(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランガサイト型結晶構造を有する物質、ガーネット、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムである種結晶又は該種結晶を切り出す前の結晶からＺ軸方向にほぼ垂直な平面のウエハを切り出し、該ウエハを切り出すべく切断された側の面である該ウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、エッチングした面のエッチピットに応じて該種結晶の良否判別を行うことを特徴とする種結晶の検査方法。
【請求項２】
前記ウエハが、種結晶又は該種結晶を切り出す前の結晶の端面から切り出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エッチングした面のエッチピットの大きさ及び分布状態を観察して前記良否判別を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
エッチングした面のエッチピットの密度を求めて前記良否判別を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記ランガサイト型結晶構造を有する物質が、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬａ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記種結晶が、Ｚ軸方向に対して±１０°以内の方位を有する結晶であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ランガサイト型結晶構造を有する物質、ガーネット、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムである種結晶又は該種結晶を切り出す前の結晶からＺ軸方向にほぼ垂直な平面のウエハを切り出し、該ウエハを切り出すべく切断された側の面である該ウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、エッチングした面のエッチピットに応じて該種結晶の良否判別を行い、良好な品質と判別された種結晶を用いて結晶成長を行うことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記ウエハが、種結晶又は該種結晶を切り出す前の結晶の端面から切り出されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
エッチングした面のエッチピットの大きさ及び分布状態を観察して種結晶の前記良否判別を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の製造方法。
【請求項１０】
エッチングした面のエッチピットの密度を求めて種結晶の前記良否判別を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記ランガサイト型結晶構造を有する物質が、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬａ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記種結晶が、Ｚ軸方向に対して±１０°以内の方位を有する結晶であることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種結晶の検査方法、及びこの種結晶を用いて結晶成長を行う単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種結晶を使用する結晶成長方法として、チョクラルスキー法、ブリッジマン法等が良く知られている。
【０００３】
チョクラルスキー法は種結晶を用いて融液から直接的に結晶を引き上げる方法であり、ブリッジマン法は砲弾型のるつぼに原料を入れて溶融し、その先端から融液を順次冷却して固化させる方法である。
【０００４】
しかしながら、このようないずれの結晶成長方法によっても、育成された単結晶の品質は、使用する種結晶の品質に依るところが大きい。即ち、品質の悪い種結晶を用いて育成を行うと、肩の部分に生じる歪等によりクラック、粒界及び／又は異常成長稜が頻繁に発生し、歩留りが低下する。
【０００５】
このような不都合を解決すべく、特開平６−１６９０号公報では、種結晶をエッチング液に浸して表面加工歪層を除去し、結晶成長を行う方法を提案している。
【０００６】
また、特開平６−２１１５９５号公報では、種結晶の一部を鏡面研磨し、可視光又は偏光下で種結晶中にＺ軸方向の筋状パターンがないかどうか調べて選別し、結晶成長を行う方法を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平６−１６９０号公報に記載の方法によると、表面の加工歪層は除去できるが、種結晶の内部に含まれる例えば粒界等の欠陥は除去できず、従って実際に結晶を成長させてみないと種結晶が良好な品質を有しているかどうかを判断することができない。
【０００８】
また、特開平６−２１１５９５号公報の方法は、ランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶については、全く適用できない。
【０００９】
従って本発明の目的は、結晶に内在する欠陥を簡便にかつ確実に判別できる種結晶の検査方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても容易にかつ確実に品質を判別できる種結晶の検査方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、単結晶製造の歩留りを向上させることができると共に結晶品質を安定化させることができる単結晶の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ランガサイト型結晶構造を有する物質、ガーネット、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムである種結晶又は種結晶を切り出す前の結晶からＺ軸方向にほぼ垂直な平面のウエハを切り出し、このウエハを切り出すべく切断された側の面であるウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、エッチングした面のエッチピットに応じて種結晶の良否判別を行う種結晶の検査方法が提供される。
【００１３】
成長方向であるＺ軸方向にほぼ垂直な平面として結晶から切り出したウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットに応じて良否判別を行っているので、結晶に内在する欠陥を簡便にかつ確実に判別でき、さらに、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても容易にかつ確実に品質を判別できる。しかも、ウエハに切り出して鏡面仕上げ処理、エッチング処理及び良否判別処理を行っているので、作業性が非常に優れている。
【００１４】
さらに本発明によれば、ランガサイト型結晶構造を有する物質、ガーネット、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムである種結晶又は種結晶を切り出す前の結晶からＺ軸方向にほぼ垂直な平面のウエハを切り出し、このウエハを切り出すべく切断された側の面であるウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、エッチングした面のエッチピットに応じてこの種結晶の良否判別を行い、良好な品質と判別された種結晶を用いて結晶成長を行う単結晶の製造方法が提供される。
【００１５】
成長方向であるＺ軸方向にほぼ垂直な平面として結晶から切り出したウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットに応じて良否判別し、良好な品質の種結晶を用いて結晶成長を行っているので、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても、容易にかつ確実に種結晶の品質を判別できる。従って、欠陥の多い結晶を種結晶として使用しないようにすることによって、単結晶製造の歩留りを向上させることができる。しかも、ウエハに切り出して鏡面仕上げ処理、エッチング処理及び良否判別処理を行っているので、作業性が非常に優れている。また、良好な品質の種結晶のみを使用して結晶育成を行えるので、製造した単結晶品質を安定化させることができる。
【００１６】
ウエハが、種結晶又は種結晶を切り出す前の結晶の端面から切り出されることがより好ましい。種結晶は、実際に成長に貢献するその端面の特性が重要であり、その端面に対応するウエハの切断された側の面について検査することによって、より正確に種結晶の品質を把握することが可能となる。
【００２０】
エッチングした面のエッチピットの大きさ及び分布状態を観察して良否判別を行うか、又はエッチングした面のエッチピットの密度を求めて良否判別を行うことが好ましい。
【００２１】
ランガサイト型結晶構造を有する物質が、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬａ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４であることが好ましい。
【００２２】
種結晶が、Ｚ軸方向に対して±１０°以内の方位を有する結晶であることも好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態における種結晶の検査手順を概略的に示す図である。
【００２５】
種結晶を切り出そうとする結晶を用意する。この結晶は、表面弾性波素子等に用いられる圧電性単結晶の一種であるランガサイト型結晶構造を有する物質、ニオブ酸リチウム若しくはタンタル酸リチウム、又は基板材料として用いられるガーネットである。このランガサイト型結晶構造を有する物質としては、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬａ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４である。
【００２６】
まず、同図（Ａ）に示すように、この種結晶を切り出そうとする結晶１０の肩部とテール部とをＺ軸方向に垂直な切断面１１及び１２で切断する。次いで、この切断した結晶の端面における切断線が同図（Ｂ）のごとくなるように、この結晶を切断し、Ｚ軸方向が長手方向であり一辺が約５ｍｍ程度の複数の角柱形状の種結晶を切り出す。
【００２７】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、切り出した各角柱形状種結晶１３の端面をその長手方向に垂直な切断面１４で薄く切断することにより、同図（Ｄ）に示すようなウエハ１５を得る。
【００２８】
このウエハ１５の切断面を鏡面研磨し、次いで、酸によってエッチングした後、光学顕微鏡でエッチピットを観察してその種結晶の品質の良否を判別する。
【００２９】
この良否判別は、本実施形態ではエッチピットの大きさ及び分布状態を観察して判断している。即ち、比較的大きなエッチピットが密集又は連続して存在する場合は不良品質の種結晶であるとして結晶成長に使用しない。また、エッチピットが存在しない場合及び比較的小さなエッチピットが独立して存在している場合は良好な品質の種結晶として結晶成長用に選別する。比較的小さなエッチピットが連続して存在する場合及び比較的大きなエッチピットが独立して存在している場合は、準良好な品質と判別し、基本的に、結晶成長用に選別する。
【００３０】
図２〜図９は、種々の種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真を表している。
【００３１】
図２〜図４に示す種結晶は、比較的大きなエッチピットが密集又は連続して存在しているので不良品質と判別される。図５及び図６に示す種結晶は、比較的小さなエッチピットが連続して存在しているから準良好な品質と判別される。図７及び図８に示す種結晶は、比較的大きなエッチピットが独立して存在しているので準良好な品質と判別される。図９に示す種結晶は、比較的小さなエッチピットが独立して存在しているので良好な品質と判別される。
【００３２】
エッチピットによる種結晶の品質の良否判別は、上述したようにエッチピットの大きさ及び分布状態を観察して判断する方法の他に、エッチピットの密度（ＥＰＤ）を市販のウエハ欠陥解析装置等により計測するか又は観察により求め、これを閾値と比較して良否を判別する方法を用いても良い。
【００３３】
切り出した全ての種結晶について同様の良否判別を行った後、良好な品質と判別された種結晶のみを用いて結晶成長を行う。
【００３４】
図１０は、本実施形態における単結晶成長炉の構成を概略的に示す図である。この実施形態では、チョクラルスキー法により単結晶成長を行っている。図１０において、１００は良好な品質であると判別された種結晶、１０１は育成すべき結晶原料の融液１０２が入った白金、イリジウム等の貴金属製のるつぼ、１０３は成長した結晶、１０４は加熱用の高周波誘導コイル、１０５は耐火材をそれぞれ示している。
【００３５】
所定の条件下、例えば雰囲気が窒素と酸素との混合ガス中、引き上げ速度が１〜２ｍｍ／ｈｒ、結晶回転数が１０〜２０ｒｐｍという条件下において結晶の育成が行われる。チョクラルスキー法による結晶育成手順は周知であるため詳しい説明は省略する。
【００３６】
以上説明した実施形態によれば、成長方向であるＺ軸方向に垂直な平面として種結晶１３の端面から薄く切断したウエハ１５の切断面を鏡面研磨した後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットを観察又はその密度を計測して良否判別し、良好な品質の種結晶を用いて結晶成長を行っているので、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても、容易にかつ確実に種結晶の品質を判別できる。従って、欠陥の多い結晶を種結晶として使用しないようにすることによって、単結晶製造の歩留りを向上させることができる。また、良好な品質の種結晶のみを使用して結晶育成を行えるので、製造した単結晶品質を安定化させることができる。
【００３７】
図１１は、本発明の他の実施形態における種結晶の検査手順を概略的に示す図である。
【００３８】
種結晶を切り出そうとする結晶を用意する。この結晶は、表面弾性波素子等に用いられる圧電性単結晶の一種であるランガサイト型結晶構造を有する物質、ニオブ酸リチウム若しくはタンタル酸リチウム、又は基板材料として用いられるガーネットである。このランガサイト型結晶構造を有する物質としては、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬａ３Ｎｂ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４である。
【００３９】
まず、同図（Ａ）に示すように、この種結晶を切り出そうとする結晶１１０の肩部とテール部とをＺ軸方向に垂直な切断面１１１及び１１２で切断する。さらに、この切断した結晶の端面をそのＺ軸方向に垂直な切断面１１４で薄く切断することにより、同図（Ｂ）に示すようなウエハ１１５を得る。
【００４０】
このウエハ１１５の切断面を鏡面研磨し、次いで、酸によってエッチングした後、光学顕微鏡でエッチピットを観察して後に個々の種結晶として切り出す各分割領域の品質の良否を判別する。
【００４１】
良否判別の方法及びその変更態様は、図１の実施形態の場合と全く同様である。
【００４２】
結晶１１０の端面（切断面１１２）における切断線が同図（Ｂ）のごとくなるように、この結晶を切断し、Ｚ軸方向が長手方向であり一辺が約５ｍｍ程度の複数の角柱形状の種結晶を切り出しておく。
【００４３】
ウエハ１１５上の全ての分割領域について同様の良否判別を行った後、良好な品質と判別された分割領域に対応する種結晶のみを用いて結晶成長を行う。
【００４４】
結晶育成方法は、図１の実施形態の場合と全く同様である。
【００４５】
また、本実施形態における作用効果についても図１の実施形態の場合とほぼ同様である。
【００４６】
以上説明した実施形態においては、種結晶がＺ軸方向の方位を有する結晶とされているが、Ｚ軸方向に対して±１０°以内の方位を有する結晶の場合にも本発明を適用することができる。
【００４７】
また、以上説明した実施形態では、単結晶の育成にチョクラルスキー法を用いているが、種結晶を用いる結晶成長方法であればチョクラルスキー法以外のいかなる方法によっても本発明が実現可能であることは明らかである。
【００４８】
さらに、以上説明した実施形態では、鏡面仕上げ処理、エッチング処理及び良否判別処理の作業性を容易にするため、種結晶又は種結晶を切り出す前の結晶からウエハを切り出してこれを検査しているが、本発明では、種結晶又は種結晶を切り出す前の結晶の端面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、エッチングした面のエッチピットに応じて種結晶の良否判別を行っても良い。
【００４９】
【実施例】
イリジウム製のるつぼに、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４（ＬＴＧ）原料を充填し、高周波加熱により融解させた後、Ｚ軸方位を有するＬＴＧの種結晶をこれに浸し、徐々に引き上げることにより直径1インチ（約２．５ｃｍ）、長さ８０ｍｍの単結晶を成長させた。
【００５０】
この単結晶の肩部とテール部とをＺ軸方向に垂直な切断面で切断し、この切断した結晶からＺ軸方向が長手方向であり一辺が５ｍｍの複数の角柱形状の種結晶を切り出した。この切り出した各角柱形状種結晶の端面をその長手方向に垂直な切断面で薄く切断することにより、ウエハを得、そのウエハの切断面を鏡面研磨し、ピロリン酸で１４０℃、１５分間エッチングした後、光学顕微鏡でエッチピットを観察してその種結晶の品質の良否を判別した。
【００５１】
良否判別方法として、エッチピットの大きさ及び分布状態を観察して判断した。即ち、比較的大きなエッチピットが密集又は連続して存在する場合は不良品質の種結晶であるとした。また、エッチピットが存在しない場合及び比較的小さなエッチピットが独立して存在している場合は良好な品質の種結晶と判断した。これら、良否判別した種結晶をそれぞれ用い、チョクラルスキー法によりＺ軸方向のＬＴＧ単結晶の引き上げを行った。
【００５２】
引き上げは窒素と酸素との混合ガス中で行われ、引き上げ条件としては、引き上げ速度が１〜２ｍｍ／ｈｒ、結晶回転数が１０〜２０ｒｐｍであった。育成された結晶について、異常成長稜及びクラックを検査すると、表１の結果が得られた。なお、表１において、数値の分母は引き上げ回数、分子は異常成長稜又はクラックの発生が認められた回数をそれぞれ示している。
【００５３】
【表１】
0004000772.tif 000002
【００５４】
以上の結果から、種結晶の端面を薄く切断し、切断面を鏡面研磨した後にエッチングして表面を観察し、エッチピットの大きさ及び分布状態からその種結晶の品質の良否を判別し、品質が良好な種結晶を選別して単結晶の育成を行えば、異常成長稜及びクラック等のない良好な品質の結晶を歩留り良く育成することができることが分かる。
【００５５】
なお、エッチングに用いる酸は、エッチピットが観察できるものであれば良く、ピロリン酸以外に、例えば塩酸やフッ化水素酸であっても良い。
【００５６】
以上述べた実施形態及び実施例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、成長方向であるＺ軸方向にほぼ垂直な平面として結晶から切り出したウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットに応じて良否判別を行っているので、結晶に内在する欠陥を簡便にかつ確実に判別でき、さらに、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても容易にかつ確実に品質を判別できる。しかも、ウエハに切り出して鏡面仕上げ処理、エッチング処理及び良否判別処理を行っているので、作業性が非常に優れている。
【００５８】
また、成長方向であるＺ軸方向にほぼ垂直な平面として結晶から切り出したウエハの一方の面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットに応じて良否判別し、良好な品質の種結晶を用いて結晶成長を行っているので、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても、容易にかつ確実に種結晶の品質を判別できる。しかも、ウエハに切り出して鏡面仕上げ処理、エッチング処理及び良否判別処理を行っているので、作業性が非常に優れている。欠陥の多い結晶を種結晶として使用しないようにすることによって、単結晶製造の歩留りを向上させることができる。さらに、良好な品質の種結晶のみを使用して結晶育成を行えるので、製造した単結晶品質を安定化させることができる。
【００５９】
またさらに、成長方向であるＺ軸方向にほぼ垂直な端面を鏡面状に仕上げた後エッチングし、そのエッチングした面のエッチピットに応じて良否判別し、良好な品質の種結晶を用いて結晶成長を行っているので、例えばランガサイト型構造を有する結晶のように可視光や偏光で調べても結晶内部に含まれている欠陥を観察できない結晶についても、容易にかつ確実に種結晶の品質を判別できる。従って、欠陥の多い結晶を種結晶として使用しないようにすることによって、単結晶製造の歩留りを向上させることができる。また、良好な品質の種結晶のみを使用して結晶育成を行えるので、製造した単結晶品質を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における種結晶の検査手順を概略的に示す図である。
【図２】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図３】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図４】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図５】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図６】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図７】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図８】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図９】種結晶のウエハについてエッチピットを観察した光学顕微鏡写真である。
【図１０】図１の実施形態における単結晶成長装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における種結晶の検査手順を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０  種結晶を切り出そうとする結晶
１１、１２、１４、１１１、１１２、１１４  切断面
１３、１００  種結晶
１５、１１５  ウエハ
１０１  るつぼ
１０２  融液
１０３  成長した結晶
１０４  高周波誘導コイル
１０５  耐火材
【図１】
0004000772.tif 000003
【図２】
0004000772.tif 000004
【図３】
0004000772.tif 000005
【図４】
0004000772.tif 000006
【図５】
0004000772.tif 000007
【図６】
0004000772.tif 000008
【図７】
0004000772.tif 000009
【図８】
0004000772.tif 000010
【図９】
0004000772.tif 000011
【図１０】
0004000772.tif 000012
【図１１】
0004000772.tif 000013