傾斜させて形成してある。また、各貫通溝28は、端が水晶ウエハ10の縁34(34a、34b)および圧電振動片形成領域18の外縁36のいずれにも達しないように形成してある。さらに、各貫通溝28は、相互に交差しないように形成してある。なお、図2においては、水晶ウエハ10の上側と下側との金属膜30に形成した貫通溝28が、対応位置に形成してあるように記載してあるが、上下の貫通溝28の形成位置は、対応していてもよいが、対応させないほうが望ましい。
【0019】
図2(2)のように水晶ウエハ10の表面に金属マスク26を形成したならば、圧電振動片形成領域18に圧電振動片32の外形を形成するため、いずれか一方の金属マスク26(例えば、金属マスク26a)を用いて、水晶ウエハ10を途中までプラズマエッチングして深溝38を形成する(図2(3)参照)。深溝38の深さhは、水晶ウエハ10の厚みの約半分、すなわちウエハの厚みが100μmである場合、約50μmである。また、水晶ウエハ10は、プラズマエッチングされると、貫通溝28に対応した浅い溝40がウエハ周縁部20に形成される。
【0020】
水晶ウエハ10に、このようなエッチング量の大きい、いわゆる深堀をプラズマエッチングにより形成したとしても、実施形態においては、水晶ウエハ10のウエハ周縁部20に形成された金属膜30に複数の貫通溝28を形成しているため、割れを生ずることがない。すなわち、金属膜30に複数の貫通溝28を設けたことにより、金属膜30の各部分における熱変形量が小さくなる。このため、水晶ウエハ10と金属膜30との熱膨張係数の相違に基づく水晶ウエハ10に作用する応力が小さくなり、水晶ウエハ10の割れを防止することができる。しかも、貫通溝28は、圧電振動片32の辺に対して45°傾斜して形成してあるため、図3の横方向(X方向)と縦方向(Y方向)とに作用する応力を確実に緩和することができる。また、貫通溝28は、端が水晶ウエハ10の縁34および圧電振動片形成領域18の外縁36まで延在していないため、水晶ウエハ10に浅い溝40が形成されても、水晶ウエハ10の割れのきっかけとなるのを防止することができる。さらに、貫通溝28は、相互に交差しないように形成して、水晶ウエハ10の強度がなるべく小さくならないようにする。
【0021】
水晶ウエハ10の片側面に所定深さhの深溝38を形成したならば、他側面の金属マスク30bを用いて水晶ウエハ10の他側の面をプラズマエッチングする。この水晶ウエハ10の他側面からのエッチングは、図2(4)に示したように、圧電振動片形成領域18に貫通した外形溝42が形成されるまで行なう。このエッチングの場合においても、水晶ウエハ10の他側面のウエハ周縁部20には、貫通溝28に対応した浅い溝44が形成される。したがって、水晶ウエハ10の両側の面に設けた金属膜30の貫通溝28は、対応した位置でないところに設けるほうが水晶ウエハ10の強度の低下を小さくすることができる。なお、発明者の実験によると、金属膜30に形成した貫通溝28の幅を2μm以下にすると、大きなマイクロローディング効果が得られることが確認された。すなわち、水晶ウエハ10に幅が25μm、深さ50μmの溝を形成した場合、金属膜30の貫通溝28の幅を5μm以下にすると、水晶ウエハ10には深さ10μm程度の浅い溝しか形成されなかった。
【0022】
上記のように水晶ウエハ10の圧電振動片形成領域18に圧電振動片32の外形形状を形成したならば、図2(5)に示したように、ニッケル層12とニッケル厚膜24とからなる金属マスク26と金属膜30とを剥離、除去する。その後、圧電振動片(振動片用ブランク)32の外形形状を形成した水晶ウエハ10を次工程に送り、通常の工程を経て圧電振動片用ブランクに電極を形成して圧電振動片32にし、各圧電振動片32を水晶ウエハ10から分離する。
【0023】
上記実施形態は、本発明の一態様であって、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、圧電体ウエハが水晶ウエハ10である場合について説明したが、圧電体ウエハは、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなど他の圧電体ウエハにも適用することができる。また、前記実施形態においては、圧電振動片が音叉型である場合について説明したが、圧電振動片はATなど他の振動片であってもよい。そして、前記実施形態において、いわゆる深堀が圧電振動片32の外形形状を形成するための貫通した溝を形成する場合について説明したが、メサを形成するなど、圧電体ウエハを30μm以上プラズマエッチングする深堀に対して有効である。また、金属膜30に設けた貫通溝28は、金属膜30を形成したのち、金属膜30を構成しているニッケル厚膜24とニッケル層12とをエッチングして形成してもよい。さらに、金属膜30に形成する貫通溝は、相互に独立して形成した図3の横方向の溝と縦方向の溝とを混在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】実施の形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する要部工程図である。
【図2】実施の形態に係る圧電振動片の製造方法の図1に続く要部工程図である。
【図3】実施形態の金属膜に貫通溝を設けた水晶ウエハの一部平面図である。
【符号の説明】
【0025】
10………圧電体ウエハ(水晶ウエハ)、12a、12b………ニッケル層、18………圧電振動片形成領域、20………ウエハ周縁部、24a、24b………ニッケル厚膜、26a、26b………金属マスク、28………貫通溝、30………金属膜、32………圧電振動片、40、44………浅い溝、42………外形溝。




 

 


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