JP2010034712A - 水晶片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水晶片の外形を高精度に形成することが可能な水晶片の製造方法を提供する。
【解決手段】水晶ウエハ３をウェットエッチングにより加工して水晶片１の外形を形成する前に、予め水晶ウエハ３のエッチング残渣が発生し易い領域にレーザー１４を照射して機械的に加工又は脆弱化しておく。レーザー１４が照射された領域は、他の領域に比べてウェットエッチングの進行が早まるため、エッチング残渣の発生が抑制される。また、レーザー１４が照射される領域は、エッチング残渣が発生し易い必要最小限の領域であるため、レーザー１４の衝撃により水晶片１にクラックが発生する危険性も確率的に低く抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶ウエハから水晶片の外形を個々に切り出す水晶片の製造方法に関するものである。

従来、ウェットエッチングにより水晶ウエハから水晶片の外形を切り出す際に、水晶の結晶異方性やエッチング液の循環性の良し悪しによって、水晶片の側面、特に水晶片が音叉型水晶片である場合にはその音叉部の付け根周辺に、凸状のエッチング残渣が発生することが知られている。図４は、水晶片にエッチング残渣が発生した状態を模式的に示す上面図で、このように水晶片１に発生したエッチング残渣２は、水晶片の振動部（音叉部１ａ）の重量バランスを崩し、水晶片１の振動特性を狂わせる原因となる。

ここで、以上の問題点に鑑み、エッチング残渣の発生を抑制した水晶片の製造方法が提案されている。図５は、エッチング残渣の発生を抑制した従来技術による水晶片の製造方法を示す上面図で、ここに示す水晶片の製造方法では、水晶ウエハ３をウェットエッチングにより加工する前に、形成しようとする水晶片１の外周領域を赤外線加熱や高周波誘導加熱などにより予め加熱しておき、その加熱された領域（加熱領域）４におけるエッチングの進行を促進させることで、エッチング残渣の発生を抑制している。（例えば、特許文献１参照）

また一方では、水晶ウエハをレーザーにより加工することで水晶片の外形を形成する水晶片の製造方法が提案されている。図６は、レーザーを用いた従来技術による水晶片の製造方法を示す上面図で、ここに示す水晶片の製造方法では、形成しようとする水晶片１の外周に沿ってレーザー５を走査し、水晶ウエハ３を機械的に加工することで水晶ウエハ３から水晶片１の外形を切り出している。この製造方法によれば、ウェットエッチングを使用しないことからエッチング残渣が発生することはなく、水晶片１の外形を高精度に形成することが可能である。（例えば、特許文献２、３参照）
特開昭５３−５２０９１号公報 特開平８−７８９８５号公報 特開平１０−１６３７８０号公報

しかしながら、以上説明した従来技術による水晶片の製造方法には、以下の問題点がある。まず、水晶ウエハをウェットエッチングにより加工する前に水晶片の外周領域を予め加熱する水晶片の製造方法では、水晶片の外周領域を加熱する際に水晶片の外周領域のみを適切な温度で局所的に加熱しなければならず、仮に加熱が不十分であった場合には、依然としてエッチング残渣が残る可能性があり、逆に加熱が過度であった場合には、加熱が水晶片の外周領域を超えて水晶片の内側領域にまで及び、エッチングの進行が不要に促進されて水晶片の外形が乱れたり、熱自体により水晶片が変質して振動特性が変化する虞がある。

また、レーザーにより水晶片の外形を形成する水晶片の製造方法においては、ウェットエッチングを用いないことからエッチング残渣が発生する虞はないが、レーザー加工時の機械的ストレスなどにより水晶片にクラックが生じる虞がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、水晶片の外形を高精度に形成することが可能な水晶片の製造方法を提供することを目的とする。

水晶ウエハの表面に水晶片の平面形状に対応したレジストパターンを形成する工程と、当該レジストパターンで覆われていない領域の前記水晶ウエハをウェットエッチングにより除去して前記水晶片の外形を形成する工程とを有する水晶片の製造方法であって、前記水晶片の外形を形成する工程が終了する前に、前記水晶ウエハのエッチング残渣が発生する領域にレーザーを照射し、前記水晶ウエハの少なくとも一部を除去する工程を有する水晶片の製造方法とする。

水晶ウエハの表面に水晶片の平面形状に対応したレジストパターンを形成する工程と、当該レジストパターンで覆われていない領域の前記水晶ウエハをウェットエッチングにより除去して前記水晶片の外形を形成する工程とを有する水晶片の製造方法であって、前記水晶片の外形を形成する工程が終了する前に、前記水晶ウエハのエッチング残渣が発生する領域にレーザーを照射し、前記水晶ウエハの少なくとも一部を脆弱化させる工程を有する水晶片の製造方法とする。

前記レーザーを照射する領域は、前記水晶片の外形予定領域から離間している水晶片の製造方法とされ得る。

前記水晶片は、音叉型水晶片であり、前記レーザーは、少なくとも前記音叉型水晶片の音叉部の付け根周辺に照射される水晶片の製造方法とされ得る。

本発明によれば、水晶ウエハをウェットエッチングにより加工して水晶片の外形を形成する前に、予めエッチング残渣が発生し易い領域にレーザーを照射して機械的に加工又は脆弱化しておくことで、エッチング残渣の発生を効果的に抑制することができる。

水晶ウエハの表面に水晶片の平面形状に対応したレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンで覆われていない領域の水晶ウエハをウェットエッチングにより除去して水晶片の外形を形成する工程とを有する水晶片の製造方法であって、水晶片の外形を形成する工程が終了する前に、水晶ウエハのエッチング残渣が発生する領域にレーザーを照射し、水晶ウエハの少なくとも一部を除去又は脆弱化する水晶片の製造方法とする。

図１は、本発明による水晶片の製造方法の一実施形態を示す工程毎の断面図である。尚、断面は、図４のＡ−Ａ断面相等としてある。本発明の一実施形態において水晶ウエハから水晶片（音叉型水晶片）の外形を切り出す際には、まず、図１（ａ）に示すように、水晶ウエハ３の一主面側にレーザーを遮断するフォトマスク１１を密着乃至は所定の間隔を空けて近接して配置し、その状態で水晶ウエハ３とフォトマスク１１を共に水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液１２中に浸漬させる。

図２は、水晶ウエハ上にフォトマスクを配置した状態を示す要部拡大上面図で、ここに示すようにフォトマスク１１には、形成しようとする水晶片１のエッチング残渣が発生し易い部位である音叉部１ａの付根周辺に対応した位置に、レーザーを通過させるための平面視円形の開口部１１ａが設けられている。

開口部１１ａの輪郭線は、形成しようとする水晶片１の外形予定線１３とは平面的に完全には一致しておらず、後工程において水晶ウエハ３をウェットエッチングにより加工した際に音叉部１ａの付根周辺がエッチングにより除去される量を見越して、外形予定線１３から所定量離れた位置に配置されている。

開口部１１ａの輪郭線を水晶片１の外形予定線１３からどの程度離すかは、予測されるエッチング残渣の発生量、水晶ウエハの厚み、エッチング条件などを考慮して、水晶ウエハ３のエッチングが終了した時点で最終的に水晶片１の外形が規程の外形となるように適宜設定される。尚、エッチング残渣が発生し易い個所やその発生量は、水晶ウエハ３の結晶異方性や経験則的な観点からある程度予測が可能である。

次に、図１（ｂ）に示すように、フォトマスク１１の開口部１１ａに向けてパルス状のＣＯ₂レーザー１４（以下、単にレーザー）を照射して露呈領域の水晶ウエハ３を機械的に加工して貫通させ、音叉部１ａの付根周辺に貫通穴１５を形成する。

レーザー１４は、フォトマスク１１の開口部１１ａ全体に亘って照射されればよく、レーザー１４のスポット径をフォトマスク１１の開口部１１ａ全体を一度に覆うように調整して照射する方式や、スポット径を小さく絞ってフォトマスク１１の開口部１１ａに沿って順次走査する方式などが適宜選択される。

また、この時点でレーザー１４が照射されるのは、主にエッチング残渣が発生し易い必要最小限の領域であるため、従来技術のようにレーザーによる加工のみで水晶片の外形を形成するよりも、確率的にクラックの発生が抑えられる。

また、本実施形態のように水晶ウエハ３を水酸化カリウム溶液１２中に浸漬させた状態でレーザー１４を照射すると水晶ウエハ３の加工が促進されることが知られており、この手法を用いることで水晶ウエハ３を短時間で貫通させることができる。

次に、レーザー１４による加工を終えた水晶ウエハ３をＫＯＨ溶液１２中から引き上げ、水晶ウエハ３の両主面上にスパッタ法などを用いて下地層としてのＣｒ（クロム）層１６と耐蝕層としてのＡｕ（金）層１７を薄膜状に順次堆積させ、さらにその上に任意のフォトレジスト材料を塗布したうえで露光及び現像処理を行い、水晶片１の平面形状ならびに水晶片１と水晶ウエハ３とを一時的に繋いでおくための連結部及びその連結先の水晶ウエハ３（フレーム部）の平面形状に対応したフォトレジストパターンを形成し、それをエッチングマスクとして露出領域のＣｒ層１６とＡｕ層１７を任意のウェットエッチングにより除去することで、図１（ｃ）に示すように、Ｃｒ層１６とＡｕ層１７を水晶片１、連結部、及びフレーム部の平面形状にパターニングする。

尚、水晶ウエハ３の表面にＣｒ層１６とＡｕ層１７を形成した段階で、音叉部１ａの付根周辺に設けられた貫通孔１５の内面にもＣｒ層１６とＡｕ層１７が形成されていた場合には、それらはこの時点で他の領域のＣｒ層１６とＡｕ層１７と共にエッチングにより除去され、その下の水晶ウエハ３の側面が露出した状態となる。

次に、使用後のフォトレジストパターンを除去したうえで、図１（ｄ）に示すように、Ｃｒ層１６とＡｕ層１７をエッチングマスクとして露出領域の水晶ウエハ３をフッ酸系のエッチング液（フッ酸、バッファードフッ酸等）１８を用いたウェットエッチングにより貫通するまで除去し、水晶片１の外形を形成する。

その際、音叉部１ａの付根周辺は、予めレーザー１４により外形予定線に近い領域まである程度加工されていることから除去すべき絶対量が減ぜられており、加えて、エッチングの浸食が水晶ウエハ３の側方からも進むことで、エッチング残渣が発生することなくエッチングが迅速に行われ、それ以外の領域のエッチングが終了した時点で音叉部１ａの付根の外形も規程どおりに形成された状態となる。

尚、仮に図１（ｂ）に示した工程において、照射したレーザー１４の衝撃により音叉部１ａの付根周辺にクラックが発生していたとしても、それが水晶片１の外形予定領線１３とレーザー１４により形成された貫通孔１５内面との間に介在する肉厚部の範囲内であれば、この時点のウェットエッチングによりその肉厚部と共に除去されるため、水晶片１の本体側にクラックの影響が及ぶことはない。

また、図１（ｂ）に示した工程において予め音叉部１ａの付根周辺の領域がその外形予定線１３の際までレーザー１４により加工されていた場合には、それ以外の領域のエッチングが終了するよりも前に、先に付根周辺のエッチングが必要以上に進行してその部分の外形が乱れる虞があるが、図１（ｃ）に示した工程においてＣｒ層１６とＡｕ層１７を貫通孔１５の内面をも覆うようにパターニングしておけば、水晶ウエハ３をウェットエッチングにより加工する際にも音叉部１ａの付根周辺（貫通孔１５の内面）はＣｒ層１６とＡｕ層１７によりエッチングから保護されるため、レーザー１４により形成された外形をそのまま維持することができる。従って、この場合には、音叉部１ａの付根周辺が水晶ウエハ３のウェットエッチングにより除去される量を予め見越しておく必要はなく、図１（ｂ）に示した工程において音叉部１ａの付根周辺の領域をその外形予定線１３の際までレーザー１４により加工しておけばよい。

図３は、水晶ウエハから水晶片の外形が複数個分切り出された状態を示す上面図で、ここに示すように、水晶ウエハ３から外形が切り出された個々の水晶片１は、梁状の連結部３ａを介して水晶ウエハ３に保持されており、この状態で水晶片１ａ表面のＣｒ層１６とＡｕ層１７を任意のウェットエッチングにより全て除去したうえで再度同様の成膜及びパターニング工程を実施し、水晶片１ａ表面に励振電極を始めとする水晶振動子として機能するために必要な各構成要素（不図示）を形成し、最後に水晶片１と水晶ウエハ３とを繋いでいる連結部３ａをレーザーなどの任意の手段を用いて切断することで水晶片１を水晶ウエハ３から切り離す。

尚、レーザーにより水晶ウエハを加工する際には、必ずしも水晶ウエハを貫通するまで除去する必要はなく、水晶ウエハの厚み方向の一部を貫通しない程度に除去するだけでも本発明の効果が得られる。この点に関し、エッチング残渣の発生を抑制する観点からは、レーザーによる加工量は多い方が好ましいが、レーザーによる加工量が増加すると、その分、水晶片にクラックが発生する可能性が確率的に高まるため、レーザーによる加工量は、それら両者の兼ね合いも考慮して適宜設定される。

また、レーザーによる水晶ウエハの加工は、実施例で示したように水晶ウエハを表面から内部に向かって機械的に切削加工していくものに限らず、水晶ウエハの内部を多孔質化させるような加工であっても良い。

また、水晶ウエハをＫＯＨ溶液中に浸漬させた状態でレーザーを照射すれば、効率的に水晶ウエハを加工することができるが、この手法に限定されるものではない。

また、以上の実施例では、水晶ウエハにレーザーを照射することでその一部を物理的に除去しているが、ウェットエッチングの進行を促進させる観点からすれば、水晶ウエハの一部を物理的に除去しないまでも、少なくともその一部を改質させて機械的強度を低下（脆弱化）させることでも同様の効果が期待できる。

また、水晶ウエハにレーザーを照射するタイミングは、少なくともウェットエッチングによる水晶ウエハの加工が完全に終了する前であればいつでもよく、例えば、水晶ウエハ表面にエッチングマスクとしての耐蝕層（Ｃｒ層、Ａｕ層等）を形成した直後や、水晶ウエハのウェットエッチングと一部並行して行うようにしてもよい。

また、レーザーを水晶ウエハの特定の領域にのみ照射させる手段としては、フォトマスクに限るものではなく、照射領域の厳密な制御が可能であれば、フォトマスクを介さず直接レーザーを照射するようにしてもよい。

また、レーザーを照射する際にフォトマスクを用いる場合、フォトマスクに設けられる開口部の形状は、実施形態において示したような平面視円形に限定されるものではなく、レーザーを照射する領域に応じて適宜選択が可能である。

また、レーザーを照射する領域は、エッチング残渣が発生し易い領域であればどこでもよく、実施形態で示したような音叉型水晶片の音叉部の付根周辺に限らず、その他のあらゆる領域が対象となる。

また、使用するレーザーの種類としては、ＣＯ₂レーザー以外にＨｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザーなど種々のものが選択可能である。

また、水晶ウエハをウェットエッチングする際にエッチングマスクとして用いる耐蝕層は、実施形態で示したようなＣｒ層とＡｕ層との積層体に限るものではなく、使用するエッチング液に耐性のある材料であればどのようなものを用いても構わず、エッチング液に応じて適宜選択が可能であり、また、そのパターニング方法についてもフォトリソグラフィーに限定されるものではない。

また、本発明の製造方法は、水晶片が音叉型水晶片である場合にのみ有効なものではなく、エッチング残渣が発生する可能性のある水晶片全般（ＡＴカット水晶片等）に対して有効である。

本発明による水晶片の製造方法の一実施形態を示す工程毎の断面図 水晶ウエハ上にフォトマスクを配置した状態を示す要部拡大上面図 水晶ウエハから水晶片の外形が複数個分切り出された状態を示す上面図 水晶片にエッチング残渣が発生した状態を模式的に示す上面図 エッチング残渣の発生を抑制した従来技術による水晶片の製造方法を示す上面図 レーザーを用いた従来技術による水晶片の製造方法を示す上面図

符号の説明

１ 水晶片
１ａ 音叉部
２ エッチング残渣
３ 水晶ウエハ
３ａ 連結部
４ 加熱領域
５ レーザー
１１ フォトマスク
１１ａ 開口部
１２ 水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液
１３ 外形予定線
１４ レーザー
１５ 貫通穴
１６ クロム（Ｃｒ）層
１７ 金（Ａｕ）層
１８ エッチング液

Claims (4)

1. 水晶ウエハの表面に水晶片の平面形状に対応したレジストパターンを形成する工程と、当該レジストパターンで覆われていない領域の前記水晶ウエハをウェットエッチングにより除去して前記水晶片の外形を形成する工程とを有する水晶片の製造方法であって、
   前記水晶片の外形を形成する工程が終了する前に、前記水晶ウエハのエッチング残渣が発生する領域にレーザーを照射し、前記水晶ウエハの少なくとも一部を除去する工程を有することを特徴とする水晶片の製造方法。
2. 水晶ウエハの表面に水晶片の平面形状に対応したレジストパターンを形成する工程と、当該レジストパターンで覆われていない領域の前記水晶ウエハをウェットエッチングにより除去して前記水晶片の外形を形成する工程とを有する水晶片の製造方法であって、
   前記水晶片の外形を形成する工程が終了する前に、前記水晶ウエハのエッチング残渣が発生する領域にレーザーを照射し、前記水晶ウエハの少なくとも一部を脆弱化させる工程を有することを特徴とする水晶片の製造方法。
3. 前記レーザーを照射する領域は、前記水晶片の外形予定線から外側へ離間していることを特徴とする請求項１、又は２に記載の水晶片の製造方法。
4. 前記水晶片は、音叉型水晶片であり、前記レーザーは、少なくとも前記音叉型水晶片の音叉部の付け根周辺に照射されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の水晶片の製造方法。

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