JP4955038B2

JP4955038B2 - 水晶片の製造方法及びこの方法により製造した水晶振動子

Info

Publication number: JP4955038B2
Application number: JP2009153904A
Authority: JP
Inventors: 橋岳寛高
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: JP2011010204A; US8125283B2; US20100327987A1

Description

本発明は、ウェハレベル（ウェハ工法）で、ウェットエッチング、とくにパーシャル・エッチングにより、水晶片の周波数を、所定の精度を保って効率良く調整して製造する水晶片の製造方法及びこの方法により製造した水晶振動子に関する。

近年、基準周波数に対してバラツキ等のない周波数安定度に優れた水晶振動子が、多くの通信機器を含む電子機器に周波数及び時間の基準源として広く使用されている。

この種の水晶振動子は、人工水晶から、例えばＡＴカット（一般に、Ｚ軸に対して約３５°１５′の角度で切り出す）によって切り出された水晶板、水晶ウェハから形成され、その後、機械的研磨、ウェットあるいはドライエッチングによって、所望の周波数に応じた厚みを保つように形成される。

一般に、ＡＴカットの水晶片では、その振動モードに、厚みすべり振動が適用され、その振動周波数は、水晶片の厚みに反比例し、水晶片の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、その高周波化の進展が極めて顕著になりつつあり、この高周波化に伴って、水晶片の厚みが益々極小化されつつある。そのため、製造時の水晶片の厚みを適正に維持するため、高い加工精度と生産性が求められ、加工精度が一定の基準を満たさない場合には、水晶片の周波数調整に支障を来たすとともに、その製造時の生産性が低下する。

例えば、特許文献１に記載されている水晶振動子の製造方法では、まず、図４及び図５に示すように、水晶ウェハ１を用意し、水晶ウェハ１の表面２と裏面３のうち、表面２のみに、多数の（例えば、１０００個以上）段差部２ａ及び突起部２ｂ及び底部２ｃをもつ、いわゆる逆メサ部をウェットエッチング等の工法により形成する。

そして、図６に示すような水晶振動子の製造装置に、このように逆メサ部を形成した水晶ウェハ１を載置して、周波数を調整する。すなわち、水晶ウェハ１に形成した段差部２ａを上向きにし、ウェットエッチングに先立って隣接する段差部２ａ内にエッチング液が流入することを阻止するため、仕切板１０を水晶ウェハ１の表面２上に接着剤等を用いて接着固定する。そして、ディスペンサ１５のノズル１５ａから、仕切板１０に設けた貫通孔１１を介して、エッチング液１６を順次、段差部２ａ内に滴下してエッチングを行った後、別途設けたディスペンサから段差部２ａ内に中和液を滴下してウェットエッチングの進行を停止させる。

次いで、別途設けた周波数測定装置により段差部２ａ内に形成した振動部（水晶片）の周波数を測定して、基準周波数と比較し、偏差がある場合には、さらに、振動部の肉厚を減少させて所望の周波数にするように調整する。

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では、例えば、水晶ウェハに形成された１０００個以上の段差部（水晶片形成部）毎に個別に周波数調整を行うとともに、水晶片の周波数特性を安定させるために、水晶片毎の周波数のバラツキを抑制することが不可欠となる。そのために周波数調整を粗調整（例えば、基準（目標）周波数の２００ｐｐｍまで）と微調整（例えば、目標周波数の５０ｐｐｍまで）の２段階調整を水晶片毎に行っていた。

特開２００１−１０２６５４号公報

しかしながら、前出の特許文献１に記載された水晶振動子の製造方法では、その周波数調整を、水晶ウェハに形成された１０００個以上にも及ぶ段差部（水晶片形成部）毎に、それも粗調整と微調整の２段階に分けてウェットエッチングにより行っていたため、ウェットエッチング、とくにパーシャル・エッチング工程での作業時間（タクト）が大きくなり、製造工程全体の生産性が低下し、水晶片毎の周波数の目標周波数に対するバラツキが依然として生じていた。

そこで、本発明は、従来の水晶振動子の製造方法の有する、前述のような問題点を解決するためになされたもので、水晶ウェハの両面に大きさの異なる段差部（逆メサ部）を形成して、ウェットエッチングにより水晶片の周波数の粗調整を行うとともに、水晶ウェハの表面または裏面の段差部毎に、あるいは段差部を多数まとめて、または、少数の段差部をまとめてパーシャル・ウェットエッチングを行って、パーシャル・ウェットエッチングのタクト（作業時間）を大巾に改善した水晶片の製造方法及びこれにより製造した水晶振動子を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するため、本発明の水晶片の製造方法は、複数の水晶片を水晶ウェハレベルで製造する方法において、該水晶片の周波数を水晶片を構成する水晶板の厚みを２段階にパーシャル・ウェットエッチングで調整して行う際、第１段階で多数の前記水晶片の厚みをまとめてパーシャル・ウェットエッチングして粗調整し、次いで、少数の前記水晶片毎に厚みをパーシャル・ウェットエッチングして微調整することを特徴とする。

また、同様に、本発明の水晶片の製造方法は、複数の水晶片を水晶ウェハレベルで製造する方法において、該水晶片の周波数を前記水晶片を構成する水晶板の厚みをパーシャル・ウェットエッチングで２段階に調整して行う際、第１段階で微調整で同時に調整を行う前記水晶片間の厚みのバラツキをパーシャル・ウェットエッチングして粗調整し、次いで、多数の同等の厚みをもつグループに属する前記水晶片の厚みをまとめてパーシャル・ウェットエッチングして微調整することを特徴とする。

さらに、本発明は、前記水晶ウェハの表面及び裏面に前記水晶片を形成する所定個数の仕切部に囲まれた段差部をウェットエッチング及びパーシャル・ウェットエッチングして形成したことを特徴とする。

さらに、本発明は、前記水晶ウェハの前記裏面にウェットエッチング及びパーシャル・ウェットエッチングして形成した前記段差部の面積が、前記表面に形成した前記段差部の面積より大であることを特徴とする。

水晶ウェハの表裏面に面積の異なる段差部を形成して、各段差部をまとめてパーシャル・ウェットエッチングし、次いで所定の段差部を個別にパーシャル・ウェットエッチングすることにより、パーシャル・ウェットエッチングのタクト（作業時間）が大巾に短縮される。

本発明の水晶片の製造方法で加工する水晶ウェハの表裏面に多数の段差部を形成したものの模式図であって、図１（ａ）は、水晶ウェハの表面の平面図、また、図１（ｂ）は、水晶ウェハの裏面の平面図を示す。図１（ａ）に示した水晶ウェハのＹ−Ｙ線矢視断面図を示す。本発明の水晶片の製造方法の工程図（フローチャート）を示す。従来の水晶片の製造方法で加工する水晶ウェハの表面に多数の段差部を形成したものの模式的な平面図である。図４に示した水晶ウェハのＹ−Ｙ線矢視断面図である。図４に示した従来の水晶片の製造に用いる製造装置のウェットエッチング部の概略図である。

図１（ａ）は、本発明の水晶片を製造する水晶ウェハの表面の平面図、また図１（ｂ）は、水晶ウェハの裏面の平面図を模式的に図示したものであって、例えば４インチ径の水晶ウェハから１ｍｍ×１ｍｍの方形状の水晶片を１０００個以上製造できるように構成されている。なお、図１では、オリフラをもつ円形の水晶ウェハ１を図示したが、非円形（例えば方形）の水晶ウェハを用いてもよい。また、図２は、図１（ａ）に示した水晶ウェハ１のＹ−Ｙ矢視断面図を示す。

ここで、図１及び図２に示した水晶ウェハ１は、図３に示した工程により水晶ウェハ１の両面に段差部（いわゆる逆メサ部）を形成し、パーシャル・ウェットエッチングにより水晶ウェハ１の段差部の水晶片の厚みを微調整して基準周波数に整合するようにする。

まず、図３の本発明の水晶片の製造工程に示すように、工程１（Ｓ１）で、所定寸法の水晶ウェハ１を準備し、洗浄した後、工程２（Ｓ２）で、水晶片（例えば、１０００個）を形成する段差部２ａ，３ａ（図１及び図２参照）形状をフォトリソグラフィーにより水晶ウェハ１の両面にパターニングする。

次いで、工程３（Ｓ３）で、例えば、５０μｍ厚の水晶ウェハ１の表面２に図１（ａ）及び図２に示すように、例えば、１０００個の方形の段差部（凹陥部）２ａを、例えば、深さが１０μｍになるようにフッ酸系エッチング液を用いてウェットエッチングにより、形成する。この際、エッチングする水晶ウェハ１をエッチング液槽に浸して段差部２ａを形成してもよいし、また、シリンジからエッチング液を個別に段差部２ａの形成部に滴下して形成してもよい。この段差部２ａの形成により、各段差部２ａ間に仕切り部２ｂが形成されて、隣接する段差部２ａ内にエッチング液が溢流することが防止され、適正なエッチングが行なわれる。

他方、図１（ｂ）及び図２に示すように、水晶ウェハ１の裏面に、水晶ウェハ１の表面に形成した段差部２ａよりもその面積が大きい、例えば、深さが１０μｍ程度の段差部２ａの４個分の大きさの段差部３ａを形成する。すなわち、水晶ウェハ１の裏面に形成する段差部３ａの面積を水晶ウェハ１の表面に形成する段差部２ａの面積よりも大きくする。この段差部３ａの形成により、水晶ウェハ１の表面２と同様に、水晶ウェハ１の裏面３に、各段差部３ａ間に仕切り部３ｂが形成されて、隣接する段差部３ａ内にエッチング液が溢流するのが防止され、適正なウェットエッチングが行われる。

さらに、工程４及び５（Ｓ４，Ｓ５）で、各段差部２ａ内の水晶片形成部の周波数をプローブ等の周波数測定装置により、個別に測定し、基準（目標）周波数と比較し、基準周波数との偏差を水晶片の厚みに変換して工程６（Ｓ６）で、多数の水晶片形成部（段差部２ａ，３ａ）をまとめて、例えば４個の段差部２ａの底部２ｃをパーシャル・エッチングにより、水晶片の厚みの粗調整をする。この際、水晶ウェハ１の裏面に形成した段差部２ａの面積よりも大き目の段差部３ａのみを水晶片の厚みの粗調整に用いてもよい。

また、第１段階の粗調整で、第２段階の微調整で同時に周波数調整を行う水晶片形成部（段差部）間の厚みのバラツキをパーシャル・ウェットエッチングして粗調整して同等になるよう調整し、次いで、多数の同等の厚み（例えば、０．１μｍ以下の厚みの偏差に入るもの）をもつグループに属する水晶片の厚みをまとめてパーシャル・ウェットエッチングして周波数を微調整してもよい。

次いで、工程７及び８（Ｓ７，Ｓ８）、前出の工程４及び５（Ｓ４，Ｓ５）と同様に、各水晶片形成部（段差部）の周波数を周波数測定装置で測定し、基準周波数と比較し、その偏差を水晶片の厚みに変換し、工程９（Ｓ９）で、１個あるいは少数の水晶片毎に主に水晶ウェハ１の表面に形成した段差部２ａの底部２ｃを、パーシャル・エッチングし、水晶片の厚みの微調整を行う。

この粗調整及び微調整の２段階の周波数調整により、水晶片のパーシャル・ウェットエッチング工程での作業時間（タクト）が大幅に短縮される。

さらに、水晶片の厚み（周波数）の微調整後、工程１０（Ｓ１０）でフォトリソグラフィーにより水晶振動子の外形形状のパターニングをし、工程１１（Ｓ１１）で、エッチングにより各水晶片の支持部を水晶ウェハ１に連接するようにして残し、各水晶片の周囲を打ち貫いて外形加工を行う。その後、各水晶片形成部に電極及び配線を蒸着、スパッタリング等により形成し（工程１２、Ｓ１２）、さらに周波数調整をした後、ダイシング等により水晶ウェハ１を個片に分断して（工程１３、Ｓ１３）、個々の水晶片を構成する。

最後に、個々の水晶片をパッケージに格納・封止して、水晶振動子を構成する。また、水晶発振器を構成するには、水晶片に加え、ＩＣチップをパッケージに格納・封止する。

１水晶ウェハ
２水晶ウェハの表面
２ａ段差部（凹陥部：逆メサ部）
２ｂ突起部（仕切部）
３水晶ウェハの裏面
３ａ段差部（凹陥部：逆メサ部）
３ｂ突起部（仕切部）
１０仕切板
１１貫通孔
１５ディスペンサ
１５ａノズル
１６エッチング液

Claims

複数の水晶片を水晶ウェハレベルで製造する方法において、前記水晶ウェハの表面及び裏面に前記水晶片を形成する所定個数の仕切部に囲まれた段差部をパーシャル・ウェットエッチングして形成し、さらに、前記水晶ウェハの前記裏面にパーシャル・ウェットエッチングして形成した前記段差部の面積が、前記表面に形成した前記段差部の面積より大となるよう形成し、該水晶片の周波数を前記水晶片を構成する水晶板の前記段差部の厚みをパーシャル・ウェットエッチングで２段階に調整して前記水晶片の周波数調整を行う際、第１段階で、該表面の前記水晶片間の前記段差部の厚みのバラツキをパーシャル・ウェットエッチングして粗調整して揃えて同等の厚みにし、次いで、第２段階で、該裏面の同等の前記段差部の厚みをもつグループに属する前記水晶片をまとめてパーシャル・ウェットエッチングして前記段差部の厚みを微調整することを特徴とする水晶片の製造方法。