JP5234236B2 - 水晶基板および水晶基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は圧電基板に関し、特に圧電基板の共振周波数を高精度に測定できるようにした高周波水晶基板に関する。

圧電基板、例えば水晶基板は水晶振動子あるいは水晶フィルタに加工され、ほぼ全ての電子機器に用いられている。特に、近年の携帯電話の普及には圧電デバイスが大きく寄与しており、安定な周波数の発生、必要な周波数の選択等に不可欠な電子デバイスとなっている。
水晶基板の形状は所望する周波数に大きく依存し、１０ＭＨｚ以下の低周波帯では一方の主面をレンズ状に、他方の主面を平面状に研磨加工したプラノコンベックス基板、両主面をレンズ状に加工したバイコンベックス基板あるいは、基板の端部を面取り加工したベベル基板等が用いられている。１０ＭＨｚ以上の周波数帯では一般的に平板の水晶基板が主に用いられているが、約７０ＭＨｚ以上になると基板が薄くなり、加工及びその取り扱いが難しくなる。そこで、水晶基板の一方の主表面に凹陥を形成し、他方の面を平面とした高周波水晶基板が開発され、実用に供されている。

図６（ａ）は、高周波水晶基板を形成する過程を説明するための図であって、80μm程度の薄板に加工した大きなＡＴカット水晶基板（ウェハ）２１の全面に金の薄膜を、蒸着装置あるいはスパッタ装置等を用いて付着すると共に、該薄膜の上にレジスト膜を塗布し、該レジスト膜をマスクを介して露光する（マスキング）。剥離剤を用いて露光したレジスト膜を剥離すると、露光した形状がマトリスク状に並んだ金の薄膜が露出する。該金の薄膜を王水等で溶解して、水晶基板面を露出させた後、該露出面をフッ化アンモニウムを主成分とするエッチング液に浸漬してエッチングした後、レジスト膜を剥離すると、図６（ａ）に示すように一方の面に凹陥部を有する個々の基板２２がマトリクス状の並んだウェハ２１が得られる。この時に個々の基板２２に分割するための分割用のエッチング溝２３、２３、２３・・も縦横に同時に形成する。この溝の反対側にナイフエッジを当てて折ると、図６（ｂ）に示すように主面に凹陥部２４を有する水晶基板が得られる。図７は上記工程をフローチャート図で示したものである。

さらに、マトリクス状に並んだ個々の圧電基板２２の周波数を、図８に示すように上下に電極を備えたエアーギャップ方式の装置を用いて、その共振周波数を測定し、該共振周波数が所定の周波数範囲内にあるかをチェックする。共振周波数が所定の範囲内より低い場合には、共振周波数を所定の周波数に調整するために、コンピュータ制御された装置を用いて個々の凹陥部にエッチング液を滴下し、エッチング時間を制御することにより、個々の圧電基板２２の周波数を微調整する。そのため、振動部である薄肉部はその周囲を一段と高い壁面で囲まれている構造が必要である。
図６（ｂ）はエッチング溝２３に沿ってウェハ２１を個片に分割した圧電基板２２を拡大した斜視図であって、振動部である薄肉部２４と該薄肉部２４を保持する環状囲繞部２５とが一体的に形成される構造となっている。また、図６（ｃ）はＱ−Ｑにおける断面図である。

しかし、最近の携帯電話機では振動デバイスの更なる小型が要求されており、図６（ｂ）に示す環状囲繞部（外縁部）２５が小型化の妨げとなっている。そこで、研磨加工機の薄板加工精度改善を考慮し、平板の大きなＡＴカット水晶基板（ウェハ）を所定の周波数まで研磨し、ダイシングソーで切断して、個片の圧電基板とし、該圧電基板の周波数微調整をエッチングにて調整することとした。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、水晶基板が薄くなるに伴い、図８に示すようなエアーギャップ方式で水晶基板の周波数を測定すると、周波数スペクトル（共振波形）が図９に示すように真の共振がどのピークにあるか判断できないような現象が多く発生する。周波数スペクトルの最大値を共振周波数の真値として分類し、該水晶基板に電極を付着して、共振周波数が測定すると、所定の周波数から大幅に離れた周波数となる場合があり、従来の圧電基板の形状では水晶基板の周波数を精度よく測定できないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、高周波圧電基板の共振周波数を精度よく測定できるようにした圧電基板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

上記目的を達成するために本発明に係る水晶基板とその製造方法の請求項１記載の発明は、矩形状ＡＴカット水晶基板の少なくとも一方の主表面の４つの周縁を所定の深さだけハーフエッチングを施した高周波水晶基板であって、ハーフエッチングした部分の幅ａと基板の長辺Ｌとの関係が２ａ／Ｌ≒０．１を満足することを特徴とする水晶基板である。
請求項２記載の発明は、ＡＴカット水晶ウェハの少なくとも一方の面に所定幅の格子状露出部を有する保護膜を形成する工程と、該水晶ウェハを前記露出部に所望深さまでウェットエッチングする工程と、ウェハを洗浄してエッチングを停止する工程と、保護膜を除去する工程と、前記エッチング部分に沿って個片に切断する工程とを含むことを特徴とする水晶基板の製造方法である。

以下本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係る矩形状ＡＴカット水晶基板の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は長さＬのＺ’軸方向の断面図、同図（ｃ）は長さＬ’のＸ軸方向の断面図である。水晶基板の座標軸は各々図の左端に示すように、図１（ｂ）、（ｃ）の断面図の場合は図面に垂直方向が厚さ方向、即ちＹ’軸方向である。図１（ａ）に示すように矩形状平板の一方の主面の４つの周縁を幅ａ、深さｔだけハーフエッチングを施す。ここでハーフエッチングとは板厚方向に貫通しないように所定の深さだけエッチングすることをいう。研磨手段としてはバッチ処理に適したウエットエッチングによる研磨方法を用いる。ただし、圧電基板の異方性により、各辺のエッチング断面形状は若干異なることになる。図１（ａ）、（ｂ）はＡＴカット水晶基板の断面を模式的に示したもので、Ｚ’軸、Ｘ軸の方位でエッチング断面、即ちエッチング傾斜面が異なることになる。なお、研磨する深さｔは厳密には基板の厚さ、即ち基板の周波数に依存するが、基本波において、４０ＭＨｚ以上で動作させる場合には、おおむね１μm程度研磨すればよい。

図１（ｄ）は、同図（ａ）〜（ｃ）のように４つの周縁をハーフエッチング加工したＡＴカット水晶基板周縁の研磨部分の幅ａを２倍したものと、矩形水晶基板の長辺Ｌ（Ｌ≧Ｌ’）との比２ａ／Ｌをほぼ０．１程度とした場合の高周波水晶基板を、図８に示したエアーギャップ方式で共振周波数近傍の周波数スペクトルを測定した図であり、共振周波数近傍の不要振動が抑圧され、共振周波数が正確に測定できることを示している。

図２はＡＴカット水晶基板の他の発明の構成を示す図であって、Ｘ軸方向の断面を示した図である。両主表面のそれぞれの４周縁を浅くエッチングすると、断面は異方性によりそれぞれ異なった形状にエッチングされる。片面のエッチング深さｔ’は、厳密には水晶基板の厚さに基づいて決定すべきであるが、基本波で４０ＭＨｚ以上ならば、０．５μm程度研磨することにより、水晶基板の共振スペクトルは良好な波形となる。図２に示す例は図の中央に関して、点対称の形状となっている。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１に示した形状のＡＴカット水晶基板を作るための工程を示す図である。ＡＴカット水晶ウェハの両面に金の薄膜を、蒸着装置あるいはスパッタ装置等を用いて付着すると共に、該薄膜の上にレジスト膜を塗布する。そして、レジスト膜を格子状のパターンを備えたマスクを介して露光し、剥離剤を用いてレジスト膜の露光した部分を剥離する。するとマトリスク状に並んだレジスト膜のすき間から金の薄膜が露出するので、露出した金の薄膜を王水等で溶解した後、レジスト膜を剥離すると、所定幅の格子状露出部を有する保護膜を形成することができる。図３（ａ）は一方の主面に保護膜を備えた水晶ウェハの断面図である。前記格子状露出部をフッ化アンモニウムを主成分とするエッチング液に浸漬して、所望の深さまで浅くハーフエッチング（エッチング深さｔ）した後が図３（ｂ）に示す断面図となる。さらに、金の保護膜を剥離すると、図３（ｃ）に示すように一方の主表面に小さな浅い格子状の溝を有する水晶ウェハが得られる。該水晶ウェハの矢印で示した位置にてダイシング切断機で切断すると、図１に示したＡＴカット水晶基板が得られる。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はウェハの両面を浅く（片面のエッチング深さｔ’）ハーフエッチングした場合であり、図２に示したＡＴカット水晶基板の製作方法を示す図である。図３の場合と同様に矢印で示す格子状の溝の所でダイシングして個片に分離する。

図５は図１に示したＡＴカット水晶基板を得る他の手段を示した図であって、両面をエッチングする方法は図４の方法と同様であるが、図の裏面の保護膜の間隙を狭くすることにより、裏面のエッチングの形状が鋭角となり、ダイシング切断機を用いることなく矢印の所にナイフエッジを当て、力を少し加えるだけで、個片の水晶基板に分割することができる。

発明の効果

本発明は、以上説明したように構成したので、請求項１に記載の発明は高周波水晶基板の共振周波数を精度よく測定できるという優れた効果を表す。請求項２に記載の発明は高周波水晶基板の共振周波数を精度よく測定でき、水晶基板の歩留まりが改善するという優れた効果を表す。

本発明に係る高周波水晶基板の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＺ’軸方向の断面図、（ｃ）はＸ軸方向の断面図、（ｄ）はその共振周波数近傍の周波数スペクトルである。 他の発明の構成を示すＸ軸方向の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１の形状の水晶基板を形成する工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２の形状の水晶基板を形成する工程を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１の形状の水晶基板を形成する工程を示す断面図である。 従来の高周波水晶基板の形成を説明する図で、（ａ）はウェハをフォトリソグラフィとエッチングにて形成した凹陥部がマトリクス状に並んだ図、（ｂ）は個片に分割した基板、（ｃ）はその断面図である。 凹陥部を有する高周波基板を形成するためのフローチャート図である。 高周波水晶基板の共振周波数を測定するエアーギャップ方式の装置である。 従来の高周波水晶基板の周波数スペクトルを示した図である。

Ｌ・・矩形水晶基板の長辺
Ｌ’・・矩形水晶基板の短辺
ａ・・研磨幅
ｔ・・研磨厚
ｔ’・・研磨厚

Claims (2)

1. 矩形状の振動部となるＡＴカット水晶基板の少なくとも一方の主表面の４つの周縁が枠状に所定の幅ａで、且つ、所定の深さだけハーフエッチングが施され、
   前記ハーフエッチングが施されている前記枠状の前記４つの周縁のエッチング断面の形状が、Ｚ’軸方向の断面形状と、Ｘ軸の方位の断面形状とで異なり、
   前記幅ａと、前記ＡＴカット水晶基板の前記Ｚ’軸に沿う長辺Ｌと、の関係が２ａ／Ｌ＝０．１を満足し、
   共振周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする水晶基板。
   
2. 平板のＡＴカット水晶ウェハの少なくとも一方の面に所定幅の格子状露出部を有する保護膜を形成する工程と、
   前記露出部から露出している部分の前記ＡＴカット水晶ウェハを所望深さまでウェットエッチングする工程と、
   前記ウェットエッチングされたＡＴカット水晶ウェハを洗浄してエッチングを停止する工程と、
   前記保護膜を除去する工程と、
   前記ウェットエッチングする工程によってエッチングされたエッチング部分に沿って個片に切断して、矩形状ＡＴカット水晶基板を形成する工程と、
   を含み、
   前記ウェットエッチングする工程は、前記ＡＴカット水晶ウェハのうち前記矩形状ＡＴカット水晶基板に対応し、振動部となる領域の少なくとも一方の主表面の４つの周縁を枠状に所定の幅ａでハーフエッチングし、かつ、前記ハーフエッチングが施されたエッチング断面の形状が、Ｚ’軸方向の断面形状とＸ軸方向の断面形状とで異なり、
   前記矩形状ＡＴカット水晶基板を形成する工程は、前記幅ａと、前記ＡＴカット水晶基板の前記Ｚ’軸に沿う長辺Ｌと、の関係が２ａ／Ｌ＝０．１を満足するように、前記ウェ
   ットエッチングされたＡＴカット水晶ウェハから前記個片に分離し、
   共振周波数が４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする水晶基板の製造方法。

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