エッチング装置及びエッチング方法
【課題】被処理体のエッチング量をより正確に把握することが可能なエッチング装置及びエッチング方法を提供する。
【解決手段】処理槽１１では、ＡＴカットの水晶からなる被処理体９をエッチング溶液でエッチングする処理が行われ、ＡＴカットの水晶片３１の両面に互いに対向するように励振電極３２、３３を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に露出領域を設けたエッチングセンサ３は、この露出領域の水晶がエッチングされるように前記処理槽１１に配置される。発振回路２２は、このエッチングセンサ３の励振電極３２、３３に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を取得し、演算部４は発振回路２２から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽１１内の被処理体９のエッチング量を算出する。
【解決手段】処理槽１１では、ＡＴカットの水晶からなる被処理体９をエッチング溶液でエッチングする処理が行われ、ＡＴカットの水晶片３１の両面に互いに対向するように励振電極３２、３３を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に露出領域を設けたエッチングセンサ３は、この露出領域の水晶がエッチングされるように前記処理槽１１に配置される。発振回路２２は、このエッチングセンサ３の励振電極３２、３３に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を取得し、演算部４は発振回路２２から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽１１内の被処理体９のエッチング量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液によりエッチングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカットの水晶は、振動子素子などとして利用したときの発振周波数の温度特性が安定していることから様々な電子機器の周波数や時間の基準源として広く採用されている。ＡＴカットの水晶片は、薄くなるに連れその厚さに反比例して発振周波数が高くなる性質を持つところ、近年の通信機器の高周波化に伴ってより薄く均一な厚さを持つ水晶片を精度よく加工する技術が重要となっている。
【０００３】
一般にこうした水晶片は、人工水晶をＡＴカット方向に切断してウエハ状にし、外径加工や研磨を行って製造する。そして、フッ酸などを含むエッチング溶液により研磨などの際に生じた加工歪みや凹凸などを取り除くと共に、目標の周波数を発振するように厚さを調整して励振電極が形成される前の水晶片を得る。
【０００４】
このエッチング工程においては、精度よく水晶片の厚さを調整することが求められるが、エッチング溶液内の水晶片の厚さを直接測定することは難しい。そこで、エッチング溶液による水晶片のエッチング速度を予め求めておき、エッチングを開始してから必要な量だけエッチングが進行する時間が経過したら水晶片を引き上げるといった作業によりエッチング量を調節する作業が行われる。
【０００５】
しかし、水晶片のエッチング速度はエッチング溶液の温度によっても変化してしまい、処理対象の水晶片が溶解することでエッチング溶液の濃度も刻々と変化する。このように、エッチング速度が変化するおそれのある条件下では、わずかな温度変化やエッチング速度の予測違いで、エッチングの過多や不足が生じてしまう。このため、精度の高い厚さ調整を行うには、比較的低い濃度のエッチング溶液（例えばフッ酸の場合、１０〜３０重量％）を使って、途中、水晶片の厚さを確認しながら複数回に分けてエッチングを行うなどの対応が必要となり、処理の時間が長くなる傾向がある。
【０００６】
このような問題に対応する一つの手法として、特許文献１には、エッチング溶液を満たしたエッチング槽内にて水晶ブランクウエハに対するエッチングを行うにあたり、当該エッチング槽内に第１電極を浸漬すると共に、一面側に第２電極を設けたモニタ用の水晶ブランクウエハをエッチング溶液中に配置したエッチング装置が記載されている。第１、第２電極は計測器と接続されていて、モニタ用の水晶ブランクウエハの一面（第２電極を設けていない面）がエッチング溶液にエッチングされることに伴う共振周波数の変化を計測することができる。
【０００７】
上記特許文献１に記載のエッチング装置によれば、モニタ用の水晶ブランクウエハが、処理対象の水晶ブランクウエハと同じエッチング溶液によってエッチングされているので、当該モニタ用の水晶ブランクウエハの共振周波数を計測することにより、処理対象の水晶ブランクウエハのエッチング量をモニタすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２３４０７３号公報：図１、段落００１２、００１４〜００１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで特許文献１に記載のエッチング装置は、第１電極がモニタ用の水晶ブランクウエハから離れた状態となっており、第１電極-エッチング槽内のエッチング溶液-モニタ用の水晶ブランクウエハ-第２電極間に形成される回路の共振周波数（回路のインピーダンスが最小となる周波数）を計測する。このようにエッチング溶液も含めた回路のインピーダンスを計測して共振周波数を特定する手法では、第１電極とモニタ用の水晶ブランクウエハとの間に存在するエッチング溶液の粘性抵抗が大きく、容易に発振させることができないという問題がある。
また、水晶のエッチング速度は、エッチング溶液の温度や濃度の変化などにより変化するが、特許文献１に記載の手法では、回路の共振周波数の変化がモニタ用の水晶ブランクウエハのエッチングに起因するものなのか、あるいはエッチング溶液の温度や濃度の変化に基づくものなのかを判別することができず、正確なエッチング量を求めることができない。
【００１０】
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、被処理体のエッチング量をより正確に把握することが可能なエッチング装置及びエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るエッチング装置は、ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行うための処理槽と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設け、この露出領域の水晶がエッチング溶液によってエッチングされるように前記処理槽に配置されたエッチングセンサと、
このエッチングセンサの励振電極に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得るための発振回路と、
この発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出するための演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記エッチング装置は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、前記演算部は、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づいて、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出すること。
（ｂ）前記エッチングセンサは、エッチング処理が行われる被処理体の一部の領域を前記水晶片とし、この水晶片の両面に励振電極を設けて構成されること。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けた水晶振動子によりエッチングセンサが構成されているので、処理槽内の被処理体のエッチング量を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係わるエッチング装置の構成図である。
【図２】前記エッチング装置に設けられているエッチングセンサの外観斜視図である。
【図３】前記エッチングセンサを保持するホルダの外観斜視図である。
【図４】前記ホルダに保持されたエッチングセンサの縦断側面図である。
【図５】前記エッチングセンサの作用を示す第１の説明図である。
【図６】前記エッチングセンサの作用を示す第２の説明図である。
【図７】前記エッチングセンサの発振周波数の経時変化を示す説明図である。
【図８】他の実施の形態に係わるエッチング装置の構成図である。
【図９】ツインタイプのエッチングセンサ及びそのホルダの外観斜視図である。
【図１０】前記ツインタイプのエッチングセンサ及びそのホルダの縦断側面図である。
【図１１】前記ツインタイプのエッチングセンサの作用を示す第１の説明図である。
【図１２】前記ツインタイプのエッチングセンサの作用を示す第２の説明図である。
【図１３】前記ツインタイプのエッチングセンサの周波数偏差の経時変化を示す説明図である。
【図１４】エッチング処理が行われる水晶ウエハにエッチングセンサを設けた例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係わるエッチング装置１の構成について図１〜図４を参照しながら説明する。エッチング装置１は、背景技術にて説明した外径加工や研磨が行われた後の水晶片９に対して加工歪みや凹凸を取り除き、また発振周波数の調整をするためのエッチング処理を行う役割を果たす。本例では、例えば直径２５ｍｍ、厚さ０．３４ｍｍの円板形状のＡＴカットの水晶片９に対してエッチング処理を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１の概略構成図に示すようにエッチング装置１は、エッチング溶液を入れた処理槽１１と、被処理体である水晶片９を収容した保持容器１２と、保持容器１２を支持する支持アーム１３と、エッチング溶液内の処理位置と、エッチング溶液から取り出した退避位置との間で保持容器１２を移動させるために支持アーム１３を昇降させる昇降機構１４と、エッチング溶液の温度調節を行うヒータ１５１と、を備えている。
【００１７】
処理槽１１は、フッ酸などのエッチング溶液が満たされた容器として構成され、当該エッチング溶液内の処理位置に、保持容器１２を浸漬させることが可能な大きさを備えている。本例のエッチング装置１では、後述するエッチングセンサ３により水晶片９のエッチング量をモニタするので、従来の１０〜３０重量％よりも高濃度の例えば２０質量％以上、好ましくは３０質量％以上の濃度のフッ酸を使用することができる。
【００１８】
保持容器１２は、フッ酸に侵されないフッ素樹脂で被覆された銅製のワイヤなどを編んだ籠状の容器として構成されており、当該容器内に多数枚の水晶片９を保持することができる。水晶片９を保持した保持容器１２を処理槽１１内の処理位置まで移動させることにより、籠の編み目からエッチング溶液が進入し、保持容器１２内の全ての水晶片９がエッチング溶液に浸漬される。保持容器１２にて保持可能な水晶片９の枚数は、特定の枚数に限定されるものではないが、例えば数十枚から千枚程度の水晶片９を収容して、これらを同時にエッチングすることができる。
【００１９】
前記保持容器１２の上部には、保持容器１２の本体を成す容器部分をつり下げて保持するための取っ手部１２１が設けられており、この取っ手部１２１を支持アーム１３の先端部に掛けることにより保持容器１２全体が支持アーム１３に吊り下げられる。支持アーム１３は、水平方向に伸びる棒状の片持ち梁であり、その先端部に保持容器１２を吊り下げて保持する。支持アーム１３の基端側は伸縮ロッドなどからなる昇降機構１４に接続されていて、この昇降機構１４を作動させることにより支持アーム１３を昇降させ、これにより処理位置と退避位置との間で保持容器１２を移動させることができる。
【００２０】
ヒータ１５１は抵抗発熱体などにより構成され、処理槽１１内のエッチング溶液を加熱する役割を果たす。電源部１５２は、不図示の温度計から取得したエッチング溶液の温度に基づいて、ヒータ１５１へ供給される電力を増減しエッチング溶液の温度を予め設定された温度に調節する役割を果たす。
【００２１】
以上の構成を備えたエッチング装置１には、水晶片９におけるエッチングの進行状況を把握するためのエッチングセンサ３が設けられている。例えば図２に示すようにエッチングセンサ３は、ＡＴカットの水晶片３１の両面に、当該水晶片３１を介して互いに対向するように励振電極３２、３３を設けた振動子素子として構成されている。図１に示すようにエッチングセンサ３は、当該エッチングセンサ３を発振させるためのコルピッツ回路などからなる発振回路２２に接続されており、エッチングセンサ３及び発振回路２２にて発振した周波数信号は周波数検出部２３にて、その周波数が検出される。
【００２２】
図１、図３、図４に示すようにエッチングセンサ３は、ホルダ２１に格納された状態で処理槽１１内に配置される。例えばホルダ２１は、扁平なリング形状の２枚のホルダ部材２１１、２１２により構成され、これらホルダ部材２１１、２１２の間にエッチングセンサ３を挟んで固定することができる。ホルダ部材２１１、２１２の中央部には開口部２１４が形成されており、ホルダ２１を処理槽１１に配したとき、各開口部２１４を介してエッチングセンサ３の両面にエッチング溶液が供給される。
【００２３】
図３、図４に示すように、開口部２１４から臨むと、エッチングセンサ３の励振電極３２、３３が形成された領域、及び各励振電極３２、３３の周辺の水晶片３１が露出している領域が剥き出しとなっており、これらの領域がエッチング溶液と接触する。例えば励振電極３２、３３は、金（Ａｕ）などの金属膜をクロム（Ｃｒ）層を介して水晶片３１に貼り付けた構成となっているが、金層３２、３３はフッ酸などのエッチング溶液には侵されないので、露出領域の水晶片３１のみがエッチングされることになる。
【００２４】
エッチングセンサ３から得られた周波数信号は、周波数検出部２３にてその発振周波数が検出され、当該発振周波数を示す信号が制御部４に送られる。制御部４は、ＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、周波数検出部２３から取得したエッチングセンサ３の発振周波数の変化に基づき、処理槽１１内の水晶片９のエッチング量を算出することができる。
【００２５】
エッチングセンサ３により水晶片９のエッチング量を算出する原理について説明すると、ＡＴカットの水晶片３１の厚さをｈ［ｍｍ］としたとき、エッチングセンサ３の厚みすべり振動の基本波の発振周波数ｆ［ＭＨｚ］は、「ｆ＝１．６７／ｈ」で表される。但し、実際のエッチングセンサ３の発振周波数は、水晶片３１、３２の質量を増加させることや、エッチングセンサ３の周囲の雰囲気を液相（エッチング溶液）雰囲気とすることによって低下する。この場合、上記式に係数ａ（ａ＜１）を乗じて「ｆ＝１．６７ａ／ｈ」で表すことができる。
【００２６】
例えば図５、図６に示すように、水晶片３１の厚さがｈ０［ｍｍ］のエッチングセンサ３を処理槽１１内に浸漬し、水晶片３１の露出領域をエッチングすることにより、当該領域の厚さがｈ［ｍｍ］となったとする（図６）。このとき、エッチングセンサ３を大気雰囲気においたときに発振回路２２から取得される発振周波数ｆ０［ＭＨｚ］は、ｆ［ＭＨｚ］に変化し、発振周波数の変化幅Δｆ（＝ｆ−ｆ０）は、下記（１）式で表すことができる。
Δｆ＝｛（１．６７ａ／ｈ）−（１．６７／ｈ０）｝ …（１）
【００２７】
ここでエッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬する前の周波数ｆ０に対する周波数偏差Ｄｆを「Ｄｆ＝（Δｆ／ｆ０）×１０６［ｐｐｍ］」とし、（１）式の両辺を「ｆ０＝１．６７／ｈ０」で割って整理すると、エッチング量Δｈ（＝ｈ０−ｈ）と周波数偏差Ｄｆとの関係は下記（２）式で表される。
Δｈ＝ｈ０｛（１−ａ）＋Ｄｆ×１０−６｝／（１＋Ｄｆ×１０−６） …（２）
【００２８】
エッチングセンサ３の水晶片３１及び処理対象の水晶片９は、いずれもＡＴカットの水晶であり、これらを共通のエッチング溶液でエッチングした場合には、水晶片３１の露出領域と保持容器１２内の各水晶片９とはほぼ同じエッチング速度でエッチングされる。したがって、エッチングセンサ３の発振周波数の変化は水晶片９のエッチング量に対応しており、エッチングセンサ３の発振周波数の変化を検出することによって（２）式に基づき水晶片９のエッチング量を把握することができる。
【００２９】
このような原理に基づき、制御部４は、発振回路２２から取得した発振周波数の変化から水晶片９のエッチング量を算出する機能を備えている。この観点において、制御部４は本発明の演算部に相当している。
また図１に示すように制御部４は、ヒータ１５１の電源部１５２に対してエッチング溶液の温度調節の目標温度を設定したり、昇降機構１４に対して保持容器１２の昇降動作の開始タイミングを指示したりする機能を備えている。
【００３０】
以上に説明した構成を備えたエッチング装置１の作用について説明する。例えばエッチング溶液を満たしていない処理槽１１にエッチングセンサ３を配置して発振回路２２を作動させた場合には、周囲の温度が一定であれば周波数偏差Ｄｆは０のまま一定となる。ここで処理槽１１にエッチング溶液を入れ、エッチングセンサ３をエッチング溶液中に浸漬させ、エッチングセンサ３の周囲の雰囲気を液相にすると、図７に示すように周波数偏差Ｄｆ（発振周波数ｆ）が低下する。
【００３１】
そしてエッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬した状態を継続すると、水晶片３１の露出領域がエッチングされはじめ、エッチングの進行と共にその発振周波数（図７の周波数偏差）が上昇していく。図７において、エッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬した直後に見られる周波数偏差の比較的大きな変動は、水晶片３１表面の凹凸などがエッチングされて平坦になるまでの発振周波数の乱れと考えられる。
【００３２】
エッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬してしばらく時間が経過し、周波数偏差の変動幅が小さくなったら、水晶片９を収容した状態で待機していた保持容器１２を降下させ、エッチング溶液内に浸漬して水晶片９のエッチングを開始する。例えば図７に示すように、発振周波数の計測を開始してから時間ｔ１が経過したタイミングにて水晶片９のエッチングを開始し、このときのエッチングセンサ３のエッチング量をΔｈ１とする。また、処理対象の水晶片９の目標エッチング量をΔｈＴとする。
【００３３】
このとき、処理対象の水晶片９とエッチングセンサ３の水晶片３１とのエッチング速度が同じとすると、エッチングセンサ３のエッチング量がΔｈ２＝Δｈ１＋ΔｈＴとなるタイミングにて水晶片９のエッチングを停止すればよい。そこで、前記Δｈ２に対応する周波数偏差ＤｆＴの値を（２）式から逆算しておき、エッチングセンサ３の発振周波数ｆを監視して、周波数偏差がＤｆ＝ＤｆＴとなったタイミングで保持容器１２をエッチング溶液から引き上げる。その後、洗浄水などにより水晶片９に付着したエッチング溶液を洗浄してエッチングを停止することにより、目標量ΔｈＴだけエッチング処理がなされた水晶片９を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態に係わるエッチング装置１によれば以下の効果がある。水晶片３１の両面に、当該水晶片３１を介して互いに対向するように励振電極３２、３３を設けた水晶振動子によりエッチングセンサ３が構成されているので、処理槽１１内の水晶片９のエッチング量を正確に把握することができる。
【００３５】
次に、エッチング溶液の温度変化の影響を除外してエッチング量を監視することが可能なエッチングセンサ３ａについて説明する。エッチング溶液は液体であり比熱が大きいので、ヒータ１５１によってエッチング溶液の温度を調節していたとしても、ある程度の幅の温度変化が避けられない場合もある。そこで図８〜図１０に示すエッチングセンサ３ａは、共通の水晶片３１に２つの振動子領域（第１の振動子領域３０ａ、第２の振動子領域３０ｂ）が設けられたツインタイプのセンサとなっており、これらの振動子領域３０ａ、３０ｂの発振周波数の差に対応する値に基づいて、エッチング溶液の温度変化による発振周波数の変動の影響を除外することができる。なお、図８〜図９において、第１の実施の形態と同じ構成要素には、図１〜図４に付したものと同じ符号を付してある。
【００３６】
図９、図１０に示すように本例のエッチングセンサ３ａは、共通の水晶片３１の異なる領域に、各々対向するように励振電極３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂを設けることにより、第１の振動子領域３０ａ、第２の振動子領域３０ｂが形成されている。エッチングセンサ３ａは、これらの振動子領域３０ａ、３０ｂに対応する位置に開口部２１４を設けたホルダ部材２１１と、各開口部２１４に対向する位置に凹部２１５が形成されたホルダ部材２１２とからなるホルダ２１ａによって上下から挟まれるように保持されている。また、両振動子領域３０ａ、３０ｂの間には、水晶片３１を上下から挟むように絶縁部材２１６が設けられており、これら絶縁部材２１６によって振動子領域３０ａ、３０ｂは互いに弾性的に絶縁されている。
【００３７】
またホルダ２１ａは、例えば図８に示すように処理槽１１を構成する容器に取り付けられており、開口部２１４の設けられた面を処理槽１１の内部に向けて配置されている。この結果、各振動子領域３０ａ、３０ｂは一面側のみにエッチング溶液が供給されて液相雰囲気となる一方、他面側はホルダ２１ａの凹部２１５囲まれた気相雰囲気となっている。このように、振動子領域３０ａ、３０ｂの一面側を気相雰囲気に保つことにより、両面が液相雰囲気となる場合に比べて、発振周波数の低下幅を小さくすることができる。
【００３８】
また、図１０〜図１２に示すようにエッチングセンサ３ａは、第１の振動子領域３０ａには、例えば開口部２１４側の励振電極３２ａの周囲に、水晶片３１の表面を覆うように保護膜３５が形成されている。保護膜３５は、エッチング溶液に侵されないレジスト膜などから構成されており、エッチング溶液から第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１を保護する役割を果たす。また保護膜３５は、ヒータ１５１を用いたエッチング溶液の温度調節に要する応答時間よりも十分に短い時間でエッチング溶液の温度を第１の振動子領域３０ａに伝えることが可能な程度の薄さに形成されている。さらに本例では、質量付加による発振周波数の低下幅を小さくするため、励振電極３２ａ周囲の水晶片３１上にのみ保護膜３５を形成する構成としたが、保護膜３５は励振電極３２ａ及びその周囲の水晶片３１の全面に亘って形成してもよい。
【００３９】
図８に示すように、各振動子領域３０ａ、３０ｂは、発振回路２２ａ、２２ｂに接続されており、これらの発振回路２２ａ、２２ｂにて発振した周波数信号が周波数差検出部２４に出力される。周波数差検出部２４は両発振回路２２ａ、２２ｂから取得した周波数信号の発振周波数の差を取って、この差分の周波数が制御部４に出力される。
【００４０】
このエッチングセンサ３ａを処理槽１１に配置してエッチング溶液を供給すると、図１１に示すように開口部２１４を介して各振動子領域３０ａ、３０ｂの上面にエッチング溶液が供給される。その結果、図１２に示すように第２の振動子領域３０ｂ側では励振電極３２ｂで覆われていない水晶片３１の露出領域がエッチングされて水晶片３１がｈ０［ｍｍ］からｈ［ｍｍ］へと薄くなっていく。一方で、第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１の表面には保護膜３５が設けられているので、水晶片３１はエッチングされず、厚さはｈ０［ｍｍ］のままである。
【００４１】
この結果、第２の振動子領域３０ｂ側では水晶片３１のエッチングが進行するにつれて周波数偏差Ｄｆ（発振周波数ｆ）が上昇する。一方、第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１はエッチングされないので発振周波数の変化は発生しない。
【００４２】
ここでＡＴカットの水晶片３１においては、水晶片３１の厚さの違いに係わらず、周波数偏差の温度特性は３次関数を描き、常温付近で平坦になることが知られている。このため、処理槽１１内のエッチング溶液の温度が変化した場合には、各振動子領域３０ａ、３０ｂの周波数偏差Ｄｆは、同じ変化幅で変化する。
【００４３】
そこで図１３に示すように、第１の振動子領域３０ａ及び第２の振動子領域３０ｂの周波数偏差がエッチング溶液の温度変化の影響を受けて変動した場合には、両振動子領域３０ａ、３０ｂの発振周波数の差分を取ることにより、温度変化の影響を除外した補正後の周波数偏差（図１３中に一点鎖線で示してある）を再現することが可能となる。なお図１３では、保護膜３５を設けた質量付加効果により、第１の振動子領域３０ａの周波数偏差（発振周波数）が小さくなっている。
【００４４】
補正の手法は種々考え得るが、例えば各発振回路２２ａ、２２ｂから第１の振動子領域３０ａの発振周波数ｆａ及び第２の振動子領域３０ｂの発振周波数ｆｂを取得した周波数差検出部２４は、これらの差分の周波数ｆａ−ｂを計算して制御部４に出力する。制御部４には、基準温度（例えば２０℃）における第１の振動子領域３０ａの発振周波数ｆｓが記憶されており、ｆａ−ｂ＋ｆｓ［ＭＨｚ］の値が第２の振動子領域３０ｂの温度補正後の周波数ｆ’ａとなる。
【００４５】
このｆ’ａに基づいて周波数偏差Ｄ’ｆを計算すれば、図７及び（２）式を用いて説明した関係から、第２の振動子領域３０ｂのエッチング量Δｈを求めることができる。ここで第２の振動子領域３０ｂは片面のみがエッチングされているので、両面からエッチングされている水晶片９の１／２の速度でエッチングが進む。したがって、水晶片９のエッチングは、第２の振動子領域３０ｂにおいて目標エッチング量ΔｈＴの１／２の量のエッチングが行われるタイミングにて保持容器１２をエッチング溶液から引き上げることにより管理できる。このように、第２の振動子領域３０ｂのエッチング速度が水晶片９のエッチング速度の１／２となっていることにより、高濃度のエッチング溶液を使用してエッチングを行っても、分解能の高い監視を行うことができる。
【００４６】
また例えば、弾性的に絶縁された振動子領域３０ａ、３０ｂに設ける励振電極３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂの面積や厚さを異ならせたり、エッチング開始前の両振動子領域３０ａ、３０ｂの厚さを異ならせたりしておくことによって、双方の振動子領域３０ａ、３０ｂをエッチングしたときの発振周波数の変化率に相違が発生する場合には、この変化率の相違を利用して温度変化の影響を除外する補正を行ってもよい。この場合には、保護膜３５を設けずに、双方の振動子領域３０ａ、３０ｂをエッチング溶液に接触させた状態で補正を行うことができる。
【００４７】
以上に説明した各実施の形態では、単一の振動子領域を備えるエッチングセンサ３について、エッチングセンサ３の表裏両面からエッチングを行う一方、２つの振動子領域３０ａ、３０ｂを備えたエッチングセンサ３ａでは、一面側のみをエッチングする例について説明した。しかし、エッチングセンサ３、３ａの構成とエッチングが行われる面との組み合わせはこれらの例に限られない。例えばエッチングセンサ３の片面のみをエッチングしてエッチング量の監視を行ってもよいし、２つの振動子領域３０ａ、３０を備えるエッチングセンサ３ａを両面からエッチングしてもよいことは勿論である。
【００４８】
また、図１４に示すエッチングセンサ３ｂのように、被処理体である水晶片９１が形成された水晶ウエハ９２の一部の領域に励振電極３２、３３を設けて振動子領域を形成することにより、他の水晶片９１のエッチング量を監視してもよい。図１４に示した水晶ウエハ９２では、水晶ウエハ９２の本体との接続部を残しつつ、水晶片９１の輪郭の周辺領域が露出するようにレジスト膜を塗布、パターニングし、当該周辺領域をエッチングすることにより多数の水晶片９１が同時に形成されている。このような水晶片９１の周波数調整にあたり、例えば素子形成領域９３の外側にエッチングセンサ３ｂが形成されており、当該エッチングセンサ３ｂは発振回路２２や周波数検出部２３に接続されている。本エッチングセンサ３ｂを備えた水晶ウエハ９２をエッチング溶液に浸漬すると、共通の水晶ウエハ９２上に形成された水晶片９１とエッチングセンサ３ｂとが同時にエッチングされるので、エッチングセンサ３ｂの発振周波数の変化により水晶片９１のエッチング量を監視することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ エッチング装置
２２、２２ａ、２２ｂ
発振回路
２３ 周波数検出部
２４ 周波数差検出部
３、３ａ、３ｂ
エッチングセンサ
３０ａ、３０ｂ
振動子領域
３１ 水晶片
３４ エッチング溝
４ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液によりエッチングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカットの水晶は、振動子素子などとして利用したときの発振周波数の温度特性が安定していることから様々な電子機器の周波数や時間の基準源として広く採用されている。ＡＴカットの水晶片は、薄くなるに連れその厚さに反比例して発振周波数が高くなる性質を持つところ、近年の通信機器の高周波化に伴ってより薄く均一な厚さを持つ水晶片を精度よく加工する技術が重要となっている。
【０００３】
一般にこうした水晶片は、人工水晶をＡＴカット方向に切断してウエハ状にし、外径加工や研磨を行って製造する。そして、フッ酸などを含むエッチング溶液により研磨などの際に生じた加工歪みや凹凸などを取り除くと共に、目標の周波数を発振するように厚さを調整して励振電極が形成される前の水晶片を得る。
【０００４】
このエッチング工程においては、精度よく水晶片の厚さを調整することが求められるが、エッチング溶液内の水晶片の厚さを直接測定することは難しい。そこで、エッチング溶液による水晶片のエッチング速度を予め求めておき、エッチングを開始してから必要な量だけエッチングが進行する時間が経過したら水晶片を引き上げるといった作業によりエッチング量を調節する作業が行われる。
【０００５】
しかし、水晶片のエッチング速度はエッチング溶液の温度によっても変化してしまい、処理対象の水晶片が溶解することでエッチング溶液の濃度も刻々と変化する。このように、エッチング速度が変化するおそれのある条件下では、わずかな温度変化やエッチング速度の予測違いで、エッチングの過多や不足が生じてしまう。このため、精度の高い厚さ調整を行うには、比較的低い濃度のエッチング溶液（例えばフッ酸の場合、１０〜３０重量％）を使って、途中、水晶片の厚さを確認しながら複数回に分けてエッチングを行うなどの対応が必要となり、処理の時間が長くなる傾向がある。
【０００６】
このような問題に対応する一つの手法として、特許文献１には、エッチング溶液を満たしたエッチング槽内にて水晶ブランクウエハに対するエッチングを行うにあたり、当該エッチング槽内に第１電極を浸漬すると共に、一面側に第２電極を設けたモニタ用の水晶ブランクウエハをエッチング溶液中に配置したエッチング装置が記載されている。第１、第２電極は計測器と接続されていて、モニタ用の水晶ブランクウエハの一面（第２電極を設けていない面）がエッチング溶液にエッチングされることに伴う共振周波数の変化を計測することができる。
【０００７】
上記特許文献１に記載のエッチング装置によれば、モニタ用の水晶ブランクウエハが、処理対象の水晶ブランクウエハと同じエッチング溶液によってエッチングされているので、当該モニタ用の水晶ブランクウエハの共振周波数を計測することにより、処理対象の水晶ブランクウエハのエッチング量をモニタすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２３４０７３号公報：図１、段落００１２、００１４〜００１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで特許文献１に記載のエッチング装置は、第１電極がモニタ用の水晶ブランクウエハから離れた状態となっており、第１電極-エッチング槽内のエッチング溶液-モニタ用の水晶ブランクウエハ-第２電極間に形成される回路の共振周波数（回路のインピーダンスが最小となる周波数）を計測する。このようにエッチング溶液も含めた回路のインピーダンスを計測して共振周波数を特定する手法では、第１電極とモニタ用の水晶ブランクウエハとの間に存在するエッチング溶液の粘性抵抗が大きく、容易に発振させることができないという問題がある。
また、水晶のエッチング速度は、エッチング溶液の温度や濃度の変化などにより変化するが、特許文献１に記載の手法では、回路の共振周波数の変化がモニタ用の水晶ブランクウエハのエッチングに起因するものなのか、あるいはエッチング溶液の温度や濃度の変化に基づくものなのかを判別することができず、正確なエッチング量を求めることができない。
【００１０】
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、被処理体のエッチング量をより正確に把握することが可能なエッチング装置及びエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るエッチング装置は、ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行うための処理槽と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設け、この露出領域の水晶がエッチング溶液によってエッチングされるように前記処理槽に配置されたエッチングセンサと、
このエッチングセンサの励振電極に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得るための発振回路と、
この発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出するための演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記エッチング装置は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、前記演算部は、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づいて、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出すること。
（ｂ）前記エッチングセンサは、エッチング処理が行われる被処理体の一部の領域を前記水晶片とし、この水晶片の両面に励振電極を設けて構成されること。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けた水晶振動子によりエッチングセンサが構成されているので、処理槽内の被処理体のエッチング量を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係わるエッチング装置の構成図である。
【図２】前記エッチング装置に設けられているエッチングセンサの外観斜視図である。
【図３】前記エッチングセンサを保持するホルダの外観斜視図である。
【図４】前記ホルダに保持されたエッチングセンサの縦断側面図である。
【図５】前記エッチングセンサの作用を示す第１の説明図である。
【図６】前記エッチングセンサの作用を示す第２の説明図である。
【図７】前記エッチングセンサの発振周波数の経時変化を示す説明図である。
【図８】他の実施の形態に係わるエッチング装置の構成図である。
【図９】ツインタイプのエッチングセンサ及びそのホルダの外観斜視図である。
【図１０】前記ツインタイプのエッチングセンサ及びそのホルダの縦断側面図である。
【図１１】前記ツインタイプのエッチングセンサの作用を示す第１の説明図である。
【図１２】前記ツインタイプのエッチングセンサの作用を示す第２の説明図である。
【図１３】前記ツインタイプのエッチングセンサの周波数偏差の経時変化を示す説明図である。
【図１４】エッチング処理が行われる水晶ウエハにエッチングセンサを設けた例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係わるエッチング装置１の構成について図１〜図４を参照しながら説明する。エッチング装置１は、背景技術にて説明した外径加工や研磨が行われた後の水晶片９に対して加工歪みや凹凸を取り除き、また発振周波数の調整をするためのエッチング処理を行う役割を果たす。本例では、例えば直径２５ｍｍ、厚さ０．３４ｍｍの円板形状のＡＴカットの水晶片９に対してエッチング処理を行う場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１の概略構成図に示すようにエッチング装置１は、エッチング溶液を入れた処理槽１１と、被処理体である水晶片９を収容した保持容器１２と、保持容器１２を支持する支持アーム１３と、エッチング溶液内の処理位置と、エッチング溶液から取り出した退避位置との間で保持容器１２を移動させるために支持アーム１３を昇降させる昇降機構１４と、エッチング溶液の温度調節を行うヒータ１５１と、を備えている。
【００１７】
処理槽１１は、フッ酸などのエッチング溶液が満たされた容器として構成され、当該エッチング溶液内の処理位置に、保持容器１２を浸漬させることが可能な大きさを備えている。本例のエッチング装置１では、後述するエッチングセンサ３により水晶片９のエッチング量をモニタするので、従来の１０〜３０重量％よりも高濃度の例えば２０質量％以上、好ましくは３０質量％以上の濃度のフッ酸を使用することができる。
【００１８】
保持容器１２は、フッ酸に侵されないフッ素樹脂で被覆された銅製のワイヤなどを編んだ籠状の容器として構成されており、当該容器内に多数枚の水晶片９を保持することができる。水晶片９を保持した保持容器１２を処理槽１１内の処理位置まで移動させることにより、籠の編み目からエッチング溶液が進入し、保持容器１２内の全ての水晶片９がエッチング溶液に浸漬される。保持容器１２にて保持可能な水晶片９の枚数は、特定の枚数に限定されるものではないが、例えば数十枚から千枚程度の水晶片９を収容して、これらを同時にエッチングすることができる。
【００１９】
前記保持容器１２の上部には、保持容器１２の本体を成す容器部分をつり下げて保持するための取っ手部１２１が設けられており、この取っ手部１２１を支持アーム１３の先端部に掛けることにより保持容器１２全体が支持アーム１３に吊り下げられる。支持アーム１３は、水平方向に伸びる棒状の片持ち梁であり、その先端部に保持容器１２を吊り下げて保持する。支持アーム１３の基端側は伸縮ロッドなどからなる昇降機構１４に接続されていて、この昇降機構１４を作動させることにより支持アーム１３を昇降させ、これにより処理位置と退避位置との間で保持容器１２を移動させることができる。
【００２０】
ヒータ１５１は抵抗発熱体などにより構成され、処理槽１１内のエッチング溶液を加熱する役割を果たす。電源部１５２は、不図示の温度計から取得したエッチング溶液の温度に基づいて、ヒータ１５１へ供給される電力を増減しエッチング溶液の温度を予め設定された温度に調節する役割を果たす。
【００２１】
以上の構成を備えたエッチング装置１には、水晶片９におけるエッチングの進行状況を把握するためのエッチングセンサ３が設けられている。例えば図２に示すようにエッチングセンサ３は、ＡＴカットの水晶片３１の両面に、当該水晶片３１を介して互いに対向するように励振電極３２、３３を設けた振動子素子として構成されている。図１に示すようにエッチングセンサ３は、当該エッチングセンサ３を発振させるためのコルピッツ回路などからなる発振回路２２に接続されており、エッチングセンサ３及び発振回路２２にて発振した周波数信号は周波数検出部２３にて、その周波数が検出される。
【００２２】
図１、図３、図４に示すようにエッチングセンサ３は、ホルダ２１に格納された状態で処理槽１１内に配置される。例えばホルダ２１は、扁平なリング形状の２枚のホルダ部材２１１、２１２により構成され、これらホルダ部材２１１、２１２の間にエッチングセンサ３を挟んで固定することができる。ホルダ部材２１１、２１２の中央部には開口部２１４が形成されており、ホルダ２１を処理槽１１に配したとき、各開口部２１４を介してエッチングセンサ３の両面にエッチング溶液が供給される。
【００２３】
図３、図４に示すように、開口部２１４から臨むと、エッチングセンサ３の励振電極３２、３３が形成された領域、及び各励振電極３２、３３の周辺の水晶片３１が露出している領域が剥き出しとなっており、これらの領域がエッチング溶液と接触する。例えば励振電極３２、３３は、金（Ａｕ）などの金属膜をクロム（Ｃｒ）層を介して水晶片３１に貼り付けた構成となっているが、金層３２、３３はフッ酸などのエッチング溶液には侵されないので、露出領域の水晶片３１のみがエッチングされることになる。
【００２４】
エッチングセンサ３から得られた周波数信号は、周波数検出部２３にてその発振周波数が検出され、当該発振周波数を示す信号が制御部４に送られる。制御部４は、ＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、周波数検出部２３から取得したエッチングセンサ３の発振周波数の変化に基づき、処理槽１１内の水晶片９のエッチング量を算出することができる。
【００２５】
エッチングセンサ３により水晶片９のエッチング量を算出する原理について説明すると、ＡＴカットの水晶片３１の厚さをｈ［ｍｍ］としたとき、エッチングセンサ３の厚みすべり振動の基本波の発振周波数ｆ［ＭＨｚ］は、「ｆ＝１．６７／ｈ」で表される。但し、実際のエッチングセンサ３の発振周波数は、水晶片３１、３２の質量を増加させることや、エッチングセンサ３の周囲の雰囲気を液相（エッチング溶液）雰囲気とすることによって低下する。この場合、上記式に係数ａ（ａ＜１）を乗じて「ｆ＝１．６７ａ／ｈ」で表すことができる。
【００２６】
例えば図５、図６に示すように、水晶片３１の厚さがｈ０［ｍｍ］のエッチングセンサ３を処理槽１１内に浸漬し、水晶片３１の露出領域をエッチングすることにより、当該領域の厚さがｈ［ｍｍ］となったとする（図６）。このとき、エッチングセンサ３を大気雰囲気においたときに発振回路２２から取得される発振周波数ｆ０［ＭＨｚ］は、ｆ［ＭＨｚ］に変化し、発振周波数の変化幅Δｆ（＝ｆ−ｆ０）は、下記（１）式で表すことができる。
Δｆ＝｛（１．６７ａ／ｈ）−（１．６７／ｈ０）｝ …（１）
【００２７】
ここでエッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬する前の周波数ｆ０に対する周波数偏差Ｄｆを「Ｄｆ＝（Δｆ／ｆ０）×１０６［ｐｐｍ］」とし、（１）式の両辺を「ｆ０＝１．６７／ｈ０」で割って整理すると、エッチング量Δｈ（＝ｈ０−ｈ）と周波数偏差Ｄｆとの関係は下記（２）式で表される。
Δｈ＝ｈ０｛（１−ａ）＋Ｄｆ×１０−６｝／（１＋Ｄｆ×１０−６） …（２）
【００２８】
エッチングセンサ３の水晶片３１及び処理対象の水晶片９は、いずれもＡＴカットの水晶であり、これらを共通のエッチング溶液でエッチングした場合には、水晶片３１の露出領域と保持容器１２内の各水晶片９とはほぼ同じエッチング速度でエッチングされる。したがって、エッチングセンサ３の発振周波数の変化は水晶片９のエッチング量に対応しており、エッチングセンサ３の発振周波数の変化を検出することによって（２）式に基づき水晶片９のエッチング量を把握することができる。
【００２９】
このような原理に基づき、制御部４は、発振回路２２から取得した発振周波数の変化から水晶片９のエッチング量を算出する機能を備えている。この観点において、制御部４は本発明の演算部に相当している。
また図１に示すように制御部４は、ヒータ１５１の電源部１５２に対してエッチング溶液の温度調節の目標温度を設定したり、昇降機構１４に対して保持容器１２の昇降動作の開始タイミングを指示したりする機能を備えている。
【００３０】
以上に説明した構成を備えたエッチング装置１の作用について説明する。例えばエッチング溶液を満たしていない処理槽１１にエッチングセンサ３を配置して発振回路２２を作動させた場合には、周囲の温度が一定であれば周波数偏差Ｄｆは０のまま一定となる。ここで処理槽１１にエッチング溶液を入れ、エッチングセンサ３をエッチング溶液中に浸漬させ、エッチングセンサ３の周囲の雰囲気を液相にすると、図７に示すように周波数偏差Ｄｆ（発振周波数ｆ）が低下する。
【００３１】
そしてエッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬した状態を継続すると、水晶片３１の露出領域がエッチングされはじめ、エッチングの進行と共にその発振周波数（図７の周波数偏差）が上昇していく。図７において、エッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬した直後に見られる周波数偏差の比較的大きな変動は、水晶片３１表面の凹凸などがエッチングされて平坦になるまでの発振周波数の乱れと考えられる。
【００３２】
エッチングセンサ３をエッチング溶液に浸漬してしばらく時間が経過し、周波数偏差の変動幅が小さくなったら、水晶片９を収容した状態で待機していた保持容器１２を降下させ、エッチング溶液内に浸漬して水晶片９のエッチングを開始する。例えば図７に示すように、発振周波数の計測を開始してから時間ｔ１が経過したタイミングにて水晶片９のエッチングを開始し、このときのエッチングセンサ３のエッチング量をΔｈ１とする。また、処理対象の水晶片９の目標エッチング量をΔｈＴとする。
【００３３】
このとき、処理対象の水晶片９とエッチングセンサ３の水晶片３１とのエッチング速度が同じとすると、エッチングセンサ３のエッチング量がΔｈ２＝Δｈ１＋ΔｈＴとなるタイミングにて水晶片９のエッチングを停止すればよい。そこで、前記Δｈ２に対応する周波数偏差ＤｆＴの値を（２）式から逆算しておき、エッチングセンサ３の発振周波数ｆを監視して、周波数偏差がＤｆ＝ＤｆＴとなったタイミングで保持容器１２をエッチング溶液から引き上げる。その後、洗浄水などにより水晶片９に付着したエッチング溶液を洗浄してエッチングを停止することにより、目標量ΔｈＴだけエッチング処理がなされた水晶片９を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態に係わるエッチング装置１によれば以下の効果がある。水晶片３１の両面に、当該水晶片３１を介して互いに対向するように励振電極３２、３３を設けた水晶振動子によりエッチングセンサ３が構成されているので、処理槽１１内の水晶片９のエッチング量を正確に把握することができる。
【００３５】
次に、エッチング溶液の温度変化の影響を除外してエッチング量を監視することが可能なエッチングセンサ３ａについて説明する。エッチング溶液は液体であり比熱が大きいので、ヒータ１５１によってエッチング溶液の温度を調節していたとしても、ある程度の幅の温度変化が避けられない場合もある。そこで図８〜図１０に示すエッチングセンサ３ａは、共通の水晶片３１に２つの振動子領域（第１の振動子領域３０ａ、第２の振動子領域３０ｂ）が設けられたツインタイプのセンサとなっており、これらの振動子領域３０ａ、３０ｂの発振周波数の差に対応する値に基づいて、エッチング溶液の温度変化による発振周波数の変動の影響を除外することができる。なお、図８〜図９において、第１の実施の形態と同じ構成要素には、図１〜図４に付したものと同じ符号を付してある。
【００３６】
図９、図１０に示すように本例のエッチングセンサ３ａは、共通の水晶片３１の異なる領域に、各々対向するように励振電極３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂを設けることにより、第１の振動子領域３０ａ、第２の振動子領域３０ｂが形成されている。エッチングセンサ３ａは、これらの振動子領域３０ａ、３０ｂに対応する位置に開口部２１４を設けたホルダ部材２１１と、各開口部２１４に対向する位置に凹部２１５が形成されたホルダ部材２１２とからなるホルダ２１ａによって上下から挟まれるように保持されている。また、両振動子領域３０ａ、３０ｂの間には、水晶片３１を上下から挟むように絶縁部材２１６が設けられており、これら絶縁部材２１６によって振動子領域３０ａ、３０ｂは互いに弾性的に絶縁されている。
【００３７】
またホルダ２１ａは、例えば図８に示すように処理槽１１を構成する容器に取り付けられており、開口部２１４の設けられた面を処理槽１１の内部に向けて配置されている。この結果、各振動子領域３０ａ、３０ｂは一面側のみにエッチング溶液が供給されて液相雰囲気となる一方、他面側はホルダ２１ａの凹部２１５囲まれた気相雰囲気となっている。このように、振動子領域３０ａ、３０ｂの一面側を気相雰囲気に保つことにより、両面が液相雰囲気となる場合に比べて、発振周波数の低下幅を小さくすることができる。
【００３８】
また、図１０〜図１２に示すようにエッチングセンサ３ａは、第１の振動子領域３０ａには、例えば開口部２１４側の励振電極３２ａの周囲に、水晶片３１の表面を覆うように保護膜３５が形成されている。保護膜３５は、エッチング溶液に侵されないレジスト膜などから構成されており、エッチング溶液から第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１を保護する役割を果たす。また保護膜３５は、ヒータ１５１を用いたエッチング溶液の温度調節に要する応答時間よりも十分に短い時間でエッチング溶液の温度を第１の振動子領域３０ａに伝えることが可能な程度の薄さに形成されている。さらに本例では、質量付加による発振周波数の低下幅を小さくするため、励振電極３２ａ周囲の水晶片３１上にのみ保護膜３５を形成する構成としたが、保護膜３５は励振電極３２ａ及びその周囲の水晶片３１の全面に亘って形成してもよい。
【００３９】
図８に示すように、各振動子領域３０ａ、３０ｂは、発振回路２２ａ、２２ｂに接続されており、これらの発振回路２２ａ、２２ｂにて発振した周波数信号が周波数差検出部２４に出力される。周波数差検出部２４は両発振回路２２ａ、２２ｂから取得した周波数信号の発振周波数の差を取って、この差分の周波数が制御部４に出力される。
【００４０】
このエッチングセンサ３ａを処理槽１１に配置してエッチング溶液を供給すると、図１１に示すように開口部２１４を介して各振動子領域３０ａ、３０ｂの上面にエッチング溶液が供給される。その結果、図１２に示すように第２の振動子領域３０ｂ側では励振電極３２ｂで覆われていない水晶片３１の露出領域がエッチングされて水晶片３１がｈ０［ｍｍ］からｈ［ｍｍ］へと薄くなっていく。一方で、第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１の表面には保護膜３５が設けられているので、水晶片３１はエッチングされず、厚さはｈ０［ｍｍ］のままである。
【００４１】
この結果、第２の振動子領域３０ｂ側では水晶片３１のエッチングが進行するにつれて周波数偏差Ｄｆ（発振周波数ｆ）が上昇する。一方、第１の振動子領域３０ａ側の水晶片３１はエッチングされないので発振周波数の変化は発生しない。
【００４２】
ここでＡＴカットの水晶片３１においては、水晶片３１の厚さの違いに係わらず、周波数偏差の温度特性は３次関数を描き、常温付近で平坦になることが知られている。このため、処理槽１１内のエッチング溶液の温度が変化した場合には、各振動子領域３０ａ、３０ｂの周波数偏差Ｄｆは、同じ変化幅で変化する。
【００４３】
そこで図１３に示すように、第１の振動子領域３０ａ及び第２の振動子領域３０ｂの周波数偏差がエッチング溶液の温度変化の影響を受けて変動した場合には、両振動子領域３０ａ、３０ｂの発振周波数の差分を取ることにより、温度変化の影響を除外した補正後の周波数偏差（図１３中に一点鎖線で示してある）を再現することが可能となる。なお図１３では、保護膜３５を設けた質量付加効果により、第１の振動子領域３０ａの周波数偏差（発振周波数）が小さくなっている。
【００４４】
補正の手法は種々考え得るが、例えば各発振回路２２ａ、２２ｂから第１の振動子領域３０ａの発振周波数ｆａ及び第２の振動子領域３０ｂの発振周波数ｆｂを取得した周波数差検出部２４は、これらの差分の周波数ｆａ−ｂを計算して制御部４に出力する。制御部４には、基準温度（例えば２０℃）における第１の振動子領域３０ａの発振周波数ｆｓが記憶されており、ｆａ−ｂ＋ｆｓ［ＭＨｚ］の値が第２の振動子領域３０ｂの温度補正後の周波数ｆ’ａとなる。
【００４５】
このｆ’ａに基づいて周波数偏差Ｄ’ｆを計算すれば、図７及び（２）式を用いて説明した関係から、第２の振動子領域３０ｂのエッチング量Δｈを求めることができる。ここで第２の振動子領域３０ｂは片面のみがエッチングされているので、両面からエッチングされている水晶片９の１／２の速度でエッチングが進む。したがって、水晶片９のエッチングは、第２の振動子領域３０ｂにおいて目標エッチング量ΔｈＴの１／２の量のエッチングが行われるタイミングにて保持容器１２をエッチング溶液から引き上げることにより管理できる。このように、第２の振動子領域３０ｂのエッチング速度が水晶片９のエッチング速度の１／２となっていることにより、高濃度のエッチング溶液を使用してエッチングを行っても、分解能の高い監視を行うことができる。
【００４６】
また例えば、弾性的に絶縁された振動子領域３０ａ、３０ｂに設ける励振電極３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂの面積や厚さを異ならせたり、エッチング開始前の両振動子領域３０ａ、３０ｂの厚さを異ならせたりしておくことによって、双方の振動子領域３０ａ、３０ｂをエッチングしたときの発振周波数の変化率に相違が発生する場合には、この変化率の相違を利用して温度変化の影響を除外する補正を行ってもよい。この場合には、保護膜３５を設けずに、双方の振動子領域３０ａ、３０ｂをエッチング溶液に接触させた状態で補正を行うことができる。
【００４７】
以上に説明した各実施の形態では、単一の振動子領域を備えるエッチングセンサ３について、エッチングセンサ３の表裏両面からエッチングを行う一方、２つの振動子領域３０ａ、３０ｂを備えたエッチングセンサ３ａでは、一面側のみをエッチングする例について説明した。しかし、エッチングセンサ３、３ａの構成とエッチングが行われる面との組み合わせはこれらの例に限られない。例えばエッチングセンサ３の片面のみをエッチングしてエッチング量の監視を行ってもよいし、２つの振動子領域３０ａ、３０を備えるエッチングセンサ３ａを両面からエッチングしてもよいことは勿論である。
【００４８】
また、図１４に示すエッチングセンサ３ｂのように、被処理体である水晶片９１が形成された水晶ウエハ９２の一部の領域に励振電極３２、３３を設けて振動子領域を形成することにより、他の水晶片９１のエッチング量を監視してもよい。図１４に示した水晶ウエハ９２では、水晶ウエハ９２の本体との接続部を残しつつ、水晶片９１の輪郭の周辺領域が露出するようにレジスト膜を塗布、パターニングし、当該周辺領域をエッチングすることにより多数の水晶片９１が同時に形成されている。このような水晶片９１の周波数調整にあたり、例えば素子形成領域９３の外側にエッチングセンサ３ｂが形成されており、当該エッチングセンサ３ｂは発振回路２２や周波数検出部２３に接続されている。本エッチングセンサ３ｂを備えた水晶ウエハ９２をエッチング溶液に浸漬すると、共通の水晶ウエハ９２上に形成された水晶片９１とエッチングセンサ３ｂとが同時にエッチングされるので、エッチングセンサ３ｂの発振周波数の変化により水晶片９１のエッチング量を監視することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１ａ エッチング装置
２２、２２ａ、２２ｂ
発振回路
２３ 周波数検出部
２４ 周波数差検出部
３、３ａ、３ｂ
エッチングセンサ
３０ａ、３０ｂ
振動子領域
３１ 水晶片
３４ エッチング溝
４ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行うための処理槽と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設け、この露出領域の水晶がエッチング溶液によってエッチングされるように前記処理槽に配置されたエッチングセンサと、
このエッチングセンサの励振電極に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得るための発振回路と、
この発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出するための演算部と、を備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、前記演算部は、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づいて、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチングセンサは、エッチング処理が行われる被処理体の一部の領域を前記水晶片とし、この水晶片の両面に励振電極を設けて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行う工程と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設けたエッチングセンサを、前記被処理体が浸漬されたエッチング溶液と接触させて、この露出領域の水晶をエッチングする工程と、
前記エッチングセンサの励振電極に接続された発振回路から、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得る工程と、
前記発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記エッチング溶液による被処理体のエッチング量を算出する工程と、を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、エッチング量を算出する工程では、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づき、被処理体のエッチング量を算出することを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項１】
ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行うための処理槽と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設け、この露出領域の水晶がエッチング溶液によってエッチングされるように前記処理槽に配置されたエッチングセンサと、
このエッチングセンサの励振電極に接続され、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得るための発振回路と、
この発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出するための演算部と、を備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、前記演算部は、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づいて、前記処理槽内の被処理体のエッチング量を算出することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチングセンサは、エッチング処理が行われる被処理体の一部の領域を前記水晶片とし、この水晶片の両面に励振電極を設けて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
ＡＴカットの水晶からなる被処理体をエッチング溶液と接触させて、この被処理体に対するエッチング処理を行う工程と、
ＡＴカットの水晶片の両面に、当該水晶片を介して互いに対向するように励振電極を設けると共に、これらの面の少なくとも一部に励振電極で覆われていない露出領域を設けたエッチングセンサを、前記被処理体が浸漬されたエッチング溶液と接触させて、この露出領域の水晶をエッチングする工程と、
前記エッチングセンサの励振電極に接続された発振回路から、前記露出領域の水晶片の厚さに対応する周波数信号を得る工程と、
前記発振回路から取得した周波数信号の周波数の変化に基づき、前記エッチング溶液による被処理体のエッチング量を算出する工程と、を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングセンサには、共通の水晶片の両面に２組の励振電極が設けられ、エッチング量を算出する工程では、各組の励振電極に接続された発振回路から取得した周波数信号の周波数の差に対応する値に基づき、被処理体のエッチング量を算出することを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１７８７１６（Ｐ２０１２−１７８７１６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０５６１（Ｐ２０１１−４０５６１）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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