JP4170617B2 - 酸化物単結晶ウエーハ及びその製造方法並びに評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスなどの作製に使用されるタンタル酸リチウム等の酸化物単結晶ウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスは、電気信号を表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、フィルタ、共振子、遅延線などに用いられている。弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスを作製するには、まず、圧電性を有する単結晶を適当な単結晶育成法、例えばタンタル酸リチウム単結晶をチョクラルスキー法により育成し、これを円柱形状に加工する。次いで、この円柱形状の単結晶を一定の結晶面方位を有するウエーハ状にスライスし、弾性表面波または疑似弾性表面波を送受信する電極を形成するウエーハ面（以後「表面」と記す場合がある。）にラッピングや鏡面加工を施す。そして、鏡面研磨された表面に主としてＡｌからなる櫛形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。
【０００３】
例えば、タンタル酸リチウム単結晶ウエーハは、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚでの携帯電話用フィルタに多く使用されている。特に数百ＭＨｚ以上の周波数帯にて使用されるフィルタでは、櫛形電極の線幅が小さくなると同時にその公差も非常に小さいことが要求される。公差の発生はフォトリソグラフィー時の焦点ズレが主な原因であるが、この焦点ズレはウエーハの平坦度に大きく左右される。言い換えれば、ウエーハの平坦度はデバイス作製時の歩留りに大きく影響し、一般的には、平坦度が高いほどデバイス作製時の歩留り（デバイス歩留り）も高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウエーハが高平坦度であっても、デバイス作製時の歩留りが期待通りに高くならないことがしばしばあった。
図１は、タンタル酸リチウム単結晶ウエーハを使用して中心周波数１．９ＧＨｚの擬似弾性表面波フィルタを作製した場合のＴＴＶ（Total Thickness
Variation）とデバイス歩留りとの関係を示したものである。ここで横軸のＴＴＶとは、ウエーハ平坦度を示す尺度の１つであり、図２に示されるようにウエーハ裏面を基準としてウエーハ表面の最高点から最低点までの距離をあらわしたものである。この場合、ウエーハ表面の傾き補正は行わない。一方、図１の縦軸の歩留りは、デバイス作製後、フィルタの中心周波数が１．９ＧＨｚ±１ＭＨｚとなったものの割合である。
【０００５】
図１に示されるように、ＴＴＶが小さくなる（良くなる）とともにデバイス歩留りが向上するが、２．５μｍ以下となると、デバイス作製時の歩留りのばらつきが大きくなっていることが分かる。これはＴＴＶが２．５μｍ以下のウエーハでは、デバイス作製時の歩留りに影響を与える別の要因の相対的な割合が大きくなるためであると考えられる。従って、ＴＴＶが２．５μｍ以下となるような高い平坦度（例えば、ＴＴＶが１．５μｍ以下）が達成されているウエーハを用いてデバイス作製を行っても、期待したような高い歩留り、特に９５％以上の歩留りを安定して得られないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、デバイス作製歩留りを低下させるＴＴＶ以外の要因を明らかにするとともに、この歩留り低下要因を制御することでデバイス作製時に期待通りの高歩留りを安定して達成することができ、極めて微細な櫛形電極が要求される高周波デバイスの作製を実現することができる酸化物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】
本発明者は、鋭意検討、解析を行う中、ウエーハ表面の微小うねりに着目した。ここで微小うねりとは、測定した平坦度データから表面粗さ成分とフォーム（ウエーハ形状）成分を取り除いた値である。図３は、ウエーハ表面のうねりの波長と振幅との関係を示したものである。そして、本発明者がさらに鋭意検討、解析を行った結果、ウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの領域の微小うねり（以下、この波長範囲の微小うねりを単に「微小うねり領域」という場合がある。）の最大振幅がデバイス歩留りに影響することを見出すとともに、これを所定の範囲内に抑えることによりデバイス作製時に高歩留りを安定して達成することができることを見い出し、本発明の完成に至った。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であることを特徴とする酸化物単結晶ウエーハが提供される。
図１に示したようにウエーハ表面のＴＴＶを２．５μｍ以下としただけではデバイス製造時の歩留りがばらついてしまうが、さらに波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下に抑えられていれば、ウェーハ表面に微細な櫛形電極を確実に形成でき、デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【０００９】
さらに好ましくは、ウエーハ表面のＴＴＶが１．５μｍ以下であって、かつ前記波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．０μｍ以下である。
このようにＴＴＶと微小うねり領域の最大振幅がより低い値であれば、ほぼ１００％に近い、極めて高い歩留りを達成することができる。
【００１０】
本発明の酸化物単結晶ウエーハとしては、圧電性単結晶のものが好ましく、特に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、またはランガサイトであることが好ましく、さらには弾性表面波または疑似弾性表面波デバイス用のものであることが好ましい。
【００１１】
例えば、５ＧＨｚ帯のフィルタであれば、圧電性を有するタンタル酸リチウムウエーハを用いて弾性表面波あるいは疑似弾性表面波デバイスを作製することが最良であるが、本発明のようにＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であるタンタル酸リチウムウエーハを用いれば、上記のようなフィルタを高歩留りで安定して作製することができる。
【００１２】
さらに、本発明では、酸化物単結晶ウエーハを製造する方法であって、ウエーハ表面を鏡面研磨した後、該酸化物単結晶ウエーハをフッ化水素酸、硝酸、またはその混酸に浸漬させることにより、前記ウエーハ表面のＴＴＶを２．５μｍ以下、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅を１．２μｍ以下にすることを特徴とする酸化物単結晶ウエーハの製造方法が提供される。
この方法によれば、ＴＴＶも微小うねり領域の最大振幅も非常に小さい高平坦度なウエーハを確実に製造することができ、結果的にデバイスの製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００１３】
さらに本発明では、酸化物単結晶ウエーハの表面を評価する方法であって、ウエーハ表面の良否を、波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することを特徴とする酸化物単結晶ウエーハの評価方法が提供される。
本発明では、ウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅はデバイスを作製したときの歩留りに大きく影響することが分かったため、この範囲の微小うねりの最大振幅に基づいて酸化物単結晶ウエーハの表面を評価してウエーハの選別を行えば、デバイス作製時に安定して高歩留りを達成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明に係る酸化物単結晶ウエーハは、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であることを特徴としている。図１に示したようにウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であってもデバイス製造歩留りがばらつき、期待したような高い歩留りが得られない場合がある。しかし、本発明では、さらに波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅（最大値と最小値の差）を１．２μｍ以下に抑えたことで、ウエーハ表面に微細な電極を確実に形成させることができ、デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【００１５】
本発明が適用される酸化物単結晶としては、好ましくは圧電性単結晶、具体的には、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、またはランガサイトなどが挙げらる。特にタンタル酸リチウムウェーハは、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚでの携帯電話用フィルタに多く使用され、櫛形電極の線幅が小さくなると同時にその公差も非常に小さいことが要求されるが、本発明に係るウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下となるタンタル酸リチウムウェーハを用いれば、線幅が小さい櫛形電極を好適に形成させることができ、高い歩留りで安定してフィルタを作製することができる。
【００１６】
なお、ウエーハ表面のＴＴＶや微小うねり領域の最大振幅は小さいほど好ましいが、特に、ＴＴＶが１．５μｍ以下であって、かつ微小うねり領域の最大振幅が１．０μｍ以下、さらに好ましくは、０．６μｍ以下であれば、１００％に近い極めて高いデバイス歩留りを達成することも可能となる。
【００１７】
なお、ウエーハの平坦度データを得るには、例えば、市販のレーザ斜入射干渉方式の測定装置（例えば、Tropel社製、FlatMaster100）を用い、測定するウエーハを真空チャックにより固定し、ウエーハの外周３ｍｍを除いて平坦度データとしてＴＴＶを得ることができる。
【００１８】
次に、得られたデータの波長１５ｍｍを超える成分と０．８ｍｍ未満の成分をカットして、ウエーハ表面内の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねり成分のみを抽出する。同じ平坦度データを用いてもカットする波長を変えると微小うねりの最大振幅は若干変化するが、本発明では、波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねり領域の最大振幅を基準とし、これを１．２μｍ以下となるようにする。
【００１９】
次に、前記したような携帯電話用フィルタに使用されるタンタル酸リチウムウェーハを製造する方法を説明する。
まず、チョクラルスキー法により、Ｘ軸を中心にＹ軸から３６゜Ｚ軸方向に回転した（以後３６゜Ｙと記す。）方向が引上方向となるようにタンタル酸リチウム単結晶を育成する。この単結晶を円筒研削により円柱形状に加工した後、３６゜Ｙ方向がウエーハ面と垂直となるようにマルチワイヤーソー等でスライスしてウエーハとする。さらに、ウエーハ表面にラッピングと研磨を施して高度に平坦化することで、ＴＴＶを２．５μｍ以下、さらには１．５μｍ以下とすることもできる。
【００２０】
研磨後、例えば、フッ化水素酸、硝酸、またはその混酸に所定時間浸漬することで波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅を１．２μｍ以下とすることができる。
これらの酸への浸漬時間は、研磨条件等に応じて最適化することが望ましく、また、研磨後のうねり度合や目標とする微小うねり領域の最大振幅に応じて適宜決めれば良いが、例えば、フッ化水素酸に１〜２０分程度浸漬させることで微小うねりを大幅に改善させることができる。なお、研磨条件と浸漬条件を最適に調節すれば、微小うねり領域の最大振幅を０．６μｍ以下、さらには０．１μｍ以下とすることも可能である。
【００２１】
上記のような方法により、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下となる３６゜Ｙ方向タンタル酸リチウムウェーハを製造することができる。そして、このウエーハ表面に櫛形電極を形成させてフィルタを作製すれば、９５％以上の歩留りを安定して達成することができる。
【００２２】
そして、上記のように微小うねりがデバイス作製歩留りに影響するのであるから、従来のようにウエーハの合否判定をＴＴＶによる平坦度のみならず、波長０．８〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することによって行うことができる。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例および比較例により本発明を具体的に説明する。
＜実施例１及び比較例＞
（ウエーハの製造）
Ｘ軸を中心にＹ軸から３６゜Ｚ軸方向に回転した方向（３６゜Ｙ方向）が引上方向である直径１１０ｍｍ、長さ１００ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶をチョクラルスキー法により育成した。この単結晶を直径１００ｍｍの円筒形状に加工し、さらに３６゜Ｙ方向がウエーハ面と垂直となるようにマルチワイヤーソーでスライスしてウエーハとした。その後、ウエーハを両面ラッピングした。
【００２４】
上記方法により得られたタンタル酸リチウム単結晶ウエーハに対し、擬似弾性表面波を送受信する電極を形成するウエーハ面（表面）を研磨した。研磨には、（株）フジミインコーポレーテッド製、ＣＯＭＰＯＬ−５０を用いた。研磨定盤の回転数は全て９０ｒｐｍで行い、目視検査にて十分に鏡面が得られたと判断されるまで研磨を行った。
研磨後、ダイキン工業製、フッ化水素酸にウエーハを浸漬した。
【００２５】
（ＴＴＶ及び微小うねりの評価）
Tropel社製、FlatMaster100を用いてＴＴＶを測定した。測定はウエーハを真空チャックに固定し、周辺部除外領域を３ｍｍとした。
ウエーハのＴＴＶは、全て１．０μｍ以上、１．５μｍ以下であった。得られたＴＴＶデータから波長１５ｍｍを超える成分、及び０．８ｍｍ未満の成分をカットしてウエーハ表面内の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの成分のみを抽出し、その最大振幅を算出した。
【００２６】
（デバイス作製）
上記のように製造したウエーハを用いて中心周波数が１．９ＧＨｚである疑似弾性表面波フィルタを作製した。具体的には、微小うねりを測定した各々のウエーハから１００個のフィルタを作製し、ネットワークアナライザーを用いて中心周波数を測定した。そして、１．９ＧＨｚ±１ＭＨｚ以内に中心周波数があるフィルタの割合を歩留りとし、歩留り９５％以上を合格値とした。
表１に、研磨時の加工圧力、フッ酸への浸漬時間、微小うねり領域の最大振幅、及びデバイス作製歩留りを示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１から明らかなように、微少うねり領域の最大振幅が小さいほど歩留りが向上し、１．２０μｍ以下であれば、歩留りは９５％以上となって合格値をクリアし、１．０μｍ付近のものであれば９９％、さらに０．６μｍ以下のものに関しては１００％の歩留りが達成された。一方、微少うねり最大振幅が１．２０μｍを超えているもの、例えば１．３１μｍであるウエーハを用いた場合、ＴＴＶが１．５μｍ以下であったにもかかわらず、デバイス歩留りは９４％となり、合格値に達しなかった。
【００２９】
なお、表１から、微小うねり領域の大きさは研磨時の加工圧力等の研磨条件に依存することがわかるが、同じ加工圧力で研磨を行ったものでも、研磨後、ウエーハをフッ化水素酸に浸漬する時間が長いほど微小うねり領域の最大振幅が減少していることから、酸への浸漬が微小うねり領域の低減に有効であることが分かる。
【００３０】
＜実施例２＞
（ウエーハの製造）
実施例１と同様にしてタンタル酸リチウム単結晶を５本育成し、これを加工して両面ラッピングまで行った。次に、加工圧力を全て６０ｇｆ／ｃｍ２とした以外は実施例１と同様に研磨を行った。その後、ダイキン工業製、フッ化水素酸に１０分間ウエーハを浸漬した。
【００３１】
この方法を５本のタンタル酸リチウム単結晶から得たウエーハ全てに適用し、１本の単結晶につき１枚のウエーハを無作為に採取し、合計５枚のウエーハを以後使用した。
【００３２】
（ＴＴＶ及び微小うねりの評価）
実施例１と同様にＴＴＶの測定を行ったところ、採取した５枚のウエーハのＴＴＶは全て１．０μｍ以上、１．５μｍ以下であった。次いで、各単結晶より採取した５枚のウエーハの微小うねり領域の最大振幅を算出した。
【００３３】
（デバイス作製）
実施例１と同様に疑似弾性表面波フィルタを作製し、歩留りを得た。表２に微小うねり領域の最大振幅と歩留りの結果を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
表２の結果から、微小うねり領域の最大振幅を０．１μｍ以下とすることができ、これを用いてデバイス作製することで９９〜１００％という極めて高い歩留りを安定して得られたことがわかる。
【００３６】
以上の結果から明らかなように、デバイス歩留りはウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりに大きく依存するので、ウエーハ表面の良否は、ＴＴＶのみならず波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することが望ましいことがわかる。従って、酸化物単結晶ウエーハを用いてデバイス作製を行う際、このような評価を行うことにより、デバイス作製時の歩留りを予測したり、ウエーハを選別してデバイス作製歩留りを確実に高くすることができる。
【００３７】
尚、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、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。
【００３８】
例えば、上記実施形態においては、タンタル酸リチウムの場合について例を挙げて説明したが、本発明では、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、ランガサイト等の他の酸化物単結晶ウエーハにも好適に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、酸化物単結晶ウエーハに関し、微小うねりがウエーハ平坦度（ＴＴＶ）以外の重要な歩留り低下要因であることを明らかにし、ＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、特に０．６μｍ以下の高平坦度ウエーハを用いれば、例えば５ＧＨｚ帯のような微細な櫛形電極を要求する高周波デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンタル酸リチウム単結晶ウエーハを使用して疑似弾性表面波フィルタを作製した場合のＴＴＶと歩留りの関係を示すグラフである。
【図２】ＴＴＶの概念を示す概略説明図である。
【図３】本発明で基準となる微小うねり領域と振幅の関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスなどの作製に使用されるタンタル酸リチウム等の酸化物単結晶ウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスは、電気信号を表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、フィルタ、共振子、遅延線などに用いられている。弾性表面波及び疑似弾性表面波デバイスを作製するには、まず、圧電性を有する単結晶を適当な単結晶育成法、例えばタンタル酸リチウム単結晶をチョクラルスキー法により育成し、これを円柱形状に加工する。次いで、この円柱形状の単結晶を一定の結晶面方位を有するウエーハ状にスライスし、弾性表面波または疑似弾性表面波を送受信する電極を形成するウエーハ面（以後「表面」と記す場合がある。）にラッピングや鏡面加工を施す。そして、鏡面研磨された表面に主としてＡｌからなる櫛形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。
【０００３】
例えば、タンタル酸リチウム単結晶ウエーハは、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚでの携帯電話用フィルタに多く使用されている。特に数百ＭＨｚ以上の周波数帯にて使用されるフィルタでは、櫛形電極の線幅が小さくなると同時にその公差も非常に小さいことが要求される。公差の発生はフォトリソグラフィー時の焦点ズレが主な原因であるが、この焦点ズレはウエーハの平坦度に大きく左右される。言い換えれば、ウエーハの平坦度はデバイス作製時の歩留りに大きく影響し、一般的には、平坦度が高いほどデバイス作製時の歩留り（デバイス歩留り）も高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウエーハが高平坦度であっても、デバイス作製時の歩留りが期待通りに高くならないことがしばしばあった。
図１は、タンタル酸リチウム単結晶ウエーハを使用して中心周波数１．９ＧＨｚの擬似弾性表面波フィルタを作製した場合のＴＴＶ（Total Thickness
Variation）とデバイス歩留りとの関係を示したものである。ここで横軸のＴＴＶとは、ウエーハ平坦度を示す尺度の１つであり、図２に示されるようにウエーハ裏面を基準としてウエーハ表面の最高点から最低点までの距離をあらわしたものである。この場合、ウエーハ表面の傾き補正は行わない。一方、図１の縦軸の歩留りは、デバイス作製後、フィルタの中心周波数が１．９ＧＨｚ±１ＭＨｚとなったものの割合である。
【０００５】
図１に示されるように、ＴＴＶが小さくなる（良くなる）とともにデバイス歩留りが向上するが、２．５μｍ以下となると、デバイス作製時の歩留りのばらつきが大きくなっていることが分かる。これはＴＴＶが２．５μｍ以下のウエーハでは、デバイス作製時の歩留りに影響を与える別の要因の相対的な割合が大きくなるためであると考えられる。従って、ＴＴＶが２．５μｍ以下となるような高い平坦度（例えば、ＴＴＶが１．５μｍ以下）が達成されているウエーハを用いてデバイス作製を行っても、期待したような高い歩留り、特に９５％以上の歩留りを安定して得られないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、デバイス作製歩留りを低下させるＴＴＶ以外の要因を明らかにするとともに、この歩留り低下要因を制御することでデバイス作製時に期待通りの高歩留りを安定して達成することができ、極めて微細な櫛形電極が要求される高周波デバイスの作製を実現することができる酸化物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】
本発明者は、鋭意検討、解析を行う中、ウエーハ表面の微小うねりに着目した。ここで微小うねりとは、測定した平坦度データから表面粗さ成分とフォーム（ウエーハ形状）成分を取り除いた値である。図３は、ウエーハ表面のうねりの波長と振幅との関係を示したものである。そして、本発明者がさらに鋭意検討、解析を行った結果、ウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの領域の微小うねり（以下、この波長範囲の微小うねりを単に「微小うねり領域」という場合がある。）の最大振幅がデバイス歩留りに影響することを見出すとともに、これを所定の範囲内に抑えることによりデバイス作製時に高歩留りを安定して達成することができることを見い出し、本発明の完成に至った。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であることを特徴とする酸化物単結晶ウエーハが提供される。
図１に示したようにウエーハ表面のＴＴＶを２．５μｍ以下としただけではデバイス製造時の歩留りがばらついてしまうが、さらに波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下に抑えられていれば、ウェーハ表面に微細な櫛形電極を確実に形成でき、デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【０００９】
さらに好ましくは、ウエーハ表面のＴＴＶが１．５μｍ以下であって、かつ前記波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．０μｍ以下である。
このようにＴＴＶと微小うねり領域の最大振幅がより低い値であれば、ほぼ１００％に近い、極めて高い歩留りを達成することができる。
【００１０】
本発明の酸化物単結晶ウエーハとしては、圧電性単結晶のものが好ましく、特に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、またはランガサイトであることが好ましく、さらには弾性表面波または疑似弾性表面波デバイス用のものであることが好ましい。
【００１１】
例えば、５ＧＨｚ帯のフィルタであれば、圧電性を有するタンタル酸リチウムウエーハを用いて弾性表面波あるいは疑似弾性表面波デバイスを作製することが最良であるが、本発明のようにＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であるタンタル酸リチウムウエーハを用いれば、上記のようなフィルタを高歩留りで安定して作製することができる。
【００１２】
さらに、本発明では、酸化物単結晶ウエーハを製造する方法であって、ウエーハ表面を鏡面研磨した後、該酸化物単結晶ウエーハをフッ化水素酸、硝酸、またはその混酸に浸漬させることにより、前記ウエーハ表面のＴＴＶを２．５μｍ以下、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅を１．２μｍ以下にすることを特徴とする酸化物単結晶ウエーハの製造方法が提供される。
この方法によれば、ＴＴＶも微小うねり領域の最大振幅も非常に小さい高平坦度なウエーハを確実に製造することができ、結果的にデバイスの製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００１３】
さらに本発明では、酸化物単結晶ウエーハの表面を評価する方法であって、ウエーハ表面の良否を、波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することを特徴とする酸化物単結晶ウエーハの評価方法が提供される。
本発明では、ウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅はデバイスを作製したときの歩留りに大きく影響することが分かったため、この範囲の微小うねりの最大振幅に基づいて酸化物単結晶ウエーハの表面を評価してウエーハの選別を行えば、デバイス作製時に安定して高歩留りを達成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明に係る酸化物単結晶ウエーハは、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であることを特徴としている。図１に示したようにウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であってもデバイス製造歩留りがばらつき、期待したような高い歩留りが得られない場合がある。しかし、本発明では、さらに波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅（最大値と最小値の差）を１．２μｍ以下に抑えたことで、ウエーハ表面に微細な電極を確実に形成させることができ、デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【００１５】
本発明が適用される酸化物単結晶としては、好ましくは圧電性単結晶、具体的には、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、またはランガサイトなどが挙げらる。特にタンタル酸リチウムウェーハは、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚでの携帯電話用フィルタに多く使用され、櫛形電極の線幅が小さくなると同時にその公差も非常に小さいことが要求されるが、本発明に係るウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下となるタンタル酸リチウムウェーハを用いれば、線幅が小さい櫛形電極を好適に形成させることができ、高い歩留りで安定してフィルタを作製することができる。
【００１６】
なお、ウエーハ表面のＴＴＶや微小うねり領域の最大振幅は小さいほど好ましいが、特に、ＴＴＶが１．５μｍ以下であって、かつ微小うねり領域の最大振幅が１．０μｍ以下、さらに好ましくは、０．６μｍ以下であれば、１００％に近い極めて高いデバイス歩留りを達成することも可能となる。
【００１７】
なお、ウエーハの平坦度データを得るには、例えば、市販のレーザ斜入射干渉方式の測定装置（例えば、Tropel社製、FlatMaster100）を用い、測定するウエーハを真空チャックにより固定し、ウエーハの外周３ｍｍを除いて平坦度データとしてＴＴＶを得ることができる。
【００１８】
次に、得られたデータの波長１５ｍｍを超える成分と０．８ｍｍ未満の成分をカットして、ウエーハ表面内の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねり成分のみを抽出する。同じ平坦度データを用いてもカットする波長を変えると微小うねりの最大振幅は若干変化するが、本発明では、波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねり領域の最大振幅を基準とし、これを１．２μｍ以下となるようにする。
【００１９】
次に、前記したような携帯電話用フィルタに使用されるタンタル酸リチウムウェーハを製造する方法を説明する。
まず、チョクラルスキー法により、Ｘ軸を中心にＹ軸から３６゜Ｚ軸方向に回転した（以後３６゜Ｙと記す。）方向が引上方向となるようにタンタル酸リチウム単結晶を育成する。この単結晶を円筒研削により円柱形状に加工した後、３６゜Ｙ方向がウエーハ面と垂直となるようにマルチワイヤーソー等でスライスしてウエーハとする。さらに、ウエーハ表面にラッピングと研磨を施して高度に平坦化することで、ＴＴＶを２．５μｍ以下、さらには１．５μｍ以下とすることもできる。
【００２０】
研磨後、例えば、フッ化水素酸、硝酸、またはその混酸に所定時間浸漬することで波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅を１．２μｍ以下とすることができる。
これらの酸への浸漬時間は、研磨条件等に応じて最適化することが望ましく、また、研磨後のうねり度合や目標とする微小うねり領域の最大振幅に応じて適宜決めれば良いが、例えば、フッ化水素酸に１〜２０分程度浸漬させることで微小うねりを大幅に改善させることができる。なお、研磨条件と浸漬条件を最適に調節すれば、微小うねり領域の最大振幅を０．６μｍ以下、さらには０．１μｍ以下とすることも可能である。
【００２１】
上記のような方法により、ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下となる３６゜Ｙ方向タンタル酸リチウムウェーハを製造することができる。そして、このウエーハ表面に櫛形電極を形成させてフィルタを作製すれば、９５％以上の歩留りを安定して達成することができる。
【００２２】
そして、上記のように微小うねりがデバイス作製歩留りに影響するのであるから、従来のようにウエーハの合否判定をＴＴＶによる平坦度のみならず、波長０．８〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することによって行うことができる。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例および比較例により本発明を具体的に説明する。
＜実施例１及び比較例＞
（ウエーハの製造）
Ｘ軸を中心にＹ軸から３６゜Ｚ軸方向に回転した方向（３６゜Ｙ方向）が引上方向である直径１１０ｍｍ、長さ１００ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶をチョクラルスキー法により育成した。この単結晶を直径１００ｍｍの円筒形状に加工し、さらに３６゜Ｙ方向がウエーハ面と垂直となるようにマルチワイヤーソーでスライスしてウエーハとした。その後、ウエーハを両面ラッピングした。
【００２４】
上記方法により得られたタンタル酸リチウム単結晶ウエーハに対し、擬似弾性表面波を送受信する電極を形成するウエーハ面（表面）を研磨した。研磨には、（株）フジミインコーポレーテッド製、ＣＯＭＰＯＬ−５０を用いた。研磨定盤の回転数は全て９０ｒｐｍで行い、目視検査にて十分に鏡面が得られたと判断されるまで研磨を行った。
研磨後、ダイキン工業製、フッ化水素酸にウエーハを浸漬した。
【００２５】
（ＴＴＶ及び微小うねりの評価）
Tropel社製、FlatMaster100を用いてＴＴＶを測定した。測定はウエーハを真空チャックに固定し、周辺部除外領域を３ｍｍとした。
ウエーハのＴＴＶは、全て１．０μｍ以上、１．５μｍ以下であった。得られたＴＴＶデータから波長１５ｍｍを超える成分、及び０．８ｍｍ未満の成分をカットしてウエーハ表面内の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの成分のみを抽出し、その最大振幅を算出した。
【００２６】
（デバイス作製）
上記のように製造したウエーハを用いて中心周波数が１．９ＧＨｚである疑似弾性表面波フィルタを作製した。具体的には、微小うねりを測定した各々のウエーハから１００個のフィルタを作製し、ネットワークアナライザーを用いて中心周波数を測定した。そして、１．９ＧＨｚ±１ＭＨｚ以内に中心周波数があるフィルタの割合を歩留りとし、歩留り９５％以上を合格値とした。
表１に、研磨時の加工圧力、フッ酸への浸漬時間、微小うねり領域の最大振幅、及びデバイス作製歩留りを示す。
【００２７】
【表１】
表１から明らかなように、微少うねり領域の最大振幅が小さいほど歩留りが向上し、１．２０μｍ以下であれば、歩留りは９５％以上となって合格値をクリアし、１．０μｍ付近のものであれば９９％、さらに０．６μｍ以下のものに関しては１００％の歩留りが達成された。一方、微少うねり最大振幅が１．２０μｍを超えているもの、例えば１．３１μｍであるウエーハを用いた場合、ＴＴＶが１．５μｍ以下であったにもかかわらず、デバイス歩留りは９４％となり、合格値に達しなかった。
【００２９】
なお、表１から、微小うねり領域の大きさは研磨時の加工圧力等の研磨条件に依存することがわかるが、同じ加工圧力で研磨を行ったものでも、研磨後、ウエーハをフッ化水素酸に浸漬する時間が長いほど微小うねり領域の最大振幅が減少していることから、酸への浸漬が微小うねり領域の低減に有効であることが分かる。
【００３０】
＜実施例２＞
（ウエーハの製造）
実施例１と同様にしてタンタル酸リチウム単結晶を５本育成し、これを加工して両面ラッピングまで行った。次に、加工圧力を全て６０ｇｆ／ｃｍ２とした以外は実施例１と同様に研磨を行った。その後、ダイキン工業製、フッ化水素酸に１０分間ウエーハを浸漬した。
【００３１】
この方法を５本のタンタル酸リチウム単結晶から得たウエーハ全てに適用し、１本の単結晶につき１枚のウエーハを無作為に採取し、合計５枚のウエーハを以後使用した。
【００３２】
（ＴＴＶ及び微小うねりの評価）
実施例１と同様にＴＴＶの測定を行ったところ、採取した５枚のウエーハのＴＴＶは全て１．０μｍ以上、１．５μｍ以下であった。次いで、各単結晶より採取した５枚のウエーハの微小うねり領域の最大振幅を算出した。
【００３３】
（デバイス作製）
実施例１と同様に疑似弾性表面波フィルタを作製し、歩留りを得た。表２に微小うねり領域の最大振幅と歩留りの結果を示す。
【００３４】
【表２】
表２の結果から、微小うねり領域の最大振幅を０．１μｍ以下とすることができ、これを用いてデバイス作製することで９９〜１００％という極めて高い歩留りを安定して得られたことがわかる。
【００３６】
以上の結果から明らかなように、デバイス歩留りはウエーハ表面の波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりに大きく依存するので、ウエーハ表面の良否は、ＴＴＶのみならず波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することが望ましいことがわかる。従って、酸化物単結晶ウエーハを用いてデバイス作製を行う際、このような評価を行うことにより、デバイス作製時の歩留りを予測したり、ウエーハを選別してデバイス作製歩留りを確実に高くすることができる。
【００３７】
尚、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、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。
【００３８】
例えば、上記実施形態においては、タンタル酸リチウムの場合について例を挙げて説明したが、本発明では、ニオブ酸リチウム、水晶、四ホウ酸リチウム、ランガサイト等の他の酸化物単結晶ウエーハにも好適に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、酸化物単結晶ウエーハに関し、微小うねりがウエーハ平坦度（ＴＴＶ）以外の重要な歩留り低下要因であることを明らかにし、ＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、特に０．６μｍ以下の高平坦度ウエーハを用いれば、例えば５ＧＨｚ帯のような微細な櫛形電極を要求する高周波デバイスを安定して高歩留りで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンタル酸リチウム単結晶ウエーハを使用して疑似弾性表面波フィルタを作製した場合のＴＴＶと歩留りの関係を示すグラフである。
【図２】ＴＴＶの概念を示す概略説明図である。
【図３】本発明で基準となる微小うねり領域と振幅の関係を示すグラフである。
Claims (4)
- ウエーハ表面のＴＴＶが２．５μｍ以下であって、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．２μｍ以下であることを特徴とする疑似弾性表面波デバイス用のタンタル酸リチウム単結晶ウエーハ。
- 前記ウエーハ表面のＴＴＶが１．５μｍ以下であって、かつ前記波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の疑似弾性表面波デバイス用のタンタル酸リチウム単結晶ウエーハ。
- 疑似弾性表面波デバイス用のタンタル酸リチウム単結晶ウエーハを製造する方法であって、ウエーハ表面を鏡面研磨した後、該タンタル酸リチウム単結晶ウエーハをフッ化水素酸、硝酸、またはその混酸に浸漬させることにより、前記ウエーハ表面のＴＴＶを２．５μｍ以下、かつ波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅を１．２μｍ以下にすることを特徴とする疑似弾性表面波デバイス用のタンタル酸リチウム単結晶ウエーハの製造方法。
- タンタル酸リチウム単結晶ウエーハの表面を評価する方法であって、ウエーハ表面の良否を、波長０．８ｍｍ〜１５ｍｍの微小うねりの最大振幅に基づいて評価することを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶ウエーハの評価方法。
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