(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶を有する被加工物を酸性液に浸すエッチング加工方法において、エッチング速度が、前記被加工物の結晶育成速度以上である、エッチング加工方法。
【請求項２】
結晶を有する被加工物を酸性液に浸す予備エッチング工程と、前記予備エッチング工程におけるエッチング速度を計算するエッチング速度計算工程と、計算された前記エッチング速度からエッチングすべきエッチング時間を計算するエッチング時間計算工程と、前記エッチング時間だけ前記被加工物を酸性液に浸す本エッチング工程と、を備え、前期エッチング速度が、前記被加工物の結晶育成速度以上である、エッチング加工方法。
【請求項３】
前記予備エッチング工程の後に、前記被加工物を前記酸性液よりも前記エッチング速度が低い低速エッチング酸性液に漬ける工程、を備えた、請求項２に記載のエッチング加工方法。
【請求項４】
前記酸性液が１００℃以上である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチング加工方法。
【請求項５】
前記酸性液が、フッ化水素アンモニウムまたはフッ化水素酸が溶解している液である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチング加工方法。
【請求項６】
前記被加工物が水晶である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチング加工方法。
【請求項７】
前記被加工物が、天然水晶原石、水熱合成法で育成された人工水晶原石、またはスイプト水晶原石から切断された水晶である、請求項６に記載のエッチング加工方法。
【請求項８】
前記被加工物がアルミナ、石英、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれか一つである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチング加工方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のエッチング加工方法により加工された加工物。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、水晶、石英などの結晶を有する物体をエッチング加工するための方法に関する。
背景技術
近年、移動体通信分野における大容量、高周波化の流れにしたがって、使用される圧電材料を使ったエレクトロメカニカル機能部品である水晶振動子やＳＡＷ（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ）フィルタを始めとする各種フィルタは、高周波化対応せざるを得なくなってきている。１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ帯は水晶のバルク波振動を利用した水晶振動子や水晶フィルタ、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ帯は弾性表面波振動を利用したＳＡＷフィルタ等が数多く使用されている。
ここで、各種通信機器部品の超小型化、高安定化に対しては、水晶板の固有振動を利用したバルク波のバルク波水晶デバイスの方が表面波デバイスであるＳＡＷデバイスに比較しても実現できるデバイスのＱや周波数安定度は、根源的に優れた特性をしていることは自明のことである。
しかしながら、水晶のバルク波で実現できる周波数は水晶板の厚みの逆数の関係にあることから高周波化の為には水晶板の厚みを薄くする必要がある。取り扱いも含めて水晶板の機械加工による両面研磨での薄板化は３０μｍが実用的限界であり、基本波動作周波数としては５５ＭＨｚにとどまっている。
そこで、高周波のバルク波水晶デバイスが要求される場合は、容量比によって実現できるデバイス特性の制限はあるものの三倍波、五倍波、七倍波等の高調波振動を利用し実現されている。しかし、高調波振動よりは、基本波振動を利用できる方が好ましい。このことから、結晶欠陥の無いスイプト水晶を使って水晶の一部を化学的・物理的に薄く加工する、いわゆるメサ加工をおこなった基本波で動作するバルク波水晶デバイスの技術開発が進められている。
水晶のメサ加工により、所望とするバルク波水晶デバイスの高周波化はダイヤフラム構造で実現できる。イオン・ミーリング法は真空中でプラズマにより水晶表面を物理的にメサ加工をおこなう方法である。このイオン・ミーリング法の欠点は、水晶に対する加工スピードが遅いことである。
また最近注目を集めている化学的エッチング法で水晶のメサ加工をおこなう方法が検討されている。
しかしながら、化学的エッチング法で水晶のメサ加工を行う際には、第４１回Ａｎｎｕａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９８７ｐｐ．１８３−１９１において報告されているように、結晶格子の歪に伴っておこるエッチチャネル（Ｅｔｃｈ  Ｃｈａｎｎｅｌ：貫通穴）やエッチピット（Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ：表面の荒れ）の発生がある。
そこで、本発明は、水晶などの結晶を有する物体にエッチングを行う場合に、エッチチャネルやエッチピットといった欠陥を生じないように、エッチングを行う加工法を提供することを課題とする。
発明の開示
上記課題に鑑み、請求項１に記載の発明は、結晶を有する被加工物を酸性液に浸すエッチング加工方法において、エッチング速度が、被加工物の結晶育成速度以上である、エッチング加工方法である。
エッチング速度を高めるにつれて、エッチチャネルやエッチピットといった欠陥が少なくなることは、本願の発明者により発見されたものである。特に、エッチング速度が、被加工物の結晶育成速度以上の場合は、エッチチャネルやエッチピットが著しく少なくなることも、本願の発明者により発見されたものである。
請求項２に記載の発明は、結晶を有する被加工物を酸性液に浸す予備エッチング工程と、予備エッチング工程におけるエッチング速度を計算するエッチング速度計算工程と、計算されたエッチング速度からエッチングすべきエッチング時間を計算するエッチング時間計算工程と、エッチング時間だけ被加工物を酸性液に浸す本エッチング工程と、を備え、エッチング速度が、被加工物の結晶育成速度以上である、エッチング加工方法である。
酸性液によるエッチング速度が明らかになるので、エッチング時間を計算することができる。よって、エッチングすべき時間を正確に求めることができ、エッチングを適確に行える。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、予備エッチング工程の後、エッチング速度計算工程の前や本エッチング工程の直後等の任意の段階で、被加工物を酸性液よりもエッチング速度が低い低速エッチング酸性液に漬ける工程を、備えたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発明であって、酸性液が１００℃以上であるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発明であって、酸性液が、フッ化水素アンモニウムまたはフッ化水素酸が溶解している液であるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発明であって、被加工物が水晶であるものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明であって、被加工物が、天然水晶原石、水熱合成法で育成された人工水晶原石、またはスイプト水晶原石から切断された水晶であるものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発明であって、被加工物がアルミナ、石英、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７のいずれか一つであるものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のエッチング加工方法により加工された加工物である。
発明を実施するための最良の形態
まず、本発明の原理について説明する。ＡＴカットに切断研磨されたスイプト水晶板をフッ化水素アンモニウム液でエッチングした時のエッチング速度とエッチング加工した水晶面に現れるエッチチャネル数／Ｃｍ２とエッチピット数／ｃｍ２の関係を図１に示す。エッチチャネル数は０．６μｍ／分以上ではゼロになるが、エッチピット数は１μｍ／分を越えたところで約７００個以下になり、１．６μｍ／分以上ではＥｔｃｈ  Ｐｉｔは発生しないことがわかる。
なお、この種の水晶は、結晶の育成速度は．最大で１．５４μｍ／分程度であるから、エッチング速度が、結晶の育成速度以上であれば、エッチチャネルもエッチピットも発生しないことになる。
すなわち、エッチング速度を高めるにつれて、エッチチャネルやエッチピットといった欠陥が少なくなる。このことは、本願の発明者により発見されたものである。特に、エッチング速度が、被加工物の結晶育成速度以上の場合は、エッチチャネルやエッチピットが著しく少なくなることも、本願の発明者により発見されたものである。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
第一の実施形態
まず、第一の実施形態の構成を説明する。図２および図３は本発明の第−の実施形態にかかるエッチング加工法を実施するためのエッチング加工装置を示す図である。エッチング加工装置は、エッチング容器１０、中和容器１２、洗浄容器１４、液温コントローラ２０、ヒータ２２、温度計２４、バスケット３２、バスケット把持部３４、を備える。
まず、図２を参照し、エッチング容器１０は、耐薬品性の容器である。エッチング容器１０は、例えば、内壁がポリフッ化エチレンあるいはプラチナで被覆されたアルミナ鍋またはステンレス鍋である。エッチング容器１０には、フッ化水素アンモニウム５００ｇを同量の純水５００ｃｃに溶かしたフッ化水素アンモニウム液が入っている。なお、エッチングが可能なような酸性液でありさえすればよいが、ここではフッ化水素アンモニウム液を用いている。
図３を参照し、中和容器１２には、炭酸カルシウム溶液が入っている。洗浄容器１４には、純水が入っている。
図２に戻り、ヒータ２２は、エッチング容器１０中のフッ化水素アンモニウム液を加熱する。温度計２４は、エッチング容器１０中のフッ化水素アンモニウム液の液温を計測する。コントローラ２６は、フッ化水素アンモニウム液のあるべき液温と、温度計２４の計測結果とを比較し、ヒータ２２を制御して、フッ化水素アンモニウム液の液温を制御する。
フッ化水素アンモニウム液の液温を制御することでエッチング速度を制御することができる。一般に、液温が高くなるに従い、エッチング速度が大きくなる。例えば、フッ化水素アンモニウム５００ｇを純水５００ｃｃに溶解した溶液の液温を１２８℃にすれば、エッチング速度が１．６μｍ／分程度になる。なお、エッチング速度とは、被加工物を１分間に削る長さである。例えば、エッチング速度１．６μｍ／分では、厚さ８０μｍの水晶は片側からのエッチング加工で約５０分、両側からのエッチング加工では約２６分でメサ加工部の水晶の厚みが１μｍ以下になる。
バスケット３２は、ポリフッ化エチレン製のビーカであり、側壁や底部に貫通穴３２ａがあいている。バスケット３２には、エッチングされる被加工物である水晶４０が入っている。例えば、水晶は板状であり、数百〜千枚程度が入っている。
水晶４０は、例えば天然水晶、人工的に水熱合成法で育成される水晶原石またはスイプト水晶原石から切断、研磨された板状のものである。ただし、本実施の形態においては、比較的、エッチングの速度が高速であるため、必ずしも研磨する必要はない。すなわち、図２（ｃ）に示すように、切断されたままで研磨を行わない水晶を用いてもよい。なぜなら、エッチングの中でも特に高速なエッチングは等方性加工であり、水晶等の被加工物はどの方向にも加工されるので、高速なエッチング自体が研磨工程も兼ねるからである。
よって、図２（ｃ）に示すような切断された水晶は、高速なエッチングがなされると、図２（ｄ）のように表面が鏡面になり、バリもとれる。
人工水晶Ｚ板の育成速度は、Ｘ方向で０．５μｍ／分、Ｚ方向で０．２５μｍ／分、水晶の厚み方向であるＹ方向で１．５４μｍ／分となっている。なお、第一の実施形態では、被加工物は水晶であるが、その他にも、アルミナ、石英、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７でもかまわない。
バスケット３２は、エッチング容器１０、中和容器１２、洗浄容器１４に漬けられる。バスケット３２の貫通穴３２ａを通じて、エッチング容器１０、中和容器１２、洗浄容器１４に入れられた液がバスケット３２の内部を流通する。
バスケット把持部３４は、バスケット３２を把持するためのいわば取っ手である。バスケット把持部３４を把持することで、バスケット３２を上下に動かし、左右に回転させたりすることができる。
なお、図２（ａ）に示すように、バスケット３２を一個だけ使用した場合は、水晶４０が、溶かしたフッ化水素アンモニウム液に浮いてしまう場合がある。そこで、図２（ｂ）に示すように、バスケット３２を二個重ねて使用することが好ましい。上部のバスケット３２と、下部のバスケット３２との隙間に水晶４０が入れられる。水晶４０が浮かび上がろうとしても、上部のバスケット３２の底部が蓋の役割を果たすので、水晶４０が浮かび上がることを防止できる。
次に、第一の実施形態の動作を図４のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、フッ化水素アンモニウム５００ｇを同量の純水５００ｃｃに溶かした過飽和フッ化水素アンモニウム液をエッチング容器１０に入れ、液温を所定の温度、例えば１２８℃にする（Ｓ１０）。液温を１２８℃にすれば、エッチング速度が１．６μｍ／分程度になる。被加工物である水晶４０は、後述するとおり人工水晶であり、結晶の育成速度はＸ方向で０．５μｍ／分、Ｚ方向で０．２５μｍ／分、水晶の厚み方向であるＹ方向で１．５４μｍ／分である。よって、エッチング速度が結晶の育成速度以上である。
次に、人工水晶Ｚ板（アンスイプト水晶）から切断・鏡面研磨された発振周波数１９ＭＨｚのφ５ｍｍのＡＴカット水晶板の中心部にφ２ｍｍのメサ加工する水晶両表面を露出させ、水晶板の表裏の外周から約１．５ｍｍの周辺部に銀粒の入った導電性接着剤を約１００μｍの厚みで塗布する。なお、導電性接着剤は保護膜として機能し、導電性接着剤が塗布された部分はエッチングされない。すなわち、導電性接着剤によりマスキングを行っている。なお、マスキングには、Ｃｒ下地２００Åと金３０００Åの二層構造で薄膜形成したものを用いることも可能である。一般的には、Ｃｒ下地２００Åと金３０００Åの二層構造で薄膜形成したものは、Ｆｉｎｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ用すなわち、精密なマスキングパターンを得るために使用される。
このような水晶４０を数百〜千枚、バスケット３２に入れて、バスケット３２をエッチング容器１０に入れ過飽和フッ化水素アンモニウム液に所定の時間、例えば２０分間浸す（Ｓ１２）。バスケット３２を過飽和フッ化水素アンモニウム液に浸す間、バスケット３２を上下に振動させ、左右に回転させる。バスケット３２を過飽和フッ化水素アンモニウム液に浸すことで、水晶４０がエッチングされる。
エッチングを所定時間行い終えれば、バスケット３２をエッチング容器１０から引き上げ、中和容器１２に入れる。これにより、水晶４０を中和液である炭酸カルシウム溶液に浸す（Ｓ１４）。中和することで、エッチングを止める。最後に、バスケット３２を中和容器１２から引き上げ、純水容器１４に入れる。これにより、水晶４０を洗浄する（Ｓ１６）。
このようにしてエッチングされた水晶４０の断面を図５および図６に示す。図５は水晶板２０１の表裏二面からエッチングを行う場合、図６は水晶板３０１の表面一面からエッチングを行う場合、を示したものである。
図５に示すように、水晶板２０１には、保護膜２０３、２０４が形成されており、エッチングされないようになっている。保護膜２０３、２０４は、銀粒の入った導電性接着剤を水晶板２０１に塗布することで形成される。保護膜２０３、２０４が無い部分でエッチングが行われ、エッチングの進行と共に、サイドエッチ部２０５、２０６、２０７、２０８が形成される。
図６に示すように、水晶板３０１には、保護膜３０３が形成されており、エッチングされないようになっている。保護膜３０３は、銀粒の入った導電性接着剤を水晶板３０１に塗布することで形成される。保護膜３０３が無い部分でエッチングが行われ、エッチングの進行と共に、サイドエッチ部３０４，３０５が形成される。
このようにして、水晶のエッチング速度１．６μｍ／分が得られる。エッチングを開始してから２０分後には、中心部φ２ｍｍのメサ個所で基本波７０ＭＨｚで動作するメサ加工水晶板が得られる。メサ加工された表面を観察したところ、エッチチャネルやエッチピットは見られない。
すなわち、エッチング容器１０内のフッ化水素アンモニウム液の液温を１２８℃にすることで、エッチング速度が１．６μｍ／分となる。そこで、エッチング速度が水晶４０の結晶育成速度の最大値１．５４μｍ／分を越えたため、エッチチャネルやエッチピットが発生しなかったのである。このように、エッチング速度を高めるにつれて、エッチチャネルやエッチピットといった欠陥が少なくなることは、本願の発明者により発見されたものである。特に、エッチング速度が、被加工物の結晶育成速度以上の場合は、エッチチャネルやエッチピットが著しく少なくなることも、本願の発明者により発見されたものである。
第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態に、エッチング速度、時間の計算を加えたものである。
図７は、本発明の第二の実施形態にかかるエッチング加工法を実施するためのエッチング加工装置を示す図である。第二の実施形態のエッチング加工装置は、エッチング容器１０、１６、中和容器１２、洗浄容器１４、液温コントローラ２０、ヒータ２２、温度計２４、バスケット３２、バスケット把持部３４、を有する。
エッチング容器１０、１６以外は、第一の実施形態と同様なので、説明を省略する。エッチング容器１０、１６を図７（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。エッチング容器１０には、５６％のフッ化水素アンモニウム溶液を入れる。エッチング容器１０は、水晶４０を加工するために用いられる。エッチング容器１６には、１０％のフッ化水素アンモニウム溶液を入れる。エッチング容器１６は、エッチング速度を計測するために用いられる。なお、中和容器１２、洗浄容器１４は、第一の実施形態と同様であり、図３と同様な構成である。よって、中和容器１２、洗浄容器１４については、図示省略する。図３を参照されたい。
次に、第二の実施形態の動作を図８のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、エッチング容器１０において、純水６６０ｃｃにフッ化水素アンモニウム８４０ｇを溶かし、フッ化水素アンモニウム溶液１．５リットルを作り、液温を所定の温度、例えば１１０℃にする（Ｓ１０）。液温を１１０℃にすれば、エッチング速度が結晶の育成速度以上である。このようにして、エッチング容器１０には５６％フッ化水素アンモニウム溶液が生成される。
また、エッチング容器１６において、純水１３５０ｃｃにフッ化水素アンモニウム１５０ｇを溶かし、フッ化水素アンモニウム溶液１．５リットルを作り、液温を所定の温度、例えば８０℃−９０℃にする（Ｓ１０）。ただし、フッ化水素アンモニウムを完全に溶解させるために、いったん１００℃以上にしてから８０℃−９０℃にすることが好ましい。このようにして、エッチング容器１６には１０％フッ化水素アンモニウム溶液が生成される。
次に、エッチングを行う時間である、所定時間を計算する（Ｓ２０）。所定時間の計算手順を図９に示す。
まず、人工水晶Ｚ板（アンスイプト水晶）から切断・鏡面研磨された発振周波数１９ＭＨｚのφ５ｍｍのＡＴカット水晶板の中心部にφ２ｍｍのメサ加工する水晶両表面を露出させ、水晶板の表裏の外周から約１．５ｍｍの周辺部に銀粒の入った導電性接着剤を約１００μｍの厚みで塗布する。なお、導電性接着剤は保護膜として機能し、導電性接着剤が塗布された部分はエッチングされない。すなわち、導電性接着剤によりマスキングを行っている。なお、マスキングには、Ｃｒ下地２００Åと金３０００Åの二層構造で薄膜形成したものを用いることも可能である。一般的には、Ｃｒ下地２００Åと金３０００Åの二層構造で薄膜形成したものは、Ｆｉｎｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ用すなわち、精密なマスキングパターンを得るために使用される。
このような水晶４０を数百〜千枚、バスケット３２に入れて、バスケット３２をエッチング容器１０に入れ５６％フッ化水素アンモニウム溶液に短時間、例えば３０秒間浸す（Ｓ２２）。バスケット３２を５６％フッ化水素アンモニウム溶液に浸す間、バスケット３２を上下に振動させ、左右に回転させる。バスケット３２を過飽和フッ化水素アンモニウム液に浸すことで、水晶４０が短時間だけエッチングされる。
次に、バスケット３２をエッチング容器１６に入れ１０％フッ化水素アンモニウム溶液に短時間、例えば１０〜２０秒間浸す（Ｓ２４）。バスケット３２を１０％フッ化水素アンモニウム溶液に浸す間、バスケット３２を上下に振動させ、左右に回転させる。低濃度のフッ化水素アンモニウム溶液に水晶４０を漬けることで、エッチングを徐々に停止させる。
そして、バスケット３２をエッチング容器１６から引き上げ、中和容器１２に入れる。これにより、水晶４０を中和液である炭酸カルシウム溶液に浸す（Ｓ２４）。中和することで、エッチングを完全に止める。
ここで、水晶４０の厚みを計測し、元の水晶４０の厚みとの差を求める。これが、エッチングにより削られた厚みである。エッチングにより削られた厚みを、水晶４０を５６％フッ化水素アンモニウム溶液に漬けておいた時間で割ることにより、エッチング速度を計算する（Ｓ２８）。例えば、３０秒間、水晶４０を５６％フッ化水素アンモニウム溶液に漬けておき、エッチングにより片面が１．１μｍ削られていたならば、１．１／０．５＝２．２μｍ／分がエッチング速度となる。
次に、エッチング速度からエッチング時間を計算する（Ｓ２９）。すなわち、削るべき厚みをエッチング速度で割る。例えば、片面をエッチングで１０μｍ削る場合、エッチング速度が２．５μｍ／分であるとすれば、１０／２．５＝４分がエッチング時間である。
ここで、図８に戻る。水晶４０を数百〜千枚、バスケット３２に入れて、バスケット３２をエッチング容器１０に入れ過飽和フッ化水素アンモニウム液に所定の時間、すなわち先に計算したエッチング時間浸す（Ｓ１２）。バスケット３２を５６％フッ化水素アンモニウム溶液に浸す間、バスケット３２を上下に振動させ、左右に回転させる。バスケット３２を過飽和フッ化水素アンモニウム液に浸すことで、水晶４０がエッチングされる。なお、エッチングを所定時間行い終えた後に、バスケット３２を１０％フッ化水素アンモニウム液の入ったエッチング容器１６に入れてエッチングの微調整を行っても良い。
エッチングを所定時間行い終えれば、バスケット３２をエッチング容器１０から引き上げ、中和容器１２に入れる。これにより、水晶４０を中和液である炭酸カルシウム溶液に浸す（Ｓ１４）。中和することで、エッチングを止める。最後に、バスケット３２を中和容器１２から引き上げ、純水容器１４に入れる。これにより、水晶４０を洗浄する（Ｓ１６）。
第二の実施形態によれば、エッチング速度が明らかになるので、エッチング時間を計算することができる。よって、エッチングすべき時間を正確に求めることができ、エッチングを適確に行える。
なお、第一および第二の実施形態における水晶のエッチング速度は、あくまで例示である。フッ化水素アンモニウム液の濃度や液温の設定によっては、エッチング速度１０μｍ／分以上ということも可能である。エッチング速度の制御自体は、周知であるため説明を省略する。
例えば、エッチング速度１０μｍ／分の場合、表裏二面をエッチングするとすれば、厚み１５０μｍ（動作周波数１０．６ＭＨｚ）の水晶は、３分３０秒で、厚みが１５０−２×３．５×１０＝８０μｍ（動作周波数２０ＭＨｚ）となる。
このとき、高速エッチングであるため、表面が研磨されるのと同様な効果があるので、水晶のＱが高い。しかも、端面に不要なバリがあると、不要な（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）振動が発生し、機械的な衝撃にも弱くなる。そこで、高速なエッチングによれば、端面のバリを容易にとることができるので、水晶の不要な（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）振動を防ぎ、機械的な衝撃にも強くなる。
すなわち、エッチチャネルやエッチピットを防止するために、高速エッチングを行うことで、水晶のＱを高め、不要な（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）振動を防ぎ、機械的な衝撃にも強くなる、といった効果までをも奏する。
また、第一および第二の実施形態によれば、本発明の水晶振動子は基本波動作周波数が５０ＭＨｚ以上の水晶板を対象にし、例えば５ｍｍφの水晶板で物理的厚みを８０μｍ（２０ＭＨｚの水晶に相当）に選べば、実装面における製造工程の歩留まり向上にも大きく寄与できる。特に、加工材である水晶板の厚みを適切に選ぶことにより、水晶板の物理的厚みを８０μｍに保持したままで、エッチング加工時に発生するＥｔｃｈ  Ｐｉｔを抑えられることからＨｉｇｈ  Ｑを保ちながら１００ＭＨｚ（ダイアフラム部の厚み１６．７μｍ）で動作する水晶板を実現することは、製造上極めて容易である。より高い周波数では振動領域として必要なダイアフラム面積を小さくできることから、外形形状を小型化することで衝撃や振動等の外的環境に対しても耐環境性に優れた水晶振動子が得られることになる。
本発明のダイアフラム構造のメサ加工水晶板は、フッ化水素アンモニウム液では、厚み振動を利用したＡＴカット水晶板が有する三次曲線の周波数温度特性パターンを５０ＭＨｚから数百ＭＨｚ以上の広い周波数範囲に渡って実現できることである。
フッ化水素酸を主成分としたエッチング液では、ＳＣカット水晶板をメサ加工の対象とする。本発明による製造方法は超高速エッチング法であることから短時間に水晶を多量にバッチ処理でき、量産効果もある。本発明の超高速エッチング方法は等方性エッチングであり、従来のエッチング速度が遅い時に起こる異方性エッチングによるメサ加工の問題点として指摘されてきた局所的な加工ムラによるカットアングルのずれに起因する温度特性のバラツキも小さく抑えられ、かつＥｔｃｈ  Ｃｈａｎｎｅｌによる貫通穴や表面の荒れ（Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ）の無いＱの高い優れた水晶振動子が実現可能なことである。水晶の加工時の残留応力の影響が少ないことも大きな特徴である。
以上の通り、本発明のメサ加工水晶板は、これまでのメサ加工ブランクの製造法を踏襲しながら、エッチング速度を著しく速めることで、Ｈｉｇｈ  Ｑを保ちながら、基本波動作周波数を高めることが出来るメサ加工が可能なことにある。水晶が育成された時の速度よりも速めることが最大のポイントである。本発明のメサ加工水晶板は、フッ化水素アンモニウム液では、厚み振動を利用したＡＴカット水晶板が有する三次曲線の周波数温度特性パターンを５０ＭＨｚから数百ＭＨｚ以上の広い周波数範囲に渡って極めて短時間に実現できることである。フッ化水素酸を主成分としたエッチング液では、ＳＣカット水晶板をメサ加工の対象とする。本発明による製造方法は超高速エッチング法であることから短時間に水晶を多量に加工処理でき量産効果もある。水晶の加工時の残留応力の影響が少ないことも大きな特徴である。
産業上の利用可能性
このように、本発明は、その工業的価値もさることながら、産業に与える影響も極めて大きく、その応用分野は、水晶振動子、モノリシック・クリスタルフィルタのみにとどまらず、センサー分野にその利用分野を広めうる可能性を含んでいることから、その実用性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、水晶板をフッ化水素アンモニウム液でエッチングした時のエッチング速度とエッチング加工した水晶面に現れるエッチチャネル数／ｃｍ２とエッチピット数／ｃｍ２の関係を示すグラフである。
第２図は、本発明の第一の実施形態にかかるエッチング加工法を実施するためのエッチング加工装置を示す図である。第２図（ａ）は、エッチング容器１０と液温制御系とを組み合わせた全体的な図、第２図（ｂ）は、バスケット３２を重ね合わせて用いる形態を示す図、第２図（ｃ）は、エッチング前の水晶４０を示す図、第２図（ｄ）は、エッチング後の水晶４０を示す図、である。
第３図は、本発明の第一の実施形態にかかるエッチング加工法を実施するためのエッチング加工装置の中和容器１２および純水容器１４を示す図である。
第４図は、第一の実施形態の動作を示すフローチャートである。
第５図は、表裏二面からエッチングされた水晶４０の断面を示す断面図である。
第６図は、表面一面からエッチングされた水晶４０の断面を示す断面図である。
第７図は、本発明の第二の実施形態にかかるエッチング加工法を実施するためのエッチング加工装置を示す図である。
第８図は、第二の実施形態の動作を示すフローチャートである。
第９図は、第二の実施形態におけるエッチング時間の計算工程を示すフローチャートである。
【図１】
0003564564.tif 000002
【図２】
0003564564.tif 000003
【図３】
0003564564.tif 000004
【図４】
0003564564.tif 000005
【図５】
0003564564.tif 000006
【図６】
0003564564.tif 000007
【図７】
0003564564.tif 000008
【図８】
0003564564.tif 000009
【図９】
0003564564.tif 000010