(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶の育成された単結晶の表面に現れた晶癖面に対しレーザ光を照射し、照射レーザ光と該晶癖面からの反射レーザ光とのずれから単結晶の方位を検出して、切断方向を決定することを特徴とする単結晶の切断方法。
【請求項２】
ＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶の育成された単結晶の表面に現れた晶癖面に対してレーザ光を照射し、該レーザ光の反射角度または位置から求められる照射レーザ光と該晶癖面からの反射レーザ光のずれに基づき、希望の結晶方位を検出し、
該希望の結晶方位を有する面で切断加工を行えるように、切断方向に対して該単結晶の向きを調整して固定した後、
該単結晶を切断することを特徴とする単結晶の切断方法。
【請求項３】
希望の結晶方位を有する面で切断加工が行われるように、ＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶の育成された単結晶の表面に現れた晶癖面に対してレーザ光を照射した場合の照射レーザ光と該晶癖面からの反射レーザ光とのずれを、該レーザ光の反射角度または位置として予め計算し、
ＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶の育成された単結晶の表面に現れた晶癖面に対してレーザ光を照射し、前記予め計算された反射角度または位置をレーザ光がとるように、切断方向に対して該単結晶の向きを調製して固定した後、
該単結晶を切断することを特徴とする結晶の切断方法。
【請求項４】
ＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶を切断する切断機械と、該切断機械の切断面に対する相対位置と向きを固定できるレーザ光発信器と、該レーザ光発信器のレーザ光をＬＮ単結晶またはＬＴ単結晶の育成された単結晶の表面に現れた晶癖面に照射したときの該レーザ光の反射角度または位置により前記照射レーザ光と該晶癖面からの反射レーザ光とのずれを測定する装置と、該照射レーザ光と該晶癖面からの反射レーザ光のずれに基づき、希望の結晶方位を有する面で切断加工を行えるように、前記切断機械の切断面に対する該単結晶の向きを調製する装置からなることを特徴とする単結晶の切断装置。
【請求項５】
前記切断機械に固着され、反射面が前記切断機械の切断面と平行である平面鏡を備えることを特徴とする請求項４に記載の単結晶の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面素子や振動子など、種々の電子部品の材料に使用される、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）やＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）等の酸化物単結晶や、あるいはＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体単結晶を、マルチワイヤソー等により特定の結晶方位を有する面で切断する装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の製造に使用される単結晶材料には多くの種類がある。しかし、いずれの単結晶材料に対しても、加工における結晶方位は、基本的かつ重要な仕様である。特定の結晶方位を持つように、ウェハまたはペレットに加工されて、電子部品の製造に用いられる。
【０００３】
従来、一般的な結晶方位を特定する方法には、Ｘ線による回折法を使用していた。この方法では、結晶試料の（ｈ、ｋ、１）面の面間隔ｄに対して、波長λのＸ線を照射するとき、次に示すブラッグの条件の式（１）を満たす入射角度（該面とＸ線との角度）θの方向で入射した時に、Ｘ線の回折強度が強くなるという原理を用いて、該面の結晶方位を特定する。
【０００４】
λ＝２ｄ・ｓｉｎθ      （１）
【０００５】
このＸ線による回折法を利用し、単結晶インゴットをマルチワイヤソーで切断して、所望の結晶方位を有する面の単結晶ウェハを得る方法を以下に説明する。
【０００６】
被加工材料である単結晶インゴットは一般に引上法、ブリッジマン法、水熱合成法などにより製造される。この時、単結晶インゴットは種結晶を使用して製造することから、大まかな結晶方位は知られている。
【０００７】
例えば、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）の３６°ＲＹ方位を有する面の単結晶ウェハを製造する場合には、３６°ＲＹ方位を有する面の種結晶を使用し、引上法により直径が３インチ（７６．２ｍｍ）〜４インチ（１０１．６ｍｍ）で、長さが１００〜１５０ｍｍ程度の単結晶インゴットを得る。該単結晶インゴットを適当な精度と可変角度幅とを有するゴニオメータに固定し、該単結晶インゴットの端面から内周切断機などを利用して試験ウェハを切り出す。前記のＸ線による回折法を適用し、該試験ウェハの結晶方位を測定し、所望の結晶方位との角度の偏差を計算する。計算された角度の偏差を基に、次に切り出す試験ウェハの結晶方位が、所望の結晶方位となるようにゴニオメータを調整する。再度試験ウェハを切り出し、該試験ウェハの結晶方位が要求精度内に収まるまで、この操作を繰り返す。
【０００８】
ゴニオメータの角度の調整作業の結果、試験ウェハを切り出した単結晶インゴットの端面の結晶方位も、所望の結晶方位になっている。この単結晶インゴットの端面を基準面と呼ぶ。
【０００９】
次に、該単結晶インゴットをマルチワイヤソーのワークホルダに固定する。このワークホルダには角度調整用のゴニオメータが付属している。拡大鏡やマイクロメータを用いて、マルチワイヤソーのワイヤが往復する方向（Ｘ方向）と、切断時に単結晶インゴットの上昇する方向（Ｙ方向）とで決まる平面（マルチワイヤソーの切断面）が、インゴットの基準面と十分に平行になるように、ワークホルダのゴニオメータを調整する。ゴニオメータの調整作業で、切り出す単結晶ウェハの結晶方位の精度を得るにはかなりの熟練を要する。調整が終了した後、ピアノ線で作られたワイヤを往復させつつ、ラッピングオイルに添加したシリコンカーバイトの研磨材をワイヤ流下させながら、単結晶インゴットを上昇させワイヤを押し当てて切断し、単結晶ウェハを得る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では以下のような問題があった。
（１）Ｘ線を使用するために、高価な測定装置と特殊な技術が必要である。
（２）試験ウェハを切り出すために、材料のロスがある。
（３）試験ウェハを切り出すための装置と工数が必要である。
（４）マルチワイヤソーのワークホルダに固定した後、単結晶の基準面とマルチワイヤソーの切断面とを一致させる調整作業が複雑で、切り出した単結晶ウェハの結晶方位の精度が低い。
【００１１】
そこで本発明の装置と方法は、単結晶材料からマルチワイヤソーなどで単結晶ウェハを切り出す際に、希望の結晶方位を有する面の単結晶ウェハを、簡単かつ高精度で切断し、単結晶材料のロスと加工工数の低減とにより単結晶ウェハの製造コストを低減することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の単結晶の切断方法では、単結晶の晶癖面に対してレーザ光を照射し、照射レーザ光と晶癖面からの反射レーザ光とのずれから単結晶の方位を検出し、切断方向を決定する。
【００１３】
また、本発明の単結晶の切断装置では、単結晶を切断する切断機械と、該切断機械の切断面に対する相対位置と向きを固定できるレーザ光発信器と、該レーザ光発信器のレーザ光を単結晶の晶癖面に照射したときの該レーザ光の反射角度または位置により前記照射レーザ光と晶癖面からの反射レーザ光のずれを測定する装置と、該照射レーザ光と晶癖面からの反射レーザ光のずれに基づき、希望の結晶方位を有する面で切断加工を行えるように、前記切断機械の切断面に対する該単結晶の向きを調整する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
引上法により育成される単結晶インゴットは、種類、成長方位、成長に使用する方法、成長環境により、特徴的な成長形態を示すことが知られている。特に晶癖面（ハビット）と呼ばれる部分は、結晶に固有な面であり、非常に平滑な形態で結晶表面に現れる。例えば、ＬＮやＬＴの単結晶インゴットでは、（０、１、−２）h  面がこのような形態をとる。
【００１５】
晶癖面は非常に平滑であるため、レーザ光のように指向性の鋭い光を面の法線に対してθの角度で入射させると、一部の光を−θの方向に正確に反射し、その指向性も失わない。一般的には、希望の結晶方位を有する面は、晶癖面と一致しない。ここで、両者のなす角度差をα°とする。
【００１６】
この角度差α°が比較的小さく、例えば約１０°以下の場合は、晶癖面に入射したレーザ光の反射角度を調べることにより、希望の結晶方位を有する面が晶癖面に対してどのような角度にあるかを知ることができる。
【００１７】
これにより、マルチワイヤソーの切断面と所望の結晶方位を有する面とを一致させることが容易に可能となる。
【００１８】
【実施例】
本発明の実施例を図に基づいて説明すると以下の通りである。
【００１９】
図１は、本発明の単結晶インゴットの切断装置を示す。切断する単結晶１２をマルチワイヤソーのワークホルダ１１に設置して切断する。
【００２０】
本発明の装置と方法について、３６°ＲＹ方位を有する面で切断するＬＴ単結晶ウェハの加工に適用する場合を説明する。該ＬＴ単結晶ウェハは表面弾性波素子として利用される。
【００２１】
説明に先立ち、図３にＬＴの結晶方位の定義について簡単に触れる。ＬＴは六方晶系に属するが、慣例としてＸＹＺ座標系で結晶方位が表現される。六方晶系の基底面とＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸との関係は図３に示す通りである。また、β°ＲＹ方位を有する面とは、Ｘ軸を回転軸としてＹ軸をＺ軸方向にβ°だけ回転した軸の方向に、法線を有する結晶面として定義される。
【００２２】
ＬＴの単結晶は引上法（ＣＺ法）を使用し、図４に示すような構成で成長させた。育成には、直径が１５０ｍｍで、高さが１５０ｍｍで、厚さが３ｍｍのイリジウムルツボ１を使用して、約５ｋｇのＬＴ粉末をイリジウムルツボ１内に充填した。加熱溶解は、高周波誘導加熱コイル３により行った。育成の雰囲気は２％の酸素を添加した窒素とした。種結晶１７には３６°ＲＹ方位を有する面の単結晶を用いた。そして、直径が３インチ（７６．２ｍｍ）で、長さが１３０ｍｍの単結晶インゴット２を得た。この単結晶の底面には図５に示すように、直径２０ｍｍ程度の（０、１、−２）h 面の晶癖面５が明瞭に観察された。この面は３３°ＲＹ方位を有する。
【００２３】
得られた単結晶インゴットを熱処理して育成時に生じた歪みを取り除いた後、約６５０℃でＺ方向に電圧を印加し、そのまま冷却して結晶の分極方向を揃えた。
【００２４】
種結晶１７とそれに続く増径部分を内周切断機で切り落とした後、側面を研削加工によって円柱状に成形（円筒研削）した。さらに、側面にＸ方向を示すための面（オリエンテーションフラット）１６を研削により設けて側面加工後の単結晶インゴット１２を得た。なお、Ｘ方向と晶癖面である（０、１、−２）h 面は、ＬＴの場合平行の関係にある。従って、所望の結晶面（３６°ＲＹ方位を有する面）と晶癖面はＸ軸を回転軸として３°ずれていることになる。
【００２５】
側面加工後の単結晶インゴット１２をマルチワイヤソーのワークホルダ１１にワックスで固定した。この時、単結晶インゴットのオリエンテーションフラット１６をワークホルダ１１の設置面に乗せて設置し、また晶癖面５が手前になるようにした。
【００２６】
マルチワイヤソーの切断面は、図２に示すマルチワイヤソーのワークローラ６を固定しているベース７と平行となるように設計および製造されている。そこで数ｍＷ程度で広がり角度が３”以下の指向性の良好なＨｅ−Ｎｅレーザ光８をマルチワイヤソーのベース７の表面に固着した平面鏡９に入射させ、反射光が出射口１４に戻るように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光発信器１０の位置と向きを調整した。この操作により、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光８はマルチワイヤソーのベース７の法線方向と一致させることができる。なお、このＨｅ−Ｎｅレーザ光発信器１０はＨｅ−Ｎｅレーザ光８の出射方向を調整可能なゴニオメータの上に固定されている。
【００２７】
次に、図１に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光８の出射方向は固定したまま、ワークホルダ１１に、単結晶インゴット１２をＨｅ−Ｎｅレーザ光８の光路の間に入れて設置し、単結晶インゴット１２の晶癖面５でＨｅ−Ｎｅレーザ光８を反射させた。また、反射光はマルチワイヤソーのベース７に平行なスクリーン１３に投影した。スクリーン１３により反射光の角度やスクリーン上の位置を測定できる。
【００２８】
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光８の出射口１４と反射光のスポット１５との距離（ｄＬ）が式（２）の関係を満たすようにマルチワイヤソーのワークホルダ１１のゴニオメータを調整する。
【００２９】
ｄＬ＝Ｌ・Ｔａｎ２θ      （２）
【００３０】
ここで、ＬはＨｅ−Ｎｅレーザ光８の出射口１４から単結晶インゴット１２の晶癖面５までの距離で本実施例の場合は１ｍとし、θは本実施例の場合は３°である。本実施例の場合は、Ｘ軸と晶癖面が平行であるため、晶癖面５で反射したＨｅ−Ｎｅレーザ光８のスポット１５は、水平方向にのみずれているので、スポット１５が水平方向に１０．５ｃｍの位置となるようにマルチワイヤソーのワークホルダ１１のゴニオメータを調整した。しかし、一般的には、垂直方向にも距離を有するので、それぞれの距離に合わせた調整を行う。
【００３１】
以上のようにマルチワイヤソーのワークホルダ１１のゴニオメータの調整を終了した後、通常の条件で切断を行った。
【００３２】
切断後、得られた単結晶ウェハの面の結晶方位の精度をＸ線による回折法で確認したところ、目的の結晶方位の角度３６°に対する誤差が１５’以下であり、仕様である３０’以内に収まっていた。本発明の装置と方法による実施例の作業時間は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光発信器１０の位置調整が約５分間、単結晶インゴット１２を固定したワークホルダ１１の位置調整が約７分間であった。
【００３３】
一方、従来の方法では単結晶インゴット１２の基準面の結晶方位の確認のために、試験ウェハの切断作業が必要となるため、約５時間を要した。また、得られた単結晶の面の結晶方位の精度は仕様内に収まったが、ばらつきが約２倍であった。
【００３４】
【発明の効果】
単結晶からマルチワイヤソーを用いて所望の結晶方位を有する面の単結晶ウェハを切断する際に、Ｘ線を用いて試験ウェハの面の結晶方位を確認する作業と基準面を加工する作業とが必要だが、本発明の装置と方法によれば不要となり、切断作業が大幅に簡略化される。それと同時に、基準面を出すために必要とされている単結晶材料のロスが無くなる。また、基準面とマルチワイヤソーの切断面とを一致させる調整が不要となり、得られる単結晶ウェハの面の結晶方位の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単結晶インゴットの切断装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の単結晶インゴットの切断装置を示す斜視図である。
【図３】六方晶系の結晶方位の定義を示す図である。
【図４】単結晶育成法（引上法）の断面図である。
【図５】引上法により製造され、側面加工後の単結晶インゴットの斜視図である。
【符号の説明】
１  イリジウムルツボ
２  単結晶インゴット
３  高周波誘導加熱コイル
４  原料融液
５  晶癖面
６  マルチワイヤソーのワークローラ
７  マルチワイヤソーのベース
８  Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
９  平面鏡
１０  Ｈｅ−Ｎｅレーザ光発信器
１１  マルチワイヤソーのワークホルダ
１２  側面加工後の単結晶インゴット
１３  スクリーン
１４  出射口
１５  スポット
１６  オリエンテーションフラット
１７  種結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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