JP2010147963A

JP2010147963A - 水晶振動子の製造方法及びその装置

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Publication number: JP2010147963A
Application number: JP2008325020A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tashiro; 代昭彦田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】水晶振動子の周波数調整を単純化してその製造の歩留りを大巾に向上させる。
【解決手段】水晶ウエハ単位で周波数調整を行う水晶振動子の製造方法であって、該水晶ウエハの所定の同心円上における厚みを測定し、該厚み測定結果に基づいて、厚い部分を選択的に水晶を溶解することができる処理液によりエッチングして、該厚い部分の厚みを減じて周波数調整を行う。また、水晶ウエハＷをその上面に保持して載置する円形の保持台１０と、前記保持台１０の上方半径方向の中心手前まで延出し、処理液を前記水晶ウエハ表面に吐出する処理液ノズル１３と、前記処理液ノズル１３と対向する側から、前記保持台１０の上方半径方向の中心まで延出し、前記水晶ウエハＷの表面に洗浄液を吐出する洗浄液ノズル１４と、から水晶振動子の製造装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエットエッチングにより水晶振動子の周波数を所望の精度を保ってウエハレベルで調整する水晶振動子の製造方法及びその装置に関する。

周波数安定度に優れる水晶振動子は、多くの通信機器を含む電子機器に周波数および時間の基準源として使用されている。この水晶振動子は、人工水晶から、たとえばＡＴカットによって、切り出された水晶片から形成され、その後、機械的研磨、ウエットあるいはドライエッチングによって、所望の周波数に応答した厚みに成形される。一般に、ＡＴカットでは、振動モードは厚みすべり振動が適用され、その振動周波数は厚みに反比例し、厚みが小さくなればなる程、高くなる。

ところで、近年、水晶振動子は、高周波数化に伴って水晶片の厚みが極小さくなっている。製造時の水晶片の厚みを維持するために、より高い加工精度が求められ、加工精度が一定の基準を満たさない場合には、周波数の調整に支障を来たすおそれがある。

従来、この種の水晶振動子の周波数調整は、次のようにして行われていた。

すなわち、図４に示すように、水晶片１０１の両主面に、厚みすべり振動を励起する励振電極１０２ａ，１０２ｂ及びこれらに接続した引出電極（図示せず）を一端部両側に延出するように、例えば、蒸着によって一体的に形成する。

さらに、積層セラミックからなる凹状容器１０４ａ，１０４ｂの内底面に、引出電極が延出した水晶片１０１の端部を導電性接着剤１０５によって、端子電極１０７を介して保持し、また、凹状容器１０４ｂの外底面には端子電極１０６を設けて、水晶振動子を構成する。

そして、水晶振動子の周波数を所定の周波数に調整する場合には、水晶片１０１の上面の主面に設けた励振電極１０２ａの表面に周波数調整用の金属を、各水晶振動子毎に、図４に示す矢印の方向から質量付加し、振動周波数を高い方から低い方へ微調整して所定の振動周波数にする。他方、振動周波数を低い方から高い方へ微調整する場合には、励振電極１０２ａ表面に、図４に示す矢印の方向から、例えばイオンビームを照射して、その厚みを減じて（質量減少）所定の振動周波数にする。要するに、質量の付加または減少に伴う質量負荷効果によって、水晶振動子の周波数を調整するようになっている（特許文献１）。

しかしながら、このような従来の水晶振動子の周波数調整方法によると、各水晶振動子毎に周波数調整を行う必要があるため、周波数調整が複雑であるとともに、水晶振動子の製造の歩留りの向上が期待できなかった。

また、本発明者の知見によると、人工水晶から切り出された水晶ウエハは、その中心部が厚く、外縁部に向う程薄くなっている傾向があること、及び水晶ウエハからの水晶片加工工程において、水晶ウエハのメサ部（台地部分）形成後に、水晶ウエハレベルで周波数測定を行うと、水晶ウエハの研磨加工の精度に起因して異なった厚みの分布が同心円上にそれぞれ分布していることが分った。そのため、水晶ウエハ毎に追加処理を行っているが、当該処理時間を水晶ウエハ毎にしか振り当てられないため、周波数調整が依然として複雑であり、水晶振動子の製造の歩留り向上が、同様に、期待できなかった。すなわち、所定の周波数規格内に一回の加工処理で合せ込めないため、処理液（ＨＦ）を使って追加エッチングを行っている。さらに、水晶ウエハを浸漬処理によりエッチングしているため、水晶ウエハ面内の一部しか所定の周波数規格を満足することができなかった。
特開２００２−１４１７６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、水晶ウエハの所定の同心円上における厚みを測定し、該厚み測定結果に基づいて、厚い部分を選択的に水晶を溶解することができる処理液によりエッチングして、該厚い部分の厚みを減じて周波数調整を行うことにより、周波数調整を単純にして、水晶振動子の製造の歩留りを向上させる。

前記した課題を解決するため、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶ウエハ単位で周波数調整を行う水晶振動子の製造方法であって、該水晶ウエハの所定の同心円上における厚みを測定し、該厚み測定結果に基づいて、厚い部分を選択的に水晶を溶解することができる処理液によりエッチングして、該厚い部分の厚みを減じて周波数調整を行う。

ここで、前記処理液は、フッ化アンモニウムを主成分とするフッ酸、あるいは前記処理液が、有機酸を添加物として含む。

また、前記処理液の処理温度が、１００℃以下に維持され、かつ、前記水晶ウエハが、５〜５００回転／分の回転速度で回転されつつエッチングされるようにする。

さらに、前記水晶ウエハが、所定温度（室温から１００℃）に加熱されつつエッチングされ、また、前記処理液を希釈洗浄するために、洗浄液を前記水晶ウエハ上にエッチング中及びエッチング後吐出させる。

また、本発明の水晶振動子の製造装置は、水晶ウエハその上面に保持して載置する円形の保持台と、前記保持台の上方半径方向の中心手前まで延出し、処理液を前記水晶ウエハ表面に吐出する処理液ノズルと、前記処理液ノズルと対向する側から、前記保持台の上方半径方向の中心まで延出し、前記水晶ウエハの表面に洗浄液を吐出する洗浄液ノズルと、からなる。

ここで、前記保持台は、所定温度に加熱できるように構成され、前記処理液ノズルが、前記水晶ウエハの半径方向に、所定の位置まで移動し、かつ、固定された位置からあるいは所定の振幅で繰り返して動作して処理液を吐出できるようにする。

さらに、前記洗浄液ノズルが、前記水晶ウエハの中心付近の洗浄液を吐出できる位置に固定されて設けられている。

また、前記洗浄液ノズルに超音波発振子が設けられ、洗浄液の吐出の際に、超音波振動を付与して洗浄液を霧化できるようにしてもよい。

水晶振動子の周波数調整が単純化されるとともに、水晶振動子の製造の際の歩留りが大巾に向上する。

以下、本発明の水晶振動子の製造方法及びその製造装置の実施例について説明する。

水晶振動子の製造方法
図１は、本発明の水晶振動子の製造方法の実施例を示す。

まず、例えば、水晶ウエハＷを受け入れ（工程１）、この水晶ウエハＷの表面に、スパッタリングあるいは蒸着により、後工程の水晶ウエハのウエットエッチングのためのマスクとなるＣｒ／Ａｕ（クロム／金）膜を形成する（工程２）。次いで、このＣｒ／Ａｕ膜上にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成し（工程３）。露光／現像によるレジスト層のフォトリソグラフィを行う（工程４）。さらに、メタルエッチングによりＣｒ／Ａｕ膜を除去し（工程５）、ウエットエッチングにより水晶ウエハＷ上に多数のメサ部を形成する（工程６）。

またさらに、周波数測定用プローブを用いて水晶ウエハＷに形成されたメサ部間のキャビティ部の周波数測定を行い（工程７）、ウエハＷ面内では同心円上で厚みが異なって分布するという傾向と、この周波数測定の結果に基づいて、図２及び図３に示したウエットエッチング装置により、ウエハＷに、点線で示すように厚い部分の選択的（パーシャル）エッチングを同心円毎に行い、所望の範囲のウエハＷの厚みを減じ、ウエハＷ全体の周波数調整を行う（工程８）。最後に、残存するレジスト層及びメタル（Ｃｒ／Ａｕ）膜の剥離を行い、水晶ウエハＷの製造を完了する（工程９）。その後、ダイシング等により、水晶ウエハＷを水晶振動子の個片に分割する。

とくに、本発明の水晶振動子の製造方法では、水晶ウエハ単位で周波数調整を行い、該水晶ウエハＷの所定の同心円上における厚みを測定し、該厚み測定結果に基づいて、厚い部分を選択的に水晶を溶解することができる処理液によりエッチングして、該厚い部分の厚みを減じて周波数調整を行う。

ここで、前記処理液は、フッ化アンモニウムを主成分とするフッ酸、あるいは有機酸を添加物として含んでいる。また、前記処理液の処理温度は、１００℃以下に維持され、前記水晶ウエハＷは、５〜５００回転／分の回転速度で回転されつつエッチングされる。さらに、前記水晶ウエハは、所定温度（室温から１００℃）に加熱されつつエッチングされる。前記処理液を希釈洗浄するために、洗浄液をエッチング中及びエッチング後、前記水晶ウエハＷ上に吐出させる。

水晶振動子製造装置（ウエットエッチング装置）
図２及び図３は、本発明の水晶振動子の製造装置の実施例である水晶振動子のウエットエッチング装置（以下、“エッチング装置”という）を示す。

本発明の水晶振動子の製造装置の、とくに、枚様式製造装置の実施例のエッチング装置１は、図２及び図３に示すように、一枚の水晶あるいはＳｉＯ₂からなるウエハＷ（以下、“ウエハ”という）を、その上面に保持して載置するウエハステージ（保持台）１０と、このウエハステージ１０を５〜５００回転／分の範囲で回転させる回転軸１１と、ウエハステージ１０の外縁に数ヶ所（例えば、１２０°間隔で３ヶ所）植設されたウエハ保持ピン１２と、ウエハステージ１０の上方半径方向の中心手前まで延出しフッ化アンモニウムを主成分とするフッ酸処理液等の水晶を溶解可能なエッチング処理液をウエハＷ表面に滴下する処理液ノズル１３と、同じく、処理液ノズル１３と対向する側からウエハステージ１０の上方半径方向に、その中心付近まで延出した洗浄液（超重水）を吐出する洗浄液ノズル１４とから構成されている。

ここで、ウエハステージ１０には、ヒータ等のウエハステージ１０を所定の温度に保温して、エッチングレート等を調整するため、この上面に載置したウエハＷを所定温度（室温から１００℃）に加熱自在とする加熱機構が内蔵されている。

さらに、処理液ノズル１３は、フッ化アンモニウム（有機酸を添加物として含ませてもよい）等を主成分とするフッ酸処理液の処理液源に配管により接続されるとともに、水晶を溶解できる温度（例えば、１００℃以下）に加熱できるように構成され、かつ、ウエハＷの半径方向の任意の位置に移動し、固定された位置または任意の振幅で繰り返し動作をして、処理液をウエハＷの表面に滴下できるように構成されている。

一方、ウエハＷの表面に滴下した処理液を希釈洗浄する洗浄液ノズル１４は、超純水等の洗浄液源に配管により接続され、また、ウエハＷの中心付近まで半径方向に延出し、この中心付近に洗浄液を吐出して、ウエハＷ上に滴下できる位置に固定されている。なお、洗浄液ノズル１４に、超音波発振子を設けて、洗浄液ノズル１４から吐出する洗浄液を霧化して均等にウエハＷ上に散布し、かつ、ウエハＷ上のゴミ等を除去できるように構成してもよい。

このようにして構成された本発明の水晶振動子の製造の際、図１に示す当該製造工程の工程（７）でウエハＷの周波数測定を行い、ウエットエッチングにより、（工程（８））ウエハＷの厚みを減ずる場合、まず、ウエハＷを、図２及び図３に示す所定の温度に管理されたウエハステージ１０上面の３ケのウエハ保持ピン１２間に固定して載置し、回転軸１１を所定の回転速度（５〜５００回転／分）で回転し（この回転速度が５００回転／分以上だと、ウエハＷ上に処理液が定着しない）、予め図１に示す工程（７）で行ったウエハＷの周波数測定に基づいて、フッ酸処理液を処理液ノズル１３から、所定の処理範囲、処理時間で、ウエハＷ表面上に吐出しながら掃引して、ウエハＷの所望範囲を選択的にウエットエッチングして、ウエハＷの厚みを減じ、周波数調整を行うようにする。

この処理液の吐出・掃引の際、ウエハＷの表面に洗浄液ノズル１４から超純水を霧化して散布することにより、所望の範囲以外（厚みを減ずる必要がない部分）の部分がエッチングされるのを抑制することができる。

また、不活性を処理チャンバ（図示せず）内のパージに用い、別途設けたノズルより不活性ガスを吐出し、また、排気（酸排気）手段を処理チャンバに設けて処理チャンバ内の排気を行う。

本発明の水晶振動子の製造方法の実施例を示す工程図である。本発明の水晶振動子の製造方法の実施例に用いるウエットエッチング装置の正面図である。図２に示したウエットエッチング装置の平面図である。従来の水晶振動子及びその周波数調整方法を示す概略図である。

符号の説明

１ウエットエッチング装置
１０ウエハステージ（保持台）
１１回転軸
１２ウエハ保持ピン
１３処理液ノズル
１４洗浄液ノズル
Ｗウエハ

Claims

水晶ウエハ単位で周波数調整を行う水晶振動子の製造方法であって、該水晶ウエハの所定の同心円上における厚みを測定し、該厚み測定結果に基づいて、厚い部分を選択的に水晶を溶解することができる処理液によりエッチングして、該厚い部分の厚みを減じて周波数調整を行うことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
前記処理液が、フッ化アンモニウムを主成分とするフッ酸であることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記処理液が、有機酸を添加物として含むことを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記処理液の処理温度が、１００℃以下に維持されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記水晶ウエハが、５〜５００回転／分の回転速度で回転されつつエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記水晶ウエハが、所定温度に加熱されつつエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記処理液を希釈洗浄するために、洗浄液を前記水晶ウエハ上にエッチング中及びエッチング後吐出させることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
前記エッチング中に、前記処理液を連続して、もしくは前記処理液と前記洗浄液とを交互に所定の周波数を得るまで繰り返し吐出しながら行うことを特徴とする請求項７に記載の水晶振動子の製造方法。
水晶ウエハその上面に保持して載置する円形の保持台と、
前記保持台の上方半径方向の中心手前まで延出し、処理液を前記水晶ウエハ表面に吐出する処理液ノズルと、
前記処理液ノズルと対向する側から、前記保持台の上方半径方向の中心まで延出し、前記水晶ウエハの表面に洗浄液を吐出する洗浄液ノズルと、からなることを特徴とする水晶振動子の製造装置。
前記保持台が、所定温度に加熱できるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造装置。
前記処理液ノズルが、前記水晶ウエハの半径方向に、所定の位置まで移動し、かつ、固定された位置からあるいは所定の振幅で繰り返して動作して処理液を吐出できるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造装置。
前記洗浄液ノズルが、前記水晶ウエハの中心付近の洗浄液を吐出できる位置に固定されて設けられていることを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造装置。
前記洗浄液ノズルに超音波発振子が設けられ、洗浄液の吐出の際に、超音波振動を付与して洗浄液を霧化できるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造装置。