JP6778584B2 - 弾性波デバイスの製造方法及びウエハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、弾性波デバイスの製造方法及びウエハの製造方法に関する。

弾性波デバイスでは、温度特性や強度向上のために、圧電基板を支持基板に接合した接合基板を用いる場合がある。このような接合基板を切断する方法として、圧電基板に溝を形成し、接合基板を溝において切断する方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。また、支持基板にレーザ光を照射して変質領域を形成し且つ変質領域に重なるように圧電基板に溝を形成した後、接合基板を溝において切断する方法が知られている（例えば、特許文献３）。

特開２００４−３３６５０３号公報 特開２０１６−１００７２９号公報 特開２０１５−１２６３８１号公報

しかしながら、特許文献１から特許文献３の製造方法では、圧電基板を支持基板に接合した後に圧電基板に溝を形成しているため、圧電基板にチッピングが発生し易い。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、チッピングの発生を抑制することを目的とする。

本発明は、圧電基板に第１溝を形成する工程と、前記圧電基板の前記第１溝が形成された面を支持基板の上面に接合する工程と、前記圧電基板を前記支持基板に接合した後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面から前記圧電基板を除去して前記第１溝を露出させる工程と、前記第１溝を露出させた後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面に弾性波素子を形成する工程と、前記弾性波素子を形成した後、前記支持基板を前記第１溝において切断する工程と、を備える弾性波デバイスの製造方法である。

上記構成において、前記支持基板の前記第１溝と重なる領域にレーザ光を照射して前記支持基板に変質領域を形成する工程を備え、前記切断する工程は、前記変質領域を形成した後に行う構成とすることができる。

上記構成において、前記支持基板の前記第１溝と重なる領域にレーザ光を照射して前記支持基板の表面に第２溝を形成する工程を備え、前記切断する工程は、前記第２溝を形成した後に行う構成とすることができる。

上記構成において、前記支持基板への前記レーザ光の照射は前記第１溝を介して行われる構成とすることができる。

上記構成において、前記切断する工程は、前記支持基板の下面にブレードを押し当てることにより、前記支持基板をブレイクする工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記支持基板は、サファイア基板、スピネル基板、又は酸化アルミニウム基板である構成とすることができる。

本発明は、圧電基板の主面のうちの前記圧電基板を個片化する際の切断領域に溝を形成する工程と、前記圧電基板の前記溝が形成された面と支持基板の上面とを直接接合または真空中で形成された中間膜を介し接合する工程と、前記圧電基板を前記支持基板に接合した後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面から前記圧電基板を除去して前記溝を露出させる工程と、を備えるウエハの製造方法である。

本発明によれば、チッピングの発生を抑制することができる。

図１（ａ）から図１（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図３（ａ）は、図１（ａ）における圧電基板の上面図、図３（ｂ）は、図１（ｄ）において圧電基板上に形成された弾性波素子の平面図である。 図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスを示す断面図である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は、基板接合の際に発生する気泡について説明する図である。 図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図８（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。 図１０は、アブレーションレーザ加工によって支持基板に溝を形成する場合の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図３（ａ）は、図１（ａ）における圧電基板の上面図、図３（ｂ）は、図１（ｄ）において圧電基板上に形成された弾性波素子の平面図である。図１（ａ）及び図３（ａ）のように、ダイシングブレード６０を用いたハーフダイシングによって、圧電基板１０の一方の主面のうちの圧電基板１０を個片化する際に切断する切断領域（スクライブライン）に沿って溝１２を形成する。溝１２は、ウエハ状の圧電基板１０の端から端に延在して形成される。圧電基板１０は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板である。圧電基板１０の厚さは、例えば１８０μｍ〜２５０μｍである。溝１２の幅は、例えば２０μｍ〜５０μｍである。溝１２の深さは、例えば１０μｍ〜１００μｍである。

図１（ｂ）のように、圧電基板１０の溝１２が形成された面を支持基板３０の上面に接合する。これにより、ウエハ状の圧電基板１０とウエハ状の支持基板３０とが接合された接合基板であるウエハ４０が形成される。支持基板３０は、サファイア基板、スピネル基板、又は酸化アルミニウム基板などの絶縁基板である。支持基板３０の厚さは、例えば１００μｍ〜３００μｍである。なお、スピネル基板は、例えばＭｇＡｌ_２Ｏ_４の化学式で表され、スピネル結晶構造を有する。また、スピネル基板は、例えば多結晶基板であり、結晶粒形は例えば１０μｍ〜７０μｍである。

圧電基板１０と支持基板３０の接合は、例えば表面活性化による直接接合法を用いて行う。具体的には、まず、圧電基板１０と支持基板３０とをＲＣＡ洗浄法などで洗浄し、表面、特に接合面に付着している化合物や吸着物などの不純物を除去する。なお、ＲＣＡ洗浄とは、アンモニアと過酸化水素と水とを容積配合比１：１〜２：５〜７で混合した洗浄液や、塩素と過酸化水素水と水とを容積配合比１：１〜２：５〜７で混合した洗浄液などを用いて行われる洗浄方法である。

次に、洗浄した基板を乾燥した後、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス又は酸素のイオンビーム、中性子ビーム、又はプラズマなどを圧電基板１０及び支持基板３０の接合面に照射して、残留した不純物を除去すると共に表層を活性化させる。活性化処理を行うことで、照射面（接合面）には、表面活性化処理として照射した材料の原子を含む、厚さ数ｎｍ程度のアモルファス層が形成される。例えば、圧電基板１０側のアモルファス層は、圧電基板１０を構成する組成原子（例えばタンタル酸リチウムに含まれる原子）と照射ビーム原子（例えばＡｒ原子）とを材料として形成される。同様に、支持基板３０側のアモルファス層は、支持基板３０を構成する組成原子と照射ビーム原子とを材料として形成される。

その後、圧電基板１０に形成されたアモルファス層と支持基板３０に形成されたアモルファス層とを位置合わせして貼り合わせることで、圧電基板１０と支持基板３０との間にアモルファス層を有するウエハ４０が形成される。この貼り合わせ処理は、真空中又は窒素や不活性ガスなどの高純度ガス雰囲気で行うが、大気中で行ってもよい。また、圧電基板１０と支持基板３０とを挟むように加圧する場合もある。なお、この貼り合わせ処理は、常温又は１００℃程度に加熱処理した条件下で行うことができる。このように１００℃程度以下に加熱しつつ接合を行うことで、圧電基板１０と支持基板３０との接合強度を向上させることができる。

なお、ここでは表面活性化の方法として、不活性ガスのイオンビームなどを用いた場合について説明したが、基板の接合面に真空中で中間膜となる材料を成膜することも、表面活性化の手法として有効である。真空中で形成された膜の表面は、汚染物のない活性な状態になるため、接合強度が向上する。この場合、成膜する材料は基板と同じ材料でもよいし、異なる材料を使用することにより接合強度の向上を図ることもできる。また、成膜の前後に不活性ガスのイオンビームなどによる表面活性化法を併用することも接合強度の向上に有効である。

図１（ｃ）のように、圧電基板１０の支持基板３０に接合された面とは反対側の面から圧電基板１０を除去して溝１２を露出させる。圧電基板１０の除去は、例えば砥石６２を用いた研削によって行う。研削後の圧電基板１０の厚さは、例えば５μｍ〜４０μｍである。

図１（ｄ）及び図３（ｂ）のように、圧電基板１０の支持基板３０とは反対側の面に、蒸着法及びリフトオフ法を用いて、弾性波素子２０を形成する。弾性波素子２０は、スパッタ法及びエッチング法を用いて形成してもよい。弾性波素子２０は、例えば弾性表面波共振器である。弾性波素子２０は、例えば１ポート共振器であり、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）とその両側に設けられた反射器Ｒとを備える。ＩＤＴは、１対の櫛形電極２２を備える。櫛形電極２２は、複数の電極指２４と、複数の電極指２４が接続されたバスバー２６と、を備える。１対の櫛形電極２２は、電極指２４がほぼ互い違いに配列するように対向している。ＩＤＴ及び反射器Ｒは、アルミニウム（Ａｌ）などの金属で形成されている。

図２（ａ）のように、ウエハ４０の下面をダイシングテープ６４に貼り付ける。ダイシングテープ６４は、ダイシングリング６６に固定されている。

図２（ｂ）のように、ダイシングブレード７０を用いたダイシングによって、支持基板３０を溝１２において切断する。ダイシングブレード７０は、溝１２の幅よりも細いブレードを用いることが好ましい。また、支持基板３０を完全に切断するために、ダイシングテープ６４の一部にまで切り込みを入れることが好ましい。

図２（ｃ）のように、ウエハ４０は複数のチップに個片化されていることから、複数のチップをダイシングテープ６４からピックアップすることで、実施例１の弾性波デバイス１００が形成される。

図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、支持基板３０の上面に圧電基板１０が接合されている。圧電基板１０上には弾性波素子２０が形成されている。圧電基板１０と支持基板３０とには段差４２が形成されていて、段差４２はほぼ直角形状となっている。これは、図１（ｃ）の工程において、溝１２を露出させるために圧電基板１０を研削によって除去していることから、ダイシングブレード６０の丸みを帯びた先端形状の影響受けた箇所が除去されているためである。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図５（ａ）のように、圧電基板１０を支持基板３０に接合させた後、圧電基板１０を研削によって薄くする。図５（ｂ）のように、ダイシングブレード６０を用いたダイシングによって、圧電基板１０を個片化する際に切断する切断領域（スクライブライン）に溝１２を形成する。その後、実施例１の図１（ｄ）から図２（ｃ）と同様の工程を実施する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、比較例に係る弾性波デバイスを示す断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、比較例の弾性波デバイスでは、支持基板３０まで到達する溝１２及び支持基板３０まで到達しない溝１２のいずれを形成した場合でも、圧電基板１０にチッピング４６が形成され易い。これは、硬度の異なる圧電基板１０と支持基板３０とが接合された状態で圧電基板１０に溝１２を形成しているためである。また、溝１２の底面は、ダイシングブレード６０の先端形状に対応した丸みを帯びた形状となり、ダイシングブレード６０による加工痕（例えば♯２０００相当の粗さ）が生じる。

一方、実施例１によれば、図１（ａ）から図１（ｃ）のように、圧電基板１０に溝１２を形成した後に、圧電基板１０の溝１２が形成された面を支持基板３０の上面に接合し、その後、圧電基板１０の支持基板３０に接合された面とは反対側の面から圧電基板１０を除去して溝１２を露出させている。このように、圧電基板１０を支持基板３０に接合する前に圧電基板１０に溝１２を形成することで、圧電基板１０にチッピングが発生することを抑制できる。

また、実施例１によれば、圧電基板１０の溝１２が形成された面を支持基板３０の上面に接合しているため、基板接合の際に発生した気泡が基板間に残留することを抑制できる。図７（ａ）から図７（ｃ）は、基板接合の際に発生する気泡について説明する図である。図７（ａ）は、比較例の弾性波デバイスのように、溝が形成されていない圧電基板を支持基板に接合させたときの気泡について説明する平面図である。図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、実施例１の弾性波デバイスのように、圧電基板の溝が形成された面を支持基板に接合させたときの気泡について説明する平面図及び断面図である。

図７（ａ）のように、圧電基板１０に溝が形成されていない場合では、圧電基板１０を支持基板３０に接合した際に発生した気泡７２はその場に留まり易い。基板間に気泡７２が存在することで、圧電基板１０と支持基板３０との接合強度が低下してしまう。これに対し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）のように、圧電基板１０の溝１２が形成された面を支持基板３０に接合した場合では、圧電基板１０を支持基板３０に接合した際に発生した気泡７２は溝１２を通って外部に抜け易くなる。このため、圧電基板１０と支持基板３０との間に気泡７２が残留することを抑制でき、圧電基板１０と支持基板３０との接合強度を向上させることができる。

なお、実施例１では、図２（ｂ）のように、ダイシングブレード７０を用いたダイシングによって支持基板３０を切断する場合を例に示したが、レーザダイシングやダイヤモンド針などによって支持基板３０を切断する場合でもよい。

図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図、図８（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）の実施例１の変形例１の弾性波デバイス１１０のように、圧電基板１０と支持基板３０との段差部に圧電基板１０の端面を覆う吸音材５０を形成してもよい。吸音材５０は、例えばシリコーンなど弾性のある樹脂からなる。吸音材５０を形成することで、弾性波が圧電基板１０の端面で反射することを抑制できる。また、圧電基板１０と支持基板３０との段差部に吸音材５０を形成することで、チップサイズが大きくなることを抑制できる。

図８（ｂ）の実施例１の変形例２の弾性波デバイス１２０のように、圧電基板１０と支持基板３０との段差部に圧電基板１０の端面を覆う金属膜５２を形成してもよい。これにより、電磁波などからのシールド効果を強化することができる。また、金属膜５２をオープンスタブとして機能させてもよい。

図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。実施例２では、まず、実施例１の図１（ａ）から図１（ｄ）で説明した工程を実施する。その後、図９（ａ）のように、ダイシングリング６６に固定されたダイシングテープ６４の上面にウエハ４０の下面を貼り付ける。その後、レーザ照射装置７４を用い、溝１２を介して支持基板３０にレーザ光７６を照射する。これにより、支持基板３０の内部であって上から見て溝１２に重なる位置に、レーザ光７６の熱によって支持基板３０の材料が変質した変質領域３２を形成する。変質領域３２は、溝１２と同様に、切断領域（スクライブライン）に沿って形成される。変質領域３２は、支持基板３０の厚さ方向に１又は複数形成される。レーザ光７６の出力パワーによって変質領域３２の大きさが変わり、焦点位置によって支持基板３０の厚さ方向における変質領域３２の形成位置が変わり、移動速度及び／又は照射周波数によって支持基板３０の厚さ方向に交差する方向で隣接する変質領域３２の間隔が変わる。レーザ光７６は、例えばグリーンレーザ光であり、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波である。波長が５００ｎｍ程度のレーザ光７６を用いることにより、支持基板３０の内部に効率良く変質領域３２を形成できる。

図９（ｂ）のように、ウエハ４０の上下を反転させる。支持ステージ７８上に、保護シート８０を介して、ウエハ４０を配置する。ウエハ４０の圧電基板１０側の面が保護シート８０で保護される。圧電基板１０に形成された溝１２の下方の支持ステージ７８には溝８２が設けられている。ダイシングテープ６４の上からブレード８４をウエハ４０に押し当て、溝１２と変質領域３２とが重なる位置においてウエハ４０をブレイクする。

図９（ｃ）のように、ウエハ４０を支持ステージ７８から離脱させる。ウエハ４０の上下を反転させる。ウエハ４０は複数のチップに個片化されていることから、複数のチップをダイシングテープ６４からピックアップすることで、実施例２の弾性波デバイス２００が形成される。

実施例２によれば、図９（ａ）のように、支持基板３０の溝１２と重なる領域にレーザ光７６を照射して支持基板３０に変質領域３２を形成する。その後に、図９（ｂ）のように、支持基板３０を溝１２において切断している。このように、支持基板３０の溝１２と重なる領域に変質領域３２を形成することで、支持基板３０の切断が行い易くなり、支持基板３０の切断時にチッピングが発生することを抑制できる。

また、実施例２によれば、図９（ａ）のように、溝１２を介してレーザ光７６を支持基板３０に照射することで、支持基板３０に変質領域３２を形成している。図１（ａ）から図１（ｃ）で説明したように、溝１２を形成した圧電基板１０を支持基板３０に接合させた後、溝１２が露出するように圧電基板１０を除去しているため、溝１２で露出した支持基板３０の上面にはダイシングブレードによる加工痕は形成されていない。このため、溝１２を介してレーザ光７６を支持基板３０に効率良く照射することができ、変質領域３２を効率良く形成することができる。

また、実施例２によれば、支持基板３０の下面にブレード８４を押し当てて支持基板３０をブレイクすることで支持基板３０を切断している。支持基板３０をブレイクする領域上に圧電基板１０が存在する場合では、圧電基板１０が垂直に切断されない場合があるが、実施例２では、支持基板３０をブレイクする領域上には圧電基板１０が存在せずに溝１２となっているため、切断を良好に行うことができる。また、支持基板３０に変質領域３２が形成されていない場合では、支持基板３０をブレイクによって切断するとチッピングが発生し易いが、支持基板３０に変質領域３２を形成した場合、支持基板３０をブレイクによって切断してもチッピングが発生することを抑制できる。

なお、実施例２では、支持基板３０の上面からレーザ光７６を照射して変質領域３２を形成する場合を例に示したが、支持基板３０の下面からレーザ光７６を照射して変質領域３２を形成してもよい。

なお、実施例２では、ステルスレーザ加工によって支持基板３０に変質領域３２を形成する場合を例に示したが、この場合に限られない。図１０は、アブレーションレーザ加工によって支持基板に溝を形成する場合の断面図である。図１０のように、レーザ照射装置７４ａを用い、支持基板３０の溝１２に重なる領域に溝１２を介してレーザ光７６ａを照射して、支持基板３０の上面に溝３４を形成してもよい。溝３４の深さは、例えば３０μｍ〜１００μｍである。溝３４を形成する場合、レーザ光７６ａは、例えばグリーン光やＵＶ光を用いてもよい。溝３４を形成した後、図９（ｂ）及び図９（ｃ）と同様の工程を行う。なお、図１０では、支持基板３０の上面に溝３４を形成する場合を例に示したが、支持基板３０の下面に溝３４を形成してもよい。

実施例１及び実施例２において、支持基板３０は、サファイア基板、スピネル基板、及び酸化アルミニウム基板のように圧電基板１０の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有することが好ましい。これにより、圧電基板１０の電気機械結合係数の温度変化が打ち消され、弾性波デバイスの特性が安定する。また、サファイア基板、スピネル基板、及び酸化アルミニウム基板は比較的硬度が高いことから、圧電基板１０を支持基板３０に接合した状態で圧電基板１０に溝を形成するとチッピングが発生し易い。したがって、支持基板３０がサファイア基板、スピネル基板、又は酸化アルミニウム基板である場合に本実施例を適用することが好ましい。また、圧電基板１０は、ニオブ酸リチウム基板（ＬｉＮｂＯ_３）などのタンタル酸リチウム基板以外の基板でもよい。

弾性波デバイスとしては、弾性表面波デバイスの場合に限られず、弾性境界波デバイス、ラブ波デバイス、圧電薄膜共振器を用いることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 圧電基板
１２ 溝
２０ 弾性波素子
２２ 櫛形電極
２４ 電極指
２６ バスバー
３０ 支持基板
３２ 変質領域
３４ 溝
４０ ウエハ
４２ 段差
４６ チッピング
５０ 吸音材
５２ 金属膜
６０、７０ ダイシングブレード
６２ 砥石
６４ ダイシングテープ
６６ ダイシングリング
７２ 気泡
７４、７４ａ レーザ照射装置
７６、７６ａ レーザ光
７８ 支持ステージ
８０ 保護シート
８２ 溝
８４ ブレード
１００〜２００ 弾性波デバイス

Claims (7)

1. 圧電基板に第１溝を形成する工程と、
   前記圧電基板の前記第１溝が形成された面を支持基板の上面に接合する工程と、
   前記圧電基板を前記支持基板に接合した後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面から前記圧電基板を除去して前記第１溝を露出させる工程と、
   前記第１溝を露出させた後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面に弾性波素子を形成する工程と、
   前記弾性波素子を形成した後、前記支持基板を前記第１溝において切断する工程と、を備える弾性波デバイスの製造方法。
2. 前記支持基板の前記第１溝と重なる領域にレーザ光を照射して前記支持基板に変質領域を形成する工程を備え、
   前記切断する工程は、前記変質領域を形成した後に行う、請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
3. 前記支持基板の前記第１溝と重なる領域にレーザ光を照射して前記支持基板の表面に第２溝を形成する工程を備え、
   前記切断する工程は、前記第２溝を形成した後に行う、請求項１記載の弾性波デバイスの製造方法。
4. 前記支持基板への前記レーザ光の照射は前記第１溝を介して行われる、請求項２または３記載の弾性波デバイスの製造方法。
5. 前記切断する工程は、前記支持基板の下面にブレードを押し当てることにより、前記支持基板をブレイクする工程を含む、請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
6. 前記支持基板は、サファイア基板、スピネル基板、又は酸化アルミニウム基板である、請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイスの製造方法。
7. 圧電基板の主面のうちの前記圧電基板を個片化する際の切断領域に溝を形成する工程と、
   前記圧電基板の前記溝が形成された面と支持基板の上面とを直接接合または真空中で形成された中間膜を介し接合する工程と、
   前記圧電基板を前記支持基板に接合した後、前記圧電基板の前記支持基板に接合された面とは反対側の面から前記圧電基板を除去して前記溝を露出させる工程と、を備えるウエハの製造方法。

Images