(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オートクレーブ内に搬入された水晶種子を水熱合成法によって育成して製造する人工水晶の製造方法において、前記オートクレーブに搬入する前に前記水晶種子を水晶のαーβ転移点温度未満で加熱処理した後、前記加熱処理した水晶種子を前記オートクレーブ内に搬入して育成したことを特徴とする人工水晶の製造方法。
【請求項２】
水晶のαーβ転移点温度未満の温度でオートクレーブに搬入する前に水晶種子を加熱処理した後、前記加熱処理した水晶種子を前記オートクレーブに搬入して水熱合成法により育成して製造された前記水晶種子を含んだ人工水晶であって、結晶軸（ＸＹＺ）のＺ軸方向に発生する前記水晶種子のエッチチャンネルのうち、５０％以上のエッチチャンネルが前記Ｚ軸方向の中心に到達しないことを特徴とする人工水晶。
【請求項３】
請求項１の製造方法によって製造された人工水晶又は請求項２の人工水晶を切断した水晶ウェハであって、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に直交するＸ−Ｚ主面がＸ軸を中心としてＹ軸からＺ軸方向へ回転して切断される水晶ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の技術分野】
本発明は人工水晶の製造方法を産業上の技術分野とし、特に育成中に生ずる水晶種子のエッチチャンネルの長さを短くし、水晶種子に対するエッチチャンネルの体積比を小さくした育成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）人工水晶は水熱合成法によって水晶種子が育成され、圧電素子や光学素子の原材料として利用される。これらの一つに例えば弾性表面波素子の圧電基板（以下、表面波用基板とする）がある。表面波用基板は人工水晶を例えばＳＴカットと呼ばれる角度でウェハー状に切断し、さらにこれを個々の複数のチップ状に切断して形成される。近年では、生産性にすぐれた水晶ウェハが望まれている。
【０００３】
（従来技術の一例）第５図は人工水晶の製造方法（概略）を説明する模式図である。
人工水晶はオートクレーブ（金属筒炉）１内で、水熱合成法によって育成される。通常では、バッフル板（対流制御板）２で仕切られた上方に水晶種子３を下方にラスカ（屑水晶）４を配置し、育成溶液５としての水酸化ナトリウム（NaOH）溶液を注入する。オ−トクレ−ブ１はヒータ６によって加熱され、水晶種子側は３００〜３５０℃、ラスカ側は３６０〜４００℃の温度に制御される。なお、符号７は金属蓋、同１７は圧力計である。
【０００４】
このようなものでは、ラスカ４が育成溶液５中に飽和分まで溶解し、オートクレーブ１内の温度差による対流によって、水晶種子３の周囲に接近する。そして、水晶種子３の周囲での温度低下により、育成溶液中の過飽和状態となったSiO2分子が水晶種子３に析出して、３方晶系の人工水晶に成長する。
【０００５】
水晶種子３は、用途等によって、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸方向に長い角棒や平板状のものが適用される。そして、人工水晶を表面波用基板に適用する場合の水晶種子３は、一般に、種水晶原石から切出され、主面（Ｘ−Ｙ面）がＺ軸に直交するＺ板と称される、Ｙ軸方向に長い水晶板が適用される（第６図）。
【０００６】
Ｚ板の水晶種子３が前述のように育成されると、特にＺ軸及びＸ軸方向に成長される（第７図）。一般には、Ｘ軸方向に成長した領域では不純物を多く含むことからこの部分を切断除去して、Ｚ軸（厚み）の中心に水晶種子３を両側に成長領域８（ａｂ）を含む角柱水晶体８とする（第８図）。
【０００７】
表面波用基板は、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に直交するＸ−Ｚ主面がＸ軸を中心としてＹ軸からＺ軸方向へ４２゜４５’回転した角度（通称ＳＴカット）で切断される（第９図）。なお、回転して新たにできた軸をＹ’Ｚ’軸とする。
【０００８】
通常では、水晶種子３を含む角柱水晶体８を前述のＳＴカットで水晶ウェハ９に切断し（第１０図）、さらに例えば軸方向を示す切欠部１６を−Ｘ軸方向に設け、中央付近に水晶種子３を含む円板状として研磨する（第１１図）。そして、写真印刷技術により、水晶ウェハ９に図示しない複数の櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）を形成した後、個々の表面波用基板に分割する（未図示）。
【０００９】
このようなものでは、水晶ウェハ９に複数のＩＤＴ電極を形成した後、個々に分割すればよいので、個々の表面波用基板にＩＤＴ電極を形成する場合に比較して生産性を数段と高めることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記水晶ウェハ９は中心部付近に水晶種子３を含む。水晶種子３は完全な結晶構造が望まれるが、結晶の一部に格子欠陥を有する。格子欠陥には、点欠陥及び線状欠陥等があり、水晶種子３をＺ板とした場合には、特に結晶軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＺ軸方向への線状欠陥を多く含む。
【００１１】
そして、オートクレーブ１内での温度上昇時には、線状欠陥部が育成溶液（この場合はNaOH）によって優先的にエッチングを受け、水晶種子３のＺ軸方向に板面を貫通するエッチチャンネル１０を生じる（第１２図）。但し、水晶種子３のエッチチャンネル１０の表面は育成中に閉塞される。
【００１２】
したがって、第１３図及び第１４図（ａｂ）に示すように、角柱水晶体８を切断した水晶ウェハ９は中央部付近に斜めの貫通孔１０ａを両側には穴（非貫通孔）１０ｂを生ずる。なお、第１３図は角柱水晶体の切断図、第１４図（ａ）は水晶ウェハ９の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。
【００１３】
そして、特に貫通孔１０ａを有する場合には、櫛歯状電極の形成時にフォトレジスト液や空気の漏れを生じ、加工時に障害を来たす問題があった。なお、エッチチャンネル１０は種子水晶３（角柱水晶体８）を貫通しないまでも中心を越えると、斜めに切断される水晶ウェハ９に貫通孔１０ａを形成しやすくする。
【００１４】
一般には、水晶種子の厚み（Ｚ軸方向）は約１〜２．５ｍｍであり、水晶ウェハ９の厚みは概ね０．５ｍｍ程度に設定される。したがって、水晶ウエハ９の厚みが例えば０．７〜１．７ｍｍ以上あれば、エッチチャンネル１０は厚みの中に埋設され、水晶ウェハ９に貫通孔１０ａを形成しない。しかし、この場合には、角柱水晶体８から得られる水晶ウェハ９の枚数が少なくなり、生産性を悪化させる。
【００１５】
また、水晶種子３の厚みを例えば０．６ｍｍ以下にすると、エッチチャンネル１０は水晶ウェハ９の厚みの中に埋設されて貫通孔１０ａを形成しない。しかし、この場合は、水晶種子３の厚みが小さくて育成溶液５に溶解してしまう虞があるとともに人工水晶への育成に時間を要する問題があった。
【００１６】
このことから、例えば育成前に、水晶種子３の両主面（Ｘ−Ｙ面）から電界拡散により金や銀を格子欠陥内に埋設して、育成溶液５によるエッチングを防止する方法がある。しかし、これは装置も大がかりで経済性に欠ける問題があった。
【００１７】
（発明の目的）本発明は、育成中に生ずるエッチチャンネルの進行を抑止して水晶種子に対する体積比を小さくし、生産性、経済性に優れた人工水晶の製造方法及びこれによる人工水晶並びに水晶ウェハを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水晶のαーβ転移点温度未満の温度で水晶種子を加熱処理した後、水熱合成法により水晶種子から人工水晶に育成したことを基本的な解決手段とする。
【００１９】
【作用】
本発明では、育成前に水晶種子を加熱したので、実験例に示すように育成溶液によるエッチチャンネルの進行を抑止する。以下、本発明の一実施例を実験結果により説明する。
【００２０】
【実施例】
この実施例では、水晶原石から切出した厚みが１．２ｍｍのＺ板を水晶種子３とする（前第６図参照）。そして、先ず、水晶種子３を加熱処理する。加熱処理は大気中として、連続１０時間５００℃の温度に加熱保持する。但し、温度上昇及び下降時間はともに３時間とする。次に、加熱処理した水晶種子３を前述したオートクレーブ１内に搬入し、水熱合成法により育成する。
【００２１】
加熱処理に際しては、第１図に示したように、ヒータ１１を外周に有する円筒状の石英管１２内に水晶種子３を保持し、石英管１２内の温度を熱電対１３により検出して、温度制御装置１４により内部温度を制御した。図中の符号１５は石英管１２の支持台である。
【００２２】
第２図はこのような加熱処理による水晶種子を育成した従来例（前第１２図）と比較した人工水晶の断面図である。すなわち、人工水晶中の水晶種子３には、Ｚ軸方向にエッチチャンネル１０自体は存在するが、両主面側からの長さが短く両主面側の表面近傍で留まる。
【００２３】
ちなみに、本実験では両主面側から発生したエッチチャンネルのうち、５０％以上のものがその長さを約０．２５ｍｍ以下とする。これに対し、従来の非加熱処理のものは殆ど全てのエッチチャンネル１０が両主面を貫通する。
【００２４】
第３図はこのような加熱処理した水晶種子３による人工水晶を前述のように角柱水晶体８に形成し、さらにＳＴカットで水晶ウェハ９に切断する場合の一部断面である。第４図（ａｂ）は、ＳＴカットで切断された水晶ウェハ９における水晶種子３の断面図である。
【００２５】
これらの図から明らかなとおり、長さ０．２５ｍｍ以下のエッチチャンネル１０は、厚み１．２ｍｍの水晶種子３の表面に露出「第４図（ａ）」あるいは厚みの中に埋設「同図（ｂ）」されるのみで、水晶ウェハ３の厚みを貫通することはない。したがって、水晶ウェハ９に複数のＩＤＴ電極を形成する際、フォトレジスト液や空気の漏れを生ずることがないので、作業を確実に遂行できる。
【００２６】
また、これらに付随して以下の効果が得られる。すなわち、エッチチャンネル１０の長さが短くなるので、エッチチャンネル１０による空間部の水晶種子３に対する体積比を減少する。したがって、水晶ウェハ９の水晶種子部分も実用に耐える良好な圧電特性（振動特性）を得て、これを例えば表面波用基板に適用できる。
【００２７】
なお、従来においては、水晶種子部分はエッチチャンネル１０による多数の貫通孔１０ａ及び穴部１０ｂが存在する。したがって、これらの水晶種子３に対する体積比が多くて良好な振動特性を得ることができず、水晶種子部分は使用しないのが通例であり、使用したとしても歩留りが悪かった。
【００２８】
【他の事項】
上記実施例では、加熱条件として加熱保持温度を例えば５００℃としたが、基本的には水晶の圧電性が損われるとされるα−β転移点温度（５７３℃）を上限温度とすればよい。また、加熱保持時間は１０時間としたが、これは加熱保持温度にも依存して加熱保持温度が高ければ時間は短く、低ければ長くなる。したがって、加熱保持温度及び保持時間は結果としてのエッチチャンネル１０の許容状態によって任意に設定できる。
【００２９】
なお、傾向としては加熱温度が高く時間が長いほど、エッチチャンネル１０の長さ及び径は小さくなる。そして、加熱温度を高温及び長時間にすれば、エッチチャンネル１０の全てを実質的に０（圧電特性をエッチチャンネルが無いものと同等）にすることが可能である。
【００３０】
また、オートクレーブ１内における水晶種子３の加熱温度は３００〜３５０℃であるので、育成前の水晶種子３の加熱温度の下限温度は概ね３００℃であると考えられる。但し、前述のように３００℃以下であっても保持時間を十分に長くすれば、総合の熱量によって格子欠陥部の歪みが熱によって解消されることもあるので、これ以下の温度例えば２００℃程度であっもその効果は期待できる。
【００３１】
また、水晶ウェハ９は表面波用基板用（ＳＴカット）として説明したが、これに限らず例えば主面がＹ軸からＺ軸方向へ３５゜１５’回転したＡＴカット等の水晶振動子（発振子、共振子等）用であったとしても適用できる。また、ヒータ１１を設けた石英管１２にて水晶種子３を加熱したが、例えば電気炉、恒温槽によって加熱してもよく、水晶種子３が実質的に高温に維持されていればよい。
【００３２】
また、育成溶液はNaOHとしたが、例えばNa２CO３の場合であったとしても、エッチチャンネルを生ずる場合には有効であり、これらを排除するものではない。要するに、本発明では、水晶種子３を実質的に加熱した後育成して、エッチチャンネル１０の水晶種子３に対する体積比を小さくすることを趣旨とするもので、このような趣旨に基づくものは加熱手段等にはよらず、本発明の技術的範囲に属する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、水晶のαーβ転移点温度未満の温度で水晶種子を加熱処理した後、水熱合成法により水晶種子から人工水晶に育成したので、育成中に生ずるエッチチャンネルの進行を抑止して水晶種子に対する体積比を小さくし、生産性及び経済性に優れた人工水晶の製造方法を及びこれによる人工水晶並びに水晶ウェハを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する水晶種子の加熱制御装置の図である。
【図２】本発明の一実施例を説明する人工水晶の断面図である。
【図３】本発明の一実施例を説明する角柱水晶体の切断図である。
【図４】本発明の一実施例を説明する水晶ウェハの断面図である。
【図５】従来例を説明するオートクレーブの図である。
【図６】従来例を説明するＺカットの切断方位図である。
【図７】従来例を説明する人工水晶のＹ軸方向から見た平面図である。
【図８】従来例を説明する角柱水晶体の図である。
【図９】従来例を説明するＳＴカットの切断方位図である。
【図１０】従来例を説明する角柱水晶体の切断図である。
【図１１】従来例を説明する水晶ウェハの平面図である。
【図１２】従来例を説明する人工水晶の断面図である。
【図１３】従来例を説明する角柱水晶体の断面図である。
【図１４】従来例を説明する水晶ウェハの平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１  オ−トクレ−ブ、２  バッフル板、３  水晶種子、４  ラスカ、５  育成溶液、６、１１  ヒータ、７  金属蓋、８  角柱水晶体、８ａ、８ｂ  成長領域、９  水晶ウェハ、１０  エッチチャンネル、１２  石英管、１３  熱電対、１４  温度制御装置、１５  支持台、１６  切欠部、１７  圧力計．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003670877.tif 000013
【図１３】
0003670877.tif 000014
【図１４】
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