JP4003373B2

JP4003373B2 - 表面弾性波音速評価法

Info

Publication number: JP4003373B2
Application number: JP2000128311A
Authority: JP
Inventors: 春雲簡; 敦坪井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: JP2001311657A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体基板表面を伝搬する表面弾性波の特性評価に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電性基板の表面弾性波音速評価法には、大別して破壊的と非破壊的の２種類がある。前者は被測定圧電性基板上に櫛形電極を設けフィルタや共振器を作製し、デバイスの周波数特性から音速を評価している。後者は超音波顕微鏡法を代表に、被測定圧電性基板に対し測定治具を接触または非接触の状態で音速を評価している。後者に属する１種の簡易型の表面弾性波音速評価法として、非圧電性基板の上に複数個の櫛形電極を形成し、非測定圧電性基板の表面を、櫛形電極が形成されている非圧電性基板の面に密着させるか、または、近接に対向させて、被測定圧電性基板と非圧電性基板上の櫛形電極によりフィルタなどを構成し、入力櫛形電極に電気信号を与え、出力櫛形電極から出力した電気信号を検知し、検知した電気信号を解析することにより被測定圧電性基板の表面弾性波音速を評価する方法が提案、使用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような測定方法では、被測定圧電基板の表面を非圧電性基板上に密着させた場合、非圧電性基板上に形成されている櫛形電極によって被測定圧電性基板の表面が傷付けられる恐れがあり、また、このようにして、見かけ上では被測定圧電性基板の表面と非圧電性基板上の櫛形電極とは接触していても、ミクロレベルでは被測定圧電性基板の表面と非圧電性基板上の櫛形電極とは必ずしも均一に接触していないため、出力櫛形電極から安定した電気信号、すなわち滑らかな測定結果が得られないのが問題となっている。また、被測定圧電性基板の表面を非圧電性基板に近接に対向させた場合、すなわち被測定圧電性基板の表面と非圧電性基板上の櫛形電極の間にエアギャップを形成させた場合、エアギャップの存在により出力櫛形電極からの電気信号が弱くなり、測定結果の解像度が落ちてしまうため、結果として音速の評価精度が悪くなる。さらに、このエアギャップを制御するために、精密なセンサーおよび複雑な制御システムを測定装置に備え付ける必要がある。
また、非圧電性基板上に複数個の櫛形電極を形成して、これらの櫛形電極と被測定圧電性基板によりフィルタを構成して、フィルタの特性を測定する場合、入力櫛形電極に入力する電気信号の周波数が高いと、これらの櫛形電極の間で電磁結合が発生し、そのため、フィルタの通過特性が劣化してしまい、音速の評価精度が悪くなる。
【０００４】
本発明は上記事情を鑑み、被測定圧電性基板の表面に損傷を与えず、簡単な装置構成で、迅速に被測定圧電性基板の表面弾性波音速を評価する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の表面弾性波音速評価法は、非圧電性かつ非導電性基板の上に１個の櫛形電極を形成し、前記櫛形電極を有する前記非圧電性非導電性基板の面を被測定の圧電性基板の表面に向き合わせ、前記非圧電性非導電性基板と前記被測定圧電性基板の間に非導電性の液体を介在させ、前記非圧電性非導電性基板およびその上に形成される櫛形電極と、前記被測定圧電性基板の表面を非接触状態で位置させ、前記櫛形電極の電気的反射特性から前記被測定圧電性基板の表面弾性波の音速を評価することを特徴とする。
さらに、前記非圧電性非導電性基板上に形成される櫛形電極がスプリット（Ｓｐｌｉｔ）電極構造（ダブル電極構造ともいう）、即ち、１電極周期構造上で、電極の幅と電極間の間隔が同じであり、ともに電極周期長の８分の１であることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波音速評価法が最適である。
被測定圧電性基板と非圧電性非導電性基板との間に介在させる非導電性液体としては、超純水が最適であるが、エタノール、またはシリコンオイルなども使用できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図１を用いて本発明の評価法の構成を詳しく説明する。
図１が本発明の評価法の概略構成図である。図１に示すように本発明の評価法は主に非圧電性非導電性基板１、被測定圧電性基板２、櫛形電極３と非導電性液体４および計測装置５により構成される。具体的に説明すると、非圧電性非導電性基板１の上に櫛形電極３が形成され、被測定圧電性基板２の表面を非圧電性非導電性基板１の電極側の面に向き合わせ、被測定圧電性基板の表面と非圧電性非導電性基板１の間に非導電性液体４を介在させ、櫛形電極３を計測装置５に接続させるという構成である。本発明の評価法の構成上では図１に示すように、非圧電性非導電性基板１上の櫛形電極３と被測定圧電性基板２とは非接触状態であるが、櫛形電極３からの電界により被測定圧電性基板２の表面に表面弾性波を励振することができる。従って、本発明の評価法は、被測定圧電性基板２の表面を傷つけず、従来条件同様に音速を評価することができる。
【０００７】
さらに、非圧電性非導電性基板１の上に１個のみの櫛形電極３を形成し、同櫛形電極３の電気的反射特性を計測装置５により測定することにより被測定圧電性基板２の表面弾性波音速を評価することができる。一般に、１個のみの櫛形電極３の電気的反射特性が図２に示すようなものである。図２に示す反射係数が最小値となるところの周波数ｆ₀ が櫛形電極３の周波長λと被測定圧電性基板の表面弾性波音速ｖと、近似的にｖ=ｆ₀・λの関係を有する。この関係を利用すれば、表面弾性波の音速を評価することができる。また、非圧電性非導電性基板１上に１個のみの櫛形電極３を形成して、櫛形電極３の電気的反射特性より音速を評価する場合は、非圧電性非導電性基板１上に複数の櫛形電極３を形成して、それらの櫛形電極３により構成されるフィルタの特性より音速を評価する場合に比べ、櫛形電極３同士の直接的な電磁結合問題が存在しないため、よりきれいな測定結果が得られるわけである。よって、非圧電性非導電性基板１上に１個のみの櫛形電極３を形成して櫛形電極３の電気的反射特性より音速を評価する本発明の評価法は好適である。
【０００８】
また、非圧電性非導電性基板１上に形成する櫛形電極３の構造はスプリット（ｓｐｌｉｔ）電極構造（ダブル電極構造ともいう）、即ち、図１に示すように、櫛形電極３の信号電極指３ａとグランド電極指３ｂがそれぞれ２本ずつ交互に繰り返し、１電極周期長の電極構造上で、電極指の幅と電極間の間隔が同じであり、しかも、ともに電極周期長の８分の１であるという構造であれば、櫛形電極３の内部において各電極指での音響的な反射が互いに相殺してしまい、全体的に、櫛形電極３の内部で音響的な反射が発生しないという特徴があるので、理論的に図２に示す櫛形電極３の電気的反射係数が最小値となるところの周波数ｆ₀ が電極周期長λと表面弾性波音速ｖと、精密にｖ=ｆ₀・λの関係を有するため、より高精度に音速評価することができるわけである。従って、非圧電性非導電性基板１上に形成する櫛形電極３が１個のみであり、櫛形電極３の構造がスプリット（Ｓｐｌｉｔ）電極構造（ダブル電極構造）である本発明の評価法は最適である。
【０００９】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。
図３は、本実施例の表面弾性波音速評価法の概略構成図であり、（ａ）上面図と、（ｂ）櫛形電極部分の断面図である。
本実施例では、非圧電性非導電性基板として４インチガラスウエハ１１を、被測定の圧電性基板として（０°、１４０°、２４°）方位のランガサイト３インチウエハ１２を、非導電性液体として超純水１４を使用した。櫛形電極の材料がＡｌであった。電極膜がスパッタリング法によりガラスウエハ上に成膜され、膜厚が２０００Åであった。櫛形電極の構造がスプリット（Ｓｐｌｉｔ）電極構造、すなわちダブル電極１３であり、フォトリソグラフィ工程により形成された。電極の周期長が４０μｍとした。また、電極の対数と交差幅がそれぞれ５０対と２ｍｍとした。計測装置としてネットワークアナライザー１５を使用し、ダブル電極１３とネットワークアナライザー１５との接続にはプローバ１６としてカスケード社のマイクロプローバを使用した。
以上の構成でネットワークアナライザー１５により測定したスプリット電極の反射係数の結果を図４に示す。
本発明の効果を確認するために、本実施例では、比較例として被測定圧電性基板表面を非圧電性非導電性基板上の電極に密着させるという従来の方法で同様な測定を行った。具体的に説明すると、４インチガラスウエハと３インチランガサイトウエハとの間に液体を入れず、直接にランガサイトウエハの表面をガラスウエハ上の電極に密着させる状態でスプリット電極の電気的反射特性を測定した。その測定結果を図５に示す。
図４と図５に示すように、従来方法（比較例）のジグザグのような測定結果と対照的に、本発明の評価法の測定結果が非常に滑らかである。また、測定終了後、本発明の評価法と従来方法（比較例）ともに顕微鏡を用いてランガサイトウエハの表面状態を調べた。その結果、本発明の評価法の場合はランガサイトウエハ表面に傷跡が一切見られないのに対して、従来方法（比較例）の場合はランガサイトウエハ表面に微小なすり傷が見られた。従って、本発明の評価法は従来方法より優れている。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面弾性波音速評価法は非測定圧電性基板に損傷を与えず、簡単な装置構成でかつ迅速に被測定圧電性基板の表面弾性波音速を評価することができるので、圧電ウエハメーカーのウエハ品質改善および管理に大きな効果をもたらすことが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面弾性波音速評価法の概略構成図であり、（ａ）上面図と、（ｂ）櫛形電極部分の断面図である。
【図２】櫛形電極の電気的反射特性を示すグラフである。
【図３】本実施例の表面弾性波音速評価法の概略構成図であり、（ａ）上面図と、（ｂ）櫛形電極部分の断面図である。
【図４】本発明の表面弾性波音速評価法の測定結果を示すグラフである。
【図５】従来の表面弾性波音速評価法の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】１…非圧電性非導電性基板、２…被測定圧電性基板、３…櫛形電極、３ａ…櫛形電極の信号電極指、３ｂ…櫛形電極のグランド電極指、４…非導電性液体、５…計測装置、１１…４インチガラスウエハ、１２…３インチランガサイトウエハ、１３…ダブル電極、１４…超純水、１５…ネットワークアナライザー、１６…プローバ

Claims

非圧電性かつ非導電性基板の上に１個の櫛形電極を形成し、前記櫛形電極を有する前記非圧電性非導電性基板の面を被測定の圧電性基板の表面に向き合わせ、前記非圧電性非導電性基板と前記被測定圧電性基板の間に非導電性の液体を介在させ、前記非圧電性非導電性基板およびその上に形成される櫛形電極と、前記被測定圧電性基板の表面を非接触状態で位置させ、前記櫛形電極の電気的反射特性から前記被測定圧電性基板の表面弾性波の音速を評価することを特徴とする表面弾性波音速評価法。
前記非圧電性非導電性基板上に形成される櫛形電極がスプリット電極構造であることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波音速評価法。