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。

针对上述问题，最初的研究计划是应用等离子体CVM（一种大气压等离子体工艺）来生产厚度为3μm以下（固有频率为600MHz以上）的AT切割晶体毛坯，该晶体毛坯具有优异的温度特性振动频率，并行目标是建立一种工艺来实现 3 nm 或更小的光洁度。具体来说，在研究期内，我们将：（1）获得石英晶体毛坯的加工特性（加工速度、表面粗糙度）与加工参数（反应气体种类、反应气体浓度、功率等）之间的相关性； (2)通过数控加工提高晶体片的平行度。 (3)目的是评价所制作的晶体薄板的形状精度(厚度、平行度)和自振特性。关于本计划的第（1）项，我们将在第一年利用现有的圆柱形旋转电极的加工设备获得基本的加工特性，并在不恶化表面粗糙度的情况下提高加工速度，我们找到了反应气体成分（CF_4和O_2的成分比）。）允许这样做。此外，在第二年，为了实现第（2）项，我们设计了通过使用圆柱形旋转电极和管电极一起提高平行度的两步校正工艺，制作了原型管电极单元，并进行了NC我们设计并制造了一个可以执行扫描的计算机控制的XY工作台。在此过程中，通过使用圆柱形旋转电极进行一维数控扫描和使用管状电极进行二维数控扫描，可以高效地去除厚度误差的长空间波长成分。短周期厚度误差分量精度高。第三年（最后一年），我们应用了我们设计的两步平行度校正工艺来校正市售 AT 切割晶体晶片（25mm x 20mm x 80μm^t）的厚度分布，并对其进行了评估（项目（3） ) ) 已执行。当我们测量晶体晶片上每个点的局部共振频率并将该值转换为晶片厚度分布来评估加工结果时，我们发现厚度不均匀性从校正前最多108 nm减少到了14 nm成功改善了。此外，通过消除晶片厚度不均匀，即提高平行度，减少了降低器件性能的不必要的二次振动，并且在使用管电极校正后可以获得完美的谐振特性。这些成果将极大地有助于提高晶体器件的性能。