CN101405937A - 压电振动片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电振动片的制造方法，该压电振动片的表面的变质层少、具有与所设计的振动特性的差异小的振动特性。在去除金属掩模(30)后，进行湿法蚀刻，分离形成音叉型石英振动片(10)，因此，可以暴露由于干法蚀刻而生成的变质层(23)，通过湿法蚀刻去除变质层(23)。由此，可以得到具有与所设计的振动特性的差异小的振动特性的音叉型石英振动片(10)的制造方法。

Description

压电振动片的制造方法
技术领域
本发明涉及压电振动片的制造方法。
背景技术
作为对压电材料即石英基板进行加工而形成压电振动片的方法，公知有以下的方法。
公知有通过干法蚀刻即反应离子蚀刻来对作为压电振动片的石英振子进行加工的方法(例如，参照专利文献1)。在干法蚀刻中，能够不容易受到石英基板的各向异性的影响地进行加工。
专利文献1：日本特开平8-242134号公报(第3页、段落编号【0020】～【0022】)
在干法蚀刻的加工中，由于离子碰撞产生基板表面温度的上升，通过混合(mixing)等在表面产生变质层。该变质层具有与基板不同的压电特性，所以作为压电振动片有效工作的部分减少。此外，变质层的压电特性的预测比较困难，所以难以设计包含变质层的振动特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电振动片的制造方法，该压电振动片的表面的变质层少、具有与所设计的振动特性的差异小的振动特性。
本发明的压电振动片的制造方法是利用由压电材料构成的基板来形成压电振动片的压电振动片的制造方法，其特征在于，该压电振动片的制造方法包括以下工序：掩模形成工序，在所述基板上形成干法蚀刻掩模；干法蚀刻工序，在所述掩模形成工序后，通过干法蚀刻，保留所述基板的蚀刻加工部的一部分地进行蚀刻；掩模去除工序，在所述干法蚀刻工序后，去除所述干法蚀刻掩模；以及湿法蚀刻工序，在所述掩模去除工序后，通过湿法蚀刻去除所述蚀刻加工部的一部分，从所述基板分离形成所述压电振动片。
根据该发明，在去除干法蚀刻掩模后，进行湿法蚀刻来分离形成压电振动片，因此，能够暴露由于干法蚀刻而生成的变质层，通过湿法蚀刻去除变质层或其大部分。由此，可以得到表面的变质层少、具有与所设计的振动特性的差异小的振动特性的压电振动片的制造方法。
在本发明中，优选对所述基板的两面分别进行所述掩模形成工序、所述干法蚀刻工序以及所述掩模去除工序后，进行所述湿法蚀刻工序。
在该发明中，除了上述效果之外，对基板的两面通过干法蚀刻进行加工，因此，针对压电振动片的两面，能够通过干法蚀刻不容易受到基板的各向异性的影响地进行加工。
在本发明中，所述湿法蚀刻工序优选对形成有所述干法蚀刻掩模的基板的表面进行湿法蚀刻。
在该发明中，能够通过湿法蚀刻去除在形成有掩模的基板的表面形成的变质层。
在本发明中，所述压电振动片优选是音叉型石英振动片。
在该发明中，音叉型石英振动片的振动臂的振幅大，容易受到变质层的影响，所以可得到比上述效果更好的压电振动片的制造方法。
附图说明
图1(a)是本发明的第1实施方式的石英振动片连接体的俯视图，图1(b)是图1(a)中的A-A线的剖面图。
图2是表示音叉型石英振动片的制造方法的流程图。
图3是表示音叉型石英振动片的制造方法的概略部分剖视图。
图4(a)是本发明的第2实施方式的石英振动片连接体的俯视图，图4(b)是图4(a)中的B-B线的剖面图。
图5是表示音叉型石英振动片的制造方法的概略部分剖视图。
图6是表示本发明的第3实施方式的音叉型石英振动片的制造方法的概略部分剖视图。
标号说明
10：作为压电振动片的石英振动片；20：作为由压电材料构成的基板的石英基板；25：蚀刻加工部；30：作为干法蚀刻掩模的金属掩模。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明的实施方式。在各实施方式中，对于相同的结构要素标以相同的标号进行说明。
在图1～图3中示出第1实施方式，在图4和图5中示出第2实施方式。
(第1实施方式)
在图1中，示出连接有作为压电振动片的音叉型石英振动片10的、本实施方式中的石英振动片连接体100。在图2中，示出表示音叉型石英振动片10的制造方法的流程图。在图3中，示出表示音叉型石英振动片10的制造方法的概略部分剖面图。
在图1(a)中，示出石英振动片连接体100的俯视图，该图1(b)示出图1(a)中的A-A线的剖面图。
音叉型石英振动片10通过石英振动片连接体100的支承部1连接且并列配置。在图1中，连接有3个音叉型石英振动片10，但是实际上连接有未图示的更多的音叉型石英振动片10。
音叉型石英振动片10在基部2上具有两个振动臂3。振动臂3的截面为大致H型形状，且从基部2朝向相同方向形成。此外，基部2和支承部1连接。
在两个振动臂3的主面和另一方的主面的四个地方形成有槽4。槽4的形状在四个地方都为大致相同形状，其截面形状是大致コ字型。准确地说，槽4的底面41的形状不是平面。
以下根据附图来说明音叉型石英振动片10的制造方法。
在图2中，音叉型石英振动片10的制造方法包括以下步骤：作为掩模形成工序即金属掩模形成工序的步骤1(S1)和步骤4(S4)；作为干法蚀刻工序的步骤2(S2)和步骤5(S5)；作为掩模去除工序即金属掩模去除工序的步骤3(S3)和步骤6(S6)；以及作为湿法蚀刻工序的步骤7(S7)。此处，使用金属掩模作为干法蚀刻掩模。
在本实施方式中，在进行两次金属掩模形成工序、干法蚀刻工序以及金属掩模去除工序后进行湿法蚀刻工序。
在图3中，(a)是表示S1工序的概略部分剖视图；(b)是表示S2工序的概略部分剖视图；(c)是表示S3工序的概略部分剖视图；(d)是表示S4工序的概略部分剖视图；(e)是表示S5工序的概略部分剖视图；(f)是表示S6工序的概略部分剖视图；(g)是表示S7工序的概略部分剖视图。
在图3(a)中，在作为由压电材料构成的基板的石英基板20的主面26上形成金属掩模30。预先研磨石英基板20以使其表背两面变均匀。金属掩模30形成为与从图1(a)所示的石英振动片连接体100的主面观察到的形状大致相同的外观形状。此外，在槽4的部分上形成开口部31。
金属掩模30可以通过公知的光刻法和溅射法有选择地形成。此外，金属掩模30的材料可以使用镍等。没有形成金属掩模30的石英基板20的厚度方向的区域成为蚀刻加工部25。
在图3(b)中，进行干法蚀刻。通过蚀刻，与蚀刻加工部25和金属掩模30的开口部31相当的石英基板20被蚀刻。在振动臂3上穿设槽4。干法蚀刻按照保留蚀刻加工部25的一部分的方式进行。
在广泛采用的氧化膜干式蚀刻机即RIE(反应离子蚀刻)装置中，使用反应气体、例如CHF3来进行干法蚀刻。此处，为了防止石英基板20的温度上升，使被蚀刻的主面26的另一方的主面27预先与冷却薄板等接触。
在干法蚀刻时，石英基板20的表面温度通过离子碰撞而上升，形成变质层23。在图3中，变质层23只图示了金属掩模30的部分，但是在表面温度上升的表面上形成有变质层23。变质层23的厚度和质量随着离子在被暴露的表面上的部位等而不同。
即使在形成有金属掩模30的石英基板20的表面上，也随着金属掩模30的温度上升而形成变质层23。
此时，狭槽4中的干法蚀刻速率和其他的较宽区域的干法蚀刻速率随着干法蚀刻的特性即微负载效应(Micro loading Effect)而不同。由此，即使是相同的蚀刻条件，槽4也比其他的部分蚀刻得浅。
此外，通过干法蚀刻形成与槽4和音叉型石英振动片10的侧面相当的部分，因此没有因为石英晶体的各向异性而产生的蚀刻各向异性，形成为大致垂直于石英基板20的表面。
在S2的工序中，可以得到石英基板20的主面26被干法蚀刻的石英基板21。
在图3(c)中，去除金属掩模30。通过浸渍在盐酸之类的酸的水溶液等中来进行金属掩模30的去除。
在图3(d)中，在石英基板21的另一方的主面27上与S 1同样地形成金属掩模30。
在图3(e)中，与S2同样地进行干法蚀刻。该干法蚀刻也按照保留蚀刻加工部25的一部分的方式进行。由此，在该S5的工序中，可以得到从主面26和另一方的主面27一侧被蚀刻的石英基板22。
在图3(f)中，与S3同样地去除金属掩模30。
在图3(g)中，进行湿法蚀刻。通过进行湿法蚀刻来去除变质层23，同时去除蚀刻加工部25的一部分。即，通过湿法蚀刻来湿法蚀刻形成有金属掩模30的石英基板20的表面。由此，可以去除在形成有金属掩模30的石英基板20的表面形成的变质层23。此外，因为石英晶体的各向异性，槽4的底面41没有被蚀刻成平面。使用氢氟酸等进行湿法蚀刻。
此处，音叉型石英振动片10与石英振动片连接体100一起从石英基板20分离形成。
最后，通过从石英振动片连接体100逐个切开音叉型石英振动片10，可以得到音叉型石英振动片10。
根据这种实施方式，具有以下的效果。
(1)在去除金属掩模30后，进行湿法蚀刻来分离形成音叉型石英振动片10，因此可以暴露由于干法蚀刻而生成的变质层23，可以通过湿法蚀刻去除变质层23。即，通过湿法蚀刻，可以去除在形成有金属掩模30的石英基板20的表面形成的变质层23。由此，可以得到具有与所设计的振动特性的差异小的振动特性的音叉型石英振动片10的制造方法。
(2)除了上述效果之外，对石英基板20的两面通过干法蚀刻进行加工，因此对于音叉型石英振动片10的两面的槽4的加工，能够通过干法蚀刻不容易受到石英基板20的各向异性的影响地进行加工。
(第2实施方式)
在图4中，示出连接有作为压电振动片的音叉型石英振动片50的、本实施方式中的石英振动片连接体200。此外，在图5中，示出表示音叉型石英振动片50的制造方法的概略部分剖视图。
在图4(a)中，示出石英振动片连接体200的俯视图，该图4(b)示出图4(a)中的B-B线的剖面图。
在音叉型石英振动片50中，除了没有形成第1实施方式中的槽4以外，与第1实施方式结构相同。
以下，根据附图对音叉型石英振动片50的制造方法进行说明。
在图5中，(a)是表示S1工序的概略部分剖视图；(b)是表示S2工序的概略部分剖视图；(c)是表示S3工序的概略部分剖视图；(d)是表示S4工序的概略部分剖视图；(e)是表示S5工序的概略部分剖视图；(f)是表示S6工序的概略部分剖视图；(g)是表示S7工序的概略部分剖视图。
图5(a)和图5(d)示出了金属掩模形成工序S1和S4，但是没有设置开口部3 1这一点与第1实施方式不同。其他与第1实施方式相同。
与第1实施方式相同，在进行S1～S7的工序后，从石英振动片连接体200逐个切开音叉型石英振动片50，由此可以得到音叉型石英振动片50。
根据这种实施方式，即使在没有槽4的音叉型石英振动片50中也具有与第1实施方式同样的效果。
(第3实施方式)
在图6中示出了表示本发明的第3实施方式的音叉型石英振动片10的制造方法的概略部分剖视图。石英振动片连接体100与表示第1实施方式的图1中示出的石英振动片连接体相同。
在图6中，(a)是表示S1工序的概略部分剖视图；(b)是表示S2工序的概略部分剖视图；(c)是表示S3工序的概略部分剖视图；(d)是表示S4工序的概略部分剖视图；(e)是表示S5工序的概略部分剖视图；(f)是表示S6工序的概略部分剖视图；(g)是表示S7工序的概略部分剖视图。
在图6(a)中，在石英基板20的主面27上形成金属掩模30。仅在槽4的部分设置开口部31而在整个面形成金属掩模30。
在图6(b)中进行干法蚀刻。与金属掩模30的开口部31相当的石英基板20被干法蚀刻，在主面27上仅形成槽4。在进行干法蚀刻的期间，通过冷却薄板等冷却另一方的主面26，防止石英基板20的温度上升。
在图6(c)中，去除金属掩模30。与第1实施方式同样地进行金属掩模30的去除。
在图6(d)中，在石英基板21的另一方的主面26上，形成与在第1实施方式的S1中使用的金属掩模同样的金属掩模30。
在图6(e)中，进行干法蚀刻。该蚀刻进行到主面27的附近。此时，使主面27接触冷却薄板等来防止石英基板21的温度上升。此外，保留蚀刻加工部25的一部分地进行蚀刻。
在该S5的工序中，可以得到从主面26和另一方的主面27一侧被蚀刻的石英基板22。
在图6(f)中，去除金属掩模30。
在图6(g)中，进行湿法蚀刻来去除石英基板22的蚀刻加工部25的一部分。
根据这种实施方式，除了第1实施方式的效果之外，具有以下的效果。
(3)从主面26干法蚀刻石英基板21时，在主面27上仅形成槽4，因此，可以使与冷却薄板接触的接触面积充分，可以抑制温度上升引起的石英基板21的变形。
此外，本发明不限于上述实施方式，可实现本发明目的的范围内的变形、改良等包含在本发明中。
例如，也可以应用于AT切型振子和陀螺仪元件。
音叉型石英振动片10形成为在振动臂3的表背两面(也包含侧面)和槽4的内部激励电极和检测电极分别延伸到基部2，安装到封装内构成石英振子，并连接到外部电路进行使用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种压电振动片的制造方法，其利用由压电材料构成的基板来形成压电振动片，其特征在于，该压电振动片的制造方法包括以下工序：
掩模形成工序，在所述基板上形成干法蚀刻掩模；
干法蚀刻工序，在所述掩模形成工序后，通过干法蚀刻，保留所述基板的蚀刻加工部的一部分地进行蚀刻；
掩模去除工序，在所述干法蚀刻工序后，去除所述干法蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻工序，在所述掩模去除工序后，通过湿法蚀刻去除所述蚀刻加工部的一部分，从所述基板分离形成所述压电振动片。
2.根据权利要求1所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
对所述基板的两面分别进行所述掩模形成工序、所述干法蚀刻工序以及所述掩模去除工序后，进行所述湿法蚀刻工序。
3.根据权利要求1或2所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
所述湿法蚀刻工序是对形成有所述干法蚀刻掩模的基板的表面进行湿法蚀刻。
4.一种压电振动片的制造方法，其利用由压电材料构成的基板来形成压电振动片，其特征在于，该压电振动片的制造方法包括以下工序：
掩模形成工序，在所述基板上形成干法蚀刻掩模；
干法蚀刻工序，在所述掩模形成工序后，通过干法蚀刻，保留所述基板的蚀刻加工部的一部分地进行蚀刻；
掩模去除工序，在所述干法蚀刻工序后，去除所述干法蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻工序，在所述掩模去除工序后，通过湿法蚀刻对形成有所述干法蚀刻掩模的基板的表面进行湿法蚀刻。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
所述压电振动片是音叉型石英振动片。

Claims (4)

1.一种压电振动片的制造方法，其利用由压电材料构成的基板来形成压电振动片，其特征在于，该压电振动片的制造方法包括以下工序：
掩模形成工序，在所述基板上形成干法蚀刻掩模；
干法蚀刻工序，在所述掩模形成工序后，通过干法蚀刻，保留所述基板的蚀刻加工部的一部分地进行蚀刻；
掩模去除工序，在所述干法蚀刻工序后，去除所述干法蚀刻掩模；以及
湿法蚀刻工序，在所述掩模去除工序后，通过湿法蚀刻去除所述蚀刻加工部的一部分，从所述基板分离形成所述压电振动片。
2.根据权利要求1所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
对所述基板的两面分别进行所述掩模形成工序、所述干法蚀刻工序以及所述掩模去除工序后，进行所述湿法蚀刻工序。
3.根据权利要求1或2所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
所述湿法蚀刻工序是对形成有所述干法蚀刻掩模的基板的表面进行湿法蚀刻。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的压电振动片的制造方法，其特征在于，
所述压电振动片是音叉型石英振动片。
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