(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の振動子チップが設けられた水晶ウエハを配置するステージと、
前記水晶ウエハに近接配置され、前記水晶ウエハをエッチングするための大気圧またはその近傍の圧力の反応ガスを吹き出す吹出しノズルと、
前記吹出しノズルの周囲に開口し、前記吹出しノズルから吹き出された前記反応ガスを吸引する吸引ノズルと、
前記吹出しノズルと前記吸引ノズルを配設し、前記吹出しノズルが吹き出した前記反応ガスによって前記水晶ウエハを局所的にエッチングする処理ユニットと、
前記処理ユニットの前記吸引ノズルに接続した吸引手段と、
前記処理ユニットと前記水晶ウエハとの相対位置を変えるステージ駆動装置と、
前記水晶ウエハと前記処理ユニットの処理位置を検出する位置センサと、前記水晶ウエハと前記処理ユニットの処理位置を調整するための駆動機構と、
前記水晶ウエハを撮像し、得られたパターンと、予め与えられたパターンとを比較し、前記水晶ウエハに対する前記処理ユニットの前記相対位置を検出する位置検出手段と、
前記振動子チップに形成した電極を介して前記振動子チップの発振周波数を検出する周波数検出手段とを有し、
前記吹出しノズルの前記吸引ノズルからの突出量を調整して、エッチング面積を調整し、
前記位置検出手段からの信号を得て、前記ステージ駆動装置により、前記水晶ウエハと前記処理ユニットとの相対位置を制御し、
前記位置センサからの信号により前記駆動機構を駆動して前記水晶ウエハと前記処理ユニットの処理位置を制御し、
前記周波数検出手段から得られた前記振動子チップの発振周波数と、あらかじめ与えられている基準周波数を比較し、前記発振周波数と前記基準周波数が一致したか判断し、前記発振周波数と前記基準周波数が一致するまで、前記水晶ウエハをエッチングする制御手段を有することを特徴とする水晶振動子の周波数調整装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記周波数検出手段または前記位置検出手段の少なくともいずれか一方の検出信号に基づいて、前記吸引手段の吸引量を制御することを特徴とする請求項１に記載の水晶振動子の周波数調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子の発振周波数を調整する周波数調整方法に係り、特に多数の水晶振動子チップを設けた水晶ウエハの状態で水晶振動子の発振周波数を調整するのに好適な水晶振動子の周波数調整方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子は、その固有機械振動を電気信号に変えたり、電気信号を固有機械振動に変えるなどして、電子時計やコンピュータの時計回路、または発信機の発振回路や受信機の周波数選択回路などに広く使用されている。そして、水晶振動子の固有機械振動、すなわち発振周波数は、水晶振動子の厚さによって異なるところから、近年、発振周波数を調整する場合、水晶をエッチングして水晶振動子の厚さを変えて行なうようになっている。
【０００３】
従来、水晶振動子の周波数調整を行なう場合、水晶振動子を水晶ウエハから切出して２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさのチップにし、このチップを真空容器内に配置したのち、真空容器内を減圧してフッ素系のガスを導入して真空容器内にフッ素系ガスのプラズマを発生させ、このプラズマによって水晶をエッチングするようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来の周波数調整方法は、真空容器内プラズマによって水晶のエッチングを行なうため、真空容器や真空ポンプなどの高価で大型の真空装置を必要とし、処理に時間がかかるとともに取り扱いも容易でない。さらに、水晶の必要な部分のみをエッチングするためにマスク処理をする必要が有り、また振動子が所定の発振周波数に調整できたか否かを監視するのが容易でなく、不良率が高くなる。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、大気圧中で容易に周波数を調整できるようにすることを目的としている。
【０００６】
また、本発明は、不良率を低減することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る水晶振動子の周波数調整方法は、多数の振動子チップが設けられた水晶ウエハに近接して吹出しノズルを配置し、この吹出しノズルと前記水晶ウエハとの相対位置を制御するとともに、前記振動子チップの発振周波数を監視しつつ、前記吹出しノズルから大気圧またはその近傍の圧力の反応ガスを前記水晶ウエハに吹き付け、水晶ウエハを局所的にエッチングして前記振動子チップの発振周波数を所定の周波数に調整する構成となっている。
また、画像処理装置を利用してエッチング位置を認識してエッチングする構成となっている。
また、前記吹出しノズルの周囲に吸引ノズルを設け、前記吹出しノズルは前記吸引ノズルよりも突出して設けられているため、突出量を調整することによりエッチング面積を調整できる構成となっている。
【０００８】
このように構成した本発明は、大気圧またはその近傍の圧力のＨＦやＦ2、ＣＯＦ2などのフッ素系の反応ガスを細い吹出しノズルから水晶ウエハに吹き付けて水晶ウエハを局部的にエッチングするようにしているため、高価で大型の真空装置を用いずに容易に水晶振動子の周波数調整を行なうことができる。しかも、水晶振動子の発振周波数を監視しながら水晶のエッチングを行なっているため、所望の発振周波数に容易、確実、かつ迅速に調整することができるとともに、不良率をも低減することができる。そして、吹出しノズルから反応ガスを吹出してエッチングするようにしているため、真空プラズマによるエッチングのようにエッチングをしない部分のマスク処理をする必要がなく、工程の簡素化を図ることができる。
また、精度の高いエッチング位置出しにより、不良率の低減が図られる。
【０００９】
吹出しノズルから吹出した反応ガスを、吹出しノズルの周囲において吸引すると、吸引量によって吹出しノズルから吹出された反応ガスの広がり具合を調整することができる。従って、反応ガスの吸引量を多くすると水晶のエッチング面積を狭くでき、反応ガスの吸引量を少なくすると反応ガスがより広がってエッチング面積を広くすることができ、エッチングする箇所や周波数の調整量に応じてエッチング面積を制御することができる。
また、吹出しノズルは吸引ノズルよりも突出して設けられているため、エッチング面積の微妙な調整ができる。
【００１０】
そして、上記の周波数調整方法を実施するための水晶振動子の周波数調整装置は、多数の振動子チップが設けられた水晶ウエハを配置するステージと、前記水晶ウエハに近接配置され、水晶ウエハをエッチングするための大気圧またはその近傍の圧力の反応ガスを吹き出す吹出しノズルと、この吹出しノズルの周囲に開口し、吹出しノズルから吹き出された前記反応ガスを吸引する吸引ノズルとが設けられ、前記吹出しノズルが吹き出した前記反応ガスによって前記水晶ウエハを局所的にエッチングする処理ユニットと、この処理ユニットの前記吸引ノズルに接続した吸引手段と、前記処理ユニットを平面的に移動させ、前記水晶ウエハとの相対位置を変える駆動手段と、前記水晶ウエハに対する前記処理ユニットの位置を検出する位置検出手段と、前記振動子チップに形成した電極を介して振動子チップの発振周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段の検出信号に基づいて、前記振動子チップの発振周波数が所定の周波数となったか否かを判断するとともに、前記位置検出手段の検出信号に基づいて、前記駆動手段を介して前記水晶ウエハと前記処理ユニットとの相対位置を変える制御手段と、を有する構成にしてある。制御手段は、周波数検出手段または位置検出手段の少なくともいずれか一方の検出信号に基づいて、排気手段の吸引量を制御するように構成できる。
また、水晶ウェハ単位に処理することにより、前後工程との接続が容易にできる構成となっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る水晶振動子の周波数調整方法および装置の好ましい実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る水晶振動子の周波数調整装置の説明図である。図１におて、周波数調整装置は、多数の振動子チップ（図示せず）が設けられている水晶ウエハ１０を配置するＸＹステージ１２を有していて、このＸＹステージ１２によって水晶ウエハ１０を平面内で二次元移動できるようになっている。また、ＸＹステージ１２の上方には、処理ユニット１４が配設してある。
【００１３】
処理ユニット１４は、ホルダ１６の中央部に吹出しノズル１８が設けてあるとともに、ホルダ１６の下部に吸引ノズル２０が取り付けてある。そして、吹出しノズル１８は、水晶ウエハ１０のエッチング処置の際に、先端（下端）がＸＹステージ１２上の水晶ウエハ１０に近接して配置される。また、吹き出しノズル１８は、後端が反応ガスの供給源となっている放電ユニット２２に配管２４を介して接続してあり、詳細を後述する反応ガスを水晶ウエハに吹き付けることができるようになっている。一方、吸引ノズル２０は、吹出しノズル１８の周囲に、吹出しノズル１８と同心に形成された吸引開口を下端に有している。さらに、吸引ノズル２０は、排気管２６を介してブロアやポンプなどの吸引装置（吸引手段）２８に接続してあり、吹出しノズル１８が吹出した反応ガスを吸引開口を介して吸引できるようにしてある。
【００１４】
放電ユニット２２は、ＣＦ4と水蒸気（Ｈ2Ｏ）との混合ガスが供給されるようになっていて、放電によってＣＦ4と水蒸気とを反応させ、ＨＦやＣＯＦ2などの反応性のフッ素系ガスを生成し、これらの反応性のフッ素系ガスを含んだ反応ガスを配管２４を介して吹出しノズル１８に供給する。また、配管２４には、水蒸気配管が接続してあり、放電ユニット２２から配管２４に流入した反応ガスに水蒸気を添加できるようにしてある。この水蒸気は、反応ガス中のフッ素系ガスと反応し、水晶ウエハ１０をエッチング可能なフッ素イオンやフッ化水素イオンなどを発生する。
【００１５】
水晶ウエハ１０に設けられた振動子チップには、電極パターンが形成してあって、この電極パターンにネットアナライザ３０が接続してあるプローブ３２を接触させ、振動子チップの発振周波数をネットアナライザ３０によって検出できるようになっている。そして、ネットアナライザ３０は、出力側に制御手段である制御ユニット３４が接続してあって、検出周波数を制御ユニット３４に入力するようにしてある。また、制御ユニット３４には、ＸＹステージ１２を移動させるステージ駆動装置３８が接続してあり、ステージ駆動装置３８が制御ユニット３４からの制御信号を受けてＸＹステージ１２を移動し、水晶ウエハ１０の各振動子チップを加工位置に移動できるようにしてある。
【００１６】
ＸＹステージ１２の上方には、位置決めカメラ４０が設けてある。この位置決めカメラ４０は、加工位置となる処理ユニット１４の下方の振動子チップを撮像し、映像信号を画像処理装置４２に入力するようになっている。そして、画像処理装置４２は、予め与えられたパターンと位置決めカメラ４０の撮像したパターンとを比較し、振動子チップが所定の加工位置に配置されたか否かを制御ユニット３４に入力する。制御装置３４には、表示装置４４が接続してあって、振動子チップの位置決め状態や振動子の発振周波数などが表示できるようにしてある。
【００１７】
なお、処理ユニット１４は、サーボモータなどを備えた駆動機構４６に搭載してあって、三次元移動が可能となっている。そして、駆動機構４６には、複数のロータリエンコーダなどから構成した位置センサ４８が設けてあって、処理ユニット１４の位置を検出して制御ユニット３４に入力できるようにしてある。制御ユニット３４は、位置センサ４８に出力信号に基づいて、振動子チップと処理ユニット１４との相対位置を求め、駆動機構４６に制御信号を出力して処理ユニット１４を振動子チップの処理位置（エッチング位置）に移動させる。
【００１８】
上記のごとく構成した実施の形態の作用は、次のとおりである。
【００１９】
制御ユニット３４は、ＸＹステージ１２の上に水晶ウエハ１０が配置され、制御ユニット３４に周波数調整実行命令が与えられると、ステージ駆動装置３８に駆動制御信号を出力し、ＸＹステージ１２を駆動させて第１番目の振動子チップを所定の加工位置に移動させる。このとき、画像処理装置４２は、位置決めカメラ４０の撮像したパターンを予め与えられた基準パターンと比較し、振動子チップが加工位置に配置されたか否かを制御ユニット３４に出力する。制御ユニット３４は、基準パターンと撮像パターンとが一致するようにステージ駆動装置３８を制御する。
【００２０】
制御ユニット３４は、振動子チップが加工位置に配置されると、図示しないプローブセット装置を駆動してプローブ３２を振動子チップの電極に接触させるとともに、駆動機構４６を介して処理ユニット１４をエッチング開始位置に移動させ、また吸引装置２８を駆動して吸引ノズル２０による吸引を開始する。一方、ネットアナライザ３０は、プローブ３２を介して振動子の発振周波数を検出し、その値を制御ユニット３４に入力する。また、制御ユニット３４は、放電ユニット２２を制御して反応ガスを生成させる。すなわち、放電ユニット２２は、大気圧状態で供給されたＣＦ4と水蒸気とを放電によって反応させ、ＨＦやＣＯＦ2などの反応性のフッ素系ガスを含む反応ガスを生成する。
【００２１】
放電ユニット２２の生成した反応ガスは、配管２４に流入した水蒸気とともに大気圧状態で処理ユニット１４の吹出しノズル１８に供給され、吹出しノズル１８の先端から水晶ウエハ１０に吹き付けられ、水晶ウエハ１０を局部的にエッチングする。そして、制御ユニット３４は、水晶ユニット１０のエッチングが開始されると、ネットアナライザ３０の検出した発振周波数を監視するとともに、位置センサ４８の出力信号を取り込んで振動子チップと処理ユニット１４との相対位置を求め、駆動機構４６に制御信号を出力して処理ユニット１４の位置を制御するとともに、処理ユニット１４を移動させながら振動子チップをエッチングする。さらに、制御ユニット３４は、ネットアナライザ３０の検出した振動子チップの発振周波数を読み込み、これを予め与えられている基準周波数と比較し、発振周波数が基準周波数に一致するまで水晶をエッチングしてチップを薄くする。
【００２２】
そして、制御ユニット３４は、振動子チップの発振周波数が基準周波数になると、放電ユニット２２を停止するとともにプローブ３２を振動子チップから離間させ、処理ユニット１４を初期のエッチング開始位置に戻す。また、制御ユニット３４は、ステージ駆動装置３８に制御信号を与えてＸＹステージ１２を所定のピッチだけ送って次の振動子チップを加工位置に配置する。以下、同様にして２番目のチップの周波数調整が行なわれる。そして、この周波数調整が最後の振動子チップが終了するまで繰り返される。すべての振動子チップに対して周波数調整が終了すると、水晶ウエハ１０は次の工程に搬送され、チップごとに切断される。
【００２３】
このように、実施の形態においては、多数の振動子チップを設けた水晶ウエハ１０をＸＹステージ１２の上に配置し、処理ユニット１４の吹出しノズル１８から大気圧状態で吹き出した反応ガスによって水晶をエッチングするようにしているため、高価で大型の真空装置を用いずに水晶振動子の周波数調整を容易に行なうことができる。しかも、ネットアナライザ３０によって振動子チップの発振周波数を検出し、制御ユニット３４がこれを監視しつつ周波数調整をするため、周波数調整を容易、正確、かつ迅速に行なうことができ、不良率をも低減することができる。また、処理ユニット１４の位置を位置センサ４８によって検出し、この検出信号に基づいて処理ユニット１４と振動子チップとの相対位置を求め、駆動機構４６を介して処理ユニット１４の位置を制御するようにしているため、振動子チップの所望位置を容易、正確にエッチングすることができる。
【００２４】
ところで、本発明者等は、吹出しノズルの周囲において吹出しノズルから吹き出された反応ガスを吸引することによってエッチングの範囲を制御できること、また吹出しノズルと吸引ノズルとの大きさ、位置関係によってエッチング範囲が変化することを見い出した。すなわち、図２に示したように、処理ユニット１４の吹出しノズル１８の内径をａ、吸引ノズル２０の内径をｂ、吹出しノズル１８の先端と吸引ノズル２０の先端との距離（突出量）をｃとし、吹出しノズル１８から吹出す反応ガスの流量をｑ、吸引ノズル２０の吸引量（排気量）をＱとした場合、エッチング面積（処理面積）は、これらの値によって変化する。図３は、処理ユニットにより水晶をエッチングしたときの実験結果を示したものである。
【００２５】
なお、図３において、各ノズル１８、２０の内径および突出量の単位はｍｍ、吹出し量および吸引量の単位はＳＬＭ（気体の標準状態における１分間当たりの流量をリットルで表したもの）、エッチング面積の単位はｍｍ2である。また、吹出しノズル１８と水晶との間隔は０．５ｍｍ、水晶に吹き付けた反応ガス中の反応性フッ素系ガス濃度はＨＦ換算で約８０万ｐｐｍである。
【００２６】
図３に示されているように、エッチング面積は、各ノズル１８、２０の内径ａ、ｂの大きさに依存し、内径が小さいほどエッチング面積が小さくなる。また、エッチング面積は、吹出しノズル１８の吸引ノズル２０からの突出量ｃに依存し、突出量ｃが大きいほどエッチング面積も広くなる。さらに、エッチング面積は、吹出し量ｑに対する吸引量Ｑに依存し、吸引量Ｑが多くなるほどエッチング面積が小さくなる。従って、微細な部分をエッチングする場合には、ノズルの径を小さく、また突出量ｃを小さくするとともに、吸引量Ｑを大きくする。
【００２７】
このため、前記実施の形態に係る制御ユニット３４は、位置センサ４８の検出信号に基づいて、吸引装置２８に制御信号を出力し、振動子チップの比較的広い面積をエッチングする場合、吸引ノズル２０による吸引量Ｑを少なくしエッチング面積を広くし、微小なパターン間をエッチングする場合、吸引量Ｑを多くしてエッチング面積を小さくするようになっている。また、制御ユニット３４は、周波数の調整量が小さくなると、吸引ノズル２０による吸引量を多くしてエッチング量が少なくなるように制御する。
【００２８】
なお、前記実施の形態においては、反応ガスを放電ユニット２２において生成する場合について説明したが、フッ素を含む安定なガスを熱分解や光分解などによって反応ガスを生成したり、ＨＦやフッ素ガスを反応ガスとしてボンベから直接供給するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、大気圧またはその近傍の圧力のＨＦやＦ2、ＣＯＦ2などのフッ素系の反応ガスを細い吹出しノズルから水晶ウエハに吹き付けて水晶ウエハを局部的にエッチングするようにしているため、高価で大型の真空装置を用いずに容易に水晶振動子の周波数調整を行なうことができる。しかも、水晶振動子の発振周波数を監視しつつ水晶のエッチングを行なっているため、所望の発振周波数に容易、確実、かつ迅速に調整することができるとともに、不良率をも低減することができる。そして、吹出しノズルから反応ガスを吹出してエッチングするようにしているため、エッチングをしない部分のマスク処理をする必要がなく、工程の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動子の周波数調整装置の説明図である。
【図２】実施の形態に係る処理ユニットのエッチング面積に対するパラメータの説明図である。
【図３】実施の形態に係る処理ユニットによるエッチング結果の説明図である。
【符号の説明】
１０          水晶ウエハ
１２          ステージ（ＸＹステージ）
１４          処理ユニット
１８          吹出しノズル
２０          吸引ノズル
２２          放電ユニット
２８          吸引手段（吸引装置）
３０          周波数検出手段（ネットアナライザ）
３４          制御手段（制御ユニット）
３８          ステージ駆動装置
４０          位置決めカメラ
４６          駆動手段（駆動機構）
４８          位置検出手段（位置センサ）
【図１】
0003726488.tif 000002
【図２】
0003726488.tif 000003
【図３】
0003726488.tif 000004