JPH0983281A - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

水晶振動子の製造方法

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JPH0983281A
JPH0983281A JP23355195A JP23355195A JPH0983281A JP H0983281 A JPH0983281 A JP H0983281A JP 23355195 A JP23355195 A JP 23355195A JP 23355195 A JP23355195 A JP 23355195A JP H0983281 A JPH0983281 A JP H0983281A
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JP
Japan
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etching
crystal
mask
reactive ion
thin
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JP23355195A
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English (en)
Inventor
Masako Tanaka
雅子 田中
Takayuki Ugajin
孝行 宇賀神
Tatsutoshi Tamura
達利 田村
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弗化ガスのプラズマに耐性が高く、リアクテ
ィブイオンエッチングに適したマスク材を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 水晶基板をマスキングして平行平板型の
リアクティブイオンエッチングを行う水晶基板の薄板化
処理工程を有する水晶振動子の製造方法において、水晶
基板のマスク材Al23またはNiのいずれかを主成分と
するマスクを用いる。好ましくは、このマスク材とし
て、Ni含有量が80%以上のニクロムを用いる。

Description

【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
方法に関し、特に、リアクティブイオンエッチング法に
よる水晶振動子製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、代表的な圧電結晶として知られる
水晶は、水熱合成法により人工的に大量生産されてお
り、その特性を利用した製品が種々の分野で利用されて
いる。
【0003】例えば、水晶の薄板に電極を付けて電圧を
印加すると、水晶の圧電逆効果によって結晶振動が励起
されるという特性を利用した製品として水晶振動子が挙
げられる。
【0004】水晶振動子(フィルターとして用いる場合
も含む)の高周波化、小型化、高精度化、高安定化に伴
い水晶振動子の製造を半導体の製造工程であるフォトリ
ソグラフィ・エッチングを用いる方法が盛んに行われる
ようになっていうこれは、従来のブレードソーやワイヤ
ーソーによる結晶の機械的切断に代わって、任意の形状
のマスクを用いてフォトリソ加工し、不要の結晶部分を
ウェットエッチングにて溶解除去する方法である。
【0005】特に、AT基板による水晶振動子は、温度
特性が広い範囲で安定していて需要が高い厚み滑り振動
を用いているので、高周波化に対応するためには極薄加
工を必要とする。
【0006】機械加工により水晶を薄板化する場合、取
り扱いの関係上薄板化には限界があり、強度上の問題も
生じる。しかし、振動部分のみをエッチングにより薄板
化すれば100MHz以上の高周波を基本波で得ること
も可能である。
【0007】このような加工方法は、加工精度が従来の
機械加工に比べて優れ、任意の形状のマスクに従って加
工ができ、また、薄板化エッチングによって高周波を基
本波として得ることができる等の点で有利である。
【0008】この際用いられるウェットエッチング溶液
としては、一般には弗酸(HF)や重弗化アンモン(N
3HF2)の水溶液が用いられている。これらと水晶と
のエッチング反応を以下に示す。
【0009】
【化1】SiO2+6HF→SiF6 2-+2+H+2H2O SiO2+3NH4HF2→SiF6 2-+2H++3NH3+2
2O これらの酸は強酸である上、温度も高温(40℃以上)
にて処理するためレジスト等の剥離現象が起きてしまう
おそれがある。
【0010】そこで、現在は、安定な金属マスクを併用
した2段抜き加工が採用されている。この加工方法は、
水晶基板をフォトリソ技術により加工するものである。
そのパート図を図1に示す。この図に示されるように、
エッチングによる薄板化・小割加工の工程では、レジス
トに微細加工を施してその形で金の蒸着マスクを加工
し、その金の蒸着マスクを用いて本体の水晶基板を加工
するという二段プロセスが行われている。
【0011】現在の水晶振動子の製造工程に於いては、
化学的研磨工程を経る場合だけでなく、機械研磨工程に
於いても、最終仕上げに弗酸による工程が採用されてお
り、水晶のウェットエッチングは欠かせない物となって
いる。
【0012】しかし、ATカット水晶でウェットエッチ
ングを行う場合、エッチング速度は結晶軸に依存し、Z
軸に沿った方向に早くエッチングが進んでしまう従っ
て、図2に示されるように、仕上がり表面に凹凸が生じ
てしまう。また、同じ理由から、振動面の輪郭に当たる
部分でも異方性によって側壁部が斜めになってしまい、
寸法通りの加工ができないという欠点がある。
【0013】一方、仕上がり表面粗さに付いては振動子
として試作・評価した場合、表面粗さが小さければ小さ
いほど等価直列抵抗(以下Ciと呼ぶ。)が低く損失の
少ない振動子が得られることが知られている。従って、
加工時に歪などが入らなければ、鏡面加工仕上げをした
物が最も望ましい。
【0014】しかし、機械研磨では鏡面仕上げを行うこ
とも可能であるが、ウェットエッチングを用いた薄板化
の方法では、先に述べたエッチング異方性のために鏡面
或はそれに近い表面状態を得る事は難しい。
【0015】そこで、例えば、反応性ガスを用いたドラ
イエッチングによる水晶の薄板化加工法が用いられてい
る。本方法に従えば、エッチングに結晶軸依存性の無い
(異方性の無い)加工が可能になり、エッチング形状の
精度が上がる上にエッチング表面の仕上がり粗さもコン
トロールすることができる。
【0016】従来のSi半導体における熱酸化膜をドラ
イエッチングによって除去するには、一般にはフロン系
のガスやSF6ガス等が使われる。しかし、従来のエッ
チングでは、その厚くても1〜3μm程度の膜厚であ
り、しかも酸化膜を除去するのが目的であるため、本方
法における水晶の結晶を上限で70μmも深くエッチン
グするのとでは状況が異なる。
【0017】例えば、酸化膜エッチングを行う場合は、
ドライエッチングに用いるマスクとして、フォトリソグ
ラフィに用いるレジストがそのまま応用される場合が多
い。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エッチング速
度は材料により異なっており、レジストとSiO2では、
レジストの方がエッチングされやすい。このため、Si
2をエッチングする際にはSiO2膜厚の約3倍程度の
レジスト厚が必要となってしまう。
【0019】従って、水晶を深くエッチングする際に
は、レジスト膜厚を非常に厚くしなければならないが、
レジスト膜厚を厚くするとフォトリソグラフィの露光程
度が落ちてしまう。従って、水晶を深くエッチングする
場合には、他のマスク材を採用する必要がある。
【0020】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、弗化ガスのプラズマに耐性が高く、リアクティブイ
オンエッチングに適したマスク材を提供することを目的
とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、水晶基板をマスキングして平行平板型の
リアクティブイオンエッチングを行う水晶基板の薄板化
処理工程を有する水晶振動子の製造方法において、前記
水晶基板のマスク材は、Al23またはNiのいずれかを
主成分とすることを特徴とする。
【0022】また、前記マスク材として、Ni含有量が
80%以上のニクロムを用いる。
【0023】以下、本発明をさらに詳細に説明する。A
Tカット水晶等の高周波基本波を有する水晶振動子・フ
ィルターは、平行平板型のリアクティブイオンエッチン
グによる薄板化加工によって製造することが可能であ
る。
【0024】薄板用の窓を形成するマスク材としては、
Al23またはNiを主成分とすることが好ましい。特
に、Al23は、リアクティブイオンエッチングを行う
際に十分なエッチング耐性を有していることから、マス
クとして好適である。特に、水晶のエッチング速度が3
000A以下で、加工精度が±10μm迄許容できると
きは、Al23を用いることが好ましい。
【0025】しかし、水晶のエッチング速度が大きくな
ると、熱歪みによってAl23マスクに亀裂が入るおそ
れがある。また、±2μm程度の高い加工精度が要求さ
れる場合には、Al23はあまり適さない。このような
場合には、Niを主成分とする薄膜を用いることが好ま
しい。Niを主成分とする薄膜をマスクとして用いた場
合でも、十分なエッチング耐性が得られる。
【0026】好ましくは、上記マスクとして、Ni単体
またはNi含有量80%以上のニクロムを用いる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。
【0028】本実施例に於いては、ウェットエッチング
によりATカット水晶の表面をエッチングして振動子及
びフィルターを製作する工程に代えて、RIE(Reactive I
on Etching)によるプラズマ処理で水晶の薄板化を行う
ドライエッチング方法を行った。この際、深いエッチン
グを行うことが可能となるマスク材を選定した。
【0029】表1に、ATカット基板をドライエッチン
グにて薄板化する試験を行い、各試験例で用いたマスク
材とその耐性とを示す。この表に示されるように、各試
験例においては、それぞれAl23のテンプレート、Cr
/Auの積層膜、Cr膜、Ni膜、ニクロム(Ni80-Cr20
及びNi90-Cr10)膜をマスク材として使用した。
【0030】
【表1】 試験例 マスク材 水晶エッチング深さ マスク材エッチング量 選択比 条件 1 Al23 11.4μm 〜0.11μm 100 I 2 Al23 3.6μm 〜0.04μm 100 II 3 Cr/Au 11.3μm >0.5μm <23 I 4 Cr 10.2μm >0.5μm <20 I 5 Ni 12.4μm 0.30μm 41 I 6 ニクロム 12.6μm 0.32μm 39 I (Ni90-Cr10) 7 ニクロム 12.1μm 0.35μm 35 I (Ni80-Cr20) また、条件I,IIにおけるドライエッチング条件の詳細
をそれぞれ表2、表3に示す。
【0031】
【表2】ドライエッチング条件 I エッチングガス SF6 25sccm + O2 25sccm エッチング時圧力 50mmTorr RF入力 200W ピーク電圧 2000V 自己バイアス電圧 950V エッチング時間 1hr.
【0032】
【表3】ドライエッチング条件 II (Al23のテンプ
レートのみ) エッチングガス SF6 25sccm + O2 25sccm エッチング時圧力 115mmTorr RF入力 400W ピーク電圧 2600V 自己バイアス電圧 1250V エッチング時間 10min. なお、Al23のテンプレートは、厚み0.5mmでレーザー
加工したものを採用し、Cr/Auの積層膜、Cr膜、Ni
膜、ニクロム膜は電子ビーム蒸着により5000Åの厚
みで成膜した。
【0033】図3にマスクの概略説明図を示す。この図
において、斜線部は、水晶表面をマスクで覆った領域を
示す。エッチング条件は以下に示す通りとして、実験終
了後の試料の水晶基板むき出し部分の周波数から水晶の
エッチング深さを算出し、金属膜厚のエッチング深さを
SEM写真により測定した。
【0034】上述のように、マスク材は水晶に比較して
エッチング耐性が高いことが好ましい。そこで、マスク
材のエッチング深さに対する水晶のエッチング深さの比
を選択比として定義して表1に併せて示し、選択比の大
きい材料ほどマスクに適していると判断した。
【0035】Al23のテンプレートは200Wでエッ
チングした時には優れた耐性を示した。しかし、400
WのRF電力を投入したときには熱歪により10min後
にマスク自身に亀裂が入った。更にレーザー加工による
精度はフォトリソグラフィによる形状の精度に比較して
1/5程度に劣る事が判った。
【0036】次に、Cr/Auの積層膜、Cr膜を用いた
結果、表中に示すとおり、エッチング速度の選択比が小
さく、上記実験の後には金属マスク材はエッチングされ
ており、水晶が露出してしまっていた。
【0037】一方、Ni,ニクロムをマスクとしたエッ
チング実験では、両者はエッチングマスクとして充分に
耐性があり、水晶のエッチング深さに対して金属膜は残
存していた。SEM写真によって、残ったマスクの厚み
を測定したところ、エッチングされた金属マスク厚は
0.3〜0.35μmであった。
【0038】以上の結果をから、水晶を70μmエッチ
ングするために必要な金属マスクの膜厚は、Cr/Auや
Crでは3.5μm以上、Ni、ニクロムでは1.7〜2.
0μm以上と推定できる。
【0039】しかし、Au、Cr、Ni、ニクロム等の金
属は、水晶基板上ではコンプレッションが生じ、経験上
2.5μm以上の成膜では基板からの剥離現象が起きて
しまう。従って水晶70μmをエッチングするのに充分
耐性があり、しかも剥離を起こさない程度の厚みを持つ
金属マスクとしては、Ni、ニクロムが最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】水晶振動子の製造工程の説明図。
【図2】水晶の異方性の説明図。
【図3】水晶マスキングの説明図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水晶基板をマスキングして平行平板型の
    リアクティブイオンエッチングを行う水晶基板の薄板化
    処理工程を有する水晶振動子の製造方法において、 前記水晶基板のマスク材は、Al23またはNiのいずれ
    かを主成分とすることを特徴とする水晶振動子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記マスク材は、Ni含有量が80%以
    上のニクロムであることを特徴とする請求項1記載の水
    晶振動子の製造方法。
JP23355195A 1995-09-12 1995-09-12 水晶振動子の製造方法 Pending JPH0983281A (ja)

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