(57)【要約】【課題】  被エッチング体８のエッチング量をモニターするエッチングモニターであって小型で測定精度の高める技術を提供すること。【解決手段】  水晶片２０の下面側に第１の励振電極３を設け、容器１０により第１の励振電極３の周囲を気密の空間を形成している。また第２の励振電極４を水晶片２０と離間するように設け、第２の励振電極４と水晶片２０の間にエッチング液９０が満たされるように構成している。そして第１の励振電極３と第２の励振電極４とを発振回路５に接続し、水晶振動子２の発振周波数を測定し、発振周波数の変化に基づいて被エッチング体８のエッチング量をモニターしている。エッチング液９０と水晶片２０とが接する面積が増えるため、エッチング量の検出感度が良くなる。従って小型のエッチングセンサー１でも精度の高い測定ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬してエッチングする時に被エッチング体のエッチング状況を監視するためのエッチングモニター用のセンサーであって、
エッチング量に応じて発振周波数が変化し、前記圧電材料と同じ材料からなるモニター用の圧電板と、
前記圧電板の一面側及び他面側に夫々設けられ、発振回路に接続される第１の励振電極及び第２の励振電極と、を備え、
前記第１の励振電極及び前記第２の励振電極のうちの少なくとも第１の励振電極は、前記圧電板をエッチングするためのエッチング液が通流するための隙間を介して前記圧電板の一面側に対向して設けられていることを特徴とするエッチングモニター用のセンサー。
【請求項２】
前記圧電板は、他面側が気相空間に臨むように設けられ、
前記第１の励振電極及び前記第２の励振電極のうちの他方の電極は、前記圧電体の他面側の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のエッチングモニター用のセンサー。
【請求項３】
前記圧電材料は水晶であることを特徴とする請求項１または２記載のエッチングモニター用のセンサー。
【請求項４】
圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬するためのエッチング液槽と、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセンサーと、を備えたことを特徴とするエッチングモニター。
【請求項５】
前記センサーは、前記エッチング液槽内に配置されていることを特徴とする請求項４記載のエッチングモニター。
【請求項６】
前記センサーは、前記エッチング液槽の外に配置され、
前記センサーの前記隙間に前記エッチング液槽のエッチング液を供給する供給部を備えたことを特徴とする請求項４記載のエッチングモニター。
【請求項７】
前記センサーの励振電極に接続された発振回路を備えたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載のエッチングモニター。
【請求項８】
前記発振回路に接続された周波数測定部をさらに備えたことを特徴とする請求項７のいずれか一項に記載のエッチングモニター。
【請求項９】
前記センサーの励振電極に接続されたネットワークアナライザを備えたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載のエッチングモニター。
【請求項１０】
圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬してエッチングするときに被エッチング体のエッチング状況を監視しながらエッチングを行うエッチング方法において、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチングモニター用のセンサーを用い、前記圧電板の発振周波数を監視しながら行うことを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物のエッチング量をモニターする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子を製造する時に水晶振動子の周波数を調整するために、例えばフッ酸やフッ化アンモニウムなどのエッチング液により水晶片のエッチングを行い、各ロットの水晶振動子の発振周波数が均一になるように調整される。このエッチングは水晶片をエッチング液に浸して行われるため、エッチング液中の水晶片の厚さをモニターすることが難しい問題がある。従来は水晶片をエッチング液に所定の時間浸漬することにより水晶片の膜厚を一定にしていたが、エッチング液の温度などの条件によりエッチング速度は異なるため、水晶片の厚さに誤差が生じていた。
【０００３】
そのため例えば特許文献１に示すようエッチング液中に被処理物と共に水晶振動子を浸漬しエッチングを行い、水晶振動子のエッチングの進行具合を発振周波数の変化としてモニターすることにより被処理物のエッチング量を測定するエッチングセンサーが知られている。
【０００４】
水晶片の質量が減少すると、水晶片の発振周波数が増加することを利用するものであり、水晶片を被処理物と同じ環境内にてエッチングを行い、このエッチング量と発振周波数の相関関係により、エッチング量が測定される。
【０００５】
近年では簡易な機器を用いて行われることが多く、小型で簡便な装置であって正確な検出をする装置が求められている。しかしながらエッチングセンサーを小型化した場合には、水晶片も小さくなりＣＩ値が増加する。そのため水晶片を小さくした場合には、水晶片を安定した発振をさせるために、水晶片の大きさに対して相対的に大きい電極を付ける必要があるが、電極の割合が大きくなると水晶片がエッチング液に接する面積が減るため検出精度が落ちる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４２７３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、被エッチング体のエッチング量をモニターするエッチングモニターであって測定精度の高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエッチングモニター用のセンサーは、圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬してエッチングする時に被エッチング体のエッチング状況を監視するためのエッチングモニター用のセンサーであって、
エッチング量に応じて発振周波数が変化し、前記圧電材料と同じ材料からなるモニター用の圧電板と、
前記圧電板の一面側及び他面側に夫々設けられ、発振回路に接続される第１の励振電極及び第２の励振電極と、を備え、
前記第１の励振電極及び前記第２の励振電極のうちの少なくとも第１の励振電極は、前記圧電板をエッチングするためのエッチング液が通流するための隙間を介して前記圧電板の一面側に対向して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明のエッチングモニター用のセンサーは、前記圧電板は、他面側が気相空間に臨むように設けられ、
前記第１の励振電極及び前記第２の励振電極のうちの他方の電極は、前記圧電体の他面側の表面に形成されていてもよく、前記圧電材料は水晶であってもよい。
【００１０】
本発明のエッチングモニターは、圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬するためのエッチング液槽と、
上述のセンサーと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明のエッチングモニターは、前記センサーは、前記エッチング液槽内に配置されていてもよく、前記センサーは、前記エッチング液槽の外に配置され、
前記センサーの前記隙間に前記エッチング液槽のエッチング液を供給する供給部を備えていてもよい。さらには、前記センサーの励振電極に接続された発振回路を備えていてもよく、前記発振回路に接続された周波数測定部をさらに備えていてもよい。あるいは、前記センサーの励振電極に接続されたネットワークアナライザを備えたことを特徴としてもよい。
【００１２】
本発明のエッチング方法は、圧電材料からなる被エッチング体をエッチング液に浸漬してエッチングするときに被エッチング体のエッチング状況を監視しながらエッチングを行うエッチング方法において、
上述のエッチングモニター用のセンサーを用い、前記圧電板の発振周波数を監視しながら行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は圧電板の両面に夫々設けた第１の励振電極及び第２の励振電極の内の少なくとも一方の電極を圧電板と離間するように設けて圧電振動子を構成し、離間するように設けた電極と水晶片との間に両者に接するようにエッチング液を満たすようにしている。エッチング液と水晶片とが接する面積が広くなるため小型の水晶振動子とした場合にも検出感度が良くなり、エッチングモニターの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態にかかるエッチングモニターを示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるエッチングモニター用のエッチングセンサーを示す縦断面図である。
【図３】エッチングセンサーの第２の電極を示す拡大図である。
【図４】第１の実施の形態にかかるエッチングモニター用のエッチングセンサーを示す斜視図である。
【図５】水晶振動子の等価回路を示す回路図である。
【図６】第２の実施の形態にかかるエッチングモニターを示す縦断面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかるエッチングセンサーを示す斜視図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるエッチングセンサーを示すブロック図である。
【図９】エッチングセンサーにより検出される周波数ゲインを示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態にかかるエッチングモニターについて説明する。エッチングモニターは、図１に示すようにエッチング液槽９と、エッチングモニター用のセンサーであるエッチングセンサー１と、を備える。
【００１６】
エッチング液槽９は、例えば１％フッ化水素溶液などのエッチング液９０を貯留する容器である。例えば水晶などの被エッチング体８とエッチングセンサー１とは、エッチング液槽９に貯留されたエッチング液９０に浸漬され、被エッチング体８のエッチング状況がモニターされる。
【００１７】
被エッチング体８は、例えば水晶ウエハから複数の水晶振動子を製造する途中段階の中間体である。この中間体は水晶ウエハから水晶振動子の水晶片の外形をエッチングにより形成した段階に相当し、目標とする発振周波数に対応する厚さになるようにエッチング液槽９に浸漬される。
【００１８】
エッチングセンサー１について、図２〜図５を用いて説明する。図２に示すようにエッチングセンサー１は容器１０に被エッチング体８と同じ材料からなる圧電板で構成された圧電振動子、ここでは水晶振動子２を収納して構成されている。
【００１９】
水晶振動子２は例えばＡＴカットされた長さ１．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの矩形板状の水晶片２０により構成される。水晶片２０の下面側には、矩形の第１の励振電極３が設けられている。
【００２０】
図２を正面に見て左側を先端側とすると、第１の励振電極３には、水晶片２０の下面を基端側に向けて伸びる引き出し電極３１の一端が接続されており、引き出し電極３１の他端は水晶片２０の下面における基端側の周縁に形成された端子部３２に接続されている。
【００２１】
容器１０は例えばベース体１１と、枠部材１２と、蓋体１３とを備える。ベース体１１には凹部１４が形成されており、凹部１４の周縁には水晶振動子を配置するための段差部１９が形成されている。ベース体１１の上面における凹部１４の基端側には端子部３２と接続される導電路１５の一端が設けられている。水晶振動子２は、下面側の第１の励振電極３が凹部１４に臨み、凹部１４を気密に塞ぐように配置され、端子部３２と導電路１５とが電気的に接続される。導電路１５の他端側は、容器１０の後方側に形成されたパッド１６に接続されている。
【００２２】
枠部材１２は、前方が開口し、横断面がコの字状の部材であり、枠部材１２の後方側の側壁には前後に貫通する孔部１７が設けられている。
【００２３】
枠部材１２は水晶振動子２の前方側を除く周縁部を上方から抑えるように配置される。図３も用いて説明すると、蓋体１３は、例えば樹脂で構成され、蓋体１３の下面には水晶振動子２と隙間を介して対向するように平板状の第２の励振電極４が設けられている。第２の励振電極４と水晶振動子２の表面との間の距離ｄは４０μｍに設定される。なお図中では隙間を拡大して記載している。第２の励振電極４の後方側には、引き出し電極４２の一端が接続されており、引き出し電極４２は、蓋体１３の下面を引き回され、その他端は、容器の後方に形成されたパッド４３に接続されている。第２の励振電極４は例えばテフロン（登録商標）により全面に亘って被膜４１に覆われている。蓋体１３は、枠部材１２の上方に積層されると、図４に示すように前方側に開口部１８が形成され、開口部１８から流入したエッチング液９０が容器１０内の水晶振動子２に接するように構成されている。
【００２４】
パッド１６、４３には、夫々コネクタ２１、２２が接続されており、コネクタ２１は信号線２３を介して例えばコルピッツ回路で構成された発振回路５に接続され、他方のコネクタ２２は配線２４を介して接地電位に接続される。また発振回路５には、図５に等価回路図で示すように水晶振動子２と並列に接続されるインダクタ２７を設ける。図５中２６は、第２の励振電極４と水晶片２０との間に挟まれた、エッチング液の満たされた空間の容量である。第２の励振電極４と水晶片２０との間にエッチング液が満たされたときに、水晶片２０と並列に容量２６が生じて共振抵抗が大きくなる。そのためインダクタ２７を容量２６と並列に接続して、容量２６による位相の遅れ分を打ち消す。また発振回路５には交流電流を印加する交流電源を接続する。
【００２５】
この発振回路５の後段には、周波数測定部６を介して制御部７が接続されている。周波数測定部６は例えば入力信号である周波数信号をディジタル処理して水晶振動子２の発振周波数を測定する役割を果たし、周波数の測定値を制御部７に出力する。
【００２６】
制御部７は、予め水晶振動子２の発振周波数の変化分Δｆと被エッチング体８のエッチング量とを対応付けたデータを記憶したメモリとプログラム格納部とを備えている。プログラムは例えば、オペレータが入力した被エッチング体８のエッチング量の目標値に対応する水晶振動子２の発振周波数の変化分Δｆの設定値ｆａを求めるステップと、水晶振動子２の当初の発振周波数ｆ０に対する測定時の水晶振動子２の発振周波数ｆ１の変化分Δｆを求めるステップと、前記発振周波数の変化分Δｆが前記設定値になったときに所定の制御信号を出力するステップと、を備えている。また、例えば測定時に得られる発振周波数の変化分Δｆが所定値になったときに、対応する被エッチング体８のエッチング量を表示画面上に表示するステップを備えるように構成される。水晶振動子２の当初の発振周波数ｆ０とは、エッチングセンサー１をエッチング液に浸した時の水晶振動子２の発振周波数であり、水晶振動子２がエッチングされる前の寸法の場合に出力される発振周波数を示す。
【００２７】
メモリに格納された水晶振動子２の発振周波数の変化分Δｆと被エッチング体８のエッチング量とを対応付けたデータは、被エッチング体８のエッチング量の実測データを測定して設定するようにしてもよいし、水晶振動子２の発振周波数の変化分Δｆと被エッチング体８の質量との相関式に基づいて前記変化分Δｆに対応する被エッチング体８の質量を演算し、この質量を被エッチング体８のエッチング量に換算して設定するようにしてもよい。さらに前記エッチング量の実測データと演算データとの両者のデータを参照して決定するにしてもよい。ここでエッチング量としては単位面積当たりのエッチング量であってもよいし、エッチング速度であってもよい。
【００２８】
上述の実施の形態の作用について説明する。まず予め被エッチング体８の目標とするエッチング量を決定し、制御部７に入力する。制御部７では被エッチング体８のエッチング量の目標値に対応するエッチングセンサー１における水晶振動子２の発振周波数の変化分Δｆの設定値ｆａが設定される。
【００２９】
図１に示すようにエッチング液槽９に例えば１％フッ化水素希釈液などのエッチング液９０を満たす。エッチング液槽９に被エッチング体８を搬入すると共に、エッチングセンサー１を先端側からエッチング液９０に例えば第２の励振電極４と水晶振動子２がすべてエッチング液９０に浸漬される位置まで沈降させる。この時、例えば図示しない治具により被エッチング体８とエッチングセンサー１とを固定して被エッチング体８の被処理部分と、水晶振動子２とが同時にエッチング液９０に接触するように浸漬する。こうして、被エッチング体８はエッチング液９０に接触することによりエッチングが進行する。一方、エッチングセンサー１では、開口部１８からエッチング液９０が流入して、第２の励振電極４と水晶振動子２との間の隙間がエッチング液９０で満たされ、第２の励振電極４及び、水晶振動子２の一面側がエッチング液９０に接触する。第２の励振電極４は被膜４１に覆われているため、エッチングされず、水晶片２０の一面側のエッチング液９０と接触する領域がエッチングされる。
【００３０】
被エッチング体８とエッチングセンサー１とをエッチング液９０に浸漬すると共に、発振回路５の電源をＯＮにする。発振回路５に直流電圧を印加すると水晶振動子２の第１の励振電極３と第２の励振電極４とに挟まれた領域が振動する。そして発振回路５からは出力される周波数信号は、周波数測定部６により水晶振動子２の発振周波数ｆ１の測定値が得られ、制御部７のメモリに格納される。
【００３１】
水晶振動子２は、辺比（電極設置面積／水晶片の厚さ）が小さくなると発振周波数が高くなる辺比効果を示す。そのためエッチングが進行して水晶片２０の厚さが小さくなっていくと、発振回路５から出力される周波数信号の発振周波数は高周波側に移動していく。そのため水晶振動子２の当初の発振周波数ｆ０からの測定時における水晶振動子２の発振周波数ｆ１までの発振周波数の変化分Δｆは、水晶振動子２がエッチング液９０によりエッチングされた量に対応した値となる。
【００３２】
そして制御部７では、そして発振周波数の変化分Δｆと、前記設定値ｆａと、が比較される。設定値ｆａは被エッチング体８のエッチング量の目標値により設定されているため、発振周波数の変化分Δｆが設定値ｆａになったときに被エッチング体８のエッチング量の目標値に達したと判断できる。従って制御部７は、発振周波数の変化分Δｆが設定値ｆａになると制御信号を出力し、被エッチング体８をエッチング液９０内から搬出し、エッチング処理を終了させる。
【００３３】
上述の実施の形態は、水晶片２０の下面側に第１の励振電極３を設け、容器１０により第１の励振電極３の周囲を気密の空間を形成している。また第２の励振電極４を水晶片２０と離間するように設け、第２の励振電極４と水晶片２０の間にエッチング液９０が満たされるように構成している。そして第１の励振電極３と第２の励振電極４とを発振回路５に接続し、水晶振動子２の発振周波数を測定し、発振周波数の変化に基づいて被エッチング体８のエッチング量を検出している。エッチング液９０と水晶片２０とが接する面積が増えるため、エッチング量の検出感度が良くなる。従って小型のエッチングセンサー１でも精度の高い測定ができる。
【００３４】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態にかかるエッチングモニターとして、水晶片２０と第２の励振電極４との間にエッチング液９０を供給するための流路を備えていてもよい。
図６、図７は夫々エッチングモニターの縦断面図及びエッチングセンサー５０の斜視図である。エッチングセンサー５０は例えば第１の実施の形態と同様に、凹部１４の形成されたベース体１１を備え、一面に第１の励振電極３が設けられた水晶振動子２が第１の励振電極３が凹部１４に臨み凹部１４を気密に塞ぐように配置されている。水晶振動子２の上方には水晶振動子２と第２の励振電極４との隙間を例えば４０μｍに規制する角型環状に構成された枠部材５２が、水晶振動子２の周縁部を上方から抑えるように配置される。枠部材５２の上方は蓋体５３により塞がれる。蓋体５３の下面には第２の励振電極４が設けられており、第２の励振電極４の前後に夫々注入口と５４、排液口５５が設けられている。注入口５４には供給管５６の一端が接続されており、供給管５６の他端側はエッチング液槽９に接続されている。排液口５５には、排液管５７の一端が接続されており、排液管５７の他端側は、エッチング液槽９に接続されている。供給管５６にはポンプ５８が設けられている。
【００３５】
続いて上述の実施の形態の作用について説明する。被エッチング体８をエッチング液９０に浸漬すると共に、ポンプ５８を駆動し、エッチング液９０をエッチング液槽９からエッチングセンサー５０に供給する。エッチングセンサー５０に供給されたエッチング液９０が水晶片２０に接すると、水晶片２０はエッチングされる。エッチング液９０はやがて供給流路６０に満たされ、第２の励振電極４がエッチング液９０と接する。その後発振回路５を駆動して、水晶振動子２を発振させて、発振周波数の変化に基づいて、被エッチング体８のエッチング量をモニターする。このように構成した場合にも、水晶振動子２におけるエッチング液９０に接する面には第２の励振電極４を設けていないため、エッチングされる面積が広くなる。従ってエッチングセンサー５０の感度が上がるため、同様な効果が得られる。
【００３６】
[第３の実施の形態]
また本発明の実施の形態にかかるエッチングセンサーは、水晶振動子２の共振周波数の変化に基づいてエッチング量を検出する構成でもよい。例えば図８に示すように第１の励振電極３と第２の励振電極４とをネットワークアナライザ８０に接続する。ネットワークアナライザ８０は、交流電圧を印加してその周波数をスウィープさせ、その時のアドミッタンスの変化により水晶振動子２の共振周波数を検出することができる。ネットワークアナライザ８０によりエッチングセンサー１に交流電流を印加し、交流電流の周波数をスイープさせると、図９に示すように水晶振動子２の共振周波数にてゲインのピークが現れる。水晶片２０がエッチングされて薄くなると、辺比が小さくなるため共振周波数が上昇する。この共振周波数を検出して共振周波数が設定値となった時に制御信号を出力してエッチング処理を終了させるように構成してもよい。
【００３７】
また水晶振動子２の共振周波数の変化に基づいてエッチング量を検出する場合には、水晶片２０に第１の励振電極３及び第２の励振電極４を設けず水晶片２０と各電極３、４とを互いに離間するように配置してもよい。例えば水晶片２０を周縁で支持して、第１の励振電極３及び第２の励振電極４を水晶片２０の両面側に水晶片２０と隙間を介して対向するように設ける。そしてエッチングセンサーをエッチング液９０に浸した時に第１の励振電極３と水晶片２０との間及び第２の励振電極４と水晶片２０との間にエッチング液９０が侵入するように構成する。第１の励振電極３及び第２の励振電極４を例えばネットワークアナライザ８０に接続し、水晶片２０の共振周波数を検出するようにした場合にも同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また本発明は平板状の水晶振動子に限らず、水晶片の少なくとも一方の面が凸状に形成された構成であってもよいし、両面が凸状であってもよい。さらには、被エッチング体８が浸漬されているエッチング液９０をエッチングセンサーに供給する構成ではなく、被エッチング体８をエッチング液槽９に浸漬すると共に、同成分のエッチング液を他のエッチング液槽に入れ、他のエッチング液槽にエッチングセンサーを浸漬させてモニターするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１              エッチングセンサー
２              水晶振動子
３              第１の励振電極
４              第２の励振電極
５              発振回路
６              周波数測定部
７              制御部
８              被エッチング体
１０            容器
２０            水晶片
８０            ネットワークアナライザ
【図１】
2015169434.tif 000003
【図２】
2015169434.tif 000004
【図３】
2015169434.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015169434.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015169434.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015169434.tif 000011