壓電振動片的製造方法
2023-12-01 07:25:11 2
專利名稱：壓電振動片的製造方法
技術領域：
本發明涉及壓電振動片的製造方法。
背景技術：
作為對壓電材料即石英基板進行加工而形成壓電振動片的方法，公知有以下的方法。
公知有通過幹法蝕刻即反應離子蝕刻來對作為壓電振動片的石英振子進行加工的方法(例如，參照專利文獻1)。在幹法蝕刻中，能夠不容易受到石英基板的各向異性的影響地進行加工。
專利文獻1日本特開平8-242134號公報(第3頁、段落編號0020～0022) 在幹法蝕刻的加工中，由於離子碰撞產生基板表面溫度的上升，通過混合(mixing)等在表面產生變質層。該變質層具有與基板不同的壓電特性，所以作為壓電振動片有效工作的部分減少。此外，變質層的壓電特性的預測比較困難，所以難以設計包含變質層的振動特性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種壓電振動片的製造方法，該壓電振動片的表面的變質層少、具有與所設計的振動特性的差異小的振動特性。
本發明的壓電振動片的製造方法是利用由壓電材料構成的基板來形成壓電振動片的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，該壓電振動片的製造方法包括以下工序掩模形成工序，在所述基板上形成幹法蝕刻掩模；幹法蝕刻工序，在所述掩模形成工序後，通過幹法蝕刻，保留所述基板的蝕刻加工部的一部分地進行蝕刻；掩模去除工序，在所述幹法蝕刻工序後，去除所述幹法蝕刻掩模；以及溼法蝕刻工序，在所述掩模去除工序後，通過溼法蝕刻去除所述蝕刻加工部的一部分，從所述基板分離形成所述壓電振動片。
根據該發明，在去除幹法蝕刻掩模後，進行溼法蝕刻來分離形成壓電振動片，因此，能夠暴露由於幹法蝕刻而生成的變質層，通過溼法蝕刻去除變質層或其大部分。由此，可以得到表面的變質層少、具有與所設計的振動特性的差異小的振動特性的壓電振動片的製造方法。
在本發明中，優選對所述基板的兩面分別進行所述掩模形成工序、所述幹法蝕刻工序以及所述掩模去除工序後，進行所述溼法蝕刻工序。
在該發明中，除了上述效果之外，對基板的兩面通過幹法蝕刻進行加工，因此，針對壓電振動片的兩面，能夠通過幹法蝕刻不容易受到基板的各向異性的影響地進行加工。
在本發明中，所述溼法蝕刻工序優選對形成有所述幹法蝕刻掩模的基板的表面進行溼法蝕刻。
在該發明中，能夠通過溼法蝕刻去除在形成有掩模的基板的表面形成的變質層。
在本發明中，所述壓電振動片優選是音叉型石英振動片。
在該發明中，音叉型石英振動片的振動臂的振幅大，容易受到變質層的影響，所以可得到比上述效果更好的壓電振動片的製造方法。
圖1(a)是本發明的第1實施方式的石英振動片連接體的俯視圖，圖1(b)是圖1(a)中的A-A線的剖面圖。
圖2是表示音叉型石英振動片的製造方法的流程圖。
圖3是表示音叉型石英振動片的製造方法的概略部分剖視圖。
圖4(a)是本發明的第2實施方式的石英振動片連接體的俯視圖，圖4(b)是圖4(a)中的B-B線的剖面圖。
圖5是表示音叉型石英振動片的製造方法的概略部分剖視圖。
圖6是表示本發明的第3實施方式的音叉型石英振動片的製造方法的概略部分剖視圖。
標號說明 10作為壓電振動片的石英振動片；20作為由壓電材料構成的基板的石英基板；25蝕刻加工部；30作為幹法蝕刻掩模的金屬掩模。
具體實施例方式 以下，根據附圖來說明本發明的實施方式。在各實施方式中，對於相同的結構要素標以相同的標號進行說明。
在圖1～圖3中示出第1實施方式，在圖4和圖5中示出第2實施方式。
(第1實施方式) 在圖1中，示出連接有作為壓電振動片的音叉型石英振動片10的、本實施方式中的石英振動片連接體100。在圖2中，示出表示音叉型石英振動片10的製造方法的流程圖。在圖3中，示出表示音叉型石英振動片10的製造方法的概略部分剖面圖。
在圖1(a)中，示出石英振動片連接體100的俯視圖，該圖1(b)示出圖1(a)中的A-A線的剖面圖。
音叉型石英振動片10通過石英振動片連接體100的支承部1連接且並列配置。在圖1中，連接有3個音叉型石英振動片10，但是實際上連接有未圖示的更多的音叉型石英振動片10。
音叉型石英振動片10在基部2上具有兩個振動臂3。振動臂3的截面為大致H型形狀，且從基部2朝向相同方向形成。此外，基部2和支承部1連接。
在兩個振動臂3的主面和另一方的主面的四個地方形成有槽4。槽4的形狀在四個地方都為大致相同形狀，其截面形狀是大致コ字型。準確地說，槽4的底面41的形狀不是平面。
以下根據附圖來說明音叉型石英振動片10的製造方法。
在圖2中，音叉型石英振動片10的製造方法包括以下步驟作為掩模形成工序即金屬掩模形成工序的步驟1(S1)和步驟4(S4)；作為幹法蝕刻工序的步驟2(S2)和步驟5(S5)；作為掩模去除工序即金屬掩模去除工序的步驟3(S3)和步驟6(S6)；以及作為溼法蝕刻工序的步驟7(S7)。此處，使用金屬掩模作為幹法蝕刻掩模。
在本實施方式中，在進行兩次金屬掩模形成工序、幹法蝕刻工序以及金屬掩模去除工序後進行溼法蝕刻工序。
在圖3中，(a)是表示S1工序的概略部分剖視圖；(b)是表示S2工序的概略部分剖視圖；(c)是表示S3工序的概略部分剖視圖；(d)是表示S4工序的概略部分剖視圖；(e)是表示S5工序的概略部分剖視圖；(f)是表示S6工序的概略部分剖視圖；(g)是表示S7工序的概略部分剖視圖。
在圖3(a)中，在作為由壓電材料構成的基板的石英基板20的主面26上形成金屬掩模30。預先研磨石英基板20以使其表背兩面變均勻。金屬掩模30形成為與從圖1(a)所示的石英振動片連接體100的主面觀察到的形狀大致相同的外觀形狀。此外，在槽4的部分上形成開口部31。
金屬掩模30可以通過公知的光刻法和濺射法有選擇地形成。此外，金屬掩模30的材料可以使用鎳等。沒有形成金屬掩模30的石英基板20的厚度方向的區域成為蝕刻加工部25。
在圖3(b)中，進行幹法蝕刻。通過蝕刻，與蝕刻加工部25和金屬掩模30的開口部31相當的石英基板20被蝕刻。在振動臂3上穿設槽4。幹法蝕刻按照保留蝕刻加工部25的一部分的方式進行。
在廣泛採用的氧化膜乾式蝕刻機即RIE(反應離子蝕刻)裝置中，使用反應氣體、例如CHF3來進行幹法蝕刻。此處，為了防止石英基板20的溫度上升，使被蝕刻的主面26的另一方的主面27預先與冷卻薄板等接觸。
在幹法蝕刻時，石英基板20的表面溫度通過離子碰撞而上升，形成變質層23。在圖3中，變質層23隻圖示了金屬掩模30的部分，但是在表面溫度上升的表面上形成有變質層23。變質層23的厚度和質量隨著離子在被暴露的表面上的部位等而不同。
即使在形成有金屬掩模30的石英基板20的表面上，也隨著金屬掩模30的溫度上升而形成變質層23。
此時，狹槽4中的幹法蝕刻速率和其他的較寬區域的幹法蝕刻速率隨著幹法蝕刻的特性即微負載效應(Micro loading Effect)而不同。由此，即使是相同的蝕刻條件，槽4也比其他的部分蝕刻得淺。
此外，通過幹法蝕刻形成與槽4和音叉型石英振動片10的側面相當的部分，因此沒有因為石英晶體的各向異性而產生的蝕刻各向異性，形成為大致垂直於石英基板20的表面。
在S2的工序中，可以得到石英基板20的主面26被幹法蝕刻的石英基板21。
在圖3(c)中，去除金屬掩模30。通過浸漬在鹽酸之類的酸的水溶液等中來進行金屬掩模30的去除。
在圖3(d)中，在石英基板21的另一方的主面27上與S 1同樣地形成金屬掩模30。
在圖3(e)中，與S2同樣地進行幹法蝕刻。該幹法蝕刻也按照保留蝕刻加工部25的一部分的方式進行。由此，在該S5的工序中，可以得到從主面26和另一方的主面27一側被蝕刻的石英基板22。
在圖3(f)中，與S3同樣地去除金屬掩模30。
在圖3(g)中，進行溼法蝕刻。通過進行溼法蝕刻來去除變質層23，同時去除蝕刻加工部25的一部分。即，通過溼法蝕刻來溼法蝕刻形成有金屬掩模30的石英基板20的表面。由此，可以去除在形成有金屬掩模30的石英基板20的表面形成的變質層23。此外，因為石英晶體的各向異性，槽4的底面41沒有被蝕刻成平面。使用氫氟酸等進行溼法蝕刻。
此處，音叉型石英振動片10與石英振動片連接體100一起從石英基板20分離形成。
最後，通過從石英振動片連接體100逐個切開音叉型石英振動片10，可以得到音叉型石英振動片10。
根據這種實施方式，具有以下的效果。
(1)在去除金屬掩模30後，進行溼法蝕刻來分離形成音叉型石英振動片10，因此可以暴露由於幹法蝕刻而生成的變質層23，可以通過溼法蝕刻去除變質層23。即，通過溼法蝕刻，可以去除在形成有金屬掩模30的石英基板20的表面形成的變質層23。由此，可以得到具有與所設計的振動特性的差異小的振動特性的音叉型石英振動片10的製造方法。
(2)除了上述效果之外，對石英基板20的兩面通過幹法蝕刻進行加工，因此對於音叉型石英振動片10的兩面的槽4的加工，能夠通過幹法蝕刻不容易受到石英基板20的各向異性的影響地進行加工。
(第2實施方式) 在圖4中，示出連接有作為壓電振動片的音叉型石英振動片50的、本實施方式中的石英振動片連接體200。此外，在圖5中，示出表示音叉型石英振動片50的製造方法的概略部分剖視圖。
在圖4(a)中，示出石英振動片連接體200的俯視圖，該圖4(b)示出圖4(a)中的B-B線的剖面圖。
在音叉型石英振動片50中，除了沒有形成第1實施方式中的槽4以外，與第1實施方式結構相同。
以下，根據附圖對音叉型石英振動片50的製造方法進行說明。
在圖5中，(a)是表示S1工序的概略部分剖視圖；(b)是表示S2工序的概略部分剖視圖；(c)是表示S3工序的概略部分剖視圖；(d)是表示S4工序的概略部分剖視圖；(e)是表示S5工序的概略部分剖視圖；(f)是表示S6工序的概略部分剖視圖；(g)是表示S7工序的概略部分剖視圖。
圖5(a)和圖5(d)示出了金屬掩模形成工序S1和S4，但是沒有設置開口部3 1這一點與第1實施方式不同。其他與第1實施方式相同。
與第1實施方式相同，在進行S1～S7的工序後，從石英振動片連接體200逐個切開音叉型石英振動片50，由此可以得到音叉型石英振動片50。
根據這種實施方式，即使在沒有槽4的音叉型石英振動片50中也具有與第1實施方式同樣的效果。
(第3實施方式) 在圖6中示出了表示本發明的第3實施方式的音叉型石英振動片10的製造方法的概略部分剖視圖。石英振動片連接體100與表示第1實施方式的圖1中示出的石英振動片連接體相同。
在圖6中，(a)是表示S1工序的概略部分剖視圖；(b)是表示S2工序的概略部分剖視圖；(c)是表示S3工序的概略部分剖視圖；(d)是表示S4工序的概略部分剖視圖；(e)是表示S5工序的概略部分剖視圖；(f)是表示S6工序的概略部分剖視圖；(g)是表示S7工序的概略部分剖視圖。
在圖6(a)中，在石英基板20的主面27上形成金屬掩模30。僅在槽4的部分設置開口部31而在整個面形成金屬掩模30。
在圖6(b)中進行幹法蝕刻。與金屬掩模30的開口部31相當的石英基板20被幹法蝕刻，在主面27上僅形成槽4。在進行幹法蝕刻的期間，通過冷卻薄板等冷卻另一方的主面26，防止石英基板20的溫度上升。
在圖6(c)中，去除金屬掩模30。與第1實施方式同樣地進行金屬掩模30的去除。
在圖6(d)中，在石英基板21的另一方的主面26上，形成與在第1實施方式的S1中使用的金屬掩模同樣的金屬掩模30。
在圖6(e)中，進行幹法蝕刻。該蝕刻進行到主面27的附近。此時，使主面27接觸冷卻薄板等來防止石英基板21的溫度上升。此外，保留蝕刻加工部25的一部分地進行蝕刻。
在該S5的工序中，可以得到從主面26和另一方的主面27一側被蝕刻的石英基板22。
在圖6(f)中，去除金屬掩模30。
在圖6(g)中，進行溼法蝕刻來去除石英基板22的蝕刻加工部25的一部分。
根據這種實施方式，除了第1實施方式的效果之外，具有以下的效果。
(3)從主面26幹法蝕刻石英基板21時，在主面27上僅形成槽4，因此，可以使與冷卻薄板接觸的接觸面積充分，可以抑制溫度上升引起的石英基板21的變形。
此外，本發明不限於上述實施方式，可實現本發明目的的範圍內的變形、改良等包含在本發明中。
例如，也可以應用於AT切型振子和陀螺儀元件。
音叉型石英振動片10形成為在振動臂3的表背兩面(也包含側面)和槽4的內部激勵電極和檢測電極分別延伸到基部2，安裝到封裝內構成石英振子，並連接到外部電路進行使用。
權利要求書(按照條約第19條的修改)
1.一種壓電振動片的製造方法，其利用由壓電材料構成的基板來形成壓電振動片，其特徵在於，該壓電振動片的製造方法包括以下工序
掩模形成工序，在所述基板上形成幹法蝕刻掩模；
幹法蝕刻工序，在所述掩模形成工序後，通過幹法蝕刻，保留所述基板的蝕刻加工部的一部分地進行蝕刻；
掩模去除工序，在所述幹法蝕刻工序後，去除所述幹法蝕刻掩模；以及
溼法蝕刻工序，在所述掩模去除工序後，通過溼法蝕刻去除所述蝕刻加工部的一部分，從所述基板分離形成所述壓電振動片。
2.根據權利要求1所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
對所述基板的兩面分別進行所述掩模形成工序、所述幹法蝕刻工序以及所述掩模去除工序後，進行所述溼法蝕刻工序。
3.根據權利要求1或2所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
所述溼法蝕刻工序是對形成有所述幹法蝕刻掩模的基板的表面進行溼法蝕刻。
4.一種壓電振動片的製造方法，其利用由壓電材料構成的基板來形成壓電振動片，其特徵在於，該壓電振動片的製造方法包括以下工序
掩模形成工序，在所述基板上形成幹法蝕刻掩模；
幹法蝕刻工序，在所述掩模形成工序後，通過幹法蝕刻，保留所述基板的蝕刻加工部的一部分地進行蝕刻；
掩模去除工序，在所述幹法蝕刻工序後，去除所述幹法蝕刻掩模；以及
溼法蝕刻工序，在所述掩模去除工序後，通過溼法蝕刻對形成有所述幹法蝕刻掩模的基板的表面進行溼法蝕刻。
5.根據權利要求1～4的任意一項所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
所述壓電振動片是音叉型石英振動片。
權利要求
1.一種壓電振動片的製造方法，其利用由壓電材料構成的基板來形成壓電振動片，其特徵在於，該壓電振動片的製造方法包括以下工序
掩模形成工序，在所述基板上形成幹法蝕刻掩模；
幹法蝕刻工序，在所述掩模形成工序後，通過幹法蝕刻，保留所述基板的蝕刻加工部的一部分地進行蝕刻；
掩模去除工序，在所述幹法蝕刻工序後，去除所述幹法蝕刻掩模；以及
溼法蝕刻工序，在所述掩模去除工序後，通過溼法蝕刻去除所述蝕刻加工部的一部分，從所述基板分離形成所述壓電振動片。
2.根據權利要求1所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
對所述基板的兩面分別進行所述掩模形成工序、所述幹法蝕刻工序以及所述掩模去除工序後，進行所述溼法蝕刻工序。
3.根據權利要求1或2所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
所述溼法蝕刻工序是對形成有所述幹法蝕刻掩模的基板的表面進行溼法蝕刻。
4.根據權利要求1～3的任意一項所述的壓電振動片的製造方法，其特徵在於，
所述壓電振動片是音叉型石英振動片。
全文摘要
本發明提供一種壓電振動片的製造方法，該壓電振動片的表面的變質層少、具有與所設計的振動特性的差異小的振動特性。在去除金屬掩模(30)後，進行溼法蝕刻，分離形成音叉型石英振動片(10)，因此，可以暴露由於幹法蝕刻而生成的變質層(23)，通過溼法蝕刻去除變質層(23)。由此，可以得到具有與所設計的振動特性的差異小的振動特性的音叉型石英振動片(10)的製造方法。
文檔編號H03H3/02GK101405937SQ20078001027
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月20日 優先權日2006年3月23日
發明者伯耆原秋, 山本佐知 申請人:愛普生拓優科夢株式會社