単結晶ウェハーの製造方法、単結晶ウェハー、振動素子、及び圧電デバイス
【課題】高安定用の圧電基板の製造方法を得る。
【解決手段】ランバードから四角形基板を作る工程と、四角形基板と同一形状の四角形板材上に参考線を描く工程と、四角形基板を接合して四角柱状積層ブロックを作る工程と、四角柱状積層ブロックの一端面上に四角形板材を接合する工程と、四角柱状ブロックの一側面を残し、円弧筒状積層ブロックを作る工程と、円弧筒状積層ブロックの外周面をマーカーに沿って平坦面化する工程と、圧電基板個片に分解する工程と、を有する単結晶ウェハーの製造方法。
【解決手段】ランバードから四角形基板を作る工程と、四角形基板と同一形状の四角形板材上に参考線を描く工程と、四角形基板を接合して四角柱状積層ブロックを作る工程と、四角柱状積層ブロックの一端面上に四角形板材を接合する工程と、四角柱状ブロックの一側面を残し、円弧筒状積層ブロックを作る工程と、円弧筒状積層ブロックの外周面をマーカーに沿って平坦面化する工程と、圧電基板個片に分解する工程と、を有する単結晶ウェハーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ウェハーの製造方法、単結晶ウェハー、振動素子、及び圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子、例えば高安定圧電発振器（恒温槽型圧電発振器）に用いるＡＴカット水晶振動子や、ＳＣカット水晶振動子は、水晶基板を機械的に支持する位置により、力−ｆ係数Ｋα（Force-frequency coefficient、印加する力により周波数が変化する率）が変化する。そのため、ランバード、ブランクの製造段階から圧電基板を機械的に支持する位置を想定して圧電基板の加工が行なわれる。
特許文献１には、フォトリソグラフィー加工用の水晶ウェハーの製造方法が開示されている。水晶ウェハーの製造方法の１つは、Ｚ板水晶原石をＺ軸方向に円筒状に研磨加工するが、周円部は全周にわたるのではなく、Ｘ軸方向のランバード面が周円部の直線部として残るように加工する。つまり、１面、又は上下２面がカットされて略円筒状のブロックとなる。この略円筒状ブロックのフラットなランバード面を基台に載置し、所定の切り出し角度で切断し、略円板状のウェハーを得る方法である。
また、他の製造方法は、始めに所定の角度で切断したブランクを、ランバード面を一致させ、接着剤を用いて積層して四角形状のブロックを形成する。この四角形状ブロックのランバード面を残しつつ略円筒状に加工する。略円筒状ブロックの接着剤を溶解して略円板状のウェハーを得る方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２８８１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高安定振動子用の圧電基板では、圧電基板の所定の支持点（複数）を精度よく支持するため、円形圧電基板の直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈ（オリフラ（Orientation Flat、方向付け）と直交し、且つ円の中心を通る直線が圧電基板の外周と交わるとき、オリフラからその交点までの長さ）、及びオリフラと基準軸との角度α（以下、オリフラ角αと称す）等を所定の精度で仕上げる必要がある。
しかしながら、特許文献１に開示された製造方法を用いてオリフラを形成すると、オリフラがＸ面（Ｘ軸に直交する面）と一致する場合の精度は、ランバード面の精度である±１５分程度で構成できるが、オリフラが結晶軸と任意の角度をなす場合については記述されていないという問題があった。
【０００５】
圧電基板の直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈ、オリフラ角αを所定の精度で仕上げるには、２つの方法が考えられる。１つの方法は、所定の角度で切断した四角形の圧電基板（ブランク）を、基準面を合わせて四角柱状のブロックに形成し、基準面を残さないで円柱状に加工し、これにオリフラを形成し、オリフラ寸法Ｈを仕上げる。この方法では、直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈは所定の精度で仕上げることができるが、オリフラ角αに誤差が生じ、所定の角度を満たせないという問題がある。
２つ目の方法は、前記四角柱状のブロックを基準面から所定の角度（オリフラ角α）を傾けて四角柱状ブロックに研削し、オリフラ角α面を残し、略円柱加工を行う。しかし、円形加工装置に新たな四角柱状ブロックを取り付ける際に、四角柱状ブロックの芯（回転中心）の設定を、０．０１ｍｍの精度で設定することは難しく、直径Ｄ、オリフラ角αは所定の精度で仕上げることができるが、オリフラ寸法Ｈに誤差が生じ、所定の寸法を満たせ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、直径Ｄ、第１のオリフラ、第２のオリフラを有し、第２のオリフラのオリフラ角αを所定の精度で仕上げた略円形の単結晶ウェハーの製造方法、単結晶ウェハー、振動素子、及び圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本発明に係る単結晶ウェハーの製造方法は、単結晶ウェハーの製造方法であって、単結晶材料のランバード面を輪郭面の少なくとも一つに有している多角形基板を準備する工程と、複数枚の前記多角形基板を前記ランバード面が同一の面に含まれるように積層して接合することにより多角柱状積層ブロックを形成する工程と、前記ランバード面を残して前記多角柱状ブロックを円弧筒状に加工することで第１のオリフラを形成する工程と、前記第１のオリフラを形成した後に、前記積層ブロックの円弧状の面に前記積層ブロックの軸方向と平行な平坦面から成る第２のオリフラを形成する工程と、を含むことを特徴とする単結晶ウェハーの製造方法である。
【０００８】
この製造方法によれば、基準方向に正確に合わせたランバードから多角形基板、例えば四角形基板を形成し、上記のような工程を踏んで第１、及び第２のオリフラを有するウェハー（基板）が形成されるので、第１のオリフラの方向は所定の軸に正確に合わされており、圧電基板の直径も精度よく加工される。その上、第２のオリフラも精度よく形成され、且つ第２のオリフラ寸法（第２のオリフラと直交し、且つウェハーの外周円の中心を通る直線が外周と交わるとき、第２のオリフラから外周上の交点までの長さ）は高精度に研削加工されたウェハーが得られるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］また、単結晶ウェハーの製造方法は、前記多角形基板の少なくとも１枚は、前記第１のオリフラと交差する方向に延びるマーカーを備えていることを特徴とする適用例１に記載の単結晶ウェハーの製造方法である。
【００１０】
この構成によれば、最外側の多角形基板（例えば四角形基板）にマーカーを備えることにより、このマーカーを基準に第２のオリフラが形成されるので、第１のオリフラと第２のオリフラのなす角度を精度よく形成できるという効果がある。
【００１１】
［適用例３］また、本発明に係るウェハーは、上記の製造方法により製造された単結晶ウェハーであって、前記第１のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線が、前記第２のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第２の直線の長さよりも短いことを特徴とする単結晶ウェハーである。
【００１２】
この構成によれば、第１、及び第２のオリフラの夫々寸法が異なるので、マスク装置に装填する際の誤装填を無くすと共に、特性不良が生じた際の分析が容易に行えるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］また、本発明に係る振動素子は、上記に記載の単結晶ウェハー、前記ウェハーの両主面に夫々形成した励振電極、及び前記各励振電極から前記ウェハー端部に引き出された引出電極を備えていることを特徴とする振動素子である。
【００１４】
この構成によれば、第２のオリフラが蒸着治具（マスク装置）の中板の中でウェハー（圧電基板）の面内回転を抑制するので、ウェハー（圧電基板）の第２のオリフラ方向と引出電極（リード電極）とが並行となり、保持具に支持する際に圧電基板上の支持すべき位置を正確に支持できるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］本発明に係る圧電デバイスは、上記に記載の振動素子と、前記振動素子を収容する容器とを備えていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１６】
この構成によれば、本発明に係る単結晶ウェハーの製造方法を用いてウェハー（圧電基板）を形成しているので、第２のオリフラとリード電極とは平行となり、電極端子の中央部を支持片のスリットに挿入するので、圧電基板の所定の支持点に対し、スリットに塗布する導電性接着剤の塗布位置を正確に一致させることができるという効果がある。つまり圧電基板の支持すべき位置を正確に支持できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の製造方法により得られたウェハー（圧電基板）１の構造を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は各部の寸法を記した平面図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を示す図。
【図３】ＳＣカット水晶基板と結晶軸との関係を示す図。
【図４】（ａ）はＡＴカット水晶基板に印加される力Ｆと、結晶軸からの角度αとの関係を示す図であり、（ｂ）はＸ軸からの角度αと、力−ｆ係数Ｋαとの関係を示す図。
【図５】蒸着治具の構成を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）はマスク上板の平面図であり、（ｃ）は中板の平面図。
【図６】中板の１つの収容穴２６ａに収容された圧電基板１の平面図。
【図７】圧電振動素子の平面図。
【図８】キャップを省略した圧電振動子の平面図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る圧電基板の製造方法を示す工程図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る圧電基板の製造方法を示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法を用いて製造されたウェハー（例えば圧電基板）１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図であり、同図（ｃ）はウェハー１の各部の寸法を記した平面図である。ウェハー１は、直径Ｄの略円形状であり、その外周縁には第１のオリフラＯＦ１と第２のオリフラＯＦ２とが形成されている。
第１のオリフラＯＦ１は、ウェハー１の一つの結晶軸、例えばＸ軸と平行に形成されている。第２のオリフラＯＦ２は、第１のオリフラＯＦ１と対向するウェハー１の外周縁であって、第１のオリフラＯＦ１と平行で、且つウェハー１の円の中心を通る直線６とウェハー１の外周縁との２つの交点７ａ、７ｂ間に位置する外周縁部分に形成されている。そして、第２のオリフラＯＦ２は、X軸から所定の角度αを傾けて形成されている（オリフラ角αと称す）。
【００１９】
図１（ｂ）はウェハー１の側面図であり、その形状は矩形状である。つまり、ウェハー１は平板状の略円形基板である。しかし本発明の圧電基板１の側面図は矩形状に限らず、プラノコンベックス状、（一方の主面が球面状であり、他方の主面が平坦状）、バイコンベックス状（両主面とも球面状）であってもよい。むしろ、恒温槽に収容して用いられる高安定用圧電振動子の圧電基板の形状としては、振動エネルギーを中央部に集中させ、支持部の影響を低減させるため、外形をプラノコンベックス状に加工した基板の方が多く用いられている。しかし、ここでは、本発明を簡潔に説明するために、平板状の圧電基板を例にして説明する。
【００２０】
図１（ｃ）はウェハー１の２つのオリフラＯＦ１、ＯＦ２の寸法を示した平面図である。ウェハー１の直径をＤとし、第１のオリフラＯＦ１の長さをＬ１とし、ＯＦ１のオリフラ寸法（第１のオリフラから直交して延び、且つウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線）をＨ１とする。Ｄ、Ｌ１、Ｈ１は独立したパラメータではなく、Ｄ、Ｈ１を決めるとＬ１は自動的に決まる。第２のオリフラＯＦ２の長さをＬ２とし、ＯＦ２のオリフラ寸法をＨ２とする。第１、及び第２のオリフラＯＦ１、ＯＦ２の夫々の長さの関係をＬ１＜Ｌ２とした場合、オリフラ寸法ではＨ１＞Ｈ２の関係にある。図１（ｃ）の直径Ｄの両端に示す小円Ｐは、圧電基板１が機械的に支持される支持点を示している。
【００２１】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板４０は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板４０の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板４０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板４０は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
即ち、ＡＴカット水晶基板は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板である。
【００２２】
高安定水晶振動子用に用いられるＳＣカット水晶基板４２は、図３に示すように、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させ、次にＺ’軸の回りに角度φだけ回転させて切り出された水晶基板である。直交座標軸は２回回転されているために、Ｘ’軸、Ｙ”軸、Ｚ’軸となる。一例としてθは３４°０７′、φは２１°５６′程度である。ＳＣカット水晶基板４２の主振動は、厚みすべり振動モード（Ｃモード）であるが、これより周波数が高い振動モードとして厚みねじれモード（Ｂモード）、厚み縦モード（Ｃモード）が存在する。主振動のＣモードｆ１に隣接するＢモードの周波数ｆ２は、Ｃモードの周波数ｆ１の高周波側に励起され、両者の周波数間隔は、周波数ｆ１の約９〜１０％程度である。また、Ｃモードの変極点は、ＡＴカット水晶振動子の変極点が約２７．５度であるのに対し、約９５と高温側にある。ＡＴカット水晶振動子の場合は、変曲点より高温側の谷の底の温度を、ＳＣカット水晶振動子の場合は、変曲点より低温側の山の頂点の温度を、恒温槽の設定温度とし、高安定水晶発振器を構成する。
【００２３】
図４（ａ）は、ＡＴカット水晶基板の両側面に直径方向から印加する力Ｆと、２つの力点を結ぶ直線とＸ軸方向とがなす方位角αと、を示す図である。図４（ｂ）は、一定の力ＦをＡＴカット水晶基板に印加したときの方位角αと、力−ｆ係数Ｋαとの関係を示す曲線である。Ｘ軸からの角度αを大きくするに応じて、係数Ｋαは漸減し、αが略６１度で零となる。更にαを大きくすると係数Ｋαはマイナスとなり、その絶対値は大きくなる。従ってＡＴカット水晶基板の支持点としては、Ｘ軸方向から略６１度の方位角で、圧電基板の中心を挟む両端の２点（図１（ｃ）のＰ点）で支持すると、保持具（ホルダー、ハーメチック端子）からの温度変化による応力、導電性接着剤による硬化時の応力等が加わったときにも、周波数変化を最小にすることができる。
また、２回回転のＳＣカット水晶基板（ＳＣカットの一例は、θ＝３４°０７′、φ＝２１°５６′、θはＸ軸の回りの回転角、φはＺ’軸の回りの回転角）の場合、力−ｆ係数Ｋαが零となる方位角αの一例は、略８２°であるという。
何れのカットの水晶基板にしても力−ｆ係数Ｋαが零となる方位角αで圧電基板を支持することが肝要である。
【００２４】
図５はウェハー（圧電基板）１の両主面に励振電極、リード電極、電極端子を形成する蒸着治具２０の一例である。図５（ａ）は蒸着治具２０の構成を示す分解断面図であり、同図（ｂ）はマスク上板２４の平面図であり、同図（ｃ）は中板２６の平面図である。マスク下板２８は、マスク上板２４のマスクパターン１０が、図中で左右反転された形状で構成されているだけで、他は同様であるので省略する。
マスク上板２４、マスク下板２８のパターン１０、及び中板２６の収容穴２６ａのパターンは、金属薄板にフォトリソグラフィー技法を用いて形成された開口であり、パターン１０、２６ａが縦横に所定のピッチで配列されている。蒸着治具２０は、図５（ｃ）に示すように、水晶基板１を収容するため、水晶基板１の形状とほぼ同等であって開口面積が僅かに大きい収容穴２６ａを縦横に所定のピッチ（パターン１０、２６ａと同じピッチ）で形成した中板２６と、図５（ｂ）のように圧電基板１の一方の主面に励振電極、リード電極、電極端子を形成するマスク板上２４と、圧電基板１の他方の主面に励振電極、リード電極、電極端子と形成するマスク下板２８と、マスク上板２４、中板２６、及びマスク下板２８を上下方向からサンドイッチ状に挟んで保持する保持板２２ａ、２２ｂと、を備えている。保持板２２ａ、２２ｂ夫々には、中板２６の収容穴２６ａより大きな穴が、各収容穴２６ａと一対一で対応するように縦横に所定のピッチで貫通形成されている。また、一方の保持板２２ｂには複数のピン２３が嵌めこまれており、このピン２３に対してマスク下板２８、中板２６、マスク上板２４には、夫々対応する位置に複数の位置決め用の貫通孔が形成されている。マスク上板２４、中板２６、及びマスク下板２８夫々の位置決め用の貫通孔をピン２３に挿通することにより相互の位置決めが行われ、上下のパターン（励振電極等）が精度よく成膜される。また、マスク下板２８と中板２６とは、相互の位置決めした後、スポット溶接して一体的な構成にしておいてもよい。
【００２５】
図６は、中板２６の１つの収容穴２６ａを破線で示し、この収容穴２６ａに、実線で示すウェハー（圧電基板）１を収容したときの平面図である。収容穴２６ａと圧電基板１との違いを明示するために、誇張して図示している。収容穴２６ａの形状は圧電基板１の形状より僅かに大きい相似形となるように形成されている。しかし、圧電基板１の第１のオリフラＯＦ１に対しては、収容穴２６ａは円形としている。また、収容穴２６ａの平坦部３２の長さＷ２は、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２の長さＬ２に対し、僅かに短く形成されている。つまり、中板２６の平坦部３２の長さＷ２は、金属薄板にエッチング加工で形成されているのでＷ２の寸法は高精度であり、第２オリフラＯＦ２の長さＬ２、即ちオリフラ寸法Ｈ２を高精度に仕上げることにより、両者の寸法差（Ｌ２−Ｗ２）を小さくでき、中板２６の収容穴２６ａの中で、圧電基板１が面内回転しないようにできる。図６では、第１オリフラＯＦ１の長さＷ１を第２オリフラＯＦ２の長さＷ２より長く表示しているが、ウェハー（圧電基板）１の中心を通るオリフラ寸法で表わせば、第１のオリフラＯＦ１のオリフラ寸法Ｈ１は、第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法Ｈ２より小さくなる。
また、中板２６の上下面には夫々マスク上板２４と、マスク下板２８とが密着されており、圧電基板１は蒸着治具２０の中でサンドイッチ状に挟まれて保持されている。圧電基板１を装填した蒸着治具２０を真空蒸着装置に装着し、蒸着治具２０を反転させながら電極用金属を蒸着して、マスク上板２４、マスク下板２８に形成された貫通パターンを通して励振電極、リード電極、電極端子を成膜する。
【００２６】
図７は、ウェハー（圧電基板）１の表裏面に励振電極１２ａ、１２ｂ、各励振電極から夫々反対方向へ引き出されたリード電極１４ａ、１４ｂ、各リード電極の端部に設けた電極端子１６ａ、１６ｂを成膜して構成した圧電振動素子２の平面図である。圧電基板１に第２オリフラＯＦ２を形成したために、収容穴２６ａの中で圧電基板１の面内回転がなく、第２のオリフラＯＦ２と平行にリード電極１２ａ、１２ｂが形成されている。
【００２７】
図８は、保持具（ハーメチック端子、保持具とキャップとで容器を構成する）３５の２つの支持片３７に設けたスリット３７ａ内に、圧電振動素子２の電極端子１６ａ、１６ｂの中央部Ｐを挿入し、導電性接着剤３８を塗布して構成した圧電振動子である。気密封止用のキャップは、内部の構成を示すために省略してある。支持片３７のスリット３７ａに圧電振動素子２を挿入する際には、電極端子１６ａ、１６ｂの中央部がスリット３７ａの中央部に整合するように挿入して、導電性接着剤３８を塗布する。このように整合することにより、圧電基板１の所定の支持点Ｐ、つまりＡＴカット水晶基板の場合は、Ｘ軸より略６１度傾けたオリフラ角αで圧電基板１が支持されることになる。
以上のように圧電振動子３を構成することにより、圧電基板１の所定の支持点Ｐと、支持片３７の支持位置とが合致し、導電性接着剤３８の硬化する際の応力、支持片３７の接触による応力、圧電振動子の周囲の温度変化に伴う応力等が加わっても、周波数変化の少ない圧電振動子が得られる。
【００２８】
図１の実施形態に示すように、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２と、図５に示す蒸着治具２０の中板２６に設けた収容穴２６ａの平坦部３２とで、中板２６の中で圧電基板１の面内回転が抑制され、圧電基板１の所定の位置に精度よくリード電極１４ａ、１４ｂ、電極端子１６ａ、１６ｂが形成されるという効果がある。
また、圧電基板１に励振電極１２ａ、１２ｂ、リード電極１４ａ、１４ｂ、電極端子１６ａ、１６ｂを形成するとき、第２のオリフラＯＦ２を設けたことにより、リード電極１４ａ、１４ｂの方向精度が改善された圧電振動素子２が得られるという効果がある。
また、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２と、リード電極１４ａ、１４ｂとは平行となり、電極端子１６ａ、１６ｂの中央部を支持片３７のスリット３７ａに挿入するので、圧電基板１の所定の支持点に対し、スリット３７ａに塗布する導電性接着剤３８の塗布位置を、正確に一致させることができるという効果がある。
【００２９】
図９、図１０は、本発明に係る製造方法を説明するための概略斜視図である。ＡＴカット水晶基板を例にして本発明の圧電基板１を説明する。ＳＣカット水晶基板の場合はこれに準ずればよい。
始めに、結晶軸方向が明確になっている単結晶ランバードを所定の厚さ、所定の角度で切断し多角形基板（以下、四角形基板を用いて説明する）４３を形成する。四角形基板（ブランク）４３の一辺は、例えばX軸方向を平行とする。次に、図９（ａ）に示すように、同一形状に切り出された四角形基板（ブランク）４３を、ランバード面（例えばＸ面、Ｘ軸に直交する面）を整合させた状態で積層し、接着剤で接合し、四角柱状積層ブロック４５を形成する。このとき、四角柱状積層ブロック４５の図中左方の面はＸ面であり、底辺はＸ軸方向である。次に、図９（ｂ）に示すように、四角形基板４３と同一形状の四角形板材（例えばガラス板）４３ｄを用意し、その主面上に、基準となる一辺と所定の角度αをなす直線Ｘαである参考線を描き、四角形板材４３ｄの基準辺を四角柱状積層ブロック４５のX軸と整合させるように接着剤で接合する。
【００３０】
次に、図９（ｃ）の破線で示すように、四角柱状ブロック４５の一側面を残し、外周面の残りの部位を円弧筒状に加工して円弧筒状の積層ブロックを形成する。この円弧筒状の積層ブロックが、図１０（ａ）に示す円弧筒状の積層ブロック４８である。四角柱状ブロック４５の残された一側面（Ｘ軸方向）が図１の第１のオリフラＯＦ１に対応する。なお、ここで円弧筒状とは、円筒体の外周面の一部を軸方向に平坦面状に切り欠いた図示のような形状を指称する。
円弧筒状の積層ブロック４８の直径は機械精度で正確に研削され、研磨加工により直径の精度は０．０１ｍｍ程度に仕上げることができる。また、オリフラＯＦ１の方向は、ランバードのＸ軸方向であり、精度よく加工されている。
しかし、円形加工装置に四角柱状ブロック４５を取り付ける際に、四角柱状ブロック４５の芯（回転中心）の設定を、０．０１ｍｍの精度で設定することは難しく、オリフラＯＦ１の長さＬ１の精度を０．０１ｍｍで仕上げることは難しい。
【００３１】
そこで、図１０（ｂ）に示すように、円弧筒状の積層ブロック４８の円弧筒状部分の、図１に示す第２のオリフラＯＦ２に相当する外周面を研磨加工により、平坦面化し、第２のオリフラＯＦ２を形成する。第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法Ｈ２は精度よく測定できるので、第２のオリフラＯＦ２の長さも精度よく、例えば０．０１ｍｍ程度に仕上げることが可能である。
次に、円弧筒状の積層ブロック４８の接着剤を溶かして、個片に分解し、圧電基板１を得る。
圧電基板１の主面の一方、又は両方に球面加工を施し、プラノコンベックス型、又はバイコンベックス型の圧電基板に仕上げてもよい。
以上の例では四角柱状積層ブロック４５から１つの円弧筒状の積層ブロック４８を得る方法を説明したが、図９（ｃ）において、一つの第２の四角柱状積層ブロック４６から２つの円弧筒状積層ブロック４８を並行な姿勢で研削して得るようにしてもよい。
【００３２】
基準方向、例えばＸ軸方向に正確に合わせたランバードから多角形基板（例えば四角形基板）を形成し、上記のような工程を踏んで第１、及び第２のオリフラを有するウェハー（圧電基板）が形成されるので、第１のオリフラの方向は所定の軸に正確に合わされており、圧電基板の直径も精度よく加工される。その上、第２のオリフラの方向もマーカー（参考線）に沿って精度よく形成され、且つオリフラ寸法は高精度に研削加工された圧電基板が得られるという効果がある。
また、加工後に第１のオリフラ（正確なＸ軸方向）を基準として、第２のオリフラの方向を精度よく測定できるという効果がある。これは不良が生じた際にも精度のよいＸ軸方向（第１のオリフラ方向）が基準として使えるので、解析にも有用である。
また、本製造方法は、半導体のウェハーにも適用することができる。例えばシリコン単結晶から、所定の形状で、結晶軸と所定の角度を有するウェハーを形成する際にも適用できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３３】
１…ウェハー、２…圧電振動素子、３…圧電振動子、６…直線、７ａ、７ｂ…交点、１０…マスクパターン、１２ａ、１２ｂ…励振電極、１４ａ、１４ｂ…リード電極、１６ａ、１６ｂ…電極端子、２０…蒸着治具、２２ａ、２２ｂ…保持板、２３…ピン、２４…マスク上板、２６…中板、２６ａ…収容穴、２８…マスク下板、３２…平坦部、３５…保持具（ハーメチック端子）、３５ａ…ベース、３７…支持片、３７ａ…スリット、３８…導電性接着剤、４０…ＡＴカット水晶基板、４２…ＳＣ水晶基板、４３…四角形基板（ブランク）、４３ｄ…四角形板材、４５…四角柱状積層ブロック、４８…円弧筒状の積層ブロック、Ｌ１…第１のオリフラＯＦ１の長さ、Ｌ２…第２のオリフラＯＦ１の長さ、Ｈ１…第１のオリフラＯＦ１のオリフラ寸法、Ｈ２…第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ウェハーの製造方法、単結晶ウェハー、振動素子、及び圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子、例えば高安定圧電発振器（恒温槽型圧電発振器）に用いるＡＴカット水晶振動子や、ＳＣカット水晶振動子は、水晶基板を機械的に支持する位置により、力−ｆ係数Ｋα（Force-frequency coefficient、印加する力により周波数が変化する率）が変化する。そのため、ランバード、ブランクの製造段階から圧電基板を機械的に支持する位置を想定して圧電基板の加工が行なわれる。
特許文献１には、フォトリソグラフィー加工用の水晶ウェハーの製造方法が開示されている。水晶ウェハーの製造方法の１つは、Ｚ板水晶原石をＺ軸方向に円筒状に研磨加工するが、周円部は全周にわたるのではなく、Ｘ軸方向のランバード面が周円部の直線部として残るように加工する。つまり、１面、又は上下２面がカットされて略円筒状のブロックとなる。この略円筒状ブロックのフラットなランバード面を基台に載置し、所定の切り出し角度で切断し、略円板状のウェハーを得る方法である。
また、他の製造方法は、始めに所定の角度で切断したブランクを、ランバード面を一致させ、接着剤を用いて積層して四角形状のブロックを形成する。この四角形状ブロックのランバード面を残しつつ略円筒状に加工する。略円筒状ブロックの接着剤を溶解して略円板状のウェハーを得る方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２８８１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高安定振動子用の圧電基板では、圧電基板の所定の支持点（複数）を精度よく支持するため、円形圧電基板の直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈ（オリフラ（Orientation Flat、方向付け）と直交し、且つ円の中心を通る直線が圧電基板の外周と交わるとき、オリフラからその交点までの長さ）、及びオリフラと基準軸との角度α（以下、オリフラ角αと称す）等を所定の精度で仕上げる必要がある。
しかしながら、特許文献１に開示された製造方法を用いてオリフラを形成すると、オリフラがＸ面（Ｘ軸に直交する面）と一致する場合の精度は、ランバード面の精度である±１５分程度で構成できるが、オリフラが結晶軸と任意の角度をなす場合については記述されていないという問題があった。
【０００５】
圧電基板の直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈ、オリフラ角αを所定の精度で仕上げるには、２つの方法が考えられる。１つの方法は、所定の角度で切断した四角形の圧電基板（ブランク）を、基準面を合わせて四角柱状のブロックに形成し、基準面を残さないで円柱状に加工し、これにオリフラを形成し、オリフラ寸法Ｈを仕上げる。この方法では、直径Ｄ、オリフラ寸法Ｈは所定の精度で仕上げることができるが、オリフラ角αに誤差が生じ、所定の角度を満たせないという問題がある。
２つ目の方法は、前記四角柱状のブロックを基準面から所定の角度（オリフラ角α）を傾けて四角柱状ブロックに研削し、オリフラ角α面を残し、略円柱加工を行う。しかし、円形加工装置に新たな四角柱状ブロックを取り付ける際に、四角柱状ブロックの芯（回転中心）の設定を、０．０１ｍｍの精度で設定することは難しく、直径Ｄ、オリフラ角αは所定の精度で仕上げることができるが、オリフラ寸法Ｈに誤差が生じ、所定の寸法を満たせ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、直径Ｄ、第１のオリフラ、第２のオリフラを有し、第２のオリフラのオリフラ角αを所定の精度で仕上げた略円形の単結晶ウェハーの製造方法、単結晶ウェハー、振動素子、及び圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本発明に係る単結晶ウェハーの製造方法は、単結晶ウェハーの製造方法であって、単結晶材料のランバード面を輪郭面の少なくとも一つに有している多角形基板を準備する工程と、複数枚の前記多角形基板を前記ランバード面が同一の面に含まれるように積層して接合することにより多角柱状積層ブロックを形成する工程と、前記ランバード面を残して前記多角柱状ブロックを円弧筒状に加工することで第１のオリフラを形成する工程と、前記第１のオリフラを形成した後に、前記積層ブロックの円弧状の面に前記積層ブロックの軸方向と平行な平坦面から成る第２のオリフラを形成する工程と、を含むことを特徴とする単結晶ウェハーの製造方法である。
【０００８】
この製造方法によれば、基準方向に正確に合わせたランバードから多角形基板、例えば四角形基板を形成し、上記のような工程を踏んで第１、及び第２のオリフラを有するウェハー（基板）が形成されるので、第１のオリフラの方向は所定の軸に正確に合わされており、圧電基板の直径も精度よく加工される。その上、第２のオリフラも精度よく形成され、且つ第２のオリフラ寸法（第２のオリフラと直交し、且つウェハーの外周円の中心を通る直線が外周と交わるとき、第２のオリフラから外周上の交点までの長さ）は高精度に研削加工されたウェハーが得られるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］また、単結晶ウェハーの製造方法は、前記多角形基板の少なくとも１枚は、前記第１のオリフラと交差する方向に延びるマーカーを備えていることを特徴とする適用例１に記載の単結晶ウェハーの製造方法である。
【００１０】
この構成によれば、最外側の多角形基板（例えば四角形基板）にマーカーを備えることにより、このマーカーを基準に第２のオリフラが形成されるので、第１のオリフラと第２のオリフラのなす角度を精度よく形成できるという効果がある。
【００１１】
［適用例３］また、本発明に係るウェハーは、上記の製造方法により製造された単結晶ウェハーであって、前記第１のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線が、前記第２のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第２の直線の長さよりも短いことを特徴とする単結晶ウェハーである。
【００１２】
この構成によれば、第１、及び第２のオリフラの夫々寸法が異なるので、マスク装置に装填する際の誤装填を無くすと共に、特性不良が生じた際の分析が容易に行えるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］また、本発明に係る振動素子は、上記に記載の単結晶ウェハー、前記ウェハーの両主面に夫々形成した励振電極、及び前記各励振電極から前記ウェハー端部に引き出された引出電極を備えていることを特徴とする振動素子である。
【００１４】
この構成によれば、第２のオリフラが蒸着治具（マスク装置）の中板の中でウェハー（圧電基板）の面内回転を抑制するので、ウェハー（圧電基板）の第２のオリフラ方向と引出電極（リード電極）とが並行となり、保持具に支持する際に圧電基板上の支持すべき位置を正確に支持できるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］本発明に係る圧電デバイスは、上記に記載の振動素子と、前記振動素子を収容する容器とを備えていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１６】
この構成によれば、本発明に係る単結晶ウェハーの製造方法を用いてウェハー（圧電基板）を形成しているので、第２のオリフラとリード電極とは平行となり、電極端子の中央部を支持片のスリットに挿入するので、圧電基板の所定の支持点に対し、スリットに塗布する導電性接着剤の塗布位置を正確に一致させることができるという効果がある。つまり圧電基板の支持すべき位置を正確に支持できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の製造方法により得られたウェハー（圧電基板）１の構造を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は各部の寸法を記した平面図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を示す図。
【図３】ＳＣカット水晶基板と結晶軸との関係を示す図。
【図４】（ａ）はＡＴカット水晶基板に印加される力Ｆと、結晶軸からの角度αとの関係を示す図であり、（ｂ）はＸ軸からの角度αと、力−ｆ係数Ｋαとの関係を示す図。
【図５】蒸着治具の構成を示す、（ａ）は断面図であり、（ｂ）はマスク上板の平面図であり、（ｃ）は中板の平面図。
【図６】中板の１つの収容穴２６ａに収容された圧電基板１の平面図。
【図７】圧電振動素子の平面図。
【図８】キャップを省略した圧電振動子の平面図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る圧電基板の製造方法を示す工程図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る圧電基板の製造方法を示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法を用いて製造されたウェハー（例えば圧電基板）１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図であり、同図（ｃ）はウェハー１の各部の寸法を記した平面図である。ウェハー１は、直径Ｄの略円形状であり、その外周縁には第１のオリフラＯＦ１と第２のオリフラＯＦ２とが形成されている。
第１のオリフラＯＦ１は、ウェハー１の一つの結晶軸、例えばＸ軸と平行に形成されている。第２のオリフラＯＦ２は、第１のオリフラＯＦ１と対向するウェハー１の外周縁であって、第１のオリフラＯＦ１と平行で、且つウェハー１の円の中心を通る直線６とウェハー１の外周縁との２つの交点７ａ、７ｂ間に位置する外周縁部分に形成されている。そして、第２のオリフラＯＦ２は、X軸から所定の角度αを傾けて形成されている（オリフラ角αと称す）。
【００１９】
図１（ｂ）はウェハー１の側面図であり、その形状は矩形状である。つまり、ウェハー１は平板状の略円形基板である。しかし本発明の圧電基板１の側面図は矩形状に限らず、プラノコンベックス状、（一方の主面が球面状であり、他方の主面が平坦状）、バイコンベックス状（両主面とも球面状）であってもよい。むしろ、恒温槽に収容して用いられる高安定用圧電振動子の圧電基板の形状としては、振動エネルギーを中央部に集中させ、支持部の影響を低減させるため、外形をプラノコンベックス状に加工した基板の方が多く用いられている。しかし、ここでは、本発明を簡潔に説明するために、平板状の圧電基板を例にして説明する。
【００２０】
図１（ｃ）はウェハー１の２つのオリフラＯＦ１、ＯＦ２の寸法を示した平面図である。ウェハー１の直径をＤとし、第１のオリフラＯＦ１の長さをＬ１とし、ＯＦ１のオリフラ寸法（第１のオリフラから直交して延び、且つウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線）をＨ１とする。Ｄ、Ｌ１、Ｈ１は独立したパラメータではなく、Ｄ、Ｈ１を決めるとＬ１は自動的に決まる。第２のオリフラＯＦ２の長さをＬ２とし、ＯＦ２のオリフラ寸法をＨ２とする。第１、及び第２のオリフラＯＦ１、ＯＦ２の夫々の長さの関係をＬ１＜Ｌ２とした場合、オリフラ寸法ではＨ１＞Ｈ２の関係にある。図１（ｃ）の直径Ｄの両端に示す小円Ｐは、圧電基板１が機械的に支持される支持点を示している。
【００２１】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板４０は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板４０の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板４０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板４０は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
即ち、ＡＴカット水晶基板は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板である。
【００２２】
高安定水晶振動子用に用いられるＳＣカット水晶基板４２は、図３に示すように、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させ、次にＺ’軸の回りに角度φだけ回転させて切り出された水晶基板である。直交座標軸は２回回転されているために、Ｘ’軸、Ｙ”軸、Ｚ’軸となる。一例としてθは３４°０７′、φは２１°５６′程度である。ＳＣカット水晶基板４２の主振動は、厚みすべり振動モード（Ｃモード）であるが、これより周波数が高い振動モードとして厚みねじれモード（Ｂモード）、厚み縦モード（Ｃモード）が存在する。主振動のＣモードｆ１に隣接するＢモードの周波数ｆ２は、Ｃモードの周波数ｆ１の高周波側に励起され、両者の周波数間隔は、周波数ｆ１の約９〜１０％程度である。また、Ｃモードの変極点は、ＡＴカット水晶振動子の変極点が約２７．５度であるのに対し、約９５と高温側にある。ＡＴカット水晶振動子の場合は、変曲点より高温側の谷の底の温度を、ＳＣカット水晶振動子の場合は、変曲点より低温側の山の頂点の温度を、恒温槽の設定温度とし、高安定水晶発振器を構成する。
【００２３】
図４（ａ）は、ＡＴカット水晶基板の両側面に直径方向から印加する力Ｆと、２つの力点を結ぶ直線とＸ軸方向とがなす方位角αと、を示す図である。図４（ｂ）は、一定の力ＦをＡＴカット水晶基板に印加したときの方位角αと、力−ｆ係数Ｋαとの関係を示す曲線である。Ｘ軸からの角度αを大きくするに応じて、係数Ｋαは漸減し、αが略６１度で零となる。更にαを大きくすると係数Ｋαはマイナスとなり、その絶対値は大きくなる。従ってＡＴカット水晶基板の支持点としては、Ｘ軸方向から略６１度の方位角で、圧電基板の中心を挟む両端の２点（図１（ｃ）のＰ点）で支持すると、保持具（ホルダー、ハーメチック端子）からの温度変化による応力、導電性接着剤による硬化時の応力等が加わったときにも、周波数変化を最小にすることができる。
また、２回回転のＳＣカット水晶基板（ＳＣカットの一例は、θ＝３４°０７′、φ＝２１°５６′、θはＸ軸の回りの回転角、φはＺ’軸の回りの回転角）の場合、力−ｆ係数Ｋαが零となる方位角αの一例は、略８２°であるという。
何れのカットの水晶基板にしても力−ｆ係数Ｋαが零となる方位角αで圧電基板を支持することが肝要である。
【００２４】
図５はウェハー（圧電基板）１の両主面に励振電極、リード電極、電極端子を形成する蒸着治具２０の一例である。図５（ａ）は蒸着治具２０の構成を示す分解断面図であり、同図（ｂ）はマスク上板２４の平面図であり、同図（ｃ）は中板２６の平面図である。マスク下板２８は、マスク上板２４のマスクパターン１０が、図中で左右反転された形状で構成されているだけで、他は同様であるので省略する。
マスク上板２４、マスク下板２８のパターン１０、及び中板２６の収容穴２６ａのパターンは、金属薄板にフォトリソグラフィー技法を用いて形成された開口であり、パターン１０、２６ａが縦横に所定のピッチで配列されている。蒸着治具２０は、図５（ｃ）に示すように、水晶基板１を収容するため、水晶基板１の形状とほぼ同等であって開口面積が僅かに大きい収容穴２６ａを縦横に所定のピッチ（パターン１０、２６ａと同じピッチ）で形成した中板２６と、図５（ｂ）のように圧電基板１の一方の主面に励振電極、リード電極、電極端子を形成するマスク板上２４と、圧電基板１の他方の主面に励振電極、リード電極、電極端子と形成するマスク下板２８と、マスク上板２４、中板２６、及びマスク下板２８を上下方向からサンドイッチ状に挟んで保持する保持板２２ａ、２２ｂと、を備えている。保持板２２ａ、２２ｂ夫々には、中板２６の収容穴２６ａより大きな穴が、各収容穴２６ａと一対一で対応するように縦横に所定のピッチで貫通形成されている。また、一方の保持板２２ｂには複数のピン２３が嵌めこまれており、このピン２３に対してマスク下板２８、中板２６、マスク上板２４には、夫々対応する位置に複数の位置決め用の貫通孔が形成されている。マスク上板２４、中板２６、及びマスク下板２８夫々の位置決め用の貫通孔をピン２３に挿通することにより相互の位置決めが行われ、上下のパターン（励振電極等）が精度よく成膜される。また、マスク下板２８と中板２６とは、相互の位置決めした後、スポット溶接して一体的な構成にしておいてもよい。
【００２５】
図６は、中板２６の１つの収容穴２６ａを破線で示し、この収容穴２６ａに、実線で示すウェハー（圧電基板）１を収容したときの平面図である。収容穴２６ａと圧電基板１との違いを明示するために、誇張して図示している。収容穴２６ａの形状は圧電基板１の形状より僅かに大きい相似形となるように形成されている。しかし、圧電基板１の第１のオリフラＯＦ１に対しては、収容穴２６ａは円形としている。また、収容穴２６ａの平坦部３２の長さＷ２は、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２の長さＬ２に対し、僅かに短く形成されている。つまり、中板２６の平坦部３２の長さＷ２は、金属薄板にエッチング加工で形成されているのでＷ２の寸法は高精度であり、第２オリフラＯＦ２の長さＬ２、即ちオリフラ寸法Ｈ２を高精度に仕上げることにより、両者の寸法差（Ｌ２−Ｗ２）を小さくでき、中板２６の収容穴２６ａの中で、圧電基板１が面内回転しないようにできる。図６では、第１オリフラＯＦ１の長さＷ１を第２オリフラＯＦ２の長さＷ２より長く表示しているが、ウェハー（圧電基板）１の中心を通るオリフラ寸法で表わせば、第１のオリフラＯＦ１のオリフラ寸法Ｈ１は、第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法Ｈ２より小さくなる。
また、中板２６の上下面には夫々マスク上板２４と、マスク下板２８とが密着されており、圧電基板１は蒸着治具２０の中でサンドイッチ状に挟まれて保持されている。圧電基板１を装填した蒸着治具２０を真空蒸着装置に装着し、蒸着治具２０を反転させながら電極用金属を蒸着して、マスク上板２４、マスク下板２８に形成された貫通パターンを通して励振電極、リード電極、電極端子を成膜する。
【００２６】
図７は、ウェハー（圧電基板）１の表裏面に励振電極１２ａ、１２ｂ、各励振電極から夫々反対方向へ引き出されたリード電極１４ａ、１４ｂ、各リード電極の端部に設けた電極端子１６ａ、１６ｂを成膜して構成した圧電振動素子２の平面図である。圧電基板１に第２オリフラＯＦ２を形成したために、収容穴２６ａの中で圧電基板１の面内回転がなく、第２のオリフラＯＦ２と平行にリード電極１２ａ、１２ｂが形成されている。
【００２７】
図８は、保持具（ハーメチック端子、保持具とキャップとで容器を構成する）３５の２つの支持片３７に設けたスリット３７ａ内に、圧電振動素子２の電極端子１６ａ、１６ｂの中央部Ｐを挿入し、導電性接着剤３８を塗布して構成した圧電振動子である。気密封止用のキャップは、内部の構成を示すために省略してある。支持片３７のスリット３７ａに圧電振動素子２を挿入する際には、電極端子１６ａ、１６ｂの中央部がスリット３７ａの中央部に整合するように挿入して、導電性接着剤３８を塗布する。このように整合することにより、圧電基板１の所定の支持点Ｐ、つまりＡＴカット水晶基板の場合は、Ｘ軸より略６１度傾けたオリフラ角αで圧電基板１が支持されることになる。
以上のように圧電振動子３を構成することにより、圧電基板１の所定の支持点Ｐと、支持片３７の支持位置とが合致し、導電性接着剤３８の硬化する際の応力、支持片３７の接触による応力、圧電振動子の周囲の温度変化に伴う応力等が加わっても、周波数変化の少ない圧電振動子が得られる。
【００２８】
図１の実施形態に示すように、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２と、図５に示す蒸着治具２０の中板２６に設けた収容穴２６ａの平坦部３２とで、中板２６の中で圧電基板１の面内回転が抑制され、圧電基板１の所定の位置に精度よくリード電極１４ａ、１４ｂ、電極端子１６ａ、１６ｂが形成されるという効果がある。
また、圧電基板１に励振電極１２ａ、１２ｂ、リード電極１４ａ、１４ｂ、電極端子１６ａ、１６ｂを形成するとき、第２のオリフラＯＦ２を設けたことにより、リード電極１４ａ、１４ｂの方向精度が改善された圧電振動素子２が得られるという効果がある。
また、圧電基板１の第２のオリフラＯＦ２と、リード電極１４ａ、１４ｂとは平行となり、電極端子１６ａ、１６ｂの中央部を支持片３７のスリット３７ａに挿入するので、圧電基板１の所定の支持点に対し、スリット３７ａに塗布する導電性接着剤３８の塗布位置を、正確に一致させることができるという効果がある。
【００２９】
図９、図１０は、本発明に係る製造方法を説明するための概略斜視図である。ＡＴカット水晶基板を例にして本発明の圧電基板１を説明する。ＳＣカット水晶基板の場合はこれに準ずればよい。
始めに、結晶軸方向が明確になっている単結晶ランバードを所定の厚さ、所定の角度で切断し多角形基板（以下、四角形基板を用いて説明する）４３を形成する。四角形基板（ブランク）４３の一辺は、例えばX軸方向を平行とする。次に、図９（ａ）に示すように、同一形状に切り出された四角形基板（ブランク）４３を、ランバード面（例えばＸ面、Ｘ軸に直交する面）を整合させた状態で積層し、接着剤で接合し、四角柱状積層ブロック４５を形成する。このとき、四角柱状積層ブロック４５の図中左方の面はＸ面であり、底辺はＸ軸方向である。次に、図９（ｂ）に示すように、四角形基板４３と同一形状の四角形板材（例えばガラス板）４３ｄを用意し、その主面上に、基準となる一辺と所定の角度αをなす直線Ｘαである参考線を描き、四角形板材４３ｄの基準辺を四角柱状積層ブロック４５のX軸と整合させるように接着剤で接合する。
【００３０】
次に、図９（ｃ）の破線で示すように、四角柱状ブロック４５の一側面を残し、外周面の残りの部位を円弧筒状に加工して円弧筒状の積層ブロックを形成する。この円弧筒状の積層ブロックが、図１０（ａ）に示す円弧筒状の積層ブロック４８である。四角柱状ブロック４５の残された一側面（Ｘ軸方向）が図１の第１のオリフラＯＦ１に対応する。なお、ここで円弧筒状とは、円筒体の外周面の一部を軸方向に平坦面状に切り欠いた図示のような形状を指称する。
円弧筒状の積層ブロック４８の直径は機械精度で正確に研削され、研磨加工により直径の精度は０．０１ｍｍ程度に仕上げることができる。また、オリフラＯＦ１の方向は、ランバードのＸ軸方向であり、精度よく加工されている。
しかし、円形加工装置に四角柱状ブロック４５を取り付ける際に、四角柱状ブロック４５の芯（回転中心）の設定を、０．０１ｍｍの精度で設定することは難しく、オリフラＯＦ１の長さＬ１の精度を０．０１ｍｍで仕上げることは難しい。
【００３１】
そこで、図１０（ｂ）に示すように、円弧筒状の積層ブロック４８の円弧筒状部分の、図１に示す第２のオリフラＯＦ２に相当する外周面を研磨加工により、平坦面化し、第２のオリフラＯＦ２を形成する。第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法Ｈ２は精度よく測定できるので、第２のオリフラＯＦ２の長さも精度よく、例えば０．０１ｍｍ程度に仕上げることが可能である。
次に、円弧筒状の積層ブロック４８の接着剤を溶かして、個片に分解し、圧電基板１を得る。
圧電基板１の主面の一方、又は両方に球面加工を施し、プラノコンベックス型、又はバイコンベックス型の圧電基板に仕上げてもよい。
以上の例では四角柱状積層ブロック４５から１つの円弧筒状の積層ブロック４８を得る方法を説明したが、図９（ｃ）において、一つの第２の四角柱状積層ブロック４６から２つの円弧筒状積層ブロック４８を並行な姿勢で研削して得るようにしてもよい。
【００３２】
基準方向、例えばＸ軸方向に正確に合わせたランバードから多角形基板（例えば四角形基板）を形成し、上記のような工程を踏んで第１、及び第２のオリフラを有するウェハー（圧電基板）が形成されるので、第１のオリフラの方向は所定の軸に正確に合わされており、圧電基板の直径も精度よく加工される。その上、第２のオリフラの方向もマーカー（参考線）に沿って精度よく形成され、且つオリフラ寸法は高精度に研削加工された圧電基板が得られるという効果がある。
また、加工後に第１のオリフラ（正確なＸ軸方向）を基準として、第２のオリフラの方向を精度よく測定できるという効果がある。これは不良が生じた際にも精度のよいＸ軸方向（第１のオリフラ方向）が基準として使えるので、解析にも有用である。
また、本製造方法は、半導体のウェハーにも適用することができる。例えばシリコン単結晶から、所定の形状で、結晶軸と所定の角度を有するウェハーを形成する際にも適用できるという効果がある。
【符号の説明】
【００３３】
１…ウェハー、２…圧電振動素子、３…圧電振動子、６…直線、７ａ、７ｂ…交点、１０…マスクパターン、１２ａ、１２ｂ…励振電極、１４ａ、１４ｂ…リード電極、１６ａ、１６ｂ…電極端子、２０…蒸着治具、２２ａ、２２ｂ…保持板、２３…ピン、２４…マスク上板、２６…中板、２６ａ…収容穴、２８…マスク下板、３２…平坦部、３５…保持具（ハーメチック端子）、３５ａ…ベース、３７…支持片、３７ａ…スリット、３８…導電性接着剤、４０…ＡＴカット水晶基板、４２…ＳＣ水晶基板、４３…四角形基板（ブランク）、４３ｄ…四角形板材、４５…四角柱状積層ブロック、４８…円弧筒状の積層ブロック、Ｌ１…第１のオリフラＯＦ１の長さ、Ｌ２…第２のオリフラＯＦ１の長さ、Ｈ１…第１のオリフラＯＦ１のオリフラ寸法、Ｈ２…第２のオリフラＯＦ２のオリフラ寸法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ウェハーの製造方法であって、
単結晶材料のランバード面を輪郭面の少なくとも一つに有している多角形基板を準備する工程と、
複数枚の前記多角形基板を前記ランバード面が同一の面に含まれるように積層して接合することにより多角柱状積層ブロックを形成する工程と、
前記ランバード面を残して前記多角柱状ブロックを円弧筒状に加工することで第１のオリフラを形成する工程と、
前記第１のオリフラを形成した後に、前記積層ブロックの円弧状の面に前記積層ブロックの軸方向と平行な平坦面から成る第２のオリフラを形成する工程と、
を含むことを特徴とする単結晶ウェハーの製造方法。
【請求項２】
前記多角形基板の少なくとも１枚は、前記第１のオリフラと交差する方向に延びるマーカーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶ウェハーの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造された単結晶ウェハーであって、
前記第１のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線が、前記第２のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第２の直線の長さよりも短いことを特徴とする単結晶ウェハー。
【請求項４】
請求項３に記載の単結晶ウェハー、前記ウェハーの両主面に夫々形成した励振電極、及び前記各励振電極から前記ウェハー端部に引き出された引出電極を備えていることを特徴とする振動素子。
【請求項５】
請求項４に記載の振動素子と、前記振動素子を収容する容器とを備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１】
単結晶ウェハーの製造方法であって、
単結晶材料のランバード面を輪郭面の少なくとも一つに有している多角形基板を準備する工程と、
複数枚の前記多角形基板を前記ランバード面が同一の面に含まれるように積層して接合することにより多角柱状積層ブロックを形成する工程と、
前記ランバード面を残して前記多角柱状ブロックを円弧筒状に加工することで第１のオリフラを形成する工程と、
前記第１のオリフラを形成した後に、前記積層ブロックの円弧状の面に前記積層ブロックの軸方向と平行な平坦面から成る第２のオリフラを形成する工程と、
を含むことを特徴とする単結晶ウェハーの製造方法。
【請求項２】
前記多角形基板の少なくとも１枚は、前記第１のオリフラと交差する方向に延びるマーカーを備えていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶ウェハーの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造された単結晶ウェハーであって、
前記第１のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第１の直線が、前記第２のオリフラから直交して延び且つ前記ウェハーの円弧状外周円の中心点を通って対向する外周縁にて終端する第２の直線の長さよりも短いことを特徴とする単結晶ウェハー。
【請求項４】
請求項３に記載の単結晶ウェハー、前記ウェハーの両主面に夫々形成した励振電極、及び前記各励振電極から前記ウェハー端部に引き出された引出電極を備えていることを特徴とする振動素子。
【請求項５】
請求項４に記載の振動素子と、前記振動素子を収容する容器とを備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１５５３４（Ｐ２０１３−１１５５３４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８６０６（Ｐ２０１１−２５８６０６）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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