JP2003110390A - 弾性表面波素子用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロクラックの層の厚みに着目し、割れ
発生や反りの問題が生じない優れた弾性表面波素子用基
板を提供すること。 【解決手段】 タンタル酸リチウム単結晶から成り、一
方主面に弾性表面波を発生させる励振電極を形成する弾
性表面波素子用基板であって、前記基板の他方主面１の
算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２〜０．３μｍであり、か
つ他方主面の最も低い表面からのマイクロクラック層が
１μｍ以内であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波フィル
タ等の弾性表面波デバイスに用いられる弾性表面波（Ｓ
ＡＷ）素子用基板に関する。

【０００２】

【発明の背景】タンタル酸リチウム単結晶ウエハは、そ
の圧電特性を利用した弾性表面波フィルタ等の弾性表面
波デバイスに多く用いられている。

【０００３】現在、弾性表面波フィルタに使用されるタ
ンタル酸リチウム単結晶ウエハは、その表面は鏡面研磨
されているのに対し、裏面はその面からの反射波の影響
を防ぐために粗面化される。

【０００４】この粗面化には、例えば＃１０００〜＃２
０００程度の比較的粗い砥粒を用い、荷重をかけて研磨
して行うため、その表層はマイクロクラック、亜粒界、
双晶等の欠陥が非常に多数存在する。本発明者は実際に
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてこのようなウエハ
の断面を観察した結果、１．２〜２．５μｍ程度以上の
深さまで欠陥が多数存在することが見出された。

【０００５】これらの欠陥のうち、特にマイクロクラッ
クが存在すると、ウエハの昇降温の際に生じる熱衝撃に
より割れ易かったり、焦電効果等の原因で帯電した場合
にウエハが大きく反ったり、ウエハ加工過程及びデバイ
スプロセス過程において、歩留まりの低下をはじめとす
る深刻な問題が生じることが判明した。

【０００６】そこで本発明は、マイクロクラック層の厚
みに着目し、割れ発生や反りの問題が生じない優れた弾
性表面波素子用基板を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】単結晶ウエハ加工あるい
はデバイスプロセス中におけるクラックは、その起点は
二種類あるものと考察される。すなわち、一つはウエハ
外周部におけるマイクロクラックであり、もう一つはウ
エハ裏面におけるマイクロクラックである。このうち外
周部のマイクロクラックに関しては、特公平５−３４３
８号公報あるいは特開２００１−１３０９９７号公報に
開示されているように、面取りや外周部の算術平均粗さ
（Ｒａ）を制御する等の方法が有効であると思われる。

【０００８】しかし、もう一つの起点であるウエハ裏面
（励振電極が形成されない面）は、弾性表面波デバイス
に適用する場合、算術平均粗さ（Ｒａ）に制約があるた
め、表面を滑らかにすることにより解決することはでき
ない。そのため、算術平均粗さ（Ｒａ）を変化させるこ
となくマイクロクラックを低減することが要求される。

【０００９】また、タンタル酸リチウム単結晶ウエハの
帯電時における反りに関しては、裏面がいずれかの極性
に帯電した場合、裏面のマイクロクラックが電気的な反
発力により互いに広がるために、裏面が全体として凸と
なるように反るものと考察される。この問題に対して
も、裏面のマイクロクラックを低減することが有効であ
ると考えられる。

【００１０】以上の考察から上記問題解決には、裏面の
マイクロクラックの程度がいかなるものであれば、ウエ
ハのクラック（割れ）及び反りの問題が生じないかを見
出す必要があり、本発明者は上記目的を達成するため
に、タンタル酸リチウム単結晶から成る基板（ウエハ）
の一方主面に、弾性表面波を発生させる励振電極を形成
する場合において、反射波の影響を防ぐために前記基板
の他方主面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．４μ
ｍである場合は、この他方主面の最も低い表面からのマ
イクロクラック層が１μｍ以下でなければならないこと
とした。さらに、前記マイクロクラック層の厚みをフッ
硝酸のエッチングにより制御することとした。

【００１１】ここで、マイクロクラック層とは、以下の
ように定義するものとする。図１において、ウエハ裏面
１は粗面であるため、無数の山１ａ及び谷１ｂより形成
されているが、マイクロクラック２は谷１ｂの最下点で
ある付け根部分（最も低い表面）からウエハ内部に走っ
ているものが多い。従って、谷１ｂの最下点（最も低い
面）よりマイクロクラックが存在する範囲をマイクロク
ラック層３とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て詳細に説明する。

【００１３】まず、チョクラルスキー（ＣＺ）法によ
り、タンタル酸リチウム単結晶を育成する。この育成の
際に、単結晶を引上げる方位は最終的に用いるウエハ面
に垂直な方向とするのが望ましい。

【００１４】結晶育成により得られたインゴットは、ウ
エハ径と同様の径となるように円筒研削され、その後、
ウエハ（基板）面が所定の方位になるように、マルチワ
イヤーソー等を用いて所定の厚みにスライスされる。

【００１５】スライスされたウエハは両面ラップ研磨さ
れるが、裏面側のラップ研磨面は基本的にはこのラップ
研磨面のままとなるため、マイクロクラック層を１μｍ
以下とするような条件でラップ研磨する必要がある。マ
イクロクラックを低減するには表面をできるだけ滑らか
にし、加工圧をできるだけ小さくするのが好ましいが、
表面粗さについては反射波の影響を避けるために算術平
均粗さ（Ｒａ）は０．１〜０．４μｍにしなければなら
ない。従って、加工圧を小さくすることでマイクロクラ
ックを低減する。

【００１６】ラップ研磨には、最終的に裏面となる面を
所定の粗さに加工すること以外に、切断歪の除去やウエ
ハ厚みを最終的な厚みに表面のポリッシュしろを加えた
厚みまで落とすなどの意味があるため、ラップ研磨によ
り１００〜２００μｍ程度は研磨して厚みを落とさなけ
ればならない。そのため加工圧を小さくしすぎると加工
効率が著しく低下するため、加工効率を下げずにマイク
ロクラックを低減するために、ラップ研磨工程を二段階
にするとよい。

【００１７】すなわち、一段階目では通常の加工圧にて
ラップ研磨上がりの厚みプラス２０μｍ程度まで研磨
し、二段階目でマイクロクラックを抑えるべく加工圧を
小さくし所定の厚さまでラップ研磨する。良好な結果が
得られる具体的な条件を一つ挙げるとすると、砥粒の番
手は＃２０００、一段階目の加工圧４．９ｋＰａ（＝５
０ｇｆ／ｃｍ²）でラップ研磨上がりプラス２０μｍの
厚みまでラップ研磨する、二段階目は加工圧０．９８ｋ
Ｐａ（＝１０ｇｆ／ｃｍ²）で残りの２０μｍの厚み分
を研磨する。しかし、この条件に限定されるものではな
い。

【００１８】マイクロクラックの低減には、ラップ研磨
条件を変えることのみでは達成できず、必ず熱フッ硝酸
によるエッチングを組み合わせなければならない。この
理由は、加工圧を小さくすることにより、マイクロクラ
ック層を低減することはできるが、＃２０００程度の砥
粒で研磨する以上、本発明で提案しているマイクロクラ
ック層を１μｍ以下にすることはほぼ不可能であるから
である。

【００１９】また、エッチングするとマイクロクラック
部が特に選択的に溶かされる傾向にあるため、エッチン
グによりマイクロクラックを無くす、あるいは減らすこ
とが可能となる。エッチングに関しても、マイクロクラ
ックを低減するには十分時間をかけて行うのが好ましい
が、エッチング条件の好適例は前記ラップ研磨条件にて
加工したウエハに対して、１：１のフッ硝酸を用いて８
５℃で５時間のエッチングでマイクロクラック層が１μ
ｍ以下とすることができる。

【００２０】次に、裏面のマイクロクラック層の深さ
と、加工工程あるいはデバイスプロセス中に発生するク
ラック及び反りとの関係を調査するために、ラップ研磨
条件及びラップ研磨後の熱フッ硝酸によるエッチング時
間を変化させ、裏面欠陥層の厚さが０．６〜２．１μｍ
となる５種類のタンタル酸リチウム単結晶ウエハを作製
した。

【００２１】ここで、欠陥層の深さはＴＥＭ（透過電子
顕微鏡）により分析した。これらのウエハについて、熱
衝撃によるクラック及び表面を鏡面研磨した後、ウエハ
が帯電した際の反りを調べた結果、表１に示すように、
欠陥層の深さが１μｍ以内であればクラック（割れ）及
び反りの問題が生じないことが判明した。

【００２２】

【表１】

【００２３】ここで、熱衝撃試験は１００℃に加熱した
ウエハを１０℃／ｓｅｃのレートで２０℃まで降温し、
クラック発生の有無を調べるという方法で行った。ま
た、ウエハの帯電による反りは、ウエハからの距離２０
ｍｍで１０ｋＶとなる表面電荷密度であるときの反りを
ＷＡＲＰ（日本デバイス工業会 技術標準ＱＩＡＪ−Ｂ
−００７ ２０００年２月１０日制定を参照）で表した
もので、一般には６０μｍ以内であることが望ましい。

【００２４】上記の結果から、タンタル酸リチウム単結
晶ウエハ裏面の欠陥層の深さを1μｍ以内に制御するこ
とにより、クラックや反り等の問題を防ぎ、ウエハ加工
やデバイスプロセスにおいて高い歩留まりを達成するこ
とができる。

【００２５】なお、ここで挙げた加工方法は一例であっ
て、本発明を有効に実施するには最終的に本発明で提案
しているようなマイクロクラック層が１μｍ以下になっ
ていれば良く、上記のラップ研磨及びエッチング条件に
限定されるわけではないが、特に、フッ硝酸を用いてマ
イクロクラック層の厚みを制御することは、取扱いが容
易で他のエッチャントと比較して迅速に制御できるので
好適である。

【００２６】

【実施例】（実施例）次に、本発明の具体的な実施例及
び比較例について説明する。

【００２７】高周波加熱式ＣＺ法単結晶育成炉を用い、
直径１０８ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒型のタンタル酸
リチウム単結晶を育成した。これを円筒研削装置で直径
１００ｍｍに円筒研削し、さらにマルチワイヤーソーを
用いてスライスし、結晶方位４２°ｒｏｔＹ、厚さ６０
０μｍのウエハを１００枚得た。このウエハをラッピン
グマシンにより、＃２０００の砥粒を用いてラッピング
加工を施した。

【００２８】ラッピングの際、まず加工圧４．９ｋＰａ
にて４００μｍの厚さまで研磨し、続いて加工圧０．９
８ｋＰａにて３８０μｍまで研磨した。ラッピングされ
たウエハは８５℃の１：１のフッ硝酸を用いて５時間エ
ッチングした。このときのウエハ裏面（励振電極を形成
しない側の面）における算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１
〜０．４μｍであった。

【００２９】こうして得られたウエハをＴＥＭを用いて
断面を観察したところ、マイクロクラック層は平均０．
８μｍであり、通常のウエハに比べ格段に良い特性を示
した。これらのウエハをポリッシング、洗浄等の後工程
に流したところ、この工程でのクラックやウエハ反りに
よる不良は全く発生しなかった。 （比較例）実施例と同様な方法で、１本のタンタル酸リ
チウム単結晶インゴットより、結晶方位４２°ｒｏｔ
Ｙ、厚さ６００μｍのアズスライスウエハを１００枚得
た。これらのウエハをラッピングマシンにより、＃２０
００の砥粒を用いてラッピングを行ったが、実施例とは
異なり加工圧４．９ｋＰａにて３８０μｍの厚さまで研
磨し二次ラップ研磨は行わなかった。またエッチングは
８５℃の１：１フッ硝酸を用いて１時間エッチングし
た。このようにして得られたをＴＥＭを用いて断面を観
察したところ、マイクロクラック層は平均１．３μｍで
あった。これらのウエハをポリッシング、洗浄等の後工
程に流したところ、その後の加工工程中に２０％にクラ
ックが入り、反りについても６０μｍを超えるものが約
８０％あり、ウエハ加工の最終歩留まりは６４％にとど
まり非常に悪い結果であった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波素子用基板によれば、タンタル酸リチウム単結晶から
成る基板の一方主面に、弾性表面波を発生させる励振電
極を形成する場合において、前記基板の他方主面の算術
平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．４μｍで、かつ他方主
面の最も低い表面からのマイクロクラック層が１μｍ以
下とすることにより、クラック（割れ）や反り等の発生
により歩留まり低下を大幅に改善することができる。

【００３１】さらに、マイクロクラック層の厚みの制御
をフッ硝酸によるエッチングで行うことにより簡便でか
つ迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マイクロクラック層の定義を説明する断面図で
ある。

【符号の説明】

１：ウエハ裏面 １ａ：山 １ｂ：谷 ２：マイクロクラック ３：マイクロクラック層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンタル酸リチウム単結晶から成り、一
   方主面に弾性表面波を発生させる励振電極を形成する弾
   性表面波素子用基板であって、前記基板の他方主面の算
   術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．４μｍであり、かつ
   該他方主面の最も低い表面からのマイクロクラック層の
   厚みが１μｍ以下であることを特徴とする弾性表面波素
   子用基板。
2. 【請求項２】 前記マイクロクラック層の厚みをフッ硝
   酸のエッチングにより制御するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の弾性表面波素子用基板。