JP3866887B2

JP3866887B2 - 圧電性単結晶ウエーハ

Info

Publication number: JP3866887B2
Application number: JP30640499A
Authority: JP
Inventors: 嘉幸塩野; 由則桑原; 俊彦流王
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001130997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電性単結晶ウエーハ、特に弾性表面波又は擬似弾性表面波デバイスの作製に使用される圧電性単結晶ウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波デバイス又は擬似弾性表面波デバイスは、電気信号をそれぞれ弾性表面波又は擬似弾性表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、従来、フィルタ、共振子、遅延線などに用いられている。
【０００３】
このような弾性表面波デバイス又は擬似弾性表面波デバイスの作製手順としては、まず、適当な単結晶育成法により圧電性を有する単結晶棒を育成、例えばチョクラルスキー法（ＣＺ法）によりタンタル酸リチウム単結晶棒を育成し、この単結晶棒を、軸に垂直な断面が円形状となるように加工し、さらに一定の結晶面方位を有するウエーハに切断する。次いで、該ウエーハの弾性表面波又は擬似弾性表面波を送受信する電極が形成されるウエーハ表面に鏡面研磨加工を施し、さらに鏡面研磨されたウエーハ表面上に主としてＡｌからなる電極を一定の方位に形成した後、チップ状に切り出すことによってデバイスが作製される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように作製される弾性表面波又は擬似弾性表面波デバイスは、近年、爆発的に普及している移動体通信用フィルタとしての需要が非常に高まっている。この移動体通信用フィルタは低コストが強く要求され、フィルタ製造歩留りが製造コストを大きく左右する。
【０００５】
フィルタ製造不良の要因は様々であるが、とりわけ、ウエーハ表面上に付着した微小異物（粒子）が原因と考えられる不良とウエーハの割れによるものが多くを占めていた。最近の移動体通信用フィルタは０．１〜３ＧＨｚ、特に１〜２．５ＧＨｚの周波数領域で使用されることが多く、１μｍ以下の線幅の電極も要求されている。そのため、従来は問題とならなかった数μｍの微小異物も現在は大きな問題となっている。例えば、ウエーハ表面上に数μｍの微小異物が付着したまま電極形成を行うと、その付着した部分には電極が形成されず、所望の伝搬特性を得ることができなくなってしまう。その結果、歩留りが低下し、製造コストも上昇してしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電極が形成される表面上に付着する微小異物及びウエーハの割れが大幅に低減される圧電性単結晶ウエーハを提供し、ひいては優れた特性を有するフィルタ等が良好な製造歩留りで得られる圧電性単結晶ウエーハ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】
本発明者らは、ウエーハ表面上に付着した微小異物について詳細に調査、解析を行ったところ、ウエーハを構成している単結晶と同じ材質の微小粒子の付着が多く見られることを突き止めた。また、このように単結晶と同じ材質の微小粒子はウエーハ外周に近いほど多く見られることを突き止めた。これらの微小粒子の発生についてさらに詳細に調査したところ、圧電性単結晶ウエーハは、例えばシリコンのようなウエーハに比べて極端に割れやすく、ウエーハ外周面の微小凹凸は小さな衝撃でも凸部が欠けて微小粒子としてウエーハ外周付近に付着する。また、ウエーハ外周面の微小凹凸からウエーハの割れが発生していることを突き止めた。
【０００８】
これらの知見に基き、本発明者らは、以下のような圧電性単結晶ウエーハを提供することでウエーハ外周付近への微小粒子の付着を抑制し、ウエーハの割れを防止することを見出した。さらに、このようなウエーハを用いて弾性表面波又は擬似弾性表面波デバイスを作製することにより、優れた伝搬特性を有するフィルタ等のデバイスを歩留り良く作製できることを突き止め、本発明の完成に至った。
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明によれば、弾性表面波又は擬似弾性表面波を送受信するための電極が形成されるウエーハ表面及びその裏面を除く外周面の表面粗さＲａが、２．３μｍ以下であることを特徴とする圧電性単結晶ウエーハが提供される。
【００１０】
ウエーハの外周面を上記のように２．３μｍ以下の表面粗さＲａとすることにより、ウエーハの外周面が非常に滑らかとなってウエーハの割れを防ぐことができる。また、微小粒子の発生原因となる凸部もほとんど無くなる。従って、ウエーハ表面に電極を形成するための成膜工程やフォトリソグラフィ工程での搬送、吸着でのクラックの発生がほとんど無くなり、ウエーハの割れを防ぐことができる。さらに、容器との擦れ、ハンドリング等によりウエーハ自体、特にその外周面が削れて発生する微小粒子もほとんど無く、結果的にウエーハ表面上に付着する微小粒子が著しく減少する。
また、このように外周面の表面粗さが小さい圧電性単結晶ウエーハは、表面上に微小異物（粒子）がほとんど付着していないため、該表面上に電極を形成する際、微小異物が原因で電極が形成されない部分が無くなり、優れた伝搬特性を有するフィルタ等のデバイスを高い歩留りで作製することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記圧電性単結晶ウエーハは、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、又は水晶からなることが好ましい。特に、タンタル酸リチウム単結晶からなる圧電性単結晶ウエーハは、バランスのとれた弾性表面波又は擬似弾性表面波伝搬特性を示す。
【００１２】
さらに好ましくは、前記圧電性単結晶ウエーハは、電極が形成されるウエーハ表面がＸ軸と平行であり、且つ該ウエーハ表面の垂線とＹ軸（但し、単結晶のａ軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸としたときに、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。）との成す角度が３３〜４６°の範囲にある（以後３３〜４６°Ｙカットと記す）タンタル酸リチウム単結晶ウエーハである。
このように、圧電性単結晶ウエーハが上記のようなタンタル酸リチウム単結晶であれば、該圧電性単結晶ウエーハは、ウエーハ表面上に微小粒子が付着していない状態で電極を形成することで、特に一層優れた擬似弾性表面波伝搬特性を示す。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１４】
前記したように、本発明に係る圧電性単結晶ウエーハは、弾性表面波又は擬似弾性表面波を送受信するための電極が形成されるウエーハ表面及びその裏面を除く外周面の表面粗さＲａが、２．３μｍ以下であることを特徴としている。なお、本発明で言うウエーハの「外周面」とはその形状には特に限定されず、電極が形成されるウエーハ表面とその裏面を除く全ての面のことを意味し、一般的に、面取り面、あるいは外周縁面とも呼ばれるが、特にそれらの文言に拘泥されるものでない。
【００１５】
このように外周面の表面粗さＲａを２．３μｍ以下とすることで、外周面上に形成される凹凸部がほとんど無くなり、ウエーハ表面に電極を形成するための成膜工程やフォトリソグラフィ工程での搬送、吸着での微小粒子の発生やウエーハの割れを防止することができる。また、容器との擦れ、ハンドリング等においても該単結晶自体に由来する微小粒子もほとんど発生しない。そのため、ウエーハ表面上に付着する微小粒子もほとんど無く、これを用いたデバイス作製においても、電極が形成されない不良箇所が無くなり、優れた伝搬特性を有するフィルタ等のデバイスを高い歩留りで作製することができる。
【００１６】
本発明の圧電性単結晶ウエーハの材質としては、前記タンタル酸リチウムのほか、圧電性単結晶として良好な圧電性を有し、ウエーハとした時に優れた弾性表面波又は擬似弾性表面波特性を示すものであれば、全て適用できる。具体的には、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、又は水晶が挙げられるが、特に、タンタル酸リチウムが好ましい。
【００１７】
また、近年の移動体通信の普及に伴い、３３〜４６°Ｙカットタンタル酸リチウムを用いたフィルタが多く使用され、このフィルタは特に速度偏差が小さいことが要求されているので、３３〜４６°Ｙカットタンタル酸リチウムにおいて本発明を適用するのが特に好ましい。なお、ここでは、タンタル酸リチウム単結晶のａ軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸としたときに、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。
【００１８】
図１は、このような好適なウエーハ表面を有するウエーハの面方位を説明する図である。図１中、１はウエーハ表面を示し、２はウエーハ表面１の垂線方向（即ち３３〜４６°回転Ｙ方向）を示す。図１から判るように、３３〜４６°Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶ウエーハにおいては、ウエーハ表面１はＸ軸と平行であり、且つウエーハ表面１の垂線方向２とＹ軸との成す角度は３３〜４６°となっている。
【００１９】
なお、圧電性単結晶の育成法としては、ＦＺ法、ボート法等、種々の方法が挙げられるが、特には結晶引上げ法（ＣＺ法）を好適に利用することができる。即ち、圧電性単結晶原料（例えばタンタル酸リチウム粗結晶）を融解させ、種結晶をこの融液に接触させる。そして、単結晶を育成させつつ回転させながら種結晶を引上げて圧電性単結晶を成長させる。
【００２０】
単結晶を引き上げる際、弾性表面波又は擬似弾性表面波の伝搬損失を抑え且つウエーハの使用目的等に応じた最適の弾性表面波又は擬似弾性表面波特性を示す結晶面と、単結晶の育成軸とが垂直になる方向に、単結晶を引き上げるのが好ましい。このような方向に単結晶を引き上げることにより、後述するように単結晶の育成軸に垂直にスライスしてウエーハを切り出した場合、擬似弾性表面波の伝搬損失を抑え且つウエーハの使用目的等に応じた最適の弾性表面波又は擬似弾性表面波特性を示す結晶面をウエーハ表面とすることができる。もちろん、任意の結晶軸方向に結晶を成長させ、切断する際に最適の結晶面となるように切断するようにしてもよい。
【００２１】
具体的には、圧電性単結晶がタンタル酸リチウム単結晶である場合、Ｙ軸からＺ軸方向に３３〜４６°回転させた方向（即ち図１における垂線方向２）が育成軸となるように、単結晶を引き上げるのが好ましい（尚、Ｙ軸及びＺ軸は前記と同義。）。
【００２２】
このような方向に単結晶を引き上げるには、種結晶として結晶軸の方向がＹ軸からＺ軸方向に３３〜４６°回転させた方向（即ち図１における垂線方向２）の種結晶を用い、これをそのまま垂直方向へ引き上げればよい。
すなわち、結晶面がＸ軸と平行であり且つ結晶面の垂線とＹ軸との成す角度が３３〜４６°であるような結晶面（即ち、図１中のウエーハ表面１に該当する結晶面）が水平になるように種結晶を加工し、これを結晶面が水平になるようにチャック等に取り付け単結晶を育成させ、これを回転させながら垂直方向へ引き上げればよい。
【００２３】
次いで、このようにして育成した圧電性単結晶を、必要に応じ円筒研削加工（円筒状加工）等を行った後、スライスしてウエーハを切り出す。その際、得られた単結晶の育成軸に垂直にスライスするのが好ましい。このようにスライスすることにより、スライスする際の加工ロスを最も少なくすることができ、ウエーハの製造歩留りを向上させることができる。スライスは、例えばマルチワイヤーソー、内周刃スライサー等にて行う。
【００２４】
上記のように得られたウエーハに面取り加工を施した後、ラッピングし、さらにウエーハ表面を鏡面研磨する。本発明に係る圧電性単結晶ウエーハの外周面を所望の表面粗さとするには、上記面取り加工における諸条件、例えば、ホイールの粒度や研磨液中の砥粒の大きさ、あるいはバフによる仕上げ研磨時間の長さ等を調整することにより行うことができる。
【００２５】
なお、前記のように得られた所望の外周面の表面粗さを有する圧電性単結晶ウエーハを用いて、例えば、擬似弾性表面波デバイスを作製するには、常法に従い、圧電性単結晶ウエーハの鏡面研磨されたウエーハ表面上に主としてＡｌからなる膜を被覆する。そして、フォトリソグラフィ等を使用した微細加工技術により所望形状、例えば櫛形の電極を形成した後、チップ状に切り出すことによって擬似弾性表面波デバイスが作製される。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例、比較例）
＜圧電性単結晶ウエーハの作製＞
Ｘ軸を中心にＹ軸から３６°Ｚ軸方向に回転した方向（以下、「３６°Ｙ方向」という場合がある）が引上げ方向である直径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶棒をチョクラルスキー法により育成した。この単結晶棒を直径７６．２ｍｍの円筒状に加工し、さらに３６°Ｙ方向がウエーハ表面と垂直となるようにマルチワイヤソーでウエーハ（３６°Ｙカットタンタル酸リチウムウエーハ）に切断した。その後、外形研削機によりウエーハ表面及びその裏面を除く外周面を表１に記載の５種類のホイールを用いて研削した（方法Ａ〜Ｅ）。次いで両面をラッピングし、さらにウエーハ表面を鏡面研磨した。
このようにして作製されたタンタル酸リチウム単結晶ウエーハは直径７６．２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍであった。
【００２７】
＜外周面の表面粗さ測定＞
作製したウエーハ表面及びその裏面を除く外周面の表面粗さＲａを（株）キーエンス製、表面形状測定顕微鏡、ＶＦ−７５００を使用してピッチ（Ｐｉｔｃｈ）０．１μｍｍ、Ｚ−ｄｉｓｔ５０μｍにて測定した。ウエーハの外周面の任意位置４ヶ所の表面粗さを測定し、その平均値をＲａとして表１に示した。
【００２８】
＜ウエーハ割れの評価及び微小異物の数量計測＞
作製したウエーハを使用して電極形成工程にて電極の形成を実施し、１５０枚のウエーハに対してウエーハ割れの発生割合を調査し、その結果を表１に示した。さらに、ウエーハ外周から６ｍｍの位置、任意４ヶ所について金属顕微鏡にて観察し、０．５〜１０μｍの大きさの微小異物の個数を測定し、その平均値を微小異物個数として表１に示した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から明らかなように、外周面の表面粗さＲａが２．３μｍ以下のウエーハは、Ｒａが３．７μｍ以上のウエーハに比べ、ウエーハ割れの発生割合が極端に低く、微小異物個数も極端に少なくなっていることが分かる。
【００３１】
上記実施例及び比較例は、３６°Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶ウエーハを用いたものであるが、タンタル酸リチウムの他の方位、及びニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、または水晶よりなる圧電性単結晶ウエーハを用いた場合でも同様の結果が得られた。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧電性単結晶ウエーハは、その外周面の表面粗さＲａが、２．３μｍ以下と非常に滑らかであるため、ウエーハ表面に電極を形成するための成膜工程やフォトリソグラフィ工程等での搬送、吸着での割れの発生がほとんど無くなる。また、容器との擦れ、ハンドリング等によりウエーハの外周面が削れて発生する微小粒子も無くなり、ウエーハ表面上に付着する微小粒子が著しく減少する。
また、このように外周面の表面粗さが低い圧電性単結晶ウエーハは、表面上に微小異物がほとんど付着していないため、該表面上に電極を形成する際、微小異物が原因で電極が形成されない部分が無くなり、優れた特性を有するフィルタ等のデバイスを高い歩留りで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３３〜４６°Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶ウエーハにおけるウエーハ表面の方位を示す。
【符号の説明】
１…ウエーハ表面、２…垂線方向。

Claims

圧電性単結晶ウエーハの製造方法であって、少なくとも、圧電性単結晶をスライスしてウエーハを切り出す工程と、該切り出したウエーハに面取り加工を施す工程と、その後、該面取り加工を施したウエーハをラッピングする工程とを有し、前記面取り加工を施す工程において、弾性表面波又は擬似弾性表面波を送受信するための電極が形成されるウエーハ表面及びその裏面を除く外周面の表面粗さＲａを、２．３μｍ以下とすることを特徴とする圧電性単結晶ウエーハの製造方法。
前記圧電性単結晶ウエーハを、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、又は水晶からなる圧電性単結晶ウエーハとすることを特徴とする請求項１に記載の圧電性単結晶ウエーハの製造方法。
前記圧電性単結晶ウエーハを、電極が形成されるウエーハ表面がＸ軸と平行であり、且つ該ウエーハ表面の垂線とＹ軸（但し、単結晶のａ軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸としたときに、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。）との成す角度が３３〜４６°の範囲にあるタンタル酸リチウム単結晶ウエーハとすることを特徴とする請求項１に記載の圧電性単結晶ウエーハの製造方法。