JP2014241530A

JP2014241530A - タンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法及びその再生ウェーハ

Info

Publication number: JP2014241530A
Application number: JP2013123443A
Authority: JP
Inventors: 俊彦流王; Toshihiko Ryuo
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-12-25
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP6124452B2

Abstract

【課題】
本発明の目的は、使用済み又は不良品のタンタル酸リチウム結晶ウェーハを弾性表面波素子等の製品を製造するためのウェーハに再生するタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法及びその再生ウェーハを提供することである。
【解決手段】
本発明のタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法は、少なくとも次の（ａ）〜（ｄ）の工程を含むことを特徴とするものである。
（ａ）前記使用済み又は不良品のウェーハをその厚さで選別する工程
（ｂ）ウェーハ上の機能性皮膜をエッチングによって除去する工程
（ｃ）ウェーハの鏡面側を算術平均粗さRa10〜30nmに粗研削し、該粗研削した後に、＃6000以上の砥石で算術平均粗さRa1〜8nmに平面研削する工程
（ｄ）ウェーハを洗浄、乾燥する工程。
【選択図】なし

Description

本発明は、弾性表面波素子等に使用されるタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法及びその再生ウェーハに関するものである。

弾性表面波素子の製造工程では、金属膜について厳しい厚さ規格が定められており、ウェーハ中央部だけでなくその周辺部まで検査されているために、厚さの点で不良品が発生し易いという実態がある。

そして、このような不良品のウェーハは、従来の再生方法によって再生され、再生されたウェーハは、製造工程を確認するためのテストウェーハとして使用されたり、各製造工程での膜厚のモニターやパーティクルのチェック、又は加熱装置のダミー用等に使用されている。このように、従来の不良品とされたウェーハは、再生された後は、表面弾性波素子を製造するために再利用されておらず、製造工程の条件を確認するためのテストウェーハ等として使用されているにすぎない状況である。

ところが、近年になって、タンタル酸リチウム結晶ウェーハの使用量がスマートフォン向けに急増しているが、一方で、ウェーハの微細加工に対する厳しい要求があるために、不良品のウェーハの数量が増加しつつある状況である。そこで、この不良品を再生した再生ウェーハのテストウェーハ等の需要にほとんど変化がないために、この不良品のウェーハを表面弾性波素子等の製品を製造するために再利用したいという要求が高まっている。

この要求に応える従来の不良品ウェーハの再生方法は、半導体シリコン結晶ウェーハを再生させるために開発された再生方法をそのまま利用するものであるから、半導体シリコン結晶ウェーハの拡散層の表面側を除去するために、加工取り代を数10μｍ程度の厚さにすることが求められている。

具体的には、従来の再生方法は、次の（ａ）〜（ｅ）の工程を順次行なうことによって実施されるのが一般的である。
（ａ）エッチングまたは両面ラッピングによって金属膜などの機能性皮膜を除去する工程
（ｂ）必要によって両面ラッピングした後に、エッチングによって加工変形層を除去する工程
（ｃ）ウェーハを洗浄する工程
（ｄ）大型の定盤を有する片面研磨機で砥粒スラリーを添加しつつウェーハ表面をポリッシング（研磨）する工程
（ｅ）仕上げ洗浄する工程

例えば、特許文献１には、金属膜が形成された半導体ウェーハを金属膜の除去工程、ラップ工程、平面研削工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程を経て、ウェーハの厚さを５０μｍ程度削って再生させる再生方法が記載されている。このような従来の再生方法の各工程をタンタル酸リチウム結晶ウェーハにそのまま順次適用させて再生処理を行うと、その加工取り代が数10μｍと厚くなるために、この従来の再生法は、厚さ規格が望ましくは±5μｍの範囲である弾性表面波素子を製造するためのウェーハには適していないという問題があった。

すなわち、従来の再生方法では、必要によって両面ラッピング加工を行うとされているが、この加工取り代を片面10μｍ以上とすると、ウェーハとしての取り代が20μｍ以上となり、また、ラッピング加工時に受ける機械的な衝撃による加工歪み層を除去するために、さらに10μｍ程度の研磨代が必要となる。一方、タンタル酸リチウム結晶ウェーハに電極パターンを形成してなる表面弾性波素子を搭載するときは、通常、超音波印加で半田バンプを固定して搭載するが、このときに、搭載精度として、ウェーハ厚さ＋ウェーハ上の電極パターン厚さ＋半田バンプの直径ばらつきを含む20μm程度の厚さが必要とされるために、加工取り代が数10μｍと厚くなる従来の再生方法は、弾性表面波素子を製造するためのウェーハの再生には適していないという問題があった。

また、最近では、平面研削の採用によって加工取り代をできるだけ少なくするといった試みもなされているが、平面研削盤をいくら精度の高いものとした場合でも、研削砥石が通常の＃400−＃1000ではその研削代が10μｍ超となるし、この研削による加工歪みを除去するための研磨工程における研磨取り代も10μｍ程度となり、加工取り代が合計で20μｍ超となるから、このような平面研削を採用する従来のウェーハ再生方法も、タンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生には適していないという問題があった。

特開２００２−１６０２３号

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用済み又は不良品のタンタル酸リチウム結晶ウェーハを弾性表面波素子等の製品を製造するためのウェーハに再生するタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法及びその再生ウェーハを提供することである。

そこで、本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行ったところ、従来のシリコン結晶の再生ウェーハについては、その算術平均表面粗さRaが0.2 nm程度の非常に凹凸が小さなものに仕上げられているが、一方、タンタル酸リチウム結晶のウェーハについては、算術平均表面粗さRaが1nm〜8nmの適度に粗い表面粗さに仕上げるだけで、弾性表面波フィルター等の製品を製造するためのウェーハとして使用可能であることを知見し、先に特願２０１３−６６０４４号として出願した。本発明は、この知見をタンタル酸リチウム結晶ウェーハの不良品の再生に活用したものである。

すなわち、本発明は、少なくとも次の（ａ）〜（ｄ）の工程を含むことを特徴とするタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法である。
（ａ）前記使用済み又は不良品のウェーハをその厚さで選別する工程
（ｂ）ウェーハ上の機能性皮膜をエッチングによって除去する工程
（ｃ）ウェーハの鏡面側を算術平均粗さRa10〜30nmに粗研削し、該粗研削した後に、＃6000以上の砥石で算術平均粗さRa1〜8nmに平面研削する工程
（ｄ）ウェーハを洗浄、乾燥する工程。

また、本発明は、上記（ｃ）の粗研削の研削代が2〜3μｍで、平面研削の研削代が0.5〜2μｍであり、その合計の研削代が5μｍ以下であることを特徴とするものであり、必要に応じて、上記（ｃ）の工程の後に、算術平均粗さRa 0.5nm〜2nmとする研磨スラリーによる仕上げ研磨を行うことが好ましい。

本発明によれば、従来の使用済み又は不良品のウェーハを再生して表面弾性波素子等の製品を製造するためのウェーハとして再利用することができるから、資源の有効利用の点で大きく貢献することができる。

以下、本発明の一実施形態について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本発明が対象とするタンタル酸リチウム結晶のウェーハは、通常、その口径は直径100mmあるいは150mmである。

本発明の再生方法は、少なくとも次の（ａ）〜（ｄ）の工程を含むものであり、以下、これら工程について、具体的に説明する。
（ａ）前記使用済み又は不良品のウェーハをその厚さで選別する工程
（ｂ）ウェーハ上の機能性皮膜をエッチングによって除去する工程
（ｃ）ウェーハの鏡面側を算術平均粗さRa10〜30nmに粗研削し、該粗研削した後に、＃6000以上の砥石で算術平均粗さRa1〜8nmに平面研削する工程
（ｄ）ウェーハを洗浄、乾燥する工程。

本発明の上記（ａ）の工程では、先ず、使用済み又は不良品となったウェーハをその厚さで選別することが行われる。タンタル酸リチウム結晶ウェーハの製品の厚さは、150μｍ、180μｍ、200μｍ、250μｍ、350μｍであり、この製品（不良品となる前の製品）のウェーハを厚さごとに選別すると、後工程である（ｃ）の工程における平面研削機での加工取り代をより精度良く管理することが可能となるからである。

具体的には、タンタル酸リチウム結晶ウェーハは、厚さごとにセカンドオリフラが異なっているので、目視によってセカンドオリフラを参照して、先ずウェーハを製品厚さで選別し、その後にマイクロゲージなどの厚さ測定器で選別されたウェーハをその厚さごとに並び替えて研削加工を行う。このときの研削加工の加工代はわずかな量であるため、予めウェーハをその厚さ順に並べ替えた状態にしてから、その仕上げ厚さを例えば1μｍごとに変えながら研削加工すれば、研削機への負荷(加工取り代)を減らすことができるので、精度良く管理することが可能となる。

また、上記（ｂ）の工程では、金属膜をエッチングして除去することが行われる。上記（ａ）の工程で選別したウェーハには通常金属膜が付着しており、この金属膜の種類は、様々である。例えばAl、Al-Cu、Ti、Nb、Ta、W等の金属膜は、通常、塩酸により除去することができる。但し、Tiは、関東化学製KSMF-シリーズのエッチング液で除去し、また、TaやNbは、30-40％苛性ソーダ溶液とフッ酸で除去する必要がある。また、不良品のウェーハの一部には、上記した金属膜の上にさらにSiO₂の皮膜が形成されたものもあるが、この場合は、30−40％苛性ソーダ溶液に浸漬してから上記のエッチング液で金属膜を除去すればよい。

このように、不良品のウェーハ上に形成された機能性皮膜は、金属膜等その種類が様々であるが、通常は、30−40％苛性ソーダに１昼夜程度浸漬した後に、１Nの塩酸に浸漬し、その後に関東化学製KSF-シリーズの溶液に浸漬することでほぼ全ての金属膜を含む機能性皮膜を除去することができる。

次に、上記（ｃ）の工程では研磨加工が行われるが、この研磨加工で使用される平面研削機（２軸以上を備えた粗研削と仕上げ研削が可能な装置）には、粗研削砥石と仕上げ研削砥石が装着され、駆動系（モータ）により、任意の回転速度で回転駆動させることができる。具体的には、規定の仕上がり板厚を設定した後に、セラミックスチャックで保持されたウェーハ上で砥石を高速で回転させて研削加工が行われる。このときにテーブルも回転させて微小切り込みによってウェーハを研削するが、この研削の際の砥石の回転数、切り込み速度、テーブル回転数等の研削条件は、最適な条件にセットされる。使用する平面研削機のセラミックチャックは、裏面を真空に引くことでウェーハのクランプが可能な、いわゆる多気孔の真空吸着タイプである。

本発明の上記（ｃ）の工程では、平面研削機を用いて圧電性酸化物単結晶ウェーハの片面を鏡面加工するが、具体的には、エッチングで金属膜を除去したウェーハを真空吸着により保持して研削加工を行う。そして、この研削加工を効率よく行うためには、最初は粗い砥石で研削を行ない、次いで細かな番定の砥石を使って仕上げ研削を行うのが好ましい。

この場合の砥石の番定については、タンタル酸リチウムの算術平均粗さRaに基づいて選別すればよいが、粗研削の場合では、研削代が2〜3μｍで、このときの算術平均粗さRaが10〜30nmとなるような砥石、例えば＃4000の砥石を選択すれば研削時間も短く、かつ、加工歪み層も小さく抑えることができるので好ましい。

また、仕上げ研削の場合では、＃6000以上の細かな番定、好ましくは＃8000−＃10000の砥石を使えば、研削代が0.5〜2μｍで、算術平均粗さRaが1〜8nmの範囲の実質的な鏡面とすることができるので好ましい。そして、このような番定の砥石によって研削すれば、鏡面加工によって生じる歪み層も弾性表面波素子の動作に影響しない程度に抑えることが可能となる。

本発明では、その仕上げ研削での算術平均粗さRaは1〜8nmであるが、さらに細かな表面粗さが求められるときは、コロイダルシリカなどのスラリーを滴下しながら、算術平均粗さRa0.5〜2 nmに仕上げ研磨する片面研磨を追加しても良い。このときの研磨加工代は、1μｍ程度とするのが好ましい。

従来の再生方法では、上記（ｃ）の研磨加工は、前工程での加工歪み層の除去を目的として行なわれるが、本発明では、表面粗さの調整を目的としてだけ行なわれるために、その研磨代は5μｍ以下、好ましくは1〜5μｍ以下に抑えることができる。研磨方法としては、仕上げ研削を行なったウェーハを平面研削機での保持方法と同じくセラミックスチャックに真空保持すれば研磨代を極限まで少なくすることができる。

最後に、上記（ｄ）の工程では、洗浄、乾燥が行われるが、洗浄等の処理は従来と同様である。

次に、本発明の実施例について、具体的に説明する。ウェーハ裏面にTi膜が形成されたAl-Cu金属膜蒸着工程で不良品となった直径100mmタンタル酸リチウム結晶のウェーハ50枚とAl-Cu膜からなる電極パターン形成後に、SiO₂膜を形成する工程で不良品となった直径100mmのウェーハ50枚の厚さを測定した結果、95枚は製品厚さが200μｍのウェーハであり、残り5枚は製品厚さが180μｍのウェーハであった。以下の実験では、製品厚さが200μｍのウェーハ95枚を使用した。

この95枚のウェーハを30−40％苛性ソーダに1昼夜浸漬し、その後、１Nの塩酸に１昼夜浸漬し、さらに、関東化学製KSF-シリーズの溶液に１昼夜浸漬した結果、裏面のTi膜は完全に除去され、表面側にはわずかに電極パターン起因の痕跡が見られる程度まで機能性皮膜を除去することができた。

次に、これらのウェーハを2軸の平面研削機で表面側を研削した。1次研削では＃40000の砥石を使い、アルミナ製の真空チャックができるように多数の穴が開いているセラミックスプレートにウェーハを真空チャックして研削した。このときの95枚のウェーハの研削代は、1.8〜2.9μｍの範囲内のものであった。この後、同様にアルミナ製セラミックスプレートにウェーハを保持し、＃10,000の砥石で仕上げ研削を行なったところ、このときの95枚のウェーハの研削代は、0.8〜1.5μｍの範囲内のものであった。そして、研削後のウェーハをスピン洗浄し、乾燥した結果、95枚とも割れることなく、再生させることができた。

再生したウェーハの表面粗さをAFM法で測定したところ、95枚のウェーハの算術平均粗さは、3nm〜8nmの範囲内のものであった。また、表面の清浄度を集光ランプで検査した結果、通常の工程で製造されるウェーハと同じレベルで仕上がっていることが確認された。また、95枚のウェーハの厚さを測定したところ、3〜4μｍ程度の減少にとどまっており、表面粗さ、清浄度を含めて、通常のウェーハの規格内であったので、弾性表面波素子等の製品を製造するためのウェーハとして何等問題がなく使えることが確認できた。

次に、95枚のウェーハから50枚を拭き取って、片面研磨機でコロイダルシリカによって表面側をわずかに研磨したところ、50枚のウェーハの表面粗さを0.7nm〜1.2nmまでさらに細かな状態とすることができた。そして、このときの50枚のウェーハの研磨加工代は、1μｍ程度であった。

Claims

機能性皮膜が形成されたタンタル酸リチウム結晶の使用済み又は不良品のウェーハから機能性皮膜を除去してウェーハを再生する再生方法において、少なくとも次の（ａ）〜（ｄ）の工程を含むことを特徴とするタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法。
（ａ）前記使用済み又は不良品のウェーハをその厚さで選別する工程
（ｂ）ウェーハ上の機能性皮膜をエッチングによって除去する工程
（ｃ）ウェーハの鏡面側を算術平均粗さRa10〜30nmに粗研削し、該粗研削した後に、＃6000以上の砥石で算術平均粗さRa1〜8nmに平面研削する工程
（ｄ）ウェーハを洗浄、乾燥する工程。
前記（ｃ）の粗研削の研削代が2〜3μｍで、平面研削の研削代が0.5〜2μｍであり、その合計の研削代が5μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法。
前記（ｃ）の工程の後に、算術平均粗さRa 0.5nm〜2nmとする研磨スラリーによる仕上げ研磨を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のタンタル酸リチウム結晶ウェーハの再生方法。
前記請求項１〜３の何れかの方法で再生されたことを特徴とするタンタル酸リチウム結晶の再生ウェーハ。