JP2005239495A - プラノコンベックス形水晶エピタキシャル薄膜、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、大気圧下での水晶エピタキシャル薄膜の育成において多数個のプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜を作る水晶薄膜、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
上記目的を達成する為に本発明は、夫々が所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板の載置の工程と、この基板上にバッファー層を形成する工程と、バッファー層上に水晶薄膜を育成させる工程と、この水晶薄膜を基板から取り外す工程と、基板と同形のダミー基板上への水晶薄膜載置の工程と、このダミー基板上に載置された水晶薄膜を水晶薄膜側から研磨する工程と、研磨後に水晶薄膜残渣をUVテープに貼付する工程と、UVテープに貼付された夫々の水晶薄膜残渣を夫々個別に切り離す工程と、先の残渣をUVテープから剥がし支持枠や容器に搭載する工程とから成る水晶薄膜の製造方法であることにより目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラノコンベックス形をした水晶エピタキシャル薄膜、及びその製造方法に関する。

従来、周囲や外部の温度変化の影響を極力受けないような構造とした恒温槽型圧電発振器の内部に搭載される水晶振動子や低い発振周波数の水晶振動子には、振動片の端面を取り除くことにより水晶板の中心部に振動を集中させ少ないエネルギーで効率的に発振を得ることが出来る水晶板の片面が凸形でその反面が平らなプラノコンベックス形水晶板や、両面が凸形のバイコンベックス形水晶板と呼ばれる水晶から成る薄板が用いられることが一般的であった。この水晶から成る水晶板と呼ばれる薄板について、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核とした、その搭載部品についての非常に急激な市場からのその小型化や更なる薄片化、加えて軽量化や低価格化の要求があるのが実際である。

一方、先のコンベックス形の水晶板は、従来においてはオートクレーブと呼ばれる耐圧容器を炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液で充填した容器内で、先のオートクレーブ内の状態を高温高圧状態とした水熱合成法と呼ばれる育成法により育成された人工水晶を板状に切り出して、更に所望の厚みとなるように研磨加工を施し、更に図３の様な容器の中に研磨材と多数の水晶板を入れて先の容器を回転させることにより容器内部の水晶板の端面を研磨して丸みを帯びさせるベベリング加工と呼ばれる加工や、所望の曲率をもった研磨盤に水晶板を押し付けながら研磨するコンベックス加工と呼ばれる加工工程を加えて、最終的に所望の形状をした小さな薄い水晶板とすることが一般的であった。

しかしながら、前記の水熱合成法では、その人工水晶の育成に少なくとも２−３ヶ月の期間を必要とし、またその人工水晶から薄い水晶板を作り出すまでの研磨加工工程の経過においては、もとの人工水晶の大きさのおよそ９０％以上に至る量の水晶を結果的に廃棄することに成っていた。また、先述のベベリング加工やコンベックス加工には少なからず多量の研磨材を必要とし、またその加工時間にも非常に多くの時間を要し、効率的にコンベックス形の水晶板を製造することは難しかった。

そこで、大気圧下において珪素源として一種または複数種の珪素のアルコキシドを気化して、反応促進剤である塩化水素とともに、窒素ガス等のキャリアガスでサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等から成る所望の曲率の窪みを多数個もった基板上に先述のキャリアガスを用いて輸送し、先の所望の曲率の窪みを多数個もった基板上で酸素ガスと反応させることにより、本発明の片面に必要な曲率をもった水晶エピタキシャル薄膜を基板上に育成し、それを加工して所望の曲率をもった、多数の片面が凸形のプラノコンベックス形水晶板を得る水晶エピタキシャル薄膜の製造方法と、その水晶エピタキシャル薄膜そのものの応用が考えられた。

特開２００２−８０２９６号公報 特開２００３−２８９２３６号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、従来はコンベックス形の水晶板を得るのには水晶板の端面を研磨して丸みを帯びさせるベベリング加工と呼ばれる加工や、所望の曲率をもった研磨盤に水晶板を押し付けながら研磨するコンベックス加工と呼ばれる非常に工程時間を要する加工工程を必要とするという問題があった。

また、最近の電子部品においては、水晶振動子を例に挙げればその水晶振動子の容器の外形サイズで３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×１．０ｍｍというように非常に小型と成ってきており、そのような外形サイズの水晶振動子に収容することの出来るプラノコンベックス形状の水晶板の生産効率が良くないと言う問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従ってその目的は、図４に示される大気圧下での水晶エピタキシャル薄膜の育成において、電気炉内に載置されたサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等の所望の曲率の窪みを多数個もった基板上に水晶エピタキシャル薄膜を育成させ、その水晶エピタキシャル薄膜から多数個のプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜をつくるプラノコンベックス形水晶エピタキシャル薄膜、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は気相成長法で基板上に成長させて成る水晶エピタキシャル薄膜の製造方法において、それぞれが所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板を載置する工程と、この基板上にバッファー層を形成する工程と、基板上のバッファー層の上に水晶エピタキシャル薄膜を育成させる工程と、この水晶エピタキシャル薄膜を先の基板から取り外す工程と、基板と同形のダミー基板上に水晶エピタキシャル薄膜を載置する工程と、このダミー基板上に載置された水晶エピタキシャル薄膜を水晶エピタキシャル薄膜側から研磨する工程と、研磨の後に水晶エピタキシャル薄膜の残渣をUVテープに貼付する工程と、UVテープに貼付されたそれぞれの水晶エピタキシャル薄膜の残渣をそれぞれ個別に切り離す工程と、個別に切り離された先の残渣をUVテープから剥がして支持枠や容器に搭載する工程とにより成る水晶エピタキシャル薄膜の製造方法であることを特徴とする。

また、気相成長法で基板上に成長させて成る水晶エピタキシャル薄膜において、それぞれが所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板上に育成された水晶エピタキシャル薄膜から作られるプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜であることを特徴とする。

本発明により、著しく効率的に多数のそれぞれが所望の曲率を持つプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜を得ることが出来る。

また、本発明により非常に小型でありながら、かつ所望の曲率を持つプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜を著しく効率的に、歩留まり良く製造することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明のプラノコンベックス形水晶エピタキシャル薄膜２の製造方法の工程図である。まず、図４に示されるような装置内に所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板３を載置する。基板の材質はサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等より出来ている（S101）。次に図４に示されるような装置内に珪素源として一種または複数種の珪素のアルコキシドを気化して流入して、先の所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板３上にバッファー層４を形成する（S102）。そして、珪素源として一種または複数種の珪素のアルコキシドを気化して流入してバッファー層４の上に水晶エピタキシャル薄膜２を形成する（S103）。次に基板３から水晶エピタキシャル薄膜２を剥離する（S104）。薄膜２の剥離は先のバッファー層４が形成されているために容易に行うことが出来、基板３を損傷することは無い。続いて剥離した水晶エピタキシャル薄膜２を、先の所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板３と同形で材質の異なるダミー基板５へ嵌め込むようにして載置する（S105）。図１においては、基板３から剥離した水晶エピタキシャル薄膜２はそれぞれの窪みが連続した形で図示されているが、基板３から剥離した水晶エピタキシャル薄膜２がそれぞれの窪みの個片となっても構わない。次に、水晶エピタキシャル薄膜２が載置されたダミー基板５を固定して、水晶エピタキシャル薄膜２側から研磨定盤などを用いて水晶エピタキシャル薄膜２に押し付けながら研磨する（S106）。工程図S106における左右、及び下方への矢印は研磨定盤の研磨の際の動作方向を示す。ダミー基板５を用いることにより、先の高価な所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板３の消耗を抑制し、また繰り返し先の基板３を使用することが出来る効果を奏する。ダミー基板５を用いたこの研磨工程は水晶エピタキシャル薄膜２が所望の厚さとなるまで続けられる。ダミー基板５上には先の所望の曲率を持ち、その反対の面が平らなプラノコンベックス形の水晶薄膜の研磨後の残渣６がのこる。次に研磨定盤を外して、その代わりに研磨面側からUVテープ７を貼り付けUVテープ７に水晶薄膜の研磨後の残渣６を貼り付ける（S107）。次いでUVテープ７に貼り付けられた水晶薄膜の研磨後の残渣６のそれぞれのプラノコンベックス形の残渣をブレード（刃）等を用いて、それぞれの小片に個割りする（S108）。最後にそれぞれの小片に個割りされたプラノコンベックス形の水晶薄膜９を使用する支持枠や容器８に搭載する（S109）。このように、本発明のプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜９の製造方法によれば小型、かつ多数のそれぞれが所望の曲率を持ったプラノコンベックス形の水晶薄膜９を効率良く製造することが出来る。

図２は大気圧下での水晶エピタキシャル薄膜２の育成の様子を示す図であり、電気炉内に載置されたサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等より成るそれぞれが所望の曲率を持った多数の窪みを有する基板３を基板台の上に載置した様子を示す基板３の概略の上面斜視図である。基板に形成されるそれぞれの窪みの曲率、及びその基板上の窪みの数量は自在に設定することが出来、また本発明の製造方法によれば、この基板３は繰り返し使用することが出来る。

図３は従来の水晶片と研磨材をベベリング容器に投入して水晶片の端面を研磨して丸みを帯びさせるベベリング加工の様子を示す概略の模式図である。ドラムのような形状をした容器にベベリング加工を行う水晶片と研磨材を投入して、容器を長時間回転させることにより水晶片の容器内壁と研磨材との摩擦により水晶片の端面を磨耗させて丸みを持たせることが出来る。

図４は従来の水晶薄膜のエピタキシャル成長を電気炉内部に載置されたサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等の平坦な基板１上に行うための装置の概略の模式図である。

なお、図２、及び図４において電気炉内の基板３に対する気流の向きは鉛直方向としているが、電気炉を横置きとして気流の向きを水平方向としても本発明の効果を奏するものであり、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

本発明のプラノコンベックス形水晶エピタキシャル薄膜の製造方法の工程図である。 大気圧下での水晶エピタキシャル薄膜の育成の様子を示す図であり、電気炉内に載置されたサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等より成るそれぞれが所望の曲率を持った多数の窪みを有する基板を基板台の上に載置した様子を示す基板の概略の上面斜視図である。 従来の水晶片と研磨材をベベリング容器に投入して水晶片の端面を研磨して丸みを帯びさせるベベリング加工の様子を示す概略の模式図である。 従来の水晶薄膜のエピタキシャル成長を、電気炉内部に載置されたサファイヤ（Al_２O_３）、シリコン（SiO_２）、またはガリウム砒素（GaAs）等から成る平坦な基板上に行うための装置の概略の模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ 水晶エピタキシャル薄膜
３ 所望の曲率を持った多数の窪みを有する基板
４ バッファー層
５ ダミー基板
６ 水晶エピタキシャル薄膜の残渣
７ UVテープ
８ 容器
９ プラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜

Claims (2)

1. 気相成長法で基板上に成長させてなる水晶エピタキシャル薄膜の製造方法において、
   それぞれが所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板を載置する工程と、
   該基板上にバッファー層を形成する工程と、
   該基板上のバッファー層の上に水晶エピタキシャル薄膜を育成させる工程と、
   該水晶エピタキシャル薄膜を該基板から取り外す工程と、
   該基板と同形のダミー基板上に該水晶エピタキシャル薄膜を載置する工程と、
   該ダミー基板上に載置された該水晶エピタキシャル薄膜を該水晶エピタキシャル薄膜側から研磨する工程と、
   該水晶エピタキシャル薄膜の残渣をUVテープに貼付する工程と、
   該UVテープに貼付されたそれぞれの該水晶エピタキシャル薄膜の残渣をそれぞれ個別に切り離す工程と、
   個別に切り離された該残渣を該UVテープから剥がして支持枠や容器に搭載する工程とにより成る水晶エピタキシャル薄膜の製造方法。
2. 気相成長法で基板上に成長させて成る水晶エピタキシャル薄膜において、
   それぞれが所望の曲率をもった多数の窪みを有する基板上に育成された水晶エピタキシャル薄膜から作られるプラノコンベックス形の水晶エピタキシャル薄膜。

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