JPH1160388A - 弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ及びその選択方法 - Google Patents

弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ及びその選択方法

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JPH1160388A
JPH1160388A JP9210413A JP21041397A JPH1160388A JP H1160388 A JPH1160388 A JP H1160388A JP 9210413 A JP9210413 A JP 9210413A JP 21041397 A JP21041397 A JP 21041397A JP H1160388 A JPH1160388 A JP H1160388A
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JP
Japan
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surface acoustic
wafer
acoustic wave
single crystal
wave device
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JP9210413A
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English (en)
Inventor
Yoshiyuki Shiono
嘉幸 塩野
Masayuki Tanno
雅行 丹野
Yoshinori Kuwabara
由則 桑原
Toshihiko Riyuuou
俊彦 流王
Hitoshi Tsunoda
均 角田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ
に必要な表面状態を把握し、弾性表面波デバイスを再現
性良く製作する。 【解決手段】 弾性表面波を送受信する電極を形成する
ウェーハ面の表面状態が表面粗さ計により測定されたプ
ロファイルデータから得られるパワー値により制御され
てなる特徴とする弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウ
ェーハ、及び弾性表面波を送受信する電極を形成するウ
ェーハ面の表面状態を表面粗さ計により測定されたプロ
ファイルデータから得られるパワー値により判断する弾
性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハの選択方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波デバイ
ス用圧電性単結晶ウェーハ及びその選択方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】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、フィルタ、共振
子、遅延線などに用いられている。弾性表面波デバイス
は、圧電性単結晶を適当な単結晶育成法により育成(タ
ンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム単結晶はチョクラ
ルスキー法により育成)し、この単結晶を円形状に加工
し、さらに一定の結晶面方位のウェーハ状に切断し、弾
性表面波を送受信するための電極形成面には鏡面加工
が、またその裏面には粗面加工が施され、鏡面加工面に
は主としてアルミニウムからなる電極が一定の方位に形
成された後、チップ状に切り出されて作製される。弾性
表面波デバイスの性能は使用される材料及びその結晶方
位や電極の設計、製作技術等様々な要因により決定され
るが、弾性表面波が伝搬するウェーハの鏡面加工面の表
面状態によっても大きく支配されると考えられる。一
方、弾性表面波が伝搬するウェーハ面の鏡面加工につい
ては、タンタル酸リチウムX軸カットウェーハについ
て、シリコン単結晶ウェーハ加工で用いられている、装
置やSiO2コロイダル研磨液を使用するポリシング方法が
報告されている〔日本学術振興会弾性表面波素子技術第
150 委員会編、弾性波素子ハンドブック、296-298(199
1) 参照〕。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、弾性表面波デ
バイスにとって重要なウェーハ面の表面状態について
は、その定義、測定法が明確にされているとは言い難
く、それに伴い表面状態と弾性表面波の伝搬特性との相
関が十分に把握できないため下記の問題があった。すな
わち、従来はウェーハ面の表面状態の良否は熟練作業者
の目視検査により鏡面が得られているか否かを判定して
いたが、この方法により良好と判断された表面状態のウ
ェーハを使用して弾性表面波デバイスを製作しても伝搬
特性のばらつきに起因する諸特性のばらつきが大きく、
また、熟練作業者の判断によるため、自動化が困難、コ
スト増大という問題があった。一方、機械加工の分野で
使用されている平均粗さRa、最大粗さRmax. 、自乗平均
粗さRMS 等の値によりウェーハ面の表面状態の良否を定
量的に判断する方法があるが、この方法では測定面積や
測定法が異なると測定値が大きく変化するという問題が
あった〔例えば、T.Abe,and Y.Kato,Jpn.J.Appl.Phys.,
32,1879-1883,(1993) 参照〕。従って、ウェーハ面の表
面状態と弾性表面波の伝搬特性、例えば弾性表面波速度
との相関を得ようとしても十分な知見が得られず、どの
ような表面状態を有するウェーハを用いれば良いかを判
断することが困難であった。このようにウェーハ面の表
面状態を従来の目視検査や平均粗さRa、最大粗さRmax.
、自乗平均粗さRMS 等により求める方法は、これらの
方法で値が同等のウェーハを使用して弾性表面波デバイ
スを製作しても伝搬特性にばらつきが生じるため、弾性
表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハに必要な表面状
態を把握し、弾性表面波デバイスを再現性良く製作する
ことは重要な課題である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題に鑑
みなされたもので、弾性表面波デバイス用圧電性単結晶
ウェーハにおいて、弾性表面波を送受信する電極を形成
するウェーハ面の表面状態が表面粗さ計により測定され
たプロファイルデータから得られるパワー値により制御
されてなることを特徴とするものであり、また、その選
択方法は、弾性表面波を送受信する電極を形成するウェ
ーハ面の表面状態を表面粗さ計により測定されたプロフ
ァイルデータから得られるパワー値により判断すること
を特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
るために鋭意検討を行い、表面状態の定量化方法として
測定方法や測定面積の相違によらない、パワースペクト
ルを用いることが有用であることを見出し、パワースペ
クトルのパワー値と弾性表面波の伝搬特性、特に弾性表
面波速度(以後SAW速度と記す)との間に相関がある
ことを突き止め、種々検討して本発明を完成した。パワ
ー値P(k)はThomas C.Bristow and Kevork Arackellian,
SPIE Vol.749 Metrology,114-118,(1987) に報告されて
おり、触針式粗さ計、光学式粗さ計、原子間力顕微鏡
(以下AFMと記す)等の表面粗さ計により得られたプ
ロファイルデータをフーリエ変換し、(1)式により求
められる。 P(k)=(2 πd /N)・|F(k)|2 …(1) ここで、πは円周率、d はサンプリング間隔、N はサン
プル数、F(k)はプロファイルデータのフーリエ変換値を
表す。すなわち、パワースペクトルは(1)式におい
て、空間周波数k ごとの表面粗さ分布を表したものであ
る。本発明ではウェーハ面の表面状態の定量化方法とし
てパワー値を採用し、このパワー値を0.1 μm-1 以上の
空間周波数k において10k-1nm3以下とするものである。
【0006】以下本発明を図に基づいて説明する。図
1、図4、図5は横軸を空間周波数k縦軸をパワー値P
(k)とする座標軸に示された本発明のウェーハ面のパワ
ースペクトルのグラフである。本発明ではパワー値が、
0.1 μm-1 以上の空間周波数k において、10k-1nm3以下
とするもので、ウェーハ表面のパワースペクトルが図1
のA、Bのように空間周波数k が0.1 μm-1 以上で直線
P(k)=10k-1 より下の領域に位置することが必要で、こ
のウェーハを用いた弾性表面波デバイスはウェーハ面内
のSAW速度のバラ付きが極めて小さい。これに対して
パワースペクトルが図4、図5のC〜Gのように直線P
(k)=10k-1 を超える領域に位置する場合はウェーハ面
内のSAW速度のバラ付きが大きくなってしまうため、
このようなウェーハは弾性表面波デバイス用圧電性単結
晶ウェーハとしては不適当である。
【0007】本発明のパワースペクトルの表面状態のウ
ェーハ面を得るには、予めウェーハ面の研磨条件とパワ
ースペクトルの関係を調べておき、上記のパワー値とな
る条件で研磨すれば良い。例えば、ウェーハ面を、砥粒
として平均粒子径30〜80nmのSiO2を用い、砥粒濃度5重
量%で、加工圧力120 gf/cm2以下で、鏡面研磨すればよ
い。
【0008】本発明の弾性表面波デバイス用圧電性単結
晶ウェーハはタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウ
ムからなるものである。
【0009】また、本発明のウェーハの選択方法で採用
したパワースペクトルは、異なる測定法、測定面積によ
り求めても変化せず、比較が可能であるという特長を有
する。それについて以下に説明する。まず、測定方法に
よる違いをみるために、同一のタンタル酸リチウム単結
晶ウェーハの同一位置を、光学式粗さ計とAFMで表面
粗さを測定して得たプロファイルデータをフーリエ変換
してパワースペクトルを求めた。光学式粗さ測定計はTo
po system (Wyko社製商品名)を、AFMはNANOS
CORPII(DigitalInstruments 社製商品名)を用
い、文献1〔T.Abe,E.F.Steigmeier,W.Hagleitner and
A.J.Pidduck,Jpn.J.Appl.Phys.,31,721-728,(1992)〕に
記載の方法で行った。以後記載の光学式粗さ測定及びA
FM測定はいずれも上記の装置で行なった。図2にその
結果を示すが、光学式粗さ測定計による場合とAFMに
よる場合のパワースペクトルは重なっており、異なる測
定法でも、同一のパワースペクトルが得られ、測定法に
依存しないことがわかる。したがってパワースペクトル
により表面状態の比較が可能である。
【0010】次に、測定面積による違いをみるために、
同一のタンタル酸リチウム単結晶ウェーハの目視で同一
位置の測定面積を10μm ×10μm 、1μm ×1μm 、0.
1 μm ×0.1 μm と変えてAFMを用いて表面粗さの測
定を行い、パワースペクトルを得た。図3にその結果を
示すが、測定面積が異なっても同一のスペクトルが得ら
れ、測定面積に依存しないことがわかり、したがって表
面状態の比較が可能であることが分かる。以上、パワー
スペクトルを用いると測定法や測定面積の相違によらな
い表面状態の比較が可能であり、表面状態の定量化方法
として非常に有用なことが分かる。
【0011】以上本発明によると、上記表面状態を有す
る圧電性単結晶ウェーハを用いることによりウェーハ面
内のSAW速度の最大値と最小値の差が1m /s 以下と
極めてばらつきの小さいウェーハが得られ、再現性良く
弾性表面波デバイスを製造することができ、歩留向上、
コスト低減を達成することが可能である。また、表面状
態の定量化方法としてパワースペクトルを用いること
で、弾性表面波デバイスに必要な鏡面状態の判断が可能
であり、弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハの
選択方法として優れている。さらに自動化、省力化が可
能であり、弾性表面波デバイスの大幅な製作コスト削減
が可能となる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)、(実施例2)、(比較例1〜5) (ウェーハ製作)Y軸から36°Z軸方向に回転した(以
下36°Yと記す)方向が引上方向である直径80mm、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。この単結晶を円形状に加工し、さら
に36°Y方向がウェーハ面と垂直となるようにマルチワ
イヤーソーで厚さ0.45mmのウェーハに切断した後、両面
ラッピングし、さらに弾性表面波送受信用の電極を形成
しない面(以下裏面と記す)を15〜20μm の凹凸となる
ようにラッピングし、反りを低減させるためフッ酸と硝
酸の混酸液中に1時間浸透した。得られたタンタル酸リ
チウム単結晶ウェーハは厚さ0.4mm であった。次いでこ
のタンタル酸リチウム単結晶ウェーハの弾性表面波送受
信用の電極形成面(以下表面と記す)を表1に示すポリ
ッシュ条件でポリッシュして実施例1、2、比較例1〜
5の試料を作製した。ポリッシュは回転数は90rpm で、
目視検査で十分に鏡面が得られたと判断されるまで行な
った。
【0013】(表面状態の測定)上記タンタル酸リチウ
ム単結晶ウェーハ試料の表面をAFMで測定したプロフ
ァイルデータから、図1、図4、図5に示すパワースペ
クトルA(実施例1)、B(実施例2)、C(比較例
1)、D(比較例2)、E(比較例3)、F(比較例
4)及びG(比較例5)を得た。なおAFMによる測定
はウェーハ中心を10μm ×10μm の測定面積で行なっ
た。
【0014】(弾性表面波の伝搬特性)上記タンタル酸
リチウム単結晶ウェーハ試料について、文献2〔J.Kush
ibiki,T.Kobayashi,N.Chuubati,I.Sahashi and T.Sasam
ata,IEEE Trans.Sonics &Ultrason.,42(1),(1995)〕の
方法で、疑似弾性表面波速度(以下LSAWと記す)を
超音波顕微鏡により測定し、測定値の最大値と最小値の
差よりLSAW速度差を求めた。結果を表1に示した。
また、比較のためにAFM測定から得られたRMS値も
表1に記載した。
【0015】
【表1】
【0016】表1、図1、図4、図5より、パワースペ
クトルとLSAW速度差との間には相関がみられ、空間
周波数k が0.1 μm-1 以上においてパワーが10k-1nm3
下の場合、LSAW速度差が1m /s 以下の36°Yタン
タル酸リチウム単結晶ウェーハが得られた。一方、RM
SとLSAW速度差との間には相関は見られなかった。
【0017】上記は36°Yタンタル酸リチウム単結晶ウ
ェーハについてのみ述べたが、タンタル酸リチウムの他
の方位のウェーハ及びニオブ酸リチウム、水晶、四ほう
酸リチウム単結晶ウェーハについても本発明と同様であ
った。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、ウェーハ面内のSAW
速度が極めてばらつきの小さいウェーハが得られ、再現
性良く弾性表面波デバイスを製造することができ、歩留
向上、コスト低減を達成することが可能であり、また、
表面状態の定量化方法にパワースペクトルを用いること
により、異なる測定法、測定面積によっても変化せず比
較が可能で、弾性表面波デバイスに必要な鏡面状態の判
定が正確になり、さらに自動化、省力化が可能で、弾性
表面波デバイスの大幅な製作コスト削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1、実施例2のパワースペクト
ルのグラフである。
【図2】異なる測定法により得られたパワースペクトル
のグラフである。
【図3】異なる測定面積により得られたパワースペクト
ルのグラフである。
【図4】比較例1、2、3のパワースペクトルのグラフ
である。
【図5】比較例4、5のパワースペクトルのグラフであ
る。
【符号の説明】
A…実施例1のパワースペクトル B…実施例2のパワースペクトル C…比較例1のパワースペクトル D…比較例2のパワースペクトル E…比較例3のパワースペクトル F…比較例4のパワースペクトル G…比較例5のパワースペクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 流王 俊彦 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 角田 均 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性表面波を送受信する電極を形成する
    ウェーハ面の表面状態が表面粗さ計により測定されたプ
    ロファイルデータから得られるパワー値により制御され
    てなることを特徴とする弾性表面波デバイス用圧電性単
    結晶ウェーハ。
  2. 【請求項2】 パワー値が0.1 μm-1 以上の空間周波数
    k において10k-1nm3以下である請求項1に記載の弾性表
    面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ。
  3. 【請求項3】 弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェ
    ーハがタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムから
    なる請求項1に記載の弾性表面波デバイス用圧電性単結
    晶ウェーハ。
  4. 【請求項4】 弾性表面波を送受信する電極を形成する
    ウェーハ面の表面状態を表面粗さ計により測定されたプ
    ロファイルデータから得られるパワー値により判断する
    ことを特徴とする弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウ
    ェーハの選択方法。
  5. 【請求項5】 パワー値が0.1 μm-1 以上の空間周波数
    k において10k-1nm3以下である請求項4に記載の弾性表
    面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハの選択方法。
JP9210413A 1997-08-05 1997-08-05 弾性表面波デバイス用圧電性単結晶ウェーハ及びその選択方法 Pending JPH1160388A (ja)

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