JP2007019135A - 基板の洗浄方法およびこの洗浄方法を用いた振動体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グリースが付着した基板からのグリースの除去を効率的に行うことができる基板の洗浄方法を提供することを目的とする。
【解決手段】１枚の基板から複数の電気部品を得ることができる基板１であって、上面１ａと、この上面１ａと対向して位置する裏面１ｂと、前記上面１ａおよび前記裏面１ｂ間に位置する１または複数の側面１ｃを備えた基板の洗浄方法において、グリースが付着した基板１を洗浄液１０に浸漬して揺動させる工程と、洗浄液１０中で前記基板１の超音波洗浄を行う工程とを備えたものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、１枚の基板から複数の電気部品を得ることができる基板の洗浄方法に関するものである。

基板を洗浄する方法としては超音波洗浄があり、この超音波洗浄は広く知られている技術である。

このような基板の洗浄方法に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−３１５４０号公報

しかしながら、このような従来の基板の洗浄方法は、塵や埃を除去する時のような短時間での処理を想定しており、基板に付着したグリースを除去するには不十分であった。そのため、超音波洗浄の時間を長くする必要が生じ、生産効率が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、グリースが付着した基板からのグリースの除去を効率的に行うことができる基板の洗浄方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、１枚の基板から複数の電気部品を得ることができる基板であって、上面と、この上面と対向して位置する裏面と、前記上面および前記裏面間に位置する１または複数の側面を備えた基板の洗浄方法において、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程と、洗浄液中で前記基板の超音波洗浄を行う工程とを備えたもので、この基板の洗浄方法によれば、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させた後、洗浄液中で基板の超音波洗浄を行うようにしているため、基板からのグリースの除去を効率よく行うことができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板をこの基板の上面の法線に直角な方向に揺動させたもので、この基板の洗浄方法によれば、基板をこの基板の上面の法線に直角な方向に揺動させているため、基板には洗浄液の水圧がかかりにくくなり、これにより、基板の強度が弱い場合であっても、基板を変形させたり、あるいは破損させることなく基板からグリースを除去することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板をこの基板の上面の法線方向が水平方向になるようにして揺動させたもので、この基板の洗浄方法によれば、基板をこの基板の上面の法線方向が水平方向になるようにして揺動させているため、基板に付着したグリースの除去は、グリースの比重が洗浄液の比重より小さいときはグリースの浮力により、またグリースの比重が洗浄液の比重より大きいときはグリースが沈む力により行わせることができ、これにより、基板の上面、裏面を問わずグリースが基板から剥離しやすくなるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板の揺動を鉛直方向にしたもので、この基板の洗浄方法によれば、基板の揺動を鉛直方向にしているため、基板の揺動により基板に付着したグリースにかかる力が、グリースの浮力または沈む力により基板からのグリースの剥離を促進するという作用効果を有するものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、グリースが付着した基板を揺動させる工程の前に、前記グリースを介在させることにより支持体と基板とを固定する工程と、前記基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程と、前記基板を前記支持体から分離させる工程とを付加したもので、この基板の洗浄方法によれば、グリースを介在させることにより支持体と基板とを固定しているため、基板と支持体とをテープによって固定する場合などに比べて基板と支持体との熱伝達率を向上させることができ、これにより、ドライエッチング時に基板に生じる熱を効率よく支持体へ放熱することができ、さらには基板からの剥離も容易になるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、基板をＳｉで構成された基体とこの基体上に積層された電極薄膜層および圧電薄膜層とで構成し、前記基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程を、前記基板上に形成された前記電極薄膜層および前記圧電薄膜層並びに前記基板を所定の形状に形成する工程としたもので、この基板の洗浄方法によれば、基板上に形成された電極薄膜層および圧電薄膜層並びに前記基板を所定の形状に形成しているため、電極薄膜層、圧電薄膜層、およびＳｉで構成された基板をドライエッチングした際のこれらの残骸が基板に付着していても、グリースを除去する洗浄工程において、これらの残骸を同時に除去することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、電極薄膜層を貴金属で構成し、かつ圧電薄膜層をチタン酸ジルコン酸鉛で構成したもので、この基板の洗浄方法によれば、ドライエッチングした際のこれらの残骸が基板に付着していても、グリースを除去する洗浄工程において、これらの残骸を同時に除去することができるとともに、基板から圧電技術を利用した振動体を得ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、特に、基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程において、基板に複数の音叉形状の振動体を形成するようにしたもので、この基板の洗浄方法によれば、ドライエッチングにより基板に複数の音叉形状の振動体を形成するようにしているため、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない音叉形状の振動体を得ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項９に記載の発明は、特に、グリースを熱伝導性フィラーを添加したもので構成したもので、この基板の洗浄方法によれば、基板の加工時に、このグリースによって基板を固定することが可能となり、かつ加工時に基板に生じる熱を効率よく放熱することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項１０に記載の発明は、基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程において、基板に複数の音叉形状の振動体を形成した後、基板上に形成された複数の音叉形状の振動体を個片の振動体に分割する工程を付加したもので、この振動体の製造方法によれば、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない圧電振動体を得ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項１１に記載の発明は、特に、グリースを熱伝導性フィラーを添加したもので構成したもので、この振動体の製造方法によれば、基板の加工時に、このグリースによって基板を固定することが可能となり、かつ加工時における基板に生じる熱を効率よく放熱することができ、これにより、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない圧電振動体を得ることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の基板の洗浄方法は、１枚の基板から複数の電気部品を得ることができる基板であって、上面と、この上面と対向して位置する裏面と、前記上面および前記裏面間に位置する１または複数の側面を備えた基板の洗浄方法において、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程と、洗浄液中で前記基板の超音波洗浄を行う工程とを備えているため、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させた後、洗浄液中で基板の超音波洗浄を行うことができ、これにより、基板からのグリースの除去を効率よく行うことができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における基板の洗浄方法のドライエッチング時の基板周辺部の正面図、図２は同基板の洗浄方法におけるドライエッチング後の基板周辺部の断面図、図３は同基板の洗浄方法におけるドライエッチング後の基板の平面図、図４は同基板の洗浄方法における振動素子の平面図、図５（ａ）は同基板の洗浄方法における洗浄時の基板を正面方向から見た図、図５（ｂ）は同基板の洗浄方法における洗浄時の基板を側面方向から見た図である。なお、各図面は、理解を容易にするための模式図であり、縦方向と横方向における縮尺は同一ではなく、また、説明に関係のない部分は省略して記載している。

図１〜図５（ａ）（ｂ）において、１はＳｉからなる基板で、この基板１は直径を１００ｍｍ、厚みを２００μｍとしているものである。１ａは基板１の上面、１ｂは基板１の上面１ａと対向する裏面、１ｃは基板１の上面１ａと裏面１ｂ間に位置する側面である。各図面において、基板１の上面の構成物は省略して記載しているが、基板１から作り出すデバイスに応じて、電極や保護膜、あるいはＰＺＴ膜などの誘電体や圧電体が形成されている。２は基板１を支持するための支持体で、この支持体２はＳｉで構成され、直径１００ｍｍ、厚みが５００μｍの外形を有するものである。３は基板１と支持体２との間に介在されている固定用のグリースで、この固定用のグリース３は熱伝導性フィラーである窒化アルミニウムをグリースに添加したものからなり、基板１を支持体２に固定するためのものである。なお、この場合、グリースに添加される添加物は、窒化アルミニウムに限定されるものではなく、それ以外の熱伝導性フィラーである窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等を用いても良いものである。４は基板１をドライエッチングすることにより基板１に形成されたエッチング孔である。５は振動子の基体、６ａ，６ｂは振動素子の振動部である。７は個片の振動素子に分割するための分割部を示した分割線である。なお、この分割線７は仮想線であり、実際には目視できない。８は前記基体５と振動部６ａ，６ｂからなる振動素子である。実際の振動素子は、電極や、その種類によってはＰＺＴ膜、あるいは保護膜が形成されているが、これらは省略して図示している。９は容器で、この容器９には洗浄液１０が入れられている。この洗浄液としては、イソプロピルアルコールやジメチルスルホキシドとＮ−メチル−２−ピロリドンを用いればよい。

次に、本発明の一実施の形態における基板の洗浄方法について、洗浄工程の前後を含めて説明する。

まず、最初に基板１の支持体２への固定を行う。具体的には、以下の順序で行う。

まず、支持体２の上面に固定用のグリース３を薄く塗布する。そしてこの固定用のグリース３が塗布された支持体２を減圧装置の中に入れ、減圧装置内の空気圧を大気圧より低い圧力に下げる。これと同時に、または、これと前後して支持体２を加熱し、固定用のグリース３を流動体状、または半流動体状にする。これは、固定用のグリース３の中、および支持体２と固定用のグリース３との間に空気が混入するのを防ぐためである。減圧装置内の空気圧は、大気圧よりも低ければ基板１が支持体２に固定されるようになり、理想としては真空状態がよいが、１０Ｐａ以下の気圧が実用上は好ましい。また、固定用のグリース３は常温ではペースト状であるため、支持体２への塗布方法を工夫することにより空気の混入を防止することができると考えられるが、空気の混入を防ぐためには加熱した方が好ましく、その温度は６０℃〜９０℃が好ましい。この場合、固定用のグリース３の温度が６０℃未満では、固定用のグリース３の粘度が高くなって、薄く均一に塗布することが困難となるものであり、一方、９０℃を超えた場合は、固定用のグリース３の成分の一部が蒸発して、減圧装置内の真空度が悪化するものであり、したがって、固定用のグリース３の加熱温度は６０℃〜９０℃の範囲が好ましい。

次に、減圧装置内で基板１を支持体２における固定用のグリース３が塗布された部分に載せる。減圧装置内の気圧、および支持体２の温度が設定値になっていることを確認して、基板１を支持体２に押し当てて貼り合わせる。このとき、固定用のグリース３は、基板１と支持体２とに挟まれた状態になる。基板１の支持体２への貼り合わせができたら、減圧装置内の気圧を大気圧に戻し、支持体２への加熱も終了させて常温へ戻す。これらの一連の工程を行うことにより、固定用のグリース３が接着剤的役割を果たして基板１を支持体２へ接着させることができる。

次に、基板１のドライエッチングを行う。この場合、まず、基板１が接着された支持体２を減圧装置から取出し、エッチング装置へ入れる。そして、エッチング装置内でドライエッチングを行う。勿論、このエッチングにおいては、基板１を所定の形状に加工するために、マスクを用いたり、あらかじめ基板１にレジストを形成しておく等の手段が必要である。

エッチングにより基板１に貫通孔を形成した場合、図２に示すように、ドライエッチングによるプラズマやイオン等は基板１に孔を開けて基板１を通過し、そして、支持体２にぶつかり、支持体２の一部を削ることになるがエッチング装置を削ることはない。

また、エッチングの際には、通常温度が上昇してしまうが、この上昇温度によっては、基板１上に形成したレジストが焼けたり、あるいは基板１に何らかの障害が生じたり、基板１やエッチング用のマスクの温度膨張により加工精度が低くなるといったことが懸念される。これを防止するためにエッチング装置内全体、または基板１、支持体２等を冷却することが行われるが、本発明の一実施の形態においては、基板１と支持体２との接着を接着テープではなく、固定用のグリース３で行っているため、熱伝達性に優れたものが得られ、これにより、基板１からの熱を効率よく支持体２へ放熱することができるものである。

エッチングが終了した後は、基板１が接着された支持体２をエッチング装置から取り出す。この後、必要に応じて基板１の表面に保護膜の形成を行うための工程や、電極となる部分のめっき等が行われる。

次に、基板１の支持体２からの分離方法について説明する。まず、固定用のグリース３を加熱して軟化させる。そして、基板１を支持体２との接着面に平行な方向にずらすようにして基板１を支持体２から分離させる。前記固定用のグリース３の加熱は、基板１を支持体２から分離させるための抵抗を少なくするためのものであるから、固定用のグリース３を流動体、または半流動体にしてもよいが、そこまでの温度まで加熱しなくても良いものである。この場合、固定用のグリース３の加熱温度は６０℃〜９０℃の範囲が好ましいものである。すなわち、６０℃未満では、固定用のグリース３の粘度が高くなって、基板１を支持体２から分離するのに抵抗が大きくなるものであり、一方、９０℃以上では、基板１が過剰に加熱されて品質に悪影響をもたらすからである。

このようにして、基板１はドライエッチングにより所定の形状に加工されるが、基板１に固定用のグリース３が付着しているので、これを除去する必要がある。

固定用のグリース３を除去する場合は、まず、洗浄液１０に基板１を浸漬し、基板１を洗浄液１０中で揺動させ、その後、洗浄液１０で超音波洗浄を行う。この揺動の方向は、図５（ａ）、（ｂ）の矢印に示すように、基板１の上面１ａの法線（上面１ａの面と直角な方向の仮想線）と直角な方向にすると、固定用のグリース３がより効率よく除去されるので好ましい。また、このようにすることにより、上面１ａおよび裏面１ｂにかかる水圧を低減させることができるため、基板１の剛性が低い場合であっても基板１を変形させたり、破損させるのを防止することができるもので、厚みの薄い基板１の洗浄方法として好適である。

そしてまた、基板１を洗浄液１０中で揺動させる際に、基板１の上面１ａの法線方向を水平方向にした場合は、洗浄液１０と固定用のグリース３との比重の関係により、固定用のグリース３が浮こうとする場合、あるいは沈もうとする場合であっても、基板１の上面１ａ、裏面１ｂの違いによる固定用のグリース３の除去のムラを低減させることができる。

さらに、基板１を洗浄液１０中で揺動させる際に、基板１の揺動を鉛直方向にした場合は、この鉛直方向の揺動により、洗浄液１０中で固定用のグリース３が浮こうとする力または沈もうとする力による基板１からの固定用のグリース３の剥離を促進させることが期待できるものである。

そして、基板１を揺動させた後に、洗浄液中で基板１の超音波洗浄を行って基板１から固定用のグリース３を除去する。基板１に形成された構造体が振動体であって、その振動体の大きさが小さい場合には、この振動体の共振周波数が超音波洗浄の周波数帯域と重なる場合が生じる。振動体の共振周波数と超音波洗浄の周波数とが一致すると、振動体は共振し、振動体の破損、すなわち基板１の破損につながるため、超音波洗浄の周波数は、振動体の共振周波数と一致しない周波数にすべきである。勿論、超音波洗浄の周波数が、振動体の共振周波数の整数倍であるときにも振動体が共振してしまうため、この周波数は避けるべきであるが、整数倍の数値が大きくなると共振のエネルギーが減少するため数値が十分大きければ気にする必要はなくなる。この超音波洗浄により基板１から固定用のグリース３を除去することができる。

最後に、分割線７に沿ってダイシングすることにより、図４に示す振動素子８を得ることができる。

以上のように本発明の一実施の形態においては、基板１に付着した固定用のグリース３を除去するために、まず、洗浄液１０中で基板１を揺動させた後に超音波洗浄を行うようにしているため、基板１に付着した固定用のグリース３の洗浄を効率よく行うことができる。なぜ、このようにすると、基板１の洗浄を効率よく行うことができるのかは技術的に解明された訳ではないが、洗浄液１０中での基板１の揺動により固定用のグリース３の大きなかたまりが基板１から離れ、そして超音波洗浄により固定用のグリース３の小さなかたまりが基板１から除去されるため、固定用のグリース３のすべてを超音波洗浄で除去する場合に比べ効率よく洗浄を行うことができるのではないかと考えられる。

また、固定用のグリース３が付着した基板１を洗浄液１０に浸漬して揺動させる工程において、基板１をこの基板１の上面の法線に直角な方向に揺動させると、基板１に洗浄液１０の水圧がかかりにくくなり、基板１の強度が弱い場合であっても、基板１を変形させたり、あるいは破損させることなく基板１から固定用のグリース３を除去することができる。

そしてまた、固定用のグリース３が付着した基板１を洗浄液１０に浸漬して揺動させる工程において、基板１をこの基板１の上面の法線方向が水平方向になるようにして揺動させると、基板１に付着した固定用のグリース３の除去は、固定用のグリース３の比重が洗浄液１０の比重より小さいときは固定用のグリース３の浮力により、また固定用のグリース３の比重が洗浄液１０の比重より大きいときは固定用のグリース３が沈む力により行わせることができるので、基板１の上面、裏面を問わず固定用のグリース３が基板１から剥離しやすくなる。

さらに、固定用のグリース３が付着した基板１を洗浄液１０に浸漬して揺動させる工程において、基板１の揺動を鉛直方向にすると、基板１の揺動により基板１に付着した固定用のグリース３にかかる力が、固定用のグリース３の浮力または沈む力による基板１からの固定用のグリース３の剥離を促進する。

さらにまた、基板１を支持体２上に固定用のグリース３を介して固定しているため、基板１と支持体２間の熱伝達がよくなり、これにより、エッチング時の放熱や、基板１を支持体２上に固定する際の加熱を効率よく行わせることができるものである。そしてまた、基板１を支持体２上に固定しているため、エッチング装置をエッチングしてしまうのも防止することができ、これにより、基板１の取扱いが容易となるものである。

特に、固定用のグリース３として熱伝導性フィラー、例えば窒化アルミニウムを添加した場合には、基板１と支持体２間の熱伝導が非常に良好であるため好ましい。また、窒化アルミニウムを添加した固定用のグリース３を超音波洗浄のみで除去しようとすると、添加物である窒化アルミニウムが振動して、基板１または基板１に形成された導電パターン（図示せず）を傷つけるおそれがあるが、超音波洗浄に先んじて洗浄液１０中で基板１を揺動させると、基板１等を傷つけるのを防止することができる。

また、基板１をＳｉで構成された基体５とこの基体５上に積層された電極薄膜層および圧電薄膜層とで構成した場合は、基板１上に形成された電極薄膜層、圧電薄膜層、およびＳｉで構成された基板１をドライエッチングした際のこれらの残骸が基板に付着していても、固定用のグリース３を除去する洗浄工程において、これらの残骸を同時に除去することができる。

そしてまた、電極薄膜層を貴金属で構成し、かつ圧電薄膜層をチタン酸ジルコン酸鉛で構成した場合は、ドライエッチングした際のこれらの残骸が基板１に付着していても、固定用のグリース３を除去する洗浄工程において、これらの残骸を同時に除去することができるとともに、基板１から圧電技術を利用した振動体を得ることができる。

さらに、基板１をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程において、基板１に複数の音叉形状の振動体６ａ，６ｂを形成することにより、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない音叉形状の振動体６ａ，６ｂを得ることができる。

さらにまた、基板１に複数の音叉形状の振動体６ａ，６ｂを形成した後、基板１上に形成された複数の音叉形状の振動体６ａ，６ｂを個片の振動体に分割する工程を付加すると、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない圧電振動体を得ることができる。

また、固定用のグリース３を熱伝導性フィラーを添加したもので構成すると、基板の加工時に、固定用のグリース３によって基板を固定することが可能となり、かつ加工時における基板に生じる熱を効率よく放熱することができる。これにより、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない圧電振動体を得ることができる。

本発明にかかる基板の洗浄方法は、基板に付着したグリースを効率よく除去することができるため、ドライエッチング処理終了後の基板の洗浄方法に適用することにより、寸法精度が良く、かつ残骸や付着物の少ない電子部品を得ることができ、有用となるものである。

本発明の一実施の形態における基板の洗浄方法の基板のドライエッチング時の基板周辺部の正面図 同基板のドライエッチング後の基板周辺部の断面図 同基板のドライエッチング後の基板の平面図 同基板の洗浄方法における振動素子の平面図 （ａ）同基板の洗浄方法における洗浄時の基板を正面方向から見た図、（ｂ）同基板の洗浄方法における洗浄時の基板を側面方向から見た図

符号の説明

１ 基板
１ａ 上面
１ｂ 裏面
１ｃ 側面
２ 支持体
３ 固定用のグリース
９ 容器
１０ 洗浄液

Claims (11)

1. １枚の基板から複数の電気部品を得ることができる基板であって、上面と、この上面と対向して位置する裏面と、前記上面および前記裏面間に位置する１または複数の側面を備えた基板の洗浄方法において、グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程と、洗浄液中で前記基板の超音波洗浄を行う工程とを備えた基板の洗浄方法。
2. グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板をこの基板の上面の法線に直角な方向に揺動させた請求項１記載の基板の洗浄方法。
3. グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板をこの基板の上面の法線方向が水平方向になるようにして揺動させた請求項１記載の基板の洗浄方法。
4. グリースが付着した基板を洗浄液に浸漬して揺動させる工程において、前記基板の揺動を鉛直方向にした請求項１記載の基板の洗浄方法。
5. グリースが付着した基板を揺動させる工程の前に、前記グリースを介在させることにより支持体と基板とを固定する工程と、前記基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程と、前記基板を前記支持体から分離させる工程とを付加した請求項１〜４のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
6. 基板をＳｉで構成された基体とこの基体上に積層された電極薄膜層および圧電薄膜層とで構成し、前記基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程を、前記基板上に形成された前記電極薄膜層および前記圧電薄膜層並びに前記基板を所定の形状に形成する工程とした請求項５記載の基板の洗浄方法。
7. 電極薄膜層を貴金属で構成し、かつ圧電薄膜層をチタン酸ジルコン酸鉛で構成した請求項６記載の基板の洗浄方法。
8. 基板をドライエッチングにより所定の形状に加工する工程において、基板に複数の音叉形状の振動体を形成するようにした請求項６記載の基板の洗浄方法。
9. グリースを熱伝導性フィラーを添加したもので構成した請求項１〜８記載の基板の洗浄方法。
10. 請求項８記載の基板の洗浄方法の後に、基板上に形成された複数の音叉形状の振動体を個片の振動体に分割する工程を付加した振動体の製造方法。
11. グリースを熱伝導性フィラーを添加したもので構成した請求項１０記載の振動体の製造方法。

Images