水晶振動子の製造方法
【課題】 水晶振動子の製造においてエッチング途中での形状観察を可能とさせて、高精度な水晶振動子を提供する。
【解決手段】（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
【解決手段】（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水晶振動子の製造方法においては、エッチング用保護膜としてクロム膜と金膜との積層膜が用いられていた（特開平７−２１２１６１号公報参照）。金膜が用いられる理由は、水晶振動子のエッチングに使用される腐食液が弗酸であるためこの液に耐える必要があるためである。また、クロム膜が用いられる理由は、金膜と水晶振動子の密着性を向上させるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の水晶振動子の製造方法においては、金膜が透明でないため、エッチング工程の途中において金膜の下のエッチングされた形状を観察することができないという問題点がある。この問題点のため水晶振動子幅の寸法測定ができず寸法測定用の試験片を別途用意しそれをモニターしながらエッチングする必要があり、工程が煩雑になるという問題点を有している。
【０００４】また、積層膜であるためエッチングのための開口部を設ける場合に金膜とクロム膜の寸法を異ならせる必要がある。これは、クロム膜が弗酸に溶け出さないようにするためであり、金膜の下にクロム膜を隠すように形成する必要があるため、エッチングを始める前においても正確な寸法を測定することができないという問題点がある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決するものであり、エッチングを始める前においても、エッチング工程においても、煩雑な工程を設けなくても水晶振動子幅の寸法を正確に測定できる水晶振動子の製造方法を提供することにある。
【０００６】また、本発明の別の目的は、そのような水晶振動子の製造方法を用いて品質のよい水晶振動子を安価な価格で提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
【０００８】このため、第３の工程においては、赤外顕微鏡等の観察手段を用いることによって、この保護膜の上からエッチング形状を観察することができるため、寸法測定用の試験片をモニターするという煩雑な工程を設けなくても、水晶振動子幅の寸法を正確に測定できるようになるという効果が得られる。また、第２の工程においても、積層膜における開口部の寸法を異ならせる必要がないため、エッチング前においても、正確な寸法を測定することができるという効果が得られる。
【０００９】ここで、赤外域において透過性を有する保護膜とは、赤外顕微鏡で用いる光の波長に対して透過性を有する保護膜であるという意味で用いているが、具体的には波長約７００ｎｍ以上の範囲で透過性を有すれば好適に用いることができる。
【００１０】この保護膜としては、アモルファスシリコンが適している（請求項２）。アモルファスシリコンは赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。アモルファスシリコンは、ポリシリコンのように高温（例えば６５０℃）で成膜する必要がないため（例えば４５０℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。アモルファスシリコンは、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。アモルファスシリコンは、赤外域での透過性が水晶よりも高いため、水晶とアモルファスシリコンを明確に区別することが可能となり、水晶振動子幅の寸法を容易に測定できるという利点もある。
【００１１】この保護膜としては、窒化シリコンも適している（請求項３）。窒化シリコンも、赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。窒化シリコンは、ポリシリコンのように高温で成膜する必要がないため（例えば５００℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。窒化シリコンは、製造工程における窒素不足等によりシリコンに近い性質になった場合でも、弗酸に対して腐食されにくいという特徴があり、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。また、窒化シリコンは、アモルファスシリコンに比べて可視項域（４００〜７００ｎｍ）において透過性が高いため、通常の光学顕微鏡を用いることができるという利点もある。
【００１２】また、この保護膜としては、不純物を含むアモルファスシリコンも適している（請求項４）。この不純物を含むアモルファスシリコンは大気中で表面が自然酸化されにくくなり、アモルファスシリコン表面に形成される酸化シリコンの膜厚みを減少させることができる。そのため、水晶振動子のエッチング液である弗酸に対する耐エッチング性を向上することができる。この不純物としてはボロンが適している（請求項５）。ボロンはアモルファスシリコンの成膜時にガス状態で添加できるため作成が低温で可能である。
【００１３】請求項６の水晶振動子の製造方法は、第２の工程で保護膜を形成する前に、第１の工程で第１の極薄膜を形成していることが特徴である。このため、保護膜の応力が大きく水晶基板上での膜剥離等が発生しやすい場合に特に有効である。この第１の極薄膜の膜厚は非常に薄いので、赤外域透過性を損なうことがない。このため、第４の工程においては、赤外顕微鏡等の観察手段を用いることによって、この保護膜の上からエッチング形状を観察することができるため、寸法測定用の試験片をモニターするという煩雑な工程を設けなくても、水晶振動子幅の寸法を正確に測定できるようになるという効果が得られる。
【００１４】ここで、赤外域において透過性を有する保護膜とは、赤外顕微鏡で用いる光の波長に対して透過性を有する保護膜であるという意味で用いているが、具体的には波長約７００ｎｍ以上の範囲で透過性を有すれば好適に用いることができる。
【００１５】この第１の極薄膜としてはタンタルが適している（請求項７）。タンタルは高融点金属であるためアモルファスシリコンの成膜に対応することができる。第１の極薄膜としてはチタンも適している（請求項８）。チタンは高温での拡散が少ないのでアモルファスシリコンの成膜に適している。
【００１６】これらの水晶振動子の製造方法において用いられる保護膜としては、アモルファスシリコンが適している（請求項９）。アモルファスシリコンは赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。アモルファスシリコンは、ポリシリコンのように高温（例えば６５０℃）で成膜する必要がないため（例えば４５０℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。アモルファスシリコンは、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。アモルファスシリコンは、赤外域での透過性が高く水晶よりも高いため、水晶とアモルファスシリコンを明確に区別することが可能となり、水晶振動子幅の寸法を容易に測定できるという利点もある。
【００１７】この保護膜としては、窒化シリコンも適している（請求項１０）。窒化シリコンも、赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。窒化シリコンは、ポリシリコンのように高温で成膜する必要がないため（例えば５００℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。窒化シリコンは、製造工程における窒素不足等によりシリコンに近い性質になった場合でも、弗酸に対して腐食されにくいという特徴があり、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等による弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなることもない。また、窒化シリコンは、アモルファスシリコンに比べて可視項域（４００〜７００ｎｍ）において透過性が高いため、通常の光学顕微鏡を用いることができるという利点もある。
【００１８】また、この保護膜としては、不純物を含むアモルファスシリコンも適している（請求項１１）。この不純物を含むアモルファスシリコンは大気中で表面が自然酸化されにくくなり、アモルファスシリコン表面に形成される酸化シリコンの膜厚みを減少させることができる。そのため、水晶振動子のエッチング液である弗酸に対する耐エッチング性を向上することができる。この不純物としてはボロンが適している（請求項１２）。ボロンはアモルファスシリコンの成膜時にガス状態で添加できるため作成が低温で可能である。
【００１９】第５の工程では、前記第１の極薄膜及び前記保護膜を除去する代わりに、前記保護膜のみを除去するようにしてもよい。そうすることによって、第１の極薄膜を水晶振動子の電極製造工程に用いることができる（請求項１３）。
【００２０】本発明の水晶振動子の製造方法は、音叉型水晶振動子、厚みすべり型水晶振動子、ジャイロセンサーなどの製造に好適に用いられる（請求項１４、１５、１６）。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、各実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２２】（実施例１）図１は、実施例１の水晶振動子の製造方法を示す水晶振動子の工程断面図である。この工程断面図は水晶基板１００をエッチングすることにより音叉型水晶振動子片（電極形成前まで）を形成する工程を示している。以下図１に基づいて、実施例１の水晶振動子の製造工程を説明する。なお実施例１での水晶基板１００は水晶のＺ軸に垂直な平面であるＺ板を用いている。
【００２３】実施例１の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜であるアモルファスシリコン膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有している。
【００２４】（第１の工程）まず、図１（ａ）に示すように水晶基板１００の周囲にアモルファスシリコンからなる保護膜２００を形成する。実施例１においては、プラズマ放電を用いた化学的気相成長法（以下ＰＥＣＶＤ法と略記）を用いて、４５０℃にて成膜している。成膜用ガスはモノシラン（ＳｉＨ４）にジボラン（Ｂ２Ｈ６）を添加することにより、成膜後のアモルファスシリコン膜中に不純物としてボロンを含ませることができる。なお、実施例1のアモルファスシリコンの膜厚は約０．２ミクロンである。プラズマ放電の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、装置は平行平板型である。放電の出力は約２００Ｗである。
【００２５】（第２の工程）次に、図１（ｂ）に示すように、保護膜２００に開口部３００を形成する。この開口部３００よりエッチング液が水晶基板１００と接するため、この開口部３００の部分よりエッチングが可能となる。
【００２６】実施例１では、フォトリソグラフィーにより（図示していない）レジストを塗布した後、露光、現像を行い、その後アモルファスシリコンのエッチングにより、開口部３００を形成する。なおアモルファスシリコンのエッチングはＣＦ４ガスによるドライエッチングにより行う。
【００２７】（第３の工程）次に、弗酸を用いて水晶基板１００のエッチングを行う。このエッチングは５０℃に加温して行う。
【００２８】第３の工程においては、エッチングが進行するに従い保護膜２００の下部がエッチングされ、保護膜が家の屋根のひさしのようになる（図１（ｃ）参照）。このとき従来の金膜ではひさしの下の形状を観察することができなかった。それに対して、実施例１では、水晶基板１００のエッチング稜線１１０を、赤外域の波長を用いる赤外顕微鏡を用いて、保護膜２００を通して観察することが可能であるため、エッチング途中において水晶振動子幅の寸法を測定することが可能となる。アモルファスシリコンは赤外域において高い透過性を有するが、水晶基板は透過性が低いためエッチング稜線の識別は明瞭である。なお、図１（ｃ）でひさしの下の稜線形状が異なっているがこれは水晶が単結晶であるため、Ｘ軸方向（図では左右方向）で対抗する面において、単結晶による異方性によりエッチング形状が異なることによる。図１（ｃ）はこの様子を誇張して示している。
【００２９】（第４の工程）最後に、図１（ｄ）に示すように、保護膜２００を剥離して水晶振動子片４００を形成する。実施例１での透明保護膜２００はアモルファスシリコンであるため、この剥離は水酸化カリウム溶液にて行う。
【００３０】以上のように、実施例１の水晶振動子に製造方法によれば、赤外域において透過性を有するアモルファスシリコンを保護膜として水晶基板をエッチングすることにより、エッチング途中の形状を測定することが可能となり、高精度の水晶振動子を製造することが可能である。
【００３１】さらに第２の工程においては、開口部３００を形成する場合ドライエッチング法を用いることにより高精度の開口部を形成することが可能であり、これにより水晶振動子の精度を向上させることができる。
【００３２】実施例１ではボロンを不純物としてアモルファスシリコンに含有させたが、純粋なアモルファスシリコンを用いることも可能である。
【００３３】また、水晶基板１００はＺ板を用いたが、回転Ｙ板等を用いることも可能である。回転Ｙ板を用いる場合は厚みすべりを利用した振動子を形成することができる。
【００３４】また、アモルファスシリコンの形成にはＰＥＣＶＤ法を用いたがその他の方法としてスパッタリング法などでも可能である。
【００３５】なお、水晶基板の圧電性を損なっても良い場合は、ポリシリコンを保護膜として使用することができる。またアモルファスシリコンを、成膜後エキシマレーザーアニールによりポリシリコンにして用いることも可能である。
【００３６】（実施例２）図２は、実施例２の水晶振動子の製造方法を示す水晶振動子の工程断面図である。この工程断面図は水晶基板１００をエッチングすることにより音叉型水晶振動子片を形成する工程を示している。以下、図２に基づいて、実施例２の水晶振動子の製造工程を説明する。なお実施例２での水晶基板１００は水晶のＺ軸に垂直な平面であるＺ板を用いている。
【００３７】実施例２の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に第１の極薄膜を形成する第１の工程と、（ｂ）引き続きこの第１の極薄膜上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第２の工程と、（ｃ）この保護膜及び前記第１の極薄膜に開口部を設ける第３の工程と、（ｄ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第４の工程と、（ｅ）前記第１の極薄膜及び保護膜を除去する第５の工程と、をこの順序で有している。
【００３８】（第１の工程）まず、図２（ａ）に示すように水晶基板１００の周囲に第１の極薄膜５００を形成する。実施例２においては、第１の極薄膜はタンタルを用いている。タンタルはスパッタリング法により約０．０１ミクロン形成している。
【００３９】（第２の工程）引き続いて、図２（ｂ）に示すように第１の極薄膜５００の上に保護膜２００を形成する。実施例２では保護膜２００は窒化シリコンからなっている。窒化シリコンからなる保護膜２００の形成には、実施例２ではプラズマ放電を用いた化学的気相成長法（以下ＰＥＣＶＤ法と略記）を用いており、成膜用ガスはモノシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）の混合ガスである。成膜の温度は約５００℃である。
【００４０】窒化シリコン膜の厚みは約０．３ミクロンであるが、窒化シリコン膜はアモルファスシリコンより応力がやや大きい。そのため第１の極薄膜を接着層として用いることにより、窒化シリコンの膜剥がれを効果的に防止することができる。
【００４１】また窒化シリコンはアモルファスシリコンに比較して可視光域における透過性性は高いが赤外域における透過性はアモルファスシリコンより少し低い。したがって、顕微鏡に用いる光源の波長が５００ｎｍ程度からのものが適している。
【００４２】（第３の工程）次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜２００及び第１の極薄膜５００に開口部３００を形成する。この開口部３００よりエッチング液が水晶基板１００と接するため、この開口部３００の部分よりエッチングが可能となる。
【００４３】実施例２では、フォトリソグラフィーにより（図示していない）レジストを塗布した後、露光、現像を行い、その後窒化シリコンのエッチングにより、開口部３００を形成する。なお窒化シリコンのエッチングは実施例１と同じくＣＦ４ガスによるドライエッチングにより行う。
【００４４】さらに、タンタルよりなる第１の極薄膜５００のエッチングも行う必要があるが、タンタルもＣＦ４ガスによるドライエッチングによりエッチングされ得るため、窒化シリコンのエッチングと同時に行うことができる。
【００４５】（第４の工程）次に、弗酸を用いて水晶基板１００のエッチングを行う。このエッチングは５０℃に加温して行う。
【００４６】第４の工程においても、実施例１と場合と同様に、エッチングが進行するに従い保護膜２００の下部がエッチングされ、保護膜が家の屋根のひさしのようになる（図２（ｄ）参照。）。このとき従来の金膜ではひさしの下の形状を観察することができなかった。それに対して、実施例２では水晶基板１００のエッチング稜線１１０を保護膜２００を通して観察することが可能であるため、エッチング途中においてエッチング稜線１１０の形状を測定することが可能となる。
【００４７】このとき、第１の極薄膜層５００は非常に薄いため観察において邪魔になることはない。なお、図２R>２（ｄ）でひさしの下の稜線形状が異なっているがこれは水晶が単結晶であるため、Ｘ軸方向（図では左右方向）で対抗する面において、単結晶による異方性によりエッチング形状が異なることによる。図２（ｄ）はこの様子を誇張して示している。
【００４８】（第５の工程）最後に、図２（ｅ）に示すように、第１の極薄膜５００と保護膜２００とを剥離して水晶振動子片４００を形成する。実施例２での保護膜２００は窒化シリコンであるため、この剥離は高温（例えば１８０℃）に保持された燐酸溶液にて行う。第１の極薄膜５００はタンタルであるためＣＦ４ガスによるドライエッチングにより剥離を行う。
【００４９】以上のように、実施例２のように第１の極薄膜を保護膜の接着層として用いることにより、保護膜の応力が大きい場合に保護膜の剥離を防止することができる。この場合においても第１の極薄膜の厚みは非常に薄いためエッチング途中における、ひさしの下のエッチング稜線の観察を妨げることはない。
【００５０】なお、第１の極薄膜としてチタンを用いることも可能である。この場合チタンは蒸着法により形成できるためタンタルより簡単に形成することが可能である。また、開口部のエッチングもタンタルと同様にＣＦ４ガスによるドライエッチングが可能である。
【００５１】実施例２では第５の工程において第１の極薄膜５００を除去したが、このまま残しておき、その後の水晶振動子の電極製造において利用することも可能である。水晶振動子の電極として金膜を用いる場合は金膜は水晶基板との密着力が弱いため接着層を必要とする。したがって、第１の極薄膜５００の上に金膜を形成することにより密着性を向上させることができる。
【００５２】水晶基板１００はＺ板を用いたが、回転Ｙ板等を用いることも可能である。回転Ｙ板を用いる場合は厚みすべりを利用した振動子を形成することができる。
【００５３】また窒化シリコンの形成にはＰＥＣＶＤ法を用いたがその他の方法としてスパッタリング法などでも可能である。
【００５４】また実施例１及び実施例２における技術は、水晶基板以外にニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの酸化物単結晶基板のエッチングにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の水晶振動子の製造方法の工程断面図である。
【図２】実施例２の水晶振動子の製造方法の工程断面図である。
【符号の説明】
１００ 水晶基板
１１０ エッチング稜線
２００ 保護膜
３００ 開口部
４００ 水晶振動子片
５００ 第１の極薄膜
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水晶振動子の製造方法においては、エッチング用保護膜としてクロム膜と金膜との積層膜が用いられていた（特開平７−２１２１６１号公報参照）。金膜が用いられる理由は、水晶振動子のエッチングに使用される腐食液が弗酸であるためこの液に耐える必要があるためである。また、クロム膜が用いられる理由は、金膜と水晶振動子の密着性を向上させるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の水晶振動子の製造方法においては、金膜が透明でないため、エッチング工程の途中において金膜の下のエッチングされた形状を観察することができないという問題点がある。この問題点のため水晶振動子幅の寸法測定ができず寸法測定用の試験片を別途用意しそれをモニターしながらエッチングする必要があり、工程が煩雑になるという問題点を有している。
【０００４】また、積層膜であるためエッチングのための開口部を設ける場合に金膜とクロム膜の寸法を異ならせる必要がある。これは、クロム膜が弗酸に溶け出さないようにするためであり、金膜の下にクロム膜を隠すように形成する必要があるため、エッチングを始める前においても正確な寸法を測定することができないという問題点がある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決するものであり、エッチングを始める前においても、エッチング工程においても、煩雑な工程を設けなくても水晶振動子幅の寸法を正確に測定できる水晶振動子の製造方法を提供することにある。
【０００６】また、本発明の別の目的は、そのような水晶振動子の製造方法を用いて品質のよい水晶振動子を安価な価格で提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする。
【０００８】このため、第３の工程においては、赤外顕微鏡等の観察手段を用いることによって、この保護膜の上からエッチング形状を観察することができるため、寸法測定用の試験片をモニターするという煩雑な工程を設けなくても、水晶振動子幅の寸法を正確に測定できるようになるという効果が得られる。また、第２の工程においても、積層膜における開口部の寸法を異ならせる必要がないため、エッチング前においても、正確な寸法を測定することができるという効果が得られる。
【０００９】ここで、赤外域において透過性を有する保護膜とは、赤外顕微鏡で用いる光の波長に対して透過性を有する保護膜であるという意味で用いているが、具体的には波長約７００ｎｍ以上の範囲で透過性を有すれば好適に用いることができる。
【００１０】この保護膜としては、アモルファスシリコンが適している（請求項２）。アモルファスシリコンは赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。アモルファスシリコンは、ポリシリコンのように高温（例えば６５０℃）で成膜する必要がないため（例えば４５０℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。アモルファスシリコンは、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。アモルファスシリコンは、赤外域での透過性が水晶よりも高いため、水晶とアモルファスシリコンを明確に区別することが可能となり、水晶振動子幅の寸法を容易に測定できるという利点もある。
【００１１】この保護膜としては、窒化シリコンも適している（請求項３）。窒化シリコンも、赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。窒化シリコンは、ポリシリコンのように高温で成膜する必要がないため（例えば５００℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。窒化シリコンは、製造工程における窒素不足等によりシリコンに近い性質になった場合でも、弗酸に対して腐食されにくいという特徴があり、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。また、窒化シリコンは、アモルファスシリコンに比べて可視項域（４００〜７００ｎｍ）において透過性が高いため、通常の光学顕微鏡を用いることができるという利点もある。
【００１２】また、この保護膜としては、不純物を含むアモルファスシリコンも適している（請求項４）。この不純物を含むアモルファスシリコンは大気中で表面が自然酸化されにくくなり、アモルファスシリコン表面に形成される酸化シリコンの膜厚みを減少させることができる。そのため、水晶振動子のエッチング液である弗酸に対する耐エッチング性を向上することができる。この不純物としてはボロンが適している（請求項５）。ボロンはアモルファスシリコンの成膜時にガス状態で添加できるため作成が低温で可能である。
【００１３】請求項６の水晶振動子の製造方法は、第２の工程で保護膜を形成する前に、第１の工程で第１の極薄膜を形成していることが特徴である。このため、保護膜の応力が大きく水晶基板上での膜剥離等が発生しやすい場合に特に有効である。この第１の極薄膜の膜厚は非常に薄いので、赤外域透過性を損なうことがない。このため、第４の工程においては、赤外顕微鏡等の観察手段を用いることによって、この保護膜の上からエッチング形状を観察することができるため、寸法測定用の試験片をモニターするという煩雑な工程を設けなくても、水晶振動子幅の寸法を正確に測定できるようになるという効果が得られる。
【００１４】ここで、赤外域において透過性を有する保護膜とは、赤外顕微鏡で用いる光の波長に対して透過性を有する保護膜であるという意味で用いているが、具体的には波長約７００ｎｍ以上の範囲で透過性を有すれば好適に用いることができる。
【００１５】この第１の極薄膜としてはタンタルが適している（請求項７）。タンタルは高融点金属であるためアモルファスシリコンの成膜に対応することができる。第１の極薄膜としてはチタンも適している（請求項８）。チタンは高温での拡散が少ないのでアモルファスシリコンの成膜に適している。
【００１６】これらの水晶振動子の製造方法において用いられる保護膜としては、アモルファスシリコンが適している（請求項９）。アモルファスシリコンは赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。アモルファスシリコンは、ポリシリコンのように高温（例えば６５０℃）で成膜する必要がないため（例えば４５０℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。アモルファスシリコンは、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等により弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなるということもない。アモルファスシリコンは、赤外域での透過性が高く水晶よりも高いため、水晶とアモルファスシリコンを明確に区別することが可能となり、水晶振動子幅の寸法を容易に測定できるという利点もある。
【００１７】この保護膜としては、窒化シリコンも適している（請求項１０）。窒化シリコンも、赤外域での透過性が高く、また、エッチングの際の保護膜としても優れているためである。窒化シリコンは、ポリシリコンのように高温で成膜する必要がないため（例えば５００℃程度でよい）水晶基板に双晶構造を発生させて圧電性を失わせるということもない。窒化シリコンは、製造工程における窒素不足等によりシリコンに近い性質になった場合でも、弗酸に対して腐食されにくいという特徴があり、酸化アルミニウムのように製造工程における酸素不足等による弗酸などの水晶エッチング液に対して腐食されやすくなることもない。また、窒化シリコンは、アモルファスシリコンに比べて可視項域（４００〜７００ｎｍ）において透過性が高いため、通常の光学顕微鏡を用いることができるという利点もある。
【００１８】また、この保護膜としては、不純物を含むアモルファスシリコンも適している（請求項１１）。この不純物を含むアモルファスシリコンは大気中で表面が自然酸化されにくくなり、アモルファスシリコン表面に形成される酸化シリコンの膜厚みを減少させることができる。そのため、水晶振動子のエッチング液である弗酸に対する耐エッチング性を向上することができる。この不純物としてはボロンが適している（請求項１２）。ボロンはアモルファスシリコンの成膜時にガス状態で添加できるため作成が低温で可能である。
【００１９】第５の工程では、前記第１の極薄膜及び前記保護膜を除去する代わりに、前記保護膜のみを除去するようにしてもよい。そうすることによって、第１の極薄膜を水晶振動子の電極製造工程に用いることができる（請求項１３）。
【００２０】本発明の水晶振動子の製造方法は、音叉型水晶振動子、厚みすべり型水晶振動子、ジャイロセンサーなどの製造に好適に用いられる（請求項１４、１５、１６）。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、各実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２２】（実施例１）図１は、実施例１の水晶振動子の製造方法を示す水晶振動子の工程断面図である。この工程断面図は水晶基板１００をエッチングすることにより音叉型水晶振動子片（電極形成前まで）を形成する工程を示している。以下図１に基づいて、実施例１の水晶振動子の製造工程を説明する。なお実施例１での水晶基板１００は水晶のＺ軸に垂直な平面であるＺ板を用いている。
【００２３】実施例１の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に赤外域において透過性を有する保護膜であるアモルファスシリコン膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有している。
【００２４】（第１の工程）まず、図１（ａ）に示すように水晶基板１００の周囲にアモルファスシリコンからなる保護膜２００を形成する。実施例１においては、プラズマ放電を用いた化学的気相成長法（以下ＰＥＣＶＤ法と略記）を用いて、４５０℃にて成膜している。成膜用ガスはモノシラン（ＳｉＨ４）にジボラン（Ｂ２Ｈ６）を添加することにより、成膜後のアモルファスシリコン膜中に不純物としてボロンを含ませることができる。なお、実施例1のアモルファスシリコンの膜厚は約０．２ミクロンである。プラズマ放電の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、装置は平行平板型である。放電の出力は約２００Ｗである。
【００２５】（第２の工程）次に、図１（ｂ）に示すように、保護膜２００に開口部３００を形成する。この開口部３００よりエッチング液が水晶基板１００と接するため、この開口部３００の部分よりエッチングが可能となる。
【００２６】実施例１では、フォトリソグラフィーにより（図示していない）レジストを塗布した後、露光、現像を行い、その後アモルファスシリコンのエッチングにより、開口部３００を形成する。なおアモルファスシリコンのエッチングはＣＦ４ガスによるドライエッチングにより行う。
【００２７】（第３の工程）次に、弗酸を用いて水晶基板１００のエッチングを行う。このエッチングは５０℃に加温して行う。
【００２８】第３の工程においては、エッチングが進行するに従い保護膜２００の下部がエッチングされ、保護膜が家の屋根のひさしのようになる（図１（ｃ）参照）。このとき従来の金膜ではひさしの下の形状を観察することができなかった。それに対して、実施例１では、水晶基板１００のエッチング稜線１１０を、赤外域の波長を用いる赤外顕微鏡を用いて、保護膜２００を通して観察することが可能であるため、エッチング途中において水晶振動子幅の寸法を測定することが可能となる。アモルファスシリコンは赤外域において高い透過性を有するが、水晶基板は透過性が低いためエッチング稜線の識別は明瞭である。なお、図１（ｃ）でひさしの下の稜線形状が異なっているがこれは水晶が単結晶であるため、Ｘ軸方向（図では左右方向）で対抗する面において、単結晶による異方性によりエッチング形状が異なることによる。図１（ｃ）はこの様子を誇張して示している。
【００２９】（第４の工程）最後に、図１（ｄ）に示すように、保護膜２００を剥離して水晶振動子片４００を形成する。実施例１での透明保護膜２００はアモルファスシリコンであるため、この剥離は水酸化カリウム溶液にて行う。
【００３０】以上のように、実施例１の水晶振動子に製造方法によれば、赤外域において透過性を有するアモルファスシリコンを保護膜として水晶基板をエッチングすることにより、エッチング途中の形状を測定することが可能となり、高精度の水晶振動子を製造することが可能である。
【００３１】さらに第２の工程においては、開口部３００を形成する場合ドライエッチング法を用いることにより高精度の開口部を形成することが可能であり、これにより水晶振動子の精度を向上させることができる。
【００３２】実施例１ではボロンを不純物としてアモルファスシリコンに含有させたが、純粋なアモルファスシリコンを用いることも可能である。
【００３３】また、水晶基板１００はＺ板を用いたが、回転Ｙ板等を用いることも可能である。回転Ｙ板を用いる場合は厚みすべりを利用した振動子を形成することができる。
【００３４】また、アモルファスシリコンの形成にはＰＥＣＶＤ法を用いたがその他の方法としてスパッタリング法などでも可能である。
【００３５】なお、水晶基板の圧電性を損なっても良い場合は、ポリシリコンを保護膜として使用することができる。またアモルファスシリコンを、成膜後エキシマレーザーアニールによりポリシリコンにして用いることも可能である。
【００３６】（実施例２）図２は、実施例２の水晶振動子の製造方法を示す水晶振動子の工程断面図である。この工程断面図は水晶基板１００をエッチングすることにより音叉型水晶振動子片を形成する工程を示している。以下、図２に基づいて、実施例２の水晶振動子の製造工程を説明する。なお実施例２での水晶基板１００は水晶のＺ軸に垂直な平面であるＺ板を用いている。
【００３７】実施例２の水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶基板上に第１の極薄膜を形成する第１の工程と、（ｂ）引き続きこの第１の極薄膜上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第２の工程と、（ｃ）この保護膜及び前記第１の極薄膜に開口部を設ける第３の工程と、（ｄ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第４の工程と、（ｅ）前記第１の極薄膜及び保護膜を除去する第５の工程と、をこの順序で有している。
【００３８】（第１の工程）まず、図２（ａ）に示すように水晶基板１００の周囲に第１の極薄膜５００を形成する。実施例２においては、第１の極薄膜はタンタルを用いている。タンタルはスパッタリング法により約０．０１ミクロン形成している。
【００３９】（第２の工程）引き続いて、図２（ｂ）に示すように第１の極薄膜５００の上に保護膜２００を形成する。実施例２では保護膜２００は窒化シリコンからなっている。窒化シリコンからなる保護膜２００の形成には、実施例２ではプラズマ放電を用いた化学的気相成長法（以下ＰＥＣＶＤ法と略記）を用いており、成膜用ガスはモノシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）の混合ガスである。成膜の温度は約５００℃である。
【００４０】窒化シリコン膜の厚みは約０．３ミクロンであるが、窒化シリコン膜はアモルファスシリコンより応力がやや大きい。そのため第１の極薄膜を接着層として用いることにより、窒化シリコンの膜剥がれを効果的に防止することができる。
【００４１】また窒化シリコンはアモルファスシリコンに比較して可視光域における透過性性は高いが赤外域における透過性はアモルファスシリコンより少し低い。したがって、顕微鏡に用いる光源の波長が５００ｎｍ程度からのものが適している。
【００４２】（第３の工程）次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜２００及び第１の極薄膜５００に開口部３００を形成する。この開口部３００よりエッチング液が水晶基板１００と接するため、この開口部３００の部分よりエッチングが可能となる。
【００４３】実施例２では、フォトリソグラフィーにより（図示していない）レジストを塗布した後、露光、現像を行い、その後窒化シリコンのエッチングにより、開口部３００を形成する。なお窒化シリコンのエッチングは実施例１と同じくＣＦ４ガスによるドライエッチングにより行う。
【００４４】さらに、タンタルよりなる第１の極薄膜５００のエッチングも行う必要があるが、タンタルもＣＦ４ガスによるドライエッチングによりエッチングされ得るため、窒化シリコンのエッチングと同時に行うことができる。
【００４５】（第４の工程）次に、弗酸を用いて水晶基板１００のエッチングを行う。このエッチングは５０℃に加温して行う。
【００４６】第４の工程においても、実施例１と場合と同様に、エッチングが進行するに従い保護膜２００の下部がエッチングされ、保護膜が家の屋根のひさしのようになる（図２（ｄ）参照。）。このとき従来の金膜ではひさしの下の形状を観察することができなかった。それに対して、実施例２では水晶基板１００のエッチング稜線１１０を保護膜２００を通して観察することが可能であるため、エッチング途中においてエッチング稜線１１０の形状を測定することが可能となる。
【００４７】このとき、第１の極薄膜層５００は非常に薄いため観察において邪魔になることはない。なお、図２R>２（ｄ）でひさしの下の稜線形状が異なっているがこれは水晶が単結晶であるため、Ｘ軸方向（図では左右方向）で対抗する面において、単結晶による異方性によりエッチング形状が異なることによる。図２（ｄ）はこの様子を誇張して示している。
【００４８】（第５の工程）最後に、図２（ｅ）に示すように、第１の極薄膜５００と保護膜２００とを剥離して水晶振動子片４００を形成する。実施例２での保護膜２００は窒化シリコンであるため、この剥離は高温（例えば１８０℃）に保持された燐酸溶液にて行う。第１の極薄膜５００はタンタルであるためＣＦ４ガスによるドライエッチングにより剥離を行う。
【００４９】以上のように、実施例２のように第１の極薄膜を保護膜の接着層として用いることにより、保護膜の応力が大きい場合に保護膜の剥離を防止することができる。この場合においても第１の極薄膜の厚みは非常に薄いためエッチング途中における、ひさしの下のエッチング稜線の観察を妨げることはない。
【００５０】なお、第１の極薄膜としてチタンを用いることも可能である。この場合チタンは蒸着法により形成できるためタンタルより簡単に形成することが可能である。また、開口部のエッチングもタンタルと同様にＣＦ４ガスによるドライエッチングが可能である。
【００５１】実施例２では第５の工程において第１の極薄膜５００を除去したが、このまま残しておき、その後の水晶振動子の電極製造において利用することも可能である。水晶振動子の電極として金膜を用いる場合は金膜は水晶基板との密着力が弱いため接着層を必要とする。したがって、第１の極薄膜５００の上に金膜を形成することにより密着性を向上させることができる。
【００５２】水晶基板１００はＺ板を用いたが、回転Ｙ板等を用いることも可能である。回転Ｙ板を用いる場合は厚みすべりを利用した振動子を形成することができる。
【００５３】また窒化シリコンの形成にはＰＥＣＶＤ法を用いたがその他の方法としてスパッタリング法などでも可能である。
【００５４】また実施例１及び実施例２における技術は、水晶基板以外にニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの酸化物単結晶基板のエッチングにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の水晶振動子の製造方法の工程断面図である。
【図２】実施例２の水晶振動子の製造方法の工程断面図である。
【符号の説明】
１００ 水晶基板
１１０ エッチング稜線
２００ 保護膜
３００ 開口部
４００ 水晶振動子片
５００ 第１の極薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）水晶基板上に、赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜がアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が窒化シリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項４】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が不純物を含むアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の水晶振動子の製造方法において、前記不純物がボロンであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項６】（ａ）水晶基板上に第１の極薄膜を形成する第１の工程と、（ｂ）引き続きこの第１の極薄膜上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第２の工程と、（ｃ）この保護膜及び前記第１の極薄膜に開口部を設ける第３の工程と、（ｄ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第４の工程と、（ｅ）前記第１の極薄膜及び保護膜を除去する第５の工程と、をこの順序で有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、前記第１の極薄膜がタンタルからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項８】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、前記第１の極薄膜がチタンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項９】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜がアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が窒化シリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１１】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が不純物を含むアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記不純物がボロンであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１３】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、第５の工程で、前記第１の極薄膜及び前記保護膜を除去する代わりに、前記保護膜のみを除去し、その後、前記第１の極薄膜を水晶振動子の電極製造工程に用いることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子が音叉型水晶振動子であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１５】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子が厚みすべり型水晶振動子であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１６】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子がジャイロセンサーであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１】（ａ）水晶基板上に、赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第１の工程と、（ｂ）この保護膜に開口部を設ける第２の工程と、（ｃ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第３の工程と、（ｄ）前記保護膜を除去する第４の工程と、をこの順序で有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜がアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が窒化シリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項４】請求項１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が不純物を含むアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の水晶振動子の製造方法において、前記不純物がボロンであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項６】（ａ）水晶基板上に第１の極薄膜を形成する第１の工程と、（ｂ）引き続きこの第１の極薄膜上に赤外域において透過性を有する保護膜を形成する第２の工程と、（ｃ）この保護膜及び前記第１の極薄膜に開口部を設ける第３の工程と、（ｄ）この開口部よりエッチングを行い前記水晶基板を加工する第４の工程と、（ｅ）前記第１の極薄膜及び保護膜を除去する第５の工程と、をこの順序で有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、前記第１の極薄膜がタンタルからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項８】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、前記第１の極薄膜がチタンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項９】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜がアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が窒化シリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１１】請求項６乃至８のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記保護膜が不純物を含むアモルファスシリコンからなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の水晶振動子の製造方法において、前記不純物がボロンであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１３】請求項６に記載の水晶振動子の製造方法において、第５の工程で、前記第１の極薄膜及び前記保護膜を除去する代わりに、前記保護膜のみを除去し、その後、前記第１の極薄膜を水晶振動子の電極製造工程に用いることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子が音叉型水晶振動子であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１５】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子が厚みすべり型水晶振動子であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１６】請求項１乃至１３のいずれかに記載の水晶振動子の製造方法において、前記水晶振動子がジャイロセンサーであることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０００−２１６６５５（Ｐ２０００−２１６６５５Ａ）
【公開日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−１５５５９
【出願日】平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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