(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶板素材を薄化することにより水晶振動子用の水晶板を製造する水晶板の製造方法であって、水晶板素材を機械研削する工程と、機械研削後の水晶板をフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして用いたプラズマエッチングにより薄化する工程とを含み、
前記プラズマエッチングにおいて、前記水晶板を１個づつ保持する複数の凹部が設けられた載置部を用い、また前記プラズマエッチング前の水晶板の表面に中央部に開口が設けられたマスクを形成し、プラズマエッチングにおいて水晶板の中央部のみを選択的に薄化するようにし、また前記プラズマエッチングにおいて、電極間距離Ｌが３［ｍｍ］〜２０［ｍｍ］の範囲の並行平板電極の間でプラズマを発生させるものであり、且つ前記プラズマエッチングにおいて用いられるプラズマ発生用ガスの圧力は、５００［Ｐａ］〜３０００［Ｐａ］の範囲であることを特徴とする水晶板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子に用いられる水晶板をプラズマエッチングにより薄化加工する水晶板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子に用いられる水晶板の製造工程では、水晶板素材を板状に薄化して発振周波数に対応した所定厚みの水晶板に加工することが行われる。従来この薄化加工には機械的な研削加工が用いられており、この研削加工により水晶素材を５０μｍ程度の厚みの水晶板に加工していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年水晶振動子の発振周波数は従来よりも高い周波数帯域が望まれるようになっており、これに伴って水晶板をさらに薄く、例えば１５μｍ程度までの厚みに加工することが求められている。しかしながら、従来の水晶板の製造方法では、強度的に脆弱な水晶板を効率よくしかも安定して加工する技術は確立されておらず、水晶板をこのような厚みまで正確に高歩留まりで加工可能な水晶板の製造方法が求められていた。
【０００４】
そこで本発明は、水晶板を効率よく極薄に加工することができる水晶板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の水晶板の製造方法は、水晶板素材を薄化することにより水晶振動子用の水晶板を製造する水晶板の製造方法であって、水晶板素材を機械研削する工程と、機械研削後の水晶板をフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして用いたプラズマエッチングにより薄化する工程とを含み、前記プラズマエッチングにおいて、前記水晶板を１個づつ保持する複数の凹部が設けられた載置部を用い、また前記プラズマエッチング前の水晶板の表面に中央部に開口が設けられたマスクを形成し、プラズマエッチングにおいて水晶板の中央部のみを選択的に薄化するようにし、また前記プラズマエッチングにおいて、電極間距離Ｌが３［ｍｍ］〜２０［ｍｍ］の範囲の並行平板電極の間でプラズマを発生させるものであり、且つ前記プラズマエッチングにおいて用いられるプラズマ発生用ガスの圧力は、５００［Ｐａ］〜３０００［Ｐａ］の範囲である。
【００１２】
本発明によれば、板状の水晶の薄化工程において、機械研削後の水晶板をフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして用いたプラズマエッチングにより薄化することにより、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板を高い歩留まりで効率よく製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図、図５（ａ）は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図、図５（ｂ）は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図、図５（ｃ）は本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図、図６は本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図である。
【００１４】
まず図１、図２、図３を参照してプラズマエッチング装置について説明する。図１において、フレーム部材１Ａに支持されたベース部材１の中央部には、開口部１ａが設けられている。ベース部材１には、下方より下部電極３が開口部１ａに挿入されて絶縁部材２を介して装着され、上方より蓋部材４の側壁部の下端部が真空密に当接する。
【００１５】
蓋部材４の天井面には、上部電極６の支持部６ａが真空密に挿通している。上部電極６と下部電極３は平行平板電極を構成している。すなわち上部電極６の下面と下部電極３の上面は略平板状で対向した配置となっており、図２に示すように下部電極３の上面には、エッチング対象の水晶板７を保持する保持部材であるキャリア８が載置されている。
【００１６】
キャリア８には複数の凹部８ａが設けられており、水晶板７は凹部８ａ内に載置される。図３に示すように、凹部８ａはプラズマエッチング処理の対象となる水晶板７の大きさに応じて設けられており、内部に水晶板７を載置した状態で水晶板７の位置や姿勢が大きくずれないような形状となっている。
【００１７】
上部電極６が装着された蓋部材４、下部電極３およびベース部材１により閉囲される空間は、水晶板７をプラズマ放電によってエッチング処理する処理室５となっている。蓋部材４は図示しない接離手段によってベース部材１に対して接離可能となっており、蓋部材４がベース部材１と分離することにより、処理室５は開放状態となる。そしてこの状態で水晶板７の処理室５への搬入および処理後の水晶板７の処理室５からの搬出を行う。
【００１８】
図２に示す下部電極３の上面と上部電極６の下面との間の距離Ｌ（以下、電極間距離Ｌと略称する。）は、装置製作時または調整時に予め所定値に設定されており、特定された水晶板７を対象とした装置稼働時には電極間距離Ｌは固定された状態で使用される。
【００１９】
図２において、上部電極６の支持部６ａの内部にはガス供給孔６ｂが設けられており、ガス供給孔６ｂは上部電極６の下面に多数設けられたガス噴出孔６ｃと連通している。またガス供給孔６ｂは図１に示すように、バルブ１１を介してガス供給部１０と接続されている。ガス供給部１０はガス供給手段であり、６フッ化硫黄（ＳＦ6）や４フッ化炭素（ＣＦ4）などのフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガス、またはフッ素系ガスと水素との混合ガスをプラズマ発生用ガスとして供給する。バルブ１１を開状態にしてガス供給部１０を駆動すると、ガス噴出孔６ｃから処理室５の内部に前記混合ガスが供給される。
【００２０】
ベース部材１には給排気孔１ｂが設けられており、給排気孔１ｂにはバルブ１７を介して排気用真空ポンプ１６が接続されている。処理室５が閉じた状態で、排気用真空ポンプ１６を駆動することにより、処理室５内は排気され減圧される。真空計１８によって真空度を検出し、検出結果に基づいて排気用真空ポンプ１６を制御することにより、処理室５内部は予め設定されている所定の真空度まで到達する。
【００２１】
ガス供給部１０から前記混合ガスを処理室５内にガス噴出孔６ｃを介して供給するとともに、真空計１８によって処理室５内のガス圧力を検出し検出結果に基づいて、図示しない制御手段によってバルブ１１を制御することにより、処理室５内の混合ガスの圧力Ｐ、すなわちエッチングのためのプラズマ放電時の混合ガスの圧力（以下、放電圧力と略称）Ｐを、予め設定されている所定圧力に設定することができる。また給排気孔１ｂには大気導入用バルブ１９が接続されており、大気導入用バルブ１９を開くことにより、処理室５内には真空破壊用の空気が導入される。
【００２２】
下部電極３の内部には、温度調節用の管路３ｃが設けられている。管路３ｃは温度調節部１４と接続されており、管路３ｃ内を温度調節部１４によって所定の温度に調節された温度調節媒体を循環させることにより、エッチング処理時に発生する熱を温度調節媒体に吸収させて、または温度調節媒体によって下部電極３を所定温度まで加熱して、下部電極３の温度を調節することができる。
【００２３】
これにより、下部電極３上に載置される水晶板７の処理状態における温度（処理温度）を、所望のエッチング処理特性に応じた適正温度に調整することができるようになっている。ここでは、処理温度は２０〜３００℃の範囲で設定可能となっており、処理温度を低温に設定すれば高精度のプラズマエッチング処理を行うことができ、また高温に設定すればエッチングレートを高めて高速処理が実現される。
【００２４】
下部電極３は同調回路部を備えた高周波電源部１５と電気的に接続されている。上部電極６は蓋部材４を介して接地されており、高周波電源部１５を駆動することにより、下部電極３と上部電極６との間には高周波電圧が印加される。処理室５内を真空排気した後にガス供給部１０によって前述の混合ガスを処理室５内に供給し、処理室５内を所定の圧力に保った状態で、下部電極３に高周波電圧を印加することにより、下部電極３と上部電極６の間にはプラズマ放電が発生する。
【００２５】
このプラズマエッチング装置は上記のように構成されており、以下このプラズマエッチング装置を用いた水晶板の製造方法について説明する。この水晶板７は、板状の水晶を薄化することにより、水晶振動子用として製造されるものである。
【００２６】
図４（ａ）において、７Ａは板状の水晶板素材であり、水晶板素材７Ａはまず図４（ｂ）に示すように、水晶振動子用の所定サイズの個片の水晶板７Ｂに分割される。そして分割後の水晶板７Ｂは研削工程に送られる。ここで、機械研削加工を行うことにより、図４（ｃ）に示すように水晶板７Ｂを研削し、約５０μｍの厚さＴ１の水晶板７を得る。この研削加工後の水晶板７には、図４（ｄ）に示すように研削面に加工歪層７ａが生成されている。この加工歪層７ａはマイクロクラックを含む場合が多く、水晶板７の強度を損なう原因となるため、極力除去することが望ましい。
【００２７】
次に、機械研削後の水晶板７はプラズマエッチング工程に送られる。ここではプラズマエッチング装置により、水晶板７の厚さをさらに薄くする薄化加工が行われる。このプラズマエッチング処理について説明する。まず図２に示すように、水晶板７をキャリア８の凹部８ａに１個づつ整列させ、このキャリア８を下部電極３の上面に載置する。この作業は蓋部材４を上昇させて処理室５を開放状態にして行う。
【００２８】
次いで処理室５を閉じ、排気用真空ポンプ１６を駆動して処理室５内を真空排気した後、ガス供給部１０を駆動して処理室５内にプラズマ発生用ガスを供給する。このとき、電極間距離Ｌが３〜２０ｍｍの範囲で、また放電圧力Ｐが５００〜３０００Ｐａの範囲となるようにエッチング条件が設定される。そして、この条件下で高周波電源部１５を駆動して上部電極６と下部電極３の間に高周波電圧を印加することにより、上部電極６と下部電極３の間にはプラズマ放電が発生する。そして発生したプラズマのエッチング作用により、水晶板７のプラズマエッチング処理が行われる。電極間距離Ｌおよび放電圧力Ｐを上記のような条件設定とすることにより、高効率のプラズマ処理が実現される。
【００２９】
このプラズマ処理においては、フッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスにプラズマ放電が行われることにより、ガス状のフッ素ラジカルなどの活性物質が発生し、これらの活性物質の作用により水晶板７の成分であるシリコンが除去され、水晶板７の上面のプラズマエッチング処理が行われる。このときヘリウムは、除去されたシリコンとフッ素の化合物や反応生成物などのガス状物質をヘリウムガスの流れによって上部電極６と下部電極３との間から除去するキャリアガスとして機能する。これにより、除去されたシリコンや反応生成物のエッチング表面への再付着が防止され、高効率のプラズマエッチング処理が行われる。
【００３０】
プラズマエッチング処理が完了したならば、処理室５内に大気を導入して蓋部材４を開放し、凹部８ａ内から処理済みの水晶板７を取り出す。このプラズマエッチング処理により、水晶板７は約１５μｍ程度の極薄の水晶板に薄化加工される（図４（ｅ）参照）。このとき、機械研削の際に水晶板７の表面に生成された加工歪層７ａが除去され、強度脆化の原因となるマイクロクラック層を除去することができる。これにより、以後の製造過程における破壊を防止し高い加工歩留まりで極薄の水晶振動子用の水晶板７を製作することができる。
【００３１】
また、本実施の形態の水晶板の製造方法は、上記プラズマエッチングにおいて前述のようにフッ素系ガスとヘリウムの混合ガスを含むプラズマ発生用ガスを用いているため高効率のエッチングを行うことができ、プラズマエッチングに先立って機械研削を行うことと相まって、高い生産性を達成することを可能としている。
【００３２】
なお、本実施の形態では、水晶板の載置方法として、下部電極３上に保持部を載置し、キャリア８に設けられた凹部８ａ内に水晶板７を保持させるようにしているが、下部電極３の上面に凹部８ａと同様の凹部を形成し、この凹部内に水晶板７を保持させるようにしてもよい。すなわちこの場合には、下部電極３が載置部を兼ねたものとなっている。
【００３３】
さらに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、水晶板７を保持するキャリア８の凹部８ａの上面にマスク部材２０を装着した状態でプラズマエッチングを行うようにしてもよい。マスク部材２０には各凹部８ａに対応して開口部２０ａが設けられており、プラズマエッチングはこれらの開口部２０ａを介して行われる。
【００３４】
この方法によれば、真空破壊のための大気導入時など、処理室５内で気体の流れが発生する場合においても、凹部８ａがマスク部材２０によって覆われているため凹部８ａ内の水晶板７が吹き飛ばされることなく確実に保持されるという効果が得られる。もちろん、下部電極３に直接凹部を設ける場合にこの凹部の上面にマスク部材２０を装着するようにしてもよい。
【００３５】
このほか、このようなマスク部材２０を用いることにより、以下のような優れた効果を得ることができる。プラズマエッチング時には、プラズマによって発生した活性物質の作用が開口部２０ａを介して及ぶため、プラズマによる水晶板７のエッチングは開口部２０ａ直下において特に集中的に行われる。この結果、エッチング後には、図５（ｃ）に示すように水晶板７の中央部７ｂに凹状の窪みが形成され、周囲が厚く中央部７ｂが薄い断面形状の水晶板７が得られる。これにより、全体的な強度を脆弱にすることなく、必要発振周波数に応じた薄さの水晶板７を製作することができる。
【００３８】
上記説明したように、本実施の形態に示す水晶板の製造方法は、水晶板をまず機械研削により粗加工した後、プラズマエッチングにより所望の厚さまで薄化加工するものである。そしてこのプラズマエッチング処理において、水晶板の処理温度を適正温度に調節するとともに、プラズマ発生用ガスとしてフッ素系ガスとヘリウムとの混合ガスを用いることにより、高能率のプラズマエッチングが実現される。
【００３９】
これにより、機械研削で発生するマイクロクラック層などのダメージ部分をプラズマエッチングによって除去するとともに、水晶板を更に薄化する処理を高能率で行うことができる。そしてプラズマエッチングによれば、従来の機械研削では達成できなかった極薄の水晶板を製造することができるので、水晶振動子の高周波化への適切な対応が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、板状の水晶の薄化工程において、機械研削後の水晶板をフッ素系ガスとヘリウムを含む混合ガスをプラズマ発生用ガスとして用いたプラズマエッチングにより薄化するようにしたので、高周波数に対応したきわめて薄い水晶板を高い歩留まりで効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の断面図
【図２】    本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の断面図
【図３】  本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の下部電極の部分断面図
【図４】  本発明の一実施の形態の水晶板の製造方法の工程説明図
【図５】  （ａ）本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の処理室の部分断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置の載置部の部分断面図
（ｃ）本発明の一実施の形態のプラズマエッチング後の水晶板の断面図
【符号の説明】
３  下部電極
５  処理室
６  上部電極
７Ａ  水晶板素材
７，７Ｂ  水晶板
８  キャリア
８ａ  凹部
１０  ガス供給部
１４  温度調節部
１５  高周波電源部
１６  排気用真空ポンプ
２０  マスク部材
【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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