JP3136137B2 - 水晶振動子の製造方法及びその装置 - Google Patents
水晶振動子の製造方法及びその装置Info
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- JP3136137B2 JP3136137B2 JP11093025A JP9302599A JP3136137B2 JP 3136137 B2 JP3136137 B2 JP 3136137B2 JP 11093025 A JP11093025 A JP 11093025A JP 9302599 A JP9302599 A JP 9302599A JP 3136137 B2 JP3136137 B2 JP 3136137B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶ウェーハをレ
ーザ光によりその厚さを薄くかつ一定にして水晶振動子
を製造する方法及びその装置に関するものである。
ーザ光によりその厚さを薄くかつ一定にして水晶振動子
を製造する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子（水晶ウェーハ）は表面及び
裏面が平坦でしかも平行であることが求められ、これま
でポリシング装置により所定の厚さに加工されていた。
近年、水晶振動子の周波数が高まるにつれて、水晶振動
子の厚さは小さくなり、従来のポリシングのみでは水晶
振動子の厚さ、即ち発振周波数の制御が困難になってき
ている。そのため、従来水晶ウェーハを振動子の寸法の
チップにダイシングし、各チップの周波数を測定した
後、化学エッチングと周波数の再測定の作業を反復して
周波数調整を行っている。
裏面が平坦でしかも平行であることが求められ、これま
でポリシング装置により所定の厚さに加工されていた。
近年、水晶振動子の周波数が高まるにつれて、水晶振動
子の厚さは小さくなり、従来のポリシングのみでは水晶
振動子の厚さ、即ち発振周波数の制御が困難になってき
ている。そのため、従来水晶ウェーハを振動子の寸法の
チップにダイシングし、各チップの周波数を測定した
後、化学エッチングと周波数の再測定の作業を反復して
周波数調整を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水晶振動子に
対して更に高い発振周波数、例えば１００ＭＨｚ以上が
要求されるようになると、水晶振動子の厚さを２０μｍ
以下にしなければならない。この水晶の厚さはコピー用
紙よりも薄く、一枚毎のチップの取り扱いは作業者及び
作業ロボットハンドでは不可能である。また従来の化学
エッチングにより水晶ウェーハを薄くする方法では洗浄
や乾燥を必要とし、工程が複雑化し、改善が求められて
いた。
対して更に高い発振周波数、例えば１００ＭＨｚ以上が
要求されるようになると、水晶振動子の厚さを２０μｍ
以下にしなければならない。この水晶の厚さはコピー用
紙よりも薄く、一枚毎のチップの取り扱いは作業者及び
作業ロボットハンドでは不可能である。また従来の化学
エッチングにより水晶ウェーハを薄くする方法では洗浄
や乾燥を必要とし、工程が複雑化し、改善が求められて
いた。
【０００４】本発明の目的は、従来の水晶チップ片での
化学エッチングのような複雑な洗浄・乾燥工程を要する
ことなく、光エッチングにより水晶ウェーハを微細に研
磨し、短い加工時間でウェーハ面内において均一かつ高
精度に水晶ウェーハの厚さを薄くする方法及び装置を提
供することにある。本発明の更に別の目的は、水晶ウェ
ーハから極薄で発振周波数の高い水晶振動子を高い歩留
りでかつ高い信頼性で効率良く製造する方法及び装置を
提供することにある。
化学エッチングのような複雑な洗浄・乾燥工程を要する
ことなく、光エッチングにより水晶ウェーハを微細に研
磨し、短い加工時間でウェーハ面内において均一かつ高
精度に水晶ウェーハの厚さを薄くする方法及び装置を提
供することにある。本発明の更に別の目的は、水晶ウェ
ーハから極薄で発振周波数の高い水晶振動子を高い歩留
りでかつ高い信頼性で効率良く製造する方法及び装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、(a) ポリシングした水晶ウェーハに
レーザ光を照射してこの水晶ウェーハの厚さを薄くかつ
一定に加工する工程と、(b) ガラス基板上に碁盤目に配
置した多数の微小な測定電極を用いてこの加工した水晶
ウェーハ全面の微小部分毎に発振周波数を測定し、その
結果に基づいて水晶ウェーハの所定の厚さより厚い部分
にレーザ光を照射して前記厚い部分の水晶ウェーハの厚
さを修正加工する工程と、(c) この水晶ウェーハの全面
に所定の寸法と間隔で多数の電極を形成する工程と、
(d) 各電極部分毎に水晶ウェーハをダイシングして電極
付きのチップの水晶振動子を作製する工程とを含む水晶
振動子の製造方法であって、図２に示すように、(a)工
程と(b)工程が同一の容器１２の内部で行われ、(a)工程
が、容器１２の内部に水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動可
能に設けられ円筒状の凹部が形成されたテーブル１４上
にポリシングした水晶ウェーハ１１を固定する工程と、
容器１２に反応性ガスを所定の圧力で封入する工程と、
容器１２の窓１９を通してレーザ光をその断面形状、照
射フルエンス又は照射方向を制御しながら水晶ウェーハ
１１に照射し、かつテーブル１４をＸ軸方向又はＹ軸方
向のいずれか一方又は双方に移動してウェーハ１１の厚
さを薄くかつ一定に加工する工程とを有し、(b)工程
が、凹部の底部からガラス基板を上昇させて加工した水
晶ウェーハ１１にガラス基板の測定電極を接触させて水
晶ウェーハ１１の各部分の発振周波数を測定する工程
と、測定した発振周波数の値から水晶ウェーハ１１の所
定の厚さより厚い部分を検出する工程と、ガラス基板を
下降させて凹部の底部に配置した後、テーブル１４をＸ
軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方又は双方に移動して
容器１２の窓１９を通してレーザ光１０をその断面形
状、照射フルエンス又は照射方向を制御しながら水晶ウ
ェーハ１１の所定の厚さより厚い部分に照射して厚い部
分を修正加工する工程とを有することを特徴とする水晶
振動子の製造方法である。図４に示すように、(a)工程
では、レーザ光１０をポリシングした水晶ウェーハ１１
に照射すると、ウェーハ表面が光エッチングされるとと
もに、ウェーハ１１を透過したレーザ光がウェーハ裏面
をも光エッチングする。これにより短い時間で水晶ウェ
ーハ１１の厚さを薄くかつ一定にすることができる。
(b)工程では、(a)工程で加工した水晶ウェーハの各部分
の厚さをガラス基板上に碁盤目に配置した多数の微小な
測定電極を用いて各部分の発振周波数からそれぞれ測定
し、所定の厚さより厚い部分について、再度レーザ光を
照射して、この厚い部分の厚さを修正加工する。この修
正単位は０．１Å以下であるため、極めて高精度に周波
数調整を行うことができる。(c)工程で、所定の厚さに
加工された水晶ウェーハの全面に所定の寸法と間隔で多
数の電極を形成し、(d)工程で、各電極部分毎にダイシ
ングして水晶振動子を得る。電極を形成した後、ダイシ
ングすることにより、ダイシング後の水晶チップの汚染
が減少する。この方法ではウェーハを容器から取出すこ
となく、より短時間にウェーハの厚さを所定値にし、か
つ発振周波数を所望の値にすることができる。
図１に示すように、(a) ポリシングした水晶ウェーハに
レーザ光を照射してこの水晶ウェーハの厚さを薄くかつ
一定に加工する工程と、(b) ガラス基板上に碁盤目に配
置した多数の微小な測定電極を用いてこの加工した水晶
ウェーハ全面の微小部分毎に発振周波数を測定し、その
結果に基づいて水晶ウェーハの所定の厚さより厚い部分
にレーザ光を照射して前記厚い部分の水晶ウェーハの厚
さを修正加工する工程と、(c) この水晶ウェーハの全面
に所定の寸法と間隔で多数の電極を形成する工程と、
(d) 各電極部分毎に水晶ウェーハをダイシングして電極
付きのチップの水晶振動子を作製する工程とを含む水晶
振動子の製造方法であって、図２に示すように、(a)工
程と(b)工程が同一の容器１２の内部で行われ、(a)工程
が、容器１２の内部に水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動可
能に設けられ円筒状の凹部が形成されたテーブル１４上
にポリシングした水晶ウェーハ１１を固定する工程と、
容器１２に反応性ガスを所定の圧力で封入する工程と、
容器１２の窓１９を通してレーザ光をその断面形状、照
射フルエンス又は照射方向を制御しながら水晶ウェーハ
１１に照射し、かつテーブル１４をＸ軸方向又はＹ軸方
向のいずれか一方又は双方に移動してウェーハ１１の厚
さを薄くかつ一定に加工する工程とを有し、(b)工程
が、凹部の底部からガラス基板を上昇させて加工した水
晶ウェーハ１１にガラス基板の測定電極を接触させて水
晶ウェーハ１１の各部分の発振周波数を測定する工程
と、測定した発振周波数の値から水晶ウェーハ１１の所
定の厚さより厚い部分を検出する工程と、ガラス基板を
下降させて凹部の底部に配置した後、テーブル１４をＸ
軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方又は双方に移動して
容器１２の窓１９を通してレーザ光１０をその断面形
状、照射フルエンス又は照射方向を制御しながら水晶ウ
ェーハ１１の所定の厚さより厚い部分に照射して厚い部
分を修正加工する工程とを有することを特徴とする水晶
振動子の製造方法である。図４に示すように、(a)工程
では、レーザ光１０をポリシングした水晶ウェーハ１１
に照射すると、ウェーハ表面が光エッチングされるとと
もに、ウェーハ１１を透過したレーザ光がウェーハ裏面
をも光エッチングする。これにより短い時間で水晶ウェ
ーハ１１の厚さを薄くかつ一定にすることができる。
(b)工程では、(a)工程で加工した水晶ウェーハの各部分
の厚さをガラス基板上に碁盤目に配置した多数の微小な
測定電極を用いて各部分の発振周波数からそれぞれ測定
し、所定の厚さより厚い部分について、再度レーザ光を
照射して、この厚い部分の厚さを修正加工する。この修
正単位は０．１Å以下であるため、極めて高精度に周波
数調整を行うことができる。(c)工程で、所定の厚さに
加工された水晶ウェーハの全面に所定の寸法と間隔で多
数の電極を形成し、(d)工程で、各電極部分毎にダイシ
ングして水晶振動子を得る。電極を形成した後、ダイシ
ングすることにより、ダイシング後の水晶チップの汚染
が減少する。この方法ではウェーハを容器から取出すこ
となく、より短時間にウェーハの厚さを所定値にし、か
つ発振周波数を所望の値にすることができる。
【０００６】
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明で用いられる水晶ウェーハ
は、例えば人工水晶の結晶を結晶軸に対して所定の角度
に切断したＡＴカットの水晶ウェーハであって、円板状
（例えば直径７６ｍｍ）に成形される。このウェーハは
両面ラッピング装置で表面及び裏面が互いに平行な平面
になるように機械研磨された後、両面ポリシング装置で
厚さが一定になるように、例えば０．３５ｍｍになるよ
うに機械的化学的研磨される。これにより水晶ウェーハ
の両面は鏡面になる。この水晶ウェーハは、ウェーハよ
り一回り大きなポリシングした鏡面のガラス板（例え
ば、直径８０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）に水の層を介して高精
度に接合される。即ち、水晶ウェーハはガラス板に水分
子の分子間力によって接着される。この状態で平面研削
盤により水晶ウェーハの厚さを極薄に、例えば約２０μ
ｍに加工した後、水晶ウェーハの表面を片面ポリシング
装置により機械的化学的研磨する。
は、例えば人工水晶の結晶を結晶軸に対して所定の角度
に切断したＡＴカットの水晶ウェーハであって、円板状
（例えば直径７６ｍｍ）に成形される。このウェーハは
両面ラッピング装置で表面及び裏面が互いに平行な平面
になるように機械研磨された後、両面ポリシング装置で
厚さが一定になるように、例えば０．３５ｍｍになるよ
うに機械的化学的研磨される。これにより水晶ウェーハ
の両面は鏡面になる。この水晶ウェーハは、ウェーハよ
り一回り大きなポリシングした鏡面のガラス板（例え
ば、直径８０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）に水の層を介して高精
度に接合される。即ち、水晶ウェーハはガラス板に水分
子の分子間力によって接着される。この状態で平面研削
盤により水晶ウェーハの厚さを極薄に、例えば約２０μ
ｍに加工した後、水晶ウェーハの表面を片面ポリシング
装置により機械的化学的研磨する。
【０００８】次に請求項２に係る装置について説明し、
続いて請求項１に係る方法について述べる。先ず、水晶
ウェーハはガラス板から剥離された後、図２に示すよう
に、円筒型のステンレススチール製の容器１２の内部中
央に設置される。理解を容易にするため、容器内部の構
造も実線で示す。容器１２内には基台１３の上に水平面
内のＸ−Ｙ軸方向に移動可能に設けられたテーブル１４
が設置される。図３に詳しく示すように、テーブル１４
はＸ軸方向に移動可能な上部テーブル１４ａとＹ軸方向
に移動可能な下部テーブル１４ｂからなる。上部テーブ
ル１４ａはアクチュエータ１６により、また下部テーブ
ル１４ｂはアクチュエータ１７により、それぞれ駆動さ
れる。これらのアクチュエータ１６，１７は、例えば高
精度の位置決め能力を有するステッピングモータ、カッ
プリング（図示せず）、ボールねじ１６ａ，１７ａによ
り構成される。上部テーブル１４ａの上には上述した片
面ポリシングした水晶ウェーハ１１が水平に固定され
る。図示しないが、この水晶ウェーハ１１の下の上部テ
ーブル１４ａには円筒状の凹部が形成され、この凹部の
底部にはウェーハ１１と所定の間隔をあけてウェーハと
ほぼ同形同大のガラス基板が水平に配置される。このガ
ラス基板上には碁盤目に多数の微小な第１測定電極（マ
トリックス電極）が配置され、ガラス基板は図示しない
アクチュエータにより凹部底部から上部テーブル１４ａ
上の水晶ウェーハ１１裏面に密着又は離間可能に構成さ
れる。またガラス基板が上昇した状態で水晶ウェーハ１
１表面の各部分に選択的に接触する可動の第２測定電極
（図示せず）が設けられる。この第２測定電極はレーザ
光を照射している間は光路を遮らない位置に待機する。
続いて請求項１に係る方法について述べる。先ず、水晶
ウェーハはガラス板から剥離された後、図２に示すよう
に、円筒型のステンレススチール製の容器１２の内部中
央に設置される。理解を容易にするため、容器内部の構
造も実線で示す。容器１２内には基台１３の上に水平面
内のＸ−Ｙ軸方向に移動可能に設けられたテーブル１４
が設置される。図３に詳しく示すように、テーブル１４
はＸ軸方向に移動可能な上部テーブル１４ａとＹ軸方向
に移動可能な下部テーブル１４ｂからなる。上部テーブ
ル１４ａはアクチュエータ１６により、また下部テーブ
ル１４ｂはアクチュエータ１７により、それぞれ駆動さ
れる。これらのアクチュエータ１６，１７は、例えば高
精度の位置決め能力を有するステッピングモータ、カッ
プリング（図示せず）、ボールねじ１６ａ，１７ａによ
り構成される。上部テーブル１４ａの上には上述した片
面ポリシングした水晶ウェーハ１１が水平に固定され
る。図示しないが、この水晶ウェーハ１１の下の上部テ
ーブル１４ａには円筒状の凹部が形成され、この凹部の
底部にはウェーハ１１と所定の間隔をあけてウェーハと
ほぼ同形同大のガラス基板が水平に配置される。このガ
ラス基板上には碁盤目に多数の微小な第１測定電極（マ
トリックス電極）が配置され、ガラス基板は図示しない
アクチュエータにより凹部底部から上部テーブル１４ａ
上の水晶ウェーハ１１裏面に密着又は離間可能に構成さ
れる。またガラス基板が上昇した状態で水晶ウェーハ１
１表面の各部分に選択的に接触する可動の第２測定電極
（図示せず）が設けられる。この第２測定電極はレーザ
光を照射している間は光路を遮らない位置に待機する。
【０００９】容器１２は上蓋１８により密封できるよう
になっており、上蓋１８の中央にはＭｇＦ2等からなる
レーザ光を透過する窓１９が設けられる。容器１２には
反応性ガスとしてのＣＦ2Ｂｒ2のガスボンベ２０と、パ
ージガスとしてのＮ2のガスボンベ２１が切換弁２２〜
２４を介して接続される。また容器１２には容器内の真
空度を制御するバキュームコントローラ２５が接続され
る。更に上蓋１８の窓１９を透過する光源として、水晶
の結合エネルギより高いフォトンエネルギを有するＡｒ
Ｆエキシマレーザ装置２６（日新電機NEX-30、出力200m
J、周波数100Hz、波長193nm）が用いられる。このレー
ザ装置２６から発せられたレーザ光１０はアッテネータ
２７でビーム断面形状を変え、ガルバノミラー２８で転
向し、集光レンズ２９で集光して、窓１９を通って水晶
ウェーハ１１に垂直に照射されるように構成される。ミ
ラー２８には回転用モータ２８ａが設けられる。アッテ
ネータ２７、レンズ２９はＭｇＦ2等からなる。図６
（ａ）又は（ｂ）に示すように、ミラー２８とレンズ２
９の間に角孔のあいたビーム成形板３１又はシリンドリ
カルレンズ３２を設けて、ビーム断面形状を四角形又は
細長い楕円形にすることもできる。エキシマレーザ装置
２６から発せられるＡｒＦレーザ光はフォトンエネルギ
が高く、大気中を伝送するとオゾンを発生するため、図
示しないが、レーザ光の光路全体が遮蔽され、真空或い
はＮ2ガスが封入される。レーザ装置２６、ガルバノミ
ラー回転用モータ２８ａ、アクチュエータ１６，１７、
水晶ウェーハ昇降用アクチュエータ（図示せず）、ガラ
ス基板上の第１測定電極及び可動の第２測定電極（図示
せず）は、パーソナルコンピュータからなるコントロー
ラ３５と電気的に接続される。
になっており、上蓋１８の中央にはＭｇＦ2等からなる
レーザ光を透過する窓１９が設けられる。容器１２には
反応性ガスとしてのＣＦ2Ｂｒ2のガスボンベ２０と、パ
ージガスとしてのＮ2のガスボンベ２１が切換弁２２〜
２４を介して接続される。また容器１２には容器内の真
空度を制御するバキュームコントローラ２５が接続され
る。更に上蓋１８の窓１９を透過する光源として、水晶
の結合エネルギより高いフォトンエネルギを有するＡｒ
Ｆエキシマレーザ装置２６（日新電機NEX-30、出力200m
J、周波数100Hz、波長193nm）が用いられる。このレー
ザ装置２６から発せられたレーザ光１０はアッテネータ
２７でビーム断面形状を変え、ガルバノミラー２８で転
向し、集光レンズ２９で集光して、窓１９を通って水晶
ウェーハ１１に垂直に照射されるように構成される。ミ
ラー２８には回転用モータ２８ａが設けられる。アッテ
ネータ２７、レンズ２９はＭｇＦ2等からなる。図６
（ａ）又は（ｂ）に示すように、ミラー２８とレンズ２
９の間に角孔のあいたビーム成形板３１又はシリンドリ
カルレンズ３２を設けて、ビーム断面形状を四角形又は
細長い楕円形にすることもできる。エキシマレーザ装置
２６から発せられるＡｒＦレーザ光はフォトンエネルギ
が高く、大気中を伝送するとオゾンを発生するため、図
示しないが、レーザ光の光路全体が遮蔽され、真空或い
はＮ2ガスが封入される。レーザ装置２６、ガルバノミ
ラー回転用モータ２８ａ、アクチュエータ１６，１７、
水晶ウェーハ昇降用アクチュエータ（図示せず）、ガラ
ス基板上の第１測定電極及び可動の第２測定電極（図示
せず）は、パーソナルコンピュータからなるコントロー
ラ３５と電気的に接続される。
【００１０】このように構成された装置を用いて、水晶
ウェーハ１１の厚さを薄くかつ一定にする方法について
説明する。先ず、上部テーブル１４ａの上にポリシング
した水晶ウェーハ１１を固定し、上蓋１８で容器１２を
密封する。レーザ装置２６のレーザパワーを変えて換算
フルエンスを調整した後、バキュームコントローラ２５
により容器１２の内部を高真空にする。次いで切換弁２
２及び２４を開いて反応性ガス（ＣＦ2Ｂｒ2）を所定の
圧力（例えば５Ｔｏｒｒ）まで容器１２に封入する。こ
の状態でレーザ装置２６から水晶ウェーハ１１にレーザ
光１０を例えば４００ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスで照射
する。このフルエンスは発振パルスエネルギ、照射面積
又は照射方向を変えることにより調整する。レーザ光に
反応したＣＦ2Ｂｒ2がラジカル化し、ＣＦ2とイオンを
放出する。これらが水晶ウェーハ（ＳｉＯ2）１１と化
学反応して、図４に示すようにウェーハ表面を原子レベ
ルで加工し、厚さ０．１Å以下の微細な研磨（表面除
去）を行う。そしてウェーハを透過したレーザ光はウェ
ーハ裏面で同様に微細な研磨（裏面除去）を行う。これ
により迅速に水晶ウェーハの表面及び裏面（両主面）が
研磨される。水晶ウェーハに照射するビーム断面形状
は、前述したビーム成形板３１又はシリンドリカルレン
ズ３２を用いて四角形又は細長い楕円形にすることもで
きる。またコントローラ３５によりモータ２８ａを回転
させて照射方向、照射面積を変えてもよい。
ウェーハ１１の厚さを薄くかつ一定にする方法について
説明する。先ず、上部テーブル１４ａの上にポリシング
した水晶ウェーハ１１を固定し、上蓋１８で容器１２を
密封する。レーザ装置２６のレーザパワーを変えて換算
フルエンスを調整した後、バキュームコントローラ２５
により容器１２の内部を高真空にする。次いで切換弁２
２及び２４を開いて反応性ガス（ＣＦ2Ｂｒ2）を所定の
圧力（例えば５Ｔｏｒｒ）まで容器１２に封入する。こ
の状態でレーザ装置２６から水晶ウェーハ１１にレーザ
光１０を例えば４００ｍＪ／ｃｍ2のフルエンスで照射
する。このフルエンスは発振パルスエネルギ、照射面積
又は照射方向を変えることにより調整する。レーザ光に
反応したＣＦ2Ｂｒ2がラジカル化し、ＣＦ2とイオンを
放出する。これらが水晶ウェーハ（ＳｉＯ2）１１と化
学反応して、図４に示すようにウェーハ表面を原子レベ
ルで加工し、厚さ０．１Å以下の微細な研磨（表面除
去）を行う。そしてウェーハを透過したレーザ光はウェ
ーハ裏面で同様に微細な研磨（裏面除去）を行う。これ
により迅速に水晶ウェーハの表面及び裏面（両主面）が
研磨される。水晶ウェーハに照射するビーム断面形状
は、前述したビーム成形板３１又はシリンドリカルレン
ズ３２を用いて四角形又は細長い楕円形にすることもで
きる。またコントローラ３５によりモータ２８ａを回転
させて照射方向、照射面積を変えてもよい。
【００１１】図５に示すように水晶ウェーハ１１に対し
てレーザ光１０を斜め方向で照射する場合には、レーザ
光１０は水晶ウェーハ１１の内部に進入した後、その裏
面と表面との間で多重に反射し、反射の都度、その面を
微細に研磨（表裏面除去）する。レーザ光は数回の反射
で減衰するため、所定の範囲が研磨される。このように
レーザ光のビーム断面形状や照射方向を変えることによ
り研磨量（除去量）に勾配を付けることができる。更に
レーザ光のビーム断面形状、照射方向を制御する他に、
コントローラ３５はアクチュエータ１６又は１７のいず
れか又は双方を制御することにより、水晶ウェーハ１１
自体を水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動し、ウェーハ全体
の表面及び裏面を微細に研磨する。これにより水晶ウェ
ーハ１１を光エッチングしてその厚さを極薄に（例えば
約１７μｍに）小さくすることができる。このときの表
面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定値によれば、
Ｒa（粗さ平均）は１．２ｎｍ程度である。
てレーザ光１０を斜め方向で照射する場合には、レーザ
光１０は水晶ウェーハ１１の内部に進入した後、その裏
面と表面との間で多重に反射し、反射の都度、その面を
微細に研磨（表裏面除去）する。レーザ光は数回の反射
で減衰するため、所定の範囲が研磨される。このように
レーザ光のビーム断面形状や照射方向を変えることによ
り研磨量（除去量）に勾配を付けることができる。更に
レーザ光のビーム断面形状、照射方向を制御する他に、
コントローラ３５はアクチュエータ１６又は１７のいず
れか又は双方を制御することにより、水晶ウェーハ１１
自体を水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動し、ウェーハ全体
の表面及び裏面を微細に研磨する。これにより水晶ウェ
ーハ１１を光エッチングしてその厚さを極薄に（例えば
約１７μｍに）小さくすることができる。このときの表
面粗さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定値によれば、
Ｒa（粗さ平均）は１．２ｎｍ程度である。
【００１２】レーザ装置２６からのレーザ光の照射を停
止した後、水晶ウェーハ１１の下方に位置するガラス基
板（図示せず）を上昇し、水晶ウェーハの裏面に密着さ
せる。このガラス基板の上昇又は下降はコントローラ３
５が図示しないアクチュエータを制御して自動的に行わ
れる。ガラス基板上の碁盤目に配置された多数の微小な
第１測定電極が水晶ウェーハの裏面に接触する。次いで
コントローラ３５は可動の第２測定電極（図示せず）を
水晶ウェーハ表面の第１測定電極に相応する各部分に順
次移動させ、第１測定電極と第２測定電極でウェーハを
挟むことにより、ウェーハの各部分の発振周波数を測定
する。コントローラ３５は測定した発振周波数の値から
水晶ウェーハの所定の厚さより厚い部分を検出し、コン
トローラ３５のメモリにその位置と所定の厚さとの差を
記憶する。
止した後、水晶ウェーハ１１の下方に位置するガラス基
板（図示せず）を上昇し、水晶ウェーハの裏面に密着さ
せる。このガラス基板の上昇又は下降はコントローラ３
５が図示しないアクチュエータを制御して自動的に行わ
れる。ガラス基板上の碁盤目に配置された多数の微小な
第１測定電極が水晶ウェーハの裏面に接触する。次いで
コントローラ３５は可動の第２測定電極（図示せず）を
水晶ウェーハ表面の第１測定電極に相応する各部分に順
次移動させ、第１測定電極と第２測定電極でウェーハを
挟むことにより、ウェーハの各部分の発振周波数を測定
する。コントローラ３５は測定した発振周波数の値から
水晶ウェーハの所定の厚さより厚い部分を検出し、コン
トローラ３５のメモリにその位置と所定の厚さとの差を
記憶する。
【００１３】水晶ウェーハ１１の裏面に密着していたガ
ラス基板を下降させ、第２測定電極を光路の外に移動さ
せた後、コントローラ３５はこのメモリの記憶した内容
に応じてアクチュエータ１６又は１７のいずれか又は双
方を制御しながらレーザ光の照射位置を決め、レーザ装
置２６からレーザ光１０を再び水晶ウェーハ１１に照射
する。所定の厚さからのずれ量（余分な厚さ）に応じて
照射フルエンスやビーム断面形状が制御される。これに
より水晶ウェーハの各部分の厚さが修正され、水晶ウェ
ーハ１１の全体を設定した発振周波数の厚さ（例えば、
発振周波数１００ＭＨｚ、厚さ１６．７μｍ）にするこ
とができる。その後、切換弁２２を閉じて反応性ガスの
流入を止め、切換弁２３を開けて容器１２内部にＮ2の
パージガスを流す。加工済みの水晶ウェーハ１１を容器
１２から取り出し、上述した碁盤目に応じた各部分が露
出するように水晶ウェーハ全体をマスキングし、スパッ
タリング法、蒸着法により各部分に電極を形成する（図
示せず）。この電極形成は水晶ウェーハの状態で行われ
るため、従来の水晶チップ毎の電極形成と比べて、高精
度に形状、寸法及び位置を決められる。また電極がスパ
ッタリング法、蒸着法でその厚さを均一にできるため、
発振周波数の誤差や変動が小さくすることができる。電
極形成後、水晶ウェーハはダイシングすることにより電
極付きのチップの例えば２ｍｍ×４ｍｍの大きさの水晶
振動子（図示せず）が得られる。
ラス基板を下降させ、第２測定電極を光路の外に移動さ
せた後、コントローラ３５はこのメモリの記憶した内容
に応じてアクチュエータ１６又は１７のいずれか又は双
方を制御しながらレーザ光の照射位置を決め、レーザ装
置２６からレーザ光１０を再び水晶ウェーハ１１に照射
する。所定の厚さからのずれ量（余分な厚さ）に応じて
照射フルエンスやビーム断面形状が制御される。これに
より水晶ウェーハの各部分の厚さが修正され、水晶ウェ
ーハ１１の全体を設定した発振周波数の厚さ（例えば、
発振周波数１００ＭＨｚ、厚さ１６．７μｍ）にするこ
とができる。その後、切換弁２２を閉じて反応性ガスの
流入を止め、切換弁２３を開けて容器１２内部にＮ2の
パージガスを流す。加工済みの水晶ウェーハ１１を容器
１２から取り出し、上述した碁盤目に応じた各部分が露
出するように水晶ウェーハ全体をマスキングし、スパッ
タリング法、蒸着法により各部分に電極を形成する（図
示せず）。この電極形成は水晶ウェーハの状態で行われ
るため、従来の水晶チップ毎の電極形成と比べて、高精
度に形状、寸法及び位置を決められる。また電極がスパ
ッタリング法、蒸着法でその厚さを均一にできるため、
発振周波数の誤差や変動が小さくすることができる。電
極形成後、水晶ウェーハはダイシングすることにより電
極付きのチップの例えば２ｍｍ×４ｍｍの大きさの水晶
振動子（図示せず）が得られる。
【００１４】なお、上記実施の形態では、同一の容器の
内部で、ポリシングした水晶ウェーハの厚さを薄くかつ
一定に加工した後、引き続いて前記水晶ウェーハの厚さ
と平行度を修正加工する例を説明したが、ウェーハの厚
さを薄くかつ一定に加工する容器と、ウェーハの厚さと
平行度を修正加工する容器とは別であってもよい。
内部で、ポリシングした水晶ウェーハの厚さを薄くかつ
一定に加工した後、引き続いて前記水晶ウェーハの厚さ
と平行度を修正加工する例を説明したが、ウェーハの厚
さを薄くかつ一定に加工する容器と、ウェーハの厚さと
平行度を修正加工する容器とは別であってもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の製造方法に
よれば、従来の水晶チップ片での化学エッチングのよう
な複雑な洗浄・乾燥工程を要することはなく、水晶ウェ
ーハの状態で光エッチングによりウェーハの両主面を同
時に微細に研磨するため、短い加工時間でウェーハ面内
において均一かつ高精度に水晶ウェーハの厚さを薄くす
ることができる。このため本発明の方法は、ドライな環
境で水晶ウェーハの状態で厚さを薄くしながら効率良く
発振周波数の調整をすることができる。コンピュータの
ようなコントローラを用いてレーザ光の照射と発振周波
数の測定を自動的に行えば、水晶ウェーハから極薄で発
振周波数の高い水晶振動子を高い歩留りでかつ高い信頼
性で量産でき、コストダウンを図ることができる。
よれば、従来の水晶チップ片での化学エッチングのよう
な複雑な洗浄・乾燥工程を要することはなく、水晶ウェ
ーハの状態で光エッチングによりウェーハの両主面を同
時に微細に研磨するため、短い加工時間でウェーハ面内
において均一かつ高精度に水晶ウェーハの厚さを薄くす
ることができる。このため本発明の方法は、ドライな環
境で水晶ウェーハの状態で厚さを薄くしながら効率良く
発振周波数の調整をすることができる。コンピュータの
ようなコントローラを用いてレーザ光の照射と発振周波
数の測定を自動的に行えば、水晶ウェーハから極薄で発
振周波数の高い水晶振動子を高い歩留りでかつ高い信頼
性で量産でき、コストダウンを図ることができる。
【図１】本発明の水晶振動子の製造工程を示す図。
【図２】本発明の水晶振動子の製造装置の構成図。
【図３】そのテーブルをＸ−Ｙ軸方向に移動させるアク
チュエータを示す斜視図。
チュエータを示す斜視図。
【図４】エキシマレーザ光が垂直に照射したときの水晶
ウェーハの微細研磨の状況を示す図。
ウェーハの微細研磨の状況を示す図。
【図５】エキシマレーザ光が斜め方向に照射したときの
水晶ウェーハの微細研磨の状況を示す図。
水晶ウェーハの微細研磨の状況を示す図。
【図６】レーザ光のビーム断面形状を変更している状況
を示す図。
を示す図。
１０ レーザ光 １１ 水晶ウェーハ １２ 容器 １４ テーブル １６，１７ アクチュエータ １９ 窓 ２６ レーザ装置 ３５ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 成夫 埼玉県狭山市大字上広瀬1275番地の２ 日本電波工業株式会社 狭山事業所内 (72)発明者 小泉 光次 埼玉県狭山市大字上広瀬1275番地の２ 日本電波工業株式会社 狭山事業所内 (56)参考文献 特開 平10−209785（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−162668（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−162455（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281792（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−66512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−163911（ＪＰ，Ａ) 特許2744939（ＪＰ，Ｂ２) 特許2592806（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 3/00 - 3/04
Claims (3)
- 【請求項１】 (a) ポリシングした水晶ウェーハ(11)に
レーザ光(10)を照射して前記水晶ウェーハ(11)の厚さを
薄くかつ一定に加工する工程と、 (b) ガラス基板上に碁盤目に配置した多数の微小な測定
電極を用いて前記加工した水晶ウェーハ(11)全面の微小
部分毎に発振周波数を測定し、その結果に基づいて水晶
ウェーハの所定の厚さより厚い部分にレーザ光(10)を照
射して前記厚い部分の水晶ウェーハ(11)の厚さを修正加
工する工程と、 (c) 前記水晶ウェーハ(11)の全面に所定の寸法と間隔で
多数の電極を形成する工程と、 (d) 前記各電極部分毎に水晶ウェーハ(11)をダイシング
して電極付きのチップの水晶振動子を作製する工程とを
含む水晶振動子の製造方法であって、 前記 (a)工程と前記(b)工程が同一の容器(12)の内部で行
われ、 前記(a)工程が、 前記容器(12)の内部に水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動可
能に設けられ円筒状の凹部が形成されたテーブル(14)上
にポリシングした水晶ウェーハ(11)を固定する工程と、 前記容器(12)に反応性ガスを所定の圧力で封入する工程
と、 前記容器(12)の窓(19)を通してレーザ光をその断面形
状、照射フルエンス又は照射方向を制御しながら前記水
晶ウェーハ(11)に照射し、かつ前記テーブル(14)をＸ軸
方向又はＹ軸方向のいずれか一方又は双方に移動して前
記ウェーハ(11)の厚さを薄くかつ一定に加工する工程と
を有し、 前記(b)工程が、前記凹部の底部から前記ガラス基板を上昇させて前記加
工した水晶ウェーハ(11)に 前記ガラス基板の測定電極を
接触させて前記水晶ウェーハ(11)の各部分の発振周波数
を測定する工程と、 前記測定した発振周波数の値から前記水晶ウェーハ(11)
の所定の厚さより厚い部分を検出する工程と、前記ガラス基板を下降させて前記凹部の底部に配置した
後、 前記テーブル(14)をＸ軸方向又はＹ軸方向のいずれ
か一方又は双方に移動して前記容器(12)の窓(19)を通し
てレーザ光(10)をその断面形状、照射フルエンス又は照
射方向を制御しながら前記水晶ウェーハ(11)の所定の厚
さより厚い部分に照射して前記厚い部分を修正加工する
工程とを有することを特徴とする水晶振動子の製造方
法。 - 【請求項２】 (e) ポリシングした水晶ウェーハ(11)に
レーザ光(10)を照射して前記水晶ウェーハ(11)の厚さを
薄くかつ一定に加工する手段と、 (f) ガラス基板上に碁盤目に配置した多数の微小な測定
電極を用いて前記加工した水晶ウェーハ(11)全面の微小
部分毎に発振周波数を測定し、その結果に基づいて水晶
ウェーハの所定の厚さより厚い部分にレーザ光(10)を照
射して前記厚い部分の水晶ウェーハ(11)の厚さを修正加
工する手段と、 (g) 前記水晶ウェーハ(11)の全面に所定の寸法と間隔で
多数の電極をそれぞれ形成する手段と、 (h) 前記各電極部分毎に水晶ウェーハ(11)をダイシング
して電極付きのチップの水晶振動子を作製する手段とを
備えた水晶振動子の製造装置であって、 前記(e)手段及び(f)手段が、 レーザ光(10)が透過可能な窓(19)を有し、反応性ガスが
封入される容器(12)と、 前記容器内部に水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動可能に設
けられ、上面に水晶ウェーハ(11)を固定することができ
かつ円筒状の凹部が形成されたテーブル(14)と、 前記テーブル(14)をＸ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一
方又は双方に移動させるアクチュエータ(16,17)と、 前記窓(19)を通して前記容器内の水晶ウェーハ(11)にレ
ーザ光(10)をその断面形状、照射フルエンス又は照射方
向を制御しながら照射するレーザ装置(26)と、 をそれぞれ備え、前記(e)手段が更に 、 前記水晶ウェーハ(11)の所定の部分に前記レーザ光を照
射するように前記アクチュエータ(16,17)及び前記レー
ザ装置(26)を制御するコントローラ(35)を有し、 前記(f)手段が更に 、前記凹部の底部から前記ガラス基板を上昇又は下降させ
る昇降装置と、 前記昇降装置により前記ガラス基板を上昇して前記加工
した水晶ウェーハ(11)に前記ガラス基板の測定電極を接
触させることにより 前記水晶ウェーハ(11)の各部分の発
振周波数を測定し、前記水晶ウェーハ(11)の所定の厚さ
より厚い部分を検出する手段とを有し、 前記コントローラ(35)が 前記検出値に基づいて前記厚い
部分に前記レーザ光(10)を照射するように前記アクチュ
エータ(16,17)及び前記レーザ装置(26)を制御するよう
に構成されたことを特徴とする水晶振動子の製造装置。 - 【請求項３】 水平面内のＸ−Ｙ軸方向に移動可能に設
けられ、上面に水晶ウェーハ(11)を固定し得るテーブル
(14)と、前記テーブル(14)をＸ軸方向又はＹ軸方向のい
ずれか一方又は双方に移動させるアクチュエータ(16,1
7)と、ガラス基板上に碁盤目に配置され前記水晶ウェー
ハ(11)と接触可能に構成された多数の微小な測定電極と
をそれぞれ同一の容器(12)の内部に備え、 ポリシングした水晶ウェーハ(11)の厚さを薄くかつ一定
に加工した後、引き続いて前記水晶ウェーハ(11)の厚さ
を修正加工するように構成された請求項２記載の水晶振
動子の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093025A JP3136137B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 水晶振動子の製造方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093025A JP3136137B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 水晶振動子の製造方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286657A JP2000286657A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3136137B2 true JP3136137B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=14070961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11093025A Expired - Fee Related JP3136137B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 水晶振動子の製造方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136137B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4075893B2 (ja) | 2004-05-21 | 2008-04-16 | セイコーエプソン株式会社 | 水晶振動子の製造方法、その装置及び水晶振動子 |
| JP2006166275A (ja) | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Seiko Epson Corp | 水晶デバイスの製造方法 |
| JP2012152763A (ja) * | 2011-01-24 | 2012-08-16 | Disco Corp | レーザー加工方法およびレーザー加工装置 |
| JP6215077B2 (ja) * | 2014-02-03 | 2017-10-18 | 京セラ株式会社 | 水晶加工装置及び方法 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11093025A patent/JP3136137B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000286657A (ja) | 2000-10-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |