大気圧プラズマを用いた高周波水晶デバイス用水晶基板の無歪薄板化プロセスの開発

利用常压等离子体开发高频晶体器件晶体基板的无应变减薄工艺

基本信息

批准号：
15686007
负责人：
山村和也
金额：
$ 18.97万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15686007/
关键词：
大気圧プラズマプラズマCVM 水晶無歪加工高周波薄板化

项目摘要

上記課題における当初の研究計画は、大気圧プラズマプロセスであるプラズマCVMを適用することにより、振動周波数の温度特性に優れたATカット水晶素板を厚さ3μm以下(固有振動数600MHz以上)、平行度3nm以下に仕上げるプロセスを確立することであった。具体的には研究期間内において、(1)水晶素板の加工特性(加工速度、表面粗さ)と加工パラメータ(反応ガス種、反応ガス濃度、電力等)の相関を得る。(2)数値制御加工により水晶素板の平行度を向上させる。(3)作製した水晶薄板の形状精度(厚さ、平行度)と固有振動特性を評価することを目標とした。本計画に対し、項目(1)に関しては初年度において既存の円筒型回転電極を有する加工装置を用いて基礎的な加工特性の取得を行い、表面粗さを悪化させずに加工速度を増大することが可能な反応ガス組成(CF_4とO_2の組成比)を見出した。また、2年目には項目(2)を達成するため、円筒型回転電極とパイプ電極を併用することにより平行度を向上させる2ステップ修正プロセスを考案し、パイプ電極ユニットの試作、およびNC走査が可能なパソコン制御によるXYテーブルを設計・製作した。本プロセスにおいては、円筒型回転電極を用いて1次元の数値制御走査を行うことにより、厚み誤差の長空間波長成分を高能率に除去し、さらにパイプ型電極を用いた2次元数値制御走査により、短周期の厚み誤差成分を高精度に除去することが可能である。3年目(最終年度)においては、考案した2ステップ平行度修正プロセスを市販のATカット水晶ウエハ(25mm×20mm×80μm^t)における厚み分布の修正に適用し、その評価(項目(3))を行った。水晶ウエハ上の各点における局所的な共振周波数を測定し、その値からウエハの厚さ分布に換算して加工結果を評価したところ、修正前には最大108nmであった厚さムラを14nmにまで向上することに成功した。また、ウエハの厚みムラが解消、すなわち平行度が向上することによりデバイス性能を劣化させる不要な副振動が減少し、パイプ電極による修正後には完全な共振特性を得ることができた。これらの成果は、水晶デバイスの高性能化に大きく貢献するものである。

上述任务的最初研究计划是建立一个用于应用等离子CVM的过程，即等离子CVM，这是一种大气压力等离子体过程，以完成具有振动频率出色温度特性的固定晶体板，其厚度为3μm或更少（自然的振动频率为600mHz或更多），或者更少。具体而言，在研究期间，（1）获得了石英板的处理特性（加工速度，表面粗糙度）与加工参数（反应气体类型，反应气体浓度，功率等）之间的相关性。（2）通过数值控制处理来改善晶体板的并行性。（3）目标是评估制备的石英薄板的形状精度（厚度，并行性）和自然振动特性。关于项目（1），在第一年，使用具有现有圆柱旋转电极的加工设备获得了基本的加工特性，而反应性气体成分（CF_4和O_2的组成比）可以提高加工速度而不会发现表面粗糙度而不会降低表面粗糙度。此外，在第二年，为了实现项目（2），设计了两个步骤的修改过程，以通过使用圆柱旋转电极和组合的管道电极以及可以扫描NC的PC对照的XY表来改善并行性。在此过程中，通过使用圆柱旋转电极执行一维数值对照扫描，可以在高效率下消除厚度误差的长空间波长成分，并使用管道类型的二维数值控制扫描，使用管道类型电极，短期厚度误差组件可以在高精度中消除较短的厚度误差。在第三年（最后一年）中，设计的两步并行性校正过程被应用于校正市售晶体晶体晶片（25mm x 20mm x80μm^t）中的厚度分布，并进行了评估（项目（3））。测量了晶体晶片上每个点的局部共振频率，并通过将值转换为晶片的厚度分布来评估处理结果，并且在校正之前，厚度不平均度最高为108 nm，成功增加到14 nm。此外，消除了晶片的不均匀厚度，即，平行性得到改善，这会降低不必要的辅助振动，从而降低设备的性能，并通过管道电极校正后获得完美的共振特性。这些结果极大地有助于提高石英设备的性能。