(57)【要約】【課題】従来の気相結晶成長法を用いて水晶成膜用基板上に形成した水晶ウエハより水晶片を製造する方法では、例えば平板状の水晶成膜用基板主面全面上に所望の厚みの水晶ウエハを形成しても、この水晶ウエハの厚みは、厚い場合でも百数十μｍであり、水晶デバイス内に搭載するサイズの水晶片に機械的な切断加工を施すことが非常に難しい。【解決手段】水晶片の主面外形形状と同外形形状の平坦面が頂部に形成された凸部が、一方の主面上にマトリックス状に形成されている水晶成膜用基板を用いて、気相結晶成長装置の結晶成長室内に、前記水晶成膜用基板を配置する工程と、水晶成膜用基板に形成したバッファ層の上に水晶片を、気相結晶成長法により成長させる工程と、水晶成膜用基板を結晶成長室内より取り出し、水晶片をバッファ層ごと水晶成膜用基板から個々に分離するする工程とを備えた水晶片の製造方法。【選択図】図２
2008035142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望する平板状の水晶片の主面外形形状と同外形形状の平坦面が頂部に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されていることを特徴とする水晶成膜用基板。
【請求項２】
前記水晶成膜用基板の、少なくとも各前記凸部の平坦面を含む頂部部分の素材が、サファイヤであることを特徴とする請求項１記載の水晶成膜用基板。
【請求項３】
水晶デバイス内に形成される搭載空間に載置される水晶片の製造方法において、
気相結晶成長装置を用い、
前記気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の所定の位置に、所望する平板状の水晶片の主面外形形状と同外形形状の平坦面が頂部に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている水晶成膜用基板を、各前記凸部頂部の平坦面を上方又は結晶原料ガス流入口に向けた形態で配置する工程と、
前記水晶成膜基板の表面上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に水晶片を、気相結晶成長法により、所望の周波数で励振する厚みまで所定の結晶配向でエピタキシャル成長させる工程と、
水晶片が表面上に成長した前記水晶成膜用基板を前記結晶成長室内より取り出し、各前記凸部頂部の平坦面上に形成した前記バッファ層と前記水晶片を、各前記凸部頂部の平坦面から分離する工程と
を備えたことを特徴とする水晶片の製造方法。
【請求項４】
前記水晶成膜用基板の、少なくとも各前記凸部の平坦面を含む頂部部分の素材が、サファイヤであることを特徴とする請求項３記載の水晶片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶デバイス内に形成される搭載空間に載置される水晶片の製造方法及びそれに用いられる水晶成膜用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話やデジタル家電等の電子機器には、基準信号発生源やタイミングデバイスとして、水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く利用されている。これら水晶デバイスの内部には、外周形状を円形や矩形状に加工された平板状の水晶片の表裏両主面に、励振用電極や、この励振用電極を水晶デバイスの容器体に形成した水晶振動体接続用電極パッドと電気的に接続するための容器体接続用電極を形成した水晶振動体が搭載されている。水晶デバイスは、この水晶振動体を構成する励振用電極を介して水晶片に、外部から変動電圧を印加することにより、水晶片が圧電効果により所定の振動モード及び周波数で励振を起こす現象を利用している。
【０００３】
従来、水晶片を製造する方法としては、水熱合成法により育成した人工水晶体を、所定のカットアングルでウエハ状に切断し、このウエハ状の水晶体を更に切断研磨等の外形加工を施すことで、所望の厚みであり且つ概略平板状で主面の外周形状が円形或いは四角形の水晶片を得る方法を用いていた。
【０００４】
更に、他の水晶片を製造する方法としては、気相結晶成長法を用いて、気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の所定の位置に配置した単結晶素材による平板状の水晶成膜用基板の、室内に露出した主面全面上に、水晶結晶を所望する厚みにまでエピタキシャル成長させ、成長して成る水晶ウエハを水晶成膜用基板より分離し、この水晶ウエハに切断加工を施して、外周形状が円形或いは四角形の水晶片を得る方法も発明されている。
【０００５】
上述したような水晶片の製造方法については、以下のような先行技術文献に開示されている。
【非特許文献１】日本水晶デバイス工業会技術委員会編集、「水晶デバイスの解説と応用」、日本水晶デバイス工業会発行、２００２年３月発行、ｐ．３〜１３。
【特許文献１】特開２００５−１５４２１０
【特許文献２】特許第３５９２２１８号
【０００６】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の人工水晶体に切断や研磨等の外形加工を施すことで水晶片を製造する方法では、人工水晶体の重量の半分以上を切断屑や研磨屑として廃棄しなければ成らず、１つの人工水晶体から形成される水晶片の取得効率が非常に低くなってしまう。特に水晶デバイスの小型化高周波化が進むにつれ、水晶デバイス内部に搭載する水晶振動体を構成する水晶片も小型化及び薄型化が迫れる。水晶片の小型化及び薄型化が進むと、切断及び研磨作業数が増えてしまい、人工水晶体から形成される水晶片の取得効率が更に低くなってしまう。又、人工水晶体から所望の形状の水晶片を形成するためには、切断や研磨工程をそれぞれ数〜十数工程経なければ成らず、又そのための機械設備が多数必要となるため、製造時間及びコストが多大にかかってしまう課題がある。
【０００８】
又、気相結晶成長法を用いて単結晶素材による水晶成膜用基板上に形成した水晶ウエハより水晶片を製造する方法では、例えば平板状の水晶成膜用基板主面全面上に所望の厚みの水晶ウエハを形成しても、この水晶ウエハの厚みは、厚い場合でも百数十μｍであり、水晶デバイス内に搭載するサイズの水晶片に機械的な切断加工を施すことが非常に難しい。特に水晶デバイスの高周波化により水晶片の厚みは薄くなる傾向にあるため、水晶ウエハの切断加工はより困難となっている。又、水晶片製造時に、機械的な加工を水晶片に加えると、水晶片の外周エッジ部分にチッピングやカケが発生する虞があり、このチッピングやカケは、水晶片の振動特性やドライブ特性に悪影響を与える可能性があり、更に、不定形不確定なチッピングやカケが各々の水晶片に生じてしまうことで、個々の水晶片で諸特性がバラついてしまう懸念がある。
【０００９】
本発明の目的は、水晶片製造時に水晶片に機械的な外形加工手段を施すことが無く、更に水晶片の小型化薄型化にも簡便に対応できる水晶片の製造方法及びそれに使用する水晶成膜用基板を用いることより、水晶片の取得効率が高く、製造コストも低く、更に特性が良く且つ個々の特性にバラツキがない水晶片を使用した水晶デバイス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】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、所望する平板状の水晶片の主面外形形状と同外形形状の平坦面が頂部に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されていることを特徴とする水晶成膜用基板である。
【００１１】
又、前段落記載の水晶成膜用基板の、少なくとも各凸部の平坦面を含む頂部部分の素材が、サファイヤであることを特徴とする前段落記載の水晶成膜用基板でもある。
【００１２】
更に、水晶デバイス内に形成される搭載空間に載置される水晶片の製造方法において、
気相結晶成長装置を用い、前記気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の所定の位置に、所望する平板状の水晶片の主面外形形状と同外形形状の平坦面が頂部に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている水晶成膜用基板を、各凸部頂部の平坦面を上方又はガス流入口に向けた形態で配置する工程と、この水晶成膜基板の表面上にバッファ層を形成する工程と、バッファ層の上に水晶片を、気相結晶成長法により、所望の周波数で励振する厚みまで所定の結晶配向でエピタキシャル成長させる工程と、水晶片が表面上に成長した前記水晶成膜用基板を前記結晶成長室内より取り出し、各凸部頂部の平坦面上に形成したバッファ層と水晶片とを、各凸部頂部の平坦面から分離する工程とを備えたことを特徴とする水晶片の製造方法である。
【００１３】
更に又、前段落記載の水晶成膜用基板の、少なくとも各凸部の平坦面を含む頂部部分の素材が、サファイヤであることを特徴とする前段落記載の水晶片の製造方法でもある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明における水晶片の製造方法及びそれに使用する水晶成膜用基板を用いることにより、水晶片製造時に水晶片に切断や研磨等の機械的な外形加工手段を施すことが無いので、不用な切断屑や研磨屑を出すことが無く、効率よく水晶片を製造することが可能となる。又、水晶片の小型化が必要となった場合は、各凸部頂部の平坦部外周サイズを、所望する小型の水晶片の主面外周サイズとした水晶成膜用基板を用意し使用することで簡便に対応できる。
【００１５】
更に、気相結晶成長法を用いて単結晶基板上に直接水晶片を製造する方法であるために、従来の気相結晶成長法を用いて水晶片を製造する方法に比べ、水晶片を製造するための切断加工手段を施すことが無いので、水晶片の薄型化が進んだ場合でも簡易に水晶片を製造することが可能となる。又、水晶片製造時に、切断などの機械的な加工を水晶片に加えることがないので、水晶片の製造手段に起因する外周エッジ部分のチッピングやカケの発生はほとんど無くなり、水晶片の振動特性やドライブ特性にチッピングやカケによる悪影響を与えることは無く、更に、不定形不確定なチッピングやカケが各々の水晶片に生じてしまうことがないので、個々の水晶片で諸特性が一定となる。
【００１６】
因って、水晶片製造時に水晶片に機械的な外形加工手段を施すことが無く、更に水晶片の小型化薄型化にも簡便に対応できる水晶片の製造方法及びそれに使用する水晶成膜用基板を用いることより、水晶片の取得効率が高く、製造コストも低く、更に特性が良く且つ個々の特性にバラツキがない水晶片を使用した水晶デバイスを提供する効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳しく説明する。
図１は、本発明における気相結晶成長装置を示した説明図である。図２は、図１に記載の気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の支持台上に配置される水晶成膜用基板の一実施形態の一部分を、結晶成長室内露出側主面上方より示した部分外観斜視図である。図３は、図１に記載の気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の支持台上に配置される水晶成膜用基板の他の実施形態の一部分を、結晶成長室内露出側主面上方より示した部分外観斜視図である。尚、各図では、同じ符号は同じ部品を示し、又説明を明りょうにするため構造体の一部は図示していない。更に図示した寸法も一部誇張して示している。
【００１８】
即ち、気相結晶成長装置１０は、大略的に、内部に水晶成膜用基板１１とその水晶成膜用基板１１を室内の所定の位置で支持する支持台１２とを設けた結晶育成室１３と、その結晶育成室１３内を加熱するためのヒータ１４と、結晶育成室内に各種結晶原料ガスを流入させる結晶原料ガス供給手段と、不用な結晶育成室内のガスを排気する排気手段から構成されており、結晶育成室１３内に水晶成膜用基板１１を所定の位置に配置した後、各結晶原料ガス供給手段から、図１に記載のような結晶原料ガスを結晶育成室内に所定の流量で供給しつつヒータ１４にて結晶育成室内を加熱することで、水晶成膜用基板１１の結晶育成室内露出側主面上に水晶結晶を所望の厚さまで成長させる。
【００１９】
その際に使用される水晶成膜用基板の一実施形態を図２に示す。この水晶成膜用基板１１ａは、素材として単結晶サファイヤを使用した一体構造であり、その結晶育成室露出側の主面には、育成を所望する平板状の水晶片の主面外周形状と同じ大きさの外周形状を有する平坦面が頂部に形成された、複数個の水晶育成基板１１ａ外に向かって突出した凸部２１が、マトリックス状に各々一定の間隔２２を空けて形成されている。尚、水晶成膜用基板１１ａの素材としては、サファイヤの他に、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の単結晶素材を使用することが可能である。又、水晶成膜用基板１１ａの凸部２１の頂部平坦部上にはバッファ層２２が形成されている。このバッファ層２２は、製造工程において凸部頂面の平坦部上に成長させた各水晶片を水晶成膜用基板１１ａから容易に剥離させるために形成している。
【００２０】
又、図３には水晶成膜用基板の他の実施形態を示す。この水晶成膜用基板１１ｂは、その構造体のうち、各凸部３１の平坦面を含む頂部を除く部分を、サファイヤ等の単結晶素材より安価な耐熱性素材により構成し、各凸部３１の平坦面を含む頂部３１ａ部分のみを単結晶サファイヤで形成したものである。このような構造の水晶成膜用基板１１ｂを使用することにより、水晶成膜用基板１１ａを使用した場合より安価に水晶片を製造することが可能となる。
【００２１】
上述した水晶成膜用基板１１ａ又は水晶成膜用基板１１ｂにおいて、水晶デバイスの小型化により所望する水晶片のサイズが変わった場合は、その都度、所望する水晶片の主面外周形状と同じ大きさの外周形状を有する平坦面が頂部に形成された複数個の凸部２１又は凸部３１の有する水晶成膜用基板を作成し使用する。
【００２２】
次に、本発明における水晶片の製造方法を、各工程毎の形態を水晶成膜用基板の断面図などを用いて図示した図４の工程図を参照して説明する。尚、図４において図示する水晶成膜用基板は、図２に図示した形態の水晶成膜用基板とする。
【００２３】
図４（ａ）において、まず、素材として単結晶サファイヤを使用した一体構造であり、その結晶育成室露出側の主面には、育成を所望する平板状の水晶片の主面外周形状と同じ大きさの外周形状を有する平坦面が頂部に形成された、複数個の水晶育成基板１１ａ外に向かって突出した凸部２１が、マトリックス状に各々一定の間隔２２を空けて形成されている水晶成膜用基板１１ａを用意する。
【００２４】
次に、図４（ｂ）において、用意した水晶成膜用基板１１ａを気相結晶成長装置を構成する結晶成長室（図４には不図示）内の支持台１２上に配置し、気相結晶成長装置を稼働させ、水晶成膜用基板１１ａの少なくとも各凸部２１頂部平坦面上にバッファ層４１を形成する。バッファ層４１としては、後述する水晶片４２結晶成長時とは異なる加熱温度で成長させることで水晶片結晶とは異なる性質又は非晶質の水晶層を形成使用し、その厚みは数十ｎｍ〜数百ｎｍで形成する。
【００２５】
次に、図４（ｃ）において、気相結晶成長装置を構成する各種結晶原料ガス供給手段より、結晶原料ガスを結晶育成室内に所定の流量で供給しつつ、ヒータ（図４には不図示）にて結晶育成室内を加熱することで、少なくとも各凸部２１に形成したバッファ層４１上に、各凸部２１頂部の平坦部の外周形状と同形状の主面外周形状を有する水晶片４２を、所望の厚さ及び結晶配向で成長させる。例えば、結晶配向は通常ＡＴカットと呼称されるカットアングルで人工水晶体から切り出された水晶片と同等であり、所望する励振周波数が基本波で１００ＭＨｚの場合は約１６．８μｍの厚みまで成長させる。
【００２６】
次に  図４（ｄ）において、所望する厚みにまで成長させた水晶片４２を各凸部２１の頂部平坦部上に形成した水晶成膜用基板１１ａを、結晶成長室内から取り出す。その後、バッファ層４１と凸部２１頂部平坦面との間の接合部を加熱又は冷却することで、この接合部で接合している素材の熱膨張率の違いや膨張方向の違い等の熱特性の違いにより接合部分に熱ストレスが生じさせ、水晶片４２を上部に形成したバッファ層４１と凸部２１頂部平坦面との間の接合部分を乖離させることで、複数個のバッファ層４１が付着した水晶片４２を同時に得ることができる。尚、バッファ層４１が付着した形態の水晶片４２でも、バッファ層４１の厚みが水晶片４２の厚みと比べ非常に薄いので、そのままの形態で水晶振動体の主構造材として使用することが可能である。
【００２７】
このように、上述した本発明における水晶片の製造方法では、水晶片４２を製造するために、切断などの機械的な加工を水晶片４２に加えることがないので、水晶片４２の製造手段に起因する外周エッジ部分のチッピングやカケの発生はほとんど無くなり、それらが起因となる水晶片４２の振動特性やドライブ特性の不良の発生がほとんど無い。更に、このような不定形不確定なチッピングやカケが各々の水晶片に生じてしまうことがないので、個々の水晶片４２における諸特性が一定となる。
【００２８】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述した水晶成膜用基板の実施形態においては、各凸部の頂部平坦部の外周形状を四角形状としたものを開示したが、本発明は開示した実施形態に限定するものではなく、他に円形状等でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明における気相結晶成長装置を示した説明図である。
【図２】図２は、図１の気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の支持台上に配置される水晶成膜用基板の一実施形態の一部分を、結晶成長室内露出側主面上方より示した部分外観斜視図である。
【図３】図３は、図１に気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の支持台上に配置される水晶成膜用基板の他の実施形態の一部分を、結晶成長室内露出側主面上方より示した部分外観斜視図である。
【図４】図４は、本発明における水晶片の製造方法を、各工程毎の形態を水晶成膜用基板の断面図などを用いて図示した工程説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・・気相結晶成長装置
１１，１１ａ，１１ｂ・・・水晶成膜用基板
１２・・・支持台
１３・・・結晶成長室
１４・・・ヒータ
２１，３１・・・凸部
３１ａ・・・平坦面を含む頂部
４１・・・バッファ層
４２・・・水晶片
【図１】
2008035142.tif 000003
【図２】
2008035142.tif 000004
【図３】
2008035142.tif 000005
【図４】
2008035142.tif 000006