JP4551297B2 - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は水晶ウェハの厚みを均一にして多数の水晶片に分割してなる水晶振動子の製造方法を技術分野とし、特に各水晶片の厚み精度をさらに高めた水晶振動子の製造方法に関する。

（発明の背景）
水晶振動子は周波数制御素子として知られ、例えば周波数や時間の基準源として各種電子機器の発振回路に組み込まれる。一般には、厚みすべり振動系のＡＴカットが主流をなし、これらは厚みに反比例して振動周波数が高くなる。近年では、この種の水晶振動子の量産化が望まれ、水晶ウェハの厚みを均一にしてから個々の水晶片２に分割することが試作されている。このようなものの一つに本出願人によるものがある（特許文献１）。

（従来技術の一例）
第３図は一従来例としての水晶振動子の製造方法を説明する図で、同図（ａ）は水晶ウェハの平面図、同図（ｂ）は測定時の同断面図、同図（ｃ）は厚み制御時の同断面図である。

ここでは、先ず、図示しない人工水晶からＡＴカットとした水晶ウェハ１を切り出して円板状等にする。水晶ウェハ１は例えば直径を３インチ（７６．２ｍｍ）とする。次に、研磨板を用いた研磨装置によって、基準振動周波数（以下、基準周波数とする）に対してこれよりも低い振動周波数の厚み即ち規定の厚みよりも大きい厚みに研磨する。この場合、水晶ウェハ１は平面外形が大きいため、均一の厚みには研磨されず、例えば研磨板の表面に倣って他主面の中央部を凸状（図示）や凹状（不図示）とする。

次に、水晶ウェハ１の厚み分布を測定する。厚み分布は個々の水晶片２に分割される縦横の領域毎に測定される。例えば水晶ウェハ１の一主面をＸＹステージ３の電極としての金属板４上に載置して他主面を露出する。そして、金属板４と対をなす電極棒５を水晶ウェハ１の他主面に当接して各領域毎の振動周波数を計測器６によって検出する。縦横の各領域にはアドレス（１〜ｎ）が付与され、計測器６には記憶回路を有するコンピュータ（不図示）が接続する。そして、各領域に対応した振動周波数が、各アドレスに従って記憶回路に順次に記憶される。

次に、各領域の振動周波数と基準周波数との周波数差に基づいて、各領域毎に基準周波数となる加工量（加工データ）を設定する。次に、ＸＹステージ３に固定された水晶ウェハ１に、イオンガン７からのイオンビームを各領域毎に順次に照射して原子レベルで切削する。この場合、イオンビームＰの照射時間は、各領域毎の加工データに基づいて設定される。これにより、基準周波数内となる規定の厚み内に加工する。最後に、印刷技術を用いたエッチングによって、水晶ウェハ１の個々の水晶片２に励振電極及び引出電極を形成する。そして、水晶ウェハ１を縦横に切断して個々の水晶片２に分割する。
特開２００４−２２１８１６号公報 特開２００４−９６５２６号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の製造方法では、水晶ウェハ１の厚みの異なる各領域毎に振動周波数を検出するので、隣接する領域の厚みの影響を受けて即ち音響結合によって高精度の検出を困難にする問題があった。この場合、各領域毎に分割した水晶片２を測定した場合の振動周波数とは異なることになる。例えば、隣接する領域の厚みが大きい場合は実際よりも低い振動周波数が検出され、隣接する領域の厚みが小さい場合は実際よりも高い振動周波数が検出される。

なお、振動周波数は水晶片２を図示しない容器内に保持した後、励振電極の厚み等を増減する、いわゆる質量負荷効果によって、最終的に微調整される。但し、振動周波数の調整量には限界あり、水晶片２が規定の振動周波数となる厚み内でなければ微調整ができずに不良品となる。したがって、規格の厳しい昨今では、水晶片２の厚みを規定の厚み内に制御することは極めて重要となる。

（発明の目的）
本発明は水晶ウェハにおける各領域の厚み精度を高めた水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、厚みに反比例して振動周波数が高くなる水晶ウェハを基準振動周波数より低い振動周波数の厚みに加工し、前記水晶ウェハにおける縦横の各領域毎に振動周波数を測定して記憶し、前記各領域の振動周波数と前記基準振動周波数との周波数差に基づいて前記各領域の厚みを順次に減じ、前記水晶ウェハを各領域毎に分割して多数の水晶片を得る水晶振動子の製造方法において、前記水晶ウェハには、前記の振動周波数を測定する工程の前に、前記領域毎に区分する縦横の分割溝が設けられた構成とする。

このような構成であれば、水晶ウェハの各領域毎に分割溝８を設けたので、振動周波数の測定時には隣接する領域の影響を受けずに独立的に測定できる。したがって、これに基づいて、規定の振動周波数即ち規定の厚みに加工できるので、バラツキを少なくして不良品を防止できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２で示すように、請求項１において、前記分割溝で区分された前記各領域は単一の水晶片に対応してなる。これによれば、各水晶片毎に振動周波数を制御するので、周波数精度を高められる。

同請求項３では、請求項１において、前記分割溝で区分された前記各領域は複数の水晶片に対応してなり、前記複数の水晶片間には前記分割溝８を有する。これによれば、例えば水晶ウェハの研磨精度が高い場合や、周波数精度の規格が緩い場合には、各領域中の一個の水晶片の振動周波数を測定して、複数の水晶片の厚みを一体的に制御できるので、生産性を高められる。

同請求項４では、請求項１において、前記分割溝の縦横のうちの少なくとも一方向はＶ字状とする。これによれば、分割後における水晶片の両端（外周面）には傾斜面が形成されるので、円筒等を用いた新たなベベル加工を要することがない。したがって、製造時間を短縮して生産性を高められる。

第１図は本発明に係る水晶振動子の製造方法の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は中心方向に向かう水晶ウェハの一部断面図、同図（ｂ）は測定時の同断面図、同図（ｃ）は厚み制御時の同断面図である。なお、前従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。

ここでも、先ず、人工水晶からＡＴカットで切り出して円板状に加工され、基準周波数よりも厚みの大きい水晶ウェハ１に研磨される。この場合でも、例えば中心部を凸状として研磨される。次に、水晶ウェハ１の一主面に分割溝８を縦横に設け、後に分割される水晶片２としての各領域毎に区分する。すなわち、各領域は分割時の単一の水晶片２に対応する。分割溝８はＶ字状とし、例えばダイシングブレードのＶ字状の刃先に倣って形成される。ここでは、水晶ウェハ１の厚みの半分以上の深さとする。

以下は前述したと同様に、水晶ウェハ１における各領域毎の厚み分布を測定する。例えば水晶ウェハ１の他主面をＸＹステージ３の電極としての金属板４上に載置し、分割溝８が縦横に設けられた一主面を露出する。そして、コンピュータによって予めアドレス（１〜ｎ）が付与された縦横の各領域には、測定器６からの電極棒５を当接して各領域毎に振動周波数が測定され、記憶回路に順次に記憶される。

次に、各領域の振動周波数と基準周波数との周波数差に基づいて加工量（加工データ）が設定され、イオンガン７からのイオンビームＰを各領域に順次に所定の時間だけ照射して、基準周波数となる規定の厚み内に加工する。最後に、印刷技術を用いたエッチングによって、水晶ウェハ１の個々の水晶片２に励振電極及び引出電極を形成する。

そして、水晶ウェハ１の縦横に設けられたＶ字状とした分割溝８の先端側を刃幅の狭いダイシングブレード等によって切断して多数の水晶片２を得る。これにより、水晶片２の外周部には傾斜面（ベベル面）が形成され、最外周を切断時の端面とする。

このような構成（製造方法）であれば、水晶ウェハ１の各領域毎に設けた分割溝８によって各領域間での音響的結合を防止できる。ここでは、分割溝８を厚みの半分以上とするので、厚み方向に生ずる振動モードの半分以上が消失して、音響的結合防止の効果を高める。このことから、振動周波数の測定時には、水晶ウェハ１の各領域毎に隣接する領域の影響を受けずに独立的に測定できる。したがって、各領域を基準周波数となる規定の厚み内に加工できるので、バラツキを少なくして不良品を防止できる。

また、ここでは、分割溝８をＶ字状として先端側を刃幅の狭いダイシングブレードで切断するので、各領域毎の水晶片２は外周をベベル面とする。したがって、特許文献２で示されるように、円筒等を用いた新たにベベル加工を要しないので、稜線部を除去するバレル研磨をしたとしても製造工程（時間）を短縮できる。ここでは、外周すべてベベル面としたが、例えば引出電極の延出した少なくともＸ軸方向の両端側のみであってもよい。

（他の事項）
上記実施形態では各水晶ウェハ１の各水晶片２に対応する各領域毎に振動周波数を測定したが、研磨精度が良好な場合や規格が緩い場合等には、例えば分割溝８で区分された隣接する４個一組の水晶片２を１領域として、各領域における４個中の１個のみの水晶片２の振動周波数を測定する。

そして、これを各領域の振動周波数として、各領域の４個の水晶片２にイオンビームをそれぞれ照射して制御してもよい。要するに、水晶ウェハ１の各領域を複数の水晶片２から形成する。この場合、振動周波数の測定時間を短縮できるので、生産性を高められる。なお、４個の水晶片２にイオンビームを一体的に照射して制御することもでき、この場合
はさらに生産性を高められる。

また、水晶ウェハ１の分割溝８はＶ字状としたが、たとえば振動周波数が高くてベベル面を要しない場合等を含めて基本的には単なる溝であってもよい。そして、水晶ウェハ１における厚みの切削はイオンビームとしたが、これに限らずスパッタ等としてもよくその手段は問われない。そして、水晶ウェハ１は凸状あるいは凹状としたが、これらに限られないことは勿論ある。

また、水晶ウェハ１の各領域に励振電極及び引出電極を形成した後各水晶片２に分割したが、各水晶片２に分割した後に個々に励振電極及び引出電極を形成してもよい。さらには、水晶ウェハ１はＡＴカットとしたが、これに限らず、例えばＳＣカットとした厚みすべり系の振動モードであれば適用できる。

本発明に係る水晶振動子の製造方法の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は中心方向に向かう水晶ウェハの一部断面図、同図（ｂ）は測定時の同断面図、同図（ｃ）は厚み制御時の同断面図である。 本発明の一実施形態によって加工された水晶片の図である。 従来例の製造方法を説明する図で、同図（ａ）は水晶ウェハの平面図、同図（ｂ）は測定時の同断面図、同図（ｃ）は厚み制御時の同断面図である。

１ 水晶ウェハ、２ 水晶片、３ ＸＹテーブル、４ 金属板、５ 電極棒、６ 計測器、７ イオンガン、８ 分割溝。

Claims (4)

1. 厚みに反比例して振動周波数が高くなる水晶ウェハを基準振動周波数より低い振動周波数の厚みに加工し、前記水晶ウェハにおける縦横の各領域毎に振動周波数を測定して記憶し、前記各領域の振動周波数と前記基準振動周波数との周波数差に基づいて前記各領域の厚みを順次に減じ、前記水晶ウェハを各領域毎に分割して多数の水晶片を得る水晶振動子の製造方法において、前記水晶ウェハには、前記の振動周波数を測定する工程の前に、前記領域毎に区分する縦横の分割溝が設けられたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
2. 請求項１において、前記分割溝で区分された前記各領域は単一の水晶片に対応してなる水晶振動子の製造方法。
3. 請求項１において、前記分割溝で区分された前記各領域は複数の水晶片に対応してなり、前記複数の水晶片間には前記分割溝を有する水晶振動子の製造方法。
4. 請求項１において、前記分割溝の縦横のうちの少なくとも一方向はＶ字状である水晶振動子の製造方法。

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