JP2004193632A - 水晶板のプラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶板を効率よく極薄に加工することができる水晶板のプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング装置において、キャリア２０の凹部２０ａに水晶板を装着し、キャリア２０を下部電極３上に載置してプラズマエッチング処理を行う。水晶板の製造工程では、水晶板素材７Ａを水晶振動子用の個片の水晶板７Ｂに分割し、まず機械研削により５０μｍ程度の厚みＴ１まで研削した後に、プラズマエッチング装置によって、１５μｍ程度の厚みＴ２まで薄化を行う。これにより、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板７を高い歩留まりで製造することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、水晶振動子に用いられる水晶板をプラズマエッチングにより薄化加工する水晶板のプラズマエッチング装置に関するものである。

水晶振動子に用いられる水晶板の製造工程では、水晶板素材を板状に薄化して発振周波数に対応した所定厚みの水晶板に加工することが行われる。従来この薄化加工には機械的な研削加工が用いられており、この研削加工により水晶素材を５０μｍ程度の厚みの水晶板に加工していた。

ところが、近年水晶振動子の発振周波数は従来よりも高い周波数帯域が望まれるようになっており、これに伴って水晶板をさらに薄く、例えば１５μｍ程度までの厚みに加工することが求められている。しかしながら、従来の水晶板の製造方法では、強度的に脆弱な水晶板を効率よくしかも安定して加工する技術は確立されておらず、水晶板をこのような厚みまで正確に高歩留まりで加工可能な水晶板の製造方法が求められていた。

そこで本発明は、水晶板を効率よく極薄に加工することができる水晶板のプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング装置であって、内部に上部電極と下部電極から成る平行平板電極が配置された処理室と、前記処理室内に酸素とフッ素系ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、前記平行平板電極に高周波電圧を印加する高周波電源部とを備え、前記上部電極の下面には前記ガス供給手段から供給された混合ガスを噴出する多数のガス噴出孔が設けられており、また下部電極は水晶電極を１個づつ保持する凹部が複数形成されたキャリアを載置するものであり、このキャリアの凹部に装着された水晶板にプラズマエッチング処理を行なうようにした。

請求項２記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、請求項に記載の水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記平行平板電極の電極間距離Ｌは、３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］の範囲である。

請求項３記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、請求項１または２に記載の水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記混合ガスの圧力は、１０００［Ｐａ］〜３０００［Ｐａ］の範囲である。

各請求項記載の発明によれば、板状の水晶の薄化工程において、水晶板素材を機械研削した後に、さらにプラズマエッチングによりキャリアの凹部に装着された水晶板をエッチングして薄化することにより、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板を高い歩留まりで製造することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプ
ラズマエッチング装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図、図５、図６、図７は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図、図９は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図である。

まず図１、図２、図３を参照してプラズマエッチング装置について説明する。図１において、フレーム部材１Ａに支持されたベース部材１の中央部には、開口部１ａが設けられている。ベース部材１には、下方より下部電極３が開口部１ａに挿入されて絶縁部材２を介して装着され、上方より蓋部材４の側壁部の下端部が気密に当接する。

蓋部材４の天井面には、上部電極６の支持部６ａが真空密に挿通している。上部電極６と下部電極３は平行平板電極を構成している。すなわち上部電極６の下面と下部電極３の上面は略平板状で対向した配置となっており、図２に示すように下部電極３の上面に設けられた複数の凹部３ａ内には、エッチング対象の水晶板７が載置される。したがって、下部電極３の上面は水晶板７を載置する載置部を兼ねたものとなっている。図３に示すように、凹部３ａはプラズマエッチング処理の対象となる水晶板７の大きさに応じて設けられており、内部に水晶板７を載置した状態で水晶板７の位置や姿勢が大きくずれないような形状となっている。

上部電極６が装着された蓋部材４、下部電極３およびベース部材１により閉囲される空間は、水晶板をプラズマ放電によってエッチング処理する処理室５となっている。蓋部材４は図示しない接離手段によってベース部材１に対して接離可能となっており、蓋部材４がベース部材１と分離することにより、処理室５は開放状態となる。そしてこの状態で水晶板７の処理室５への搬入および処理後の水晶板７の処理室５からの搬出を行う。

図２に示す下部電極３の上面と上部電極６の下面との間の距離Ｌ（以下、電極間距離Ｌと略称する。）は、装置製作時または調整時に予め所定値に設定されており、特定された水晶板７を対象とした装置稼働時には電極間距離Ｌは固定された状態で使用される。

図２において、上部電極６の支持部６ａの内部にはガス供給孔６ｂが設けられており、ガス供給孔６ｂは上部電極６の下面に多数設けられたガス噴出孔６ｃと連通している。またガス供給孔６ｂは図１に示すように、バルブ１１を介してガス供給部１０と接続されている。ガス供給部１０はガス供給手段であり、酸素ガスと６フッ化硫黄（ＳＦ６）や４フッ化炭素（ＣＦ４）などのフッ素系ガス及びアルゴンガスを含む混合ガスを供給する。バルブ１１を開状態にしてガス供給部１０を駆動すると、ガス噴出孔６ｃから処理室５の内部に前記混合ガスが供給される。

ベース部材１には給排気孔１ｂが設けられており、給排気孔１ｂにはバルブ１７を介して排気用真空ポンプ１６が接続されている。処理室５が閉じた状態で、排気用真空ポンプ１６を駆動することにより、処理室５内は排気され減圧される。真空計１８によって真空度を検出し、検出結果に基づいて排気用真空ポンプ１６を制御することにより、処理室５内部は予め設定されている所定の真空度まで到達する。

ガス供給部１０から前記混合ガスを処理室５内にガス噴出孔６ｃを介して供給するとともに、真空計１８によって処理室５内のガス圧力を検出し検出結果に基づいて、図示しない制御手段によってバルブ１１を制御することにより、処理室５内の混合ガスの圧力Ｐ、すなわちエッチングのためのプラズマ放電時の混合ガスの圧力（以下、放電圧力と略称）Ｐを、予め設定されている所定圧力に設定することができる。また給排気孔１ｂには大気
導入用バルブ１９が接続されており、大気導入用バルブ１９を開くことにより、処理室５内には真空破壊用の空気が導入される。

下部電極３の内部には、冷却用の管路３ｃが設けられている。管路３ｃは冷却装置１４と接続されており、管路３ｃ内を冷却装置１４によって冷却された水などの冷却媒体を循環させることにより、エッチング処理時に発生する熱を冷却媒体に吸収させて、処理対象の水晶板７を冷却することができる。

下部電極３は同調回路部を備えた高周波電源部１５と電気的に接続されている。上部電極６は蓋部材４を介して接地されており、高周波電源部１５を駆動することにより、下部電極３と上部電極６との間には高周波電圧が印加される。処理室５内を真空排気した後にガス供給部１０によって前述の混合ガスを処理室５内に供給し、処理室内を所定の圧力に保った状態で、下部電極３に高周波電圧を印加することにより、下部電極３と上部電極６の間にはプラズマ放電が発生する。

このプラズマエッチング装置は上記のように構成されており、以下このプラズマエッチング装置を用いた水晶板の製造方法について説明する。この水晶板は、板状の水晶を薄化することにより、水晶振動子用として製造されるものである。

図４（ａ）において、７Ａは板状の水晶板素材であり、水晶板素材７Ａはまず図４（ｂ）に示すように、水晶振動子用の所定サイズの個片の水晶板７Ｂに分割される。そして分割後の水晶板７Ｂは研削工程に送られる。ここで、機械研削加工を行うことにより、図４（ｃ）に示すように水晶板７Ｂを研削し、約５０μｍの厚さＴ１の水晶板７を得る。この研削加工後の水晶板７には、図４（ｄ）に示すように研削面に加工歪層７ａが生成されている。この加工歪層７ａはマイクロクラックを含む場合が多く、水晶板７の強度を損なう原因となるため、極力除去することが望ましい。

次に、機械研削後の水晶板７はプラズマエッチング工程に送られる。ここではプラズマエッチング装置により、水晶板７の厚さをさらに薄くする薄化加工が行われる。このプラズマエッチング処理について説明する。まず図２に示すように、水晶板７を下部電極３の上面の凹部３ａ内に載置する。この作業は蓋部材４を上昇させて処理室５を開放状態にして行う。

次いで処理室５を閉じ、排気用真空ポンプ１６を駆動して処理室５内を真空排気した後、ガス供給部１０を駆動して処理室５内にプラズマ発生用ガスを供給する。このとき、電極間距離Ｌが３〜１０ｍｍの範囲で、また放電圧力Ｐが１０００〜５０００Ｐａの範囲となるようにエッチング条件が設定される。そして、この条件下で高周波電源部１５を駆動して上部電極６と下部電極３の間に高周波電圧を印加することにより、上部電極６と下部電極３の間にはプラズマ放電が発生する。そして発生したプラズマのエッチング作用により、水晶板７のプラズマエッチング処理が行われる。

このプラズマ処理においては、フッ素系ガスと酸素ガスを含む混合ガスにプラズマ放電が行われることにより、ガス状のフッ素ラジカルや酸素ラジカルなどの活性物質が発生し、これらの活性物質の作用により水晶板７の成分であるシリコンが除去され、水晶板７の上面のプラズマエッチング処理が行われる。

プラズマエッチング処理が完了したならば、処理室５内に大気を導入して蓋部材４を開放し、凹部３ａ内から処理済みの水晶板７を取り出す。このプラズマエッチング処理により、水晶板７は約１５μｍ程度の極薄の水晶板に薄化加工される（図４（ｅ）参照）。このとき、機械研削の際に水晶板７の表面に生成された加工歪層７ａが除去され、強度脆化
の原因となるマイクロクラック層を除去することができる。これにより、以後の製造過程における破壊を防止し高い加工歩留まりで極薄の水晶振動子用の水晶板７を製作することができる。

また、本実施の形態の水晶板の製造方法は、上記プラズマエッチングにおいてフッ素系ガスと酸素系ガスを含むプラズマ発生用ガスを用いているため高効率のエッチングを行うことができ、プラズマエッチングに先立って機械研削を行うことと相まって、高い生産性を達成することを可能としている。

なお、本実施の形態では、水晶板の載置方法として、下部電極３に形成された凹部３ａ内に水晶板７を単に載置する例を示しているが、図５に示すように真空吸着を用いてさらに強固に保持するようにしてもよい。すなわち、図５において、下部電極３には各凹部３ａと連通する吸引孔３ｄが形成されており、吸引孔３ｄは内部孔３ｅおよびバルブ１２を介して吸着用真空ポンプ１３と接続されている。

凹部３ａ内に水晶板７を載置した状態で、バルブ１２を開け吸着用真空ポンプ１３を駆動することにより、吸引孔３ｄから真空吸引して凹部３ａ底面に水晶板７を吸着して保持することができる。この真空吸引に際しては、吸着用真空ポンプ１３の吸引圧力を処理室５内の所定の真空度よりも高い真空度、すなわち処理室５内の圧力よりも低い圧力で吸引することにより、減圧された処理室５内にあっても下部電極３の凹部３ａ内に水晶板７を真空吸着により保持することが可能となる。

また、本実施の形態では、下部電極３自体に水晶板７を保持する凹部３ａを設けて載置部を兼ねさせる例を示しているが、これ以外の保持方法を用いてもよい。例えば、図６に示すように、水晶板７を複数の凹部２０ａが形成された保持部材としての専用のキャリア２０に保持させるようにしてもよい。この例では、水晶板７はキャリア２０に設けられた凹部２０ａに予め装着された状態で供給され、プラズマエッチングに際してはこのキャリア２０ごと下部電極３上に載置される。そしてこの状態で、プラズマエッチング処理が行われる。すなわち、この例では、キャリア２０が水晶板７の載置部を兼ねたものとなっている。

さらに、図７、図８に示すように、水晶板７を保持する下部電極３の凹部３ａの上面にマスク部材２１を装着した状態でプラズマエッチングを行うようにしてもよい。マスク部材２１には各凹部３ａに対応して開口部２１ａが設けられており、プラズマエッチングはこれらの開口部２１ａを介して行われる。

この方法によれば、真空破壊のための大気導入時など、処理室５内で気体の流れが発生する場合においても、凹部３ａがマスク部材２１によって覆われているため凹部３ａ内の水晶板７が吹き飛ばされることなく確実に保持されるという効果が得られる。もちろん、キャリア２０を用いる場合に凹部２０ａの上面にマスク部材２１を装着するようにしてもよい。

このほか、このようなマスク部材２１を用いることにより、以下のような優れた効果を得ることができる。プラズマエッチング時には、プラズマによって発生した活性物質の作用が開口部２１ａを介して及ぶため、プラズマによる水晶板７のエッチングは開口部２１ａ直下において特に集中的に行われる。この結果、エッチング後には、図９に示すように水晶板７の中央部７ｂに凹状の窪みが形成され、周囲が厚く中央部７ｂが薄い断面形状の水晶板７が得られる。これにより、全体的な強度を脆弱にすることなく、必要発振周波数に応じた薄さの水晶板７を製作することができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す水晶板の製造方法は、水晶板をまず機械研削により粗加工した後、プラズマエッチングにより所望の厚さまで薄化加工するものである。これにより、高能率の薄化加工が実現されると共に、機械研削で発生するマイクロクラック層などのダメージ部分をプラズマエッチングによって除去することができ、ダメージによる破損を有効に防止して加工歩留まりを向上させることができる。そしてプラズマエッチングによれば、従来の機械研削では達成できなかった極薄の水晶板を製造することができるので、水晶振動子の高周波化への適切な対応が可能となる。

本発明によれば、板状の水晶の薄化工程において、水晶板素材を機械研削した後に、下部電極上に載置されたキャリアの凹部に装着された水晶板をプラズマエッチングによりエッチングして薄化するようにしたので、水晶振動子の高周波化に適切に対応した極薄の水晶板を高い加工歩留まりで製造することができ、水晶板のプラズマエッチング装置として有用である。

本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図 本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図

符号の説明

３ 下部電極
３ａ 凹部
５ 処理室
６ 上部電極
７Ａ 水晶板素材
７，７Ｂ 水晶板
１０ ガス供給部
１３ 吸着用真空ポンプ
１５ 高周波電源部
１６ 排気用真空ポンプ
２０ キャリア
２１ マスク部材

Claims (3)

1. 水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング装置であって、内部に上部電極と下部電極から成る平行平板電極が配置された処理室と、前記処理室内に酸素とフッ素系ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、前記平行平板電極に高周波電圧を印加する高周波電源部とを備え、前記上部電極の下面には前記ガス供給手段から供給された混合ガスを噴出する多数のガス噴出孔が設けられており、また下部電極は水晶電極を１個づつ保持する凹部が複数形成されたキャリアを載置するものであり、このキャリアの凹部に装着された水晶板にプラズマエッチング処理を行なうことを特徴とする水晶板のプラズマエッチング装置。
2. 前記平行平板電極の電極間距離Ｌは、３［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の水晶板のプラズマエッチング装置。
3. 前記混合ガスの圧力は、１０００［Ｐａ］〜３０００［Ｐａ］の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の水晶板のプラズマエッチング装置。

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