JPH08111623A - 水晶基板のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水晶基板表面を平滑にすることができる水晶
基板のエッチング方法を提供する。 【構成】 水晶基板とエッチング液とを接触させて水晶
基板のエッチングを行うって水晶基板のエッチングを行
う際に、エッチング工程の前処理として、前記水晶基板
表面の凹凸が１(μｍ)以下となるように前記水晶基板の
研磨を行う。この研磨工程として、ミラー研磨（ポリッ
シュ仕上げ）もしくはＪＩＳ規格による＃４０００の研
磨剤（ラッピング仕上げ）による研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水晶基板のエッチング方
法に関し、特に水晶振動子の小割り加工をエッチングに
て行う工程に関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的な圧電結晶として知られる水晶は
水熱合成法により人工的に大量生産されており、その特
性を利用した製品が種々の分野で利用されている。

【０００３】例えば、水晶の薄板に電極を付けて電圧を
印加すると、水晶の圧電逆効果によって結晶振動が励起
されるという特性を利用した製品として水晶振動子が挙
げられる。

【０００４】水晶振動子は、水晶片の形等で決まる固有
振動数に等しい周波数の交流電場を印加すると共振して
安定した単一周波数の振動を続けることを利用したもの
で、周波数計をはじめ多くの発振回路に使われている。

【０００５】昨今、水晶振動子の高周波化、小型化、高
精度化、高安定化に伴い、水晶の小割加工を高精度に再
現性良く行うことが求められて来ている。

【０００６】そこで、水晶基板の高精度な加工技術とし
てフォトリソグラフィーを用いた小割技術が採用される
ようになっている。これは、従来のブレードソーやワイ
ヤーソーによる結晶の機械的切断に代わって、任意の形
状のマスクを用いてフォトリソ加工し、不要の結晶部分
をウェットエッチングにて溶解除去する方法である。こ
のような水晶基板のエッチング方法によれば、以下のよ
うな利点が得られる。 （１） 加工精度が従来の機械加工法に比べて優れてい
る （２） 任意の形状のマスクに従って加工ができる （３） 成形精度が細かいので水晶基板の廃棄率を低く
抑えることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記水晶基板
のエッチング方法においては、フォトリソ加工工程にお
いてエッチングの工程に時間がかかり、大量の振動子を
製品化する場合には製造工程や製造時間の短縮化が望ま
れている。

【０００８】また、エッチング液の温度を上げることに
よってエッチング速度を飛躍的に大きくすることはでき
るものの、液温を上げることによって基板表面周辺での
薬品の蒸発が顕著となり、エッチング液の組成を均一に
保つことが困難となる。

【０００９】エッチング液の組成が変化すると、組成の
異なる領域にいてはエッチング速度が異なるものとなっ
てしまい、大量生産の工程において、エッチング条件が
異なるものとなり、エッチング条件の一定比を図る事が
できなくなる。従って、エッチング精度のバラツキの原
因ともなってしまう。

【００１０】また、ウェットエッチングでは、研磨剤に
よる研磨のように表面粗さをコントロールできないが、
表面の凹凸が大きい場合にはインピーダンス特性の低下
にもつながり、表面の平坦度を上げることが重要とな
る。

【００１１】本発明は上記背景のもとになされたもので
あり、水晶基板のエッチング方法において、水晶基板表
面を平滑にすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するため、本発明者らは、ウェットエッチング前の研磨
工程における表面粗さはウェットエッチング時の仕上が
り粗さによって影響されることを見いだし、検討を重ね
て本発明を完成した。

【００１３】即ち、本発明は、水晶基板とエッチング液
とを接触させて水晶基板のエッチングを行う工程を有す
る水晶基板のエッチング方法において、前記エッチング
工程の前処理として、前記水晶基板表面の凹凸が１(μ
ｍ)以下となるように前記水晶基板の研磨を行う研磨工
程を有することを特徴とする。

【００１４】通常、エッチング時間を長くすると水晶基
板表面は粗面化する。その度合いは通常エッチング時間
に比例する。しかし、エッチング前の水晶基板を平滑化
すると、あるしきい値を境にして、エッチング時間を長
くしても表面の粗さは一定値に収束するようになる。特
に上記のように表面の凹凸を１(μｍ)以下とすること
で、表面の粗さをほぼ１(μｍ)前後に抑えることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００１６】実施例１ まず、板厚が８０(μｍ)で、基板の表面（両面とも）を
ミラー研磨（ポリッシュ仕上げ）した水晶基板を用意し
た。事前に、この水晶基板の表面凹凸を表面粗さ計にて
測定した。

【００１７】次に、エッチング液をＨＦ−ＮＨ₄ＨＦ₂混
合液として、濃度５０％のＨＦ水溶液４００（ｃｃ）
（橋本化成製：ＥＬタイプ）にＮＨ₄ＨＦ₂４８０（ｇ）
（純正化学製：一般）を加えた液を調製した。混合比
は、ＨＦ２５(wt％)、ＮＨ₄ＨＦ₂50(wt％)、Ｈ₂Ｏ２５
(wt％)に相当し、ＮＨ₄ＨＦ₂がほぼ飽和状態にある。

【００１８】これらと水晶とのエッチング反応を以下に
示す。

【００１９】

【化１】ＳiＯ₂＋６ＨＦ→ＳｉＦ₆ ^-＋２Ｈ⁺＋２Ｈ₂Ｏ ＳiＯ₂＋３ＮＨ₄ＨＦ₂→ＳｉＦ₆ ^-＋２Ｈ⁺＋３ＮＨ₃＋２
Ｈ₂Ｏ この混合液を６００（ｃｃ）用いて図１のようにテフロ
ン（商品名）容器１の中で６０(℃)一定として保温し、
水晶基板２を立てた状態でスターラー３にて回転子４に
より撹拌しながら基板表面のエッチング処理を５分（処
理１）及び１０分（処理２）行い、それぞれ純水で十分
に基板表面を洗浄した。エッチングした試料の表面凹凸
を表面粗さ計にて測定した。

【００２０】以上の方法で得られた、処理前、処理１、
処理２のそれぞれにおける水晶基板表面凹凸のデータを
表１に示す。また、各データの表面劣化度を示すグラフ
を図２に示す。

【００２１】実施例２ 使用する水晶基板の種類を変え、ＪＩＳ規格による＃４
０００の研磨剤（ラッピング仕上げ）で両面を研磨した
水晶基板を用い、他は上記実施例１のエッチング処理方
法と同様にして表面粗さ及び表面劣化度を調べた。その
結果を表１に併記する。

【００２２】比較例１ 使用する水晶基板の種類を変え、研磨剤を＃２０００と
した。その他の条件は実施例１と同様にして表面粗さ及
び表面劣化度を調べた。その結果を表１に併記する。

【００２３】比較例２ 使用する水晶基板の種類を変え、研磨剤を＃３０００と
した。その他の条件は実施例１と同様にして表面粗さ及
び表面劣化度を調べた。その結果を表１に併記する。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示されるように、処理前の基板は、
ミラー研磨を行った基板が最も凹凸が小さく平滑であ
り、次いで＃４０００、＃３０００、＃２０００の順に
粗くなっていく。

【００２６】図２に示されるように、実施例１、２に係
る凹凸が小さい基板においてはエッチング時間を長くし
ても表面の凹凸はあまりかわらず、一定値に収束してい
る。これに対し、凹凸が大きい比較例１、２の基板基板
においては、エッチング時間に比例しておいては、が大
きくなってしまう。

【００２７】以上の結果から、エッチング前における表
面の凹凸があるしきい値を超えると基板表面の凹凸はエ
ッチング時間に比例して粗くなるが、そのしきい値より
も小さくするとエッチング時間にかかわらず粗さは一定
値に収束することがわかる。 特に、上記実施例及び比較例から、エッチング前の表面
粗さを１(μｍ)以下とすることで、エッチング時におけ
る表面の荒れを抑えることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、ウェットエッチン
グを行う前に基板表面を平滑化することで、ウェットエ
ッチング処理による表面の粗面化が抑制される。

【００２９】特に、ウェットエッチング前に基板を平滑
化し、表面粗さを１(μｍ)以下とすることで、表面の粗
面化を抑えることができる。

【００３０】この平滑化工程は、例えばミラー研磨やＪ
ＩＳ規格による＃４０００の研磨剤を用いることで行う
ことができる。このように表面粗さ１(μｍ)以下とする
ことで、エッチング後の水晶基板を平滑に保つことがで
きる。特に、本発明に係る方法によって水晶基板のエッ
チングを行うことで、この水晶基板を用いた水晶振動子
のインピーダンス特性の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】エッチング処理の説明図。

【図２】各基板における表面劣化度を示すグラフ。

【符号の説明】

１…テフロン容器 ２…水晶基板 ３…スターラー ４…回転子 ５…エッチング液 ６…温水 ７…温度計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶基板とエッチング液とを接触させて
   水晶基板のエッチングを行う工程を有する水晶基板のエ
   ッチング方法において、 前記エッチング工程の前処理として、前記水晶基板表面
   の凹凸が１(μｍ)以下となるように前記水晶基板の研磨
   を行う研磨工程を有することを特徴とする水晶基板のエ
   ッチング方法。