WO2005011115A1 - 水晶振動子およびその加工方法 - Google Patents

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shape
crystal
concave
convex lens
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Yoshiaki Nagaura
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Nagaura, Kumiko
Nagaura, Zenichiro
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Definitions

  • the present invention relates to a groove-shaped concave-convex lens-shaped high-frequency and low-frequency crystal resonator for single-wavelength elastic vibration 'electromagnetic wave oscillation, and more particularly to a crystal resonator that can be used as a biosensor and the crystal resonator. Related to processing method.
  • the axis perpendicular to the main surface of the crystal blank and the two processing center axes are completely coincident.
  • a two-stage single-sided grooved type As a vibrating part, a crystal resonator that has a very small concave-convex lens shape, but whose two processing center axes and the axis perpendicular to the main surface of the AT-cut, which is a crystal blank, are completely coincident. Is completed.
  • Fig. 1 (a) shows the material of the crystal plate (crystal blank).
  • a AT-cut material having a thickness of 9 ⁇ m, a width of 3.58 mm, and a width of 3.58 mm was used.
  • Fig. 1 (b) shows the center of the crystal blank shown in Fig. 1 (a), first of all, in the shape of a decagon with a diameter of 1.6 mm and a depth of 57. ⁇ ⁇ ⁇ .
  • a large area is subjected to a chemical etching process using hydrofluoric acid to process a grooved type crystal blank having a one-step shape.
  • Fig. 1 (c) shows the second step using hydrofluoric acid as the second processing step at the center of the one-stage, dodecagonal groove shown in Fig. 1 (b).
  • a two-step part (shaded in the figure) with a circular shape and a diameter of 0.59 mm and a depth of 15.0 / m was formed by chemical etching Is shown.
  • FIG. 1 (d) shows a two-stage single formed by performing chemical etching twice using hydrofluoric acid in FIGS. 1 (b) and 1 (c).
  • -sided Indicates a grooved-type crystal blank.
  • I made an interesting discovery First, a small area of a circular shape with a diameter of 0.59 mm is chemically etched, and then, as a second processing step, a large area of a hexagonal groove with a diameter of 1.6 mm is chemically etched.
  • a single-sided grooved-type crystal oscillator with a two-step shape was completed by a chemical etching method that is not usually considered.
  • the center of the decagonal groove portion and the circular vibrating portion is located at the vertex and radiates upward.
  • the pressure becomes the maximum at both ends, with the center part being the minimum and the pressure corresponding to the radius that escaped upward.
  • the amount of polishing between the two portions varies with curvature like a portion of a spherical surface. The polishing amount is proportional to the pressure. Therefore, it was clarified that the single-sided grooved-type quartz blank, which had a two-step shape after processing, protruded from the center of the vibrating part as the maximum, and became a convex convex lens shape. As a result, a plano-convex lens shape as shown in FIG. 1 (g) or a concave-convex lens shape as shown in FIG. 1 (h) was completed.
  • Fig. 1 (g) shows a plano-convex two-stage shape, one of which has a convex lens shape and the other has a planar shape, made in a state polished for 30 minutes by the above design method. Show the completed crystal blank.
  • Fig. 1 (h) shows a two-stage concavo-convex shape, one of which has a convex lens shape and the other has a concave lens shape. Indicate the crystal blank that was used.
  • the power of the plano-convex shape as shown in Fig. 1 (g) or the concavo-convex shape as shown in Fig. 1 (h) depends on the design of the polishing time. Is determined by
  • the center inside the groove The dynamic pressure is lowest at both ends where the dynamic pressure is highest. Since the polishing amount is proportional to the pressure, the polishing amount between both end portions changes with a curvature like a part of a spherical surface. As a result, the shape inside the two-step concave groove was designed to be a concave lens with some curvature of the spherical surface. Since the phenomenon of dynamic pressure occurs inside the concave groove portion and the phenomenon of radius makes the shape of a convex lens, the longer the polishing processing time, the more ideal both sides of the crystal unit, Concave-convex lens shape
  • the most distinctive feature of the crystal unit designed and manufactured by this processing method is that a single-sided grooved-type crystal blank with a concave shape is manufactured by chemical etching and then a double-side polishing machine is used. And polishing only once, one surface has a convex lens shape with one central axis, the other surface has a concave lens shape with one central axis, and two concave-convex lens shapes. It means that the central axis is perfectly natural and perfectly coincident.
  • the concave shape is formed by using a crystal plate in which the optical axis of the material of the crystal plate is cut at a right angle to the crystal plate, an axis perpendicular to the main surface of the crystal blank, or another predetermined angle.
  • the concave-shaped crystal blank is polished using a double-side polishing machine, so that the crystal optical axis or rotating optical axis, or the AT-cut blank.
  • the quartz resonator can piezoelectrically generate a high-frequency elastic vibration wave having a single wavelength as a fundamental wave.
  • the fact that there is no sub-vibration mode near the main vibration means that the main vibration and sub-vibration are coupled regardless of the temperature change or even if the gravitational acceleration G changes rapidly. As a result, the phenomenon that the main vibration jumps to the sub vibration does not occur.
  • the aperture ratio (d / t) which is the ratio of the diameter d of the vibrating portion to the plate thickness t of the vibrating portion, can be easily optimized.
  • the two-stage structure is a structure that can withstand the gravitational acceleration that is shock-resistant.
  • the quartz resonator having the two-stage shape has a feature that the energy applied to the vibrating portion is efficiently used.
  • FIG. 2 shows a two-stage quartz crystal blank having a concave-convex lens-shaped vibrating portion processed by the above method, and an aluminum electrode having a width of 0.26 mm and a thickness of 2,000 A, as shown in the table.
  • FIG. 9 is a measurement diagram obtained by applying an AC voltage of 0.6 Vpp to a quartz oscillator in which electrodes are alternately formed from a surface and a back surface by vapor deposition.
  • the measuring instrument used for the measurement in FIG. 2 is a Network analyzer of model R3765CG manufactured by Advantest.
  • the measurement results showed that the main vibration frequency was 108.9 MHz, and no sub-vibration occurred within ⁇ 7 MHz.
  • FIG. 3 shows a two-stage single-sided grooved type crystal blank manufactured using chemical etching, and a Zygo-operated white interferometer of model New View5000.
  • FIG. 4 is a shape measurement diagram showing the shape measured by the method. The measurement results are shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c). According to the shape measurement diagram, the first chemically etched film has a dodecagonal groove with a diameter of 1.6 mm and a depth of 57.0 ⁇ m. Further, by performing a second chemical etching process as a next processing step, a circular portion having a diameter of 0.59 mm and a depth of 15.0 / im is processed.
  • FIG. 4 shows a convex lens-shaped surface obtained by polishing the concave quartz crystal blank having the two-stage shape shown in FIG. 3 using a double-side polishing machine for 30 minutes. ing.
  • the base lens had a convex lens shape with a base of 1.6 mm and an apex of 1.25 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a shape measurement diagram of the concave groove portion side of the quartz crystal blank of FIG. 4 measured using a Zygo model New View 5000 operated white interferometer. As can be seen from the shape measurement diagram, the interior of the two-stage concave groove portion has a planar shape.
  • the convex lens shape shown in FIG. 4 is a convex lens shape with one surface raised to 1.25 ⁇ m, and the other surface is a planar shape shown in FIG. It was confirmed that the shape was similar to the plano-convex shape shown in Fig. 1 (g).
  • FIG. 6 shows the opposite side of the concave portion of the quartz blank obtained by subjecting the quartz blank of FIG. 3 to the above-described polishing process for 60 minutes. It is the shape measurement figure measured using the meter. As can be seen from the shape measurement diagram, the central part of the crystal blank polished on the flat side has a convex lens shape with a base of 1.6 mm and a vertex of 3.5 / im. Was done.
  • FIG. 7 is a shape measurement diagram obtained by measuring the concave groove portion side of the crystal blank of FIG. 6 using an operation type white interferometer of model New View 5000 manufactured by Zygo.
  • the inside of the concave groove portion having a two-stage shape has a concave lens shape with a diameter of 0.48 mm and a depth of 12 nm. This was confirmed to be the concavo-convex shape shown in Fig. 1 (h).
  • FIG. 8 shows a two-stage quartz crystal blank having a width of 0.26 mm and a thickness of FIG. 6 in which the front surface has a convex lens shape and FIG. 7 in which the rear surface has a concave lens shape.
  • a quartz crystal unit with 2000 A in which aluminum electrodes are alternately formed by evaporation from the front and back surfaces. This photograph was taken of a Leica model with a Nomarski differential interference microscope from Leitz-Dmrm.
  • FIG. 2 shows a resonance characteristic diagram of the crystal resonator completed by using FIG. 8 as a device.
  • the quartz resonator used for the measurement in Fig. 2 has a convex lens shape on the front surface. Since the crystal blank shown in Fig. 7 is used, which has a concave lens shape on the back side, the diameter of the vibrating part is 0.59 mm, the diameter of the decagonal groove is 1.6 mm, Since the thickness of the vibrating part was 15.3 xm, the aperture ratio (dZt) was 38, the main vibration was 108.9 MHz, and the sub-vibration mode s was within ⁇ 7 MHz of the main vibration frequency. It can be seen that it is a single-wavelength piezoelectric elastic wave resonance that does not occur.
  • FIG. 9 shows a piano-convex based on a single-sided grooved type having a one-step shape unlike the single-sided grooved type having a two-step shape described in Proposed Example 1.
  • the figure shows processing means for a convex lens-shaped object having a shape or a concavo-convex shape.
  • a single-sided grooved crystal blank of a convex lens-shaped object such as a plano-convex shape or a concavo-convex shape, based on a two-sided single-sided groove shape as described in Proposal Example 1
  • the crystal resonator manufactured by using AT-cut is made of AT-cut, for example, with a shape of 100 MHz or more, which is relatively optimal for high frequencies.
  • FIG. 9 (a) shows a crystal blank of AT-cut having a thickness of 300 ⁇ m, a length of 12.0 mm and a width of 12.0 mm as a material.
  • FIG. 9 (b) shows a state in which a hatched portion in the figure is dissolved using chemical etching to form a one-sided groove shape having a one-step shape.
  • FIG. 9 (c) shows a dimensional drawing of a single-sided grooved crystal blank having a one-step shape formed by chemical etching.
  • FIG. 9 (d) shows a state in which mechanical polishing is performed by using a double-side polishing machine, as described with reference to FIGS. 1 (e) and (f) in the first proposed example. Since the content is exactly the same as that described above, the description is omitted here.
  • FIG. 9 (f) shows the shape of the single-sided grooved crystal blank shown in FIG. 9 (c) that has been changed to a piano-convex shape after polishing for 3 hours using a double-sided polishing machine. Is shown.
  • Fig. 9 (g) shows the single-sided grooved crystal blank shown in Fig. 9 (c) using a double-side polishing machine.
  • Figure 10 shows that the shape of the vibrating part of the single-sided grooved crystal blank with a one-step shape is a circular shape instead of the shape of the decagonal vibrating part shown in Prior Proposal 2. Things.
  • the above-mentioned Proposal 2 is basically for producing a low-frequency crystal resonator of about 1 MHz, and has a plano-convex shape based on a single-step groove having a single-step shape.
  • FIG. 11 and Fig. 12 show that the material is AT-cut, even if it is a plano-convex shape or a concavo-convex shape based on a one-sided groove shape with a one-step shape, and the material is AT-cut and 167MHz or higher.
  • 3 is a flowchart illustrating that a high-frequency crystal resonator can be manufactured.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal resonator of the fifth prior-art example.
  • the blank made of AT-cut material is chemically etched as shown in Figs. 13 (b) and (c) to produce a one-step groove on one side.
  • a crystal resonator with a plano-convex shape shown in Fig. 13 (h) or a concavo-convex shape shown in Fig. 13 (i) is manufactured. I do.
  • a crystal unit that oscillates at exactly the same frequency at the same time Hundreds of crystal blanks with a perfect circular shape, a circular piano-convex shape, or a concavo-convex shape can be manufactured at a time using a double-side polishing machine (polishing thigh chine). . Therefore, it is possible to manufacture crystal units having the same performance at extremely low cost.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a process of manufacturing another crystal unit of the fifth prior art example.
  • the crystal blank with the AT-cut material shown in Fig. 14 (a) was chemically etched as shown in Fig. 14 (b) to produce a one-step single-sided groove. ) and (d), a two-step single-sided grooved type is manufactured by chemical etching, and then, as shown in Fig. 14 (e) and (f), a double-sided polishing machine, a single-sided polishing machine, or other polishing
  • the measurement accuracy may be further improved when the concavo-convex shape of a perfect circle or a round shape shown in ()) is used.
  • Patent Document 1 JP-A-48-83753
  • Patent Document 2 JP-A-53-71595
  • Patent Document 3 JP-A-48-34494
  • Patent Document 4 U.S. Pat.No. 3,617,780
  • Patent document 5 JP-A-60-170312
  • Patent Document 6 JP-A-2000-317782
  • Patent Document 7 International Publication WO 02/07234
  • liver cancer-specific protein excreted from the cancer cell that has developed in the liver dissolves in the blood.
  • the liver cancer-specific protein dissolved in the blood to be detected using an antigen-antibody reaction, 10- 18 having the above resolution, it is necessary quartz oscillator ultrahigh precision.
  • cancer cells unique to each organ are excreted from different organs.
  • the 10 18 or more resolution, ultra-high accuracy crystal oscillator, namely Ru required der biosensor the 10 18 or more resolution, ultra-high accuracy crystal oscillator, namely Ru required der biosensor.
  • the examination method using radiation (X-ray), which is a common examination means, can only diagnose the radiation (X-ray) at a cellular level.
  • a drawback of screening for cancer using radiation is that the radiation (X-rays) itself is a dangerous test method that is considered to be a factor that causes cancer. is there.
  • the measurement accuracy is low, it cannot be determined that cancer cells must grow to some extent.
  • the present invention is used as a biosensor capable of detecting a protein specific to cancer cells in each organ from blood or plasma using the characteristics of the quartz resonator proposed in Patent Document 7. It is an object of the present invention to provide a crystal resonator and a processing method thereof.
  • a first configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two single-stage concave shapes having a single-stage shape are formed on a single crystal substrate.
  • a second configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two, two-step or two-step or more steps of a single-sided concave shape are formed on one crystal substrate.
  • a third configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two one-stage flat-convex lens shapes are formed on one crystal substrate.
  • a fourth configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two concave-convex lens shapes having a one-step shape are formed on a single crystal substrate.
  • a fifth configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two steps or two or more steps of a step-shaped flat-convex lens shape are formed on a single crystal substrate.
  • a sixth configuration of the present invention is a crystal resonator in which at least two steps or two or more steps of a concave-convex lens shape having at least two steps are formed on one crystal substrate.
  • a seventh configuration of the present invention at least two steps, one step, two steps, or two or more steps of stepped concave portions are formed on one surface of one quartz substrate, A flat-convex lens-shaped crystal resonator having a convex lens formed at a position facing the concave portion on the other surface of the crystal resonator.
  • a stepped concave lens shape of at least two steps, one step, two steps, or two or more steps is formed on one surface of one quartz substrate,
  • a ninth configuration of the present invention is that, after forming at least two one-step concave shapes on one side on a single quartz substrate, a double-side polishing machine, a single-side polishing machine, or other
  • This is a method for processing a quartz oscillator that forms a convex lens shape such as a plano-convex lens shape or a concave-convex lens shape using the polishing machine described above.
  • a tenth configuration of the present invention is directed to a quartz crystal blank in which at least two, one-step, two-step, or two-step or more steps of a single-sided concave shape are formed on one quartz substrate.
  • An eleventh configuration of the present invention is directed to a quartz crystal blank in which at least two, one-step, two-step, or two-step or more steps of a single-sided concave lens shape are formed on one quartz substrate.
  • a vapor deposition or other means to connect the electrodes between the concave lens shapes and the concave This is a quartz resonator having a lead wire extending in a direction perpendicular to the axis of the electrode connecting the lens shapes.
  • a single-sided concave shape is formed by performing a chemical etching force using hydrofluoric acid or a dry etching force such as a plasma etching force on a quartz substrate.
  • a chemical etching force using hydrofluoric acid or a dry etching force such as a plasma etching force
  • the amorphous damage layer generated on the quartz substrate is removed using a back and forth, double-side polishing machine, single-side polishing machine, or another polishing machine, and the original quartz crystal is removed.
  • a crystal resonator is manufactured by forming two or two or more single-sided grooved vibrating portions of one-step shape or two-step shape on a one-chip crystal blank. I do.
  • the cancer cells specific protein that is excreted from cancer cells, if the natural frequency of the quartz resonator of 10-18 or more accurate, the cancer cells, Ru which organ force generated cancers der force , For example, liver cancer, gastric cancer, or lung cancer.
  • a natural frequency is placed on a one-chip or two-step one-chip quartz blank.
  • a crystal unit with two or more vibrating parts that are infinitely equal.
  • the biosensor using the quartz oscillator of the present invention excretes cells other than cancer cells, for example, cells such as O-157, or HIV, HCV, HBV, HTLV_1, coronavirus, or other viruses. It is also suitable for instantaneous measurement of proteins.
  • the frequency of each vibration part is not limited. Under the conditions, for example, even if the processing accuracy of the surface of the piezoelectric material such as temperature, humidity, quartz, etc., the angle of the cut surface when cutting the material, the material of the quartz, or other conditions are different, each vibration The same frequency can be oscillated up to the last digit.
  • a method of forming a plurality of vibrating portions having exactly the same frequency on a one-chip quartz plate is to form at least two one-stage concave shapes on one quartz substrate in a single-step shape. Then, using a double-sided polishing machine, a single-sided polishing machine, or another polishing machine, a process unique to the present invention for forming a convex lens shape such as a plano-convex lens shape or a concave-convex lens shape is realized. Can be done.
  • the frequency of the crystal unit used as a control and the frequency of the crystal unit used to measure a sample can be set to be exactly the same under any conditions, for example, to the last digit. Can not. Brief Description of Drawings
  • FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a quartz resonator of Proposal Example 1.
  • Electrodes are alternately provided on the front and back surfaces of the concave-convex lens-shaped vibrating part of a two-stage quartz crystal resonator processed by the above method, and an AC voltage of 0.6 Vpp is applied between the electrodes.
  • the figure is a measurement diagram measured by a network analyzer of model R3765CG manufactured by Advantest.
  • FIG. 3 The inside of the concave groove of the single-sided grooved type unpolished crystal blank of the two-step shape manufactured by the above method is manufactured by Zygo's New View 5000 operation type. It is the shape measurement figure measured using the white interferometer.
  • FIG. 5 is a shape measurement diagram of the inside of the concave groove portion of the quartz crystal blank of FIG. 4 measured using a Zygo model New View 5000 operated white interferometer.
  • Fig. 6 The quartz blank of Fig. 3 was polished for 60 minutes as described above, and the opposite side of the inside of the concave groove portion of the quartz blank was replaced with a Zygo model New View 5000 operated white interferometer. It is the shape measurement figure measured using.
  • FIG. 7 is a shape measurement diagram of the inside of the concave groove portion of the crystal blank of FIG. 6 measured using a Zygo model New View 5000 operated white interferometer.
  • FIG. 8 Aluminum electrodes are alternately placed on the front and back surfaces of a two-stage quartz crystal blank, the shape of which is shown in Fig. 6 where the front surface is a convex lens shape and Fig. 7 where the back surface is a concave lens shape.
  • the photograph of the formed crystal oscillator is shown. This photograph was taken of a Leica model with a Leitz-Dmrm Nomarski differential interference microscope.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit of Prior Proposal Example 2.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit of Prior Proposal Example 3.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a manufacturing process of a crystal unit of Prior Proposal Example 4.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing process of a crystal resonator according to Prior Proposal Example 4.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a manufacturing process of a quartz resonator of Prior Proposition Example 5.
  • Garden 14] is a flowchart showing the steps for manufacturing the crystal resonator of the prior proposal example 5.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 21 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 24 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 25 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 26 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 27 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 28 is a flowchart showing a manufacturing process of the crystal unit according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 29 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 30 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 31 is a three-dimensional stereomicrograph of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 32 is a three-dimensional stereomicrograph of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 33 The inside of a concave groove portion of a polished quartz blank of a single-sided grooved type having a two-stage shape of the crystal resonator of the third embodiment of the present invention is manufactured by Zygo.
  • FIG. 4 is a shape measurement diagram measured using an operation-type white interferometer of View 5000.
  • FIG. 34 The inside of a concave groove portion of a polished crystal blank of a single-sided grooved type having a two-stage shape of the crystal resonator of the third embodiment of the present invention is manufactured by Zygo.
  • FIG. 4 is a shape measurement diagram measured using an operation-type white interferometer of View 5000.
  • FIG. 35 shows resonance frequency characteristics of an unpolished single-sided grooved type crystal blank having a two-stage shape of the crystal resonator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 36 A single-sided grooved type having a two-stage shape of the crystal resonator of Embodiment 3 of the present invention. 3 shows the resonance frequency characteristics of the polished quartz blank.
  • FIG. 37 is a three-dimensional stereomicrograph of a quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 38 shows resonance frequency characteristics of a single-sided grooved type polished quartz crystal blank having a two-stage shape of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 39 is a three-dimensional stereomicrograph of a quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 40 shows resonance frequency characteristics of a single-sided grooved type polished quartz crystal blank having a two-stage shape of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 41 is a three-dimensional stereomicrograph of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 42 shows resonance frequency characteristics of a single-sided grooved type polished quartz crystal blank having a two-stage shape of the quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 43 is a three-dimensional stereoscopic micrograph of a quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 44 shows resonance frequency characteristics of a single-sided grooved type polished quartz blank having a two-stage shape of the quartz resonator according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 45 is a three-dimensional stereomicrograph of a quartz oscillator of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 46 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 47 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 48 is a flowchart showing a process of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 49 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 50 is a flowchart showing a process of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 51 is a flowchart showing a process of manufacturing a crystal resonator according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 52 is a flowchart showing the steps of manufacturing a crystal resonator according to Example 5 of the present invention.
  • FIG. 53 is a flowchart showing a manufacturing process of a crystal resonator according to a fifth embodiment of the present invention.
  • a crystal resonator When a crystal resonator is used as a noise sensor, as shown in FIGS. 15 to 23, for example, a frequency of 14 . Fabricate two or more (two are shown in the figure) 3MHz single-sided inverted mesa type quartz resonators of exactly the same shape. Then, for example, the crystal oscillator on the left side is used as a control surface sample (control), and the crystal oscillator on the right side is used as a receiver for receiving a receptor for actual sample (for receiving liquid). . As a result, the measurement data of the control surface sample and the comparative power of the receptor for actual sample can be easily and accurately made without error.
  • a single-sided inverted mesa type two concave-shaped, one-step-shaped vibrating parts are formed on one one-chip water bunch, and used as a nanosensor. Shows a crystal blank.
  • a single-sided inverted mesa type (concave shape) is formed without using the polishing means described in FIG.
  • Figs. 16 and 17 show that the crystal blank shown in Fig. 15 is polished for 30 minutes using the processing method described in Fig. 1, for example, using a double-sided polishing machine. This shows a state in which it is processed into a -convex shape (flat-convex lens shape).
  • the difference between FIG. 16 and FIG. 17 is that the shape of the base material quartz plate is round or square.
  • FIGS. 18 and 19 show a quartz plate in which two vibrating portions are formed in a concave shape (single-sided inverted mesa type) on one quartz plate, with reference to FIG.
  • the figure shows a state in which polishing is performed for 60 minutes using a processing means, for example, a double-side polishing machine, to form a concavo-convex shape (concave-convex lens shape).
  • a processing means for example, a double-side polishing machine
  • the shape of the base material quartz plate is round or square.
  • FIGS. 20 and 21 show a crystal resonator in which a single-sided inverted mesa type concave shape, two-stage shape, and two vibrating portions are formed on a single one-chip crystal blank. Shows a crystal blank intended to be used as a biosensor in a state where it is shaped without using the polishing means described in FIG.
  • Figs. 22 and 23 show a two-stage polished quartz blank formed with two-stage vibrating parts as described in Figs. 20 and 21, as shown in Fig. 1. This shows a state in which two piano-convex shapes are simultaneously processed into the same convex lens shape by polishing for 30 minutes.
  • FIG. 24 and FIG. 25 show two vibrating parts having a two-stage shape shown in FIG. 20 and FIG.
  • the formed quartz blank was polished using a double-sided polishing machine for 60 minutes, and two pieces were simultaneously and exactly the same shape in a two-stage concavo-convex shape (concave shape). —Convex lens shape) to show the state.
  • FIGS. 16 and 17 and FIGS. 18 and 19 The difference between FIGS. 16 and 17 and FIGS. 18 and 19 is that, while shown in FIGS. 16 and 17, using the double-sided polishing machine shown in FIG. 18 and 19, while only polishing is performed for 60 minutes using the double-sided polishing machine shown in Fig. 1.
  • the only difference between FIGS. 22 and 23 and FIGS. 24 and 25 is that the polishing time is 30 minutes and 60 minutes.
  • the concavo-convex-shaped convex lens-shaped crystal unit has a lower applied energy than the one-stage, concave-shaped crystal unit shown in Fig. 9-Fig. 13, Fig. 15-Fig. It has a structure that can be used efficiently.
  • Figs. 26 and 27 show two crystal oscillators each having a one-step shape, a double-sided inverted mesa type, and a concave shape on both sides, on a single one-chip crystal blank.
  • FIG. 4 shows a quartz blank intended for use as a biosensor.
  • FIG. 28 and FIG. 29 show two-stage shapes on one one-chip crystal blank
  • This figure shows a crystal blank intended to be used as a biosensor by forming two crystal oscillators of double-sided inverted mesa type, both sides of which are concave.
  • the electrical characteristics are better if a quartz crystal resonator is completed using a quartz blank in which a vibrating portion having a two-step shape is formed.
  • FIG. 30, FIG. 31, FIG. 32, FIG. 33, and FIG. 34 show a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 shows a flowchart and a dimensional diagram of a method for processing the crystal resonator according to the third embodiment.
  • FIGS. 31 and 32 show three-dimensional stereoscopic photographs of the crystal unit of Example 3.
  • Figs. 33 and 34 show photographs taken by using an operation type white interferometer of the New View 5000 type manufactured by Zygo. As shown in the three-dimensional stereographs of Figs. 31 and 32, the surface formed with two convex lens shapes with a height of 7.89 zm on the quartz plate on one chip is shown in Figs. Figure 34 shows a photograph taken from the back. From this photograph, it was confirmed that a two-step grooved quartz crystal unit was formed.
  • Figs. 35 (a) and (b) show the resonance frequency characteristics of the quartz blank without polishing shown in Fig. 30 (a) and (b) of the third embodiment. ing.
  • a description will be given of a comparison with a non-polished quartz blank, which is measured and polished using a double-sided polishing machine, using the resonance frequency characteristic as a control.
  • Figs. 36 (a) and 36 (b) show the quartz blank shown in the dimensions of Figs. 30 (a) and 30 (b) polished to 6. ⁇ 6 ⁇ from one side and 12. ⁇ from both sides. After processing, measure the resonance frequency characteristics. Is shown.
  • FIG. 37 is a photograph of the shape of the quartz blank used to measure the resonance frequency characteristics shown in FIG. 36, taken using a three-dimensional stereo microscope. According to the three-dimensional stereoscopic micrograph, it was confirmed that the height of 7.89 xm was raised to form two convex lens shapes having exactly the same shape.
  • Figs. 38 (a) and 38 (b) show the quartz blank shown in the dimensional drawings of Figs. 30 (a) and 30 (b) polished 10.0 xm from one side and 20. Oxm from both sides. A measurement diagram of the resonance frequency characteristic is shown later.
  • FIG. 39 is a photograph of the shape of the quartz blank used to measure the resonance frequency characteristics shown in FIG. 38, taken using a three-dimensional stereo microscope. According to the three-dimensional stereomicroscope photograph, it was confirmed that the height of 12.17 xm was raised to form two convex lens shapes having exactly the same shape.
  • Figs. 40 (a) and (b) show the crystal blanks shown in the dimensional drawings of Figs. 30 (a) and (b), which were polished 20. ⁇ from one side and 40. ⁇ from both sides. The measured diagram of the resonance frequency characteristics after the test is shown.
  • FIG. 41 is a photograph of the shape of the quartz blank used to measure the resonance frequency characteristics shown in FIG. 40, taken using a three-dimensional stereo microscope. According to the three-dimensional stereomicroscope photograph, it was confirmed that the height of 18.61 xm was raised and two convex lens shapes having exactly the same shape were formed.
  • Figs. 42 (a) and 42 (b) show the quartz blank shown in the dimensional drawings of Figs. 30 (a) and 30 (b) polished by 30.0 xm from one side and 60. Oxm from both sides. The measured diagram of the resonance frequency characteristics after the test is shown.
  • FIG. 43 is a photograph of the shape of the quartz blank used to measure the resonance frequency characteristics shown in FIG. 42, taken using a three-dimensional stereo microscope. According to the three-dimensional stereomicroscope photograph, it was confirmed that the height of 21.95 xm was raised to form two convex lens shapes having exactly the same shape.
  • Figs. 44 (a) and (b) show the crystal blank shown in the dimensional drawings of Figs. 30 (a) and (b), which was polished by 32. ⁇ ⁇ ⁇ from one side and 64. ⁇ from both sides. Diagram of resonance frequency characteristics after Is shown.
  • FIG. 45 is a photograph of the shape of the quartz blank used to measure the resonance frequency characteristics shown in FIG. 44, taken using a three-dimensional stereo microscope. According to the three-dimensional stereomicroscope photograph, it was confirmed that the height of 23.10 x m was raised to form two convex lens shapes having exactly the same shape.
  • FIG. 36 shows the results shown in FIG. Tsukuda Jiki et al. 12.Oxm polished, after which, as shown in Fig. 37, the resonance frequency characteristics of a quartz blank with 7.89 ⁇ raised and a convex lens shape were confirmed. Comparing with FIG. 36, it was confirmed that the sub-vibration was separated from the main vibration in the measurement diagram of the polished quartz blank shown in FIG.
  • Fig. 38. 20 Using the resonance frequency characteristic diagram obtained by measuring the unpolished crystal blank shown in Fig. 35 as a control, the result is shown in Fig. 38. 20. After performing O / im polishing calorie measurement, as shown in Fig. 39, measured the resonant frequency characteristics of the quartz blank with the convex lens shape confirmed using the 12.17 ⁇ build-up force S. In comparison with the figure, the measurement diagram of the polished quartz blank shown in Fig. 38 shows that the sub-vibration moves away from the main vibration more than the measurement diagram shown in Fig. 36. Was confirmed.
  • the resonance frequency characteristic diagram of the unpolished crystal blank shown in Fig. 35 was used as a control, and shown in Fig. 40. 40.
  • the measured figure of the resonance frequency characteristic of the quartz blank with the convex lens shape confirmed using 18.61 xm ascending force was obtained.
  • the measurement diagram of the polished quartz blank shown in Fig. 40 confirmed that the sub-vibration moved further away from the main vibration than the measurement diagram of Fig. 38. Was done.
  • the resonance frequency characteristic diagram obtained by measuring the unpolished quartz blank shown in Fig. 35 was used as a control, and Fig. 44 shows the results. After performing the 64.0 ⁇ m polishing process, as shown in Fig. 45, the measured figure of the resonance frequency characteristics of the quartz blank with a raised convex shape of 23.10 xm and a convex lens shape was confirmed. In comparison, the measurement diagram of the polished quartz blank shown in FIG. 44 is one step higher than the measurement diagram of FIG. 42, and the sub-vibration moves away from the main vibration. Was confirmed.
  • FIG. 46—FIG. 51 shows Example 4 of the present invention, in which a single-sided inverted mesa type ( This shows a state in which a quartz blank with two quartz resonators (concave shape) formed in parallel has been turned into a convex lens-shaped quartz blank by polishing up and down using a double-sided polishing machine. ing.
  • the difference between FIG. 46 and FIG. 47 is that the polishing time required for polishing using a double-sided polishing machine, and in the case of FIG. This shows the state changed to blank.
  • the polishing time for polishing using a double-sided polishing machine was set to 24 hours, so that a quartz blank with a concave-convex lens shape was used. Shows the changed state.
  • FIG. 48 and FIG. 49 are the same as the contents described in FIG. 46 and FIG. 47, and thus description thereof will be omitted.
  • FIG. 46 and FIG. 47 and FIG. 48 and FIG. 49 The difference between FIG. 46 and FIG. 47 and FIG. 48 and FIG. 49 is that, for example, the cutting direction of the AT-cut, that is, the cutting direction of the crystal axis (X-axis) of quartz is different, It shows that the places where you can do it are different. This is necessary when determining the direction in which the electrodes are formed.
  • FIGs. 50 and 51 show a case where two single-sided inverted mesa type quartz resonators each having a one-stage shape are formed in parallel on one quartz blank (one chip). Is shown.
  • FIG. 51 is different in that two crystal resonators having a round shape are formed in contact with each other, whereas FIG. 50 is different in that the two crystal resonators are separately formed.
  • Fig. 46-Fig. 51 two or two or more pieces of one-stage shape are arranged in parallel or in series on one quartz plate (one chip).
  • the first problem with forming a concave-shaped quartz resonator is the method of alternately forming electrodes on the front and back surfaces using vapor deposition.
  • the direction in which the lead wire for applying voltage to the electrode is derived depends on the crystal axis direction (X-axis) of the quartz crystal.
  • leads are formed by alternately forming electrodes from the back surface, as shown in Figs. 46, 47 and 50, two concave quartz crystals formed in parallel on a quartz plate
  • the front side of the blank is facing upward or downward, and the back side is facing up and down or both left and right. In other words, it is impossible to apply a voltage to the electrode other than to derive a lead wire for applying a voltage to the electrode.
  • the direction in which the lead wire is derived is as follows: A concave crystal having at least two one-stage shapes, two-stage shapes, or two-stage shapes or more formed on a quartz substrate. If electrodes are to be formed on a surface with a concave or concave lens shape using a bran hood, vapor deposition or other means, as shown in Figure 46, Figure 47 and Figure 50, In addition to forming the lead wire from the electrode in the upward or downward direction perpendicular to the axis connecting the concave shape and the concave shape or the concave lens shape and the concave lens shape, the lead wire from the electrode Can not be pulled out.
  • the inclined surface When the inclined surface is formed in the directions shown in FIGS. 48 and 49, the inclined surface is formed in the same lateral direction, and therefore, the directional force for guiding the lead wire for applying voltage to the electrode is exactly the same. Since the direction is the left side or the right side, the lead wire cannot be led out. Therefore, the shapes shown in Fig. 48 and Fig. 49 are crystal resonators in which two or more plural concave crystal resonators are formed in parallel or in series on a single crystal plate. It can be said that the shape cannot be completed.
  • Figs. 46, 47 and 50 To complete two or more concave crystal oscillators in parallel or in series on a single quartz plate, see Figs. 46, 47 and 50. As shown, it is concluded that a quartz crystal cannot be completed except to form a quartz blank, whose surface is inclined upward or downward toward the quartz plate. In order to confirm whether the surface forms an inclined surface upward or downward toward the quartz plate, or whether the inclined surface forms the inclined surface, see Fig. 46 and Fig. As shown in Fig. 47 and Fig. 50, a corner cut of 0.6mm is provided only at one location on the quartz plate. By providing this corner cut, it is easy to identify the direction of the inclined surface formed on the surface of two or more concave quartz crystal blanks in parallel or in series. It has become possible.
  • FIGS. 52 and 53 show Example 5 of the present invention, in which a single-sided inverted mesa type (concave) having a two-stage shape was placed on one crystal blank (one chip). 2) This shows a state in which the quartz crystal blank having the quartz resonators formed in parallel has been polished from above and below using a double-sided polishing machine, so that the quartz blank has a convex lens shape.
  • FIG. 52 and FIG. 53 are the same as the contents of the differences described in FIG. 46 and FIG.
  • a single-sided groove having a two-step shape and a single-sided groove having a one-step shape were formed using scientific etching for convenience. Using a process such as plasma etching or ion etching or other accelerated protons, electrons, etc., to create a two-step or two-step or more step-shaped single-sided grooved quartz blank You can also.
  • Example 1-5 an example in which an AT-cut quartz blank was used as a material was shown for convenience, but other than AT-cut, for example, BT-cut, SC_cut, or other A cut crystal may be used. Further, besides quartz, for example, langasite, fused silica (ftised silica) or other piezoelectric materials may be used as a material.
  • Embodiments 1 to 5 the example in which the polishing is performed using a double-side polishing machine for convenience is shown.
  • a convex lens shape By changing from a mold blank (concave blank) to piano-convex, concavo-convex, etc., a convex lens shape can be created.
  • a single-sided groove having a two-step shape and a single-sided groove having a one-step shape were conveniently formed by chemical etching using hydrofluoric acid or the like.
  • a step shape such as a two-step shape or more, for example, a three-step shape, a four-step shape, or the like can also be used.
  • the aperture ratio was extremely small, and an Inverted mesa type could be manufactured. This will enable the production of ultrahigh-frequency crystal oscillators of GHz or more in the future.
  • a quartz blank having a one-step shape or a two-step or more step-like shape is manufactured by using hydrofluoric acid by chemical etching or dry etching
  • a hydrofluoric acid or plasma is obtained. Due to such an action, a damaged layer (amorphous layer) of about 0.2 ⁇ m is generated by the chemical etching or dry etching.
  • the damaged layer having a thickness of about 0.2 ⁇ m is polished from above and below or from one side using a double-side polishing machine, a single-side polishing machine, or other polishing means, so that the damage layer has a thickness of about 0 ⁇ m. Since the front and rear parts were removed, we found that the electrical characteristics of the crystal unit were further improved.
  • the present invention provides, as a quartz oscillator having two or two or more vibrating parts formed on a one-chip quartz plate, cancer cells, Itoda vesicles such as O-157, or It can be used as a biosensor for detecting proteins excreted by HIV, HCV, HBV, HTLV-1, coronavirus, or other viruses.

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Abstract

　人間の体内にて、例えば、肝臓に初期の癌細胞１個が発生した段階にて、その肝臓に発生した癌細胞から排泄される肝臓癌特有の蛋白質が血液中に溶解する。この血液中に溶解した肝臓癌特有の蛋白質を、抗原抗体反応を使用して検出するのには、１０-18以上の超高精度の水晶振動子が必要である。本発明の目的は、この肝臓癌特有の蛋白質を血液中、又は血漿中から検出することが出来るバイオセンサとして使用する水晶振動子を提供することである。コントロールと、測定対象の検体であるサンプルとの測定誤差をなくす目的で、１枚の水晶基板上に、１段階形状又は２段階形状をした２個以上の複数個の凹形状を形成する。これにより、例えば、温度、湿度等の環境条件、水晶などの圧電材料の表面の加工精度、切断面の角度の相違、水晶の材質、周波数が全く同じ、複数の振動部が形成でき、超高精度で、コントロールと検体とを比較して測定することが出来る。

Description

明 細 書
水晶振動子およびその加工方法
技術分野
[0001] 本発明は、単一波長の弾性振動'電磁波発振のための溝型凹一凸レンズ形状高周 波及び低周波水晶振動子に関し、特にバイオセンサとして用いることのできる水晶振 動子およびその加工方法に関する。
背景技術
[0002] 従来においては、凹一凸レンズ形状物体を形成する場合、一方の片面である表面 に、例えば凸レンズ形状を加工して仕上げた後、もう一方の片面である裏面に、凹レ ンズ形状をカ卩ェして、凹—凸レンズ形状を形成している。この従来の加工方法では、 表面と裏面を別々に 2回の加工手段にて、凹—凸レンズ形状を形成することになるの で、凸レンズ形状の加工軸である中心軸線と、凹レンズ形状の加工軸である中心軸 線を、完全に一致させることができない欠点がある（例えば、特許文献 1一 6参照）。
[0003] このような問題を解決するために、本発明者は、先に、主振動の近傍に全く副振動 モード (副振動モード)が存在しない水晶振動子を開発し、特許文献 7として国際特 許出願を行った。主振動の近傍に全く副振動モードが存在しないということは、温度 変化の如何によらず、または重力加速度である Gが急激に変化しても、主振動と副振 動が結合して主振動が副振動にジャンプする現象が起こらなくなるということを意味 する。
[0004] この単一波長で指向性のある高周波弾性波を最初に発振させることに成功したキ 一ポイントは、溝型凹ー凸（concavo-convex)レンズ形状水晶物体を形成するのに、 撓みの現象と動圧の現象を同時に使用して、表面に凸レンズ形状を裏面に凹レンズ 形状を同時に加工する設計法を発見したことである。すなわち、凸レンズ形状の加工 軸である中心軸線と凹レンズ形状の加工軸である中心軸線が、同時に形成可能とな る。その結果、 2つの中心軸線は、極く自然に完全に一致することになる。さらに、こ の加工方法によれば、水晶のブランク主面に垂直な軸と、 2つの加工中心軸線が完 全に一致する。これにより、 2段階形状をした片面溝形（single sided grooved type)の 振動部分として、極く小さい凹—凸レンズ形状でありながら、 2つの加工中心軸線と、 水晶のブランクである AT— cutの主面に垂直な軸の 3つの軸線が完全に一致した水 晶振動子が完成する。
[0005] 特許文献 7に基づぐ水晶振動子の振動部分が、同時に凹一凸レンズ形状に形成 される設計原理を、図 1に基づいて説明する。
(先提案例 1)
図 1 (a)は、水晶板の素材 (水晶ブランク）である。試料水晶ブランクとして、厚さが 9 Ο μ ΐη、縦幅が 3. 58mm,横幅が 3. 58mmの、素材が AT— cutのものを用いた。
[0006] 図 1 (b)は、図 1 (a)に示している水晶ブランクの中心部分に、最初に、 口径が 1. 6 mmで深さが 57. Ο μ ΐηの、 10角形状の大きい面積を、フッ酸を使用して化学エッチ ング（chemical etching)加工を行って、 1段階形状をした溝形（grooved type)の水晶 ブランクを加工している状態を示している。図 1 (c)は、図 1 (b)に示している 1段階形 状で 10角形状をした溝形の中心部分に、さらに 2番目の加工工程としてフッ酸を使 用して、 2回目の化学エッチング加工にて、円形形状をした、口径が 0. 59mmで、深 さが 15. 0 / mの 2段階形状部分（図中、斜線で示している部分）を形成している状 態を示している。
[0007] 図 1 (d)は、図 1 (b)及び図 1 (c)にて、フッ酸を使用しての 2回の化学エッチング加 ェを行ってできた、 2段階形状をした single-sided grooved-typeの水晶ブランクを示し ている。この図 1 (d)に示している形状の水晶振動子を完成させる過程で、興味ある 発見をした。最初に小さい面積の円形形状の口径が 0. 59mmの振動部分を化学ェ ツチング加工して、次に 2番目の加工工程として大きい面積の口径が 1. 6mmの 10 角形状をした溝部分を化学エッチング力卩ェで製作すると、水晶の異方性が発生して 、振動部分に水晶の結晶方向が発生することにより、水晶振動子としては全く使用す ることができなかった。通常考えられない化学エッチングカ卩ェ方法にて、 2段階形状 をした single-sided grooved-typeの水晶振動子を完成させることができた。
[0008] 図 1 (d)に示した水晶ブランクを設計 '製作した後、図 1 (e)に示しているように、上 下の研磨盤の間に水晶ブランクをある一定の圧力をかけて挟み、両面研磨加工機械 (dual-face polishing machine)を使用して研磨加工をする。研磨剤としては、酸化セリ ゥムを使用する。そうすると、図 1 (f)にその拡大図と圧力分布図を示しているように、 凹形状をした水晶ブランクを上下の研磨盤で圧力を掛けて挟むために、両面研磨加 ェ機械に挟まれた凹形状の水晶ブランクの圧力分布は、矢印にて示しているように、 フレーム部分は上下の両側からの圧力を受けるが、振動部分の反対側は空洞となつ ているので、下からのみの圧力を受ける。その結果、 10角形状をした溝部分及び円 形形状の振動部分の中心を頂点として、上方向に橈む。こうして、上方向に逃げた橈 みの分だけ、圧力は中心部分を最小として、両端で最大となる。また両部分の間の 研磨量は、球面の一部のように曲率をもって変化する。研磨量は圧力に比例する。し たがって、加工後の 2段階形状をした single-sided grooved-typeの水晶ブランクは、 振動部分の中心部分を最大として飛び出し、膨らんだ凸レンズ形状となる事が解明 できた。この結果、図 1 (g)に示しているような、平一凸レンズ形状、または図 1 (h)に 示しているような凹—凸レンズ形状が完成した。
[0009] 図 1 (g)は、前記の設計方法で 30分間研磨加工した状態で作られた、一方の片面 が凸レンズ形状で他方の片面が平面形状をした plano-convex形状の 2段階形状をし た水晶ブランクを示してレ、る。
[0010] 図 1 (h)は、前記の設計方法で 60分間研磨加工した状態で作られた、一方の片面 が凸レンズ形状で他方の片面が凹レンズ形状をした concavo-convex形状の 2段階形 状をした水晶ブランクを示してレ、る。
[0011] 図 1 (g)に示しているような plano-convex形状になるのカ または図 1 (h)に示してい るような concavo-convex形状になるのかは、研磨加工の加工時間の設計によって決 定される。
[0012] その理由は、図 1 (d)に示している、 2段階形状の凹形状をした水晶ブランクの内部 である 10角形状の溝部分の内部及び円形形状をした振動部分である凹形状内部の 溝部分に研磨剤として使用している酸化セリウムの砥粒が入り、両面研磨加工機械 の上下の研磨盤に挟まれた研磨圧力により float polishing加工の加工現象と全く同じ 現象が 2段階形状の凹形状内部で起こるからである。これによつて、 2段階形状の凹 形状をした水晶ブランクの凹形状内部にて、強い動圧が発生するために、 2段階形 状をした水晶ブランクの凹形状内部の圧力分布は、凹形状の溝部分内部の中心部 分が最も動圧が高ぐ両端部分が最も動圧が低くなる。研磨量は圧力に比例するの で、両端部分の間の研磨量は、球面の一部のように曲率をもって変化する。その結 果、 2段階形状をした凹形状溝部分内部の形状は、球面の一部の曲率を持った凹レ ンズ形状になるように設計が出来た。この動圧の現象が凹形状溝部分内部で起きる ことと、橈みの現象により凸レンズ形状になることで、研磨加工の加工時間が長くなれ ばなるほど、水晶振動子としては理想的な、両面が凹—凸レンズ形状の
concavo-convex开娥となること力半 IJ明した。
[0013] この加工方法により設計 ·製作した水晶振動子の最大の特徴は、凹形状をした single-sided grooved-typeの水晶ブランクを化学エッチング加工にて製作した後、両 面研磨加工機械を使用して 1回研磨加工するだけで、一方の面が 1つの中心軸線を もっている凸レンズ形状となり、他方の面が 1つの中心軸線を持っている凹レンズ形 状となり、しかも凹一凸レンズ形状の 2つの中心軸線が極く自然に完全に一致すると 言うことである。
[0014] そこで、水晶板の素材の光軸を水晶板に対して直角、又は水晶のブランク主面に 垂直な軸またはその他の決められた角度に切断した水晶板を使用して、凹形状をし た水晶ブランクさえ製作すれば、この凹形状をした水晶ブランクを、両面研磨加工機 械を使用して研磨加工することで、水晶の光軸または回転光軸、又は AT— cutのブ ランク主面に垂直な軸と、振動部分を構成する片面の凸レンズ形状の中心軸線と、 他面の凹レンズ形状の中心軸線の 3つの線軸が完全に一致することが出来た。
[0015] さらに、フッ酸などの化学薬品を使用して、化学エッチング加工を行うと、加工時間 にもよる力 水晶母材の表面上に、 0. 2 x m前後のダメージ層（非晶質層）が発生す る。この非晶質層 (水晶本来の結晶の性質が劣化するか、又は結晶の性質がなくな る）を、適切な時間、研磨加工することにより除去することで、水晶本来の電気的な特 性を引き出すことになり、より一段と、電気的な特性が向上することが発見された。
[0016] また本研磨加工の時間設計により、最終仕上げをして、図 2に示しているような、主 振動の近傍に全く副振動モードの発生がない、凹—凸レンズ形状の水晶振動子が出 来上がる設計法を確立できた。これにより、上記水晶振動子は、基本波で単一波長 の高周波弾性振動波を圧電的に発生できることが判明した。 [0017] 主振動の近傍に全く副振動モードが存在しないと言うことは、温度変化の如何によ らず、または重力加速度である Gが急激に変化しても、主振動と副振動が結合して主 振動が副振動にジャンプする現象が起こらなくなる。
[0018] もし水晶振動子の主振動が副振動にジャンプする現象が、温度変化、または力学 的重力加速度によって発生すれば、ロケット、人工衛星などの宇宙機器に使用する レーダー、計測器、センサ、コンピューター、通信機器などの高精度電子デバイスが 誤動作を起こす原因となる。
[0019] また、水晶振動子の形状を 2段階形状としたことにより、容易に、振動部分の口径 d と、振動部分の板厚 tの比である口径比（d/t)を、最適設計ができ、副振動の発生 を取り除き、かつ、この 2段階形状の構造が、耐衝撃性である重力加速度に耐え得る 構造でもある。
[0020] さらに、 2段階形状をした水晶振動子の特徴としては、振動部分に印加したェネル ギ一が効率よく利用される構造である。
[0021] 図 2は、上記の方法で加工された凹一凸レンズ形状の振動部分を有する 2段階形状 の水晶ブランクに、幅が 0. 26mmで、厚さが 2000Aの、アルミニウムの電極を表の 面と、裏の面から蒸着により電極を交互に形成した水晶振動子に、 0. 6Vppの交流 電圧を印加して測定した測定図である。
[0022] 図 2の測定に使用した測定器は、 Advantest社製の、型式が R3765CGの Netwo rkアナライザーである。測定結果は、主振動周波数が 108. 9MHzで、 ± 7MHz以 内には副振動が全く発生していない、設計通りの単一波長の共振周波数特性であつ た。
[0023] 図 3は、化学エッチング加工を使用して製作した、 2段階形状をした single-sided grooved typeの水晶ブランクを、 Zygo社製の型式が New View5000の操作型白 色干渉計を使用して形状を測定した形状測定図である。測定結果は、図 1 (b)及び 1 (c)に示している。この形状測定図によると、最初の化学エッチングカ卩ェで、 口径が 1 . 6mmで、深さが 57. 0 μ mの 10角形状をした grooveが形成されている。さらに、次 の加工工程として 2回目の化学エッチング加工を行うことにより、 口径が 0. 59mmで 、深さが 15. 0 /i mの円形形状部分が加工されている。 [0024] 図 4は、図 3に示している 2段階形状をした凹形状の水晶ブランクを、両面研磨加工 機械を使用して、 30分間研磨加工をした状態の凸レンズ形状になった表面を示して いる。
[0025] 図 4力ら、底辺が 1. 6mmで、頂点が 1. 25 μ m盛り上がつている凸レンズ形状とな つていることが確認された。
[0026] 図 5は、図 4の水晶ブランクの凹形状の溝部分側を、 Zygo社製の型式が New Vie w 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。この形状測 定図から判るように、 2段階形状をした凹形状の溝部分内部は、平面形状である。
[0027] このことにより、図 4に示している凸レンズ形状は、片面が 1. 25 μ m盛り上がった凸 レンズ形状で、もう一方の片面は図 5に示している平面形状である。図 1 (g)に示して レヽる plano-convex形状と同じような形状であることが確認された。
[0028] 図 6は、図 3の水晶ブランクを前述の研磨加工を 60分行った水晶ブランクの凹形状 の溝部分とは反対側を、 Zygo社製の型式が New View 5000の操作型白色干渉 計を使用して測定した形状測定図である。この形状測定図から判るように、水晶ブラ ンクの平面側を研磨した中央部は、底辺が 1. 6mmで、頂点が 3. 5 /i m盛り上がつ た凸レンズ形状となっていることが確認された。
[0029] 図 7は、図 6の水晶ブランクの凹形状の溝部分側を、 Zygo社製の型式が New Vie w 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。この形状測 定図から判るように、 2段階形状をした凹形状の溝部分内部は、口径が 0. 48mmで 、深さが 12nmの凹みができて凹レンズ形状である。これは、図 1 (h)に示している concavo-convex形状である事が確認された。
[0030] 図 8は、表面が凸レンズ形状となっている図 6及び裏面が凹レンズ形状となっている 図 7の形状である 2段階形状をした水晶ブランクに、幅が 0. 26mmで、厚さが 2000 Aの、アルミニウムの電極を表の面と、裏の面から蒸着により電極を交互に形成した 水晶振動子の写真を示している。この写真は、ライカ社製の型式が Leitz— Dmrmの ノマルスキ微分干渉顕微鏡で撮影されたものである。
[0031] この図 8をデバイスとして完成させた水晶振動子の共振特性図を図 2に示している。
この図 2の測定に使用した水晶振動子は、表の面が凸レンズ形状となっている図 6及 び裏の面が凹レンズ形状となっている図 7に示している水晶ブランクを使用している ので、振動部分の口径が 0. 59mmで、 10角形状の溝部分の口径が 1. 6mmで、振 動部分の厚さが 15. 3 x mであったので、 口径比（dZt)は 38であり、主振動は 108 . 9MHzで、その主振動周波数の ± 7MHz以内には全く副振動モード sの発生がな ぐ単一波長の圧電弾性波の共振であることがわかる。
[0032] 図 9に示しているのは、先提案例 1にて説明している 2段階形状をした single-sided grooved typeとは異なり、 1段階形状をした片面溝型に基づいた piano-convex形状、 または concavo-convex形状をした凸レンズ形状物体の加工手段を示している。
(先提案例 2)
先提案例 1にて説明してレ、る、 2段階形状をした片面溝型に基づレ、た plano-convex 形状または concavo-convex形状などの凸レンズ形状物体の片面溝型水晶ブランクを 使用して製作した水晶振動子は、素材は、 AT - cutで、例えば 100MHz以上の、比 較的に高周波用に最適な形状である。ただし、 2段階形状をした片面溝型水晶ブラ ンクを使用して例えば 100MHz未満の、 1MHzから 70MHz前後の低周波用の水 晶振動子の製作に適用することも十分可能である。
[0033] 図 9 (a)は、素材としては、 AT— cutで、厚さが 300 μ mで、縦幅が 12. 0mmで、横 幅が 12. 0mmの水晶ブランクを示している。
[0034] 図 9 (b)は、図中斜線の部分を、化学エッチングを用いて溶解させて、 1段階形状を した片面溝型を作成してレ、る状態を示してレ、る。
[0035] 図 9 (c)は、化学エッチングで作成した 1段階形状をした片面溝型水晶ブランクの寸 法図を示している。
[0036] 図 9 (d)は、両面研磨機を用いて機械研磨をしている状態を示しているが、先提案 例 1における図 1 (e)および（f)にて説明してレ、る内容と全く同じであるので、ここでは 説明を省略する。
[0037] 図 9 (f)は、図 9 (c)に示している片面溝型水晶ブランクを、両面研磨機を使用して 3 時間研磨加工を行った後の piano-convex形状に変化した形状を示している。
[0038] 図 9 (g)は、図 9 (c)に示している片面溝型水晶ブランクを、両面研磨機を使用して
6時間研磨加工を行った後の concavo-convex形状に変化した形状を示している。 [0039] 図 9 (f)に示しているような piano-convex形状になるの力、、または図 9 (g)に示してい るような concavo-convex形状になるのかの説明は、先提案例 1における図 1 (g)に示 しているような piano-convex形状になるの力、、または図 1 (h)に示しているような concavo-convex形状になるのかの説明と同じであるので、ここでは説明を省略する。 (先提案例 3)
図 10は、 1段階形状をした片面溝型水晶ブランクの振動部分の形状が、先提案例 2に示している 10角形状をした振動部分の形状ではなぐ振動部分の形状が円形形 状としたものである。振動部分の形状を円形形状とすることにより、より一段と副振動 の発生を取り除くことができる。
(先提案例 4)
前記の先提案例 2は、基本的に 1MHz前後の低周波水晶振動子を製作することを 目的とし、 1段階形状をした片面溝型に基づいた plano-convex形状または
concavo-convex形状をした凸レンズ形状物体の加工手段を示した。これに対して、 図 11及び図 12は、 1段階形状をした片面溝型に基づいた plano-convex形状または concavo-convex形状をした凸レンズ形状物体でも、素材は AT— cutで、 167MHz以 上の高周波水晶振動子を製作することができることを説明している流れ図である。
[0040] 図 11及び図 12に示している流れ図の説明は、基本的に先提案例 2、及び先提案 例 3における流れ図の説明と同じなので省略する。
(先提案例 5)
図 13は、先提案例 5の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。図 13 (a)に示 している、素材が AT— cutの水晶ブランクを図 13 (b) , (c)に示すように化学エツチン グ加工して 1段階形状の片面溝型を製作したあと、図 13 (d) , (e)に示すように両面 研磨盤、又は片面研磨盤、又はその他の研磨手段を使用して研磨加工することによ り、図 13 (f)に示しているような外周に枠が付いている piano-convex形状、又は図 13 (g)に示している、外周に枠が付いている concavo-convex形状を製作する。そのあと の加工工程として、円筒研削盤を使用して、図 13 (h)に示している plano-convex形 状、又は図 13 (i)に示している concavo-convex形状の水晶振動子を製作する。これ により、全く同じ形状をしていると同時に、全く同じ周波数を発振する水晶振動子の、 真円形状をした、円形形状の piano- convex形状、又は concavo-convex形状をした水 晶ブランクを、両面研磨盤 (polishing 腿 chine)を使用して、一度に、数百個製作する ことが出来る。従って、同じ性能の水晶振動子を極く安いコストにて製造することが可 能となる。
[0041] 図 14は、先提案例 5の他の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。図 14 (a) に示している、素材が AT— cutの水晶ブランクを図 14 (b)に示すように化学エツチン グ加工して 1段階形状の片面溝型を製作したあと、図 14 (c) , (d)に、 2段階形状の 片面溝型を化学エッチング加工して製作したあと、図 14 (e) , (f)に示すように両面研 磨盤、又は片面研磨盤、又はその他の研磨手段を使用して研磨加工することにより、 図 14 (g)に示しているような外周に枠が付いている plano-convex形状、又は図 14 (h) に示している、外周に枠が付いている concavo-convex形状を製作する。そのあとの 加工工程として、円筒研削盤を使用して、図 14 (i)に示している plano-convex形状、 又は図 14 (j)に示している concavo-convex形状の水晶振動子を製作する。これによ り、全く同じ形状をしていると同時に、全く同じ周波数を発振する水晶振動子の、真 円形状をした、円形形状の plano-convex形状、又は concavo-convex形状をした水晶 ブランクを、両面研磨盤（polishing machine)を使用して、一度に、数百個製作するこ とが出来る。従って、同じ性能の水晶振動子を極く安いコストにて製造することが可能 となる。
[0042] バイオセンサ（bio-sensors)などのセンサとして使用するときには、図 13 (h)、又は 図 14 (i)に示している piano-convex形状、又は図 13 (i)、図 14 (j)に示している concavo-convex形状の真円形状、又は丸形形状を使用した場合のほうが、より一段 と、測定精度が向上することがある。
[0043] 特許文献 1 :特開昭 48— 83753号公報
特許文献 2 :特開昭 53-71595号公報
特許文献 3：特開昭 48—34494号公報
特許文献 4 :米国特許第 3617780号明細書
特許文献 5 :特開昭 60 - 170312号公報
特許文献 6 :特開 2000-317782号公報 特許文献 7 :国際公開 WO 02/07234号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0044] 人間の体内、例えば、肝臓に初期の癌細胞 1個が発生すると、その段階にて、その 肝臓に発生した癌細胞から排泄される肝臓癌特有の蛋白質が、血液中に溶解する。 この血液中に溶解した肝臓癌特有の蛋白質を、抗原抗体反応を使用して検出する には、 10— 18以上の分解能を有する、超高精度の水晶振動子が必要である。
[0045] さらに、肝臓癌、肺癌、乳癌、胃癌、結腸癌、又はその他の臓器にて癌が発生する ことにより、それぞれ異なる臓器から、その臓器特有の癌細胞が排泄される。これらの 、それぞれ異なるタイプの癌細胞の蛋白質を分析することにより、例えば、肝臓にて 発生した癌か、又は肺にて発生した癌力、、又は胃にて発生した癌か、又は結腸にて 発生した癌か、又はその他の臓器にて発生した癌であるかを、瞬時に特定するには 、 10— 18以上の分解能の、超高精度の水晶振動子、すなわちバイオセンサが必要であ る。
[0046] 現在、癌の検診で、一般的な検査手段である、放射線 (X線)などを使用した検査 手段では、放射線 (X線）は、細胞レベルの診断しか出来ない。
[0047] 放射線 (X線）を使用して、癌の検診をした場合の欠点として挙げられるのは、放射 線 (X線)そのものが、癌を発生させる要因とされている危険な検査手段である。また 、放射線による検査では、測定精度が悪いので、癌細胞がある程度、成長しなくては 判断が出来ない。
[0048] 本発明は、特許文献 7において提案した水晶振動子の特性を用いて、各臓器の癌 細胞特有の蛋白質を血液中、又は血漿中から検出することが出来る、バイオセンサと して使用する水晶振動子およびその加工方法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
[0049] 前記目的を達成するため、本発明の第 1の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくと も 2個の、 1段階形状の片面凹形状を形成した水晶振動子である。
[0050] 本発明の第 2の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階 以上の階段形状の片面凹形状を形成した水晶振動子である。 [0051] 本発明の第 3の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の平- 凸レンズ形状を形成した水晶振動子である。
[0052] 本発明の第 4の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の凹— 凸レンズ形状を形成した水晶振動子である。
[0053] 本発明の第 5の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階 以上の階段形状の平一凸レンズ形状を形成した水晶振動子である。
[0054] 本発明の第 6の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階 以上の階段形状の凹一凸レンズ形状を形成した水晶振動子である。
[0055] 本発明の第 7の構成は、 1枚の水晶基板の一方の面に、少なくとも 2個の、 1段階又 は 2段階又は 2段階以上の階段形状の凹部を形成し、前記水晶基板の他方の面の 前記凹部に対向する位置に、凸レンズ形状を形成した平一凸レンズ形状型水晶振動 子である。
[0056] 本発明の第 8の構成は、 1枚の水晶基板の一方の面に、少なくとも 2個の、 1段階又 は 2段階又は 2段階以上の階段形状の凹レンズ形状を形成し、前記水晶基板の他方 の面の前記凹レンズ形状に対向する位置に、凸レンズ形状を形成した凹一凸レンズ 形状型水晶振動子である。
[0057] 本発明の第 9の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の片面 凹形状を形成したあと、両面研磨加工機械、又は片面研磨加工機械、又はその他の 研磨加工機械を使用して、平一凸レンズ形状、又は凹—凸レンズ形状などの凸レンズ 形状を形成する水晶振動子の加工方法である。
[0058] 本発明の第 10の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段 階又は 2段階以上の階段形状の片面凹形状を形成した水晶ブランクの表面に、蒸着 又はその他の手段を使用して、前記凹形状間を結んだ電極と、その凹形状間を結ん だ電極の軸線に対して、直角方向に延出するリード線を形成した水晶振動子である
[0059] 本発明の第 11の構成は、 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段 階又は 2段階以上の階段形状の片面凹レンズ形状を形成した水晶ブランクの表面に 、蒸着又はその他の手段を使用して、前記凹レンズ形状間を結んだ電極と、その凹 レンズ形状間を結んだ電極の軸線に対して、直角方向に延出するリード線を形成し た水晶振動子である。
[0060] 本発明の第 12の構成は、水晶基板上に、フッ酸を使用した化学エッチング力卩ェ、 又はプラズマエッチングカ卩ェなどのドライエッチング力卩ェを行って、片面凹形状を形 成したあと、前記水晶基板上に発生した非晶質のダメージ層を 0. 前後、両面 研磨加工機械、又は片面研磨加工機械、又はその他の研磨加工機械を使用して除 去し、水晶本来の電気的な特性を向上させたことを特徴とする水晶振動子の加工方 法である。
[0061] 人間の体内において、初期の癌細胞 1個が発生した段階で、癌細胞特有の蛋白質 が血液中に溶解する。この血液中に溶解した特異な蛋白質を、抗原抗体反応を使 用して、超高精度の水晶振動子に吸着させ、その水晶振動子を、その特異な蛋白質 の極く微量を計量する秤として使用することにより、人体の体内にて、癌細胞が発生 しているのカ 発生していないのかの検査を行うことができる。これがバイオセンサと しての水晶振動子の応用である。
[0062] ノ ィォセンサとして、ワンチップの水晶ブランクの上に、 1段階形状又は 2段階形状 の片面溝型の振動部を 2個、又は 2個以上の複数個を形成して水晶振動子を製作 する。癌細胞から排泄される癌細胞特有の蛋白質を発見するには、 10— 18以上の精度 の固有振動数の水晶振動子があれば、その癌細胞が、どの臓器力 発生した癌であ る力、、例えば、肝臓癌、又は胃癌、又は肺癌か、などを特定することが出来る。
[0063] この 10— 18という精度が、如何に、大変な測定精度であるかは、現在、地球上で最も 精度が高いとされているセシウム原子を使用した原子時計の精度が、 10— 14の精度で あることからもうかか る。
[0064] このセシウム原子を使用した原子時計の精度である 10— 14の精度を、更に、 4桁精度 を高めなくては、臓器を特定するための、癌細胞特有の蛋白質を、血液中又は血漿 中から検出することが出来ない。それほど、ノイズが全く存在しない (副振動が全く存 在しない)、単一波長の、超高精度の水晶振動子が必要である。
[0065] 10— 18以上の、超高精度の測定を達成するためには、水晶振動子そのものが、ノィ ズを全く発生させないこと (副振動が全く存在しないこと)、単一波長も条件であるが、 同時に、測定を行う目的の、癌細胞が排泄する検体のコントロールと、測定を行う目 的のサンプノレ (試料)との測定誤差をなくすことも、非常に重要なことになる。
[0066] このコントロールと、測定を行う目的の検体であるサンプルとの測定誤差をなくす目 的にて、 1段階形状又は 2段階形状をした、ワンチップの水晶ブランクの上に、固有 振動数が限りなく等しい 2個、又は 2個以上の複数個の振動部を有する水晶振動子 を設ける。
[0067] これにより、コントロールと、測定目的である検体の測定結果を、間違いなく超高精 度にて、比較して測定をすることが出来る。
[0068] 本発明の水晶振動子を用いたバイオセンサは、癌細胞以外の細胞、例えば、 O— 1 57などの細胞、又は HIV、 HCV、 HBV、 HTLV_1、コロナウィルス、又はその他の ウィルスが排泄する蛋白質についても、瞬時に、測定するのに適している。
発明の効果
[0069] 本発明によれば、ワンチップの水晶板の上に、 2個、又は 2個以上の複数個の振動 部を形成した水晶振動子であるので、それぞれの振動部の周波数は、如何なる条件 下でも、例えば、温度、湿度、水晶などの圧電材料の表面の加工精度、材料を切断 するときの切断面の角度の相違、水晶の材質、又はその他の条件が異なっていても 、各振動部の周波数は、下 1桁まで、全く同じ周波数を発振させることが出来る。
[0070] ワンチップの水晶板の上に、全く同じ振動数の複数の振動部を形成する方法は、 1 枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の片面凹形状を形成したあと、両 面研磨加工機械、又は片面研磨加工機械、又はその他の研磨加工機械を使用して 、平 凸レンズ形状、又は凹 凸レンズ形状などの凸レンズ形状を形成する本発明特 有の加工によって実現することが出来る。
[0071] もし、水晶板（ワンチップ）の上に、 2個又は 2個以上の複数個の振動部を形成して いない水晶振動子、すなわち、 1個ずつ、ばらばらの、個別の水晶振動子を、バイオ センサとして使用する場合には、下記のような、大きな問題点がある。
[0072] すなわち、コントロールとして使用する水晶振動子の周波数と、検体を測定するの に使用する水晶振動子の周波数を、如何なる条件下でも、例えば、下 1桁まで、全く 同じ周波数とすることが出来ない。 図面の簡単な説明
[図 1]先提案例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 2]上記の方法で加工された 2段階形状の水晶振動子の凹一凸レンズ形状の振動 部分の表と裏の面に電極を交互に設け、電極間に 0. 6Vppの交流電圧を印加し、 A dvantest社製の、型式が R3765CGの Networkアナライザーで測定した測定図で ある。
[図 3]前記の方法で製作した 2段階形状をした single-sided grooved typeの未研磨状 態の水晶ブランクの凹形状の溝部分内部を、 Zygo社製の型式が New View 500 0の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。
[図 4]図 3の水晶ブランクを前述の研磨加工を 30分行った水晶ブランクの凹形状の溝 部分内部とは反対側を、 Zygo社製の型式が New View 5000の操作型白色干渉 計を使用して測定した形状測定図である。
[図 5]図 4の水晶ブランクの凹形状の溝部分内部側を、 Zygo社製の型式が New Vi ew 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。
[図 6]図 3の水晶ブランクを前述の研磨加工を 60分行って水晶ブランクの凹形状の溝 部分内部とは反対側を、 Zygo社製の型式が New View 5000の操作型白色干渉 計を使用して測定した形状測定図である。
[図 7]図 6の水晶ブランクの凹形状の溝部分内部側を、 Zygo社製の型式が New Vi ew 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。
[図 8]表面が凸レンズ形状となっている図 6及び裏面が凹レンズ形状となっている図 7 の形状である 2段階形状をした水晶ブランクに、アルミニウムの電極を表面と裏面に 電極を交互に形成した水晶振動子の写真を示している。この写真は、ライカ社製の 型式が Leitz— Dmrmのノマルスキ微分干渉顕微鏡で撮影されたものである。
[図 9]先提案例 2の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 10]先提案例 3の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 11]先提案例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 12]先提案例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 13]先提案例 5の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。 園 14]先提案例 5の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 15]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 16]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 17]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 18]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 19]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 20]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 21]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 22]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 23]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 24]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 25]本発明の実施例 1の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 26]本発明の実施例 2の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 27]本発明の実施例 2の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 28]本発明の実施例 2の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 29]本発明の実施例 2の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 30]本発明の実施例 3の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
園 31]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
園 32]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 33]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの凹形状の溝部分内部を、 Zygo社製の型式 が New View 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。
[図 34]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの凹形状の溝部分内部を、 Zygo社製の型式 が New View 5000の操作型白色干渉計を使用して測定した形状測定図である。
[図 35]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の未研磨加工状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 36]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 37]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 38]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 39]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 40]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 41]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 42]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 43]本発明の実施例 3の水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 44]本発明の実施例 3の水晶振動子の 2段階形状をした single-sided grooved type の研磨加工された状態の水晶ブランクの共振周波数特性である。
[図 45]本発明の実施例 3水晶振動子の 3次元立体顕微鏡写真である。
[図 46]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 47]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 48]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 49]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 50]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 51]本発明の実施例 4の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 52]本発明の実施例 5の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
[図 53]本発明の実施例 5の水晶振動子の製造工程を示す流れ図である。
発明を実施するための最良の形態
[0074] 以下、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例に基づいて具体的に説 明する。
実施例 1
[0075] 水晶振動子を、ノ ォセンサとして使用する場合、図 15から図 23に示しているよう に、 1枚の水晶板である、ワンチップの水晶ブランクの上に、例えば、周波数が、 14. 3MHzの、 2個又は 2個以上の複数個（図には 2個を示している）の、全く同じ形状の 凹形状 (single-sided inverted mesa type)の水晶振動子を製作する。そして、例えば、 向かって、左側の水晶振動子を control surface sample (コントロール)として使用し、向 力 て右側の水晶振動子を、 receptor for actual sample (受液用)を受ける、受け皿 用として使用する。これにより、 control surface sampleの測定データと、 receptor for actual sampleの比較力 間違いなぐ容易に、超高精度で出来る。
[0076] 図 15fま、 1枚のワンチッフ水 ブフンクの上に、 single— sided inverted mesa typeの 、凹形状をした、 1段階形状の 2個の振動部を形成した、ノ ィォセンサとして使用する 目的の水晶ブランクを示している。この例では、図 1にて説明をした研磨加工手段を 使用することなぐ single-sided inverted mesa type (凹形状）を形成している。
[0077] 図 16及び図 17は、図 15に示している水晶ブランクを、図 1にて説明をした加工手 段、例えば両面研磨盤を使用して、 30分間、研磨加工をして、 plano-convex形状 (平 -凸レンズ形状)に加工している状態を示している。図 16と図 17の相違点は、母材で ある水晶板の形状が、丸形状力 4角形状かの違いである。
[0078] 図 18及び図 19は、 1枚の水晶板の上に、凹形状（single-sided inverted mesa type )をした、 2個の振動部を形成した水晶板を、図 1にて説明をした加工手段、例えば両 面研磨盤を使用して、 60分間、研磨加工をして、 concavo-convex形状 (凹一凸レンズ 形状)に加工している状態を示している。図 18と図 19の相違点は、母材である水晶 板の形状が、丸形状か 4角形状かの違いである。
[0079] 図 20及び図 21は、 1枚のワンチップの水晶ブランクの上に、 single-sided inverted mesa typeの凹形状をした、 2段階形状の、 2個の振動部を形成した水晶振動子を、 図 1にて説明をした研磨加工手段を使用することなく形状した状態の、バイオセンサ として使用する目的の水晶ブランクを示している。
[0080] 図 22及び図 23は、図 20及び図 21にて説明した、 2段階形状をした 2個の振動部 を形成した水晶ブランクを、図 1に示しているように、両面研磨盤を使用して、 30分間 、研磨加工をして、 2個の piano-convex形状を、同時に同じ凸レンズ形状に加工して いる状態を示している。
[0081] 図 24及び図 25は、図 20及び図 21に示している、 2段階形状をした 2個の振動部を 形成した水晶ブランクを、図 1に示しているように、両面研磨盤を使用して、 60分間 研磨加工をして、 2個同時に、全く同じ形状をした 2段階形状の concavo-convex形状 (凹—凸レンズ形状)を形成してレ、る状態を示してレ、る。
[0082] 図 16及び図 17と、図 18及び図 19との相違点は、図 16及び図 17に示しているの 、図 1に示している両面研磨盤を使用して、 30分間、研磨加工をしているのに対し て、図 18及び図 19に示しているのは、図 1に示している両面研磨盤を使用して、 60 分間、研磨加工している点だけである。また、図 22及び図 23と、図 24及び図 25との 相違点も、研磨加工の時間が、 30分間と 60分間である点だけである。
[0083] 図 1、図 14、図 20—図 25に示しているような、 2段階形状をした、凹形状の、溝形 形状の、 single— sided inverted mesa type、又 ¾>plano— convex形状、又 ia>
concavo-convex形状をした凸レンズ形状の水晶振動子は、図 9一図 13、図 15—図 1 9に示している、 1段階形状をした、凹形状の水晶振動子よりも、印加したエネルギー を効率よく使用することが出来る構造となっている。
実施例 2
[0084] 図 26及び図 27は、 1枚のワンチップの水晶ブランクの上に、 1段階形状をした、 double-sided inverted mesa typeの、両面が凹开状をした、 2個の水晶振動子を开成 して、バイオセンサとして使用する目的の水晶ブランクを示している。
[0085] 図 28及び図 29は、 1枚のワンチップ水晶ブランクの上に、 2段階形状をした、
double-sided inverted mesa typeの、両面が凹开状をした、 2個の水晶振動子を开成 して、バイオセンサとして使用する目的の水晶ブランクを示している。
[0086] 図 15に示している 1段階形状をした 2個の凹部（振動部）を片面に形成した水晶ブ ランク、又は図 20及び図 21に示している 2段階形状をした 2個の振動部を片面に形 成した水晶ブランクよりも、図 26及び図 27に示している、両面に 1段階形状をした振 動部を形成した水晶ブランク、又は図 28及び図 29に示している、両面に 2段階形状 をした振動部を形成した水晶ブランクを使用して水晶振動子として完成させた方が、 電気的な特¾がよい。
[0087] 図 17、図 19、図 21、図 23、図 25、図 27、及び図 29に示している、 4角形状又は 長方形状の場合、 3インチウェファなどの大口径ウェファを使用して、 1枚のウェファ 力 複数の水晶振動子を同時に製作することが出来る。例えば、図 29に示している 水晶振動子の場合、 3インチの 1枚のウェファから、 3 X 3 = 9個の水晶ブランクを製 作することが出来る。
[0088] 図 15、図 16、図 18、図 20、図 22、図 24、図 26、及び図 28に示している、丸形状 の場合は、最初から、 1個の水晶ブランクから 1個ずつ製作する場合もあるが、例えば 、図 29に示している 4角形状の水晶ブランクを、 3インチウェファを使用して、 3インチ ウェファ、 1枚当たり、 9個を製作した後、 4角形状の水晶ブランクの外周を、円筒研 削盤を使用して、外周を研削して、図 28に示しているような、円形形状を製作しても よい。
実施例 3
[0089] 図 30、図 31、図 32、図 33、及び図 34は、本発明の実施例 3を示すものである。図 30は、実施例 3に係る水晶振動子の加工方法の流れ図と、寸法図を示している。
[0090] 図 31及び図 32は、実施例 3の水晶振動子の 3次元立体写真を示している。この写 真から、ワンチップ上の、水晶板上に、高さが、 7. 89 x mの高さの、 2個の凸レンズ 形状が形成されてレ、ることが確認された。
[0091] 図 33及び図 34は、 Zygo社製の型式が New View 5000の操作型白色干渉計 を使用して撮影した写真を示している。図 31及び図 32の 3次元立体写真に示してい る、ワンチップ上の水晶板上に、高さが 7. 89 z mの、 2個の凸レンズ形状を形成した 面を表面とすると、図 33及び図 34は、裏面から撮影した写真を示している。この写真 から、 2段階形状溝型水晶振動子が形成されていることが確認された。
[0092] なお、図 35—図 45に示している共振周波数特性、及び 3次元立体顕微鏡写真の 説明は、下記のような内容である。
[0093] 図 35 (a) , (b)は、実施例 3の、図 30 (a) , (b)の寸法図に示している、研磨加工し ない状態の水晶ブランクの共振周波数特性を示している。図 35に示している、未研 磨状態の、水晶ブランクを測定した、共振周波数特性をコントロールとして、以下に、 両面研磨盤を使用して、研磨加工したものとの比較の説明を行う。
[0094] 図 36 (a) , (b)は、図 30 (a) , (b)の寸法図に示している水晶ブランクを、片側から 6 . Ο μ ΐη、両側から 12. Ο μ ΐη研磨加工を行ったあとの、共振周波数特性の測定図を 示している。
[0095] 図 37は、図 36に示している共振周波数特性を測定するのに使用した水晶ブランク の形状を、 3次元立体顕微鏡を使用して撮影した写真である。この 3次元立体顕微鏡 写真によると、 7. 89 xmの高さが、盛り上がって、全く同じ形状をした、 2個の凸レン ズ形状が形成されていることが確認できた。
[0096] 図 38 (a), (b)は、図 30(a), (b)の寸法図に示している水晶ブランクを、片側から 10.0 xm、両側から 20. O xm研磨加工を行ったあとの、共振周波数特性の測定図 を示している。
[0097] 図 39は、図 38に示している、共振周波数特性を測定するのに使用した水晶ブラン クの形状を、 3次元立体顕微鏡を使用して撮影した写真である。この 3次元立体顕微 鏡写真によると、 12. 17 xmの高さが、盛り上がって、全く同じ形状をした、 2個の凸 レンズ形状が形成されていることが確認できた。
[0098] 図 40(a), (b)は、図 30(a), (b)の寸法図に示している水晶ブランクを、片側から 2 0. Ομΐη、両側から 40. Ομΐη研磨加工を行ったあとの、共振周波数特性の測定図 を示している。
[0099] 図 41は、図 40に示している、共振周波数特性を測定するのに使用した水晶ブラン クの形状を、 3次元立体顕微鏡を使用して撮影した写真である。この 3次元立体顕微 鏡写真によると、 18. 61 xmの高さが盛り上がって、全く同じ形状をした、 2個の凸レ ンズ形状が形成されてレ、ることが確認できた。
[0100] 図 42(a), (b)は、図 30(a), (b)の寸法図に示している水晶ブランクを、片側から 3 0.0 xm、両側から 60. O xm研磨加工を行ったあとの、共振周波数特性の測定図 を示している。
[0101] 図 43は、図 42に示している、共振周波数特性を測定するのに使用した水晶ブラン クの形状を、 3次元立体顕微鏡を使用して撮影した写真である。この 3次元立体顕微 鏡写真によると、 21. 95 xmの高さが盛り上がって、全く同じ形状をした、 2個の凸レ ンズ形状が形成されてレ、ることが確認できた。
[0102] 図 44(a), (b)は、図 30(a), (b)の寸法図に示している水晶ブランクを、片側から 3 2. Ομΐη、両側から 64. Ομΐη研磨加工を行ったあとの、共振周波数特性の測定図 を示している。
[0103] 図 45は、図 44に示している、共振周波数特性を測定するのに使用した水晶ブラン クの形状を、 3次元立体顕微鏡を使用して撮影した写真である。この 3次元立体顕微 鏡写真によると、 23. 10 x mの高さが盛り上がって、全く同じ形状をした、 2個の凸レ ンズ形状が形成されてレ、ることが確認できた。
[0104] 上記の、図 35に示している未研磨状態の水晶ブランクを測定した共振周波数特性 図をコントローノレとして、図 36に示してレヽる、片佃 J力、ら 6. 0 x m、両佃 J力ら 12. O x m 研磨加工を行ったあと、図 37に示しているように、 7. 89 μ ΐη盛り上がって凸レンズ形 状が確認された水晶ブランクの共振周波数特性を測定した測定図とを比較すると、 図 36に示している、研磨加工した水晶ブランクを測定した測定図のほうが、主振動か ら副振動が離れてレ、ることが確認された。
[0105] 図 35に示している未研磨状態の水晶ブランクを測定した共振周波数特性図をコン トローノレとして、図 38に示してレヽる、片佃 J力ら 10. 0 /i m、両但 IJ力ら 20. O /i m研磨カロ ェを行ったあと、図 39に示しているように、 12. 17 μ ΐη盛り上力 Sつて、凸レンズ形状 が確認された水晶ブランクの共振周波数特性を測定した測定図とを比較すると、図 3 8に示している、研磨加工した水晶ブランクを測定した測定図のほうが、図 36に示し ている測定図よりも、副振動が主振動から、離れて移動していることが確認された。
[0106] 図 35に示している未研磨状態の水晶ブランクを測定した共振周波数特性図をコン トローノレとして、図 40に示してレヽる、片佃 J力ら 20. 0 z m、両佃 J力、ら 40. O z m研磨カロ ェを行ったあと、図 41に示しているように、 18. 61 x m盛り上力つて、凸レンズ形状 が確認された水晶ブランクの共振周波数特性を測定した測定図とを比較すると、図 40に示している、研磨加工した水晶ブランクを測定した測定図のほうが、図 38に示し ている測定図よりも、さらに副振動が主振動から離れて移動していることが確認され た。
[0107] 図 35に示している未研磨状態の水晶ブランクを測定した共振周波数特性図をコン トローノレとして、図 42に示してレヽる、片佃 J力ら 30. 0 z m、両佃 J力、ら 60. O z m研磨カロ ェを行ったあと、図 43に示しているように、 21. 95 x m盛り上力つて、凸レンズ形状 が確認された水晶ブランクの共振周波数特性を測定した測定図とを比較すると、図 4 2に示している、研磨加工した水晶ブランクを測定した測定図のほうが、図 40に示し ている測定図よりも、さらに 1段と、副振動が主振動から離れて移動していることが確 認された。
[0108] 図 35に示している未研磨状態の水晶ブランクを測定した共振周波数特性図をコ ントローノレとして、図 44に示してレヽる、片佃 J力ら 32. 0 x m、両佃 J力、ら、 64. 0 μ m研 磨加工を行ったあと、図 45に示しているように、 23. 10 x m盛り上がって、凸レンズ 形状が確認された水晶ブランクの共振周波数特性を測定した測定図とを比較すると 、図 44に示している、研磨加工した水晶ブランクを測定した測定図のほうが、図 42に 示している測定図よりも、さらに 1段と、副振動が主振動から離れて移動していること が確認された。
[0109] 結論として、上記のことから判明したことは、両面研磨盤を使用して、図 35に示して いる 2段階形状又は 1段階形状をした、 single-sided inverted mesa typeである凹形状 をした水晶ブランクを研磨加工すればするほど、主振動から副振動が離れて移動す ることが確認された。
[0110] 周波数が 15· OMHz前後のものでも、凹形状をした水晶ブランクを研磨加工すれ ばするほど、段階的に全く同じ高さに盛り上がって、凸レンズ形状力 段と成長して行 く過程が発見できた。
[0111] また、当考案の加工方法を使用することにより、図 37、図 39、図 41、図 43、及び図 45の 3次元立体顕微鏡写真に示しているように、ワンチップ（：!枚の水晶板）上に、全 く同じ形状をした凸レンズ形状を、 2個又は 2個以上の複数個、形成することに成功し た。このことは、超高精度を必要とする、バイオセンサなどの分野に、必要不可欠の 技術である。
実施例 4
[0112] 図 46—図 51に示しているのは本発明の実施例 4を示すもので、 1枚のワンチップ の水晶ブランクの上に、 1段階形状をした、 Single-sided inverted mesa type (凹形状） の、 2個の水晶振動子を、並列に形成した水晶ブランクを、両面研磨盤を使用して、 上下力 研磨加工をすることにより、凸レンズ形状をした水晶ブランクに変化した状態 を示している。 [0113] 図 46と図 47との相違点は、両面研磨盤を使用して研磨加工をする研磨加工時間 力、図 46の場合は 12時間研磨加工をすることにより、平一凸レンズ形状をした水晶ブ ランクに変化した状態を示している。この図 46に示している平一凸レンズ形状に対し て、図 47の場合は、両面研磨盤を使用して研磨加工をする研磨加工時間を 24時間 とすることにより、凹—凸レンズ形状をした水晶ブランクに変化した状態を示している。
[0114] 図 48と図 49に示している相違点も、図 46及び図 47にて説明した内容と同じである ので、説明を省略する。
[0115] 図 46及び図 47と、図 48及び図 49の相違点は、例えば、 AT— cutの切断面である 、水晶の結晶軸 (X軸）の切断方向が異なることにより、傾斜面の出来る場所が異なる ことを示している。このことは、電極を形成する方向を決める場合に必要となる。
[0116] 図 50及び図 51は、 1枚の水晶ブランク（ワンチップ)の上に、 1段階形状をした single-sided inverted mesa typeの、 2個の水晶振動子を並列に开成する場合を示し ている。図 51は、丸型形状をした 2個の水晶振動子を接触させて形成させているの に対して、図 50は、 2個の水晶振動子を別々に離れて形成しているところが異なる。
[0117] 図 46—図 51に示しているような、 1枚の水晶板 (ワンチップ)の上に、並列又は直列 に、 1段階形状をした、 2個又は 2個以上の複数個の、凹形状型をした水晶振動子を 形成する場合の 1番の問題点は、蒸着を使用して、表面と裏面に、交互に電極を形 成する方法である。電極に電圧を印加するためのリード線を導き出す方向を決める のは、水晶の結晶軸方向（X軸）による。水晶板を、フッ酸を使用して化学エッチング 加工をすると、水晶の結晶軸 (X軸）との関係で、例えば、 AT— cutの場合、切断面の 方向によっては、図 46、図 47及び図 50に示しているように、向かって上方向に傾斜 面が出来る場合と、図 48及び図 49に示しているように、向かって左側方向の、横方 向又は右側横方向に傾斜面が出来る場合とがある。
[0118] ：!枚の水晶板の上に、並列又は直列に、 2個又は 2個以上の複数個の凹形状型を した水晶ブランクを形成した水晶ブランクに、蒸着を使用して、表面と裏面から、交 互に電極を形成してリード線を導き出す場合、図 46、図 47及び図 50に示しているよ うに、水晶板の上に並列に形成した 2個の凹形状型をした水晶ブランクの、表面は向 力つて上方向又は下方向に、裏面は同じぐ向かって上下方向又は左右両横方向に 、電極に電圧を印加するためのリード線を導き出す以外に、電極に電圧を印加する ことが出来ないということになる。
[0119] 再度、リード線を導き出す方向を説明すると、：!枚の水晶基板上に、少なくとも 2個 の 1段階形状又は 2段階形状又は 2段階形状以上の、階段形状を形成した凹形状水 晶ブラン外こ、蒸着又はその他の手段を使用して、凹形状、又は凹レンズ形状型を 形成した表面に、電極を形成する場合、図 46、図 47及び図 50に示しているように、 2個以上の凹形状と凹形状、又は凹レンズ形状型と凹レンズ形状型を結んだ軸線に 対して、直角方向の上方向又は下方向に、電極からのリード線を形成する以外に、 電極からのリード線を引き出すことが出来ない。
[0120] 図 48及び図 49に示している方向に傾斜面を形成すると、向かって同じ横方向に傾 斜面が出来るために、電極に電圧を印加するためのリード線を導き出す方向力 全く 同じ、向かって左側方向の横方向又は右側横方向となるので、リード線を導き出すこ とが出来なくなる。そこで、図 48及び図 49に示している形状は、 1枚の水晶板の上に 、並列又は直列に凹形状型水晶振動子を 2個又は 2個以上の複数個を形成した水 晶振動子として完成させることが出来ない形状であるといえる。
[0121] 1枚の水晶板の上に、並列又は直列に 2個、又は 2個以上の複数個の凹形状型水 晶振動子を完成させる場合には、図 46、図 47及び図 50に示しているように、水晶板 に向かって、表面は上方向又は下方向に傾斜面を形成した、水晶ブランクを形成す る以外に、水晶振動子を完成させることが出来ないという結論になる。この水晶板に 向かって、表面は上方向、又は下方向に傾斜面を形成しているのかいないのカ 又 は傾斜面を形成している傾斜面の方向を確認するために、図 46、図 47及び図 50に 示しているように、水晶板の上に、 1箇所だけ、 0. 6mmのコーナーカットを設けてい る。このコーナーカットを設けていることにより、並列又は直列に、 2個又は 2個以上の 複数個の凹形状型水晶ブランクの表面に形成している、傾斜面の方向を識別するこ とが容易に可能となった。
実施例 5
[0122] 図 52及び図 53は、本発明の実施例 5を示すものであり、 1枚の水晶ブランク (ワンチ ップ)の上に、 2段階形状をした、 single-sided inverted mesa type (凹形状型）の 2個 の水晶振動子を並列に形成した水晶ブランクを、両面研磨盤を使用して、上下から 研磨加工をすることにより、凸レンズ形状をした水晶ブランクに変化した状態を示して いる。
[0123] 図 52と、図 53に示している相違点も、図 46及び図 47にて説明した相違点の内容 と同じであるので、説明を省略する。
[0124] 図 52及び図 53に示しているような、 2段階形状をした凹形状型水晶ブランクの場合 も、 1枚の水晶板の上に、並列又は直列に 2個又は 2個以上の複数個の凹形状型を した水晶ブランクを形成したあと、蒸着を使用して電極を形成し、電極を表面と裏面 に交互に形成して水晶振動子として完成させる。すなわち、電極に電圧を印加する ためのリード線を導き出す方向は、表面のリード線は上方向又は下方向に、裏面のリ 一ド線は上下方向又は左右両横方向に導き出す以外に、電極に電圧を印加する方 法がないのは、図 46、図 47、及び図 50にて説明した内容と、全く同じである。
[0125] 図 52及び図 53では、図 46、図 47及び図 50にて説明した、リード線を導き出す傾 斜面の方向、及び 1箇所だけ 0. 6mmのコーナーカットを設けて、傾斜面の方向を容 易に識別することが出来ることの説明は省略してレ、る。
[0126] なお、実施例 1一 5では、 2段階形状をした片面溝型および 1段階形状をした片面 溝型を、便宜的に科学エッチング加工を用いて作成した例を示した力 ドライエッチ ング加工であるプラズマエッチング、またはイオンエッチングあるいはその他の加速さ れた陽子、電子などを使用して、 2段階形状又は 2段階形状以上の、階段形状型をし た片面溝型水晶ブランクを作成することもできる。
[0127] さらに、実施例 1一 5においては、素材として便宜的に、 AT-cut水晶ブランクを使 用した例を示したが、 AT— cut以外の、例えば、 BT— cut、 SC_cut、又はその他の c utの水晶を使用してもよい。また、水晶以外にも、例えばランガサイト（langasite)、溶 融シリカ（ftised silica)またはその他の圧電材料を素材としても良い。
[0128] また、実施例 1一 5では、便宜的に両面研磨加工機械を使用して研磨加工した例を 示したが、片面研磨加工機械又はその他の研磨加工機械を使用しても、片面溝型 ブランク（凹形状ブランク）から、 piano- convex,及び concavo- convexなどに変化させ て、凸レンズ形状を作成することもできる。 [0129] さらに、実施例 1一 5では、 2段階形状をした片面溝型、および 1段階形状をした片 面溝型を、便宜的に、フッ酸などによる化学エッチング加工を用いて作成した例を示 したが、 2段階形状以上、例えば、 3段階形状、 4段階形状などの段階形状とすること も出来る。また、階段形状とすることにより、下記のような効果が現れることを発見した
[0130] 口径比が極く小さレ、、 Inverted mesa typeを製作することが出来た。このことは、将来 、 GHz以上の超高周波の水晶発振子の製作を可能とすることになる。
[0131] 口径比が極く小さレ、 Inverted mesa typeでありながら、底辺が大きい凸レンズ形状で ある水晶ブランクを、両面研磨加工機械を使用して、製作することが出来た。
[0132] また、極く僅か 3. 5 /i m盛り上がった凸レンズ形状、及び極く僅か 12nmの窪みの 凹レンズ形状をした 2段階溝型凹一凸レンズ形状の水晶振動子の構造にしたことによ り、 AT— cutを使用した、厚み 'スベリ振動モードの法則であるベックマン（Bechmann) の "Infinite plate rule"が適用されないことを発見した。
[0133] さらに、フッ酸を使用して、 1段階形状又は 2段階形状以上の階段形状をした水晶 ブランクを、化学エッチングカ卩ェ又はドライエッチングカ卩ェにて製作すると、フッ酸又 はプラズマなどの作用により、化学エッチングカ卩ェ又はドライエッチングカ卩ェによって 、 0. 2 μ m前後のダメージ層（非晶質層）が発生する。この 0. 2 μ m前後のダメージ 層を、両面研磨加工機械、又は片面研磨加工機械、又はその他の研磨加工手段を 使用して、上下、又は片面側から研磨加工することにより、ダメージ層の 0. 前 後を除去することが出来たので、水晶振動子の電気的な特性が、 1段と向上すること を見いだした。
産業上の利用可能性
[0134] 本発明は、ワンチップの水晶板の上に、 2個、又は 2個以上の複数個の振動部を形 成した水晶振動子として、癌細胞、 O— 157などの糸田胞、又は HIV、 HCV、 HBV、 H TLV— 1、コロナウィルス、又はその他のウィルスが排泄する蛋白質を検出するバイオ センサとして利用することが出来る。

Claims

請求の範囲
[I] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の片面凹形状を形成した水晶 振動子。
[2] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階以上の階段形状の片面 凹形状を形成した水晶振動子。
[3] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の平一凸レンズ形状を形成した 水晶振動子。
[4] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の凹一凸レンズ形状を形成した 水晶振動子。
[5] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階以上の階段形状の平ー凸 レンズ形状を形成した水晶振動子。
[6] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 2段階又は 2段階以上の階段形状の凹ー凸 レンズ形状を形成した水晶振動子。
[7] 1枚の水晶基板の一方の面に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段階又は 2段階以上 の階段形状の凹部を形成し、前記水晶基板の他方の面の前記凹部に対向する位置 に、凸レンズ形状を形成した平一凸レンズ形状型水晶振動子。
[8] 1枚の水晶基板の一方の面に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段階又は 2段階以上 の階段形状の凹レンズ形状を形成し、前記水晶基板の他方の面の前記凹レンズ形 状に対向する位置に、凸レンズ形状を形成した凹—凸レンズ形状型水晶振動子。
[9] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階形状の片面凹形状を形成したあと、 両面研磨加工機械、又は片面研磨加工機械、又はその他の研磨加工機械を使用し て、平一凸レンズ形状、又は凹一凸レンズ形状などの凸レンズ形状を形成する水晶振 動子の加工方法。
[10] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段階又は 2段階以上の階段形 状の片面凹形状を形成した水晶ブランクの表面に、蒸着又はその他の手段を使用し て、前記凹形状間を結んだ電極と、その凹形状間を結んだ電極の軸線に対して、直 角方向に延出するリード線を形成した水晶振動子。
[I I] 1枚の水晶基板上に、少なくとも 2個の、 1段階又は 2段階又は 2段階以上の階段形 状の片面凹レンズ形状を形成した水晶ブランクの表面に、蒸着又はその他の手段を 使用して、前記凹レンズ形状間を結んだ電極と、その凹レンズ形状間を結んだ電極 の軸線に対して、直角方向に延出するリード線を形成した水晶振動子。
水晶基板上に、フッ酸を使用した化学エッチング加工、又はプラズマエッチングカロ ェなどのドライエッチング力卩ェを行って、片面凹形状を形成したあと、前記水晶基板 上に発生した非晶質のダメージ層を 0. 前後、両面研磨加工機械、又は片面 研磨加工機械、又はその他の研磨加工機械を使用して除去し、水晶本来の電気的 な特性を向上させたことを特徴とする水晶振動子の加工方法。
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