KR100489548B1 - Method of producing substrate for surface acoustic wave element and the substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면 탄성파 소자용 기판 제조방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a surface acoustic wave device,
단결정기판의 양면에 전극을 도포하고 상기 전극에 직류전압을 가하여 단결정기판에 단일분극을 형성하는 단계; 상기 단결정기판의 소자제조면의 반대측 표면 비저항이 1011Ω 이하가 되도록 단결정기판에 흡수될 수 있는 파장범위를 가지는 레이저를 소자제조면의 반대측 표면에 조사하는 단계; 상기 레이저가 조사된 단결정기판을 가공하여 표면 탄성파 소자용 기판으로 제조하는 단계;를 포함하도록 구성되므로,Coating electrodes on both sides of the single crystal substrate and applying a DC voltage to the electrodes to form a single polarization on the single crystal substrate; Irradiating a laser having a wavelength range that can be absorbed by the single crystal substrate to the opposite surface of the device manufacturing surface such that the surface specific resistance of the device manufacturing surface of the single crystal substrate is 10 11 Ω or less; And processing the single crystal substrate irradiated with the laser to produce a surface acoustic wave device substrate.
단결정기판 표면의 전기 전도도가 개선되어, 단결정기판의 초전특성에 의해 생성되는 정전기를 신속히 제거할 수 있으므로, 표면 탄성파 소자 제조공정에서 발생하는 정전기로 인한 작업 불안정성을 현저히 개선할 수 있다는 장점이 있다.Since the electrical conductivity of the surface of the single crystal substrate is improved, the static electricity generated by the pyroelectric properties of the single crystal substrate can be quickly removed, and thus, the work instability caused by the static electricity generated in the surface acoustic wave device manufacturing process can be remarkably improved.
Description
본 발명은 표면 탄성파 소자용 기판에 관한 것으로, 특히 압전 및 초전특성을 가지는 단결정기판에 레이저를 조사하여, 기판 표면의 전기 전도도를 증가시켜 기판 표면의 정전기를 신속하게 제거할 수 있는 표면 탄성파 소자용 단결정기판의 제조방법 및 그 기판에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device substrate, and more particularly, to a surface acoustic wave device capable of quickly removing static electricity from the surface of a substrate by increasing the electrical conductivity of the substrate surface by irradiating a laser to a single crystal substrate having piezoelectric and pyroelectric characteristics. A method for producing a single crystal substrate and a substrate thereof.
표면 탄성파 소자용 기판으로 사용되기 위해서는, 단결정기판이 초전성과 압전성을 가져야만 한다. 이러한 특성을 만족하는 대표적인 단결정기판으로서는, 니오븀산 리튬 단결정기판, 탄탈산 리튬 단결정기판 등이 있다. In order to be used as a substrate for surface acoustic wave elements, a single crystal substrate must have superconductivity and piezoelectricity. Representative single crystal substrates satisfying these characteristics include lithium niobate single crystal substrates and lithium tantalate single crystal substrates.
그런데, 초전성과 압전성을 가지는 단결정을 표면 탄성파 소자의 기판으로 사용하기 위해서는 단일분극화 처리를 하여야만 한다. 단결정기판을 단일분극화하면, 단결정기판 양쪽 표면에 부착된 정전 전하의 방전으로 인한 스파크가 발생하게 되어 표면 탄성파 소자 제조공정에 있어서 많은 문제점을 야기하게 된다. 이와 같이, 탄탈산 리튬 기판에 부착된 정전 전하로 인한 정전기는 기판 이송이나 작업 과정에서 표면 탄성파 소자의 제조장치에 작동오류를 일으킬 수 있고, 기판이 상기 제조장치에 강하게 부착되어 기계적인 응력에 의하여 기판이 파손되는 등, 작업안정성이 현저하게 떨어지는 문제가 있다. However, in order to use a single crystal having superelectricity and piezoelectricity as a substrate of a surface acoustic wave element, it must be subjected to a monopolarization treatment. When the single crystal substrate is monopolarized, sparks are generated due to the discharge of the electrostatic charge attached to both surfaces of the single crystal substrate, which causes many problems in the surface acoustic wave device manufacturing process. As such, the static electricity due to the electrostatic charge attached to the lithium tantalate substrate may cause an operation error in the manufacturing apparatus of the surface acoustic wave device during substrate transfer or operation, and the substrate is strongly attached to the manufacturing apparatus, There is a problem that the work stability is remarkably inferior, such as breakage of the substrate.
뿐만 아니라, 상기 단결정기판에 소자를 부착하는 공정 중 기판의 온도가 급격히 변화될 경우, 기판에 부착된 정전 전하의 방전으로 발생하는 스파크에 의해 기판 또는 기판 위에 제조된 소자회로가 손상되거나, 나아가 소자 제조장치에 전기적 충격을 주어 고장을 야기시킬 수도 있다. In addition, when the temperature of the substrate is suddenly changed during the process of attaching the device to the single crystal substrate, the device circuit manufactured on the substrate or the substrate is damaged by the spark generated by the discharge of the electrostatic charge attached to the substrate, or the device Electrical shocks may be applied to the manufacturing apparatus, causing failures.
또한, 근래 소자의 사용 주파수 영역이 날로 고주파화됨에 따라, 소자의 신호선의 폭이 수십 마이크로미터에서 수 마이크로미터까지 감소하고 있는 요즈음에는, 기판 표면의 국소적인 정전 전하량 차이로 인하여 발생하는 미소 방전에 의하여 미세한 선폭의 신호선들이 파괴되어 소자의 수명이 단축되는 문제점이 발생하고 있다.In recent years, as the frequency band of the device becomes higher and higher, the width of the signal line of the device decreases from several tens of micrometers to several micrometers. As a result, signal lines having a fine line width are destroyed, thereby shortening the lifespan of the device.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판의 소자제조면의 이면에 도전성 금속막을 생성시키고 이를 접지하여 정전기를 제거하거나, 기판 양면을 전기적으로 연결하여 장시간 방전한 후 기판 위에 소자를 제조하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 상기의 방법에 의하면, 도전성 금속막의 생성 및 최종적인 소자 제조 후의 도전성 금속막 제거 등의 추가적인 공정이 요구되거나, 공정 시간의 증가로 인한 비용증가 등의 단점이 있었다. 또한, 상기와 같은 방법들을 사용하더라도 기판 표면의 국소적인 정전 전하량 차이로 인하여 발생하는 미소 방전에 의한 소자 수명 단축현상은 효과적으로 억제할 수 없다는 문제점이 있었다.In order to solve the above problems, a method of manufacturing a device on the substrate after generating a conductive metal film on the back surface of the device manufacturing surface of the substrate and grounding it to remove the static electricity, or by electrically connecting both sides of the substrate for a long time discharge Has been. However, according to the above method, additional processes such as the generation of the conductive metal film and the removal of the conductive metal film after the final device fabrication are required, or the cost increases due to the increase in the processing time. In addition, even if the above methods are used, there is a problem in that the shortening of the device life due to the micro discharge generated due to the local electrostatic charge difference on the surface of the substrate cannot be effectively suppressed.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단일분극화된 단결정기판의 전기전도도를 증가시켜 기판 표면에 부착된 정전 전하를 신속히 이동시킴으로써, 기판의 정전기 특성을 개선하기 위한 표면 탄성파 소자용 단결정기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and increases the electrical conductivity of a monopolarized single crystal substrate to quickly move the electrostatic charge attached to the surface of the substrate, thereby improving the electrostatic characteristics of the substrate. It is an object to provide a substrate.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 단결정 기판의 제조방법은,In order to achieve the above object, the method for producing a single crystal substrate of the present invention,
표면 탄성파 소자용 단결정기판을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a single crystal substrate for surface acoustic wave elements,
단결정기판의 양면에 전극을 도포하고 상기 전극에 직류전압을 가하여 단결정기판에 단일분극을 형성하는 단계;Coating electrodes on both sides of the single crystal substrate and applying a DC voltage to the electrodes to form a single polarization on the single crystal substrate;
상기 단결정기판의 소자제조면의 반대측 표면 비저항이 1011Ω 이하가 되도록 단결정기판에 흡수될 수 있는 파장범위를 가지는 레이저를 소자제조면의 반대측 표면에 조사하는 단계;Irradiating a laser having a wavelength range that can be absorbed by the single crystal substrate to the opposite surface of the device manufacturing surface such that the surface specific resistance of the device manufacturing surface of the single crystal substrate is 10 11 Ω or less;
상기 레이저가 조사된 단결정기판을 가공하여 표면 탄성파 소자용 기판으로 제조하는 단계;Fabricating a single crystal substrate irradiated with the laser to produce a surface acoustic wave device substrate;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Characterized in that comprises a.
또한, 본 발명의 표면 탄성파 소자용 단결정기판은, 단결정기판의 양면에 전극을 도포하고 상기 전극에 직류전압을 가하여 단일분극된 후, 가공되어 제조되는 표면 탄성파 소자용 단결정기판에 있어서, 단일분극 후에 그 소자제조면의 반대측 면에 단결정기판에 흡수될 수 있는 파장범위를 가지는 레이저가 조사됨으로써, 그 표면 비저항이 1011Ω 이하가 되는 것을 특징으로 한다.In addition, the single crystal substrate for surface acoustic wave elements of the present invention is applied to electrodes on both sides of a single crystal substrate and subjected to a single polarization by applying a DC voltage to the electrode, and then processed and manufactured. A laser having a wavelength range that can be absorbed by a single crystal substrate is irradiated on the opposite side of the device fabrication surface, so that the surface resistivity becomes 10 11 Ω or less.
그리고, 상기 단결정기판은 탄탈산 리튬 또는 니오븀산 리튬에서 선택되는 하나의 단결정으로 만들어진 기판인 것이 바람직하다.The single crystal substrate is preferably a substrate made of one single crystal selected from lithium tantalate or lithium niobate.
이하에서는, 본 발명을 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
단일분극화(poling) 처리란, 단결정에 형성된 모든 분극을 한 방향으로 배열시키는 것을 말한다. 단일분극화 처리공정은, 분극 방향에 따라 단결정의 양면에 전극을 도포한 후, 큐리온도 이상으로 가열하고 일정시간 유지하여 분극을 제거하고, 전극에 직류전압을 가하여 전계(電界)를 형성한 후, 큐리온도 이하로 냉각하는 단계로 이루어진다. 상기와 같은 공정에 의해 큐리온도 이하로 냉각되면서 생성되는 이른바 자발분극이 단결정에 가해진 직류 전계에 의해 한 방향으로 배열하게 되는 것이다. Monopolarization refers to arranging all the polarizations formed in a single crystal in one direction. In the monopolarization treatment step, electrodes are coated on both sides of a single crystal along the direction of polarization, then heated above the Curie temperature and maintained for a certain time to remove polarization, and a DC voltage is applied to the electrodes to form an electric field. Cooling to below the Curie temperature. The so-called spontaneous polarization generated while cooling below the Curie temperature by the above process is arranged in one direction by the direct current applied to the single crystal.
단일분극화 처리를 한 다음에는, 단결정기판의 전기 전도도를 증가시켜 정전기 특성을 개선하기 위하여 소정 파장범위의 레이저를 단결정기판의 소자제조면의 반대측 표면에 조사한다. 이와 관련하여, 압전 및 초전특성을 가지는 단결정기판의 전기 전도도를 증가시키기 위하여, 단일분극화된 단결정기판을 환원성 분위기에서 환원열처리하는 방법이 알려져 있다. 니오븀산 리튬이나 탄탈산 리튬과 같은 단결정기판을 환원성 분위기에서 열처리하면 그 전기전도도가 증가하는 이유는, 산화상태의 변화로 인하여 전자 밀도가 증가하기 때문인 것으로 알려지고 있다.After the monopolarization treatment, a laser of a predetermined wavelength range is irradiated on the surface opposite to the device fabrication surface of the single crystal substrate in order to increase the electrical conductivity of the single crystal substrate and improve the electrostatic properties. In this regard, in order to increase the electrical conductivity of a single crystal substrate having piezoelectric and pyroelectric properties, a method of reducing heat treatment of a monopolarized single crystal substrate in a reducing atmosphere is known. It is known that the reason why the electrical conductivity increases when a single crystal substrate such as lithium niobate or lithium tantalate is heat treated in a reducing atmosphere is because the electron density increases due to the change in the oxidation state.
따라서, 본 발명자는 단결정기판을 환원열처리하지 않더라도, 단결정의 산화상태 또는 국부적인 조성을 변화시키는 다른 수단을 사용하면 단결정기판의 전기전도도를 증가시킬 수 있을 것이라는 점에 착안하여 예의연구한 결과, 레이저의 조사에 의하여 단결정기판의 전기전도도를 증가시킬 수 있음을 밝혀 내었다.Therefore, the present inventors have made a careful study on the fact that even if the single crystal substrate is not subjected to reduction heat treatment, the electrical conductivity of the single crystal substrate can be increased by using other means of changing the oxidation state or the local composition of the single crystal. Investigation revealed that the conductivity of the single crystal substrate can be increased.
즉, 초전특성 및 압전특성을 가지는 단결정기판의 표면에 레이저를 주사하면, 국소적으로 많은 열이 발생하게 되어 레이저가 조사된 부분의 온도가 단결정기판의 용융점보다 높아지게 된다. 이로 인하여 레이저가 조사된 기판 표면층은 국부적인 열분해반응이 일어나게 되고, 이러한 반응에 의하여 단결정의 조성이나, 구성원소들의 원자가가 변하게 되며 이로 인하여 전기 전도도가 증가되는 것으로 여겨진다.That is, when a laser is scanned on the surface of a single crystal substrate having pyroelectric and piezoelectric characteristics, a large amount of heat is generated locally, and the temperature of the portion irradiated with the laser becomes higher than the melting point of the single crystal substrate. As a result, localized pyrolysis of the substrate surface layer irradiated with the laser occurs, and the composition of the single crystal and the valences of the elements are changed by the reaction, thereby increasing the electrical conductivity.
상기 레이저는 단결정기판의 표면 탄성파 소자제조면의 반대측 표면에 조사하여야 한다. 왜냐하면, 탄탈산 리튬 단결정기판 또는 니오븀산 리튬 단결정기판과 같은 초전특성을 가지는 단결정기판에 표면 탄성파 소자를 제조하기 위해서는 표면 탄성파 소자제조면인 경면(鏡面)은 단일분극상태를 유지하여야만 하는데, 레이저를 상기 소자제조면에 조사하면 이러한 단일분극상태가 파괴되기 때문이다. 즉, 단일분극상태는 단결정의 결정구조가 달라지는 큐리온도 이상에서는 유지되지 못하게 되는데, 레이저를 조사하면 조사된 부분의 온도가 큐리온도 이상이 되어 단일분극상태가 파괴되는 것이다. The laser should be irradiated on the surface opposite to the surface acoustic wave device fabrication surface of the single crystal substrate. Because, in order to manufacture surface acoustic wave devices on monocrystalline substrates such as lithium tantalate single crystal substrates or lithium niobate single crystal substrates, the mirror surface, which is the surface acoustic wave device manufacturing surface, must maintain a single polarization state. This is because such a single polarization state is destroyed when the device fabrication surface is irradiated. That is, the monopolar state cannot be maintained above the Curie temperature at which the crystal structure of the single crystal is different. When the laser is irradiated, the temperature of the irradiated portion becomes above the Curie temperature and the monopolar state is destroyed.
또한, 기판 표면의 정전기를 효과적으로 제거하기 위해서는 기판 표면의 전기 전도도가 높을 수록(즉, 기판 표면의 비저항이 낮을 수록) 좋으며, 본 발명의 레이저 조사조건은 소자제조면의 반대측 표면 비저항이 적어도 1011Ω 이하가 되는 것을 특징으로 하고 있다.In addition, in order to effectively remove static electricity on the substrate surface, the higher the electrical conductivity of the substrate surface (that is, the lower the resistivity of the substrate surface), the better the laser irradiation condition of the present invention is that the surface resistivity of the opposite side of the device fabrication surface is at least 10 11. It is characterized by being below Ω.
그리고, 상기 레이저는, 단결정기판에 흡수될 수 있는 파장범위를 가져야 한다. 왜냐하면, 레이저가 단결정기판에 흡수되지 않는 파장범위를 가질 경우에는, 그 에너지가 단결정기판으로 전달되지 못하여, 단결정기판 표면을 열분해할 수 없기 때문이다. 뿐만 아니라, 단결정기판에 레이저의 에너지가 지나치게 과도하게 흡수되면, 단결정기판이 깨지거나 손상될 우려가 있으므로 적절한 파장범위를 선택하는 것이 중요하다. The laser should have a wavelength range that can be absorbed by the single crystal substrate. This is because when the laser has a wavelength range that is not absorbed by the single crystal substrate, the energy cannot be transferred to the single crystal substrate, and thus the surface of the single crystal substrate cannot be thermally decomposed. In addition, if the energy of the laser is excessively absorbed by the single crystal substrate, the single crystal substrate may be broken or damaged, so it is important to select an appropriate wavelength range.
그 외에도, 레이저의 열에 의해 기판이 깨지거나 레이저가 투과하여 표면 탄성파 소자제조면에 손상이 생기지 않도록, 선택되는 기판의 종류에 대응하여 레이저의 종류나 파워(power), 투과율과 같은 조건을 잘 선택하여야 한다. In addition, the conditions such as the type of laser, power and transmittance are well selected according to the type of substrate selected so that the substrate is not broken by the heat of the laser or the laser penetrates to damage the surface acoustic wave device manufacturing surface. shall.
한편, 레이저가 기판의 전면(全面)에 걸쳐 조사될 수 있도록, 레이저의 주사선 간격은 그 스팟 사이즈(spot size) 이하로 하는 것이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that the scanning line spacing of the laser is less than or equal to the spot size so that the laser can be irradiated over the entire surface of the substrate.
이하에서는, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 아래의 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따른 범위가 아래의 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope according to the gist of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
탄탈산 리튬 단결정의 전기전도도 변화는 고저항 측정기로 그 표면 비저항을 측정함으로써 알 수 있다.The electrical conductivity change of the lithium tantalate single crystal can be known by measuring its surface resistivity with a high resistance measuring instrument.
표 1은 탄탈산 리튬 단결정기판의 소자제조면의 이면에 1.06㎛ 파장의 Nd:YAG 레이저를 5~19W의 범위 내에서 파워를 달리하여 조사한 후, 그 표면 비저항을 고저항 측정기를 이용하여 측정한 값을 나타낸 것이다. Table 1 shows the surface resistivity of the lithium tantalate single crystal substrate on the back surface of the device fabrication surface by varying the power of the Nd: YAG laser having a wavelength of 1.06 µm within the range of 5 to 19 W and measuring the surface resistivity using a high resistance measuring instrument. The value is shown.
탄탈산 리튬은 0.3~5.0㎛ 범위의 파장 대역에서 광학적 투과율이 약 70% 정도로서, 상기 대역을 벗어난 파장범위의 레이저는 대부분 표면에서 흡수되어, 그 에너지로 인하여 탄탈산 리튬 기판 자체가 깨질 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 대역 범위 내의 파장(1.06㎛ )을 가지는 Nd:YAG 레이저를 선택하여 조사하였다. Lithium tantalate has an optical transmittance of about 70% in the wavelength range of 0.3 ~ 5.0㎛, the laser of the wavelength range outside the above band is mostly absorbed from the surface, the energy of the lithium tantalate substrate itself may be broken. . Therefore, in the present embodiment, an Nd: YAG laser having a wavelength (1.06 µm) within the band range was selected and irradiated.
또한, 레이저의 파워가 너무 높으면 단결정 기판이 손상될 위험이 있고, 너무 낮으면, 원하는 만큼의 전기 전도도 상승을 기대할 수 없으므로, 본 실시예에서는, 적절한 파워범위인 5~19W의 범위 내에서 파워를 달리하여 레이저를 조사하였다.In addition, if the power of the laser is too high, there is a risk of damaging the single crystal substrate. If the power of the laser is too low, an increase in electrical conductivity can not be expected as much as desired. In this embodiment, power is supplied within a range of 5 to 19 W, which is an appropriate power range. The laser was irradiated otherwise.
통상의 단결정기판의 표면 비저항은 1014~1015Ω 정도이다. 그런데 상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따라 레이저를 조사한 탄탈산 리튬 단결정기판의 표면 비저항은 1011Ω 이하가 되며, 레이저의 파워가 증가할 수록 그 비저항값이 더욱 감소하여, 그 정전기 특성이 현저하게 개선되고 있음을 알 수 있다.The surface specific resistance of a conventional single crystal substrate is about 10 14 to 10 15 Ω. However, as can be seen in Table 1, the surface resistivity of the lithium tantalate single crystal substrate irradiated with a laser according to the present embodiment is 10 11 Ω or less, and as the power of the laser increases, the resistivity decreases further. It can be seen that the electrostatic properties are remarkably improved.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 표면 탄성파 소자용 단결정 기판의 제조방법에 의하면, 단결정기판 소자제조면의 이면의 전기 전도도가 개선되어, 단결정기판의 초전특성에 의해 생성되는 정전기를 신속히 제거할 수 있으므로, 표면 탄성파 소자 제조공정에서 발생하는 정전기로 인한 작업 불안정성을 현저히 개선할 수 있다는 장점이 있다.As described above, according to the method for manufacturing a single crystal substrate for a surface acoustic wave device of the present invention, the electrical conductivity of the back surface of the single crystal substrate device manufacturing surface is improved, so that static electricity generated by the pyroelectric properties of the single crystal substrate can be quickly removed. Therefore, there is an advantage that can significantly improve the work instability caused by the static electricity generated in the surface acoustic wave device manufacturing process.
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