JP4100031B2

JP4100031B2 - 水晶片の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP4100031B2
Application number: JP2002119786A
Authority: JP
Inventors: 真中楯
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-04-22
Also published as: JP2003313091A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶片の製造方法及び製造装置に係り、特に、水晶ウエハにエッチングを施して所望の厚さの水晶片、特に、音叉型水晶振動子、縦振動水晶振動子、水晶センサ、水晶フィルタなどを構成するための水晶片、を加工するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水晶は、携帯電話やページャなどの通信機器、コンピュータ、ワードプロセッサ等の情報機器、電子時計やビデオカメラ等の各種電子制御機器などの電子機器の分野において、振動子、発振器、フィルタ、センサなどの各種デバイスに用いられている。
【０００３】
例えば、上記デバイスのうち、音叉型水晶振動子は、これら電子機器のクロック信号源として広く採用されている。この音叉型水晶振動子を製造する場合には、まず、水晶原石がブロック状に切断され、その後、ブロックから水晶ウエハが切出され、最終的に水晶ウエハの表面が鏡面に仕上げられる。ここで、デバイスの特性、特に周波数特性を規定するには水晶ウエハの厚さが所望の値になるように加工する必要があり、この加工は、ラッピング加工やポリッシング加工、或いは、エッチング加工などによって行われる。
【０００４】
水晶ウエハのエッチング加工では、弗酸を含むエッチング液が用いられるが、従来、例えば、予めエッチング液による水晶ウエハのエッチングレートを測定しておき、このエッチングレートの測定値を用いて、水晶ウエハの厚さの測定値と、厚さの目標値との差（エッチング量）に応じたエッチング時間を算出し、このエッチング時間でエッチングを行っていた。
【０００５】
また、上記水晶ウエハの厚さを管理しながら表面加工を行う場合、ラッピング加工、ポリッシング加工、エッチング加工を全て用いる方法や、ラッピング加工後に粗エッチング処理を行い、その後、仕上げエッチング処理を行う方法（特開平１０−１３００９６号公報）などが採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記エッチング処理を行う工程では、エッチング槽に弗酸を含むエッチング液を収容し、このエッチング液中に水晶ウエハを浸漬させてエッチング処理を行う場合、エッチング液を何回も使用していくと、エッチング能力が徐々に低下していくので、エッチング時間を一定に保ったままでは次第に水晶ウエハの厚さが厚くなり、水晶ウエハの厚さの加工精度が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
また、上記のように水晶ウエハの表面加工過程においては複数の工程が必要になる上に、各工程後にそれぞれ洗浄工程などが必要になり、さらに、各工程を全てバッチ処理で行うことが不可欠であるため、エッチング処理に時間がかかると前後の工程がエッチング処理に律速されて効率的な製造ができず、大きな製造ラインが必要な割には処理効率が低いという問題点もあった。
【０００８】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、エッチング処理における水晶の厚さの加工精度を向上させることを目的とする。また、より効率的に処理できる水晶片の製造方法及び製造装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の水晶片の製造方法は、エッチング液により水晶ウエハを所望の厚さにエッチングするエッチング工程を含む水晶片の製造方法であって、第１の水晶ウエハの厚さを測定する第１測定工程と、前記第１の水晶ウエハの厚さの測定値、前記水晶ウエハの厚さの目標値、及び、前記エッチング液の使用度合に応じて求めたエッチングレートの想定値とから前記第１の水晶ウエハのエッチング時間を求める工程と、前記第１の水晶ウエハのエッチング時間でかつ一定温度で、前記第１の水晶ウエハをエッチングする工程と、エッチング後の前記第１の水晶ウエハの厚さを測定する第２測定工程と、前記第２測定工程において求められた測定値を用いてエッチング時間の修正値を求める工程と、前記修正値を用いて第２の水晶ウエハをエッチングする工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、エッチング液の使用度合に応じて求めたエッチングレートを用いてエッチング時間を算出することにより、エッチング液の消耗度合に影響を受けることなく、水晶片の厚さを正確に得ることが可能になる。
【００１１】
本発明において、前記エッチング液の使用度合は、前記水晶ウエハのエッチング処理に対する累積使用回数で表されることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、エッチング液の使用度合がエッチング処理に対する累積使用回数で表されることにより、使用度合を簡単な指標で表すことができるので、取り扱いや演算処理が容易になる。
【００１３】
本発明において、前記エッチング液の使用度合は、前記水晶ウエハのエッチング処理に対する累積使用時間で表されることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、エッチング液の使用度合がエッチング処理に対する累積使用時間で表されることにより、より正確な使用度合を反映することができ、エッチング量の精度をより高めることができる。
【００１５】
本発明において、前記エッチング工程は、粗エッチング処理を行う粗エッチング工程と、該粗エッチング処理後に仕上エッチング処理を行う仕上エッチング工程とを含み、前記粗エッチング工程において前記エッチング時間に応じた時間でエッチングすることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、粗エッチング工程では水晶ウエハの厚さに応じてエッチング量を調整するようになっているため、算出されたエッチング時間に応じたエッチング処理をこの粗エッチング工程において行うことにより、効果的に水晶片の厚さの高精度化を図ることができる。この場合に、仕上エッチング工程では、一定のエッチング量を得ることを目標に処理を行うことが表面状態を良好に仕上げるために好ましい。この場合、エッチング時間を一定にしてもよく、また、さらに一定のエッチング量をより高精度に得るために、仕上エッチング工程でもそのエッチング液の使用度合に応じて上記一定のエッチング量に相応するエッチング時間を算出し、そのエッチング時間に応じて処理を行ってもよい。
【００１７】
本発明において、複数の前記エッチング槽が用いられ、前記エッチング時間を前記エッチング槽別に求め、複数の前記エッチング槽のうち未使用状態にあるいずれかの前記エッチング槽に前記水晶ウエハを導入するとともに、前記水晶ウエハを導入した前記エッチング槽に対応する前記エッチング時間に応じた時間でエッチング処理を行うことが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、エッチング量の精度を確保しつつ、エッチング処理に要する時間に律速されずに、他の工程を迅速に行うことが可能になるなど、複数のエッチング槽を用いて効率的にエッチング処理を行うことができる。
【００１９】
次に、本発明の水晶片の製造装置は、エッチング液により水晶ウエハを所望の厚さにエッチングするエッチング槽を含む水晶片の製造装置であって、エッチング前の前記水晶ウエハの厚さを測定する第１測定手段と、前記水晶ウエハの厚さの測定値、前記水晶ウエハの厚さの目標値、及び、前記エッチング槽内の前記エッチング液の使用度合に応じて求めたエッチングレートの想定値とからエッチング時間を求めるエッチング時間算定手段と、前記エッチング時間に応じた時間でかつ一定温度で前記水晶ウエハのエッチングを行うエッチング制御手段と、前記エッチングの後の前記水晶ウエハの厚さを測定する第２測定手段と、前記第２測定手段で求められた測定値を用いてエッチング時間の修正値を求める演算部と、を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記エッチング時間算定手段は、前記エッチング液の使用度合として、前記エッチング槽内の前記エッチング液の累積使用回数を用いることが好ましい。
【００２１】
本発明において、前記エッチング時間算定手段は、前記エッチング液の使用度合として、前記エッチング槽内の前記エッチング液の累積使用時間を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明において、前記エッチング槽として、粗エッチング処理を行う粗エッチング槽と、該粗エッチング処理後に仕上エッチング処理を行う仕上エッチング槽とを含み、前記エッチング制御手段は、前記粗エッチング槽におけるエッチング処理を前記エッチング時間に応じた時間で行うように構成されていることが好ましい。
【００２３】
本発明において、複数の前記エッチング槽が設けられ、前記エッチング時間算定手段は、前記エッチング時間を前記エッチング槽別に求め、前記エッチング制御手段は、複数の前記エッチング槽のうち未使用状態にあるいずれかの前記エッチング槽に前記水晶ウエハを導入するとともに、前記水晶ウエハを導入した前記エッチング槽に対応する前記エッチング時間に応じた時間でエッチング処理を行うことが好ましい。
【００２４】
なお、上記各発明においては、弗酸を含むエッチング液を用いてエッチング処理を行うことが好ましい。また、粗エッチング処理は弗酸を用いて行い、仕上エッチング処理は緩衝弗酸を用いて行うことが望ましい。
【００２５】
また、上記各発明においては、エッチング液を一定温度に保つことによって、実際のエッチングレートとエッチング時間の算出に用いるエッチングレートとの差を低減することができるため、より高精度にエッチング量を制御できる。
【００２６】
さらに、上記各装置の発明においては、複数のエッチング槽を設け、その前段に投入用バッファ槽を設けることが好ましい。これによって、複数のエッチング槽のいずれかが空き状態となったとき、投入用バッファ槽から間断なく新たな水晶ウエハをその空き状態となったエッチング槽に投入することが可能になるため、さらに処理効率を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る水晶片の製造方法及び製造装置の実施形態について詳細に説明する。
【００２８】
［水晶片の製造装置］
図１は、本実施形態に用いる水晶片の製造装置の全体構成を模式的に示す概略構成図である。図１に示すように、製造装置１００は、シーケンサ等で構成されるエッチング制御部１０１と、マイクロプロセッサユニット等で構成される演算部１０２と、測定ゲージや変位センサなどのセンサ部分と、このセンサ部分から得られた信号を測定値に変換する信号処理部分（検出回路）とを有するなど、水晶ウエハの厚さを測定するように構成された厚さ測定手段（厚さ測定器）１０３とを備えている。
【００２９】
また、上流端には、厚さ測定の対象物である水晶ウエハを搭載したカセット等のウエハ容器Ｐを収容する厚さ測定部１１１が設けられている。この厚さ測定部１１１は、例えば、ウエハ容器Ｐを収容する厚さ測定用水槽などで構成されている。この厚さ測定用水槽には純水などが収容され、水晶ウエハを搭載したウエハ容器Ｐは純水に浸漬されている。
【００３０】
また、上記の厚さ測定部１１１に隣接して、厚さ測定が完了した水晶ウエハを搭載したウエハ容器Ｐを処理前において複数配置しておくための給材バッファ部１１２が設けられている。この給材バッファ部１１２は、例えば、給材バッファ水槽で構成される。このバッファ槽にも純水が収容される。
【００３１】
上記バッファ部１１２の次には、粗エッチング処理を行うための粗エッチング部１１３が配置されている。この粗エッチング部１１３には、複数（図示例の場合には３つ）の粗エッチング槽１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃが設けられている。これらの粗エッチング槽には弗酸等で構成されるエッチング液が収容される。
【００３２】
また、この粗エッチング部１１３の次には、水洗部１１４が配置されている。この水洗部１１４には、複数（図示例の場合には３つ）の水洗槽１１４Ｄ，１１４Ｅ，１１４Ｆが設けられている。これらの水洗槽には純水が収容されたり、純水を吹き付ける手段が設けられたりする。
【００３３】
水洗部１１４の次には、洗浄部１１５が配置されている。この洗浄部１１５には、複数（図示例の場合には３つ）の洗浄槽１１５Ｇ，１１５Ｈ，１１５Ｉが設けられている。これらの洗浄槽には、例えばアルカリ水溶液などが収容されたり、アルカリ水溶液を吹き付ける手段などが設けられたりする。
【００３４】
洗浄部１１５の次には、仕上エッチング部１１６が配置される。この仕上エッチング部１１６には、複数（図示例では２つ）の仕上エッチング槽１１６Ｊ，１１６Ｋが設けられる。これらの仕上エッチング槽には緩衝弗酸（弗酸と弗化アンモニウムとの混合物）等の仕上エッチング液が収容される。
【００３５】
仕上エッチング部１１６の次には水洗部１１７が配置される。この水洗部１１７には複数（図示例では２つ）の水洗槽１１７Ｌ，１１７Ｍが設けられている。これらの水洗槽には純水が収容されたり、或いは、純水等を吹き付ける手段が設けられたりする。
【００３６】
水洗部１１７の次にはリンス部１１８が配置される。このリンス部１１８には、リンス槽１１８Ｎが設けられている。リンス槽１１８Ｎには、純水等のリンス液を吹き付ける液吹き付け手段が配置されたり、純水等のリンス液が収容されたりする。
【００３７】
リンス部１１８の次には除材バッファ部１１９が配置される。この除材バッファ部１１９には複数のウエハ容器Ｐを収容できるように構成されている。除材バッファ部１１９は例えば純水等が収容された除材バッファ槽で構成される。
【００３８】
また、上記製造装置１００には、厚さ測定部１１１から給材バッファ部１１２にウエハ容器Ｐを搬送するための第１搬送機構１２１、給材バッファ部１１２から粗エッチング部１１３にウエハ容器Ｐを搬送するための第２搬送機構１２２、粗エッチング部１１３から水洗部１１４にウエハ容器Ｐを搬送するための第３搬送機構１２３、水洗部１１４から洗浄部１１５にウエハ容器Ｐを搬送するための第４搬送機構１２４、洗浄部１１５から仕上エッチング部１１６にウエハ容器Ｐを搬送するための第５搬送機構１２５、仕上エッチング部１１６から水洗部１１７にウエハ容器Ｐを搬送するための第６搬送機構１２６、水洗部１１７からリンス部１１８にウエハ容器Ｐを搬送するための第７搬送機構１２７、リンス部１１８から除材バッファ部１１９にウエハ容器Ｐを搬送するための第８搬送機構１２８がそれぞれ設けられている。なお、上記の各搬送機構は、例えば第２搬送機構１２２と第３搬送機構１２３とが一つの搬送機構で構成されているなど、適宜共用されるように構成されていてもよい。すなわち、上記の第１搬送機構１２１から第８搬送機構１２８までの各機能を果たすことのできるように搬送機構全体が構成されていればよい。これらの第１搬送機構１２１乃至第８搬送機構１２８は、上記エッチング制御部１０１によって制御される。
【００３９】
なお、上記粗エッチング部１１３の側方には、秤量部Ｏ，Ｐ，Ｑが配置され、また、上記洗浄部１１５の側方には秤量部Ｒが配置され、上記仕上エッチング部１１６の側方には秤量部Ｓ，Ｔが配置されている。これらの秤量部Ｏ〜Ｔは、それぞれ、粗エッチング槽内のエッチング液、洗浄槽内の洗浄液（アルカリ水溶液）、仕上エッチング槽内のエッチング液が使用に耐えなくなったときに各液が槽内から排出された後、各薬液や薬品の量を秤量して各槽内に導入し、新たな液を作成するためのものである。さらに、電装制御ボックスＵも配置されている。
【００４０】
以上の構成を有する製造装置１００では、まず、厚さ測定部１１１において、ウエハ容器Ｐに収容された水晶ウエハの厚さが厚さ測定手段１０３によって測定される。この厚さ測定は、厚さ測定手段１０３によって自動的に行われるように構成されていてもよく、或いは、オペレータがウエハ容器Ｐに搭載されている水晶ウエハを取り出して厚さ測定手段の厚さゲージ等を用いて手動で測定するように構成されていてもよい。厚さ測定手段１０３にて測定が行われると、この厚さの測定値Ｔｅは演算部１０２に送られる。演算部１０２では、その厚さの測定値Ｔｅと、水晶ウエハの厚さの目標値Ｔｔと、エッチングレートＥｒとから、必要なエッチング時間Ｅｔを算出する。すなわち、
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ）／Ｅｒ・・・▲１▼
の演算を実行する。ここで、エッチングレートＥｒは、図４に示すように、粗エッチング槽１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃに収容されているエッチング液の使用度合に応じて変化するので、図４に示すグラフのように予め使用度合ｆとエッチングレートＥｒとの関係を測定しておき、この関数Ｅｒ＝Ｅｒ［ｆ］或いはこれに対応する参照テーブルを求めておく。そして、この関数或いは参照テーブルを用いて上記式▲１▼の演算を行う。
【００４１】
ここで、使用度合ｆは、今までにどの程度エッチング液が使用されたのかといった程度を示すものであり、図４に示す例では、今までのエッチング液の累積使用回数を、使用度合ｆを表すパラメータとしている。ただし、使用度合ｆを表すパラメータは累積使用回数に限られるものではなく、例えば、今までにエッチング液が使用された累積使用時間をパラメータとしてもよい。さらに、この累積使用時間とほぼ対応するものとして、今までにエッチングされた累積エッチング量（エッチングされた水晶ウエハの厚さの累積値）を用いてもよい。
【００４２】
上記演算部１０２にて上記のエッチング時間Ｅｔが求められると、このエッチング時間Ｅｔのデータはエッチング制御部１０１に送られる。エッチング制御部１０１では、このエッチング時間Ｅｔを上記厚さ測定部１１１にて厚さ測定手段１０３によって測定された水晶ウエハを搭載するウエハ容器Ｐに関連付ける。例えば、このウエハ容器ＰをＰ（ｎ）（ｎは識別パラメータ、例えば整数）として記憶し、このＰ（ｎ）と関連付けるエッチング時間を例えばＥｔ（ｎ）とする。したがって、エッチング制御部１０１は、Ｐ（ｎ）とＥｔ（ｎ）の組を複数組（ｎ＝１〜Ｎ）記憶する。
【００４３】
なお、上記の説明は、ウエハ容器Ｐ内に単一の水晶ウエハが搭載されていると仮定して行ったが、ウエハ容器Ｐに複数の水晶ウエハを搭載してもよい。この場合、複数搭載された水晶ウエハについてそれぞれ上記の厚さ測定を行ってもよく、或いは、全ての水晶ウエハのうち一つ若しくは複数の水晶ウエハを適宜に抽出して厚さを測定してもよい。また、各水晶ウエハの厚さ測定においては、例えば、水晶ウエハの４隅の厚さを測定して、これを演算部１０２において適宜に処理する（例えば平均値の算出を行う）ことで上記の測定値Ｔｅを求めるようにしてもよい。
【００４４】
第１搬送機構１２１は、測定の収容した水晶ウエハを搭載したウエハ容器Ｐを順次給材バッファ部１１２に移送する。給材バッファ部１１２では、ウエハ容器Ｐを複数配置できるように構成されている。第２搬送機構１２２は、給材バッファ部１１２において最も先に配置されたウエハ容器Ｐを次の粗エッチング部１１３へと搬送する。この場合、エッチング制御部１０１は、粗エッチング部１１３の複数の粗エッチング槽１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃのうちの一つが空き状態になる度に、第２搬送機構１２２を駆動して給材バッファ部１１２から新たなウエハ容器Ｐを搬送し、その空き状態の粗エッチング槽に導入する。
【００４５】
粗エッチング槽内には所定濃度の弗酸がエッチング液として収容されており、このエッチング液によってウエハ容器Ｐに搭載された水晶ウエハがエッチングされる。
【００４６】
上記粗エッチング槽内にウエハ容器Ｐ（ｎ）を導入すると、エッチング制御部１０１内のタイマーがスタートする。そして、エッチング時間Ｅｔ（ｎ）が経過すると、第３搬送機構１２３により当該エッチング時間Ｅｔ（ｎ）に対応する上記ウエハ容器Ｐ（ｎ）が粗エッチング槽から取り出され、水洗部１１４のいずれかの水洗槽１１４Ｄ，１１４Ｅ，１１４Ｆに導入される。これらの水洗槽は、上記粗エッチング槽のエッチング液によるエッチング作用を停止させるためのものである。エッチング作用は、実質的には水晶ウエハが水洗槽内の純水に浸漬された時点で停止する。
【００４７】
次に、水洗槽内のウエハ容器Ｐは第４搬送機構１２４によって洗浄部１１５の洗浄槽１１５Ｇ，１１５Ｈ，１１５Ｉに順次浸漬される。これらの洗浄槽にはアルカリ水溶液が収容されており、アルカリ水溶液によってウエハ容器Ｐに搭載された水晶ウエハに付着した析出物や異物・汚れが除去される。
【００４８】
その後、最終段の洗浄槽１１５Ｉに浸漬されたウエハ容器Ｐは、第５搬送機構１２５により仕上エッチング部１１６に設けられた複数の仕上エッチング槽１１６Ｊ，１１６Ｋのうち、空き状態にあるいずれか１つの槽に導入される。これらの仕上エッチング槽には、例えば、緩衝弗酸、すなわち、弗酸（ＨＦ）と弗化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）との混合水溶液が収容されている。この緩衝弗酸で仕上エッチングを行うことにより、水晶ウエハの表面を高品位な鏡面状態に仕上げることができる。なお、この仕上エッチングの時間は、後述するようにほぼ一定の時間に設定される。
【００４９】
ただし、この仕上エッチングにおいては、そのエッチング量Ｅｄを一定とし、上記粗エッチング部１１３と同様にエッチング液の使用度合に応じたエッチングレートＥｒに基づいて上記一定のエッチング量Ｅｄに対応するエッチング時間Ｅｔを求め、このエッチング時間Ｅｔだけエッチングを行うようにしてもよい。この場合には、上記式▲１▼の代りに、
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ−Ｅｄ）／Ｅｒ・・・▲２▼
を用いる。
【００５０】
次に、第６搬送機構１２６により、仕上エッチング部１１６のいずれかの仕上エッチング槽からウエハ容器Ｐを取り出し、水洗部１１７の水洗槽１１７Ｌと１１７Ｍの各純水中に順次浸漬させる。そして、第７搬送機構１２７によってリンス部１１８のリンス槽１１８Ｎ内に導入し、純水等を吹き付けるなどしてリンスを行う。最後に、第８搬送機構１２８によってリンス槽１１８Ｎからウエハ容器Ｐを取り出し、除材バッファ部１１９に移動させる。除材バッファ部１１９には複数のウエハ容器Ｐを配置するスペースがあり、ここに一時的にウエハ容器Ｐが配置される。その後、この除材バッファ部１１９に配置されたウエハ容器Ｐは、図示しない搬送機構によって適宜にその後の工程へと送られる。
【００５１】
本実施形態の製造装置１００によれば、エッチング工程において予めエッチング液の使用度合（例えば使用回数やエッチング量の累積量など）に応じたエッチングレートの消耗特性を求めておき、この特性に応じてエッチング時間を求め、このエッチング時間に応じてエッチングを行うようにしているため、エッチング量を高精度化することができ、水晶片の厚さの精度を大幅に向上することができた。
【００５２】
また、本実施形態では、エッチング工程において複数のエッチング槽を併設し、これらのエッチング槽を並行して用いることによって、効率的に処理を行うことができる。例えば、単一のエッチング槽を用いる製造装置では、処理効率を上げるためには複数台の製造装置を併置しなければならないが、本実施形態の製造装置では、一つのライン内に複数のエッチング槽が併設されているため、空き状態となったエッチング槽に対して順次後続の水晶ウエハを投入していくようにすれば、処理効率を高めることができるとともに、無駄な装置スペースを削減することができる。特に、一連の工程のうち、比較的時間のかかるエッチング工程（例えば上記粗エッチング）において多くのエッチング槽を設け、時間のかからない水洗工程等においてはその槽の数を減らすことなどによって、エッチング工程によってラインの処理速度が律速されるということも回避できる。例えば、本実施形態の図示例では、粗エッチング工程を行う粗エッチング槽を３つ、仕上エッチング槽を２つ、水洗槽やリンス槽を１つというように、エッチング工程を行うエッチング槽の数を複数化し、また、複数種類のエッチング工程を持つ場合にはその間の時間的関係によって時間のかかるエッチング工程ではエッチング槽の数を増やし、それよりも短時間で完了するエッチング工程ではエッチング槽の数をそれよりも減らすという構成を採用している。これによって、装置のスペース効率と処理効率とのバランスを確保できる。
【００５３】
また、或るエッチング工程において、複数のエッチング槽が併設されている場合に、これらのエッチング槽別に上記のエッチング時間を算出しているため、エッチング精度を犠牲にすることもない。また、複数のエッチング槽を併設することにより、個々の水晶ウエハの厚さの相違等によって各エッチング槽でのエッチング時間に多少のばらつきが生じても、それによって前後の工程に影響が出るといったことも防止できる。
【００５４】
［製造装置の他の構成例］
次に、図１に点線で示すように、上記製造装置と同じ構成にさらにもう１つの厚さ測定手段（厚さ測定器）１０４を設けた場合について説明する。上記製造装置では、エッチング前に厚さ測定手段１０３にて水晶ウエハの厚さを測定し、その厚さの測定値からエッチング時間を算出している。しかし、この構成例では、エッチング工程が完了した後においても、厚さ測定手段１０４によって水晶ウエハの厚さを測定する。ここでは、上記除材バッファ１１９に配置された水晶ウエハの厚さを厚さ測定手段１０４によって測定するように構成してある。
【００５５】
厚さ測定手段１０４によってエッチング後の水晶ウエハの厚さを測定した後に、その厚さの測定値Ｔｄは演算部１０２に送られる。演算部１０２では、水晶ウエハのエッチング後の厚さの測定値Ｔｄを上記の厚さの目標値Ｔｔと比較し、その差に応じてエッチングレートＥｒ又はエッチング時間Ｅｔを修正する。すなわち、エッチング後の厚さの測定値Ｔｄの情報をフィードバックし、エッチング時間Ｅｔの算出過程に修正を加えるのである。
【００５６】
例えば、上記実施形態の式▲１▼の代りに、以下の式▲３▼または▲４▼を用いる。
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ）／（Ｅｒ＋ΔＥｒ）・・・▲３▼
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ）／Ｅｒ＋ΔＥｔ・・・▲４▼
ここで、式▲３▼のΔＥｒはエッチングレートＥｒの修正量であり、ΔＥｒ＝（Ｔｔ−Ｔｄ）／Ｅｔ−Ｅｒ（ただし、このＥｔやＥｒには測定値Ｔｄをもたらした水晶ウエハに対して予め算出されたエッチング時間、及び、その算出に用いれらたエッチングレート値を用いる。）に従って求められる。また、式▲４▼のΔＥｔはエッチング時間Ｅｔの修正量であり、ΔＥｔ＝Ｅｔ−（Ｔｔ−Ｔｄ）／Ｅｒ（ただし、このＥｔやＥｒには測定値Ｔｄをもたらした水晶ウエハに対して予め算出されたエッチング時間、及び、その算出に用いられたエッチングレート値を用いる。）に従って求められる。そして、この求められたΔＥｒ又はΔＥｔを用いて上記式▲３▼又は▲４▼により、それ以降のエッチング時間の算出を行う。
【００５７】
また、仕上エッチング量Ｅｄを用いて上記式▲２▼のように算定する場合には、それぞれ、以下の式▲５▼及び▲６▼を用いて同様にエッチング時間の算出方法を修正する。
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ−Ｅｄ）／（Ｅｒ＋ΔＥｒ）・・・▲５▼
Ｅｔ＝（Ｔｅ−Ｔｔ−Ｅｄ）／Ｅｒ＋ΔＥｔ・・・▲６▼
【００５８】
［水晶片の製造方法］
次に、図２を参照して、本発明に係る水晶片の製造方法の実施形態について説明する。図２は、本実施形態の水晶片の製造工程を示す概略フローチャートである。最初に、水晶原石、例えば人工水晶の原石を所定寸法のブロックに切断する。そして、このブロックの形状を面取り、研磨などにより適宜に整える。その後、例えばマルチブレードソーなどを用いて所定の板厚になるように切出し、水晶ウエハを形成する。このときの水晶ウエハの板厚は、後のラッピング加工のための研磨代、及びエッチング加工におけるエッチング量を考慮して決定する。
【００５９】
次に、両面研磨機等を用いて水晶ウエハの表裏両面をラッピングする。このラッピング工程では、例えば、粗い砥粒を用いた研磨から徐々に細かな砥粒を用いた研磨に移行していく。例えば最終的にＧＣ＃２０００等の砥粒を用いた細かな研磨まで行う。これによってウエハ切断時に生じた加工層を取り除き、かつ、所定の厚さ及び表面状態（例えば摺りガラス状の表面）に加工する。
【００６０】
次に、上記のようにラッピングを施した水晶ウエハに洗浄を施す。その後、弗酸を用いて粗エッチングを行う。このとき、弗酸に僅かな量の界面活性剤を添加してエッチング液の表面張力を下げ、しかもエッチング液の温度を４５℃前後（例えば４０〜５０℃）に調整すると、水晶ウエハのラッピング加工面を均一にエッチングすることができる。この粗エッチングは、上記のように図４に示すエッチングレートＥｒの使用度合ｆに依存する関数或いはデータと、水晶ウエハの厚さの測定値Ｔｅと、水晶ウエハの厚さの目標値Ｔｔとによって求められたエッチング時間Ｅｔに応じた時間行われる。ここで、エッチング時間Ｅｔに応じた時間といっているのは、求められたエッチング時間Ｅｔと同じ時間エッチングする場合のみならず、予め例えば後に行う仕上エッチング工程における上記エッチング量Ｅｄを勘案して、算出したエッチング時間Ｅｔよりもやや短めの時間だけエッチングを行う場合をも含む趣旨である。
【００６１】
上記粗エッチング工程では、水晶ウエハの厚さをなるべく厚さの目標値Ｔｔに近づけるために行われるものであるが、上記ラッピング加工において水晶ウエハに生じた加工変質層（例えばＧＣ＃２０００の砥粒でラッピング加工した場合、加工変質層の厚さは１０μｍ程度となる。）を取り除くという意味をも有している。
【００６２】
その後、上記粗エッチング処理後の水晶ウエハを水洗してエッチングを停止させ、適宜に洗浄する。洗浄は純水を用いた超音波洗浄や、アルカリ水溶液を用いたアルカリ洗浄であることが好ましい。
【００６３】
さらに、上記のように洗浄された水晶ウエハに対して緩衝弗酸により仕上エッチングを行う。緩衝弗酸はＮＨ_４Ｆ系のエッチング液であるので、エッチング量は、ヒロックが発生しないように片面につき数μｍ程度、例えば４〜６μｍの範囲（具体的には５μｍ）程度とするのが好ましい。この仕上エッチングは水晶ウエハの表面を平滑にする目的で行われるものであるので、例えば、上記エッチング量に対応する一定時間だけ行われることが好ましい。ただし、このエッチング液についても使用度合に応じてエッチングレートが低下していくため、上記と同様にエッチング時間を使用度合に応じて算出し、このエッチング時間に応じた時間でエッチング処理を行ってもよい。
【００６４】
次に、仕上エッチングが終了すると、水洗やリンスを施してエッチング液を洗い流す。そのご、上記製造装置１００から除材し、水晶ウエハの表面にＣｒ膜とＡｕ膜などの金属膜をスパッタリング法、真空蒸着法等の適宜の方法で被着する。次に、この金属膜の上にレジスト膜を塗布し、これをプリベークした後、フォトマスクを用いて露光し、その後現像した後、ポストベークを行いなどの方法でパターニングを施し、所定パターンのレジストマスクを形成する。
【００６５】
さらに、上記のレジストマスクを保護膜として金属膜をエッチングし、適宜の形状（例えば音叉形状など、後述する水晶ウエハのパターニング形状に対応した形状）にパターニングする。なお、この金属膜は水晶ウエハの外形を以下の工程にて成形するために用いるものであり、以下の工程におけるエッチングに対して耐食性を有する素材であれば上記の金属膜でなくてもよい。すなわち、上記金属膜に限らず、一般に以下のエッチング成形工程におけるエッチング耐性を有する耐食膜であればよい。
【００６６】
次に、弗酸をエッチング液として、水晶ウエハをエッチングし、所定の形状（例えば音叉形状）に成形加工し、水晶片を形成する。そして、この水晶片の表面上に残るレジスト膜や耐食膜（金属膜）を剥離し、洗浄すると、本実施形態の水晶片が形成される。
【００６７】
なお、その後、水晶片の表面に適宜の金属材料で電極を形成する場合もある。ここで、必要に応じて配線パターンも形成してもよい。そして、例えば音叉型水晶振動子を製造する場合には、上記の水晶片はハーメチック端子からなるプラグにマウントされ、周波数調整を行った後に、円筒形状等の金属ケース内に真空封止される。
【００６８】
［その他の製造方法］
図３は、上記とは異なる水晶片の製造方法の手順を示す概略フローチャートである。この方法では、上記と同様の水晶原石のブロック切断、水晶ウエハの切出し、水晶ウエハのラッピング加工、洗浄の各工程を行う。
【００６９】
この方法では、その後、弗化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）水溶液で粗エッチングを行い、さらに水晶ウエハの表面を平滑にするためにポリッシング加工（機械化学的研磨）を施し、洗浄した後に、さらに緩衝弗酸による仕上エッチングを行う点で上記実施形態と若干異なっている。
【００７０】
その後、リンス、金属膜の成膜、レジスト塗布、パターニング、エッチング、水晶ウエハの成形エッチング、洗浄の各工程は上記実施形態と同様である。
【００７１】
図３に示す水晶片の製造方法においても、上記実施形態と同様の製造装置を用いることができ、同様の方法でエッチングを管理制御することができる。この方法では工程数がやや増加するが、本発明に関しては同様の効果が得られる。
【００７２】
尚、本発明の水晶片の製造方法及び製造装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、水晶片の厚さを高精度に加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水晶片の製造装置の実施形態の概略構成を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る水晶片の製造方法の概略を示す概略フローチャートである。
【図３】異なる水晶片の製造方法の概略を示す概略フローチャートである。
【図４】エッチングレートと使用回数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００・・・製造装置、１０１・・・エッチング制御部、１０２・・・演算部、１０３，１０４・・・厚さ測定手段、１１１・・・厚さ測定部、１１２・・・給材バッファ部、１１３・・・粗エッチング部、１１４・・・水洗部、１１５・・・洗浄部、１１６・・・仕上エッチング部、１１７・・・水洗部、１１８・・・リンス部、１１９・・・除材バッファ部

Claims

エッチング液により水晶ウエハを所望の厚さにエッチングするエッチング工程を含む水晶片の製造方法であって、
第１の水晶ウエハの厚さを測定する第１測定工程と、
前記第１の水晶ウエハの厚さの測定値、前記水晶ウエハの厚さの目標値、及び、前記エッチング液の使用度合に応じて求めたエッチングレートの想定値とから前記第１の水晶ウエハのエッチング時間を求める工程と、
前記第１の水晶ウエハのエッチング時間でかつ一定温度で、前記第１の水晶ウエハをエッチングする工程と、
エッチング後の前記第１の水晶ウエハの厚さを測定する第２測定工程と、
前記第２測定工程において求められた測定値を用いてエッチング時間の修正値を求める工程と、
前記修正値を用いて第２の水晶ウエハをエッチングする工程と、を有することを特徴とする水晶片の製造方法。
前記エッチング液の使用度合は、前記水晶ウエハのエッチング処理に対する累積使用回数で表されることを特徴とする請求項１に記載の水晶片の製造方法。
前記エッチング液の使用度合は、前記水晶ウエハのエッチング処理に対する累積使用時間で表されることを特徴とする請求項１に記載の水晶片の製造方法。
エッチング液により水晶ウエハを所望の厚さにエッチングするエッチング槽を含む水晶片の製造装置であって、
エッチング前の前記水晶ウエハの厚さを測定する第１測定手段と、
前記水晶ウエハの厚さの測定値、前記水晶ウエハの厚さの目標値、及び、前記エッチング槽内の前記エッチング液の使用度合に応じて求めたエッチングレートの想定値とからエッチング時間を求めるエッチング時間算定手段と、
前記エッチング時間に応じた時間でかつ一定温度で前記水晶ウエハのエッチングを行うエッチング制御手段と、
前記エッチングの後の前記水晶ウエハの厚さを測定する第２測定手段と、
前記第２測定手段で求められた測定値を用いてエッチング時間の修正値を求める演算部と、を有することを特徴とする水晶片の製造装置。
前記エッチング時間算定手段は、前記エッチング液の使用度合として、前記エッチング槽内の前記エッチング液の累積使用回数を用いることを特徴とする請求項４に記載の水晶片の製造装置。
前記エッチング時間算定手段は、前記エッチング液の使用度合として、前記エッチング槽内の前記エッチング液の累積使用時間を用いることを特徴とする請求項５に記載の水晶片の製造装置。