JP4031171B2 - スルーホール形成方法 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、スルーホール形成方法に関する。
【従来の技術】
従来のガラスや水晶等のスルーホール加工には、レーザー加工法やブラスト加工法やエッチング加工が用いられる。
圧電振動子において、例えば、特開平７−１５４１８３に示されるように、ガラスやシリコンをエッチングし外部との電気的導通をとるためのスルーホールを有する圧電振動子の蓋体を形成することが記載されている。
エッチング加工法では高精度、微細加工が可能であり、比較的加工時間が短いという長所がある。更にバッチ処理が可能なことから、ガラスや水晶（ＳｉＯ₂）からなる基板に多数のスルーホールを一度に形成することができ、量産には適している。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガラスは等方にエッチングされるため、スルーホールは図７に示すように球状に形成される。このため、圧電振動子の蓋体をガラス基板から形成し、エッチング加工法により電気的導通を取るためのスルーホールを形成すると、スルーホール内壁面に電気的導通を取るためのスパッタ等による電極膜付けを行う場合等において、スパッタにより膜形成がされにくい影となる部分ができ、均一に電極膜が形成されず電気的な抵抗値が上昇する等の不都合が生じ、電気的導通が甚だしく悪くなり、圧電振動子のスルーホールとしては適さないという課題があった。
また、水晶からなる基板にエッチング加工法によりスルーホールを形成する場合においては、水晶にエッチング加工を行うと、水晶の異方性によってスルーホールの形状はいびつにエッチングされ、均一な面をもつ形状は得られず、電極膜は均一に形成されないことから、圧電振動子のスルーホールとして適さないという問題があった。
ブラスト加工では、微細な粒子を用いる微細ブラスト加工であれば高精度かつ多数のスルーホールを一度に基板にあけることは可能であるが、加工時間が掛かり低価格の実現が難しい。粗い粒子を用いてブラスト加工すれば加工時間を短縮することは可能であるが、スルーホール内側表面は粗面となるため形状は不均一となり、クラックも発生しやすくなることから、加工精度や信頼性に問題があった。また表面が粗面であることから、電極膜を形成した場合に均一に形成されない。
レーザー技術を用いる方法もあるが、数百ミクロンの径のスルーホールを何百個も基板に開けるには、加工時間が掛かりすぎるため低価格化が実現できない。また、高精度のスルーホールを求めるにはエキシマレーザーが適するが、装置や維持費等が高額となり問題であった。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のスルーホール形成方法は、ブラスト加工をあらかじめガラスや水晶等の蓋体形成基板のスルーホール形成部分に短時間加えて予備穴を開けておき、その後、予備穴の形状を利用して化学的エッチング加工を行う方法を用いる。なお、予備穴のブラスト用レジスト膜およびスルーホール形成のエッチングからの保護膜はフォトリソグラフィー法により高精度にパターニングする。
このような方法によれば、前述したエッチングでの抜け形状を改善でき、滑らかで直線的な内壁面のスルーホールが得られる。さらに、高精度、微細加工が可能で比較的加工時間が短く、バッチ処理が可能というエッチング加工法の長所をいかしながら、基板上に多数のスルーホールを一度に形成することが可能となる。
また、上記のようなスルーホール形成方法を用いて、圧電振動子とその基端部に一体的に接続されて当該圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、前記圧電振動板の両側表面に設けられて前記圧電振動板を振動させる一対の励振電極膜と、前記励振電極膜と連結する接合膜を介して接合されて前記圧電振動片のその振動を妨げることなく気密封止する凹部を有する一対のガラスからなる蓋体とを具備する圧電振動子の、前記蓋体を複数形成する蓋体形成基板の上下面に保護膜を形成し、フォトリソグラフィー法により一方の面の前記保護膜に開口部を形成し、前記開口部を有する側の前記保護膜の上面および側面を覆うレジスト膜を形成し、ブラスト加工により予備穴を形成し、前記レジスト膜を除去し、エッチング加工によりスルーホールを形成し、前記保護膜を除去することを特徴とする圧電振動子の製造方法を提供するものである。
また、予備穴は基板の上下面を貫通することも特徴とする。予備穴は貫通していなくてもエッチング加工の抜け形状を改善することが可能であるが、予備穴が基板の上下面を貫通することにより、スルーホール形状のバラツキを減少できる。
本発明のスルーホール形成方法を圧電振動子の励振電極の外部との電気的導通をとるためのスルーホール形成に用いると、前述のエッチング加工法の長所をいかして、滑らかで直線的な内壁面を有する抜け形状が改善された多数のスルーホールを短時間で形成できることから、電極膜が均一に形成され電気的導通が良好で抵抗値が低く性能の高い低価格の圧電振動子の量産を行うことが可能となった。
【発明の実施の形態】
本発明は、ブラスト加工をあらかじめガラスや水晶等の基板に加えて予備穴を開けておき、その後、エッチング加工をおこなうことで抜け形状を改善しながら高精度、微細加工を短時間でおこなうものである。予備穴はその後にエッチングでなめらかな面に加工されるため、粗い面で仕上げられていても問題無く、砥粒径を大きなものにすることで加工時間は短縮される。エッチング加工を利用でき、複数のスルーホールを一度に形成することができる。
上記のような本発明のスルーホール形成方法を圧電振動子のスルーホール形成に利用することで、このスルーホールを介した電気的導通を良好なものとすることができる。
以下に実施例を示す。
【実施例】
（実施例１）
図を参照してスルーホール形成方法を説明する。図１は本発明の実施例を示す断面図である。３がスルーホールの完成形状である。図２は、本発明のスルーホールの形成法の工程図である。まず、図２（ａ）に示すようにガラスからなる基板１の上面および下面の表面に金薄膜等のエッチング液からの保護膜４を形成し、フォトリソグラフィー法によりエッチングされるべきパターンを形成する。すなわち、ガラスからなる基板１の一方の面の保護膜において、フォトリソグラフィー法によりスルーホール形成部の保護膜を除去し、スルーホール３を形成するための開口部６を形成する。つぎに、図２（ｂ）に示すようにウレタン系などのブラスト用レジスト膜５をガラスからなる基板１上の開口部６を有する側の保護膜４の上面と開口部６の部分の保護膜４の側面を覆うように形成し、ブラスト加工を行う。これにより図２（ｃ）に示すように予備穴２が形成される。例えばガラス基板の厚みが１００〜５００ミクロンの場合に用いられるブラスト粒子の粒径は２〜５０ミクロン程度が適当である。図２（ｄ）に示すようにブラスト用レジスト膜５を剥離した後、先の保護膜４を利用してフッ酸等により化学的エッチングを施す。このとき、エッチングは予備穴の形状を拡大するように進み、図2（ｅ）に示すようにスルーホール３の仕上り形状となる。そして図２（ｆ）のように保護膜４を剥離し、スルーホール３を完成する。なお、予備穴２を加工するタイミングは保護膜４の形成前でも全く問題ない。
（実施例２）
図２は本発明の他の実施例を示す断面図である。予備穴２のブラスト加工による加工深さは図２のように反対面まで貫通している。予備穴２が貫通している以外は実施例１と同様にスルーホール３を形成した。この場合、スルーホール３は実施例１よりも直線的に形成された。ブラスト加工の時間が実施例１よりも若干長くなるが、エッチング時間が短縮され、また、スルーホールの形状のバラツキが減少できた。
（実施例３）
基板１が水晶である以外は実施例１と同様の加工を行った。水晶にエッチング加工を行うと、水晶の異方性によってスルーホールをいびつにエッチングされ、均一な壁面を持つスルーホールは得られない。本発明のスルーホール形成方法のようにブラスト加工により予備穴２を形成後にエッチング加工を行うことで、エッチング加工の時間が短縮され、水晶の結晶構造に従ってエッチングされスルーホール３が異方性を持つ前に加工が完了し、直線的な壁面を持つスルーホール３が形成された。
（実施例４）
本発明のスルーホール形成方法でスルーホールを形成した蓋体を用いた圧電振動子の一実施例の製造工程について図を参照しながら説明する。
本実施形態の圧電振動子は、圧電振動片とその基端部に一体的に接続されて圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、その圧電振動板の両側表面に設けられて圧電振動板を振動させる一対の励振電極膜と、その励振電極膜と連結する接合膜を介して接合されて圧電振動片の振動をさまたげることなく、振動可能な状態で気密封止する凹部を有する一対の蓋体とを具備する構造であり、例えば、図４のように、水晶（ＳｉＯ₂）からなり、音叉型の水晶振動片を有する水晶振動子１０である。水晶振動片１１とその周囲を囲むように一体的に形成された枠状部１５からなる水晶振動板１２と、この水晶振動板１２の両面に接合されて水晶振動片１１を振動可能な状態で気密封止する一対の蓋体１４から成るものである。
蓋体１４は、図５（ａ）に示すように、例えば、ソーダライムガラスからなる蓋体形成基板２２に凹部１３を複数形成する。すなわち、蓋体形成基板２２に複数の蓋体１４を一体的に形成する。あわせて、各蓋体の１４の長手方向における各蓋体１４の間にスルーホール２２ａが形成され、このスルーホール２２ａの内壁面は、蓋体形成基板２２を切断後、蓋体１４の側面の一部となる。
このような凹部１３の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、蓋体形成基板２２上の一方面側に、スパッタリング法による金属薄膜のマスク３０を設ける。このマスク３０に、フォトリソグラフィー法により蓋体１４の水晶振動板１２との接合面側の水晶振動片１１に対応する部分のマスク３０を除去し開口部３１を設ける。そして、図６（ｂ）に示すように、このマスク３０上から、例えば、エッチングによって蓋体形成基板２２上に凹部１３を複数形成できる。なお、凹部１３は、微細粒子によるサンドブラスト法によっても形成できる。
そして、スルーホール２２ａの形成方法は、まず、図７（ａ）に示すように、蓋体形成基板２２の上面および下面の表面に金薄膜等のエッチング液からの保護膜２４を形成し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、エッチングされるべきパターンを形成する。すなわち、蓋体形成基板２２の凹部１３を形成した面とは反対側の面の保護膜２４において、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、スルーホール形成部の保護膜２４を除去し、スルーホール２２ａを形成するための開口部２６を形成する。つぎに、図７（ｂ）に示すようにウレタン系などのブラスト用レジスト膜２５を蓋体形成基板２２上の開口部２６を有する側の保護膜２４の上面と側面を覆うように形成し、ブラスト加工を行う。これにより図７（ｃ）に示すように予備穴３２が形成される。図７（ｄ）に示すようにブラスト用レジスト膜２５を剥離した後、先の保護膜２４を利用してフッ酸等により化学的エッチングを施す。このとき、エッチングは予備穴３２の形状を拡大するように進み、図７（ｅ）に示すようにスルーホール２２ａの仕上り形状となる。この後、図７（ｆ）のように保護膜を剥離し、スルーホール２２ａを完成した。このようにスルーホール２２ａを形成することで、蓋体形成基板２２上に多数のスルーホール２２ａを抜け形状を改善した状態で、精度よく短時間で一度に形成することが可能となった。なお、予備穴３２を加工するタイミングは保護膜２４の形成前でも全く問題ない。
また、図示はしていないが、スルーホール２２aと凹部１３とを同時に形成してもよく、抜け形状を改善したスルーホール２２aが得られることは言うまでもない。蓋体形成基板２２の上面および下面の表面に金薄膜等のエッチング液からの保護膜２４を形成し、一方の面の保護膜２４にフォトリソグラフィー法によりパターニングし、凹部１３を形成するための開口部３１を形成し、蓋体形成基板２２の凹部１３を形成する面とは反対側の面の保護膜２４において、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、スルーホール形成部の保護膜を除去し、スルーホール２２ａを形成するための開口部２６を形成する。つぎに、ウレタン系などのブラスト用レジスト膜を蓋体形成基板２２上のスルーホール２２ａ形成用の開口部を有する側の保護膜の上面と側面を覆うように形成し、スルーホールを形成する側のブラスト加工を行い、予備穴を形成する。ブラスト用レジスト膜を剥離した後、先の保護膜を利用してフッ酸等により化学的エッチングを施し、スルーホール２２ａを仕上り形状とする。この後、保護膜を剥離し、スルーホール２２ａを完成した。凹部１３はこのエッチングの段階で、凹部１３形成側の面の保護膜２４にフォトリソグラフィー法により設けられた凹部１３形成用の開口部３１からエッチングされ、スルーホール２２ａと共に完成する。
水晶振動板１２は、例えば、厚さが０．０２〜０．２ｍｍの水晶ウェハー２１をエッチングすることにより、図５（ｂ）に示すように一枚の水晶ウェハー２１上に複数の水晶振動片１１を形成する。すなわち、水晶ウェハー２１に複数の水晶振動板１２を一体的に形成する。また同時に、蓋体形成基板２２のスルーホール２２ａに対応する部分には、スルーホール２２ａよりも小さいスルーホール２１ａが形成され、このスルーホール２１ａの内面は、水晶ウェハー２１を切断後、水晶振動板１２の側面の一部となる。
このように形成された水晶ウェハー２１の全表面に亘って例えば、図８（ａ）のように、クロム、アルミニウム等を金属膜をスパッタリング等によって成膜する。本実施形態では、アルミニウムを用いた。次に図８（ｂ）のように、この金属膜をパターニングして、水晶振動片１１を振動させるための励振電極膜１６、蓋体形成基板２２との実際の接合膜となる接合膜１７、１８を水晶振動片１１の周囲の枠状部１５となる部分に対応して形成する。ここで、各励振電極膜１６ａ、１６ｂは、各面の長手方向反対側の端部まで延設され、一方の極の励振電極１６ａがリード電極１９に接続され、他方の極の励振電極１６ｂがリード電極２０に接続している。
次いで図８（ｃ）のように、水晶ウェハー２１の両面側に蓋体１４を複数形成した一対の蓋体形成基板２２を配置し、不活性ガス中、又は真空中で例えば、１００℃〜２００℃に加熱すると共に水晶ウェハー２１の上下面の接合膜１７、１８と蓋体形成基板２２とに、接合膜１７、１８側が陽極となるように、直流電源によってそれぞれ０．５〜３ｋＶの直流電圧を印加し陽極接合し各凹部１３内に水晶振動片１１を気密封止する。
このように、陽極接合によって水晶ウェハー２１及び蓋体形成基板２２を接合すると、次いで、図８（ｄ）のように、接合膜１７、１８及び一方の蓋体１４の表面上に、例えば、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）等からなる金属膜をスパッタリング等により成膜して、さらにこの金属膜をパターニングすることによりリード電極１９、２０を接合膜１７が延設された側の蓋体１４表面にわたって形成する。その後、図８（ｅ）のように、所定位置においてダイシング等により切断し、個々の水晶振動子を得た。このリード電極１９、２０はつまり、接合膜１７、１８から蓋体のスルーホール２２ａの内壁面を介して蓋体１４表面に亘り形成されたものであるが、本発明のスルーホール形成方法によりスルーホール２１ａの抜け形状は改善され、直線的でしかも滑らかな壁面をもつスルーホールであることから、金属膜を均一に成膜でき電気的導通が良好となり抵抗値の低い水晶振動子が得られた。
本実施形態では、圧電振動子の蓋体をソーダライムガラスにより形成したが、水晶を用いた場合の蓋体のスルーホール形成に本発明の方法を用いてもよい。
（実施例５）
圧電振動子の蓋体のスルーホール形成において、予備穴３２のブラスト加工による加工深さを反対面まで貫通させた以外は実施例４と同様の工程で圧電振動子を形成した。この場合、スルーホール２２ａはより直線的に形成された。ブラスト加工の時間が若干長くなるが、エッチング時間が短縮され、また、スルーホールの形状のバラツキが減少できた。スルーホールの内壁面がより直線的なため、リード電極形成のための金属膜が良好に形成された。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によればエッチング加工法での抜け形状を改善でき、さらに、基板上に多数のスルーホールを一度に形成でき、高精度、微細加工が可能で比較的加工時間が短いというエッチング加工法の長所を生かすことが可能となる。これにより、小型で低価格の圧電振動子を得ることが可能となる。さらに、直線的で滑らかな壁面をもつスルーホールを形成できることから、その内壁面に金属膜を均一に成膜でき、電気的導通が良好な圧電振動子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスルーホールの断面図である。
【図２】本発明のスルーホールの形成工程図である。
【図３】本発明の他の実施形態のスルーホールの断面図である。
【図４】本発明の実施形態の圧電振動子の断面図である。
【図５】本発明の実施形態の蓋体形成基板及び水晶ウェハーを示す概略図である。
【図６】本発明の蓋体の凹部の形成工程図である。
【図７】本発明の蓋体のスルーホール部分の形成工程図である。
【図８】本発明の圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図９】従来のスルーホールの断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２、３２ 予備穴
３、２１ａ、２２ａ スルーホール
４、２４ 保護膜
５、２５ ブラスト加工用レジスト膜
６、２６ 開口部
１０ 水晶振動子
１１ 水晶振動片
１２ 水晶振動板
１３ 凹部
１４ 蓋体
１５ 枠状部
１６ 励振電極膜
１７、１８ 接合膜
１９、２０ リード電極
２１ 水晶ウェハー
２２ 蓋体形成基板

Claims (3)

1. 基板の上下面に保護膜を形成し、
   フォトリソグラフィー法により一方の面の前記保護膜に第１の開口部を形成し、
   前記第１の開口部を有する側の前記保護膜の上面および側面を覆い、前記第１の開口部よりも小さな第２の開口部を有するレジスト膜を形成し、
   前記第２の開口部からブラスト加工により予備穴を形成し、
   前記レジスト膜を除去し、
   前記第１の開口部からエッチング加工によりスルーホールを形成し、
   前記保護膜を除去することを特徴とするスルーホールの形成方法。
2. 前記予備穴は基板の上下面を貫通することを特徴とする請求項１に記載のスルーホール形成方法。
3. 圧電振動子とその基端部に一体的に接続されて当該圧電振動片の周囲を囲む枠状部とを有する圧電振動板と、前記圧電振動板の両側表面に設けられて前記圧電振動板を振動させる一対の励振電極膜と、前記励振電極膜と連結する接合膜を介して接合されて前記圧電振動片のその振動を妨げることなく気密封止する凹部を有する一対のガラスからなる蓋体とを具備する圧電振動子において、
   前記蓋体を複数形成する蓋体形成基板の上下面に保護膜を形成し、
   フォトリソグラフィー法により一方の面の前記保護膜に第１の開口部を形成し、
   前記第１の開口部を有する側の前記保護膜の上面および側面を覆い、前記第１の開口部よりも小さな第２の開口部を有するレジスト膜を形成し、
   前記第２の開口部からブラスト加工により予備穴を形成し、
   前記レジスト膜を除去し、
   前記第１の開口部からエッチング加工によりスルーホールを形成し、
   前記保護膜を除去することを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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