基板の加工方法、部品の製造方法、圧力センサ用ダイヤフラム板及び圧力センサの製造方法、並びに圧力センサ
【課題】水晶等の透明な圧電材料、ガラス材料、その他の透光性を有する基板等の材料に凹所を加工するための方法と、その加工方法を利用したセンサ、振動子等の圧電デバイス、その他の電子デバイスを構成する様々な部品を製造するための方法、及び圧力センサを提供する。
【解決手段】水晶基板３１の表面に耐蝕膜３２を形成しかつパターニングし、露出した水晶基板３１の表面及び残存する耐蝕膜３２の上にドライフィルム３４を成膜し、これを水晶基板３１の裏面から露光しかつ現像して耐蝕膜３２の上にドライフィルム３４のマスク３４ａをパターニングし、水晶基板３１を表面側からブラスト加工して凹所３５を加工し、更にウエットエッチングして所望の凹所３６を形成する。ウエットエッチング加工前の水晶基板３１の厚さをｔ0としたとき、ウエットエッチングの加工量ｔを０．１μｍ≦ｔ＜ｔ0に設定する。
【解決手段】水晶基板３１の表面に耐蝕膜３２を形成しかつパターニングし、露出した水晶基板３１の表面及び残存する耐蝕膜３２の上にドライフィルム３４を成膜し、これを水晶基板３１の裏面から露光しかつ現像して耐蝕膜３２の上にドライフィルム３４のマスク３４ａをパターニングし、水晶基板３１を表面側からブラスト加工して凹所３５を加工し、更にウエットエッチングして所望の凹所３６を形成する。ウエットエッチング加工前の水晶基板３１の厚さをｔ0としたとき、ウエットエッチングの加工量ｔを０．１μｍ≦ｔ＜ｔ0に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶等の透明な圧電材料、ガラス材料、その他の透光性を有する基板等の材料に凹所を加工するための方法に関し、その加工方法を利用してセンサ、振動子等の圧電デバイス、その他の電子デバイスを構成する様々な部品を製造するための方法、及び圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動片は応力が加わるとそれに応じて共振振動数が変化する特性を有するので、圧電振動片を感圧素子として用いた圧力センサが実用化されている。このような圧力センサとして、それぞれ凹部を有する１対の水晶ダイヤフラムを互いに結合し、一方の水晶ダイヤフラムの凹部底面に載置部を設けて双音叉振動子を固定した構造のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この圧力センサは、両水晶ダイヤフラムが凹所に設けた力伝達用柱部で互いに連結され、一方の水晶ダイヤフラムに加わる応力が他方の水晶ダイヤフラムに伝達されるので、応力の作用方向に対応して双音叉振動子が伸張又は圧縮される。従って、双音叉振動子の共振周波数の上昇又は下降によって、作用する圧力が正圧か負圧かを判別できる。
【０００３】
同様に双音叉型の圧電振動片を用いた圧力センサにおいて、ダイヤフラムの圧電振動片を固定した側とは反対側の面に突出部を設けて、部分的に厚肉化したダイヤフラムが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。ダイヤフラムの厚肉部は、圧電振動片の両端を固定する支持部の間に設けられ、高い圧力を受けたときに、薄肉のダイヤフラムが大きく変形して圧電振動片の振動部と接触し、圧電振動片の振動を妨げたり損傷する虞を解消している。
【０００４】
また、ダイヤフラム上に積層された第１の電極板と、該第１の電極板に対向配置された第２の電極板との間の静電容量の変化からダイヤフラムに作用した圧力変動を検出する静電容量型の圧力センサが知られている（例えば、特許文献３を参照）。この圧力センサのダイヤフラムは、シリコン単結晶板の両面に窪みを形成したものである。
【０００５】
これら圧力センサのダイヤフラムのように凹所を有する部品の加工には、一般にドライエッチングやウエットエッチング、サンドブラスト等の公知の方法が採用されている。例えば、水晶振動子や水晶フィルタのための水晶加工において、水晶片を研磨し、洗浄後にエッチング液で水晶片の厚さを調整して周波数調整する方法が広く行われている（例えば、特許文献４を参照）。
【０００６】
また、振動子用パッケージケースの製造において、水晶板をサンドブラスト加工した後にウエットエッチングして、サンドブラスト加工による応力の緩和や加工変質層を除去する方法が行われている（例えば、特許文献５，６を参照）。特許文献５記載の方法は、水晶板にサンドブラスト及びウエットエッチングの各工程で使用する第１及び第２のレジスト膜を予め重ねて形成し、１回の露光でパターニングすることにより、製造工程を簡略化し、両工程間のパターンずれを防ぎ、洗浄時間を短縮している。特許文献６記載の方法では、サンドブラスト及びウエットエッチングの両工程で使用するレジスト膜を共用することにより、同様に製造工程を大幅に簡略化し、両工程間のパターンずれを防いでいる。
【０００７】
更に、水晶素板の薄板振動部とその周囲を囲う厚板補強部とを一体にしたＡＴカット水晶振動片の製造において、水晶素板に凹面をブラスト加工して薄板振動部を形成した後、その裏面全面をウェットエッチング加工する方法が知られている（例えば、特許文献７を参照）。この方法では、水晶素板の振動部凹面がウェットエッチングにおける異方性の影響を受けないので、該凹面の側面角度を振動面に対して直角に形成することができ、それにより振動部の厚さを均一にして、良好な平面度及び平行度を得ている。
【０００８】
また、電子素子を搭載した回路基板を蓋体で覆う電子部品の製造において、ブラスト法を用いて蓋体に凹部を形成する方法が知られている（例えば、特許文献８を参照）。ブラスト法で形成した凹部は隅部が丸く加工されるが、特許文献８記載の方法では、ガラス基材に溝部をサンドブラスト又はウエットエッチングにより形成した後、該溝部で囲まれる領域をサンドブラスト又はウエットエッチングすることにより、凹部の隅部の曲率半径を小さくしている。
【０００９】
他方、一般に水晶部品に使用されている人工水晶は、その育成中に結晶の一部に線状の格子欠陥が生成されることがよく知られている。この線状格子欠陥は、水晶基板をウエットエッチングしたときに、エッチチャンネルと呼ばれるトンネル状の穴や貫通孔を形成するという問題がある。水晶ウエハから水晶振動片を形成する際にウエットエッチングによるエッチチャンネルを抑制し又は少なくするために、人工水晶をエッチング処理する以前に、水晶のα−β転移点温度未満の温度で加熱処理する方法が提案されている（例えば、特許文献９を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１３２９１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７９２２号公報
【特許文献３】特開２０００−３９３７３号公報
【特許文献４】特開平３−１８５９０５号公報
【特許文献５】特開平９−１０２７２０号公報
【特許文献６】特開平９−１０２７２１号公報
【特許文献７】特開２００５−２４４７３５号公報
【特許文献８】特開２００６−２９５２４６号公報
【特許文献９】特許第３７２２６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図６（Ａ）は、上記特許文献１に記載されるような従来の圧力センサの典型例を概略的に示している。この圧力センサ１は、感圧素子としての双音叉水晶振動片２と、水晶からなるベース側のダイヤフラム板３及びリッド側のダイヤフラム板４とを備える。ベース側のダイヤフラム板３は、内面側に凹所５を形成することにより薄肉のダイヤフラム部６を有する。凹所５の底面には１対の支持部７，７が離隔して突設され、その上に双音叉水晶振動片２の両側基端部２ａ，２ａが固定されている。リッド側のダイヤフラム板４も、同様に内面側に凹所を形成することにより薄肉のダイヤフラム部８を有する。両ダイヤフラム板３，４は、前記凹所を囲む厚肉の周辺部を互いに気密に接合して、その内部に双音叉水晶振動片２を真空封止している。前記両ダイヤフラム板の凹所には、ほぼ中央の対応する位置にそれぞれ支柱９，１０が形成されかつ互いに連結されて、一方の前記ダイヤフラム板の変形を他方の前記ダイヤフラム板に相互に伝達し得るようにしている。
【００１２】
従来技術によれば、前記ダイヤフラム板の凹所は、ドライエッチングを用いて加工することができる。この場合、ダイヤフラム板３の凹所５を高精度に加工し、図６（Ｂ）に示すように、凹所底面と肉厚周辺部の内側面、支持部７の側面、支柱９の側面との各隅部５ａ，７ａ，９ａを直角に加工することができる。ダイヤフラム板４の凹所底面と肉厚周辺部の内側面との隅部も、同様に直角に加工される。ところが、このように直角に加工したダイヤフラム板３の隅部は、一般に応力集中が起こり易いという問題がある。そのため、圧力センサ１に落下等の衝撃が加わると、前記隅部への応力集中によりダイヤフラム板３，４が割れたり破損して、圧力センサの真空度を損なう虞がある。
【００１３】
また、ダイヤフラム板３，４の凹所の隅部が直角に形成されると、圧力センサ１の内部を真空化する際に、空気溜まりとなる虞がある。そのために、圧力センサ１内部の真空化に通常よりも長時間を要し、又は十分に真空化することができず、生産性を低下させたり圧力センサの性能向上を図れない虞が生じる。
【００１４】
このようなダイヤフラム板の凹所底面の隅部への応力集中や空気溜まりの形成は、前記各隅部を傾斜面に形成することによって解消し又は少なくすることができる。この傾斜面を形成する方法として、例えばウエットエッチングで凹所を水晶基板に形成する方法がある。この方法では、水晶のエッチング異方性によって凹所の隅部に結晶面が現れて、傾斜面を形成する。しかしながら、水晶の結晶面は、その傾斜及び大きさが水晶の結晶方位によって異なるから、全ての隅部に同じ傾斜面が形成されることはない。その結果、圧力を受けたダイヤフラム板は対称に変形せず、圧力を正確に測定できなくなる虞がある。
【００１５】
更に周知のように、水晶のエッチチャンネルは、通常のエッチングの約２倍のエッチングレートで進行する。そのため、ウエットエッチングの加工量が多くなると、それだけエッチチャンネルを生じ易くなり、圧力センサ１内部に所望の真空度を実現したり維持すことが困難になる虞がある。
【００１６】
傾斜面を形成する別の方法として、従来技術に関連して上述したように、水晶板にサンドブラスト加工により凹所を形成すると、その隅部を丸く傾斜させることができる。この場合、特許文献５に記載されるように、サンドブラスト加工後にウエットエッチングを行ってサンドブラスト加工による加工痕や残留応力を除去することが好ましい。図７は、そのようなサンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を連続して行うことにより、水晶基板に凹所を形成する加工方法を例示している。
【００１７】
先ず、水晶基板１１の上にブラスト加工用保護材料としてドライフィルムを固定し、パターニングしてサンドブラスト用保護膜１２を形成する（図７（Ａ））。前記保護膜から露出する水晶基板１１の表面をサンドブラスト加工して、凹所１３を或る深さに形成する（図７（Ｂ））。次に、保護膜１２を除去した後（図７（Ｃ））、水晶基板１１の表面及び凹所１３の底面に、例えばＣｒ／Ａｕ膜をスパッタリングして耐蝕膜１４を形成する（図７（Ｄ））。水晶基板１１表面の耐蝕膜１４上にレジスト膜１５をパターニングし（図７（Ｅ））、凹所１３底面の耐蝕膜１４をウエットエッチングして除去する（図７（Ｆ））。これにより露出した凹所１３底面をウエットエッチングして、サンドブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去しかつ所望の深さに凹所１６を形成する（図７（Ｇ））。
【００１８】
しかしながら、この方法では、凹所１３底面がサンドブラスト加工によりひどく荒れているため、図７（Ｄ）の工程でスパッタリングしたＣｒ原子及びＡｕ原子が前記凹所底面の凹凸の中に入り込んでしまい、耐蝕膜１４を連続した緻密な薄膜として形成することが難しい。このようなＣｒ／Ａｕ膜をウエットエッチングしようとすると、エッチングレートが非常に小さくなる。そのため、図７（Ｆ）のエッチング工程に長時間を要することとなり、生産性が低下する。更に、ウエットエッチングの時間が長くなると、その間にレジスト膜１５の下側の耐蝕膜１４がサイドエッチングされ、そのマスクパターンを維持できなくなる虞がある。
【００１９】
図８は、サンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を連続して行う別の方法を示している。最初に水晶基板２１の表面に、例えばＣｒ／Ａｕ膜をスパッタリングして耐蝕膜２２を形成する。次に、耐蝕膜２２上にブラスト加工用保護材料としてドライフィルムを固定し、パターニングしてサンドブラスト用保護膜２３を形成する（図８（Ａ））。保護膜２３から露出する耐蝕膜２２をウエットエッチングで除去した後、露出した水晶基板２１の表面をサンドブラスト加工して凹所２４を形成する（図８（Ｂ））。保護膜２３を除去した後、凹所２４をウエットエッチングして、サンドブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去しかつ所望の深さに凹所２５を形成する（図８（Ｄ））。
【００２０】
しかしながら、一般にドライフィルムは、液体に対して剥離し易い性質を有する。そのため、この方法は、サンドブラスト用保護膜２３が、図８（Ａ）の工程で耐蝕膜２２のウエットエッチングする際にエッチング液で剥がれてしまい、耐蝕膜２２を正確にパターニングできなくなる虞がある。
【００２１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を用いて、透光性を有する水晶等の基板に凹所を形成する加工方法において、ドライフィルム等の感光性サンドブラスト用保護材料の性質を考慮して、凹所を所望の形状に高精度に加工できるようにすることにある。
【００２２】
更に本発明の目的は、前記基板として水晶基板に凹所を形成する場合に、サンドブラスト加工による加工痕や残留応力を確実に除去しつつ、エッチチャンネルの発生を防止することにある。
【００２３】
また、本発明の目的は、凹所を有する部品を製造するために、基板に凹所を所望の形状に高精度に加工し得る方法を提供することにある。
【００２４】
更に本発明の目的は、落下による衝撃等の外力に対して十分な強度を発揮し、かつ良好な真空度を維持し得る圧力センサ用ダイヤフラム及び圧力センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の基板の加工方法は、例えば水晶基板である透光性を有する基板の表面に耐蝕膜を形成しかつパターニングして基板表面を露出させる過程と、露出した基板の表面及びパターニングした耐蝕膜の上に、例えばドライフィルムである感光性保護材料を成膜する過程と、感光性保護材料を基板の裏面側から露光しかつ現像して耐蝕膜の上に保護膜をパターニングする過程と、基板を表面側からブラスト加工して基板に凹所を加工する過程と、凹所をウエットエッチングする過程とからなることを特徴とする。
【００２６】
図７に関連して上述した従来技術のようにブラスト加工による凹所の底面に耐蝕膜を形成しかつウエットエッチングで除去する工程を有しないので、基板表面にパターニングされた耐蝕膜がサイドエッチングされる虞はない。更に、ブラスト加工による凹所の底面と側壁との隅部は湾曲した傾斜面に形成され、ウエットエッチングされた凹所はブラスト加工された凹所を追従した形状に加工される。従って、基板に所望の形状の凹所を高精度に加工することができる。ここで、透光性を有する基板とは、透明な基板に限定されず、仮に半透明なものであっても、基板の裏面側から表面側の感光性保護材料を露光するのに十分な透光性を有するものであれば良い。
【００２７】
或る実施例では、前記基板が水晶基板である場合に、ウエットエッチング過程前の凹所における基板の厚さをｔ０ としたとき、ウエットエッチング過程のエッチング加工量ｔを０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定することにより、ブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去すると同時に、エッチチャンネルを防止することができる。
【００２８】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の方法を用いて透光性を有する基板に凹所を形成する過程を含む、凹所を有する部品を製造するための方法が提供される。これにより、所望の形状に高精度に加工された凹所を有する部品が得られる。
【００２９】
また本発明の別の側面によれば、圧力センサの感圧素子としての圧電振動片を収容するための凹所と該圧電振動片を支持するために凹所の底面に設けた支持部とを有するダイヤフラム板を製造するために、上述した本発明の方法を用いて透光性を有する基板に凹所及び支持部を加工する過程を含む圧力センサ用ダイヤフラム板の製造方法が提供される。これにより、ブラスト加工による加工痕や残留応力が完全に除去され、所望の形状に高精度に加工された凹所を有し、衝撃に対する十分な強度を有する圧力センサ用ダイヤフラム板が実現される。特に前記基板が水晶基板や結晶中に線状欠陥を有する他の材料の場合には、エッチチャンネルによる貫通孔の無いダイヤフラム板が得られる。
【００３０】
更に本発明によれば、上述した本発明の方法を用いてダイヤフラム板を加工する過程を含み、感圧素子としての圧電振動片と、該圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に圧電振動片を搭載するべくダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを有する圧力センサを製造する方法が提供される。これにより、落下による衝撃等の外力に対して十分な強度を発揮しかつ良好な真空度を有する圧力センサを実現することができる。特に前記基板が水晶基板や結晶中に線状欠陥を有する他の材料の場合には、圧力センサを良好な真空度に維持することができる。
【００３１】
更に本発明の別の側面によれば、振動部及び該振動部の両端に設けられた一対の基部を有する感圧素子としての圧電振動片と、薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所及び該凹所の底面に設けた一対の支持部を有し、該支持部に圧電振動片両端の各基部をそれぞれ固定して圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に圧電振動片を搭載するべくダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを備え、ダイヤフラム板が上述した本発明の圧力センサの製造方法を用いて形成されることにより、凹所の底面と該凹所の側壁部分及び支持部との隅部が、傾斜角度４０〜５０°の湾曲した傾斜面からなる圧力センサが提供される。この圧力センサは、落下による衝撃等の外力に対する十分な強度及び良好な真空度を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）〜（Ｈ）図は本発明の方法を適用して水晶基板を加工する方法を工程順に示す断面図。
【図２】図１（Ｆ）の工程で加工された凹所の隅部を示す部分拡大断面図。
【図３】図１（Ｈ）の工程で加工された凹所の底部を示す部分拡大断面図。
【図４】（Ａ）図は本発明の加工方法を適用した圧力センサの断面図、（Ｂ）図はそのベース側ダイヤフラム板の部分拡大断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｇ）図は図４のベース側ダイヤフラム板の加工を工程順に示す断面図。
【図６】（Ａ）図は従来例の圧力センサの断面図、（Ｂ）図はそのベース側ダイヤフラム板の部分拡大断面図。
【図７】（Ａ）〜（Ｇ）図は従来の水晶基板の加工方法を工程順に示す断面図。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）図は別の従来の水晶基板の加工方法を工程順に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１は、透光性を有する基板として水晶基板に凹所を形成するための加工方法を工程順に示している。先ず、水晶基板３１の表面にＣｒ膜とＡｕ膜との２層構造からなる耐蝕膜３２を形成する（図１（Ａ））。前記Ｃｒ膜及びＡｕ膜は、スパッタリング等の公知方法により成膜することができる。前記耐蝕膜は、水晶のエッチング液に対して十分な耐蝕性を有する、Ｃｒ及びＡｕ以外の金属材料で形成することができる。耐蝕膜３２の上にフォトレジスト層を例えばスピンコートにより全面に形成し、目的の凹所の平面形状に対応するパターンのレジスト膜３３を形成する（図１（Ｂ））。レジスト膜３３から露出する耐蝕膜３２をウエットエッチングにより除去して、水晶基板の表面を露出させる（図１（Ｃ））。これにより、目的の凹所の平面形状に対応するパターンを耐蝕膜３２に転写して、エッチングマスク３２ａを形成する。
【００３４】
次に、耐蝕膜３２を含む水晶基板３１の表面全面に、ブラスト加工用の感光性保護材料としてドライフィルム３４を固定し、該水晶基板の裏面側からエッチングマスク３２ａを利用してドライフィルム３４を露光する（図１（Ｄ））。露光した前記ドライフィルムを現像し、耐蝕膜３２の上にブラスト加工用保護膜３４ａを形成する（図１（Ｅ））。保護膜３４ａから露出する水晶基板３１の表面をサンドブラスト加工して、一次的に凹所３５を、目的の凹所より少し浅い深さに形成する（図１（Ｆ））。凹所３５の底面と側壁との隅部は、図２に示すように、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面３５ａが形成される。尚、ブラスト加工用の感光性保護材料としては、ドライフィルム以外の様々な公知の材料を用いることができる。
【００３５】
次に、保護膜３４ａを除去した後（図１（Ｇ））、凹所３５をウエットエッチングして、目的の深さを有する凹所３６を形成する（図１（Ｈ））。本実施例は、図７に関連して上述した従来技術の加工方法のように凹所１３底面の耐蝕膜をウエットエッチングで除去する工程を有しないので、エッチングマスク３２ａがサイドエッチングされる虞がない。更に、凹所３６の底面と側壁との隅部は、凹所３５の形状を追従して、同様に傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面３６ａに形成される。従って、水晶基板３１に所望の形状及び寸法の凹所３６を高精度に加工することができる。
【００３６】
凹所３５のウエットエッチングの加工量を少なくとも０．１μｍとすることによって、前記サンドブラスト加工による凹所３５底面の加工痕や残留応力を完全に除去できることを、本願発明者らは確認した。更に、エッチチャンネルのエッチングレートは通常の水晶のエッチングレートの２倍である。従って、図３に示すように、凹所３５をウエットエッチングする際のエッチング量ｔは、エッチング前の凹所３５における水晶基板３１の厚さをｔ０ としたとき、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定することが好ましい。また、凹所３５のウエットエッチングには、水晶のエッチング液として一般に使用されている弗酸、弗化アンモニウム等を用いることができる。
【００３７】
図４（Ａ）は、上述した本発明の加工方法を用いて製造される圧力センサの構成を概略的に示している。この圧力センサ４１は、感圧素子としての双音叉水晶振動片４２と、水晶からなるベース側のダイヤフラム板４３及びリッド側のダイヤフラム板４４とを備える。ベース側のダイヤフラム板４３は、内面側に凹所４５を形成することにより薄肉のダイヤフラム部４６を有する。凹所４５の底面には１対の支持部４７，４７が離隔して突設され、その上に双音叉水晶振動片４２の両側基端部４２ａ，４２ａが導電性接着剤等で固定されている。リッド側のダイヤフラム板４４も、同様に内面側に凹所４８を形成することにより薄肉のダイヤフラム部４９を有する。前記両ダイヤフラム板は、凹所４５，４８のほぼ中央の対応する位置に突設された圧力伝達用の支柱５０，５１を有する。
【００３８】
両ダイヤフラム板４３，４４は、前記各凹所を囲む厚肉の周辺部を互いに気密に接合して、その内部に双音叉水晶振動片４２を真空封止している。このとき、前記両ダイヤフラム板の支柱５０，５１は互いに連結されて、一方の前記ダイヤフラム板の変形を他方の前記ダイヤフラム板に相互に伝達し得るようにしている。
【００３９】
図４（Ｂ）に示すように、ベース側のダイヤフラム板４３は、凹所４５の底面と前記肉厚周辺部の内側面、支持部４７の側面、支柱５０の側面との各隅部４５ａ，４７ａ，５０ａが、それぞれ湾曲した傾斜面に形成されている。図示しないが、リッド側のダイヤフラム板４４も、凹所４８の底面と前記肉厚周辺部の内側面との隅部が同様の湾曲した傾斜面で形成されている。
【００４０】
これによって、両ダイヤフラム板４３，４４の前記各隅部は、応力集中の発生が抑制されるので、落下等の衝撃による前記ダイヤフラム板の割れや破損を防止でき、圧力センサ４１の強度を改善することができる。更に、圧力センサ４１内部の真空化は、両ダイヤフラム板４３，４４の前記各隅部が空気溜まりとならないので、長時間を要せず、首尾良く行うことができる。従って、圧力センサ４１は、生産性を低下させることなく十分に真空化することができ、その性能向上を図ることができる。
【００４１】
両ダイヤフラム板４３，４４は、図１の本発明の方法を適用して、凹所４５，４８を加工することができる。図５（Ａ）〜（Ｇ）は、ベース側のダイヤフラム板４３に凹所４５を形成する工程を順に示している。ダイヤフラム板４３は前記肉厚周辺部と支持部４７との高さが異なるので、本実施例では、図５（Ａ）に示すように、水晶基板６１の表面に支持部４７の高さに対応する深さの凹所６２が予め形成されているものとする。
【００４２】
先ず、凹所６２を含む水晶基板６１の表面に、Ｃｒ膜とＡｕ膜との２層構造からなる耐蝕膜６３を形成する（図５（Ａ））。前記Ｃｒ膜及びＡｕ膜は、スパッタリング等の公知方法により成膜される。前記耐蝕膜は、水晶のエッチング液に対して十分な耐蝕性を有する、Ｃｒ及びＡｕ以外の金属材料で形成することができる。耐蝕膜６３の上にフォトレジスト層を例えばスピンコートにより全面に形成し、目的の凹所及び支持部４７の形状に対応するパターンのレジスト膜６４を形成する（図５（Ｂ））。レジスト膜６４から露出する耐蝕膜６３をウエットエッチングにより除去して、水晶基板６１の表面を露出させる。これにより、目的の凹所及び支持部４７の形状に対応するエッチングマスク６３ａが形成される（図５（Ｃ））。残存するレジスト膜６４は除去する。
【００４３】
次に、エッチングマスク６３ａを含む水晶基板６１の表面全面に、ブラスト加工用の感光性保護材料としてドライフィルム６５を固定し、該ドライフィルムを水晶基板６１の裏面側からエッチングマスク６３ａを利用して露光する（図５（Ｄ））。露光した前記ドライフィルムを現像して、エッチングマスク６３ａ上にブラスト加工用保護膜６５ａを形成する（図５（Ｅ））。保護膜６５ａから露出する水晶基板６１の表面をサンドブラスト加工して、一次的に凹所６６を所定の深さに形成する（図５（Ｆ））。このとき、凹所６６の底面とその肉厚周辺部及び支持部４７に対応する突出部の側壁との隅部は、図２の場合と同様に、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面に形成される。
【００４４】
次に、保護膜６５ａを除去した後、凹所６６をウエットエッチングして、目的の凹所４５を形成する（図５（Ｇ））。凹所６６底面に耐蝕膜を形成しかつウエットエッチングする工程を有しないので、エッチングマスク６３ａがサイドエッチングされる虞はない。更に、凹所４５の底面と肉厚周辺部及び支持部４７に対応する突出部の側壁との隅部は、凹所６６の形状を追従して、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面に形成される。従って、水晶基板６１に所望の凹所４５を高精度に加工することができる。
【００４５】
凹所６６のウエットエッチング加工量ｔは、エッチング前の凹所６６における水晶基板６１の厚さをｔ０ として、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定する。これによって、水晶基板６１の凹所４５にエッチチャンネルによる貫通孔を生じることなく、前記サンドブラスト加工による凹所６６底面の加工痕や残留応力は完全に除去される。
【００４６】
リッド側のダイヤフラム板４４も、同様の工程に従って凹所４８が加工される。このようにして、圧力センサ４１の両ダイヤフラム板４３，４４に所望の形状及び寸法を有する凹所４５，４８を高精度に加工することができる。本実施例に従って加工したダイヤフラム板を用いた圧力センサを高さ５０ｃｍから床に落下させる落下試験を行ったところ、破損率は０％であった。このように本発明によれば、衝撃に対する十分な強度を有し、かつ良好な真空度を確保維持し得る圧力センサを実現することができる。
【００４７】
本発明は、図４の実施例と異なる構造の圧力センサについても、同様に適用することができる。例えば、双音叉水晶振動片を支持するダイヤフラム板にダイヤフラム部を有しない基台等の部材を直接又は中間部材を介して結合して、その内部に水晶振動片を封止するような構造の圧力センサがある。また、内部を真空に封止しない構造の圧力センサも含まれる。
【００４８】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、水晶基板だけでなく、シリコン材料やガラス材料等の透明な基板について広く適用することができ、所望の凹所を高精度に加工することができる。また、透光性を有する基板は、透明な基板に限定されるものでなく、基板の裏面側から表面側の感光性保護材料を露光するのに十分な透光性を有するものであれば、半透明なものを含む様々な基板材料を使用できる。更に、水晶以外の圧電結晶材料についても、その結晶中に同様の線状欠陥を生じることが知られており、そのような圧電材料を用いて圧力センサ、その他の圧電デバイス及びその部品を製造する場合にも、本発明を適用することにより、エッチチャンネルの発生を防止することができる。また、本発明は、圧力センサのダイヤフラム板以外に、振動子、加速度センサ等の様々な水晶デバイスについてそれらを構成する部品の加工に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，４１…圧力センサ、２，４２…双音叉水晶振動片、２ａ，４２ａ…基端部、３，４，４３，４４…ダイヤフラム板、５，１３，１６，２４，２５，３５，３６，４５，４８，６２，６６…凹所、５ａ，７ａ，９ａ，４５ａ，４７ａ，５０ａ…隅部、６，８，４６，４９…ダイヤフラム部、７，４７…支持部、９，１０，５０，５１…支柱、１１，２１，３１，６１…水晶基板、１２，２３，３４ａ，６５ａ…保護膜、１４，２２，３２，６３…耐蝕膜、１５，３３，６４…レジスト膜、３２ａ，６３ａ…エッチングマスク、３４，６５…ドライフィルム、３５ａ，３６ａ…傾斜面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶等の透明な圧電材料、ガラス材料、その他の透光性を有する基板等の材料に凹所を加工するための方法に関し、その加工方法を利用してセンサ、振動子等の圧電デバイス、その他の電子デバイスを構成する様々な部品を製造するための方法、及び圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動片は応力が加わるとそれに応じて共振振動数が変化する特性を有するので、圧電振動片を感圧素子として用いた圧力センサが実用化されている。このような圧力センサとして、それぞれ凹部を有する１対の水晶ダイヤフラムを互いに結合し、一方の水晶ダイヤフラムの凹部底面に載置部を設けて双音叉振動子を固定した構造のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この圧力センサは、両水晶ダイヤフラムが凹所に設けた力伝達用柱部で互いに連結され、一方の水晶ダイヤフラムに加わる応力が他方の水晶ダイヤフラムに伝達されるので、応力の作用方向に対応して双音叉振動子が伸張又は圧縮される。従って、双音叉振動子の共振周波数の上昇又は下降によって、作用する圧力が正圧か負圧かを判別できる。
【０００３】
同様に双音叉型の圧電振動片を用いた圧力センサにおいて、ダイヤフラムの圧電振動片を固定した側とは反対側の面に突出部を設けて、部分的に厚肉化したダイヤフラムが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。ダイヤフラムの厚肉部は、圧電振動片の両端を固定する支持部の間に設けられ、高い圧力を受けたときに、薄肉のダイヤフラムが大きく変形して圧電振動片の振動部と接触し、圧電振動片の振動を妨げたり損傷する虞を解消している。
【０００４】
また、ダイヤフラム上に積層された第１の電極板と、該第１の電極板に対向配置された第２の電極板との間の静電容量の変化からダイヤフラムに作用した圧力変動を検出する静電容量型の圧力センサが知られている（例えば、特許文献３を参照）。この圧力センサのダイヤフラムは、シリコン単結晶板の両面に窪みを形成したものである。
【０００５】
これら圧力センサのダイヤフラムのように凹所を有する部品の加工には、一般にドライエッチングやウエットエッチング、サンドブラスト等の公知の方法が採用されている。例えば、水晶振動子や水晶フィルタのための水晶加工において、水晶片を研磨し、洗浄後にエッチング液で水晶片の厚さを調整して周波数調整する方法が広く行われている（例えば、特許文献４を参照）。
【０００６】
また、振動子用パッケージケースの製造において、水晶板をサンドブラスト加工した後にウエットエッチングして、サンドブラスト加工による応力の緩和や加工変質層を除去する方法が行われている（例えば、特許文献５，６を参照）。特許文献５記載の方法は、水晶板にサンドブラスト及びウエットエッチングの各工程で使用する第１及び第２のレジスト膜を予め重ねて形成し、１回の露光でパターニングすることにより、製造工程を簡略化し、両工程間のパターンずれを防ぎ、洗浄時間を短縮している。特許文献６記載の方法では、サンドブラスト及びウエットエッチングの両工程で使用するレジスト膜を共用することにより、同様に製造工程を大幅に簡略化し、両工程間のパターンずれを防いでいる。
【０００７】
更に、水晶素板の薄板振動部とその周囲を囲う厚板補強部とを一体にしたＡＴカット水晶振動片の製造において、水晶素板に凹面をブラスト加工して薄板振動部を形成した後、その裏面全面をウェットエッチング加工する方法が知られている（例えば、特許文献７を参照）。この方法では、水晶素板の振動部凹面がウェットエッチングにおける異方性の影響を受けないので、該凹面の側面角度を振動面に対して直角に形成することができ、それにより振動部の厚さを均一にして、良好な平面度及び平行度を得ている。
【０００８】
また、電子素子を搭載した回路基板を蓋体で覆う電子部品の製造において、ブラスト法を用いて蓋体に凹部を形成する方法が知られている（例えば、特許文献８を参照）。ブラスト法で形成した凹部は隅部が丸く加工されるが、特許文献８記載の方法では、ガラス基材に溝部をサンドブラスト又はウエットエッチングにより形成した後、該溝部で囲まれる領域をサンドブラスト又はウエットエッチングすることにより、凹部の隅部の曲率半径を小さくしている。
【０００９】
他方、一般に水晶部品に使用されている人工水晶は、その育成中に結晶の一部に線状の格子欠陥が生成されることがよく知られている。この線状格子欠陥は、水晶基板をウエットエッチングしたときに、エッチチャンネルと呼ばれるトンネル状の穴や貫通孔を形成するという問題がある。水晶ウエハから水晶振動片を形成する際にウエットエッチングによるエッチチャンネルを抑制し又は少なくするために、人工水晶をエッチング処理する以前に、水晶のα−β転移点温度未満の温度で加熱処理する方法が提案されている（例えば、特許文献９を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１３２９１３号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７９２２号公報
【特許文献３】特開２０００−３９３７３号公報
【特許文献４】特開平３−１８５９０５号公報
【特許文献５】特開平９−１０２７２０号公報
【特許文献６】特開平９−１０２７２１号公報
【特許文献７】特開２００５−２４４７３５号公報
【特許文献８】特開２００６−２９５２４６号公報
【特許文献９】特許第３７２２６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図６（Ａ）は、上記特許文献１に記載されるような従来の圧力センサの典型例を概略的に示している。この圧力センサ１は、感圧素子としての双音叉水晶振動片２と、水晶からなるベース側のダイヤフラム板３及びリッド側のダイヤフラム板４とを備える。ベース側のダイヤフラム板３は、内面側に凹所５を形成することにより薄肉のダイヤフラム部６を有する。凹所５の底面には１対の支持部７，７が離隔して突設され、その上に双音叉水晶振動片２の両側基端部２ａ，２ａが固定されている。リッド側のダイヤフラム板４も、同様に内面側に凹所を形成することにより薄肉のダイヤフラム部８を有する。両ダイヤフラム板３，４は、前記凹所を囲む厚肉の周辺部を互いに気密に接合して、その内部に双音叉水晶振動片２を真空封止している。前記両ダイヤフラム板の凹所には、ほぼ中央の対応する位置にそれぞれ支柱９，１０が形成されかつ互いに連結されて、一方の前記ダイヤフラム板の変形を他方の前記ダイヤフラム板に相互に伝達し得るようにしている。
【００１２】
従来技術によれば、前記ダイヤフラム板の凹所は、ドライエッチングを用いて加工することができる。この場合、ダイヤフラム板３の凹所５を高精度に加工し、図６（Ｂ）に示すように、凹所底面と肉厚周辺部の内側面、支持部７の側面、支柱９の側面との各隅部５ａ，７ａ，９ａを直角に加工することができる。ダイヤフラム板４の凹所底面と肉厚周辺部の内側面との隅部も、同様に直角に加工される。ところが、このように直角に加工したダイヤフラム板３の隅部は、一般に応力集中が起こり易いという問題がある。そのため、圧力センサ１に落下等の衝撃が加わると、前記隅部への応力集中によりダイヤフラム板３，４が割れたり破損して、圧力センサの真空度を損なう虞がある。
【００１３】
また、ダイヤフラム板３，４の凹所の隅部が直角に形成されると、圧力センサ１の内部を真空化する際に、空気溜まりとなる虞がある。そのために、圧力センサ１内部の真空化に通常よりも長時間を要し、又は十分に真空化することができず、生産性を低下させたり圧力センサの性能向上を図れない虞が生じる。
【００１４】
このようなダイヤフラム板の凹所底面の隅部への応力集中や空気溜まりの形成は、前記各隅部を傾斜面に形成することによって解消し又は少なくすることができる。この傾斜面を形成する方法として、例えばウエットエッチングで凹所を水晶基板に形成する方法がある。この方法では、水晶のエッチング異方性によって凹所の隅部に結晶面が現れて、傾斜面を形成する。しかしながら、水晶の結晶面は、その傾斜及び大きさが水晶の結晶方位によって異なるから、全ての隅部に同じ傾斜面が形成されることはない。その結果、圧力を受けたダイヤフラム板は対称に変形せず、圧力を正確に測定できなくなる虞がある。
【００１５】
更に周知のように、水晶のエッチチャンネルは、通常のエッチングの約２倍のエッチングレートで進行する。そのため、ウエットエッチングの加工量が多くなると、それだけエッチチャンネルを生じ易くなり、圧力センサ１内部に所望の真空度を実現したり維持すことが困難になる虞がある。
【００１６】
傾斜面を形成する別の方法として、従来技術に関連して上述したように、水晶板にサンドブラスト加工により凹所を形成すると、その隅部を丸く傾斜させることができる。この場合、特許文献５に記載されるように、サンドブラスト加工後にウエットエッチングを行ってサンドブラスト加工による加工痕や残留応力を除去することが好ましい。図７は、そのようなサンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を連続して行うことにより、水晶基板に凹所を形成する加工方法を例示している。
【００１７】
先ず、水晶基板１１の上にブラスト加工用保護材料としてドライフィルムを固定し、パターニングしてサンドブラスト用保護膜１２を形成する（図７（Ａ））。前記保護膜から露出する水晶基板１１の表面をサンドブラスト加工して、凹所１３を或る深さに形成する（図７（Ｂ））。次に、保護膜１２を除去した後（図７（Ｃ））、水晶基板１１の表面及び凹所１３の底面に、例えばＣｒ／Ａｕ膜をスパッタリングして耐蝕膜１４を形成する（図７（Ｄ））。水晶基板１１表面の耐蝕膜１４上にレジスト膜１５をパターニングし（図７（Ｅ））、凹所１３底面の耐蝕膜１４をウエットエッチングして除去する（図７（Ｆ））。これにより露出した凹所１３底面をウエットエッチングして、サンドブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去しかつ所望の深さに凹所１６を形成する（図７（Ｇ））。
【００１８】
しかしながら、この方法では、凹所１３底面がサンドブラスト加工によりひどく荒れているため、図７（Ｄ）の工程でスパッタリングしたＣｒ原子及びＡｕ原子が前記凹所底面の凹凸の中に入り込んでしまい、耐蝕膜１４を連続した緻密な薄膜として形成することが難しい。このようなＣｒ／Ａｕ膜をウエットエッチングしようとすると、エッチングレートが非常に小さくなる。そのため、図７（Ｆ）のエッチング工程に長時間を要することとなり、生産性が低下する。更に、ウエットエッチングの時間が長くなると、その間にレジスト膜１５の下側の耐蝕膜１４がサイドエッチングされ、そのマスクパターンを維持できなくなる虞がある。
【００１９】
図８は、サンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を連続して行う別の方法を示している。最初に水晶基板２１の表面に、例えばＣｒ／Ａｕ膜をスパッタリングして耐蝕膜２２を形成する。次に、耐蝕膜２２上にブラスト加工用保護材料としてドライフィルムを固定し、パターニングしてサンドブラスト用保護膜２３を形成する（図８（Ａ））。保護膜２３から露出する耐蝕膜２２をウエットエッチングで除去した後、露出した水晶基板２１の表面をサンドブラスト加工して凹所２４を形成する（図８（Ｂ））。保護膜２３を除去した後、凹所２４をウエットエッチングして、サンドブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去しかつ所望の深さに凹所２５を形成する（図８（Ｄ））。
【００２０】
しかしながら、一般にドライフィルムは、液体に対して剥離し易い性質を有する。そのため、この方法は、サンドブラスト用保護膜２３が、図８（Ａ）の工程で耐蝕膜２２のウエットエッチングする際にエッチング液で剥がれてしまい、耐蝕膜２２を正確にパターニングできなくなる虞がある。
【００２１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サンドブラスト加工とウエットエッチングの両工程を用いて、透光性を有する水晶等の基板に凹所を形成する加工方法において、ドライフィルム等の感光性サンドブラスト用保護材料の性質を考慮して、凹所を所望の形状に高精度に加工できるようにすることにある。
【００２２】
更に本発明の目的は、前記基板として水晶基板に凹所を形成する場合に、サンドブラスト加工による加工痕や残留応力を確実に除去しつつ、エッチチャンネルの発生を防止することにある。
【００２３】
また、本発明の目的は、凹所を有する部品を製造するために、基板に凹所を所望の形状に高精度に加工し得る方法を提供することにある。
【００２４】
更に本発明の目的は、落下による衝撃等の外力に対して十分な強度を発揮し、かつ良好な真空度を維持し得る圧力センサ用ダイヤフラム及び圧力センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の基板の加工方法は、例えば水晶基板である透光性を有する基板の表面に耐蝕膜を形成しかつパターニングして基板表面を露出させる過程と、露出した基板の表面及びパターニングした耐蝕膜の上に、例えばドライフィルムである感光性保護材料を成膜する過程と、感光性保護材料を基板の裏面側から露光しかつ現像して耐蝕膜の上に保護膜をパターニングする過程と、基板を表面側からブラスト加工して基板に凹所を加工する過程と、凹所をウエットエッチングする過程とからなることを特徴とする。
【００２６】
図７に関連して上述した従来技術のようにブラスト加工による凹所の底面に耐蝕膜を形成しかつウエットエッチングで除去する工程を有しないので、基板表面にパターニングされた耐蝕膜がサイドエッチングされる虞はない。更に、ブラスト加工による凹所の底面と側壁との隅部は湾曲した傾斜面に形成され、ウエットエッチングされた凹所はブラスト加工された凹所を追従した形状に加工される。従って、基板に所望の形状の凹所を高精度に加工することができる。ここで、透光性を有する基板とは、透明な基板に限定されず、仮に半透明なものであっても、基板の裏面側から表面側の感光性保護材料を露光するのに十分な透光性を有するものであれば良い。
【００２７】
或る実施例では、前記基板が水晶基板である場合に、ウエットエッチング過程前の凹所における基板の厚さをｔ０ としたとき、ウエットエッチング過程のエッチング加工量ｔを０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定することにより、ブラスト加工による加工痕及び残留応力を除去すると同時に、エッチチャンネルを防止することができる。
【００２８】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の方法を用いて透光性を有する基板に凹所を形成する過程を含む、凹所を有する部品を製造するための方法が提供される。これにより、所望の形状に高精度に加工された凹所を有する部品が得られる。
【００２９】
また本発明の別の側面によれば、圧力センサの感圧素子としての圧電振動片を収容するための凹所と該圧電振動片を支持するために凹所の底面に設けた支持部とを有するダイヤフラム板を製造するために、上述した本発明の方法を用いて透光性を有する基板に凹所及び支持部を加工する過程を含む圧力センサ用ダイヤフラム板の製造方法が提供される。これにより、ブラスト加工による加工痕や残留応力が完全に除去され、所望の形状に高精度に加工された凹所を有し、衝撃に対する十分な強度を有する圧力センサ用ダイヤフラム板が実現される。特に前記基板が水晶基板や結晶中に線状欠陥を有する他の材料の場合には、エッチチャンネルによる貫通孔の無いダイヤフラム板が得られる。
【００３０】
更に本発明によれば、上述した本発明の方法を用いてダイヤフラム板を加工する過程を含み、感圧素子としての圧電振動片と、該圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に圧電振動片を搭載するべくダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを有する圧力センサを製造する方法が提供される。これにより、落下による衝撃等の外力に対して十分な強度を発揮しかつ良好な真空度を有する圧力センサを実現することができる。特に前記基板が水晶基板や結晶中に線状欠陥を有する他の材料の場合には、圧力センサを良好な真空度に維持することができる。
【００３１】
更に本発明の別の側面によれば、振動部及び該振動部の両端に設けられた一対の基部を有する感圧素子としての圧電振動片と、薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所及び該凹所の底面に設けた一対の支持部を有し、該支持部に圧電振動片両端の各基部をそれぞれ固定して圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に圧電振動片を搭載するべくダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを備え、ダイヤフラム板が上述した本発明の圧力センサの製造方法を用いて形成されることにより、凹所の底面と該凹所の側壁部分及び支持部との隅部が、傾斜角度４０〜５０°の湾曲した傾斜面からなる圧力センサが提供される。この圧力センサは、落下による衝撃等の外力に対する十分な強度及び良好な真空度を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）〜（Ｈ）図は本発明の方法を適用して水晶基板を加工する方法を工程順に示す断面図。
【図２】図１（Ｆ）の工程で加工された凹所の隅部を示す部分拡大断面図。
【図３】図１（Ｈ）の工程で加工された凹所の底部を示す部分拡大断面図。
【図４】（Ａ）図は本発明の加工方法を適用した圧力センサの断面図、（Ｂ）図はそのベース側ダイヤフラム板の部分拡大断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｇ）図は図４のベース側ダイヤフラム板の加工を工程順に示す断面図。
【図６】（Ａ）図は従来例の圧力センサの断面図、（Ｂ）図はそのベース側ダイヤフラム板の部分拡大断面図。
【図７】（Ａ）〜（Ｇ）図は従来の水晶基板の加工方法を工程順に示す断面図。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）図は別の従来の水晶基板の加工方法を工程順に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１は、透光性を有する基板として水晶基板に凹所を形成するための加工方法を工程順に示している。先ず、水晶基板３１の表面にＣｒ膜とＡｕ膜との２層構造からなる耐蝕膜３２を形成する（図１（Ａ））。前記Ｃｒ膜及びＡｕ膜は、スパッタリング等の公知方法により成膜することができる。前記耐蝕膜は、水晶のエッチング液に対して十分な耐蝕性を有する、Ｃｒ及びＡｕ以外の金属材料で形成することができる。耐蝕膜３２の上にフォトレジスト層を例えばスピンコートにより全面に形成し、目的の凹所の平面形状に対応するパターンのレジスト膜３３を形成する（図１（Ｂ））。レジスト膜３３から露出する耐蝕膜３２をウエットエッチングにより除去して、水晶基板の表面を露出させる（図１（Ｃ））。これにより、目的の凹所の平面形状に対応するパターンを耐蝕膜３２に転写して、エッチングマスク３２ａを形成する。
【００３４】
次に、耐蝕膜３２を含む水晶基板３１の表面全面に、ブラスト加工用の感光性保護材料としてドライフィルム３４を固定し、該水晶基板の裏面側からエッチングマスク３２ａを利用してドライフィルム３４を露光する（図１（Ｄ））。露光した前記ドライフィルムを現像し、耐蝕膜３２の上にブラスト加工用保護膜３４ａを形成する（図１（Ｅ））。保護膜３４ａから露出する水晶基板３１の表面をサンドブラスト加工して、一次的に凹所３５を、目的の凹所より少し浅い深さに形成する（図１（Ｆ））。凹所３５の底面と側壁との隅部は、図２に示すように、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面３５ａが形成される。尚、ブラスト加工用の感光性保護材料としては、ドライフィルム以外の様々な公知の材料を用いることができる。
【００３５】
次に、保護膜３４ａを除去した後（図１（Ｇ））、凹所３５をウエットエッチングして、目的の深さを有する凹所３６を形成する（図１（Ｈ））。本実施例は、図７に関連して上述した従来技術の加工方法のように凹所１３底面の耐蝕膜をウエットエッチングで除去する工程を有しないので、エッチングマスク３２ａがサイドエッチングされる虞がない。更に、凹所３６の底面と側壁との隅部は、凹所３５の形状を追従して、同様に傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面３６ａに形成される。従って、水晶基板３１に所望の形状及び寸法の凹所３６を高精度に加工することができる。
【００３６】
凹所３５のウエットエッチングの加工量を少なくとも０．１μｍとすることによって、前記サンドブラスト加工による凹所３５底面の加工痕や残留応力を完全に除去できることを、本願発明者らは確認した。更に、エッチチャンネルのエッチングレートは通常の水晶のエッチングレートの２倍である。従って、図３に示すように、凹所３５をウエットエッチングする際のエッチング量ｔは、エッチング前の凹所３５における水晶基板３１の厚さをｔ０ としたとき、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定することが好ましい。また、凹所３５のウエットエッチングには、水晶のエッチング液として一般に使用されている弗酸、弗化アンモニウム等を用いることができる。
【００３７】
図４（Ａ）は、上述した本発明の加工方法を用いて製造される圧力センサの構成を概略的に示している。この圧力センサ４１は、感圧素子としての双音叉水晶振動片４２と、水晶からなるベース側のダイヤフラム板４３及びリッド側のダイヤフラム板４４とを備える。ベース側のダイヤフラム板４３は、内面側に凹所４５を形成することにより薄肉のダイヤフラム部４６を有する。凹所４５の底面には１対の支持部４７，４７が離隔して突設され、その上に双音叉水晶振動片４２の両側基端部４２ａ，４２ａが導電性接着剤等で固定されている。リッド側のダイヤフラム板４４も、同様に内面側に凹所４８を形成することにより薄肉のダイヤフラム部４９を有する。前記両ダイヤフラム板は、凹所４５，４８のほぼ中央の対応する位置に突設された圧力伝達用の支柱５０，５１を有する。
【００３８】
両ダイヤフラム板４３，４４は、前記各凹所を囲む厚肉の周辺部を互いに気密に接合して、その内部に双音叉水晶振動片４２を真空封止している。このとき、前記両ダイヤフラム板の支柱５０，５１は互いに連結されて、一方の前記ダイヤフラム板の変形を他方の前記ダイヤフラム板に相互に伝達し得るようにしている。
【００３９】
図４（Ｂ）に示すように、ベース側のダイヤフラム板４３は、凹所４５の底面と前記肉厚周辺部の内側面、支持部４７の側面、支柱５０の側面との各隅部４５ａ，４７ａ，５０ａが、それぞれ湾曲した傾斜面に形成されている。図示しないが、リッド側のダイヤフラム板４４も、凹所４８の底面と前記肉厚周辺部の内側面との隅部が同様の湾曲した傾斜面で形成されている。
【００４０】
これによって、両ダイヤフラム板４３，４４の前記各隅部は、応力集中の発生が抑制されるので、落下等の衝撃による前記ダイヤフラム板の割れや破損を防止でき、圧力センサ４１の強度を改善することができる。更に、圧力センサ４１内部の真空化は、両ダイヤフラム板４３，４４の前記各隅部が空気溜まりとならないので、長時間を要せず、首尾良く行うことができる。従って、圧力センサ４１は、生産性を低下させることなく十分に真空化することができ、その性能向上を図ることができる。
【００４１】
両ダイヤフラム板４３，４４は、図１の本発明の方法を適用して、凹所４５，４８を加工することができる。図５（Ａ）〜（Ｇ）は、ベース側のダイヤフラム板４３に凹所４５を形成する工程を順に示している。ダイヤフラム板４３は前記肉厚周辺部と支持部４７との高さが異なるので、本実施例では、図５（Ａ）に示すように、水晶基板６１の表面に支持部４７の高さに対応する深さの凹所６２が予め形成されているものとする。
【００４２】
先ず、凹所６２を含む水晶基板６１の表面に、Ｃｒ膜とＡｕ膜との２層構造からなる耐蝕膜６３を形成する（図５（Ａ））。前記Ｃｒ膜及びＡｕ膜は、スパッタリング等の公知方法により成膜される。前記耐蝕膜は、水晶のエッチング液に対して十分な耐蝕性を有する、Ｃｒ及びＡｕ以外の金属材料で形成することができる。耐蝕膜６３の上にフォトレジスト層を例えばスピンコートにより全面に形成し、目的の凹所及び支持部４７の形状に対応するパターンのレジスト膜６４を形成する（図５（Ｂ））。レジスト膜６４から露出する耐蝕膜６３をウエットエッチングにより除去して、水晶基板６１の表面を露出させる。これにより、目的の凹所及び支持部４７の形状に対応するエッチングマスク６３ａが形成される（図５（Ｃ））。残存するレジスト膜６４は除去する。
【００４３】
次に、エッチングマスク６３ａを含む水晶基板６１の表面全面に、ブラスト加工用の感光性保護材料としてドライフィルム６５を固定し、該ドライフィルムを水晶基板６１の裏面側からエッチングマスク６３ａを利用して露光する（図５（Ｄ））。露光した前記ドライフィルムを現像して、エッチングマスク６３ａ上にブラスト加工用保護膜６５ａを形成する（図５（Ｅ））。保護膜６５ａから露出する水晶基板６１の表面をサンドブラスト加工して、一次的に凹所６６を所定の深さに形成する（図５（Ｆ））。このとき、凹所６６の底面とその肉厚周辺部及び支持部４７に対応する突出部の側壁との隅部は、図２の場合と同様に、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面に形成される。
【００４４】
次に、保護膜６５ａを除去した後、凹所６６をウエットエッチングして、目的の凹所４５を形成する（図５（Ｇ））。凹所６６底面に耐蝕膜を形成しかつウエットエッチングする工程を有しないので、エッチングマスク６３ａがサイドエッチングされる虞はない。更に、凹所４５の底面と肉厚周辺部及び支持部４７に対応する突出部の側壁との隅部は、凹所６６の形状を追従して、傾斜角度約４０〜５０°の湾曲した傾斜面に形成される。従って、水晶基板６１に所望の凹所４５を高精度に加工することができる。
【００４５】
凹所６６のウエットエッチング加工量ｔは、エッチング前の凹所６６における水晶基板６１の厚さをｔ０ として、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ０ ／２に設定する。これによって、水晶基板６１の凹所４５にエッチチャンネルによる貫通孔を生じることなく、前記サンドブラスト加工による凹所６６底面の加工痕や残留応力は完全に除去される。
【００４６】
リッド側のダイヤフラム板４４も、同様の工程に従って凹所４８が加工される。このようにして、圧力センサ４１の両ダイヤフラム板４３，４４に所望の形状及び寸法を有する凹所４５，４８を高精度に加工することができる。本実施例に従って加工したダイヤフラム板を用いた圧力センサを高さ５０ｃｍから床に落下させる落下試験を行ったところ、破損率は０％であった。このように本発明によれば、衝撃に対する十分な強度を有し、かつ良好な真空度を確保維持し得る圧力センサを実現することができる。
【００４７】
本発明は、図４の実施例と異なる構造の圧力センサについても、同様に適用することができる。例えば、双音叉水晶振動片を支持するダイヤフラム板にダイヤフラム部を有しない基台等の部材を直接又は中間部材を介して結合して、その内部に水晶振動片を封止するような構造の圧力センサがある。また、内部を真空に封止しない構造の圧力センサも含まれる。
【００４８】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、水晶基板だけでなく、シリコン材料やガラス材料等の透明な基板について広く適用することができ、所望の凹所を高精度に加工することができる。また、透光性を有する基板は、透明な基板に限定されるものでなく、基板の裏面側から表面側の感光性保護材料を露光するのに十分な透光性を有するものであれば、半透明なものを含む様々な基板材料を使用できる。更に、水晶以外の圧電結晶材料についても、その結晶中に同様の線状欠陥を生じることが知られており、そのような圧電材料を用いて圧力センサ、その他の圧電デバイス及びその部品を製造する場合にも、本発明を適用することにより、エッチチャンネルの発生を防止することができる。また、本発明は、圧力センサのダイヤフラム板以外に、振動子、加速度センサ等の様々な水晶デバイスについてそれらを構成する部品の加工に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，４１…圧力センサ、２，４２…双音叉水晶振動片、２ａ，４２ａ…基端部、３，４，４３，４４…ダイヤフラム板、５，１３，１６，２４，２５，３５，３６，４５，４８，６２，６６…凹所、５ａ，７ａ，９ａ，４５ａ，４７ａ，５０ａ…隅部、６，８，４６，４９…ダイヤフラム部、７，４７…支持部、９，１０，５０，５１…支柱、１１，２１，３１，６１…水晶基板、１２，２３，３４ａ，６５ａ…保護膜、１４，２２，３２，６３…耐蝕膜、１５，３３，６４…レジスト膜、３２ａ，６３ａ…エッチングマスク、３４，６５…ドライフィルム、３５ａ，３６ａ…傾斜面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基板の表面に耐蝕膜を形成しかつパターニングして前記基板表面を露出させる過程と、露出した前記基板の表面及びパターニングした前記耐蝕膜の上に感光性保護材料を成膜する過程と、前記感光性保護材料を前記基板の裏面から露光しかつ現像して前記耐蝕膜の上に保護膜をパターニングする過程と、前記基板を表面側からブラスト加工して前記基板に凹所を加工する過程と、前記凹所をウエットエッチングする過程とからなることを特徴とする基板の加工方法。
【請求項２】
前記基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１記載の基板の加工方法。
【請求項３】
前記ウエットエッチングのエッチング加工量ｔが、前記凹所をウエットエッチングする過程の前の前記凹所における前記基板の厚さをｔ0 としたとき、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ0 ／２であることを特徴とする請求項２記載の基板の加工方法。
【請求項４】
前記感光性保護材料がドライフィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の基板の加工方法。
【請求項５】
凹所を有する部品を製造するために、請求項１乃至４のいずれか記載の方法を用いて透光性を有する基板に前記凹所を形成する過程を含むことを特徴とする部品の製造方法。
【請求項６】
薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所と圧力センサの感圧素子としての圧電振動片を支持するために前記凹所の底面に設けた支持部とを有するダイヤフラム板を製造するために、請求項１乃至４のいずれか記載の方法を用いて、透光性を有する基板に前記凹所及び前記支持部を加工する過程を含むことを特徴とする圧力センサ用ダイヤフラム板の製造方法。
【請求項７】
感圧素子としての圧電振動片と、前記圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に前記圧電振動片を搭載するべく前記ダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを有する圧力センサを製造するために、請求項６記載の方法を用いて前記ダイヤフラム板を加工する過程を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項８】
振動部及び前記振動部の両端に設けられた一対の基部を有する感圧素子としての圧電振動片と、薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所及び前記凹所の底面に設けた一対の支持部を有し、前記支持部に前記圧電振動片両端の前記各基部をそれぞれ固定して前記圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に前記圧電振動片を搭載するべく前記ダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを備え、
前記ダイヤフラム板が請求項６記載の方法を用いて形成されることにより、前記凹所の底面と該凹所の側壁部分及び前記支持部との隅部が、傾斜角度４０〜５０°の湾曲した傾斜面からなることを特徴とする圧力センサ。
【請求項１】
透光性を有する基板の表面に耐蝕膜を形成しかつパターニングして前記基板表面を露出させる過程と、露出した前記基板の表面及びパターニングした前記耐蝕膜の上に感光性保護材料を成膜する過程と、前記感光性保護材料を前記基板の裏面から露光しかつ現像して前記耐蝕膜の上に保護膜をパターニングする過程と、前記基板を表面側からブラスト加工して前記基板に凹所を加工する過程と、前記凹所をウエットエッチングする過程とからなることを特徴とする基板の加工方法。
【請求項２】
前記基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１記載の基板の加工方法。
【請求項３】
前記ウエットエッチングのエッチング加工量ｔが、前記凹所をウエットエッチングする過程の前の前記凹所における前記基板の厚さをｔ0 としたとき、０．１μｍ≦ｔ＜ｔ0 ／２であることを特徴とする請求項２記載の基板の加工方法。
【請求項４】
前記感光性保護材料がドライフィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の基板の加工方法。
【請求項５】
凹所を有する部品を製造するために、請求項１乃至４のいずれか記載の方法を用いて透光性を有する基板に前記凹所を形成する過程を含むことを特徴とする部品の製造方法。
【請求項６】
薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所と圧力センサの感圧素子としての圧電振動片を支持するために前記凹所の底面に設けた支持部とを有するダイヤフラム板を製造するために、請求項１乃至４のいずれか記載の方法を用いて、透光性を有する基板に前記凹所及び前記支持部を加工する過程を含むことを特徴とする圧力センサ用ダイヤフラム板の製造方法。
【請求項７】
感圧素子としての圧電振動片と、前記圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に前記圧電振動片を搭載するべく前記ダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを有する圧力センサを製造するために、請求項６記載の方法を用いて前記ダイヤフラム板を加工する過程を含むことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項８】
振動部及び前記振動部の両端に設けられた一対の基部を有する感圧素子としての圧電振動片と、薄肉のダイヤフラム部を画定する凹所及び前記凹所の底面に設けた一対の支持部を有し、前記支持部に前記圧電振動片両端の前記各基部をそれぞれ固定して前記圧電振動片を支持するダイヤフラム板と、その内部に前記圧電振動片を搭載するべく前記ダイヤフラム板と一体的に結合される部材とを備え、
前記ダイヤフラム板が請求項６記載の方法を用いて形成されることにより、前記凹所の底面と該凹所の側壁部分及び前記支持部との隅部が、傾斜角度４０〜５０°の湾曲した傾斜面からなることを特徴とする圧力センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８６８２４（Ｐ２０１０−１８６８２４Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８８２（Ｐ２００９−２８８８２）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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