JP3849444B2 - 水晶板のプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子に用いられる水晶板をプラズマエッチングにより薄化加工する水晶板のプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水晶振動子に用いられる水晶板の製造工程では、水晶板素材を板状に薄化して発振周波数に対応した所定厚みの水晶板に加工することが行われる。従来この薄化加工には機械的な研削加工が用いられており、この研削加工により水晶素材を50μm程度の厚みの水晶板に加工していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年水晶振動子の発振周波数は従来よりも高い周波数帯域が望まれるようになっており、これに伴って水晶板をさらに薄く、例えば15μm程度までの厚みに加工することが求められている。しかしながら、従来の水晶板の製造方法では、強度的に脆弱な水晶板を効率よくしかも安定して加工する技術は確立されておらず、水晶板をこのような厚みまで正確に高歩留まりで加工可能な水晶板の製造方法が求められていた。
【0004】
そこで本発明は、水晶板を効率よく極薄に加工することができる水晶板のプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記水晶板を収容してプラズマエッチング処理を行う処理室と、この処理室内に配置され前記水晶板を1個づつ保持する凹部が複数設けられた載置部と、前記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記載置部の温度を調節する温度調節手段と、前記凹部の上面に装着されるマスク部材とを備え、前記マスク部材には前記凹部に対応した開口部が設けられており、この開口部の大きさは前記水晶板の大きさよりも小さい。
【0006】
請求項2記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、請求項1記載の水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記載置部は、前記平行平板電極上に載置され水晶板を保持する凹部が複数設けられた保持部材である。
【0007】
請求項3記載の水晶板のプラズマエッチング装置は、請求項1記載の水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記凹部は前記平行平板電極の一方の電極に設けられ、この平行平板電極が前記載置部を兼ねる。
【0009】
請求項4記載の水晶板のプラズマエッチング方法は、水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング方法であって、前記水晶板を収容してプラズマエッチング処理を行う処理室内に前記水晶板を1個づつ保持する凹部が複数設けられた載置部を配置し、且つ前記凹部よりも大きさが小さい開口部が前記凹部に対応して設けられたマスク部材を前記凹部の上面に装着し、前記処理室内にプラズマを発生させて水晶板を対象としたプラズマエッチングを行う際に、前記載置部の温度を温度調節手段によって所定温度に調整し、前記開口部の直下においてエッチングを集中的に行って、前記水晶板の中央部に凹状の窪みを形成する。
【0010】
請求項5記載の水晶板のプラズマエッチング方法は、請求項4記載の水晶板のプラズマエッチング方法であって、前記載置部は、前記平行平板電極上に載置され水晶板を保持する凹部が複数設けられた保持部材である。
【0011】
請求項6記載の水晶板のプラズマエッチング方法は、請求項4記載の水晶板のプラズマエッチング方法であって、前記凹部は前記平行平板電極の一方の電極に設けられ、この平行平板電極が前記載置部を兼ねる。
【0013】
各請求項記載の発明によれば、水晶板素材を機械研削した後に行われるプラズマエッチングにおいて、水晶板が載置される載置部の温度を調節して水晶板の処理温度を適正温度に調節することにより、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板を高い歩留まりで効率よく製造することができる。また凹部の上面に、凹部よりも大きさが小さい開口部が設けられたマスク部材を装着してプラズマエッチングを行うことにより、中央部に凹状の窪みを有する水晶板を製造することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の断面図、図2は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図、図3は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図、図4は本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図、図5(a)は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図、図5(b)は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図、図5(c)は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図、図6は本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図である。
【0015】
まず図1、図2、図3を参照してプラズマエッチング装置について説明する。図1において、フレーム部材1Aに支持されたベース部材1の中央部には、開口部1aが設けられている。ベース部材1には、下方より下部電極3が開口部1aに挿入されて絶縁部材2を介して装着され、上方より蓋部材4の側壁部の下端部が真空密に当接する。
【0016】
蓋部材4の天井面には、上部電極6の支持部6aが真空密に挿通している。上部電極6と下部電極3は平行平板電極を構成している。すなわち上部電極6の下面と下部電極3の上面は略平板状で対向した配置となっており、図2に示すように下部電極3の上面には、エッチング対象の水晶板7を保持する保持部材であるキャリア8が載置されている。
【0017】
キャリア8には複数の凹部8aが設けられており、水晶板7は凹部8a内に載置される。図3に示すように、凹部8aはプラズマエッチング処理の対象となる水晶板7の大きさに応じて設けられており、内部に水晶板7を載置した状態で水晶板7の位置や姿勢が大きくずれないような形状となっている。
【0018】
上部電極6が装着された蓋部材4、下部電極3およびベース部材1により閉囲される空間は、水晶板7をプラズマ放電によってエッチング処理する処理室5となっている。蓋部材4は図示しない接離手段によってベース部材1に対して接離可能となっており、蓋部材4がベース部材1と分離することにより、処理室5は開放状態となる。そしてこの状態で水晶板7の処理室5への搬入および処理後の水晶板7の処理室5からの搬出を行う。
【0019】
図2に示す下部電極3の上面と上部電極6の下面との間の距離L(以下、電極間距離Lと略称する。)は、装置製作時または調整時に予め所定値に設定されており、特定された水晶板7を対象とした装置稼働時には電極間距離Lは固定された状態で使用される。
【0020】
図2において、上部電極6の支持部6aの内部にはガス供給孔6bが設けられており、ガス供給孔6bは上部電極6の下面に多数設けられたガス噴出孔6cと連通している。またガス供給孔6bは図1に示すように、バルブ11を介してガス供給部10と接続されている。ガス供給部10はガス供給手段であり、6フッ化硫黄(SF6)や4フッ化炭素(CF4)などのフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガス、またはフッ素系ガスと水素との混合ガスをプラズマ発生用ガスとして供給する。バルブ11を開状態にしてガス供給部10を駆動すると、ガス噴出孔6cから処理室5の内部に前記混合ガスが供給される。
【0021】
ベース部材1には給排気孔1bが設けられており、給排気孔1bにはバルブ17を介して排気用真空ポンプ16が接続されている。処理室5が閉じた状態で、排気用真空ポンプ16を駆動することにより、処理室5内は排気され減圧される。真空計18によって真空度を検出し、検出結果に基づいて排気用真空ポンプ16を制御することにより、処理室5内部は予め設定されている所定の真空度まで到達する。
【0022】
ガス供給部10から前記混合ガスを処理室5内にガス噴出孔6cを介して供給するとともに、真空計18によって処理室5内のガス圧力を検出し検出結果に基づいて、図示しない制御手段によってバルブ11を制御することにより、処理室5内の混合ガスの圧力P、すなわちエッチングのためのプラズマ放電時の混合ガスの圧力(以下、放電圧力と略称)Pを、予め設定されている所定圧力に設定することができる。また給排気孔1bには大気導入用バルブ19が接続されており、大気導入用バルブ19を開くことにより、処理室5内には真空破壊用の空気が導入される。
【0023】
下部電極3の内部には、温度調節用の管路3cが設けられている。管路3cは温度調節部14と接続されており、管路3c内を温度調節部14によって所定の温度に調節された温度調節媒体を循環させることにより、エッチング処理時に発生する熱を温度調節媒体に吸収させて、または温度調節媒体によって下部電極3を所定温度まで加熱して、下部電極3の温度を調節することができる。
【0024】
これにより、下部電極3上に載置される水晶板7の処理状態における温度(処理温度)を、所望のエッチング処理特性に応じた適正温度に調整することができるようになっている。ここでは、処理温度は20〜300℃の範囲で設定可能となっており、処理温度を低温に設定すれば高精度のプラズマエッチング処理を行うことができ、また高温に設定すればエッチングレートを高めて高速処理が実現される。
【0025】
下部電極3は同調回路部を備えた高周波電源部15と電気的に接続されている。上部電極6は蓋部材4を介して接地されており、高周波電源部15を駆動することにより、下部電極3と上部電極6との間には高周波電圧が印加される。処理室5内を真空排気した後にガス供給部10によって前述の混合ガスを処理室5内に供給し、処理室内を所定の圧力に保った状態で、下部電極3に高周波電圧を印加することにより、下部電極3と上部電極6の間にはプラズマ放電が発生する。
【0026】
このプラズマエッチング装置は上記のように構成されており、以下このプラズマエッチング装置を用いた水晶板の製造方法について説明する。この水晶板は、板状の水晶を薄化することにより、水晶振動子用として製造されるものである。
【0027】
図4(a)において、7Aは板状の水晶板素材であり、水晶板素材7Aはまず図4(b)に示すように、水晶振動子用の所定サイズの個片の水晶板7Bに分割される。そして分割後の水晶板7Bは研削工程に送られる。ここで、機械研削加工を行うことにより、図4(c)に示すように水晶板7Bを研削し、約50μmの厚さT1の水晶板7を得る。この研削加工後の水晶板7には、図4(d)に示すように研削面に加工歪層7aが生成されている。この加工歪層7aはマイクロクラックを含む場合が多く、水晶板7の強度を損なう原因となるため、極力除去することが望ましい。
【0028】
次に、機械研削後の水晶板7はプラズマエッチング工程に送られる。ここではプラズマエッチング装置により、水晶板7の厚さをさらに薄くする薄化加工が行われる。このプラズマエッチング処理について説明する。まず図2に示すように、水晶板7をキャリア8の凹部8aに1個づつ整列させ、このキャリア8を下部電極3の上面に載置する。この作業は蓋部材4を上昇させて処理室5を開放状態にして行う。
【0029】
次いで処理室5を閉じ、排気用真空ポンプ16を駆動して処理室5内を真空排気した後、ガス供給部10を駆動して処理室5内にプラズマ発生用ガスを供給する。このとき、電極間距離Lが3〜20mmの範囲で、また放電圧力Pが500〜3000Paの範囲となるようにエッチング条件が設定される。そして、この条件下で高周波電源部15を駆動して上部電極6と下部電極3の間に高周波電圧を印加することにより、上部電極6と下部電極3の間にはプラズマ放電が発生する。そして発生したプラズマのエッチング作用により、水晶板7のプラズマエッチング処理が行われる。電極間距離Lおよび放電圧力Pを上記のような条件設定とすることにより、高効率のプラズマ処理が実現される。
【0030】
このプラズマ処理においては、フッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスにプラズマ放電が行われることにより、ガス状のフッ素ラジカルなどの活性物質が発生し、これらの活性物質の作用により水晶板7の成分であるシリコンが除去され、水晶板7の上面のプラズマエッチング処理が行われる。このときヘリウムは、除去されたシリコンとフッ素の化合物や反応生成物などのガス状物質をヘリウムガスの流れによって上部電極6と下部電極3との間から除去するキャリアガスとして機能する。これにより、除去されたシリコンや反応生成物のエッチング表面への再付着が防止され、高効率のプラズマエッチング処理が行われる。なお、ヘリウムの替わりに水素を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
【0031】
プラズマエッチング処理が完了したならば、処理室5内に大気を導入して蓋部材4を開放し、凹部8a内から処理済みの水晶板7を取り出す。このプラズマエッチング処理により、水晶板7は約15μm程度の極薄の水晶板7に薄化加工される(図4(e)参照)。このとき、機械研削の際に水晶板7の表面に生成された加工歪層7aが除去され、強度脆化の原因となるマイクロクラック層を除去することができる。これにより、以後の製造過程における破壊を防止し高い加工歩留まりで極薄の水晶振動子用の水晶板7を製作することができる。
【0032】
また、本実施の形態の水晶板の製造方法は、上記プラズマエッチングにおいて前述のようにフッ素系ガスとヘリウムの混合ガス、またはフッ素系ガスと水素の混合ガスを含むプラズマ発生用ガスを用いているため高効率のエッチングを行うことができ、プラズマエッチングに先立って機械研削を行うことと相まって、高い生産性を達成することを可能としている。
【0033】
なお、本実施の形態では、水晶板の載置方法として、下部電極3上に保持部8を載置し、キャリア8に設けられた凹部8a内に水晶板7を保持させるようにしているが、下部電極3の上面に凹部8aと同様の凹部を形成し、この凹部内に水晶板7を保持させるようにしてもよい。すなわちこの場合には、下部電極3が載置部を兼ねたものとなっている。
【0034】
さらに、図5(a)、(b)に示すように、水晶板7を保持するキャリア8の凹部8aの上面にマスク部材20を装着した状態でプラズマエッチングを行うようにしてもよい。マスク部材20には各凹部8aに対応して開口部20aが設けられており、プラズマエッチングはこれらの開口部20aを介して行われる。図5(a)、(b)に示すように、開口部20aの大きさは水晶板7の大きさよりも小さい。
【0035】
この方法によれば、真空破壊のための大気導入時など、処理室5内で気体の流れが発生する場合においても、凹部8aがマスク部材20によって覆われているため凹部8a内の水晶板7が吹き飛ばされることなく確実に保持されるという効果が得られる。もちろん、下部電極3に直接凹部を設ける場合にこの凹部の上面にマスク部材20を装着するようにしてもよい。
【0036】
このほか、このようなマスク部材20を用いることにより、以下のような優れた効果を得ることができる。プラズマエッチング時には、プラズマによって発生した活性物質の作用が開口部20aを介して及ぶため、プラズマによる水晶板7のエッチングは開口部20a直下において特に集中的に行われる。この結果、エッチング後には、図5(c)に示すように水晶板7の中央部7bに凹状の窪みが形成され、周囲が厚く中央部7bが薄い断面形状の水晶板7が得られる。これにより、全体的な強度を脆弱にすることなく、必要発振周波数に応じた薄さの水晶板7を製作することができる。
【0037】
また、プラズマ処理前の水晶板7自体に、マスキング処理を行うようにしてもよい。すなわち、図6(a)に示すように、水晶板7の表面には中央部分に開口21aが設けられたアルミニウムなどの膜で製作されたマスク21が形成される。そしてプラズマ処理時には、図6(b)に示すように、マスク21が形成された水晶板7がキャリア8の凹部8a内に載置され、この状態で前述と同様にプラズマ処理が行われる。
【0038】
このプラズマ処理においては、図6(c)に示すように、水晶板7の上面のうちマスク21によって被覆されていない中央部分のみがプラズマエッチングされる。そして水晶板7からマスク21を除去することにより、図6(d)に示すように、図5(c)の例と同様に水晶板7の中央部7bに凹状の窪みが形成され、周囲が厚く中央部7bが薄い断面形状の水晶板7が得られる。
【0039】
上記説明したように、本実施の形態に示す水晶板の製造方法は、水晶板をまず機械研削により粗加工した後、プラズマエッチングにより所望の厚さまで薄化加工するものである。そしてこのプラズマエッチング処理において、水晶板の処理温度を適正温度に調節するとともに、プラズマ発生用ガスとしてフッ素系ガスとヘリウムとの混合ガス、またはフッ素系ガスと水素との混合ガスを用いることにより、高能率のプラズマエッチングが実現される。
【0040】
これにより、機械研削で発生するマイクロクラック層などのダメージ部分をプラズマエッチングによって除去するとともに、水晶板を更に薄化する処理を高能率で行うことができる。そしてプラズマエッチングによれば、従来の機械研削では達成できなかった極薄の水晶板を製造することができるので、水晶振動子の高周波化への適切な対応が可能となる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、水晶板素材を機械研削した後に行われるプラズマエッチングにおいて、水晶板が載置される載置部の温度を調節して水晶板の処理温度を適正温度に調節するようにしたので、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板を高い歩留まりで効率よく製造することができる。したがってこれにより、全体的な強度を脆弱にすることなく、必要発振周波数に応じた薄さの水晶板を製作することができる。また凹部の上面に、凹部よりも大きさが小さい開口部が設けられたマスク部材を装着してプラズマエッチングを行うことにより、中央部に凹状の窪みを有する水晶板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の断面図
【図2】本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図
【図3】本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図
【図4】本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図
【図5】(a)本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図
(b)本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図
(c)本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図
【図6】本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
3 下部電極
5 処理室
6 上部電極
7A 水晶板素材
7,7B 水晶板
8 キャリア
8a 凹部
10 ガス供給部
14 温度調節部
15 高周波電源部
16 排気用真空ポンプ
20 マスク部材
Claims (6)
- 水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング装置であって、前記水晶板を収容してプラズマエッチング処理を行う処理室と、この処理室内に配置され前記水晶板を1個づつ保持する凹部が複数設けられた載置部と、前記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記載置部の温度を調節する温度調節手段と、前記凹部の上面に装着されるマスク部材とを備え、前記マスク部材には前記凹部に対応した開口部が設けられており、この開口部の大きさは前記水晶板の大きさよりも小さいことを特徴とする水晶板のプラズマエッチング装置。
- 前記載置部は、前記平行平板電極上に載置され水晶板を保持する凹部が複数設けられた保持部材であることを特徴とする請求項1記載の水晶板のプラズマエッチング装置。
- 前記凹部は前記平行平板電極の一方の電極に設けられ、この平行平板電極が前記載置部を兼ねることを特徴とする請求項1記載の水晶板のプラズマエッチング装置。
- 水晶板をプラズマエッチングにより薄化する水晶板のプラズマエッチング方法であって、前記水晶板を収容してプラズマエッチング処理を行う処理室内に前記水晶板を1個づつ保持する凹部が複数設けられた載置部を配置し、且つ前記凹部よりも大きさが小さい開口部が前記凹部に対応して設けられたマスク部材を前記凹部の上面に装着し、前記処理室内にプラズマを発生させて水晶板を対象としたプラズマエッチングを行う際に、前記載置部の温度を温度調節手段によって所定温度に調整し、前記開口部の直下においてエッチングを集中的に行って、前記水晶板の中央部に凹状の窪みを形成することを特徴とする水晶板のプラズマエッチング方法。
- 前記載置部は、前記平行平板電極上に載置され水晶板を保持する凹部が複数設けられた保持部材であることを特徴とする請求項4記載の水晶板のプラズマエッチング方法。
- 前記凹部は前記平行平板電極の一方の電極に設けられ、この平行平板電極が前記載置部を兼ねることを特徴とする請求項4記載の水晶板のプラズマエッチング方法。
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