水晶振動子の製造方法
【課題】本発明は、高精細で高精度のアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを利用して寸法精度が良好な水晶振動子を製造することで、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することが目的である。
【解決手段】水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、アライメントマークは、水晶基板の一方の平面から水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成され、さらにそのレーザー光は、水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度をなす光路で照射される。
【解決手段】水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、アライメントマークは、水晶基板の一方の平面から水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成され、さらにそのレーザー光は、水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度をなす光路で照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器やジャイロセンサ等に利用され、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、一般的に以下に示すような工程を経て製造される。図６は一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。図６に示すように一般に水晶振動子は、水晶基板１００に所望の形状の水晶片１０を形成する水晶片形成工程（図６（ａ））、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に、水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））によって製造される。こうした製造工程の中で、特に図６（ａ）に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片１０の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。すなわち逆に言えば、水晶片１０を微細に且つ高精度に形成することができれば、振動特性に優れ且つ安定した振動特性を有する水晶振動子を製造することが可能になる。
【０００３】
従来、水晶基板１００に水晶片１０を形成する工程には、切削加工法、サンドブラスト法、エッチング法等が用いられてきた。中でも水晶基板１００を化学的に溶解させて加工するエッチング法は、微細で高精度な加工が可能であることから、小型で高性能な水晶振動子を製造するのに適しており、近年ではエッチング法を用いて水晶片１０を形成する場合が多い。
【０００４】
以下に従来のエッチング法による水晶片形成工程の一例を説明する。図７は従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。図８は従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。
【０００５】
最初に、図７（ａ）に示すように、水晶基板１１０の両面にマスク層２１１及び２１２をそれぞれ成膜し、さらにマスク層２１１の上には感光性材料であるレジスト層３１１を形成し、マスク層２１２の上には感光性材料であるレジスト層３１２を形成する。
【０００６】
マスク層２１１、２１２は、後の工程で行われる水晶基板１１０のエッチング工程に用いられるエッチング液に対して、耐食性を有する材料でなくてはならず、一般には金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等の金属材料をマスク層２１１、２１２として用いることが多い。
【０００７】
次に、図７（ｂ）に示すように、水晶基板１１０に平行に、露光マスク４１０及び４２０を配置して両方向から露光を行い、紫外光（ＵＶ６０）によってレジスト層３１１及び３１２の所定部分のみを感光させる。
【０００８】
なお、この露光工程において、露光マスク４１０に描画されているアライメントマークｍ１と露光マスク４２０に描画されているアライメントマークｍ２が同じ位置になるように合わせることによって、水晶基板１１０の一方の平面に露光されるパターンと他方の平面に露光されるパターンを位置合わせすることができる。
【０００９】
しかしながら、図７（ｂ）に示すように、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０のアライメントマークｍ２の間には、Ａｕ等からなるマスク層２１１
、２１２で覆われた水晶基板１１０がお互いを遮るようにして配置されるため、直接、アライメントマークｍ１とアライメントマークｍ２を視認しながら位置合わせすることはできない。よって、従来は水晶基板１１０の両方の面上にそれぞれカメラ７０を配置して、カメラ７０で撮影したアライメントマークｍ１とアライメントマークｍ２の画像を視認して位置合わせを行っていた。
【００１０】
このようにして露光した後、専用の現像液を用いてレジスト層３１１及び３１２を現像し、さらにエッチング液を用いてマスク層２１１及び２１２をエッチングすることによって、図８（ａ）に示すようなパターン化されたレジスト層３０１、３０２及びマスク層２０１、２０２が形成される。
【００１１】
さらに一般的には、図８（ｂ）に示すようにレジスト層３０１、３０２を剥離して、水晶基板１１０の両面にマスク層２０１、２０２が形成されている状態にするが、必ずしもこの工程は必須というわけではない。工程を簡略化するために、この工程を経ずに次の図８（ｃ）の工程に進める場合もある。
【００１２】
その後、図８（ｃ）に示すように、マスク層２０１及びマスク層２０２をマスクとして利用しながらエッチングを行い、マスク層２０１、２０２のパターンを転写した水晶基板１００を形成する。
【００１３】
最後に、図８（ｄ）に示すように、マスク層２０１及びマスク層２０２を除去して、所定の外形形状の水晶片１０を備える水晶基板１００が完成する。なおこの時、アライメントマークｍ１、ｍ２を転写した部分は、アライメントマーク痕１００ａとして水晶基板１００上に残る。図８（ｄ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００１４】
水晶片形成工程としては、この他に、水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層と他方の平面側に配置した露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１５】
図９は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。図１０は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。
【００１６】
このパターニング方法によれば、まず図９（ａ）に示すように、水晶基板１１０の一方の平面の全面にマスク層２１１を形成し、水晶基板１１０の他方の平面には部分的にマスク層２１３を形成する。さらに、マスク層２１１上にはレジスト層３１１を形成する。
【００１７】
次に、図９（ｂ）に示すように、露光マスク４１０を介してレジスト層３１１に紫外光（ＵＶ６０）を照射し、レジスト層３１１の露光を行う。なおマスク４１０にはアライメントマークｍ１が描画されており、本工程によって、アライメントマークｍ１のパターンも他のパターンと一緒に露光される。
【００１８】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト３１１を現像して、露光マスク４１０を転写した形状でパターン化されたレジスト層３０１を形成する。
【００１９】
その後、レジスト層３０１をマスクとして使用し、マスク層２１１をエッチングして、
所定の形状でパターン化されたマスク層２０１を形成する。さらに、レジスト層３０１を剥離することによって、図９（ｄ）に示すような、水晶基板１１０の一方の平面にパターン化されたマスク層２０１が形成され、他方の平面にまだパターニングされていないマスク層２１３が形成された状態に至る。なお本工程で、マスク層２０１には、露光マスク
４１０に描画されたアライメントマークｍ１を転写したアライメントマークＭ１が形成されることとなる。
【００２０】
さらにその後、図１０に示すように、マスク層２１３が形成されている面側にレジスト層３１２を形成し、そのレジスト層３１２に露光マスク４２０を介して紫外光（ＵＶ６０）を照射し、レジスト層３１２の露光を行う。
【００２１】
従来のこの方法では、本工程において、マスク層２０１に形成されるアライメントマークＭ１と露光マスク４２０に描画されるアライメントマークｍ２を、一方の面側に配置したカメラ７０を通して視認しながら位置合わせして露光するのが特徴である。カメラ７０を一台しか使用しないので、簡略で安価な装置構成にすることができると言う利点がある。なお、レジスト層３１２は透明材料もしくは半透明材料であるので、レジスト層３１２を介してアライメントマークｍ２を視認することは可能である。
【００２２】
さらに、露光マスクのアライメントマークの位置を、水晶基板の外形よりも外側に配置させて、２枚の露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００２３】
図１１は従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。
【００２４】
このパターニング方法では、図１１に示すように、水晶基板１１０はマスクよりも小さく形成されており、そのため、露光マスク４１０に描画されているアライメントマークｍ１、露光マスク４２０に描画されているアライメントマークｍ２は、水晶基板１１０の外形よりも外側に位置している。
【００２５】
両面にマスク層２１１、２１２及びレジスト層３１１、３１２が形成された水晶基板１１０を挟み込むようにして露光マスク４１０、４２０を配置すると、通常の場合、不透明なマスク層２１１、２１２があるため、露光マスク４１０側からは露光マスク４２０は視認できず、同様に露光マスク４２０側からは露光マスク４１０は視認できない。
【００２６】
しかしながら、図１１の場合、アライメントマークｍ１とｍ２の間には何も存在しないので、カメラ７０で露光マスク４１０側から覗けば、露光マスク４１０の奥にある露光マスク４２０のアライメントマークｍ２を視認することが可能である。これにより本露光方法では、一台のカメラ７０でアライメントマークｍ１とｍ２を位置合わせしながら、且つ水晶基板１１０の両面をＵＶ６０で同時に露光することが可能となる。
【００２７】
【特許文献１】特開平９−４３８６０号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開２００４−７１９８号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従来の二台のカメラ７０の画像を通して位置合わせを行う露光方法（図７（ｂ））の場合、各々のカメラ７０の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレが、位置合わせ精度に悪影響を及ぼし、安定して高い精度で位置合わせすることは難しかった。その位置合わせ精度は、最大の場合、数μｍの位置ずれを生じさせることもあった。
【００２９】
そのため、図８（ｂ）に示すように水晶基板１１０の一方の平面に形成されたマスク層
２０１と他方の平面に形成されたマスク層２０２は位置ずれを起こした状態で形成されることが多く、その結果エッチングされてできた水晶基板１００は、図８（ｄ）に示すように、断面が上下非対称のいびつな形状にできあがってしまう。
【００３０】
このようないびつな断面形状を有する水晶基板１００から切り出された水晶片１０は、設計通りには振動しない。よって、この水晶片１０を用いて製造された水晶振動子も、当然のごとく設計通りの発振周波数にはならない。その結果、従来の水晶振動子は振動特性の信頼性が低かった。
【００３１】
水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層２０１と他方の平面側に配置した露光マスク４２０を位置合わせする露光方法（図１０）や、露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせする露光方法（図１１）の場合、カメラ７０は一台だけしか使用しないので、上述のようなカメラ７０の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレによる悪影響を無くすことができる。
【００３２】
但し、図１０に示すマスク層２０１に形成されたアライメントマークＭ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２の間隔、さらに図１１に示す露光マスク４１０上のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２の間隔は、少なくとも水晶基板１１０の厚み以上の距離で離れているので、それぞれのアライメントマークを位置合わせするには、同時に２つのアライメントマークを視認することが可能な焦点深度の深いカメラ７０を使用する必要がある。
【００３３】
しかしながら、通常、焦点深度が深くなればなるほど、カメラ７０の倍率を高くすることは難く、そのため従来は、水晶基板１１０の厚みが厚くなればなるほど、低倍率のカメラ７０を用いらざるを得なかった。よって、これら露光方法を用いても高い精度で位置合わせを行うことは難しかった。
【００３４】
その結果、図１０、図１１に示すこれら露光方法を用いても、図８（ｄ）に示すような断面がいびつな形状の水晶片１０ができあがってしまうことは多々あり、高い信頼性を有する水晶振動子を製造するには至らなかった。
【００３５】
本発明の目的は、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、このアライメントマークは、水晶基板の一方の平面から水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴としている。
【００３７】
さらに、レーザー光は、水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度をなす光路で照射されるのが望ましい。
【００３８】
さらに、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。
【００３９】
さらには、レーザー光がフェムト秒レーザーであるのが望ましい。
【００４０】
また、水晶基板が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。
【００４１】
（作用）
本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターン、例えば水晶片の外形パターン、水晶振動子に形成される溝パターン、水晶振動子の電極パターン等、を形成する工程を有する水晶振動子の製造方法に関している。
【００４２】
これらパターンによって、水晶片の外形形状、水晶振動子に形成される溝形状と位置、水晶振動子の電極形状と位置等が決定される。特に水晶片の外形パターンは、水晶振動子の振動特性に大きく影響することが一般に知られている。以上の理由から、これらパターンの加工精度は、水晶振動子の特性を安定化させる上で、非常に重要である。
【００４３】
通常、例えば水晶基板の表裏両面に外形パターンを形成する場合、一方の平面（表面）の外形パターンと他方の平面（裏面）の外形パターンを、基準となるアライメントマークを用いて位置合わせする。よってこの基準となるアライメントマークをいかに精度良く形成するかが非常に重要となる。
【００４４】
本発明では、この基準となるアライメントマークを、レーザー光を用いた加工によって形成する。レーザー光を用いた加工は、一般にレーザーアブレーション加工法と呼ばれ、非常に小さいビーム径で絞られたレーザー光で素材を加工する方法である。よってこの加工法によれば、非常に微細な形状で加工することができるため、高精細で精度の良いアライメントマークを形成することが可能である。
【００４５】
また本発明では、レーザー光は水晶基板の一方の平面から水晶基板内を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射される。アライメントマークはこの光路上でレーザー加工が行われることで形成される。よってレーザー光の光路の位置や角度が明確にわかれば、水晶基板の表裏面に形成されるアライメントマークの位置を正確に特定することができるのである。
【００４６】
特に、この光路が水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度になるようにしてレーザー光を照射すれば、表裏両面の同じ位置にアライメントマークを形成することが可能となる。
【００４７】
なお、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、ナノメートルレベルの加工が可能となり、より高精細で、且つより精度の高いアライメントマークを形成することができる。
【００４８】
また本発明では、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層を形成する。一般にレーザー光を吸収する材料はレーザー加工が可能とされているので、マスク層にレーザー光でアライメントマークを形成することが可能である。また、このアライメントマークが形成されたマスク層は、水晶基板のエッチングに耐性を有しているので、このマスク層をマスクとして利用し、水晶基板をエッチングすることも可能である。このように本発明のマスク層は、位置合わせ工程にも水晶基板のエッチング工程にも利用できると言う利点を有する。
【００４９】
また、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、通常、レーザー光では加工することができない水晶基板自体を加工することができる。よって水晶基板にアライメントマークを形成することも可能である。水晶基板自体にアライメントマークが形成されていれば、水晶振動子の外形加工以外にも、溝形成工程や電極形成工程などすべての工程に同
一のアライメントマークを利用でき、水晶振動子の加工精度がより向上する。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、高精細で高精度のアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを基準に水晶振動子の加工を行うため、寸法精度が良好な水晶振動子を製造することができ、その結果、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（第１の実施形態）
水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、図６に示すように、水晶基板１００に所望の形状の水晶片１０を形成する水晶片形成工程（図６（ａ））、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に、水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））によって製造される。
【００５２】
こうした製造工程の中で、特に図６（ａ）に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片１０の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。
【００５３】
本発明による水晶振動子の製造方法は、この水晶片形成工程において、水晶片１０を微細に且つ高精度に形成することを特徴としている。
【００５４】
図１は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。図２は本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。図３は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。
【００５５】
以下に本発明の水晶振動子の製造方法を説明する。まず、水晶基板１１０の両面にレーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板１１０のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層２１１、２１２を形成する。本実施形態では、表面がポリッシング加工された板厚が１６０μｍの水晶基板１１０の両面に、スパッタリング法によって、下層が厚さ０．０３μｍのクロム（Ｃｒ）膜、上層が厚さ０．１μｍの金（Ａｕ）膜からなる積層構造のマスク層２１１、２１２を成膜した。
【００５６】
次に図１（ａ）に示すように、マスク層２１１、２１２が形成された水晶基板１１０の一方の平面側からマスク層２１１に向けて、水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で、レーザー光５０を照射する。なお、本実施形態ではレーザー光５０として炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーを使った。
【００５７】
すると、レーザー光５０を吸収するＡｕとＣｒからなるマスク層２１１は、レーザー光５０によって加工され、その結果、貫通穴を有するマスク層２２１が形成されることとなる（図１（ｂ））。
【００５８】
さらに、レーザー光５０を照射し続けると、図１（ｂ）に示すように、レーザー光５０は、マスク層２２１にあけられた貫通穴を通過して、反対側の平面にあるマスク層２１２に届く。その結果、レーザー光５０を吸収するＡｕとＣｒからなるマスク層２１２は、レーザー光５０によって加工され、水晶基板１１０の反対側の平面にも、貫通穴を有するマスク層２２２が形成されることとなる（図１（ｃ））。
【００５９】
本実施形態に示す本発明の水晶振動子の製造方法では、このマスク層２２１、２２２にあけられた貫通穴をアライメントマークＭ１、Ｍ２として利用するのが特徴である。このようにレーザー光５０によって加工されてできたマスク層２２１、２２２の貫通穴は、いずれも数ミクロン程度の大きさで、非常に微細なパターンであるので、アライメントマークＭ１、Ｍ２として利用するのに非常に適している。
【００６０】
このアライメントマークＭ１、Ｍ２はレーザー光５０によって加工されてできるため、どちらもレーザー光５０の光路上に必ず存在するものである。よって、このアライメントマークＭ１とＭ２の位置関係は、レーザー光の光路の位置や角度がわかれば、正確に特定することが可能である。アライメントマークＭ１とＭ２の位置関係を正確に特定できていれば、その位置関係を考慮して位置合わせすればよく、精度の高い位置合わせが可能である。
【００６１】
なお本実施形態では、上述のように、本実施形態ではレーザー光５０を水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で照射している。よってレーザー光５０の光路は水晶基板１１０の平面に対して垂直な角度をなしている。
【００６２】
よって水晶基板１１０の平面に対して垂直な角度をなす光路上にある本実施形態のアライメントマークＭ１、Ｍ２は、水晶基板１１０の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークＭ１、Ｍ２を基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。
【００６３】
なお、本実施形態ではレーザー光５０の光路を水晶基板１１０に対してほぼ垂直な角度に設定したと上述したが、ほぼ垂直な角度とは、水晶基板１１０に対して９０°±１°程度の角度である。本実施形態の水晶基板の板厚が１６０μｍであることを考慮すると、これ以上の角度で光路が傾いてしまうと、アライメントＭ１、Ｍ２の位置ずれが数μｍ以上になってしまい、従来行われていた製造方法における位置ずれと同等もしくはそれ以上になってしまうからである。
【００６４】
よって本発明の効果、すなわちアライメントマークＭ１、Ｍ２の位置ずれが少ないという効果を得るには、レーザー光５０の光路を水晶基板１１０に対して９０°±１°程度の角度にするのが望ましい。
【００６５】
次に、このようにして形成されたアライメントマークＭ１、Ｍ２を用いて、フォトリソグラフィー工程を行う。まず、図２（ａ）に示すように、マスク層２２１、２２２が形成された水晶基板１１０の両面に感光性材料からなるレジスト層３１１、３１２を形成し、アライメントマークＭ１が形成されたマスク層２２１に対向するようにして露光マスク４１０を配置し、紫外線（ＵＶ６０）でレジスト層３１１を露光する。なお本実施形態では、露光された部分が除去されるポジ型レジストを、レジスト層３１１、３１２として使用した。また本実施形態では、マスク層２２１、２２２にＵＶ６０を透過しないＡｕとＣｒの積層膜を用いているので、反対側の平面に形成されているレジスト層３１２を露光してしまう危険性はまったくない。
【００６６】
なお本実施形態で用いる露光マスク４１０には、位置合わせをするためのアライメントマークｍ１と水晶片１０の片面側の外形形状が描画されており、本工程では、カメラ７０で視認しながら、この露光マスク４１０に描画されたアライメントマークｍ１を、水晶基板１１０上に形成されたアライメントマークＭ１と位置合わせして露光を行う。
【００６７】
なおこの時、アライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１の間隔は近ければ近い
ほど、焦点深度が浅く高倍率のカメラ７０を使用することができ、その結果、精度の高い位置合わせが可能となる。特に、露光マスク４１０をレジスト層３１１と密着させて露光する方式（一般にコンタクト露光方式と称する。）を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１を位置合わせすることも可能である。本発明では、このように位置合わせ精度の高いコンタクト露光方式を利用できる点も利点の一つである。
【００６８】
次に、図２（ｂ）に示すように、アライメントマークＭ２が形成されたマスク層２２２に対向するようにして露光マスク４２０を配置し、紫外線（ＵＶ６０）でレジスト層３１２を露光する。本工程においても、ＵＶ６０はＡｕとＣｒの積層膜からなるマスク層２２１、２２２によって遮光されるため、反対側の平面に形成されているレジスト層３１１を露光してしまう危険性はまったくない。
【００６９】
なお本実施形態で用いる露光マスク４２０には、位置合わせをするためのアライメントマークｍ２と、水晶片１０の片面側の外形形状が描画されている。そこで本工程では、カメラ７０で視認しながら、この露光マスク４２０に描画されたアライメントマークｍ２を、水晶基板１１０上に形成されたアライメントマークＭ２と位置合わせして露光を行う。
【００７０】
この時、図２（ａ）に示す工程と同様に、アライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２の間隔は近ければ近いほど精度の高い位置合わせが可能である。よって露光マスク４２０をレジスト層３１２と密着させて露光する方式（コンタクト露光方式）を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２を位置合わせすることが可能である。
【００７１】
以上のようにして、本発明では、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と水晶基板１１０上のアライメントマークＭ１、さらに露光マスク４２０のアライメントマークｍ２と水晶基板１１０上のアライメントマークＭ２を非常に高い精度で位置合わせしている。さらに本発明では、基準となるアライメントマークＭ１とアライメントマークＭ２が、図１に示す工程によって、位置ずれなく形成されているので、結果として本実施形態では、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０のアライメントマークｍ２が非常に高い精度で位置合わせされることとなる。
【００７２】
なお本実施形態では、図２（ａ）に示す露光マスク４１０による一方の平面の露光と、図２（ｂ）に示す露光マスク４２０による他方の平面の露光を、別々の工程として行ったが、２台のカメラ７０を用いて、同時に両面の位置合わせを行い、同時に両面を露光してもかまわない。同時に両面を位置合わせする場合であっても、位置合わせは、アライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１の組み合わせ、アライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２の組み合わせでそれぞれ行われるので、位置合わせ精度は良好なままである。
【００７３】
次に本実施形態では、図３（ａ）に示すように、露光されたレジスト層３１１、３１２を現像し、水晶片１０の外形形状がパターン化されたレジスト層３０１、３０２を形成する。なお、後述する図３（ｅ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００７４】
さらに、図３（ｂ）に示すように、レジスト層３０１、３０２をマスクとして利用してマスク層２２１、２２２をエッチングし、水晶片１０の外形形状がパターン化されたマスク層２０１、２０２を形成する。
【００７５】
さらに、図３（ｃ）に示すように、レジスト層３０１、３０２を剥離液等によって除去すると、水晶基板１１０の両面にパターン化されたマスク層２０１、２０２が形成された
状態に至る。
【００７６】
その後、図３（ｄ）に示すように、マスク層２０１、２０２をマスクとして利用し、水晶基板１１０をフッ酸等のエッチング液でエッチングし、マスク層２０１、２０２のパターンで貫通した水晶基板１００を形成する。なお本実施形態では、マスク層２０１、２０２としてエッチング液であるフッ酸に対して耐食性を有するＡｕ膜を利用しているので、水晶基板１１０のエッチング工程中にマスク層２０１、２０２のパターンが崩れることはなかった。
【００７７】
最後に、図３（ｅ）に示すように、マスク層２０１、２０２を除去し、水晶片１０が形成された水晶基板１００が完成する。このようにしてできあがった水晶基板１００に形成される水晶片１０は、非常に精度良く位置合わせされたマスク層２０１、２０２によって形成されたものであるので、従来の図８（ｄ）に示すような、断面が上下非対称のいびつな形状にはならず、上下対称で設計通りの断面形状になっている。
【００７８】
なお、この時できあがった水晶基板１００の元々アライメントマークＭ１、Ｍ２があった場所には、エッチングによって形成されたアライメントマーク痕１００ａが痕跡として残るが、水晶片１０とは異なる場所にあるので、水晶片１０を使って製造される水晶振動子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
【００７９】
以上のようにして、形成された水晶基板１００は、図６に示す通常の工程、すなわち、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））を経て、水晶振動子として完成に至る。
【００８０】
このようにして製造された本発明の水晶振動子は、上下対称な設計通りの断面形状を有する水晶片１０を用いているので、設計通りの良好な振動特性を得ることができる。
【００８１】
さらに本発明の製造方法によれば、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片１０を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。
【００８２】
（第２の実施形態）
図４は本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。第２の実施形態では、水晶基板１１０自身に微細で高精度のアライメントマークＭ１ａ、Ｍ１ｂを形成した。以下にその方法を示す。
【００８３】
まず図４（ａ）に示すように、両面をポリッシング加工した水晶基板１１０を用意し、水晶基板１１０の表面Ｆから裏面Ｂに向けて、水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で、フェムト秒レーザー光５５を照射する。
【００８４】
フェムト秒レーザー５５は長短パルスのレーザーで、単位時間あたりのエネルギーが非常に高いため、集光させることによって、通常のレーザーでは加工することができない水晶基板１１０であっても加工することができることが一般に知られている。
【００８５】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、フェムト秒レーザー５５を集光レンズ８０によって水晶基板１１０の裏面Ｂ上に集光させた。すると、図４（ｂ）に示すように、水晶基板１１１の裏面Ｂ上が加工され、アライメントマークＭ２ａが形成される。なお、水晶基板１１１の表面Ｆ及び基板内部は、フェムト秒レーザー５５が集光していないので加
工されることはない。
【００８６】
次に、図４（ｂ）に示すように、集光レンズ８０を調整し、水晶基板１１０の表面Ｆ上にフェムト秒レーザー５５を集光させた。すると今度は、表面Ｆ上が加工され、図４（ｃ）に示すように水晶基板１１２の表面Ｆ上にアライメントマークＭ１ａが形成される。
【００８７】
以上のようにして形成されるアライメントマークＭ１ａとＭ２ａはどちらもフェムト秒レーザー５５の光路上に形成されるものである。また本第２の実施形態では、フェムト秒レーザー光５５を水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で照射しており、当然のごとく、その光路は水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度をなしている。これらのことから鑑みると、アライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａは、水晶基板１１０の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａを基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。
【００８８】
水晶振動子を製造するためのこれ以降の工程は、第１の実施形態に示した工程とほぼ同じ工程を進めればよい。
【００８９】
すなわち、基準となるアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａに露光マスク４１０上のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２を位置合わせして露光する工程（図２）、さらに現像、エッチングによって水晶片１０が形成された水晶基板１００を形成する工程（図３、図６（ａ））、さらに水晶片１０上に水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、さらに電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））である。
【００９０】
本第２の実施形態によっても、得られる水晶片１０は上下対称な設計通りの断面形状を有するので、これを用いて製造される水晶振動子も設計通りの良好な振動特性になる。
【００９１】
さらに本第２の実施形態でも、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片１０を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。
【００９２】
なお、本実施形態で得られるアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａは直接水晶基板１００に刻まれているので、水晶片１０を水晶基板１００から折り取らない限り、他の工程に何度でも使用可能である。例えば、アライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａを以下に示すような工程に利用することも可能である。
【００９３】
図５は、本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。図５（ａ）に示すように、アライメントマークＭ１ａを基準にして電極２０を位置合わせすれば、水晶片１０に対して非常に精度良く電極２０を配線することが可能となり、その結果、振動特性等を安定化させることができる。
【００９４】
また図５（ｂ）に示すように、アライメントマークＭ１ａを基準にして所定の部分に精度良く溝９０を形成することも可能である。このように精度良く溝９０を形成することで振動特性を向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。
【図２】本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。
【図３】本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。
【図４】本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。
【図５】本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。
【図６】一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。
【図７】従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。
【図８】従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。
【図９】従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。
【図１０】従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。
【図１１】従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 水晶片
２０ 電極
３０ パッケージ
４０ 蓋部材
５０ レーザー
５５ フェムト秒レーザー
６０ ＵＶ
７０ カメラ
８０ 集光レンズ
９０ 溝
１００、１１０、１１１、１１２ 水晶基板
１００ａ アライメントマーク痕
２０１、２０２、２１１、２１２、２１３、２２１、２２２ マスク層
３０１、３０２、３１１、３１２、３１３ レジスト層
４１０，４２０ 露光マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器やジャイロセンサ等に利用され、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、一般的に以下に示すような工程を経て製造される。図６は一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。図６に示すように一般に水晶振動子は、水晶基板１００に所望の形状の水晶片１０を形成する水晶片形成工程（図６（ａ））、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に、水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））によって製造される。こうした製造工程の中で、特に図６（ａ）に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片１０の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。すなわち逆に言えば、水晶片１０を微細に且つ高精度に形成することができれば、振動特性に優れ且つ安定した振動特性を有する水晶振動子を製造することが可能になる。
【０００３】
従来、水晶基板１００に水晶片１０を形成する工程には、切削加工法、サンドブラスト法、エッチング法等が用いられてきた。中でも水晶基板１００を化学的に溶解させて加工するエッチング法は、微細で高精度な加工が可能であることから、小型で高性能な水晶振動子を製造するのに適しており、近年ではエッチング法を用いて水晶片１０を形成する場合が多い。
【０００４】
以下に従来のエッチング法による水晶片形成工程の一例を説明する。図７は従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。図８は従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。
【０００５】
最初に、図７（ａ）に示すように、水晶基板１１０の両面にマスク層２１１及び２１２をそれぞれ成膜し、さらにマスク層２１１の上には感光性材料であるレジスト層３１１を形成し、マスク層２１２の上には感光性材料であるレジスト層３１２を形成する。
【０００６】
マスク層２１１、２１２は、後の工程で行われる水晶基板１１０のエッチング工程に用いられるエッチング液に対して、耐食性を有する材料でなくてはならず、一般には金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等の金属材料をマスク層２１１、２１２として用いることが多い。
【０００７】
次に、図７（ｂ）に示すように、水晶基板１１０に平行に、露光マスク４１０及び４２０を配置して両方向から露光を行い、紫外光（ＵＶ６０）によってレジスト層３１１及び３１２の所定部分のみを感光させる。
【０００８】
なお、この露光工程において、露光マスク４１０に描画されているアライメントマークｍ１と露光マスク４２０に描画されているアライメントマークｍ２が同じ位置になるように合わせることによって、水晶基板１１０の一方の平面に露光されるパターンと他方の平面に露光されるパターンを位置合わせすることができる。
【０００９】
しかしながら、図７（ｂ）に示すように、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０のアライメントマークｍ２の間には、Ａｕ等からなるマスク層２１１
、２１２で覆われた水晶基板１１０がお互いを遮るようにして配置されるため、直接、アライメントマークｍ１とアライメントマークｍ２を視認しながら位置合わせすることはできない。よって、従来は水晶基板１１０の両方の面上にそれぞれカメラ７０を配置して、カメラ７０で撮影したアライメントマークｍ１とアライメントマークｍ２の画像を視認して位置合わせを行っていた。
【００１０】
このようにして露光した後、専用の現像液を用いてレジスト層３１１及び３１２を現像し、さらにエッチング液を用いてマスク層２１１及び２１２をエッチングすることによって、図８（ａ）に示すようなパターン化されたレジスト層３０１、３０２及びマスク層２０１、２０２が形成される。
【００１１】
さらに一般的には、図８（ｂ）に示すようにレジスト層３０１、３０２を剥離して、水晶基板１１０の両面にマスク層２０１、２０２が形成されている状態にするが、必ずしもこの工程は必須というわけではない。工程を簡略化するために、この工程を経ずに次の図８（ｃ）の工程に進める場合もある。
【００１２】
その後、図８（ｃ）に示すように、マスク層２０１及びマスク層２０２をマスクとして利用しながらエッチングを行い、マスク層２０１、２０２のパターンを転写した水晶基板１００を形成する。
【００１３】
最後に、図８（ｄ）に示すように、マスク層２０１及びマスク層２０２を除去して、所定の外形形状の水晶片１０を備える水晶基板１００が完成する。なおこの時、アライメントマークｍ１、ｍ２を転写した部分は、アライメントマーク痕１００ａとして水晶基板１００上に残る。図８（ｄ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００１４】
水晶片形成工程としては、この他に、水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層と他方の平面側に配置した露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１５】
図９は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。図１０は従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。
【００１６】
このパターニング方法によれば、まず図９（ａ）に示すように、水晶基板１１０の一方の平面の全面にマスク層２１１を形成し、水晶基板１１０の他方の平面には部分的にマスク層２１３を形成する。さらに、マスク層２１１上にはレジスト層３１１を形成する。
【００１７】
次に、図９（ｂ）に示すように、露光マスク４１０を介してレジスト層３１１に紫外光（ＵＶ６０）を照射し、レジスト層３１１の露光を行う。なおマスク４１０にはアライメントマークｍ１が描画されており、本工程によって、アライメントマークｍ１のパターンも他のパターンと一緒に露光される。
【００１８】
次に、図９（ｃ）に示すように、レジスト３１１を現像して、露光マスク４１０を転写した形状でパターン化されたレジスト層３０１を形成する。
【００１９】
その後、レジスト層３０１をマスクとして使用し、マスク層２１１をエッチングして、
所定の形状でパターン化されたマスク層２０１を形成する。さらに、レジスト層３０１を剥離することによって、図９（ｄ）に示すような、水晶基板１１０の一方の平面にパターン化されたマスク層２０１が形成され、他方の平面にまだパターニングされていないマスク層２１３が形成された状態に至る。なお本工程で、マスク層２０１には、露光マスク
４１０に描画されたアライメントマークｍ１を転写したアライメントマークＭ１が形成されることとなる。
【００２０】
さらにその後、図１０に示すように、マスク層２１３が形成されている面側にレジスト層３１２を形成し、そのレジスト層３１２に露光マスク４２０を介して紫外光（ＵＶ６０）を照射し、レジスト層３１２の露光を行う。
【００２１】
従来のこの方法では、本工程において、マスク層２０１に形成されるアライメントマークＭ１と露光マスク４２０に描画されるアライメントマークｍ２を、一方の面側に配置したカメラ７０を通して視認しながら位置合わせして露光するのが特徴である。カメラ７０を一台しか使用しないので、簡略で安価な装置構成にすることができると言う利点がある。なお、レジスト層３１２は透明材料もしくは半透明材料であるので、レジスト層３１２を介してアライメントマークｍ２を視認することは可能である。
【００２２】
さらに、露光マスクのアライメントマークの位置を、水晶基板の外形よりも外側に配置させて、２枚の露光マスクを位置合わせするパターニング方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【００２３】
図１１は従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。
【００２４】
このパターニング方法では、図１１に示すように、水晶基板１１０はマスクよりも小さく形成されており、そのため、露光マスク４１０に描画されているアライメントマークｍ１、露光マスク４２０に描画されているアライメントマークｍ２は、水晶基板１１０の外形よりも外側に位置している。
【００２５】
両面にマスク層２１１、２１２及びレジスト層３１１、３１２が形成された水晶基板１１０を挟み込むようにして露光マスク４１０、４２０を配置すると、通常の場合、不透明なマスク層２１１、２１２があるため、露光マスク４１０側からは露光マスク４２０は視認できず、同様に露光マスク４２０側からは露光マスク４１０は視認できない。
【００２６】
しかしながら、図１１の場合、アライメントマークｍ１とｍ２の間には何も存在しないので、カメラ７０で露光マスク４１０側から覗けば、露光マスク４１０の奥にある露光マスク４２０のアライメントマークｍ２を視認することが可能である。これにより本露光方法では、一台のカメラ７０でアライメントマークｍ１とｍ２を位置合わせしながら、且つ水晶基板１１０の両面をＵＶ６０で同時に露光することが可能となる。
【００２７】
【特許文献１】特開平９−４３８６０号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開２００４−７１９８号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従来の二台のカメラ７０の画像を通して位置合わせを行う露光方法（図７（ｂ））の場合、各々のカメラ７０の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレが、位置合わせ精度に悪影響を及ぼし、安定して高い精度で位置合わせすることは難しかった。その位置合わせ精度は、最大の場合、数μｍの位置ずれを生じさせることもあった。
【００２９】
そのため、図８（ｂ）に示すように水晶基板１１０の一方の平面に形成されたマスク層
２０１と他方の平面に形成されたマスク層２０２は位置ずれを起こした状態で形成されることが多く、その結果エッチングされてできた水晶基板１００は、図８（ｄ）に示すように、断面が上下非対称のいびつな形状にできあがってしまう。
【００３０】
このようないびつな断面形状を有する水晶基板１００から切り出された水晶片１０は、設計通りには振動しない。よって、この水晶片１０を用いて製造された水晶振動子も、当然のごとく設計通りの発振周波数にはならない。その結果、従来の水晶振動子は振動特性の信頼性が低かった。
【００３１】
水晶基板の一方の平面にパターン化したマスク層２０１と他方の平面側に配置した露光マスク４２０を位置合わせする露光方法（図１０）や、露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせする露光方法（図１１）の場合、カメラ７０は一台だけしか使用しないので、上述のようなカメラ７０の倍率、光量、レンズ収差の違いや光軸のズレによる悪影響を無くすことができる。
【００３２】
但し、図１０に示すマスク層２０１に形成されたアライメントマークＭ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２の間隔、さらに図１１に示す露光マスク４１０上のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２の間隔は、少なくとも水晶基板１１０の厚み以上の距離で離れているので、それぞれのアライメントマークを位置合わせするには、同時に２つのアライメントマークを視認することが可能な焦点深度の深いカメラ７０を使用する必要がある。
【００３３】
しかしながら、通常、焦点深度が深くなればなるほど、カメラ７０の倍率を高くすることは難く、そのため従来は、水晶基板１１０の厚みが厚くなればなるほど、低倍率のカメラ７０を用いらざるを得なかった。よって、これら露光方法を用いても高い精度で位置合わせを行うことは難しかった。
【００３４】
その結果、図１０、図１１に示すこれら露光方法を用いても、図８（ｄ）に示すような断面がいびつな形状の水晶片１０ができあがってしまうことは多々あり、高い信頼性を有する水晶振動子を製造するには至らなかった。
【００３５】
本発明の目的は、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、このアライメントマークは、水晶基板の一方の平面から水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴としている。
【００３７】
さらに、レーザー光は、水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度をなす光路で照射されるのが望ましい。
【００３８】
さらに、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。
【００３９】
さらには、レーザー光がフェムト秒レーザーであるのが望ましい。
【００４０】
また、水晶基板が加工されてアライメントマークが形成されるのが望ましい。
【００４１】
（作用）
本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターン、例えば水晶片の外形パターン、水晶振動子に形成される溝パターン、水晶振動子の電極パターン等、を形成する工程を有する水晶振動子の製造方法に関している。
【００４２】
これらパターンによって、水晶片の外形形状、水晶振動子に形成される溝形状と位置、水晶振動子の電極形状と位置等が決定される。特に水晶片の外形パターンは、水晶振動子の振動特性に大きく影響することが一般に知られている。以上の理由から、これらパターンの加工精度は、水晶振動子の特性を安定化させる上で、非常に重要である。
【００４３】
通常、例えば水晶基板の表裏両面に外形パターンを形成する場合、一方の平面（表面）の外形パターンと他方の平面（裏面）の外形パターンを、基準となるアライメントマークを用いて位置合わせする。よってこの基準となるアライメントマークをいかに精度良く形成するかが非常に重要となる。
【００４４】
本発明では、この基準となるアライメントマークを、レーザー光を用いた加工によって形成する。レーザー光を用いた加工は、一般にレーザーアブレーション加工法と呼ばれ、非常に小さいビーム径で絞られたレーザー光で素材を加工する方法である。よってこの加工法によれば、非常に微細な形状で加工することができるため、高精細で精度の良いアライメントマークを形成することが可能である。
【００４５】
また本発明では、レーザー光は水晶基板の一方の平面から水晶基板内を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射される。アライメントマークはこの光路上でレーザー加工が行われることで形成される。よってレーザー光の光路の位置や角度が明確にわかれば、水晶基板の表裏面に形成されるアライメントマークの位置を正確に特定することができるのである。
【００４６】
特に、この光路が水晶基板の平面に対してほぼ垂直な角度になるようにしてレーザー光を照射すれば、表裏両面の同じ位置にアライメントマークを形成することが可能となる。
【００４７】
なお、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、ナノメートルレベルの加工が可能となり、より高精細で、且つより精度の高いアライメントマークを形成することができる。
【００４８】
また本発明では、水晶基板の表裏両面に、レーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層を形成する。一般にレーザー光を吸収する材料はレーザー加工が可能とされているので、マスク層にレーザー光でアライメントマークを形成することが可能である。また、このアライメントマークが形成されたマスク層は、水晶基板のエッチングに耐性を有しているので、このマスク層をマスクとして利用し、水晶基板をエッチングすることも可能である。このように本発明のマスク層は、位置合わせ工程にも水晶基板のエッチング工程にも利用できると言う利点を有する。
【００４９】
また、レーザー光にフェムト秒レーザーを用いることで、通常、レーザー光では加工することができない水晶基板自体を加工することができる。よって水晶基板にアライメントマークを形成することも可能である。水晶基板自体にアライメントマークが形成されていれば、水晶振動子の外形加工以外にも、溝形成工程や電極形成工程などすべての工程に同
一のアライメントマークを利用でき、水晶振動子の加工精度がより向上する。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、高精細で高精度のアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを基準に水晶振動子の加工を行うため、寸法精度が良好な水晶振動子を製造することができ、その結果、発振周波数のばらつきが少なく安定した振動特性を有する信頼性の高い水晶振動子を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（第１の実施形態）
水晶発振器やジャイロセンサに利用される水晶振動子は、図６に示すように、水晶基板１００に所望の形状の水晶片１０を形成する水晶片形成工程（図６（ａ））、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に、水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））によって製造される。
【００５２】
こうした製造工程の中で、特に図６（ａ）に示す水晶片形成工程は、水晶振動子の振動特性に大きな影響を及ぼす水晶片１０の外形形状を形成する工程であり、非常に重要な工程である。
【００５３】
本発明による水晶振動子の製造方法は、この水晶片形成工程において、水晶片１０を微細に且つ高精度に形成することを特徴としている。
【００５４】
図１は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。図２は本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。図３は本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。
【００５５】
以下に本発明の水晶振動子の製造方法を説明する。まず、水晶基板１１０の両面にレーザー光を吸収する材料で且つ水晶基板１１０のエッチングに耐性を有する材料からなるマスク層２１１、２１２を形成する。本実施形態では、表面がポリッシング加工された板厚が１６０μｍの水晶基板１１０の両面に、スパッタリング法によって、下層が厚さ０．０３μｍのクロム（Ｃｒ）膜、上層が厚さ０．１μｍの金（Ａｕ）膜からなる積層構造のマスク層２１１、２１２を成膜した。
【００５６】
次に図１（ａ）に示すように、マスク層２１１、２１２が形成された水晶基板１１０の一方の平面側からマスク層２１１に向けて、水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で、レーザー光５０を照射する。なお、本実施形態ではレーザー光５０として炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーを使った。
【００５７】
すると、レーザー光５０を吸収するＡｕとＣｒからなるマスク層２１１は、レーザー光５０によって加工され、その結果、貫通穴を有するマスク層２２１が形成されることとなる（図１（ｂ））。
【００５８】
さらに、レーザー光５０を照射し続けると、図１（ｂ）に示すように、レーザー光５０は、マスク層２２１にあけられた貫通穴を通過して、反対側の平面にあるマスク層２１２に届く。その結果、レーザー光５０を吸収するＡｕとＣｒからなるマスク層２１２は、レーザー光５０によって加工され、水晶基板１１０の反対側の平面にも、貫通穴を有するマスク層２２２が形成されることとなる（図１（ｃ））。
【００５９】
本実施形態に示す本発明の水晶振動子の製造方法では、このマスク層２２１、２２２にあけられた貫通穴をアライメントマークＭ１、Ｍ２として利用するのが特徴である。このようにレーザー光５０によって加工されてできたマスク層２２１、２２２の貫通穴は、いずれも数ミクロン程度の大きさで、非常に微細なパターンであるので、アライメントマークＭ１、Ｍ２として利用するのに非常に適している。
【００６０】
このアライメントマークＭ１、Ｍ２はレーザー光５０によって加工されてできるため、どちらもレーザー光５０の光路上に必ず存在するものである。よって、このアライメントマークＭ１とＭ２の位置関係は、レーザー光の光路の位置や角度がわかれば、正確に特定することが可能である。アライメントマークＭ１とＭ２の位置関係を正確に特定できていれば、その位置関係を考慮して位置合わせすればよく、精度の高い位置合わせが可能である。
【００６１】
なお本実施形態では、上述のように、本実施形態ではレーザー光５０を水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で照射している。よってレーザー光５０の光路は水晶基板１１０の平面に対して垂直な角度をなしている。
【００６２】
よって水晶基板１１０の平面に対して垂直な角度をなす光路上にある本実施形態のアライメントマークＭ１、Ｍ２は、水晶基板１１０の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークＭ１、Ｍ２を基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。
【００６３】
なお、本実施形態ではレーザー光５０の光路を水晶基板１１０に対してほぼ垂直な角度に設定したと上述したが、ほぼ垂直な角度とは、水晶基板１１０に対して９０°±１°程度の角度である。本実施形態の水晶基板の板厚が１６０μｍであることを考慮すると、これ以上の角度で光路が傾いてしまうと、アライメントＭ１、Ｍ２の位置ずれが数μｍ以上になってしまい、従来行われていた製造方法における位置ずれと同等もしくはそれ以上になってしまうからである。
【００６４】
よって本発明の効果、すなわちアライメントマークＭ１、Ｍ２の位置ずれが少ないという効果を得るには、レーザー光５０の光路を水晶基板１１０に対して９０°±１°程度の角度にするのが望ましい。
【００６５】
次に、このようにして形成されたアライメントマークＭ１、Ｍ２を用いて、フォトリソグラフィー工程を行う。まず、図２（ａ）に示すように、マスク層２２１、２２２が形成された水晶基板１１０の両面に感光性材料からなるレジスト層３１１、３１２を形成し、アライメントマークＭ１が形成されたマスク層２２１に対向するようにして露光マスク４１０を配置し、紫外線（ＵＶ６０）でレジスト層３１１を露光する。なお本実施形態では、露光された部分が除去されるポジ型レジストを、レジスト層３１１、３１２として使用した。また本実施形態では、マスク層２２１、２２２にＵＶ６０を透過しないＡｕとＣｒの積層膜を用いているので、反対側の平面に形成されているレジスト層３１２を露光してしまう危険性はまったくない。
【００６６】
なお本実施形態で用いる露光マスク４１０には、位置合わせをするためのアライメントマークｍ１と水晶片１０の片面側の外形形状が描画されており、本工程では、カメラ７０で視認しながら、この露光マスク４１０に描画されたアライメントマークｍ１を、水晶基板１１０上に形成されたアライメントマークＭ１と位置合わせして露光を行う。
【００６７】
なおこの時、アライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１の間隔は近ければ近い
ほど、焦点深度が浅く高倍率のカメラ７０を使用することができ、その結果、精度の高い位置合わせが可能となる。特に、露光マスク４１０をレジスト層３１１と密着させて露光する方式（一般にコンタクト露光方式と称する。）を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１を位置合わせすることも可能である。本発明では、このように位置合わせ精度の高いコンタクト露光方式を利用できる点も利点の一つである。
【００６８】
次に、図２（ｂ）に示すように、アライメントマークＭ２が形成されたマスク層２２２に対向するようにして露光マスク４２０を配置し、紫外線（ＵＶ６０）でレジスト層３１２を露光する。本工程においても、ＵＶ６０はＡｕとＣｒの積層膜からなるマスク層２２１、２２２によって遮光されるため、反対側の平面に形成されているレジスト層３１１を露光してしまう危険性はまったくない。
【００６９】
なお本実施形態で用いる露光マスク４２０には、位置合わせをするためのアライメントマークｍ２と、水晶片１０の片面側の外形形状が描画されている。そこで本工程では、カメラ７０で視認しながら、この露光マスク４２０に描画されたアライメントマークｍ２を、水晶基板１１０上に形成されたアライメントマークＭ２と位置合わせして露光を行う。
【００７０】
この時、図２（ａ）に示す工程と同様に、アライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２の間隔は近ければ近いほど精度の高い位置合わせが可能である。よって露光マスク４２０をレジスト層３１２と密着させて露光する方式（コンタクト露光方式）を用いれば、非常に高い精度でアライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２を位置合わせすることが可能である。
【００７１】
以上のようにして、本発明では、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と水晶基板１１０上のアライメントマークＭ１、さらに露光マスク４２０のアライメントマークｍ２と水晶基板１１０上のアライメントマークＭ２を非常に高い精度で位置合わせしている。さらに本発明では、基準となるアライメントマークＭ１とアライメントマークＭ２が、図１に示す工程によって、位置ずれなく形成されているので、結果として本実施形態では、露光マスク４１０のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０のアライメントマークｍ２が非常に高い精度で位置合わせされることとなる。
【００７２】
なお本実施形態では、図２（ａ）に示す露光マスク４１０による一方の平面の露光と、図２（ｂ）に示す露光マスク４２０による他方の平面の露光を、別々の工程として行ったが、２台のカメラ７０を用いて、同時に両面の位置合わせを行い、同時に両面を露光してもかまわない。同時に両面を位置合わせする場合であっても、位置合わせは、アライメントマークｍ１とアライメントマークＭ１の組み合わせ、アライメントマークｍ２とアライメントマークＭ２の組み合わせでそれぞれ行われるので、位置合わせ精度は良好なままである。
【００７３】
次に本実施形態では、図３（ａ）に示すように、露光されたレジスト層３１１、３１２を現像し、水晶片１０の外形形状がパターン化されたレジスト層３０１、３０２を形成する。なお、後述する図３（ｅ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示している。
【００７４】
さらに、図３（ｂ）に示すように、レジスト層３０１、３０２をマスクとして利用してマスク層２２１、２２２をエッチングし、水晶片１０の外形形状がパターン化されたマスク層２０１、２０２を形成する。
【００７５】
さらに、図３（ｃ）に示すように、レジスト層３０１、３０２を剥離液等によって除去すると、水晶基板１１０の両面にパターン化されたマスク層２０１、２０２が形成された
状態に至る。
【００７６】
その後、図３（ｄ）に示すように、マスク層２０１、２０２をマスクとして利用し、水晶基板１１０をフッ酸等のエッチング液でエッチングし、マスク層２０１、２０２のパターンで貫通した水晶基板１００を形成する。なお本実施形態では、マスク層２０１、２０２としてエッチング液であるフッ酸に対して耐食性を有するＡｕ膜を利用しているので、水晶基板１１０のエッチング工程中にマスク層２０１、２０２のパターンが崩れることはなかった。
【００７７】
最後に、図３（ｅ）に示すように、マスク層２０１、２０２を除去し、水晶片１０が形成された水晶基板１００が完成する。このようにしてできあがった水晶基板１００に形成される水晶片１０は、非常に精度良く位置合わせされたマスク層２０１、２０２によって形成されたものであるので、従来の図８（ｄ）に示すような、断面が上下非対称のいびつな形状にはならず、上下対称で設計通りの断面形状になっている。
【００７８】
なお、この時できあがった水晶基板１００の元々アライメントマークＭ１、Ｍ２があった場所には、エッチングによって形成されたアライメントマーク痕１００ａが痕跡として残るが、水晶片１０とは異なる場所にあるので、水晶片１０を使って製造される水晶振動子の特性に悪影響を及ぼすことはない。
【００７９】
以上のようにして、形成された水晶基板１００は、図６に示す通常の工程、すなわち、水晶基板１００から切り出した水晶片１０上に水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、さらに蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））を経て、水晶振動子として完成に至る。
【００８０】
このようにして製造された本発明の水晶振動子は、上下対称な設計通りの断面形状を有する水晶片１０を用いているので、設計通りの良好な振動特性を得ることができる。
【００８１】
さらに本発明の製造方法によれば、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片１０を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。
【００８２】
（第２の実施形態）
図４は本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。第２の実施形態では、水晶基板１１０自身に微細で高精度のアライメントマークＭ１ａ、Ｍ１ｂを形成した。以下にその方法を示す。
【００８３】
まず図４（ａ）に示すように、両面をポリッシング加工した水晶基板１１０を用意し、水晶基板１１０の表面Ｆから裏面Ｂに向けて、水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で、フェムト秒レーザー光５５を照射する。
【００８４】
フェムト秒レーザー５５は長短パルスのレーザーで、単位時間あたりのエネルギーが非常に高いため、集光させることによって、通常のレーザーでは加工することができない水晶基板１１０であっても加工することができることが一般に知られている。
【００８５】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、フェムト秒レーザー５５を集光レンズ８０によって水晶基板１１０の裏面Ｂ上に集光させた。すると、図４（ｂ）に示すように、水晶基板１１１の裏面Ｂ上が加工され、アライメントマークＭ２ａが形成される。なお、水晶基板１１１の表面Ｆ及び基板内部は、フェムト秒レーザー５５が集光していないので加
工されることはない。
【００８６】
次に、図４（ｂ）に示すように、集光レンズ８０を調整し、水晶基板１１０の表面Ｆ上にフェムト秒レーザー５５を集光させた。すると今度は、表面Ｆ上が加工され、図４（ｃ）に示すように水晶基板１１２の表面Ｆ上にアライメントマークＭ１ａが形成される。
【００８７】
以上のようにして形成されるアライメントマークＭ１ａとＭ２ａはどちらもフェムト秒レーザー５５の光路上に形成されるものである。また本第２の実施形態では、フェムト秒レーザー光５５を水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度で照射しており、当然のごとく、その光路は水晶基板１１０の平面に対してほぼ垂直な角度をなしている。これらのことから鑑みると、アライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａは、水晶基板１１０の表裏両面の同じ位置に形成されていることとなる。よって、このアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａを基準にして位置合わせを行えば、表裏のパターンを正確に合わせることができる。
【００８８】
水晶振動子を製造するためのこれ以降の工程は、第１の実施形態に示した工程とほぼ同じ工程を進めればよい。
【００８９】
すなわち、基準となるアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａに露光マスク４１０上のアライメントマークｍ１と露光マスク４２０上のアライメントマークｍ２を位置合わせして露光する工程（図２）、さらに現像、エッチングによって水晶片１０が形成された水晶基板１００を形成する工程（図３、図６（ａ））、さらに水晶片１０上に水晶片１０を発振させるための電極２０を形成する電極形成工程（図６（ｂ））、さらに電極２０が形成された水晶片１０をパッケージ３０に実装し、蓋部材４０によって水晶片１０を密閉するパッケージング工程（図６（ｃ））である。
【００９０】
本第２の実施形態によっても、得られる水晶片１０は上下対称な設計通りの断面形状を有するので、これを用いて製造される水晶振動子も設計通りの良好な振動特性になる。
【００９１】
さらに本第２の実施形態でも、高い寸法精度で且つ寸法ばらつきの少ない水晶片１０を形成できるので、発振周波数が安定した信頼性の高い水晶振動子を得ることができる。
【００９２】
なお、本実施形態で得られるアライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａは直接水晶基板１００に刻まれているので、水晶片１０を水晶基板１００から折り取らない限り、他の工程に何度でも使用可能である。例えば、アライメントマークＭ１ａ、Ｍ２ａを以下に示すような工程に利用することも可能である。
【００９３】
図５は、本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。図５（ａ）に示すように、アライメントマークＭ１ａを基準にして電極２０を位置合わせすれば、水晶片１０に対して非常に精度良く電極２０を配線することが可能となり、その結果、振動特性等を安定化させることができる。
【００９４】
また図５（ｂ）に示すように、アライメントマークＭ１ａを基準にして所定の部分に精度良く溝９０を形成することも可能である。このように精度良く溝９０を形成することで振動特性を向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層へのアライメントマークの形成工程を示した図である。
【図２】本発明の水晶振動子の製造方法における露光工程を示した図である。
【図３】本発明の水晶振動子の製造方法におけるマスク層の現像工程以降の工程を示した図である。
【図４】本発明の水晶振動子の製造方法における水晶基板へのアライメントマークの形成工程を示した図である。
【図５】本発明のアライメントマーク付き水晶基板の利用例を示した図である。
【図６】一般的な水晶振動子の製造方法を示した図である。
【図７】従来のエッチング法による水晶片形成工程の前半を示した図である。
【図８】従来のエッチング法による水晶片形成工程の後半を示した図である。
【図９】従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の前半を示した図である。
【図１０】従来の一方の平面のマスク層と他方の平面の露光マスクを位置合わせするパターニング方法の後半を示した図である。
【図１１】従来の露光マスクのアライメントマークの位置を水晶基板の外形よりも外側に配置させて位置合わせするパターニング方法を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 水晶片
２０ 電極
３０ パッケージ
４０ 蓋部材
５０ レーザー
５５ フェムト秒レーザー
６０ ＵＶ
７０ カメラ
８０ 集光レンズ
９０ 溝
１００、１１０、１１１、１１２ 水晶基板
１００ａ アライメントマーク痕
２０１、２０２、２１１、２１２、２１３、２２１、２２２ マスク層
３０１、３０２、３１１、３１２、３１３ レジスト層
４１０，４２０ 露光マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、
前記アライメントマークは、前記水晶基板の一方の平面から前記水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー光は、前記水晶基板の平面に対して垂直な角度をなす光路で照射されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
前記水晶基板の表裏両面に、前記レーザー光を吸収する材料で且つ前記水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されて前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光がフェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
前記水晶基板が加工されて前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１】
水晶基板の表裏両面にフォトリソグラフィー法によって所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンを位置合わせするために用いるアライメントマークを形成する工程とを有する水晶振動子の製造方法において、
前記アライメントマークは、前記水晶基板の一方の平面から前記水晶基板の内部を通って対向する他方の平面に向かう光路で照射されるレーザー光を用いた加工によって形成されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザー光は、前記水晶基板の平面に対して垂直な角度をなす光路で照射されることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
前記水晶基板の表裏両面に、前記レーザー光を吸収する材料で且つ前記水晶基板のエッチングに耐性を有する材料からなるからなるマスク層を形成し、このマスク層が加工されて前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
前記レーザー光がフェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
前記水晶基板が加工されて前記アライメントマークが形成されることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２７３１８（Ｐ２００９−２７３１８Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６７３７（Ｐ２００７−１８６７３７）
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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