JP2002314162A - 水晶基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高周波水晶基板の共振周波数を精度よく測定
できるようにした矩形状圧電基板、および圧電基板の製
造方法を提供する。 【解決手段】ＡＴカット水晶基板の一方の主表面の４つ
の周縁を幅ａ、厚さｔだけ斜め研磨した高周波水晶基板
であって、矩形基板の長辺Ｌに対する周縁の幅ａの２倍
の比２ａ／Ｌをほぼ０．１とした高周波水晶基板であ
る。ＡＴカット水晶基板の両面に金薄膜を、蒸着、ある
いはスパッタで付着、パターン化し、所定幅の格子状露
出部を有する保護膜を形成する。次にエッチング液に浸
漬し、所望の深さまでエッチングした後、金の保護膜を
剥離し、切断して、ＡＴカット水晶基板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電基板に関し、特
に圧電基板の共振周波数を高精度に測定できるようにし
た高周波水晶基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電基板、例えば水晶基板は水晶振動子
あるいは水晶フィルタに加工され、ほぼ全ての電子機器
に用いられている。特に、近年の携帯電話の普及には圧
電デバイスが大きく寄与しており、安定な周波数の発
生、必要な周波数の選択等に不可欠な電子デバイスとな
っている。水晶基板の形状は所望する周波数に大きく依
存し、１０ＭＨｚ以下の低周波帯では一方の主面をレン
ズ状に、他方の主面を平面状に研磨加工したプラノコン
ベックス基板、両主面をレンズ状に加工したバイコンベ
ックス基板あるいは、基板の端部を面取り加工したベベ
ル基板等が用いられている。１０ＭＨｚ以上の周波数帯
では一般的に平板の水晶基板が主に用いられているが、
約７０ＭＨｚ以上になると基板が薄くなり、加工及びそ
の取り扱いが難しくなる。そこで、水晶基板の一方の主
表面に凹陥を形成し、他方の面を平面とした高周波水晶
基板が開発され、実用に供されている。

【０００３】図６（ａ）は、高周波水晶基板を形成する
過程を説明するための図であって、80μm程度の薄板に
加工した大きなＡＴカット水晶基板（ウェハ）２１の全
面に金の薄膜を、蒸着装置あるいはスパッタ装置等を用
いて付着すると共に、該薄膜の上にレジスト膜を塗布
し、該レジスト膜をマスクを介して露光する（マスキン
グ）。剥離剤を用いて露光したレジスト膜を剥離する
と、露光した形状がマトリスク状に並んだ金の薄膜が露
出する。該金の薄膜を王水等で溶解して、水晶基板面を
露出させた後、該露出面をフッ化アンモニウムを主成分
とするエッチング液に浸漬してエッチングした後、レジ
スト膜を剥離すると、図６（ａ）に示すように一方の面
に凹陥部を有する個々の基板２２がマトリクス状の並ん
だウェハ２１が得られる。この時に個々の基板２２に分
割するための分割用のエッチング溝２３、２３、２３・
・も縦横に同時に形成する。この溝の反対側にナイフエ
ッジを当てて折ると、図６（ｂ）に示すように主面に凹
陥部２４を有する水晶基板が得られる。図７は上記工程
をフローチャート図で示したものである。

【０００４】さらに、マトリクス状に並んだ個々の圧電
基板２２の周波数を、図８に示すように上下に電極を備
えたエアーギャップ方式の装置を用いて、その共振周波
数を測定し、該共振周波数が所定の周波数範囲内にある
かをチェックする。共振周波数が所定の範囲内より低い
場合には、共振周波数を所定の周波数に調整するため
に、コンピュータ制御された装置を用いて個々の凹陥部
にエッチング液を滴下し、エッチング時間を制御するこ
とにより、個々の圧電基板２２の周波数を微調整する。
そのため、振動部である薄肉部はその周囲を一段と高い
壁面で囲まれている構造が必要である。図６（ｂ）はエ
ッチング溝２３に沿ってウェハ２１を個片に分割した圧
電基板２２を拡大した斜視図であって、振動部である薄
肉部２４と該薄肉部２４を保持する環状囲繞部２５とが
一体的に形成される構造となっている。また、図６
（ｃ）はＱ−Ｑにおける断面図である。

【０００５】しかし、最近の携帯電話機では振動デバイ
スの更なる小型が要求されており、図６（ｂ）に示す環
状囲繞部（外縁部）２５が小型化の妨げとなっている。
そこで、研磨加工機の薄板加工精度改善を考慮し、平板
の大きなＡＴカット水晶基板（ウェハ）を所定の周波数
まで研磨し、ダイシングソーで切断して、個片の圧電基
板とし、該圧電基板の周波数微調整をエッチングにて調
整することとした。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水晶基
板が薄くなるに伴い、図８に示すようなエアーギャップ
方式で水晶基板の周波数を測定すると、周波数スペクト
ル（共振波形）が図９に示すように真の共振がどのピー
クにあるか判断できないような現象が多く発生する。周
波数スペクトルの最大値を共振周波数の真値として分類
し、該水晶基板に電極を付着して、共振周波数が測定す
ると、所定の周波数から大幅に離れた周波数となる場合
があり、従来の圧電基板の形状では水晶基板の周波数を
精度よく測定できないという問題があった。本発明は上
記問題を解決するためになされたものであって、高周波
圧電基板の共振周波数を精度よく測定できるようにした
圧電基板を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る水晶基板とその製造方法の請求項１記載
の発明は、矩形状ＡＴカット水晶基板の少なくとも一方
の主表面の４つの周縁を所定の深さだけハーフエッチン
グを施した高周波水晶基板であって、ハーフエッチング
した部分の幅ａと基板の長辺Ｌとの関係が２ａ／Ｌ≒
０．１を満足することを特徴とする水晶基板である。請
求項２記載の発明は、ＡＴカット水晶ウェハの少なくと
も一方の面に所定幅の格子状露出部を有する保護膜を形
成する工程と、該水晶ウェハを前記露出部に所望深さま
でウェットエッチングする工程と、ウェハを洗浄してエ
ッチングを停止する工程と、保護膜を除去する工程と、
前記エッチング部分に沿って個片に切断する工程とを含
むことを特徴とする水晶基板の製造方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本発明に係る矩形状ＡＴカット水晶基板の構成
を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
長さＬのＺ’軸方向の断面図、同図（ｃ）は長さＬ’の
Ｘ軸方向の断面図である。水晶基板の座標軸は各々図の
左端に示すように、図１（ｂ）、（ｃ）の断面図の場合
は図面に垂直方向が厚さ方向、即ちＹ’軸方向である。
図１（ａ）に示すように矩形状平板の一方の主面の４つ
の周縁を幅ａ、深さｔだけハーフエッチングを施す。こ
こでハーフエッチングとは板厚方向に貫通しないように
所定の深さだけエッチングすることをいう。研磨手段と
してはバッチ処理に適したウエットエッチングによる研
磨方法を用いる。ただし、圧電基板の異方性により、各
辺のエッチング断面形状は若干異なることになる。図１
（ａ）、（ｂ）はＡＴカット水晶基板の断面を模式的に
示したもので、Ｚ’軸、Ｘ軸の方位でエッチング断面、
即ちエッチング傾斜面が異なることになる。なお、研磨
する深さｔは厳密には基板の厚さ、即ち基板の周波数に
依存するが、基本波において、４０ＭＨｚ以上で動作さ
せる場合には、おおむね１μm程度研磨すればよい。

【０００９】図１（ｄ）は、同図（ａ）〜（ｃ）のよう
に４つの周縁をハーフエッチング加工したＡＴカット水
晶基板周縁の研磨部分の幅ａを２倍したものと、矩形水
晶基板の長辺Ｌ（Ｌ≧Ｌ’）との比２ａ／Ｌをほぼ０．
１程度とした場合の高周波水晶基板を、図８に示したエ
アーギャップ方式で共振周波数近傍の周波数スペクトル
を測定した図であり、共振周波数近傍の不要振動が抑圧
され、共振周波数が正確に測定できることを示してい
る。

【００１０】図２はＡＴカット水晶基板の他の発明の構
成を示す図であって、Ｘ軸方向の断面を示した図であ
る。両主表面のそれぞれの４周縁を浅くエッチングする
と、断面は異方性によりそれぞれ異なった形状にエッチ
ングされる。片面のエッチング深さｔ’は、厳密には水
晶基板の厚さに基づいて決定すべきであるが、基本波で
４０ＭＨｚ以上ならば、０．５μm程度研磨することに
より、水晶基板の共振スペクトルは良好な波形となる。
図２に示す例は図の中央に関して、点対称の形状となっ
ている。

【００１１】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１に示し
た形状のＡＴカット水晶基板を作るための工程を示す図
である。ＡＴカット水晶ウェハの両面に金の薄膜を、蒸
着装置あるいはスパッタ装置等を用いて付着すると共
に、該薄膜の上にレジスト膜を塗布する。そして、レジ
スト膜を格子状のパターンを備えたマスクを介して露光
し、剥離剤を用いてレジスト膜の露光した部分を剥離す
る。するとマトリスク状に並んだレジスト膜のすき間か
ら金の薄膜が露出するので、露出した金の薄膜を王水等
で溶解した後、レジスト膜を剥離すると、所定幅の格子
状露出部を有する保護膜を形成することができる。図３
（ａ）は一方の主面に保護膜を備えた水晶ウェハの断面
図である。前記格子状露出部をフッ化アンモニウムを主
成分とするエッチング液に浸漬して、所望の深さまで浅
くハーフエッチング（エッチング深さｔ）した後が図３
（ｂ）に示す断面図となる。さらに、金の保護膜を剥離
すると、図３（ｃ）に示すように一方の主表面に小さな
浅い格子状の溝を有する水晶ウェハが得られる。該水晶
ウェハの矢印で示した位置にてダイシング切断機で切断
すると、図１に示したＡＴカット水晶基板が得られる。

【００１２】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はウェハの両
面を浅く（片面のエッチング深さｔ’）ハーフエッチン
グした場合であり、図２に示したＡＴカット水晶基板の
製作方法を示す図である。図３の場合と同様に矢印で示
す格子状の溝の所でダイシングして個片に分離する。

【００１３】図５は図１に示したＡＴカット水晶基板を
得る他の手段を示した図であって、両面をエッチングす
る方法は図４の方法と同様であるが、図の裏面の保護膜
の間隙を狭くすることにより、裏面のエッチングの形状
が鋭角となり、ダイシング切断機を用いることなく矢印
の所にナイフエッジを当て、力を少し加えるだけで、個
片の水晶基板に分割することができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、請求項１に記載の発明は高周波水晶基板の共振周
波数を精度よく測定できるという優れた効果を表す。請
求項２に記載の発明は高周波水晶基板の共振周波数を精
度よく測定でき、水晶基板の歩留まりが改善するという
優れた効果を表す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高周波水晶基板の構成を示す図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＺ’軸方向の断面図、
（ｃ）はＸ軸方向の断面図、（ｄ）はその共振周波数近
傍の周波数スペクトルである。

【図２】他の発明の構成を示すＸ軸方向の断面図であ
る。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の形状の水晶基板を形
成する工程を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図２の形状の水晶基板を形
成する工程を示す断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、図１の形状の水晶基板を形
成する工程を示す断面図である。

【図６】従来の高周波水晶基板の形成を説明する図で、
（ａ）はウェハをフォトリソグラフィとエッチングにて
形成した凹陥部がマトリクス状に並んだ図、（ｂ）は個
片に分割した基板、（ｃ）はその断面図である。

【図７】凹陥部を有する高周波基板を形成するためのフ
ローチャート図である。

【図８】高周波水晶基板の共振周波数を測定するエアー
ギャップ方式の装置である。

【図９】従来の高周波水晶基板の周波数スペクトルを示
した図である。

【符号の説明】

Ｌ・・矩形水晶基板の長辺 Ｌ’・・矩形水晶基板の短辺 ａ・・研磨幅 ｔ・・研磨厚 ｔ’・・研磨厚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形状ＡＴカット水晶基板の少なくとも
   一方の主表面の４つの周縁を所定の深さだけハーフエッ
   チングを施した高周波水晶基板であって、ハーフエッチ
   ングした部分の幅ａと基板の長辺Ｌとの関係が２ａ／Ｌ
   ≒０．１を満足することを特徴とする水晶基板。
2. 【請求項２】 ＡＴカット水晶ウェハの少なくとも一方
   の面に所定幅の格子状露出部を有する保護膜を形成する
   工程と、該水晶ウェハを前記露出部に所望深さまでウェ
   ットエッチングする工程と、ウェハを洗浄してエッチン
   グを停止する工程と、保護膜を除去する工程と、前記エ
   ッチング部分に沿って個片に切断する工程とを含むこと
   を特徴とする水晶基板の製造方法。