JP6018962B2 - Manufacturing method of crystal unit - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電話などの発振回路に用いられる水晶振動子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a crystal resonator used in an oscillation circuit such as a mobile phone.
ウェットエッチング法による水晶振動子の製造方法において、希望の振動周波数に合うような外形寸法を得るためのエッチング時間の管理方法として、各ロットで周波数測定専用のウエハーを作成し、第1回のエッチング後に振動周波数を測定し、残りのエッチング時間を算出する手法がある。 In the quartz crystal manufacturing method using the wet etching method, a wafer dedicated to frequency measurement is created for each lot as a method for managing the etching time to obtain the external dimensions that match the desired vibration frequency. There is a method of measuring the vibration frequency later and calculating the remaining etching time.
また、周波数測定専用ウエハーを用いない方法としては、水晶振動子と同一のウエハー上に寸法測定のためのダミーパターンを配置し、そのダミーパターンの外形寸法を測定することで、目的とする水晶振動子の外形寸法を得るまでの残りのエッチング時間を算出する手法がある(例えば、特許文献1参照。)。 In addition, as a method that does not use a dedicated wafer for frequency measurement, a dummy pattern for dimension measurement is placed on the same wafer as the crystal unit, and the external dimensions of the dummy pattern are measured, so that the desired crystal vibration can be obtained. There is a method of calculating the remaining etching time until the outer dimension of the child is obtained (see, for example, Patent Document 1).
また、水晶振動子としては、振動腕に溝を備える音叉型水晶振動子や、薄肉の振動部と厚肉の支持部とを備える逆メサ型の厚みすべり振動子などが知られていて、水晶振動子の外形と溝や薄肉の振動部などの凹部とは、それぞれ異なる加工工程で行われるのが一般的であり、水晶ウエハーに、Cr膜やAu膜などからなる耐食膜や、レジスト膜を、所定形状にパターニングして、所望の水晶振動子を形成している。 Also known as crystal resonators are tuning fork crystal resonators with grooves on the vibrating arms, and inverted mesa-type thickness-slip resonators with thin vibrating portions and thick support portions. In general, the outer shape of the vibrator and the concave portion such as a groove or a thin vibrating portion are performed in different processing steps, and a corrosion resistant film made of a Cr film or an Au film, or a resist film is applied to a quartz wafer. The desired crystal resonator is formed by patterning into a predetermined shape.
水晶ウエハーをエッチングして水晶振動子の外形を形成し、再びエッチングして凹部を形成すると、凹部を形成するエッチングで、水晶振動子の外形も再びエッチングされるため、凹部形成時には、凹部寸法のみではなく、外形寸法も含めて、エッチング条件を算出する必要がある。 When the crystal wafer is etched to form the external shape of the crystal unit and then etched again to form the recess, the crystal form is also etched again by the etching that forms the recess. Instead, it is necessary to calculate the etching conditions including the outer dimensions.
ウエハー上のダミーパターンの外形寸法を測定する手法では、水晶ウエハーを複数回エッチングした場合、Au膜は、電飾効果によるサイドエッチングの影響によって、実際の下地の水晶の寸法との相関はとれないので、ダミーパターンのレジスト膜やAu膜部の寸法を測定しても、エッチングレートや残りのエッチング時間の算出には利用できない。 In the method of measuring the external dimensions of the dummy pattern on the wafer, when the quartz wafer is etched multiple times, the Au film cannot be correlated with the actual size of the underlying quartz crystal due to the influence of side etching due to the illumination effect. Therefore, even if the dimension of the resist film or Au film part of the dummy pattern is measured, it cannot be used to calculate the etching rate or the remaining etching time.
ダミーウエハーを同時にエッチングし、レジスト膜や耐蝕膜を剥離して、ダミーウエハ上の水晶振動子の寸法を測定する手法もあるが、レジスト膜や耐蝕膜を剥離する工数やウエハーの費用がかかってしまう。 Although there is a method to measure the size of the crystal resonator on the dummy wafer by etching the dummy wafer at the same time and peeling off the resist film and corrosion resistant film, it takes man-hours and wafer cost to remove the resist film and corrosion resistant film. .
本発明は、水晶ウエハのエッチング時間を、水晶ウエハー上に設けた寸法測定部の耐蝕膜の寸法から算出することで、容易に高精度のエッチングを可能とした水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for manufacturing a crystal resonator that enables easy and high-precision etching by calculating the etching time of a crystal wafer from the dimensions of a corrosion-resistant film of a dimension measuring unit provided on the crystal wafer. For the purpose.
ウエットエッチング法で、水晶ウエハーに複数の水晶振動子を形成する水晶振動子の製造方法であって、水晶振動子は、少なくとも一つの凹部を備え、水晶ウエハー上には、複数の水晶振動子とともに寸法測定部が設けられ、寸法測定部には、上層のAu膜と下層のCr膜とからなる耐蝕膜が設けられ、水晶振動子の外形を形成する外形エッチング工程と、水晶振動子に凹部を形成する凹部エッチング工程とを備え、凹部エッチング工程の前に、寸法測定部に設けられたCr膜上のAu膜を除去する工程と、凹部エッチング工程における凹部エッチング開始時の寸法測定部のCr膜の寸法を測定する工程と、凹部エッチング工程における所定時間経過後の寸法測定部のCr膜の寸法を測定する工程と、凹部エッチング開始時と凹部エッチング工程における所定時間経過後の寸法測定部のCr膜の寸法変化量から、エッチングレートを算出し、凹部エッチング時間を決定する。 A method of manufacturing a crystal resonator in which a plurality of crystal resonators are formed on a crystal wafer by wet etching, wherein the crystal resonator includes at least one recess, and the crystal wafer has a plurality of crystal resonators on the crystal wafer. A dimension measuring unit is provided, and the dimension measuring unit is provided with a corrosion-resistant film made of an upper Au film and a lower Cr film, and an outer shape etching step for forming the outer shape of the crystal resonator, and a recess in the crystal resonator. A recess etching step to be formed , and before the recess etching step, a step of removing the Au film on the Cr film provided in the dimension measuring portion, and a Cr film of the dimension measuring portion at the start of the recess etching in the recess etching step A step of measuring the size of the film, a step of measuring the size of the Cr film of the dimension measuring portion after a predetermined time has elapsed in the recess etching step, and at the time of starting the recess etching and etching the recess From the dimensional change of Cr film of dimension measuring unit after a predetermined time in the extent, to calculate an etching rate, to determine the recess etching time.
耐食膜であるCr膜の寸法は下地の水晶の寸法と相関があるため、寸法測定部のCr膜の寸法を測定することで現在の水晶の寸法を予測することができ、エッチング液の濃度や温度等の要因で変動するエッチングレートと目的とする寸法までの残りのエッチング時間とを容易に算出することができる。また、測定専用のウエハーを用いないので、水晶振動子の部材をロスすることなく水晶振動子を製造できる。 Since the size of the Cr film, which is a corrosion-resistant film, has a correlation with the size of the underlying crystal, the size of the current crystal can be predicted by measuring the size of the Cr film in the dimension measuring section, It is possible to easily calculate the etching rate that varies depending on factors such as temperature and the remaining etching time up to the target dimension. In addition, since a measurement-dedicated wafer is not used, the crystal unit can be manufactured without losing the crystal unit member.
本発明によって、水晶ウエハのエッチング時間を、容易に算出できる水晶振動子の製造方法を提供することが可能となった。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a crystal resonator, which can easily calculate the etching time of a crystal wafer.
本実施例では、水晶ウエハーから複数の溝付き音叉型水晶振動子を製造する工程を例に説明する。図1は、本発明の水晶振動子の製造方法を説明するための図であり、凹部エッチング工程開始時の水晶振動子と寸法測定部を示す拡大図である。図2は、外形エッチング工程を説明するための図である。図3は、凹部エッチング工程を説明する図である。尚、図2、図3は、図1に示す寸法測定部のA−A断面のイメージ図である。 In this embodiment, a process of manufacturing a plurality of grooved tuning fork type crystal resonators from a quartz wafer will be described as an example. FIG. 1 is a diagram for explaining a method for manufacturing a crystal resonator according to the present invention, and is an enlarged view showing a crystal resonator and a dimension measuring unit at the start of a recess etching process. FIG. 2 is a diagram for explaining the outer shape etching process. FIG. 3 is a diagram for explaining the recess etching process. 2 and 3 are image views of the AA cross section of the dimension measuring unit shown in FIG.
まず水晶ウエハー9を用意する。水晶ウエハー9は、水晶原石から所定のカット角で切り出され、例えば、約100μmの厚さに調整されている。
First, a
水晶ウエハー9の表裏面に、Au膜6、Cr膜7からなる耐食膜を形成する。Cr膜7はAu膜6と水晶の密着させるためのバインダーの役目をしている。耐食膜をパターニングするために、耐食膜を形成した水晶ウエハー9の表裏面に、レジスト膜8を形成する。図2(a)参照。
Corrosion-resistant films made of Au
次いで、水晶ウエハー上に、音叉型水晶振動子形状や、枠部形状、寸法測定部形状などを形成するための露光マスクを用いて、レジスト膜8を露光し、現像する。レジスト膜8のパターニングで露出した部分のAu膜6、Cr膜7をエッチングし、所定の形状とする。図2(b)参照。
Next, the
外形エッチング工程では、所定の形状にした耐蝕膜を形成した水晶ウエハー9を水晶エッチング液に投入し、水晶ウエハー9に、音叉型水晶振動子1の外形や、枠部5、寸法測定部2などを形成する。寸法測定部2は、振動腕4と同じ幅で形成している。
In the outer shape etching process, a
外形エッチング工程の後、図1に示すように、音叉型水晶振動子1の振動腕4上に電界効率を上げるための溝(凹部)10を形成するため露光マスクを用いて、レジスト膜8を露光し、現像する。その際、寸法測定部2のレジスト膜8にも同等の溝(凹部)10を形成するためのパターニングと、寸法測定部2のCr膜7の寸法を測定するためのパターニングを行う。図3(a)参照。
After the outer shape etching step, as shown in FIG. 1, a
レジスト膜8のパターニングで露出したAu膜6をエッチングする。図3(b)参照。Au膜6のエッチング時に、溝形成部だけでなく、Au膜6の側部もエッチングされてしまうため、音叉型水晶振動子1の寸法との相関を取るには、耐食膜のCr膜7の寸法を用いることが望ましい。溝エッチング工程の前に、寸法測定部2のCr膜7の幅寸法W1を測定する。
The Au
溝エッチング工程では、振動腕4に溝(凹部)10を形成するために露出しているCr膜6と水晶とをエッチングすると同時に、耐食膜で覆われていない振動腕4の側面、および基部3の側面なども同時にエッチングされる。寸法測定部も同様にエッチングされる。所定時間、例えば10分経過した時点で、寸法測定部2のCr膜の寸法W2を測定する。図3(c)参照。溝エッチング工程の前に測定した幅寸法W1との差から、幅方向のエッチングレートを算出し、所望の溝付き音叉型水晶振動子形状とする残りのエッチング時間を決定する。
In the groove etching step, the exposed
溝エッチング工程を再開し、必要な残りのエッチング時間で、エッチングを行う。図3(d)参照。 The groove etching process is restarted and etching is performed with the necessary remaining etching time. Refer to FIG.
溝エッチング工程の後、レジスト膜8、Au膜6、Cr膜7を除去し、水晶ウエハー9に複数の溝付き音叉型水晶振動子形状が形成される。図3(e)参照。尚、レジスト膜8の除去は、溝エッチング工程の前に行なってもよい。
After the groove etching step, the
本発明の水晶振動子の製造方法によれば、水晶振動子を形成する水晶ウエハーと同一面内に残りのエッチング時間を算出に利用する寸法測定部を設け、その耐食膜の寸法変化量から、エッチング液の濃度や温度等の要因で変動するエッチングレート及びエッチング時間の算出が可能である。また、各ロットでダミーウエハーを必要とせず、部材を無駄にすることもなく、製造待ち時間をロスすることなく水晶振動子を製造できる。 According to the method for manufacturing a crystal resonator of the present invention, a dimension measurement unit that uses the remaining etching time for calculation in the same plane as the crystal wafer that forms the crystal resonator is provided, and from the dimensional change amount of the corrosion-resistant film, It is possible to calculate an etching rate and an etching time that vary depending on factors such as the concentration and temperature of the etching solution. Further, it is possible to manufacture a crystal resonator without requiring a dummy wafer in each lot, without wasting a member, and without losing a manufacturing waiting time.
以上、本発明の水晶振動子の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、寸法測定部の幅は、エッチングレート及び残りのエッチング時間を算出するものであるため、所望の形状に形成するのに要するエッチング時間でエッチングされてなくならない程度の幅であれば、水晶振動子の振動腕と同じ幅でなくとも良い。
また、下地の耐食膜はCrでなくともNiなどの素材でも良い。
As described above, the embodiment of the crystal resonator of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the gist of the present invention is described in detail configuration, shape, material, and the like. Any change, addition, or deletion can be made without departing from the scope. For example, since the width of the dimension measurement part is used to calculate the etching rate and the remaining etching time, if the width is such that it is not etched by the etching time required to form a desired shape, the crystal vibration It does not have to be the same width as the child's vibrating arm.
Further, the underlying corrosion-resistant film may not be Cr but may be a material such as Ni.
また、水晶振動子として音叉型水晶振動子を例として説明したが厚みすべり振動子等でも良いことは言うまでもない。
Further, although the tuning fork type crystal resonator has been described as an example of the crystal resonator, it goes without saying that a thickness-shear resonator may be used.
1 水晶振動子
2 寸法測定部
3 基部
4 振動腕
5 枠部
6 Au膜
7 Cr膜
8 レジスト膜
9 水晶ウエハー
10 溝(凹部)
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