(57)【要約】【課題】両面ラップ加工を行うことによる圧電体ウェハの反りを抑制し、この反りによる圧電体ウェハの切断角度のばらつきを縮小させることが可能な圧電体ウェハの加工方法を提供する。【解決手段】圧電体ウェハとしてのＡＴカット水晶ウェハ１０の裏面１２を固定部としての載置台１５に固定した後、砥粒加工としての研削加工を表面１１に行う工程と、固定を解除したＡＴカット水晶ウェハ１０の表面１１を載置台１５に固定し、裏面１２の研削加工を行う工程と、を含むことを特徴とする圧電体ウェハの加工方法。【選択図】図３
2010012526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有する薄板状の圧電体ウェハの加工方法であって、
前記裏面を固定部に固定し、前記表面を砥粒加工する第一工程と、
前記表面を前記固定部に固定し、前記裏面を砥粒加工する第二工程と、を含むことを特徴とする圧電体ウェハの加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電体ウェハの加工方法において、
さらに、前記第一工程および前記第二工程において前記表面および前記裏面に形成された加工変質層を除去する処理工程を有することを特徴とする圧電体ウェハの加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電体ウェハの加工方法において、
前記表面の砥粒加工および前記裏面の砥粒加工は、それぞれの加工量がほぼ等しくなるように加工することを特徴とする圧電体ウェハの加工方法。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電体ウェハの加工方法において、
前記裏面および前記表面は、前記固定部に密着するように固定されていることを特徴とする圧電体ウェハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状に形成される圧電体ウェハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水晶振動子のような圧電素子をパッケージ内に封止した構造の圧電デバイスは、携帯電話機などの通信機器やコンピュータなどの電子機器に基準周波数発生源などとして用いられている。近年、前述の通信機器や電子機器に対しては小型化、高性能化の要請が強く、これらに使用される圧電デバイス、圧電素子に対しても小型化、高性能化、高周波数化などが求められている。そして、圧電素子は、圧電体ウェハを用いたバッチ処理によって形成されている（例えば、特許文献１参照）。
このバッチ処理では、薄板状に切断された圧電体ウェハの表裏面をラッピング、ポリッシングなどを一例とする砥粒加工により目標厚みまで薄肉化する。その後、フォトリソグラフィ技術などを用いて、圧電体ウェハ上に複数のチップパターンを形成し、その後小片の圧電素子に分割する。なお、分割された圧電素子を圧電チップと言うこともある。
【０００３】
前述した従来の圧電体ウェハの加工方法について、水晶ウェハを一例として図５を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は従来の水晶ウェハの加工工程（ラップ工程）の概略を示す工程フロー図である。
先ず、図５（ａ）に示すように、水晶原石からワイヤソーなどを用い、水晶の反射格子面に対し所定の切断角度で切断された水晶ウェハ１０１が形成される。次に、図５（ｂ）に示すように、両面ラップ装置１１５により、粗い粒径の研磨剤１０６を用いて水晶ウェハ１０１の表面１０２、裏面１０３の両面を研磨する。研磨は、両面ラップ装置１１５の下定盤１０５と上定盤１０４の間に水晶ウェハ１０１を挟み研磨剤１０６を供給しながら行われる。次に、図５（ｃ）に示すように、Ｘ線切断角度測定装置などにより、水晶の反射格子面１１０に対する水晶ウェハ１０１の切断角度（カットアングルとも言う。）を測定し、切断角度の適否を判定する。次に、図５（ｄ）に示すように、前述と同様な両面ラップ装置を用い、水晶ウェハ１０１の表面１０２、裏面１０３の両面を、中間粒径の研磨剤１０７を用いて研磨する。次に、図５（ｅ）に示すように、前述と同様な両面ラップ装置を用い、水晶ウェハ１０１の表面１０２、裏面１０３の両面を、細かな粒径の研磨剤１０８を用いて研磨する。次に、図５（ｆ）に示すように、前述と同様な両面ラップ装置を用い、水晶ウェハ１０１の表面１０２、裏面１０３の両面を、さらに細かな粒径の仕上げ研磨剤１０９を用いて研磨する。
前述のように、水晶ウェハの加工工程（ラップ工程）は、研磨工程を繰り返すことによって、目標とする厚さと面粗度を得ることができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６２００５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の砥粒加工による圧電体ウェハの加工方法においては、両面ラップ装置を用い研磨加工を行うことにより圧電体ウェハに反りが発生する。さらに、研磨加工を繰り返し行うことにより圧電体ウェハの反りが徐々に大きくなるとともに反り量のばらつきも大きくなる。この圧電体ウェハの反りは、前述の基準面と圧電体ウェハとの切断角度をばらつかせる要因の一つとなっている。
圧電素子は、この切断角度によって周波数温度特性が決まるものがあるため、前述した圧電体ウェハの反りによる切断角度のばらつきによって、圧電素子の周波数温度特性のばらつきが大きくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態、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］本適用例の圧電体ウェハの加工方法は、表面および裏面を有する薄板状の圧電体ウェハの加工方法であって、前記裏面を固定部に固定し、前記表面を砥粒加工する第一工程と、前記表面を前記固定部に固定し、前記裏面を砥粒加工する第二工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、圧電体ウェハの裏面を固定部に固定し表面を砥粒加工し、その後表裏反転させて表面を固定部に固定し裏面を砥粒加工する。このように、先ず一方面である表面を砥粒加工して平坦面とし、その後表裏反転させて平坦面となった表面を固定部に固定して裏面を砥粒加工することにより、表面の固定の際にはウェハの変形が起こらない。したがって、ウェハの変形は、裏面の固定の際の変形のみとなり、１回の砥粒加工の際に生じる大きさにすることが可能となり、反り量のばらつきも小さくなる。これにより、圧電体ウェハの反りによる切断角度のばらつきを抑えることが可能となり、この切断角度のばらつきによる圧電素子の周波数温度特性のばらつきを抑えることが可能となる。なお、ここでは表面を砥粒加工した後裏面を砥粒加工するように説明したが、裏面を先に砥粒加工した後表面を砥粒加工しても同様となる。
【０００９】
［適用例２］上記圧電体ウェハの加工方法において、さらに、前記第一工程および前記第二工程において前記表面および前記裏面に形成された加工変質層を除去する処理工程を有することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、加工変質層を除去することにより、圧電体ウェハの表面および裏面に生じている砥粒加工による圧電体ウェハのダメージを除去することができる。これにより、圧電体ウェハは、より安定した特性を得ることが可能となる。
【００１１】
［適用例３］上記圧電体ウェハの加工方法において、前記表面の砥粒加工および前記裏面の砥粒加工は、それぞれの加工量がほぼ等しくなるように加工することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、圧電体ウェハの表裏面の加工量が同じであることから表裏面の残留応力がほぼ同じとなり、圧電体ウェハの変形を抑えることが可能となる。また、表裏面の加工量が同じであることから表裏の変質層の大きさ（厚さが）ほぼ同じとなり、変質層除去工程で表裏の処理を同時に行うことができ加工の効率を高めることが可能となる。
【００１３】
［適用例４］上記圧電体ウェハの加工方法において、前記裏面および前記表面は、前記固定部に密着するように固定されていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、固定部に圧電体ウェハを密着させることにより、常に固定部の固着面を基準面として砥粒加工を行うことができる。このように基準面が決まっているため、砥粒加工の加工精度をさらに高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を用いて、圧電体ウェハとしての水晶ウェハを一例に加工方法を説明する。なお、以下の図面においては、各構成を分り易くするために、実際の構造と縮尺や数などを異ならせている。
【００１６】
図１、図２、および図３に水晶ウェハの一例としてＡＴカット水晶ウェハを示し説明する。図１は、ＡＴカット水晶ウェハの切断角度を説明する概略図である。図２は、ＡＴカット水晶ウェハの切断を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。図３は、ＡＴカット水晶ウェハの加工フローを示し、（ａ）〜（ｆ）は概略の断面図である。
【００１７】
先ず、ＡＴカット水晶ウェハについて概略を説明する。
水晶は、結晶軸であるＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）を有している。図１に示すように、ＡＴカット水晶ウェハ１０（以下、「ウェハ１０」という。）は、１辺がＸ軸に平行で、他辺がＸ軸廻りにＺ軸から約３５度の傾きをつけたＺ'軸に平行に切断された基板である。ウェハ１０は、Ｘ軸（電気軸）とＺ'軸（光軸）を含む面である表面１１および表面１１と表裏の関係となる裏面１２を有している。そして、ウェハ１０の表面１１および裏面１２は、水晶の反射格子面と約３度傾いている。
【００１８】
次に、図２を参照してウェハ１０の切断について説明する。
図２（ａ）に示すようにウェハ１０は、水晶原石２０をＸ軸廻りにＺ軸から約３５度の傾きをつけて切断することによって形成される。切断は、例えばワイヤソーなどの切断装置（図示せず）を用いており、所望の切断厚みの間隔に設けられたワイヤ２１を研磨剤（図示せず）を供給しながら切断方向に摺動（図中矢印Ｒで示す）させて行われる。切断は、ワイヤ２１を厚さ方向に順次移動させて行われ、図２（ａ）で示す端面１０ａが、図２（ｂ）の端面１０ａとなる１辺が４０ｍｍ〜７０ｍｍ程のウェハ１０が形成される。
【００１９】
この切断においてウェハ１０は、図２（ｂ）に示すように、表面１１、裏面１２共にワイヤ２１の摺動方向の端面１０ｂ，１０ｃからウェハ１０の中央部に向けて中高形状となる。すなわち、ウェハ１０は、端面１０ｂ、１０ｃの厚さＴ１より中央部の厚さＴ２が大きくなっている。これはワイヤ２１が摺動する際、供給される研磨剤が水晶原石２０の端部に集まり易く端部の研削が他の部分より進むためと考えられている。
【００２０】
次に、図３を参照してウェハ１０の加工フローを説明する。
先ず、図３（ａ）に示すように、固定部としての載置台１５の基準面１５ａに前述のように切断されたウェハ１０を裏面１２が基準面１５ａと接するように載置する。なお、本説明では、１辺がほぼ５０ｍｍの四角形のウェハ１０を用いた例で説明する。ウェハ１０は、表面１１側、裏面１２側ともに中高形状（表面側寸法Ａ１と裏面側寸法Ａ２）となっているため、基準面１５ａと裏面１２は中央部で接し、端部付近では基準面１５ａと裏面１２との間に僅かな隙間を生じる。なお、Ａ１、Ａ２の寸法は、通常１μｍ〜２μｍとなっている。
【００２１】
次に、第一工程について説明する。第一工程は、載置台１５へのウェハ１０の固定工程およびウェハ１０の表面１１の砥粒加工を含んでいる。また、砥粒加工としては研削加工を一例として用い説明する。図３（ｂ）に示すように、基準面１５ａと裏面１２との間の隙間が無くなるように基準面１５ａと裏面１２の全面とを密着させながら載置台１５にウェハ１０を固定する。ウェハ１０の載置台１５への固定は、図示しないが、接合剤、あるいは真空吸着法などを用いて行う。この裏面１２と載置台１５との密着により、ウェハ１０の端部付近の基準面１５ａと裏面１２との間の僅かな隙間がなくなる。これにより、ウェハ１０は、裏面１２側が基準面１５ａに沿った平坦面となり、表面１１側が中央部付近が中高形状となる。このときウェハ１０の端部の厚さはＴ１となり、中央部の厚さはＴ２となる。そして、軸Ｃを中心に回転している研削ホイール１３とウェハ１０とを相対移動させながらウェハ１０の中高部分の研削加工を行い、表面１１側が平坦面となる所定の厚さ（本例では、図中２点鎖線で示すＴ３）まで研削する。本例では、ウェハ１０が固定された載置台１５が、研削ホイール１３の軸Ｃに直交する方向（図中矢印Ｂで示す）に往復運動する。このとき、研削の際の熱を冷却するために、冷却水１６が研削ホイール１３とウェハ１０との間を含む個所に供給される。冷却水１６の代わりに研磨剤を供給しても良い。なお、表面１１の研削加工を終えた状態でのウェハ１０は、Ｔ３の厚さを有し、裏面１２と表面１１とがほぼ平行となっている。
【００２２】
研削ホイール１３とウェハ１０とは相対移動していればよいので、ウェハ１０を固定し研削ホイール１３を移動させる方式、研削ホイール１３を固定しウェハ１０（載置台１５）を移動させる方式、あるいは研削ホイール１３、ウェハ１０の双方を移動させる方式などのいずれであってもよい。
【００２３】
次に、ウェハ１０の載置台１５への固定を解除すると、図３（ｃ）に示すように、載置台１５に密着されていた裏面１２が、図３（ａ）に示す密着される前の状態に戻る。すなわち、ウェハ１０を基準面１５ａに置くと、ウェハ１０は、基準面１５ａと裏面１２とが中央部で接し、端部付近では基準面１５ａと裏面１２との間に僅かな隙間を生じ、表面１１側に凹状の湾曲した形状となる。なお、このときのウェハ１０は、厚さがＴ３であり、反り量がＡ２である。
【００２４】
次に、図３（ｄ）に示すように、ウェハ１０の表面１１と裏面１２を反転させ、表面１１が基準面１５ａ対向するように載置する。ウェハ１０は、表面１１側に凹状の湾曲した形状であるため、基準面１５ａと表面１１は中央部の僅かな隙間を生じ、端部で基準面１５ａと接する。
【００２５】
次に、第二工程について説明する。第二工程は、載置台１５へのウェハ１０の固定工程およびウェハ１０の裏面１２の砥粒加工を含んでいる。また、砥粒加工としては研削加工を一例として用い説明する。図３（ｅ）に示すように、基準面１５ａと表面１１との間の隙間が無くなるように基準面１５ａと表面１１の全面とを密着させながら載置台１５にウェハ１０を固定する。ウェハ１０の載置台１５への固定は、図示しないが接合剤あるいは真空吸着法などを用いて行う。この表面１１と載置台１５との密着により、ウェハ１０の中央部の基準面１５ａと表面１１との間の僅かな隙間がなくなり、裏面１２と表面１１とがほぼ平行となっている。そして、軸Ｃを中心に回転している研削ホイール１４とウェハ１０とを相対移動させながら裏面１２の研削加工を行い、所定の厚さ（本例では、Ｔ４で示す）まで研削する。このとき、冷却水１７が研削ホイール１４とウェハ１０との間を含む個所に供給される。なお、冷却水１７に代えて研磨剤を供給しても良い。この相対移動については、前述した表面１１の研削加工と同様である。
【００２６】
次に、ウェハ１０の載置台１５への固定を解除すると、図３（ｆ）に示すように、載置台１５に密着されていた表面１１が、図３（ｄ）に示す密着される前の状態に戻る。ウェハ１０は、元々Ａ２で示す反り量を変形させることによって密着させていたため、密着が解除されたときのウェハ１０の反り量もＡ２となる。すなわち、ウェハ１０を基準面１５ａに置くと、ウェハ１０は、基準面１５ａと表面１１とが端部で接し、中央部では基準面１５ａと表面１１との間に僅かな隙間を生じ、表面１１側に凹状の湾曲した形状となる。そして、このＡ２で示される寸法が本実施形態で説明したウェハ１０の加工フローによって生じる反り量（１μｍ〜２μｍ）となる。
【００２７】
前述の加工方法によれば、先ずウェハ１０の一方の主面である裏面１２を載置台１５に密着させて固定し、他方の主面である表面１１を研削加工する。この研削加工によって表面１１は、裏面１２とほぼ平行な平坦面となる。すなわち、載置台１５に密着された状態のウェハ１０は平坦板となっている。
その後、載置台１５に固定されていたウェハ１０の固定を解除すると、前述の裏面１２を載置台１５に密着させて固定する際のウェハ１０の変形分が元に戻り、表面１１の方向に湾曲することになる。
その後表裏反転させて表面１１を載置台１５に密着させて固定することにより、湾曲していたウェハ１０は変形し平坦板となる。この状態で裏面１２を研削加工する。
その後、載置台１５に固定されていたウェハ１０の固定を解除すると、前述の表面１１を載置台１５に密着させて固定する際のウェハ１０の変形分が元に戻り、表面１１の方向に湾曲することになる。
従って、ウェハ１０は、表面１１、裏面１２の研削加工を行っても、表面１１の研削加工にあたりウェハ１０を載置台１５に密着固定するために生じる変形量に相当する反りしか発生しない。すなわち、ウェハ１０の反りを１回の研削加工の際に生じる大きさに抑えることが可能となる。これにより、ウェハ１０の反りが大きくなることによる切断角度のばらつきを抑えることが可能となり、この切断角度のばらつきによるＡＴカット水晶素子の周波数温度特性のばらつきを抑えることが可能となる。本例の加工方法によれば、例えば、□８０ｍｍ、□１００ｍｍ、Φ５インチなどの大面積のウェハサイズでもＡＴカット水晶素子の周波数温度特性を満足させることが可能である。
【００２８】
図４に、ＡＴカット水晶素子（以下、ＡＴカット水晶振動子という。）の周波数温度特性を示す。図４（ａ）は、従来の加工フローによって製造されたウェハ１０を用いたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であり、比較例として示す。図４（ｂ）は、本例の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性である。
【００２９】
図４（ｂ）に示すように、本例の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性は、−４０℃〜＋１００℃の中でのｄｆが、−１２×１０-6〜＋１３×１０-6の範囲にある。それに対し、図４（ａ）に示すように、従来の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性は、−４０℃〜＋１００℃の中でのｄｆが、−１７×１０-6〜＋１８×１０-6の範囲にある。
このように、本例の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性は、従来の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性と比較してばらつきを小さくすることができる。
【００３０】
なお、前述では、砥粒加工の一例として研削加工を用いて説明したが、砥粒加工としては、例えば研磨加工など他の加工方法を用いてもよい。
【００３１】
また、前述したウェハ１０の加工フローに加えて、ウェハ１０の表面１１、裏面１２の砥粒加工の際に生じる表面１１、裏面１２の表層に形成された加工変質層を除去する処理工程を行ってもよい（図示せず）。本処理工程では、表面１１、裏面１２の砥粒加工を終えたウェハ１０を、例えばフッ酸・フッ化アンモニュームあるいはフッ酸とフッ化アンモニュームとの混合液などのエッチング液中に所定時間浸漬し加工変質層を除去する。
【００３２】
砥粒加工では、ウェハ１０の表面を研削、研磨などによって加工するが、この加工部分には加工変質層が形成されている。この加工変質層は、極微細なクラック、加工応力の残留、面状態が不平滑などを有しており、ウェハ１０の周波数温度特性、電気的特性などの特性劣化要因の一つとなっている。本処理工程により、加工変質層が除去されるため、ウェハ１０の周波数温度特性、電気的特性などの劣化を防止することができるとともに、この工程より後に行われる研磨工程の加工量を減少させることができる。この研磨工程の加工量を減少させることにより、この研磨によるウェハ１０の変形量も減少させることが可能となる。
【００３３】
なお、前述の表面１１および裏面１２の研削加工においては、それぞれの面の研削による加工量をほぼ等しくすることがより好ましい。
【００３４】
これによれば、ウェハ１０の表面１１および裏面１２の研削加工による加工残留応力がほぼ同じとなり、圧電体ウェハの変形を抑えることが可能となる。また、ウェハ１０の表面１１および裏面１２の変質層の大きさ（厚さ）がほぼ同じとなることから、変質層除去工程で表裏の処理を同時間で行うことができ加工の効率を高めることが可能となる。
【００３５】
また、前述では、表面の研削加工と裏面の研削加工を同じ載置台１５を用いた例で説明したが、表面と裏面の研削加工を異なる載置台で行っても良い。
【００３６】
また、前述では、圧電体ウェハとして水晶ウェハを用いて説明したが、他の圧電体を用いたウェハであってもよい。
【００３７】
また、固定部としての載置台１５は、平面研削加工機の製品固定台、平面ラップ盤の定盤などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＡＴカット水晶ウェハの切断角度を説明する概略図。
【図２】ＡＴカット水晶ウェハの切断を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図。
【図３】ＡＴカット水晶ウェハの加工フローを示し、（ａ）〜（ｆ）は概略の断面図。
【図４】ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を示し、（ａ）は従来の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を示すグラフ、（ｂ）は本例の加工フローによって製造されたＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性を示すグラフ。
【図５】従来の水晶ウェハの加工工程（ラップ工程）の概略を示す工程フロー図。
【符号の説明】
【００３９】
１０…圧電体ウェハとしてのＡＴカット水晶ウェハ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…端面、１１…表面、１２…裏面、１３，１４…研削ホイール、１５…固定部としての載置台、１５ａ…基準面、１６，１７…冷却水、２０…水晶原石、２１…ワイヤ。
【図１】
2010012526.tif 000003
【図２】
2010012526.tif 000004
【図３】
2010012526.tif 000005
【図４】
2010012526.tif 000006
【図５】
2010012526.tif 000007