JP6163404B2 - Method for manufacturing piezoelectric element - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器などに用いられる圧電素子の製造方法に関する。以下、圧電素子の一例として水晶振動素子を採り上げる。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element used in an electronic device or the like. Hereinafter, a quartz crystal vibration element is taken as an example of a piezoelectric element.
コンピュータ、携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。そして、水晶振動子や水晶発振器の内部には、水晶振動素子が含まれている。その水晶振動素子の一例として、音叉型屈曲水晶振動素子(以下「振動素子」と略称する。)について説明する。この振動素子は、基部と、基部から延設された二本の振動腕部と、各振動腕部に設けられた溝部と、を備えている。以下、振動素子の製造方法を単に「製造方法」という。 In an electronic device such as a computer, a mobile phone, or a small information device, a crystal resonator or a crystal oscillator is mounted as one of electronic components. This crystal resonator or crystal oscillator is used as a reference signal source or a clock signal source. In addition, a crystal resonator element is included inside the crystal resonator and the crystal oscillator. As an example of the crystal resonator element, a tuning fork-type bent crystal resonator element (hereinafter abbreviated as “vibrator element”) will be described. This vibration element includes a base, two vibration arm portions extending from the base, and a groove portion provided in each vibration arm portion. Hereinafter, the manufacturing method of the vibration element is simply referred to as “manufacturing method”.
ここで、従来技術(例えば特許文献1参照)の製造方法について、図11乃至図15に基づき説明する。なお、図11乃至図14では、一本の振動腕部及び基部の断面を示している。 Here, the manufacturing method of the prior art (see, for example, Patent Document 1) will be described with reference to FIGS. 11 to 14 show cross sections of one vibrating arm portion and base portion.
まず、図11[D]に示すように、水晶Z板からなる基板101の表面及び裏面にクロムからなる耐食膜102を形成し、耐食膜102の上にフォトレジスト膜103aを形成し、振動腕部となる領域104及び基部となる領域106にのみにフォトレジスト膜103aが残るようにフォトレジスト膜103aの一部を除去することにより、外形パターニングを行う。
First, as shown in FIG. 11D, a corrosion
続いて、図11[E]に示すように、図11[D]でフォトレジスト膜103aが形成されていない部分の耐食膜102を、エッチングにより除去する。したがって、耐食膜102が除去された部分には、基板101が表れることになる。
Subsequently, as shown in FIG. 11E, the portion of the corrosion-
続いて、図11[F]に示すように、図11[E]で残っていたフォトレジスト膜103aを全て除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 11F, all of the
続いて、図12[G]に示すように、耐食膜102も含めた基板101の全面にフォトレジスト膜103bを形成する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 12G, a
続いて、図12[H]に示すように、フォトレジスト膜103bの一部を除去する。このとき、振動腕部となる領域104及び基部となる領域106以外の部分のフォトレジスト膜103bを除去するだけでなく、溝部となる領域105のフォトレジスト膜103bも除去することにより、溝部パターニングを行う。
Subsequently, as shown in FIG. 12H, a part of the
続いて、図12[I]に示すように、外形エッチングを行う。すなわち、水晶Z板からなる基板101において、振動腕部となる領域104及び基部となる領域106のみを残してエッチングする。
Subsequently, as shown in FIG. 12 [I], outer shape etching is performed. That is, in the
続いて、図13[J]に示すように、溝部となる領域105の耐食膜102を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 13J, the corrosion-
続いて、図13[K]に示すように、溝部エッチングを行う。すなわち、水晶Z板からなる基板101において、溝部となる領域105を一定の深さにエッチングする。
Subsequently, as shown in FIG. 13 [K], groove etching is performed. That is, in the
続いて、図13[L]に示すように、耐食膜102及びフォトレジスト膜103bを全て除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 13L, all of the corrosion-
続いて、図14[M]に示すように、基板101の表裏全面に電極膜108を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 14M, an
続いて、図14[N]に示すように、電極膜108の全面に電着法によりフォトレジスト膜103cを形成し、電極パターンを露光及び現像する。このとき、基部となる領域106では、パッド電極となる領域107がフォトレジスト膜103cで覆われる。なお、溝部となる領域105のように微細な凹凸にまでフォトレジスト膜103cを形成するには、電着法を用いる必要がある。
Subsequently, as shown in FIG. 14N, a
最後に、図14[O]に示すように、フォトレジスト膜103bで覆われていない電極膜108をエッチングにより除去し、その後フォトレジスト膜103bも除去する。これにより、振動腕部112a及び溝部113aに励振電極122a,122bが形成され、基部111にパッド電極121bが形成され、振動素子が完成する。
Finally, as shown in FIG. 14 [O], the
図15は、基部111及び振動腕部112a,112bの外形がエッチングによって形成された後の基板101を示す平面図である。基板101は多数の振動片131に分離され、各振動片131が接続部132を介してフレーム133に連結された状態になっている。振動片131は、基部111及び振動腕部112a,112bの外形からなり、電極形成後に振動素子として接続部132でフレーム133から切り離される。
FIG. 15 is a plan view showing the
しかしながら、従来技術の製造方法には次のような問題があった。 However, the conventional manufacturing method has the following problems.
従来技術の製造方法では、基部111及び振動腕部112aの外形及び溝部113aをエッチングによって形成し(図12[I]、図13[K])、その後に電極膜108を形成し(図14[M])、更に電着法を用いてフォトレジスト膜103cを形成し、これに電極パターンを露光及び現像する(図14[N])。
In the conventional manufacturing method, the outer shape of the
このとき、基部111及び振動腕部112aの外形をエッチングによって形成した後は、図15に示すように一枚の基板101が多数の振動片131に分離された状態になっている。この状態で露光すると、振動片131が動きやすいため露光精度が落ちやすい。また、露光装置へ搬送する際の振動や衝撃によって、振動片131がフレーム133から脱落しやすい。すなわち、これらの問題が歩留りを低下させる一因になっていた。
At this time, after the outer shapes of the
そこで、本発明の目的は、圧電素子の外形エッチング後に露光する際の諸問題を解決し得る、圧電素子の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric element that can solve various problems in exposure after external etching of the piezoelectric element.
本発明に係る製造方法は、
圧電材料からなる基板上に耐食膜を成膜しパターン化する耐食膜外形パターン形成工程と、
前記耐食膜上にポジ型のフォトレジスト膜のパターンを形成するレジスト溝部パターン形成工程と、
このレジスト溝部パターン形成工程の後に、前記フォトレジスト膜の一部を露光することにより、当該フォトレジスト膜に潜像部分を形成する潜像形成工程と、
この潜像形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで除去することにより基部の外形及びこの基部から延設される振動部の外形を形成する外形エッチング工程と、
この外形エッチング工程の後に、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去する耐食膜溝部パターン形成工程と、
この耐食膜溝部パターン形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで一定の深さまで除去することにより前記振動部に溝部を形成する溝部エッチング工程と、
この溝部エッチング工程又は前記耐食膜溝部パターン形成工程の後に、前記潜像部分を現像する潜像現像工程と、
この潜像現像工程及び前記溝部エッチング工程の後に、前記基板及び前記耐食膜の露出部分上並びに前記フォトレジスト膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、
前記フォトレジスト膜上に形成された前記電極膜を前記フォトレジスト膜とともに除去するリフトオフ工程と、
前記フォトレジスト膜が除去されたことにより露出した前記耐食膜を除去する耐食膜除去工程と、
を含む。
The manufacturing method according to the present invention includes:
Forming a corrosion-resistant film on a substrate made of a piezoelectric material and patterning the same;
A resist groove pattern forming step of forming a positive photoresist film pattern on the corrosion-resistant film;
After the resist groove pattern forming step, a latent image forming step of forming a latent image portion on the photoresist film by exposing a part of the photoresist film;
After the latent image forming step, an outer shape etching step for forming an outer shape of the base and an outer shape of the vibration portion extending from the base by removing the exposed portion of the substrate not covered with the corrosion-resistant film by etching; ,
Corrosion-resistant film groove pattern forming step for removing the corrosion-resistant film not covered with the photoresist film after the outer shape etching process,
After this corrosion-resistant film groove pattern forming step, a groove portion etching step for forming a groove portion in the vibrating portion by removing an exposed portion of the substrate not covered with the corrosion-resistant film to a certain depth by etching,
A latent image developing step for developing the latent image portion after the groove etching step or the corrosion-resistant film groove pattern forming step;
An electrode film forming step of forming an electrode film on the exposed portion of the substrate and the corrosion-resistant film and on the photoresist film after the latent image developing step and the groove etching step;
A lift-off step of removing the electrode film formed on the photoresist film together with the photoresist film;
A corrosion-resistant film removing step of removing the corrosion-resistant film exposed by removing the photoresist film;
including.
従来技術では外形エッチング後にフォトレジスト膜に電極パターンを露光及び現像して電極を形成していたのに対し、本発明では、外形エッチング前にフォトレジスト膜に電極パターンを露光して潜像部分を形成し、外形エッチング後に潜像部分を現像し、外形エッチング時のフォトレジスト膜を使用してリフトオフにより電極を形成する。したがって、本発明によれば、外形エッチング後の露光が不要になるので、外形エッチング後の露光によって生じる諸問題を全て解決できる。 In the prior art, the electrode pattern was exposed and developed on the photoresist film after the outer shape etching, and in the present invention, the electrode pattern was exposed on the photoresist film before the outer shape etching to form a latent image portion. Then, after the outer shape etching, the latent image portion is developed, and an electrode is formed by lift-off using a photoresist film at the time of outer shape etching. Therefore, according to the present invention, since the exposure after the outer shape etching becomes unnecessary, all the problems caused by the exposure after the outer shape etching can be solved.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, the same reference numerals are used for substantially the same components. Moreover, since the shape drawn on drawing is drawn so that those skilled in the art can understand easily, it does not necessarily correspond with an actual dimension and ratio.
図1は、実施形態1の製造方法で得られる振動素子を示す平面図である。図2は、図1におけるII−II線縦断面図である。図3は、図1の振動素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。 FIG. 1 is a plan view illustrating a vibration element obtained by the manufacturing method according to the first embodiment. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a state where the vibration element of FIG. 1 is mounted on an element mounting member. Hereinafter, description will be given based on these drawings.
本実施形態1の振動素子10は、基部11と、基部11から延設された振動部としての二本の振動腕部12a,12bと、振動腕部12a,12bのそれぞれに設けられた溝部13a,13bと、を備えている。
The
振動腕部12a,12bは、それぞれ基部11から同じ方向に延設されている。基部11及び振動腕部12a,12bは、水晶振動片15を構成する。振動素子10は、水晶振動片15の他に、パッド電極21a,21b、励振電極22a,22b、周波数調整用金属膜23a,23b、配線パターン24a,24bなども備えている。
The vibrating
次に、振動素子10の構成について更に詳しく説明する。
Next, the configuration of the
基部11は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片15は、基部11と振動腕部12a,12bとが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術により製造される。
The
溝部13a,13bは、振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ、基部11との境界部分から振動腕部12a,12bの先端に向って、振動腕部12a,12bの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部13a,13bは、本実施形態1では振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部12aの表裏面に一本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。
The
振動腕部12aには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22aが設けられ、表裏面の溝部13aの内側に励振電極22bが設けられる。同様に、振動腕部12bには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22bが設けられ、表裏面の溝部13bの内側に励振電極22aが設けられる。したがって、振動腕部12aにおいては両側面に設けられた励振電極22aと溝部13a内に設けられた励振電極22bとが異極同士となり、振動腕部12bにおいては両側面に設けられた励振電極22bと溝部13b内に設けられた励振電極22aとが異極同士となる。
The vibrating
基部11には、パッド電極21a,21bと、パッド電極21a,21bと励振電極22a,22bの間を電気的に接続する配線パターン24a,24bと、が設けられる。パッド電極21a、励振電極22a、周波数調整用金属膜23a及び配線パターン24aは、互いに電気的に導通している。パッド電極21b、励振電極22b、周波数調整用金属膜23b及び配線パターン24bも、互いに電気的に導通している。
The
振動素子10は、パッド電極21a,21b及び導電性接着剤31を介して、素子搭載部材32側のパッド電極33に固定されると同時に電気的に接続される。
The
水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をZ軸、Z軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をX軸、X軸及びZ軸に直交する座標軸をY軸とする。ここで、これらのX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系をX軸を中心として±5度の範囲で回転させたときの回転後のY軸及びZ軸を、それぞれY’軸及びZ’軸とする。この場合、本実施形態1では、二本の振動腕部12a,12bの延設方向がY’軸の方向であり、二本の振動腕部12a,12bの並ぶ方向がX軸の方向である。
Quartz crystals are trigonal. A crystal axis passing through the crystal apex is defined as a Z axis, three crystal axes connecting ridge lines in a plane perpendicular to the Z axis are defined as an X axis, and a coordinate axis orthogonal to the X axis and the Z axis is defined as a Y axis. Here, when the coordinate system consisting of these X, Y, and Z axes is rotated within a range of ± 5 degrees around the X axis, the rotated Y axis and Z axis are respectively represented as Y ′ axis and Z axis. 'As axis. In this case, in the first embodiment, the extending direction of the two vibrating
次に、振動素子10の動作を説明する。音叉型の振動素子10を振動させる場合、パッド電極21a,21bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部12aの表裏の溝部13aに設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aの両側面に設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部12bの表裏の溝部13bに設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、振動腕部12bの両側面に設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部12a,12bに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。
Next, the operation of the
図4乃至図9は、本実施形態1の製造方法における各工程を示す断面図である。以下、図1乃至図3に図4乃至図9を加えて、本実施形態1の製造方法について説明する。 4 to 9 are cross-sectional views showing each step in the manufacturing method of the first embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS. 4 to 9.
振動腕部12aと振動腕部12bとは対称的に同じ構造であり、基部11の振動腕部12a側と振動腕部12b側とも対称的に同じ構造である。そこで、図4乃至図9では、図1におけるIV−IV線縦断面において、振動腕部12a側のみ、及び、基部11の振動腕部12a側のみの製造工程を示す。
The vibrating
本実施形態1の製造方法は、次の工程を含む。
The manufacturing method of
圧電材料からなる基板41上に耐食膜51を成膜しパターン化する耐食膜外形パターン形成工程(図4[A]〜図5[F])。
Corrosion-resistant film outer pattern forming step (FIGS. 4A to 5F) in which a corrosion-
耐食膜51上にポジ型のフォトレジスト膜54のパターンを形成するレジスト溝部パターン形成工程(図6[G]〜図6[H])。
A resist groove pattern forming step for forming a pattern of a
レジスト溝部パターン形成工程(図6[G]〜図6[H])の後に、フォトレジスト膜54の一部を露光することにより、フォトレジスト膜54に潜像部分55を形成する潜像形成工程(図6[I])。
After the resist groove pattern forming step (FIG. 6G to FIG. 6H), a latent image forming step of forming a
潜像形成工程(図6[I])の後に、耐食膜51で覆われていない基板41の露出部分をウェットエッチングで除去することにより、基部11の外形及び振動腕部12aの外形を形成する外形エッチング工程(図7[J])。
After the latent image forming step (FIG. 6 [I]), the exposed portion of the
外形エッチング工程(図7[J])の後に、フォトレジスト膜54で覆われていない耐食膜51を除去する耐食膜溝部パターン形成工程(図7[K])。
After the outer shape etching process (FIG. 7 [J]), a corrosion-resistant film groove pattern forming process (FIG. 7 [K]) for removing the corrosion-
耐食膜溝部パターン形成工程(図7[K])の後に、耐食膜51で覆われていない基板41の露出部分をウェットエッチングで一定の深さまで除去することにより、溝部13aを形成する溝部エッチング工程(図7[L])。
After the corrosion-resistant film groove pattern forming step (FIG. 7 [K]), the groove portion etching process for forming the
溝部エッチング工程(図7[L])又は耐食膜溝部パターン形成工程(図7[K])の後に、潜像部分55を現像する潜像現像工程(図8[M])。
A latent image developing step (FIG. 8 [M]) for developing the
潜像現像工程(図8[M])及び溝部エッチング工程(図7[L])の後に、基板41及び耐食膜51の露出部分上並びにフォトレジスト膜54上に電極膜56を形成する電極膜形成工程(図8[O])。
An electrode film for forming an
フォトレジスト膜54上に形成された電極膜56をフォトレジスト膜54とともに除去するリフトオフ工程(図9[P])。
A lift-off process of removing the
フォトレジスト膜54が除去されたことにより露出した耐食膜51を除去する耐食膜除去工程(図9[Q])。
Corrosion-resistant film removing step for removing the corrosion-
なお、電極膜形成工程(図8[O])の前に、潜像部分55が除去されたことにより露出した耐食膜51を除去する工程(図8[N])を入れてもよい。
In addition, before the electrode film forming step (FIG. 8 [O]), a step (FIG. 8 [N]) of removing the corrosion-
ここで、フォトレジスト膜54はポジ型のフォトレジストからなる。ネガ型のフォトレジストは、露光されると現像液に対して溶解性が低下し、現像後に露光部分が残る。これに対して、ポジ型のフォトレジストは、ネガ型とは逆に、露光されると現像液に対して溶解性が増大し、現像後に露光部が除去される。
Here, the
次に、上記各工程について、更に詳しく説明する。 Next, the above steps will be described in more detail.
まず、図4[A]に示すように、水晶Z板などの基板41を用意する。
First, as shown in FIG. 4A, a
続いて、図4[B]に示すように、基板41の上に耐食膜51を形成する。耐食膜51は、水晶のエッチング液に対して耐食性を有する金属からなり、単一層でも複数層でもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, a corrosion-
続いて、図4[C]に示すように、耐食膜51の上にフォトレジスト膜53を形成する。フォトレジスト膜53は、ネガ型でもポジ型でもどちらでもよく、例えばスピンコート法によって形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, a
続いて、図5[D]に示すように、耐食膜51に形成されることになる第一のマスク43のパターンをフォトレジスト膜53に露光及び現像する。このパターンは、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47のパターンであり、外形パターンよりも一回り大きい。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, the pattern of the
続いて、図5[E]に示すように、現像したフォトレジスト膜53を用いて耐食膜51をエッチングする。例えば、専用のエッチング液を用いたウェットエッチングで、フォトレジスト膜53に覆われていない耐食膜51を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 5E, the corrosion
続いて、図5[F]に示すように、残ったフォトレジスト膜53を剥離することにより、耐食膜51からなる第一のマスク43を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5F, the remaining
続いて、図6[G]に示すように、耐食膜51の上にフォトレジスト膜54を形成する。フォトレジスト膜54は、ポジ型であり、例えばスピンコート法によって形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6G, a
続いて、図6[H]に示すように、耐食膜51に形成されることになる第二のマスク45のパターンをフォトレジスト膜54に露光及び現像する。このパターンは、溝部13aを除く振動腕部となる領域44及び基部となる領域48であり、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47よりも一回り小さく、かつ、溝部となる領域46が抜けている。
Subsequently, as shown in FIG. 6H, the pattern of the
続いて、図6[I]に示すように、フォトレジスト膜54の一部を露光することにより、潜像部分55を形成する。潜像部分55は、電極となる領域49に相当する。電極となる領域49には、図9[Q]に示すパッド電極21bとなる領域に加え、図1に示すパッド電極21a及び配線パターン24a,24bとなる領域も含まれる。この工程での露光は、同じフォトレジスト膜54に対する二回目の露光、すなわち「二重露光」である。
Subsequently, as shown in FIG. 6 [I], a part of the
続いて、図7[J]に示すように、第一のマスク43に覆われていない基板41すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸(HF+NH4F)を用いて完全に抜くことにより、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47の外形を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7J, the
続いて、図7[K]に示すように、第二のマスク45に覆われていない第一のマスク43すなわち耐食膜51を前述の混合液でエッチングする。
Subsequently, as shown in FIG. 7 [K], the
続いて、図7[L]に示すように、エッチングされた第一のマスク43に覆われていない基板41すなわち水晶の露出面を、バッファードフッ酸(HF+NH4F)を用いエッチングする。このとき、溝部となる領域46は貫通しないように一定の深さまでエッチングし、振動腕部となる領域44及び基部となる領域48は外形の外側を完全に抜くようにエッチングする。振動腕部となる領域44及び基部となる領域48は側面からもエッチングされるので、溝部となる領域46よりも実質的なエッチングレートが大きい。
Subsequently, as shown in FIG. 7L, the
続いて、図8[M]に示すように、潜像部分55を現像する。これにより、電極となる領域49は、潜像部分55が除去されて、耐食膜51が露出する。なお、図7[L]の工程と図8[M]の工程とは、順番を入れ替えてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 8 [M], the
続いて、図8[N]に示すように、潜像部分55が除去されたことにより露出した耐食膜51を、前述のエッチングによって除去する。これにより、電極となる領域49は、耐食膜51が除去されて、基板41が露出する。なお、この工程は必ずしも必要ではない。この工程を省略した場合は、電極となる領域49に耐食膜51が残っているため、パッド電極21bが耐食膜51と電極膜56との積層膜となる。
Subsequently, as shown in FIG. 8N, the corrosion-
続いて、図8[O]に示すように、基板41の露出部分上及びフォトレジスト膜54上に電極膜56を形成する。電極膜56は、例えばクロム又はチタンの単層膜や、その上にパラジウム又は金を形成した積層膜などであり、例えばスパッタリングや蒸着で成膜する。
Subsequently, as shown in FIG. 8 [O], an
続いて、図9[P]に示すように、フォトレジスト膜54上に形成された電極膜56を、フォトレジスト膜54とともに除去する。換言すると、基板41の表裏に形成された第二のマスク45と、その上に形成された電極膜56とを、剥離する。これは、フォトレジストを溶解する液(例えばアセトン)に、これらを浸すことにより容易に除去できる。ただし、第二のマスク45の下にある耐食膜51は残る。この電極形成方法がリフトオフ法である。
Subsequently, as shown in FIG. 9P, the
最後に、図9[Q]に示すように、フォトレジスト膜54が除去されたことにより露出した耐食膜51を、前述のエッチングによって除去する。これにより、振動腕部12a及び溝部13aに励振電極22a,22bが形成され、基部11にパッド電極21bが形成される。このとき、図1に示すように、パッド電極21a及び配線パターン24a,24bも形成され、振動素子10が完成する。なお、周波数調整用金属膜23a,23bは、周波数調整用金属膜23a,23bとなる領域に潜像部分55を形成することによりパッド電極21b等と同じように形成してもよいし、例えば別途メタルマスク及び蒸着で形成してもよい。
Finally, as shown in FIG. 9 [Q], the corrosion-
次に、本実施形態1の製造方法の作用及び効果について説明する。
Next, the operation and effect of the manufacturing method of
(1)従来技術では、外形エッチング後にフォトレジスト膜103cに電極パターンを露光及び現像して電極を形成していた(図14[M][N][O])。これに対し、本実施形態1では、外形エッチング前にフォトレジスト膜54に電極パターンを露光して潜像部分55を形成し(図6[I])、外形エッチング後に潜像部分55を現像し(図8[M])、外形エッチング時のフォトレジスト膜54を使用してリフトオフにより電極を形成する(図8[O]及び図9[P])。より詳しくは言えば、外形用のパターンを形成したフォトレジスト膜54の一部を露光して潜像部分55を形成しておき(図6[I])、溝部13a用の耐食膜51のパターンを形成し(図7[K])、その後に潜像部分55を現像することにより(図8[M])、溝部13aのエッチング時に潜像部分55によって保護された領域49に(図7[L])、パッド電極21bを形成できる(図9[Q])。
(1) In the prior art, the electrode pattern was formed by exposing and developing the electrode pattern on the
したがって、本実施形態1によれば、外形エッチング後の露光が不要になるので、外形エッチング後の露光によって生じる諸問題を全て解決できる。例えば、外形エッチング前は一枚の基板41が多数の振動片に分離されていないので、露光などの位置合わせを必要とする工程を全て外形エッチング前に実施することにより、振動片の揺動に起因する露光精度の低下などを防止できる。また、露光装置へ搬送する際の振動によって振動片が脱落することも、防止できる。
Therefore, according to the first embodiment, since the exposure after the outer shape etching becomes unnecessary, all the problems caused by the exposure after the outer shape etching can be solved. For example, since the
詳しく言えば、外形エッチング工程(図7[J])の後は、一枚の基板41が多数の水晶振動片15に分離されて、各水晶振動片15の一部がフレーム(図15参照)に固定されている状態になる。そのため、外形エッチング工程(図7[J])の後の基板41を不用意に取り扱うと、水晶振動片15がフレームから脱落するおそれがある。そこで、本実施形態1のように、フォトレジスト膜54の一部を露光する工程(図6[I])を外形エッチング工程(図7[J])の前に行うことにより、その後に行う場合に比べて、露光の作業性を改善できる。
Specifically, after the outer shape etching process (FIG. 7J), one
(2)本実施形態1において、外形エッチング工程(図7[J])では、基部11の外形及び振動腕部12aの外形を最終的な寸法よりも大きく形成し、溝部エッチング工程(図7[L])では、振動腕部12aに溝部13aを形成すると同時に、基部11の外形及び振動腕部12aの外形を最終的な寸法に形成している。換言すると、本実施形態1では、振動腕部12aの外形を含む振動部拡大領域42及び基部11の外形を含む基部拡大領域47を覆う第一のマスク43を用いて基板41をエッチングした(図7[J])後に、溝部13aを除く振動腕部となる領域44及び基部となる領域48を覆う第二のマスク45を用いて基板41を更にエッチングして振動腕部12a及び基部11の外形及び溝部13aを同時に形成する(図7[L])。
(2) In the first embodiment, in the outer shape etching step (FIG. 7 [J]), the outer shape of the
この場合の第一の効果は、第二のマスク45の元となるフォトマスクには外形パターンと溝部パターンとが一枚に描かれているので、これらのパターン間にアライメント誤差は発生しないことである。なお、従来技術では、外形パターンと溝部パターンとが別々のフォトマスクに描かれているので、これらのパターン間にアライメント誤差が発生する(図11[D]及び図12[H])。
The first effect in this case is that the outer mask and the groove pattern are drawn on the photomask that is the basis of the
第二の効果は、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47を設けたことにより、第一のマスク43のパターンと第二のマスク45のパターンとの位置ずれの影響を無くすことができることである。これは、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47の上にこれよりも一回り小さい振動腕部となる領域44及び基部となる領域48が形成されるため、振動部拡大領域42及び基部拡大領域47の範囲内で領域44及び領域48がずれたとしても所望の形状の振動腕部12a及び基部11が得られるからである。なお、従来技術において、外形エッチング工程(図12[I])では、基部111の外形及び振動腕部112aの外形を最終的な寸法どおりに形成し、溝部エッチング工程(図13[K])でも、振動腕部112aに溝部113aを形成すると同時に、基部111の外形及び振動腕部112aの外形を最終的な寸法どおりに形成している。そのため、これらのエッチングパターンに位置ずれがあると、溝部エッチング工程(図13[K])において、そのずれた分だけ基板101が余計にエッチングされてしまう。
The second effect is that the influence of the positional deviation between the pattern of the
(3)本実施形態1では、ウェットエッチングを用いているが、ドライエッチングを用いることもできる。ただし、基板41が水晶からなる場合は、エッチングレートが大きいウェットエッチングが望ましい。
(3) In the first embodiment, wet etching is used, but dry etching can also be used. However, when the
図10[B1]は実施形態2の製造方法における耐食膜外形パターン形成工程の一部を示す断面図であり、図10[K1]は実施形態2の製造方法における耐食膜溝部パターン形成工程の一部を示す断面図であり、図10[K2]は比較例の製造方法における耐食膜溝部パターン形成工程の一部を示す断面図である。以下、図1乃至図9に図10を加えて、実施形態2の製造方法を説明する。 10 [B1] is a cross-sectional view showing a part of the corrosion-resistant film outer shape pattern forming process in the manufacturing method of Embodiment 2, and FIG. 10 [K1] is one of the corrosion-resistant film groove pattern forming process in the manufacturing method of Embodiment 2. FIG. 10 [K2] is a cross-sectional view showing a part of the corrosion-resistant film groove pattern forming step in the manufacturing method of the comparative example. Hereinafter, the manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9 and FIG.
本実施形態2では、次の構成が実施形態1と異なる。 The second embodiment is different from the first embodiment in the following configuration.
第一に、図10[B1]に示すように、耐食膜51は、基板41上に接する第一層511と、第一層511上に接し第一層511のイオン化傾向よりも小さいイオン化傾向を有する第二層512とからなる。
First, as shown in FIG. 10 [B1], the corrosion-
第二に、図10[K1]に示すように、耐食膜溝部パターン形成工程(図7[K])では、フォトレジスト膜54で覆われていない第二層512を除去した後、第二層512上の全てのフォトレジスト膜54を残したまま第一層511をウェットエッチングで除去する。また、耐食膜外形パターン形成工程(図5[E])でも同様に、フォトレジスト膜53で覆われていない第二層512を除去した後、第二層512上の全てのフォトレジスト膜53を残したまま第一層511をウェットエッチングで除去してもよい。
Second, as shown in FIG. 10 [K1], in the anti-corrosion film groove pattern forming step (FIG. 7 [K]), after removing the
次に、上記各工程について、更に詳しく説明する。 Next, the above steps will be described in more detail.
まず、図4[A]に示すように、水晶Z板などの基板41を用意する。続いて、図10[B1]に示すように、基板41の上に、第一層511及び第二層512からなる耐食膜51を形成する。本実施形態2では、第一層511としてクロムを用い、第二層512として金を用い、その成膜方法としてスパッタリングや蒸着を用いる。クロムは金よりも基板41に対する密着性がよく、金はクロムよりも水晶のエッチング液に対する耐食性がよい。つまり、耐食膜51は、クロムの第一層511及び金の第二層512の両方の利点を兼ね備え、密着性及び耐食性に優れている。
First, as shown in FIG. 4A, a
その後、図4[C]から図7[J]まで、実施形態1と同様の工程が続く。続いて、図10[K1]に示すように、フォトレジスト膜54に覆われていない金からなる第二層512を、例えばヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングする。この混合液ではクロムはエッチングされない。そして、図7[K]に示すように、フォトレジスト膜54及び第二層512に覆われていないクロムからなる第一層511を、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。この混合液では金はエッチングされない。その後、図7[L]から図9[Q]まで、実施形態1と同様の工程が続く。
Thereafter, steps similar to those of the first embodiment are continued from FIG. 4C to FIG. 7J. Subsequently, as shown in FIG. 10 [K1], the
一方、図10[K2]に示す比較例では、図10[K1]に示すように、フォトレジスト膜54に覆われていない金からなる第二層512を、例えばヨウ素及びヨウ化カリウムの混合液でエッチングした後、図10[K2]に示すように、フォトレジスト膜54を除去する。そして、この状態で、第二層512に覆われていないクロムからなる第一層511を、例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液でエッチングする。
On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 10 [K2], as shown in FIG. 10 [K1], the
ここで、クロム(Cr)の標準電極電位は−0.424[V]であり、金(Au)の標準電極電位は+1.52[V]又は+1.83[V]である。つまり、クロムのイオン化傾向が金のイオン化傾向よりも大きい。このような金属の組み合わせにおいて、比較例の図10[K2]に示す状態でクロムの第一層511をウェットエッチングしようとすると、いわゆる「電蝕」が発生することにより、クロムの第一層511が異常にエッチングされるので、エッチング精度が低下する。「電蝕」とは、「電気化学的腐蝕」の略称であり、二種の異なる金属が同時に電解質溶液(エッチング液)に接触したとき、金属間の電位差によってイオン化傾向の大きい金属から小さい金属に電子が移動することにより、電荷を失った金属原子がイオンとして溶液中に溶け出すことで金属が腐食する現象をいう。
Here, the standard electrode potential of chromium (Cr) is −0.424 [V], and the standard electrode potential of gold (Au) is +1.52 [V] or +1.83 [V]. That is, the ionization tendency of chromium is larger than the ionization tendency of gold. In such a combination of metals, when the
これに対して、本実施形態2によれば、イオン化傾向の大きい第一層511上にイオン化傾向の小さい第二層512が積層された構造の耐食膜51において、第一層511をウェットエッチングする際に、第二層512上の全てがフォトレジスト膜54で覆われている。そのため、第一層511のエッチング液に第二層512が実質的に接触しないので、電蝕の発生によるエッチング精度の低下を抑制できる。
On the other hand, according to the second embodiment, the
また、第一層511及び第二層512の金属の種類は、イオン化傾向の大小関係を満たせばどのような組み合わせでもよい。例えば、第一層511をチタン(Ti:標準電極電位−1.63[V])、第二層512を白金(Pt:標準電極電位+1.188[V])としてもよい。本明細書で言う標準電極電位は、25℃かつpH=0の水溶液中における標準水素電極を基準にしたものである(非特許文献1参照)。
Further, the metal types of the
なお、本実施形態2におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。 Other configurations, operations, and effects in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、実施形態3の製造方法について説明する。本実施形態3は、実施形態1と共通する部分が多いので、以下図1乃至図9に基づき説明する。 Next, the manufacturing method of Embodiment 3 is demonstrated. Since the third embodiment has many parts in common with the first embodiment, the following description will be given with reference to FIGS.
本実施形態3において、耐食膜外形パターン形成工程(図4[A]〜図5[E])では、耐食膜51をパターン化する際に使用するフォトレジスト膜53がポジ型のフォトレジストからなる。そして、レジスト溝部パターン形成工程(図6[H])では、耐食膜外形パターン形成工程(図4[A]〜図5[E])で使用したフォトレジスト膜53を剥離することなくそのまま使用する。すなわち、図6[H]の工程以降は、フォトレジスト膜54をフォトレジスト膜53に置き換えた状態で、図9[Q]の工程まで進められる。そのため、フォトレジスト膜53には、全部で三回の露光及び現像、すなわち「三重露光」が施される。
In the third embodiment, in the anti-corrosion film outer pattern forming step (FIGS. 4A to 5E), the
本実施形態3によれば、フォトレジスト膜53を剥離する工程(図5[F])及びフォトレジスト膜54を塗布する工程(図6[G])が不要になるので、実施形態1に比べて製造工程を簡素化できる。 According to the third embodiment, the step of peeling off the photoresist film 53 (FIG. 5 [F]) and the step of applying the photoresist film 54 (FIG. 6 [G]) are not required, and therefore, compared with the first embodiment. Manufacturing process can be simplified.
なお、本実施形態3におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。 Other configurations, operations, and effects in the third embodiment are the same as those in the first embodiment.
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention. Further, the present invention includes a combination of some or all of the configurations of the above-described embodiments as appropriate.
本発明は、基部と振動部と溝部とを備える圧電素子であればどのようなものにでも利用でき、例えば水晶やセラミックスからなる圧電素子や、音叉型屈曲振動子、厚みすべり振動子、ジャイロセンサなどのセンサ素子にも利用可能である。 The present invention can be applied to any piezoelectric element including a base, a vibration part, and a groove part. For example, a piezoelectric element made of crystal or ceramics, a tuning fork type bending vibrator, a thickness shear vibrator, a gyro sensor It can also be used for sensor elements such as.
10 振動素子
11 基部
12a,12b 振動腕部
13a,13b 溝部
15 水晶振動片
21a,21b パッド電極
22a,22b 励振電極
23a,23b 周波数調整用金属膜
24a,24b 配線パターン
31 導電性接着剤
32 素子搭載部材
33 パッド電極
41 基板
42 振動部拡大領域
43 第一のマスク
44 振動腕部となる領域
45 第二のマスク
46 溝部となる領域
47 基部拡大領域
48 基部となる領域
49 電極となる領域
51 耐食膜
511 第一層
512 第二層
53 フォトレジスト膜
54 フォトレジスト膜
55 潜像部分
56 電極膜
DESCRIPTION OF
111 基部
112a,112b 振動腕部
113a 溝部
121b パッド電極
122a,122b 励振電極
101 基板
102 耐食膜
103a フォトレジスト膜
103b フォトレジスト膜
103c フォトレジスト膜
104 振動腕部となる領域
105 溝部となる領域
106 基部となる領域
107 パッド電極となる領域
108 電極膜
131 振動片
132 接続部
133 フレーム
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記耐食膜上にポジ型のフォトレジスト膜のパターンを形成するレジスト溝部パターン形成工程と、
このレジスト溝部パターン形成工程の後に、前記フォトレジスト膜の一部を露光することにより、当該フォトレジスト膜に潜像部分を形成する潜像形成工程と、
この潜像形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで除去することにより基部の外形及びこの基部から延設される振動部の外形を形成する外形エッチング工程と、
この外形エッチング工程の後に、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記耐食膜を除去する耐食膜溝部パターン形成工程と、
この耐食膜溝部パターン形成工程の後に、前記耐食膜で覆われていない前記基板の露出部分をエッチングで一定の深さまで除去することにより前記振動部に溝部を形成する溝部エッチング工程と、
この溝部エッチング工程又は前記耐食膜溝部パターン形成工程の後に、前記潜像部分を現像する潜像現像工程と、
この潜像現像工程及び前記溝部エッチング工程の後に、前記基板及び前記耐食膜の露出部分上並びに前記フォトレジスト膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、
前記フォトレジスト膜上に形成された前記電極膜を前記フォトレジスト膜とともに除去するリフトオフ工程と、
前記フォトレジスト膜が除去されたことにより露出した前記耐食膜を除去する耐食膜除去工程と、
を含む圧電素子の製造方法。 Forming a corrosion-resistant film on a substrate made of a piezoelectric material and patterning the same;
A resist groove pattern forming step of forming a positive photoresist film pattern on the corrosion-resistant film;
After the resist groove pattern forming step, a latent image forming step of forming a latent image portion on the photoresist film by exposing a part of the photoresist film;
After the latent image forming step, an outer shape etching step for forming an outer shape of the base and an outer shape of the vibration portion extending from the base by removing the exposed portion of the substrate not covered with the corrosion-resistant film by etching; ,
Corrosion-resistant film groove pattern forming step for removing the corrosion-resistant film not covered with the photoresist film after the outer shape etching process,
After this corrosion-resistant film groove pattern forming step, a groove portion etching step for forming a groove portion in the vibrating portion by removing an exposed portion of the substrate not covered with the corrosion-resistant film to a certain depth by etching,
A latent image developing step for developing the latent image portion after the groove etching step or the corrosion-resistant film groove pattern forming step;
An electrode film forming step of forming an electrode film on the exposed portion of the substrate and the corrosion-resistant film and on the photoresist film after the latent image developing step and the groove etching step;
A lift-off step of removing the electrode film formed on the photoresist film together with the photoresist film;
A corrosion-resistant film removing step of removing the corrosion-resistant film exposed by removing the photoresist film;
The manufacturing method of the piezoelectric element containing this.
前記耐食膜外形パターン形成工程及び前記耐食膜溝部パターン形成工程の少なくとも一方では、前記フォトレジスト膜で覆われていない前記第二層を除去した後、前記第二層上の全ての前記フォトレジスト膜を残したまま前記第一層をウェットエッチングで除去する、
請求項1記載の圧電素子の製造方法。 The corrosion resistant film comprises a first layer in contact with the substrate and a second layer in contact with the first layer and having an ionization tendency smaller than the ionization tendency of the first layer,
At least one of the corrosion-resistant film outer shape pattern forming step and the corrosion-resistant film groove pattern forming step, after removing the second layer not covered with the photoresist film, all the photoresist films on the second layer The first layer is removed by wet etching while leaving
The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1.
前記外形エッチング工程及び前記溝部エッチング工程ではウェットエッチングが用いられる、
請求項2記載の圧電素子の製造方法。 The first layer is made of chromium, the second layer is made of gold, the substrate is made of quartz,
In the outer shape etching step and the groove portion etching step, wet etching is used.
A method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 2.
前記レジスト溝部パターン形成工程では、前記耐食膜外形パターン形成工程で使用した前記フォトレジスト膜をそのまま使用する、
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。 In the corrosion resistant film outer shape pattern forming step, when patterning the corrosion resistant film, a photoresist film made of a positive photoresist is used,
In the resist groove pattern forming step, the photoresist film used in the corrosion-resistant film outer shape pattern forming step is used as it is.
The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1.
前記溝部エッチング工程では、前記振動部に前記溝部を形成すると同時に、前記基部の外形及び前記振動部の外形を最終的な寸法に形成する、
請求項1乃至4のいずれか一つに記載の圧電素子の製造方法。 In the outer shape etching step, the outer shape of the base and the outer shape of the vibrating portion are formed larger than the final dimensions,
In the groove portion etching step, simultaneously with forming the groove portion in the vibration portion, the outer shape of the base portion and the outer shape of the vibration portion are formed in final dimensions.
The manufacturing method of the piezoelectric element as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
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