JP5823908B2

JP5823908B2 - ウエハー加工方法

Info

Publication number: JP5823908B2
Application number: JP2012091031A
Authority: JP
Inventors: 昇川合
Original assignee: エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: JP2013215872A

Description

本発明は、水晶ウエハーのウエハー加工方法に関する。

水晶振動子を用いた振動デバイスが普及している。水晶振動子を用いた振動デバイスは小型であり温度変化に対する周波数特性が安定し、携帯電話などの携帯情報端末、その他多くの電子デバイスのタイミング源として広く利用されている。水晶振動子の振動片としては、音叉型の振動片を用いるものや厚み滑り振動の振動片が用いられており、近年では、より一層の小型化、高周波数化、振動周期の安定化が求められている。

厚み滑り振動を利用する振動片としてＡＴカット水晶振動片が実用化されている。ＡＴカット水晶振動片は、振動片の厚さｔ（ｍ）と振動周波数ｆ（Ｈｚ）との間に、ｔ＝１６７０／ｆ、の関係がある。つまり、周波数を高くするには厚さを薄く形成する。また、振動特性の品質を向上させるためには振動片の厚さを均一に形成することが必要であり、厚さの許容ばらつきは周波数に反比例して小さくなる。例えば、振動周波数が１６ＭＨｚでは厚さが１０４μｍであり、このときの厚さの許容ばらつきをδｄとすると、振動周波数が３８ＭＨｚでは振動片の厚さが４４μｍとなり、このときの厚さの許容ばらつきはおおよそδｄ／２と小さく、振動周波数が５０ＭＨｚでは振動片の厚さが３３μｍであり、このときの厚さの許容ばらつきはδｄ／３と更に小さくなる。

特許文献１にはこの種の水晶ウエハーの加工方法及びウエハー加工装置１１１が記載されている。図７は特許文献１の図１に記載されるウエハー加工装置１１１を表し、四角柱のウエハー積層体Ｓを円柱のウエハー積層体に加工する装置である。ウエハー積層体Ｓはその積層方向の両端部が回転ユニット１１２と固定ユニット１１３により回転可能に支持される。回転ユニット１１２は、ウエハー積層体Ｓの一方の端部を支持する第一固定治具１２３と、第一固定治具１２３に回転を伝達する出力軸１２２と、出力軸１２２に回転を伝達するモータ１２１とを備える。固定ユニット１１３は、ウエハー積層体Ｓの他方の端部を支持する第二固定治具１３３と、第二固定治具１３３に当接して芯出しを行う芯出しセンター部１３５と軸部１３４から成る芯出し部１３２と、芯出し部１３２を固定する固定ベース１３１とを備える。従って、ウエハー積層体Ｓはモータ１２１の回転が伝達され、回転可能に支持される。そして、研削回転砥石１１４が紙面奥側から手前側に移動可能に設置され、更に、樋形状の樋部１５１を有する研磨手段１１５が上下に移動可能に設置される。

まず、直方体の水晶原石から矩形板状の水晶ウエハーを切り出す。次に、切り出された多数の矩形板状の水晶ウエハーを積層・接着して、直方体のウエハー積層体Ｓを形成する。このウエハー積層体Ｓを固定ユニット１１３と回転ユニット１１２の間に装着し、モータ１２１によりウエハー積層体Ｓを回転させるとともに、研削回転砥石１１４を紙面奥側から手前側に移動させて、ウエハー積層体Ｓを研削する。更に研削回転砥石１１４をウエハー積層体Ｓの軸方向に往復させながらウエハー積層体Ｓを円柱に研削して加工する。次に、研削回転砥石１１４を紙面奥側に退避させる。次に、ウエハー積層体Ｓを円柱軸周りに回転させ、研磨手段１１５を上方に移動して樋部１５１の内表面をウエハー積層体Ｓの外周面に当接させ、外周面を鏡面研磨する。研磨の際には酸化セリウム等の研磨材を樋部１５１に供給する。

次に、円柱形状のウエハー積層体Ｓをウエハー加工装置１１１から離脱し、接着剤を溶解して個々の水晶ウエハーに分離する。次に、両面研磨機のキャリアに水晶ウエハーを一枚ずつセットして必要な厚さまで研削した後に、鏡面研磨を行う。その後、スパッタリング法や蒸着法により水晶ウエハーの両面に駆動用の電極を形成し、フォトプロセス及びエッチング法により電極パターンを形成するとともに、水晶ウエハーをエッチングして個々の水晶振動片に分割する。

特開２０１１−１８９４６７号公報

水晶振動片を形成する際には水晶振動片の結晶方位を管理する必要がある。例えば、水晶ウエハーは結晶軸方向に応じてエッチングレートが異なる。そのため、１枚の水晶ウエハーから多数の水晶振動片を形成する際に、水晶振動片のレイアウトを水晶ウエハーの結晶方位を基準にして設定する必要がある。

しかし、特許文献１に記載のウエハー加工方法では四角柱のウエハー積層体Ｓを円柱に加工するので、加工後のウエハー積層体Ｓに結晶方位を表す基準面が残らない。そのため、ウエハー積層体Ｓを個々に分離した水晶ウエハーは結晶方位が不明となる。これを避ける方法として、水晶原石から切り出した水晶ウエハーの結晶方位を揃えてウエハー積層体Ｓを形成する。そして、ウエハー積層体Ｓの両端部のウエハー又はガラスに結晶方位を刻印しておき、円柱に加工後にその刻印に基づいてウエハー積層体Ｓの外周部に結晶方位を表すオリフラを形成する、或いは結晶方位を表す印を書き込む方法が考えられる。しかし、両端部のウエハー又はガラスの刻印と円柱の外周部に形成したオリフラ或いは印との間に誤差が生じ、個々の水晶ウエハーの結晶方位を厳密に表示することが困難である。

そこで、ウエハー積層体Ｓをウエハー加工装置１１１によって円柱状に加工する際に、ウエハー積層体Ｓを角柱の中心軸から偏芯させて回転させ、研削後に特定の辺、例えば結晶軸を規定する基準辺が残るように円柱加工することが考えられる。しかし、ウエハー積層体Ｓの中心軸から偏芯させて回転させ、これを研削加工することは困難である。

また、水晶原石を切り出した矩形板状の水晶ウエハーであればその矩形形状の一辺により結晶方位が特定される。そこで、特許文献１に記載されるような円形の水晶ウエハーに加工することなく水晶原石から切り出した矩形板状の水晶ウエハーを両面研磨機により研削、研磨することが考えられる。図８は、両面研磨機１００の上研磨定盤を取り除いた部分平面模式図である。キャリア１０３には開口部１０４が形成され、各開口部１０４に矩形板状の水晶ウエハーＵが装着される。各水晶ウエハーＵは、例えばキャリア１０３の内側の辺を結晶方位が定まる基準辺とする。キャリア１０３は内側のサンギア１０１と外側のインターナルギア１０２との間を自転しながら公転する。

しかし、キャリア１０３は自転しながら公転するので上下の研磨定盤に対するキャリア１０３の走行距離はキャリア１０３の中心側よりも外周側が長くなる。そのため、水晶ウエハーＵはキャリア１０３の外周側の研削量が多く、中心側の研削量が少なく、均一に研削することができない。これに対して、水晶ウエハーＵを円形に形成し、キャリア１０３の円形に形成した開口部１０４に水晶ウエハーＵを装着すれば、開口部１０４内で水晶ウエハーＵが回転し、水晶ウエハーＵの面内の研削量は均一となる。

本発明は、上記課題に鑑みて、水晶ウエハーの結晶方位が特定でき、かつ均一に研削することが可能なウエハー加工方法を提供することを目的としてなされた。

本発明のウエハー加工方法は、基準辺を有する四角形からなる水晶ウエハーの前記基準辺を揃えて複数積層し、前記基準辺により構成される側面を基準面とする四角柱からなる積層体を形成する積層工程と、前記四角柱の隣り合う側面の角部が装着治具の外表面から突出するように前記積層体を前記装着治具に装着する装着工程と、突出する前記角部を研削除去する研削工程と、前記基準面を残し前記積層体の外周に残る角部を面取りし、前記積層体を断面が疑似円形を有する円柱に加工する面取り工程と、を備えることとした。

また、前記装着治具は各側面に開口窓を有するＬ字形状を有し、前記装着工程は、前記開口窓から各前記角部を突出させて前記積層体を挟んで固定する工程であることとした。

また、前記装着治具は開口窓を有し、前記装着工程は、前記開口窓から前記角部を突出させて前記積層体を前記装着治具に固定する工程であることとした。

また、前記研削工程は、前記四角柱の側面の４つの平面のうち、前記基準面の柱心軸周り方向の長さを他の平面の柱心軸周り方向の長さよりも長く形成する工程であることとした。

また、前記積層体を個々の水晶ウエハーに分離する分離工程と、前記分離した水晶ウエハーをキャリアの円形開口に装着して両面研磨する研磨工程と、を備えることとした。

また、前記水晶ウエハーはＡＴカット水晶ウエハーであることとした。

本発明のウエハー加工方法は、基準辺を有する四角形からなる水晶ウエハーの基準辺を揃えて複数積層し、基準辺により構成される側面を基準面とする四角柱からなる積層体を形成する積層工程と、四角柱の隣り合う側面の角部が装着治具の外表面から突出するように積層体を装着治具に装着する装着工程と、突出する角部を研削除去する研削工程と、基準面を残し積層体の外周に残る角部を面取りし、積層体を断面が疑似円形を有する円柱に加工する面取り工程と、を備える。これにより、水晶ウエハーの結晶方位の特定を可能とし、かつ、ウエハー面内の厚さを均一に加工することができる。

本発明の基本構成に係るウエハー加工方法を表す工程図である。本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。従来公知の水晶ウエハーのウエハー加工装置を表す。従来公知の両面研磨機の部分平面模式図である。

（基本構成）
図１は本発明の基本構成に係るウエハー加工方法を表す工程図である。まず、積層工程Ｓ１において、基準辺を有する四角形の水晶ウエハーの基準辺を揃えて複数積層し、基準辺により構成される側面を基準面とする四角柱からなる積層体を形成する。単結晶水晶の原石は結晶方位が特定されるので、原石から切り出す際に水晶ウエハーの基準辺を容易に特定することができる。次に、装着工程Ｓ２において、四角柱の隣り合う側面の角部が装着治具の外表面から突出するように積層体を装着治具に装着する。

次に、研削工程Ｓ３において、装着治具の外表面から突出する角部を研削除去する。これをウエハー積層体の４つの側面により形成される４つの角部について行う。必要に応じて、更に８つの角部について行う。次に、面取り工程Ｓ４において、基準面を残し積層体の外周に残る角部を面取りし、積層体を断面が疑似円形を有する円柱に加工する。次に、分離工程Ｓ５において、断面が疑似円形からなる積層体を個々の水晶ウエハーに分離する。個々に分離された水晶ウエハーには積層体の基準面を構成した基準辺が残っており、この基準辺により結晶方位が定まる。次に、研磨工程Ｓ６において、水晶ウエハーを必要な厚さに研削し、表面を平坦化する。

これにより、個々の水晶ウエハーには基準辺が残っているので結晶方位を容易に定めることができる。また、水晶ウエハーは擬似円形であるため、両面研磨機のキャリア開口部に水晶ウエハーを回転可能に装着することができる。このため、研磨工程Ｓ６において厚みむらを少なく研削及び研磨することができる。

このように、本発明のウエハー加工方法によれば、個々の水晶ウエハーが擬似円形の形状を有するので両面研磨機で厚さを均一に研削及び研磨することができるとともに、水晶ウエハーに結晶方位を表す基準辺を残して正確な結晶方位を特定することを可能とする。以下、実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態）
図２から図６は本発明の実施形態に係るウエハー加工方法を説明するための図である。図２は積層工程Ｓ１の説明図である。図２（ａ）は単結晶の水晶原石から四角形の水晶ウエハー１に切り出した状態を表す。水晶原石をワイヤーソーによりＡＴカットに切り出して水晶ウエハー１とする。水晶ウエハー１の基準辺ＫＨは、水晶原石のｘ軸に垂直な＋Ｘ面から形成される。水晶ウエハー１は、厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであり、一辺が２５ｍｍ〜５５ｍｍの大きさを有する。図２（ｂ）は水晶ウエハー１を積層して接着し積層体２を形成した状態を表す。積層体２は四角柱の形状を有し、各水晶ウエハー１の基準辺ＫＨにより基準面ＫＭが構成される。四角柱の両端にはダミーガラス７ａ、７ｂを接着し両端部の水晶ウエハー１の表面を保護する。

図３は装着工程Ｓ２の説明図である。図３（ａ）は、各側面に開口窓８を有し、Ｌ字形状の２つの装着治具４ａ、４ｂにより積層体２を挟んだ状態を表す。２つの装着治具４ａ、４ｂの各開口窓８から各角部３を突出させて積層体２を挟んで固定する。図３（ｂ）は、上記Ｌ字形状の装着治具４ａ、４ｂとは異なり、Ｖ字形状の溝の底部に開口窓８を有する装着治具４ｃに積層体２を装着した状態を表す。開口窓８から角部３を突出させて積層体２を装着治具４ｃに装着する。積層体２の外周の一側面は基準面ＫＭであり、他の側面と区別するためにインク等により印をつけておく。

図４及び図５は研削工程Ｓ３及び面取り工程Ｓ４の説明図である。図４を用いて第一の研削方法を説明する。図４（ａ）は積層体２の四角柱軸に直交する方向の断面を表す。積層体２の一側面は基準面ＫＭをなす。図４（ｂ）は積層体２を２つの装着治具４ａ、４ｂにより挟んで固定した状態を表す。積層体２の外表面の各角部３は装着治具４ａ、４ｂの各開口窓８から突出させる。つまり、四角柱の積層体２の隣り合う側面の各角部３を装着治具４ａ、４ｂの外表面から突出させる。図４（ｃ）は、装着治具４ａ、４ｂの各開口窓８から突出する角部３を装着治具４ａ、４ｂの外表面まで研削し、削除した状態を表す。図４（ｄ）は、積層体２を装着治具４ａ、４ｂから取り外した積層体２の断面を表す。積層体２は八角柱となり、そのうちの一側面は基準面ＫＭをなす。

図４（ｅ）は八角柱からなる積層体２の隣り合う側面の各角部９を更に研削し、除去した断面を表す。図４（ｂ）に示す場合と同様に、Ｌ字形状の装着治具４ａ、４ｂの開口窓８から積層体２の角部９を突出させ、この突出部を研削定盤に押し付けて研削、除去して積層体２を十六角柱に加工する。この場合に、基準面ＫＭを所定長の長さとするために、基準面ＫＭを挟む両角部の研削量を調整する。

図４（ｆ）は面取り工程Ｓ４後の積層体２の断面を表す。基準面ＫＭの両角部を除いて積層体２の外周の角部を面取りし、断面を擬似円形とする。次に、分離工程Ｓ５において、接着剤を溶解して個々の水晶ウエハー１に分離する。各水晶ウエハーは外形が疑似円形を有し、外周に基準面ＫＭの一部が残される。残された基準面ＫＭの一部は一枚の水晶ウエハーにおいては基準辺ＫＨの一部であり、これがオリフラとなる。従って、このオリフラにより各水晶ウエハーは結晶方位を正確に特定することができる。なお、四角形の積層体２を十六角柱まで研削しないで、八角柱の後に面取り工程Ｓ４を行ってもよい。また、本実施形態ではＡＴカットの水晶ウエハーについて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、例えばＢＴカットであってもよいし、その他のカットによって切り出された水晶ウエハーに適用することができることは言うまでもない。

図５を用いて第二の研削方法を説明する。図５（ａ）は積層体２の断面を表す。四角形の一側面は基準面ＫＭである。図５（ｂ）は積層体２を２つの装着治具４ａ、４ｂにより挟んで固定した状態を表す。ここで、説明の便宜上、２つの装着治具４ａ、４ｂの各開口窓８を、下面側から反時計回りに開口窓８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとする。装着治具４ａは、開口窓８ｄを開口径が拡大するように上方に寄せて形成し、開口窓８ａは開口窓８ｄよりも開口径が縮小するように左方に寄せて形成する。同様に、装着治具４ｂは、開口窓８ｃを開口径が拡大するように左方に寄せて形成し、開口窓８ｂは開口窓８ｃよりも開口径が縮小するように上方に寄せて形成する。これにより、積層体２は装着治具４ａ、４ｂの中心Ｐよりも−ｘ方向に寄せて固定される。

図５（ｃ）は、開口窓８ａ〜８ｄから突出する各角部３を研削除去した状態を表す。装着治具４ａ、４ｂの中心Ｐに対して四角柱の積層体２を１０時半方向（−ｘ方向）に寄せて固定した。その結果、角部３を研削除去した八角柱の８つの側面のうち、八角柱の軸周り方向の長さは４時半方向（＋ｘ方向）に位置する基準面ＫＭが最も長くなる。したがって、以降の研削工程Ｓ３や面取り工程Ｓ４において、基準面ＫＭに付したインク等の目印が剥離した場合でも、基準面ＫＭを容易に確認することができる。

図５（ｄ）は、積層体２を装着治具４ａ、４ｂから取り外した断面を表す。八角柱の軸周り方向の長さの最も長い側面が基準面ＫＭとなる。図５（ｅ）は八角柱の積層体２の各角部を更に研削して除去した断面を表す。図５（ｆ）は面取り工程Ｓ４後の積層体２の断面を表す。基準面ＫＭの両角部を除いて積層体２の外周の角部を面取りし、断面を擬似円形とする。

次に、分離工程Ｓ５において、接着剤を溶解して個々の水晶ウエハー１に分離する。各水晶ウエハー１は外形が疑似円形を有し、外周に基準面ＫＭの一部が残される。この残された基準面ＫＭの一部は一枚の水晶ウエハーにおいては基準辺ＫＨの一部であり、これが水晶ウエハーのオリフラとなる。このオリフラにより結晶方位を正確に特定することができる。

図６は、研磨工程Ｓ６を説明するための図であり、上研磨定盤を取り除いた両面研磨機１０の部分平面模式図である。キャリア１３は内側のサンギア１１と外側のインターナルギア１２の間に噛み合わされる。キャリア１３には複数の円形の開口部１４を形成し、この開口部１４に水晶ウエハー１を挿入する。水晶ウエハー１の外周にはオリフラ６が形成される。キャリア１３は目的とする水晶ウエハー１の厚さよりも薄く形成する。キャリア１３と水晶ウエハー１は図示しない上下の研磨定盤により挟まれ、サンギア１１の周囲を自転しながら公転する。研磨定盤には研磨用の砥粒を供給し、所定の厚さに研磨する。水晶ウエハー１は開口部１４内で回転するので、厚みのむらを小さく研磨することができる。

１水晶ウエハー
２積層体
３角部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ装着治具
６オリフラ
７ａ、７ｂダミーガラス
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ開口窓
９角部
１０両面研磨機
ＫＨ基準辺
ＫＭ基準面

Claims

基準辺を有する四角形からなる水晶ウエハーの前記基準辺を揃えて複数積層し、前記基準辺により構成される側面を基準面とする四角柱からなる積層体を形成する積層工程と、
前記四角柱の隣り合う側面の角部が装着治具の外表面から突出するように前記積層体を前記装着治具に装着する装着工程と、
突出する前記角部を研削除去する研削工程と、
前記基準面を残し前記積層体の外周に残る角部を面取りし、前記積層体を断面が疑似円形を有する円柱に加工する面取り工程と、を備えるウエハー加工方法。
前記装着治具は各側面に開口窓を有するＬ字形状を有し、
前記装着工程は、前記開口窓から各前記角部を突出させて前記積層体を挟んで固定する工程である請求項１に記載のウエハー加工方法。
前記装着治具は開口窓を有し、
前記装着工程は、前記開口窓から前記角部を突出させて前記積層体を前記装着治具に固定する工程である請求項１に記載のウエハー加工方法。
前記研削工程は、前記四角柱の側面の４つの平面のうち、前記基準面の柱心軸周り方向の長さを他の平面の柱心軸周り方向の長さよりも長く形成する工程である請求項１〜３のいずれか一項に記載のウエハー加工方法。
前記積層体を個々の水晶ウエハーに分離する分離工程と、
前記分離した水晶ウエハーをキャリアの円形開口に装着して両面研磨する研磨工程と、を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のウエハー加工方法。
前記水晶ウエハーはＡＴカット水晶ウエハーである請求項１〜５のいずれか一項に記載のウエハー加工方法。