JP5434042B2 - 水晶振動子用素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子用素子を製造する技術に関する。

従来、ＡＴカットの水晶ウェハから多数の水晶片を形成し、この水晶片に励振電極と引き出し電極を形成して多数の水晶振動子用素子を製造している。水晶振動子の周波数特性は、水晶振動子の水晶片の厚さによって決定される。近年求められている周波数特性は１０MHzから数百MHzであり、その特性を達成するためには水晶片の厚みを数μｍから数十μｍにする必要がある。この水晶片を形成する際、水晶ウェハの厚さを水晶片の厚さに合わせると、薄過ぎて作業性と生産性が低下するので、水晶片を形成する際には図９に示すように、作業し易い厚さ、例えば３００μｍのウェハＷ１を使用して水晶片を形成する。

ウェハＷ１のような水晶基板から水晶片を形成する場合、エッチングにより凹部１０３を形成して凹部１０３の底部１０３ａと裏面１０４との間の厚みを、周波数に応じて予め定められた水晶片の厚さに調整して底部１０３ａに水晶片を形成する。そのためウェハＷ１では凹部１０３の形成後に、底部１０３ａと裏面１０４間の厚みが所望の周波数特性を有する厚さかどうか調べる必要がある。そこで底部１０３ａと裏面１０４間の水晶に対してプローブ１１０による周波数測定を行う。この周波数測定は、ウェハＷ１をステージ１１１（図９参照）に載置し、プローブ１１０を凹部１０３の底部に接触させることによって行われる。

このときウェハＷ１の裏面１０４は、全面がステージ１１１と接触する。ウェハＷ１から形成される水晶片は、裏面１０４がその一面となるように形成されるため、ステージ１１１に異物等がある場合、裏面１０４に異物が付着し、その結果異物が付着した水晶片が形成される虞がある。またステージ１１１上に微細な突出部が形成されていた場合、ウェハＷ１を載置すると裏面１０４と突出部とが接触して裏面１０４に接触痕が付き、その結果接触痕のついた水晶片が形成される虞がある。またステージ１１１の角に裏面１０４をぶつけて損傷する可能性があり、これによって損傷した水晶片が形成される虞がある。またレジストをウェハＷ１の表面１０２に塗布して露光を行い、その後レジストをウェハＷ１の裏面１０４に塗布して露光を行うような場合でも、同様の問題が発生する。このような水晶片では所望の周波数特性を得ることができないため、これらの水晶片は不良となり、水晶振動子用素子の生産効率低下の要因となっている。従って水晶片を形成するための形成領域に対する異物の付着や、他の部材の接触を防止することができる水晶振動子用素子の形成方法が求められている。

一方特許文献１には、予め中央部分を薄くして、周辺部を落とすだけで半導体ウェハの裏面研磨工程を省略すると共に、周辺部で中央部を保護して中央部を割れ難くした半導体ウェハが記載されている。しかしながら特許文献１に記載されているものは、半導体ウェハであり、水晶のウェハＷ１のように両面に積層マスクを形成してエッチングにより水晶片を個片化するものではない。そして特許文献１に記載されているように単純に中央部を薄くしただけでは、薄くした部分と外周部の厚い部分との厚みの差でフォトリソ工程時にギャップが生じて所望のレジストマスクが得られない可能性がある。またウェハは半導体ウェハであるため、ウェハを薄くすることによって割れ易くなるという課題があり、これを解決するために周辺部の厚さを厚くしている。しかしながら水晶ウェハは割れ難く、このような課題は存在しない。

実開昭６１−１８６２３０号公報（２頁下部）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水晶振動子用素子の形成工程で、水晶振動子用素子群の形成領域に異物が付着することやその領域に傷がつくことを防止できる水晶振動子用素子の製造方法を提供することにある。

本発明の水晶振動子用素子の製造方法では、水晶基板に複数の水晶片の外形を形成するときに、電極を形成し、その後当該水晶片を個片化する水晶振動子用素子の製造方法において、
水晶基板の両面について、各々水晶振動子用素子を形成するために区画された複数の区画領域と互いに隣接する区画領域の間の境界部位とを含む水晶振動子用素子群の形成領域をエッチングして、当該水晶振動子用素子群の形成領域以外の水晶基板の周縁部を含む他の領域よりも薄くする工程と、
その後、前記水晶基板の一方の面における前記境界部位及び前記他の領域にマスクを形成し、当該水晶基板をエッチングして各区画領域の厚さ寸法を、目的とする周波数に対応する厚さとなっているか否かを測定するための寸法に調整する工程と、
次いで前記マスクを剥離した後、前記水晶基板の他方の面をステージ側に向けて当該水晶基板をステージ上に載置し、プローブ装置の測定端子を前記区画領域の底部に接触させて前記底部の周波数を測定する工程と、
前記底部の厚さが目的とする周波数に対応する厚さ寸法に達していない場合には、前記底部をエッチングにより目的とする周波数に対応する厚さ寸法に微調整する工程と、
次いで前記各々の区画領域に前記水晶片の外形形成用マスクを形成し、当該外形形成用マスクに沿って区画領域の水晶をエッチングにより除去し、水晶片の外形を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

また前記水晶振動子用素子群の形成領域は、複数の水晶振動子用素子の形成領域が縦横に配列された領域である。また前記各々の形成領域における水晶基板の厚さを調整する工程の前の、水晶振動子用素子群の形成領域は、その深さが０．５ないし５μｍである。そして本発明の水晶振動子用素子は、上記各水晶振動子用素子の製造方法により製造されたことを特徴としている。

本発明によれば、水晶基板から水晶振動子用素子用の水晶片を形成する前工程で、水晶基板の両面側における水晶振動子用素子群の形成領域全体を窪ませて他の領域よりも薄くし、この形成領域にマスクを形成して水晶基板の厚さを調整すると共に水晶片を形成する。このため水晶振動子用素子群の形成領域に他の部材が接触することがなくなるので、形成領域への異物の付着や接触痕の形成及び形成領域の損傷を防止することができる。そして形成領域で形成される水晶片が、異物や形成領域の損傷等の影響を受けなくなるため、この水晶片を基に形成される水晶振動子用素子では、特性劣化が抑えられ、所望の周波数特性を備えた水晶振動子用素子を提供することができる。

本実施形態の水晶振動子用素子の製造方法について、図１ないし図７を参照して説明する。本実施形態では、図１（ａ）に示すように水晶基板であるウェハＷに１個の素子を形成するため形成領域となる区画領域５０ａを縦横に複数、例えば３０×３０のマトリックス状に配列している。これ区画領域５０ａの群の全体を素子群形成領域５０と呼ぶとすると、本実施形態ではウェハＷの表面２０及び裏面４０の素子群形成領域５０に該当する部分に、例えば深さｄ１が０．５μｍないし５μｍの窪み部２１、４１を形成して他の領域よりも薄くし、その内部に区画領域５０ａを配列する。なお本実施形態では、図１（ｂ）に示すように厚さｄが３０μｍないし３００μｍ、直径Ｒが３ないし８インチの水晶基板をウェハＷとして使用しており、窪み部２１、４１はエッチングによって形成される。なお説明の便宜上図１（ａ）では、実際には目視できない区画領域５０ａの境界線を実線で示している。また区画領域５０ａは、３０×３０のマトリックス状に配列されているが、図１では１つの区画領域５０ａのみ示し、他の区画領域についてはその記載を省略している。また窪み部２１、４１の周縁部に形成される傾斜部についてはその記載を省略している。

窪み部２１、４１を形成する工程は、以下のように行われる。図２（ａ）に示すように、ウェハＷの表面２０及び裏面４０にＣｒ（クロム）及びＡｕ（金）からなる金属膜２及びレジスト膜３を夫々成膜し、図２（ｂ）に示すようにフォトリグラフィーによりレジストマスクを形成すると共にＫＩ（ヨウ化カリウム）溶液により金属膜２をエッチングして積層マスク４を形成する。そして図２（ｃ）に示すように弗酸溶液にウェハＷを浸漬してウェハＷに対してエッチングを行い、ウェハＷの表面２０及び裏面４０の素子群形成領域５０の全域に亘って夫々窪み部２１及び窪み部４１を形成し、図２（ｄ）に示すように金属膜２とレジスト膜３を剥離する。なお本実施形態では、裏面４０に金属膜２やレジスト膜３を成膜する成膜処理等の処理を行う場合、ウェハＷを反転させて処理を行う。また図１（ｂ）、図２（ａ）ないし図２（ｂ）は、図１（ａ）に示すウェハＷの直径に該当する矢視Ａ−Ａの断面を模式的に示したものである。

こうして得られたウェハＷを用い、以下のようにして水晶振動子用素子は形成される。まず図３（ａ）に示すように、ウェハＷの窪み部２１、４１と表面２０及び裏面４０に夫々金属膜５及びレジスト膜６が成膜される。そして図３（ｂ）に示すように、窪み部２１のレジスト膜６に対してフォトリグラフィーによりレジストマスクを形成すると共にＫＩ（ヨウ化カリウム）溶液により金属膜５をエッチングして積層マスク７を形成する。なお本実施形態ではレジストマスクの形成は縮小投影露光により行われ、露光機の初期設定は、表面２０の上に成膜されたレジスト膜６に対して所望のレジストマスクを得ることが可能となるように設定されている。また図３は、図２と同じく図１（ａ）の矢視Ａ−Ａの断面を示している。

露光後に現像を行ってレジストマスクを形成し、このレジストマスクに沿ってエッチングを行うと、表面２０側の各区画領域５０ａ間の境界部位１３ｂに金属膜５とレジスト膜６とが残り、この境界部位１３ｂに残った金属膜５とレジスト膜６とによって厚み調整用の積層マスク７が形成される。次いで図３（ｃ）に示すように弗酸溶液にウェハＷを浸漬してエッチングを行い、区画領域５０ａごとにウェハＷの厚みを調整するための凹部１３を形成する。そして図３（ｄ）に示すように金属膜５とレジスト膜６を剥離する。凹部１３が形成されると、凹部１３の底部１３ａの領域に対応する水晶、即ち凹部１３の底部１３ａと裏面４０側の窪み部４１の底面との間の水晶の厚さが、所望の周波数特性を有しているかどうか測定を行い確認する。この測定は図４に示すような周波数を測定するためのプローブ装置１０を用いて行う。まず図４（ａ）に示すようにウェハＷを搬送し、ステージ１１上に載置する。次いで、図４（ｂ）に示すようにウェハＷの上方からプローブ装置１０の測定端子１０ａを底部１３ａに接触させ、底部１３ａの周波数測定を行う。そして底部１３ａと窪み部４１間の厚さが所望の厚さに達していない場合には底部１３ａに部分的なエッチングを行い、底部１３ａと窪み部４１間の厚さを微調整する。

底部１３ａの領域に対応する水晶の厚さ（凹部１３の底部１３ａと裏面４０側の窪み部４１の底面との間の水晶の厚さ）が、所望の周波数特性を得ることができる厚さに微調整されると底部１３ａの領域の水晶を用いて素子が形成される。まず図５（ａ）に示すように凹部１３と、窪み部２１、４１、ウェハＷの表面２０及び裏面４０に金属膜８及びレジスト膜９を成膜する。そしてこれらの金属膜８及びレジスト膜９に対して上述したフォトリソグラフィーとＫＩ溶液によるエッチングを行い、図５（ｂ）に示すように水晶片１の外形形成を行うための外形マスクパターン６８を形成する。次いで、外形マスクパターン６８に沿ってウェハＷをエッチングして、図５（ｃ）に示すようにウェハＷから素子の基体となる水晶片１を形成し、残存している金属膜８とレジスト膜９を剥離する。このとき水晶片１は、細い橋形状の接続支持部１５によってウェハＷに接続支持された状態となる。

水晶片１が形成されると、図６（ａ）に示すように水晶片１の全面に金属膜１６及びレジスト膜１７が成膜され、図６（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィーとＫＩ溶液によるエッチングによってマスクパターンが形成される。そして図６（ｃ）に示すように金属膜１６をエッチングして、励振電極５１、５２と引き出し電極５３、５４を形成し、レジスト膜１７を除去すると共に、図６（ｄ）に示すように例えばレーザーダイジングにより接続支持部１５を切削することにより、図７に示すような個片の水晶振動子用素子が形成される。なお図５、図６は、図３に示すウェハＷの＋Ｘ側のウェハＷの一部分のみを示している。

この水晶振動子用素子は、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、水晶片１の素子表面２２に励振電極５１、素子裏面４２に励振電極５２が形成され、励振電極５１には引き出し電極５３、励振電極５２には引き出し電極５４が夫々接続されている。この引き出し電極５３、５４は、接続している励振電極５１、５２が形成された素子表面２２及び素子裏面４２から、接続支持部１５が形成されていた側面１５ａへと伸び、側面１５ａを介して対向する素子表面２２及び素子裏面４２へと延長されている。そのため引き出し電極５３、３４は側面１５ａで並ぶように形成されることになる。

上述した実施形態によれば、素子群形成領域５０に窪み部２１、４１を形成してその全体を両面側から薄くした後、当該素子群形成領域５０にフォトリソエッチングにより、区画領域５０ａごとに積層マスク７を形成し、各区画の厚さ調整、水晶片１の外形形成、各電極の形成を行う。そのため区画領域５０ａごとに積層マスク７を形成するためのフォトリソ工程による露光時や、底部１３ａと裏面４０間の厚さの微調整を行うためのプローブ１０を用いた周波数の測定時に、ステージ１１等に載置されてもステージ１１と対向する素子群形成領域５０はステージ１１から浮いた状態となってステージ１１と接触しない。従って、素子群形成領域５０への異物の付着や損傷を防止でき、この素子群形成領域５０に配列された区画領域５０ａで形成される水晶振動子用素子への異物の付着や損傷を防止することができる。

またウェハＷから水晶片１を形成し、励振電極５１、５２と、引き出し電極５３、５４とを形成する際に、素子群形成領域５０の全面に形成された窪み部２１、４１によって、水晶振動子用素子は切り離されるまで全ての面が他の部材と接触しないことになるので、水晶振動子用素子の形成工程においても水晶片１に対する異物の付着、損傷等は抑止されることになる。そして形成される水晶振動子の特性劣化を防ぎ、所望の周波数特性を備えた水晶振動子用素子を形成することができる。これに対して、区画領域だけをウェハＷの片面からエッチングして厚さを調整する場合には、載置台に設置される側の面に異物の付着し、また損傷しやすくなるという問題が生じるため、区画領域５０ａの群全体つまり素子群形成領域５０の全体を予め薄くしておく方が優れている。

また本実施形態では、素子群形成領域５０を薄くするために深さ０．５μｍないし５μｍの窪み部２１、４１を形成している。一方既述のように本実施形態では縮小投影露光によりレジストマスクの形成を行い、露光機の初期設定は、表面２０の上に成膜されたレジスト膜６に対して所望のレジストマスクを得ることが可能となるように設定されている。そのため露光時に窪み部２１、４１のレジスト膜６に照射される光の結像位置が、この窪み部２１、４１の深さの分だけ変化する。従って所望のレジストマスクの形状と、実際に形成されるレジストマスクの形状との間には、窪み部２１、４１の深さの分だけギャップが生じることになる。しかしながら窪み部２１、４１の深さを０．５μｍないし５μｍとしているため、フォトリソ時に光の幅にギャップが生じたとしてもレジストマスクの形状のギャップを許容範囲内に抑えることができる。これにより焦点深度を修正して再設定できる機能のない露光機を使用する場合でも、精度高く露光を行い、所望のレジストマスクを得ることができる。

また窪み部２１、４１は、素子群形成領域５０に異物が付着したり、素子群形成領域５０が損傷したりすることを防止する目的で形成されており、その深さは５μｍあれば充分に効果を発揮することが知られている。つまり窪み部２１、４１の深さが５μｍ以上であっても異物の付着や損傷を防止に効果を奏する。しかしながら、この深さを深くすると窪み部２１、４１を形成する工程で作業時間が増大することになるため、窪み部２１、４１を深くすることは好ましくない。そこで本実施形態では、窪み部２１、４１の深さを、０．５μｍないし５μｍ程度にすることで窪み部２１、４１を形成する工程で作業時間が増大することを抑えている。

なお本発明の実施の形態としては、素子形成領域は実施形態の素子群形成領域５０のようにウェハＷの全体に亘る１つの領域でなくてもよい。例えば実施形態の素子形成領域を４分割して夫々の素子形成領域に窪み部を設け、各素子形成領域間が連結されないように個別化し、各素子形成領域で水晶振動子用素子を形成してもよい。また本実施形態では、矩形状の水晶振動子用素子の製造方法について説明したが、本発明の実施の形態としては、音叉型の水晶振動子用素子を製造する製造方法にも適用可能である。

次に本実施形態の水晶振動子用素子を使用した水晶振動子７０について図８を参照して説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように水晶振動子７０は、水晶振動子用素子の引き出し電極３２、３３を外装体（容器）７１内に設けられた一対の電極７２に導電性接着剤７３によって電気的に接続する態様で固着することによって搭載する。そして外装体７１の下部に設けられた外部電極７４と電極７２とは、外装体７１内の配線を介して電気的に接続されており、この外部電極７４を電子機器の電極と接続することによって水晶振動子用素子は電子部品と電気的に接続される。従って本実施形態の水晶振動子用素子を搭載した電子部品を提供することが可能となる。なおこのような電子部品としては、例えば通信機器や計測機器等がある。

本実施形態の水晶振動子用素子を得るためのウェハＷについて説明するための第１の説明図である。 本実施形態の水晶振動子用素子の製造工程について説明するための第１の説明図である。 本実施形態の水晶振動子用素子の製造工程について説明するための第２の説明図である。 本実施形態のウェハＷの周波数測定について説明するための説明図である。 本実施形態の水晶振動子用素子の製造工程について説明するための第３の説明図である。 本実施形態の水晶振動子用素子の製造工程について説明するための第４の説明図である。 本実施形態の水晶振動子用素子の斜視図である。 本実施形態の水晶振動子の平面図である。 従来のウェハＷ１の周波数測定について説明するための説明図である。

符号の説明

１ 水晶片
２、５、８、１６ 金属膜
３、６、９、１７ レジスト膜
４、７ 積層マスク
１０、１１０ プローブ
１１、１１１ ステージ
１３、１０３ 凹部
１３ａ 底部
１３ｂ 境界部位
１５ 接続支持部
２０ 表面
２１、４１ 窪み部
２２ 素子表面
４０ 裏面
４２ 素子裏面
５０ 素子群形成領域（形成領域全体）
５０ａ 区画領域（形成領域）
５１、５２ 励振電極
５３、５４ 引き出し電極
６８ 外形マスクパターン
７０ 水晶振動子
Ｗ、Ｗ１ ウェハ

Claims (4)

1. 水晶基板に複数の水晶片の外形を形成するときに、電極を形成し、その後当該水晶片を個片化する水晶振動子用素子の製造方法において、
   水晶基板の両面について、各々水晶振動子用素子を形成するために区画された複数の区画領域と互いに隣接する区画領域の間の境界部位とを含む水晶振動子用素子群の形成領域をエッチングして、当該水晶振動子用素子群の形成領域以外の水晶基板の周縁部を含む他の領域よりも薄くする工程と、
   その後、前記水晶基板の一方の面における前記境界部位及び前記他の領域にマスクを形成し、当該水晶基板をエッチングして各区画領域の厚さ寸法を、目的とする周波数に対応する厚さとなっているか否かを測定するための寸法に調整する工程と、
   次いで前記マスクを剥離した後、前記水晶基板の他方の面をステージ側に向けて当該水晶基板をステージ上に載置し、プローブ装置の測定端子を前記区画領域の底部に接触させて前記底部の周波数を測定する工程と、
   前記底部の厚さが目的とする周波数に対応する厚さ寸法に達していない場合には、前記底部をエッチングにより目的とする周波数に対応する厚さ寸法に微調整する工程と、
   次いで前記各々の区画領域に前記水晶片の外形形成用マスクを形成し、当該外形形成用マスクに沿って区画領域の水晶をエッチングにより除去し、水晶片の外形を形成する工程と、を含むことを特徴とする水晶振動子用素子の製造方法。
2. 前記周波数を測定する工程は、測定端子を各区画領域の底部に同時に接触させて前記底部の周波数を測定する工程であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子用素子の製造方法。
3. 前記水晶振動子用素子群の形成領域は、複数の水晶振動子用素子の区画領域が縦横に配列された領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の水晶振動子用素子の製造方法。
4. 水晶基板の両面について、水晶振動子用素子群の形成領域を他の領域よりも薄くする前記工程は、水晶振動子用素子群の形成領域を他の領域よりも０．５ないし５μｍ薄くする工程であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水晶振動子用素子の製造方法。

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