JP7119706B2 - 圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法 - Google Patents
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まず、図1を参照し、単結晶ウエハ(圧電性酸化物単結晶ウエハあるいは、単にウエハともいう)Wの製造方法を工程毎に説明する。図1は、第1実施形態に係る単結晶ウエハWを製造する方法を工程毎に説明するフロー図である。
本実施形態において、圧電性酸化物単結晶とは、ニオブ酸リチウムLiNbO3単結晶(LN)、タンタル酸リチウムLiTaO3単結晶(LT)のほか、イットリウムアルミニウムガーネットY3Al5O12単結晶(YAG)も包含される。以下、LT単結晶を圧電性酸化物単結晶の代表例として説明する。
LT単結晶は、先ずスライス工程で、ワイヤーにダイヤモンド砥石を被着させたワイヤーソー(切断装置)等により、所望の結晶方位に沿って、所定の厚さの円盤状の単結晶ウエハWにスライスされる(S1)。
次に、エッジポリッシュ工程で、研磨液を供給しながら、粗研磨された単結晶ウエハWの端面を特定の有機樹脂弾性体Rと接触させて研磨する(S4)。単結晶ウエハWの周縁は、コロイダルシリカなどのスラリーを用いたメカノケミカルポリッシュにより、端面に残ったベベリング加工した時の加工痕(ベベル残り)がこの工程で除去される。鏡面研磨するメカノケミカルポリッシュでは、コロイダルシリカと呼ばれる微粒子を水中に分散したスラリーを研磨材として用いる。
次に、第2実施形態の圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図3~図10は、第2実施形態に係るエッジポリッシュ加工に使用される装置、加工要領を示す図面である。
研磨体20は、ウエハ積載体10の外周部に接触し、研磨液供給部3から研磨液の供給を受けて単結晶ウエハWの端面の傾斜部34を研磨する部材であり、図7のように、研磨体20の外周部21には弾性ロールが形成されている。弾性ロールは、材質によって限定されないが、アスカーC硬度が15以上30以下の有機樹脂弾性体Rでなければならない。
ウエハ積載体10は、図5のように、単結晶ウエハWをスペーサ11で挟んで交互に積層した積載体であり、図6に一部拡大図を示している。単結晶ウエハWは、前述したように、タンタル酸リチウムLiTaO3(LT)などの圧電性酸化物単結晶を、ワイヤーソーなどの切断装置により切断し、端部の角部33をベベル加工し、表裏面をラッピング加工したものである。LT単結晶ウエハWは、通常、直径が3インチ~6インチ(76.2mm~152.4mm)、厚さが0.1mm~0.5mm程度の円盤状である。
次に、ウエハエッジポリッシュ工程について説明する。ウエハエッジポリッシュ工程(S4)では、ウエハ積載体10に研磨体20である弾性ロールの外周部21を接触させて、同時に接触部22に研磨液を供給することで、単結晶ウエハWの端面の傾斜部34の研磨を行う。本実施形態では、円筒体23の外周部にアスカーC硬度が15以上30以下の有機樹脂弾性体Rで弾性ロールを形成した研磨体20を使用する。
チョクラルスキー法によりLT単結晶を育成した後、得られたバルクを650℃に加熱し、300Vの電圧を印加して、1時間のポーリングを行って、LT単結晶に単一分極化の処理を施した。その後、端部カットおよび円筒研削をした後、ワイヤーソー(株式会社タカトリ製、MWS-612)を用いて、直径6インチ(152.4mm)、厚さ0.42mmのLT単結晶ウエハにスライスした。
次に、べべリング装置を用いて、外周およびオリフラ部にベベリング加工し、外周およびオリフラ部に面取りを施した。この時に単結晶ウエハの直径は150.0mmとした。その後、スラリー供給タンクを備えた、両面ラッピング装置を使用して、これらのLT単結晶ウエハをGC#1000の番手の炭化ケイ素の砥粒と水から成るスラリーを用いて、両面ラッピングを施した。単結晶ウエハの厚さが0.38になるまで研磨した。
引き続き、エッジポリッシュを行った。まず、エッジポリッシュ装置のクランプ治具内に、単結晶ウエハとスペーサを交互に積載した。スペーサは、外径146mm、厚さ0.35mmのウレタンゴムとした。このとき、単結晶ウエハはスペーサから2mm程度はみ出るようになった。このようにした後、クランプ治具により単結晶ウエハ100枚とスペーサからなるウエハ積載体を固定した。研磨体は、外径100mmの金属製円筒体の外周に形成した弾性ロールとした。弾性ロールの材料は、厚さ20mmのアスカーC硬度が15の多孔質なスポンジ状のポリウレタンを選択した。
エッジポリッシュ加工では、研磨体をウエハ積載体に接触させ、回転させながら、研磨体の弾性ロールがウエハ積載体のスペーサに接触する程度に押し付けた。コロイダルシリカのスラリーを研磨液とし、ウエハ積載体と研磨体の接触部に噴射法により供給した。ウエハ積載体の回転を7rpm、研磨体の回転を1200rpmとして研磨し、研磨体を上下にも11往復/分としてスライドさせた。
エッジポリッシュ加工を行った後、前記の要領で、ベベル加工痕(ベベル残り)の有無及び単結晶ウエハWの表裏面の先端部の透明化不良の有無を確認した。単結晶ウエハ端面にベベル加工痕のある単結晶ウエハはなく、端部の直径方向に向かって透明化不良もなかった。結果を表1に示す。
アスカーC硬度20のポリウレタンの弾性ロールを用いた以外は実施例1と同様にして単結晶ウエハのエッジポリッシュを行った。
直径6インチ(152.4mm)、厚さ0.42mmのLT単結晶ウエハをベベリング加工により、外周、オリフラの面取りした後、厚さが0.38mmになるまで両面ラッピングを施した。その後、アスカーC硬度が20のポリウレタンの弾性ロールで、100枚の単結晶ウエハに、エッジポリッシュを施した。
エッジポリッシュ加工を行った後、前記の要領でベベル加工痕(ベベル残り)の有無及び単結晶ウエハWの表裏面の先端部の透明化不良の有無を確認した。単結晶ウエハ端面にベベル加工痕のある単結晶ウエハはなく、端部の直径方向に向かって透明化不良もなかった。結果を表1に示す。
アスカーC硬度30のポリウレタンの弾性ロールを用いた以外は実施例1と同様にして単結晶ウエハのエッジポリッシュを行った。
直径6インチ(152.4mm)、厚さ0.42mmのLT単結晶ウエハを作製し、ベベリング加工により、外周、オリフラの面取りを施した後、厚さが0.38mmになるまで両面ラッピングを施した。その後、アスカーC硬度が30のポリウレタンの弾性ロールで、100枚の単結晶ウエハに、エッジポリッシュを施した。
エッジポリッシュ加工を行った後、前記の要領でベベル加工痕(ベベル残り)の有無及び単結晶ウエハWの表裏面の先端部の透明化不良の有無を確認した。単結晶ウエハ端面にベベル加工痕のある単結晶ウエハはなく、端部の直径方向に向かって透明化不良もなかった。結果を表1に示す。
アスカーC硬度10のポリウレタンの弾性ロールを用いた以外は実施例1と同様にして単結晶ウエハのエッジポリッシュを行った。
直径6インチ、厚さ0.42mm、外周およびオリフラに面取りを施したLT単結晶ウエハに両面ラッピングを行い、厚さ0.38mmとした後、アスカーC硬度が10のポリウレタンの弾性ロールで、100枚の単結晶ウエハに、エッジポリッシュを施した。
エッジポリッシュ加工を行った後、前記の要領でベベル加工痕(ベベル残り)の有無及び単結晶ウエハWの表裏面の先端部の透明化不良の有無を確認した。ベベル加工痕はないものの、ポリウレタンの弾性ロールが入り込み過ぎて研磨されたことにより、外周およびオリフラ部に透明化不良が起きた。
アスカーC硬度40のポリウレタンの弾性ロールを用いた以外は実施例1と同様にして単結晶ウエハのエッジポリッシュを行った。
直径6インチ、厚さ0.42mm、外周およびオリフラに面取りを施したLT単結晶ウエハに両面ラッピングを行い、厚さ0.38mmとした後、アスカーC硬度が40のポリウレタンの弾性ロールで、100枚の単結晶ウエハに、エッジポリッシュを施した。
エッジポリッシュ加工を行った後、前記の要領でベベル加工痕(ベベル残り)の有無及び単結晶ウエハWの表裏面の先端部の透明化不良の有無を確認した。すべての単結晶ウエハにベベル加工痕が見られた。ポリウレタンが硬すぎてエッジ先端部しか研磨されないためと推測する。
以上の結果を示す表1から、実施例1~3では、アスカーC硬度が本発明の範囲にあるポリウレタンを弾性ロールとして用いたため、ベベル加工痕及び単結晶ウエハ表裏面の研磨不具合は生じていないことが分かる。これに対して、比較例1では、ポリウレタンのアスカーC硬度が小さすぎたため、弾性ロールが入り込み過ぎて、外周およびオリフラ部に透明化不良が起きており、また、比較例2では、ポリウレタンのアスカーC硬度が大きすぎたので、エッジ先端部しか研磨されず、すべての単結晶ウエハにベベル加工痕が生じたと推測される。
W 単結晶ウエハ(圧電性酸化物単結晶ウエハ)
R 有機樹脂弾性体
B1 連続気泡
S シリカ粒子
1 エッジポリッシュ装置
2 ウエハクランプ治具
3 研磨液供給部
4 ステージ部
10 ウエハ積載体
11 スペーサ
20 研磨体
21 弾性ロール(外周部)
22 接触部
23 円筒体
24 連結穴
30 ベベリング装置
31 ウエハ保持台
32 面取り用砥石
33 角部
34 傾斜部
Claims (5)
- 圧電性酸化物単結晶のインゴットをワイヤーソーによりスライスして単結晶ウエハとするスライス工程と、前記単結晶ウエハの端面を面取りするベベリング工程と、前記単結晶ウエハの両面を粗研磨するラッピング工程と、前記単結晶ウエハの端面を鏡面研磨するエッジポリッシュ工程と、前記単結晶ウエハの表裏いずれか一方の面を鏡面研磨するポリッシング工程とを有する圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法において、
前記圧電性酸化物単結晶は、タンタル酸リチウム単結晶、またはニオブ酸リチウム単結晶であり、
前記エッジポリッシュ工程の際に、研磨液を供給しながら、前記単結晶ウエハの端面をアスカーC硬度が15~30の有機樹脂弾性体を研磨材として接触させ、前記研磨材を前記単結晶ウエハの中心軸と平行な方向にスライドさせて研磨することを特徴とする圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法。 - 前記エッジポリッシュ工程では、前記単結晶ウエハの間にスペーサを挿入し複数枚積層してウエハ積載体を形成し、ウエハクランプ治具で挟持するように固定した後、前記有機樹脂弾性体を外周側に設けた弾性ロールの外周部を前記ウエハ積載体の外周部と接触させ、前記弾性ロールと前記ウエハ積載体に研磨液を供給しながら、前記単結晶ウエハの端面を研磨することを特徴とする、請求項1に記載の圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法。
- 前記スペーサは、厚さが前記単結晶ウエハと同一又はほぼ同一の弾性体であることを特徴とする、請求項2に記載の圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法。
- 前記有機樹脂弾性体は、厚さが20mm以上であり、長さが前記ウエハ積載体の高さ以上のポリウレタンであることを特徴とする、請求項2又は3に記載の圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法。
- 前記ウエハ積載体は、前記単結晶ウエハの枚数が20~150枚であることを特徴とする、請求項2~4のいずれか1項に記載の圧電性酸化物単結晶ウエハの製造方法。
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