JP3608498B2

JP3608498B2 - Method and apparatus for measuring material constant of piezoelectric substrate

Info

Publication number: JP3608498B2
Application number: JP2000316654A
Authority: JP
Inventors: 守▲奇▼ 王; 聡宇田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: JP2002122471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電単結晶体から切り出した圧電基板の材料定数を測定するための材料定数測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電単結晶体の材料定数、例えば密度や音速等が結晶の組成と育成条件とに依存することは周知である。そこで、圧電単結晶体の各所位から切り出した基板（以下、圧電基板という）について材料定数を測定し、結晶の均一性を評価する作業を行う必要がある。
【０００３】
均一性評価の手法として、圧電単結晶体がＬｉＴａＯ_３等の強誘電体の場合は、当該結晶のキュリー温度（強誘電相から常誘電相まで転換する際の温度）が組成に強く依存する性質を利用して結晶の均一性を評価している。
【０００４】
これに対し圧電単結晶体がＬａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４（ランガサイト）等の常誘電体の場合はキュリー温度をもたない。そこで、圧電基板にＳＡＷデバイスを設け、その中心周波数を測定することで結晶の均一性評価を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして常誘電体の圧電単結晶体の評価を行う場合には、中心周波数の測定が圧電基板の表面状態、ＳＡＷデバイスの設計および評価プロセスの再現性等に影響され易いため、測定結果の信頼性が低い。また、評価プロセスの作業時間が長く、作業効率が低いという問題がある。
【０００６】
さらに、この評価プロセスはＳＡＷデバイスを設置することで圧電基板に製品としての価値を失わせてしまうため、圧電基板の出荷検査には適用できないことも問題である。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、圧電単結晶体の均一性評価を短時間のうちに正確に実施するべく、圧電基板の材料定数を測定するための方法および装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の圧電基板の材料定数測定方法および装置を採用する。すなわち、本発明に係る圧電基板の材料定数測定方法は、圧電単結晶体から切り出した圧電基板について、周波数測定部によって該圧電基板の両側の一部に２つの測定プローブを個々に配設して交流信号を発して前記圧電基板を励振させることで各所ごとに厚みすべり振動の共振周波数を測定する工程と、該共振周波数とは別に厚さ測定部によって前記各所ごとの基板厚さを測定する工程とを備え、演算部によって両測定値を乗じて前記各所ごとの材料定数を算出することを特徴とする。
【０００９】
圧電基板についての厚み滑り振動の共振振動数と材料定数との関係を次式に示す。
ｆ＝（Ｅ／ρ）^１／２／（２ｔ） … （Ｉ）
ｆ：共振周波数、ｔ：基板厚さ、ρ：結晶密度、Ｅ：結晶方向により決まる弾性定数である。ここで、式（Ｉ）を整理すると、
ｆ・ｔ＝（Ｅ／ρ）^１／２／２ … （Ｉ’）
となり、ｆとｔの値を求め、さらにその積を求めることで式（Ｉ’）の右辺に相当する材料定数が得られる。なお、ｆ・ｔは圧電基板におけるバルク波音速とみなせる。
【００１０】
この方法によれば、従来のようにＳＡＷデバイスを設置する必要がないので、測定に要する時間が大幅に短縮される。また、ＳＡＷデバイスの設置によって圧電基板を破壊することがないので、製品として出荷するものについても測定を実施することが可能である。
【００１１】
本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置は、圧電単結晶体から切り出した圧電基板について、該圧電基板の各所ごとに厚み滑り振動の共振周波数を測定する周波数測定部と、前記各所ごとに基板厚さを測定する厚さ測定部と、前記周波数測定部によって測定された共振周波数と前記厚さ測定部によって測定された基板厚さとを乗じて前記各所ごとの材料定数を算出する演算部とを備え、前記周波数測定部が、前記各所ごとに前記圧電基板の両側に個々に対向するように配設されて該圧電基板を励振させる２つの測定プローブを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置においては、前記２つの測定プローブが、両者の相対関係を保持しつつ、前記圧電基板に平行かつ直交する２方向に移動可能であることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る圧電基板の材料定数測定装置において、圧電基板が両面研磨された透明基盤である場合は、圧電基板に向けて平行光を照射し、圧電基板の表面での反射光と裏面での反射光とを干渉させ、両反射光の干渉縞をもとに基板厚さを測定する厚さ測定部を採用するのが望ましい。
【００１５】
圧電基板が不透明または両面研磨されていない基板である場合には、圧電基板の両面について個別に表面の形状を測定し、測定された両面の形状から基板厚さを求める厚さ測定部を採用するのが望ましい。
【００１６】
この圧電基板の材料定数測定装置においては、圧電単結晶体から切り出した圧電基板の各所について、周波数測定部によって厚み滑り振動の共振周波数を測定するとともに、厚さ測定部によって基板厚さを測定し、演算部において圧電基板の各所ごとに共振周波数と基板厚さとの積を求めて材料定数を算出する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態を図１ないし図３に示して説明する。
図１は周波数測定部を構成するバルク波測定ユニット１の概略構成を示す図である。図に示すように、バルク波測定ユニット１は、圧電基板Ｐを支持する基板支持機構１１と、圧電基板Ｐの表裏両側に個々に配設された測定プローブ１２，１３と、測定プローブ１２，１３を支持するプローブ支持機構１４と、測定プローブ１２，１３を駆動して圧電基板Ｐのインピーダンス、および位相の周波数依存性を測定するインピーダンス・アナライザ１５と、基板支持機構１１およびプローブ支持機構１４の駆動を制御する制御装置１６とを備えている。
【００１８】
基板支持機構１１は、支持した圧電基板Ｐを基板面に平行かつ直交する２方向（これらをＸ方向、Ｙ方向とする）に移動可能に支持しており、これによって見かけ上は圧電基板Ｐの各所に測定プローブ１２，１３を配置することができる。
【００１９】
プローブ支持機構１４は、支持した測定プローブ１２，１３を、圧電基板Ｐを挟んで基板面に垂直な方向（これをＺ方向とする）に接近、離間可能に支持しており、圧電基板Ｐに対しプロービングを行う際には測定プローブ１２，１３を圧電基板Ｐの表面、裏面にそれぞれ同期して接近させることができる。
【００２０】
図２は厚さ測定部を構成する厚さ分布測定ユニット２の概略構成を示す図である。図に示すように、厚さ分布測定ユニット２は、He-Neレーザを発する光源２１と、レーザ光を平行光に変換する光学素子２２と、レーザ光を一方の面から透過し他方の面で反射させる半反射ミラー２３と、半反射ミラー２３を挟んで光源２１と相対する位置に圧電基板Ｐがレーザ光に対して垂直となるように支持する基板支持台２４と、半反射ミラー２３の他方の面で反射した反射光を投映されるスクリーン２５と、スクリーン２５に投映された反射光の干渉縞を撮影するデジタルカメラ２６と、デジタルカメラ２６によって撮影されたデジタル画像を解析する画像解析装置２７とを備えている。
【００２１】
バルク波測定ユニット１におけるインピーダンス・アナライザ１５および制御装置１６と、厚さ分布測定ユニット２におけるデジタルカメラ２６とは、これらすべてを統括、制御する演算部３０を有するメインコンピュータ３１に接続されている。
【００２２】
バルク波測定ユニット１、厚さ分布測定ユニット２およびメインコンピュータ３１により構成される圧電基板の材料定数測定装置を使用して、圧電基板Ｐの材料定数を測定する操作の手順について説明する。
［共振周波数の測定］
圧電単結晶体から切り出した圧電基板Ｐを基板支持機構１１にセットしてずれないように固定する。この状態から、基板支持機構１１を駆動すると、圧電基板ＰがＸ／Ｙ方向に段階的に移動し、圧電基板Ｐ上に設けられた複数の測定個所のひとつひとつにに対して測定プローブ１２，１３が順を追って配置され、１箇所ごとにプロービングが行われる。
【００２３】
ある測定個所を挟んで圧電基板Ｐの表裏両側に測定プローブ１２，１３が配置されると、プローブ支持機構１４が駆動し、測定プローブ１２，１３がＺ方向（または−Ｚ方向）に移動して圧電基板Ｐの表面と裏面とに同期して接近する。
【００２４】
測定プローブ１２，１３の測定電極がともに圧電基板Ｐに接したら、インピーダンス・アナライザ１５から交流信号が発せられ、測定電極を経て圧電基板Ｐが励振される。
【００２５】
そこで、交流信号の周波数走査を行って当該測定個所におけるインピーダンスと位相との周波数依存性を検出する。この測定データはメインコンピュータ３１に入力される。メインコンピュータ３１では、演算部３０において周波数依存性を示す波形の解析が行われて共振周波数が求められる。
【００２６】
共振周波数の情報が得られたら、測定プローブ１２，１３が先ほどとは逆方向に移動し、圧電基板Ｐから離間する。これと同期して基板支持機構１１がＸ／Ｙ方向に駆動し、圧電基板Ｐを移動させて測定プローブ１２，１３間に次の測定個所が配置される。
以降は上記の手順が繰り返され、圧電基板Ｐ上のすべての測定個所について共振周波数が求められる。
【００２７】
［基板厚さの測定］
圧電基板Ｐを基板支持台２４にずれないように固定する。この状態から、光源２１からレーザ光を光学素子２２に向けて発すると、レーザ光は平行光に変換され、半反射ミラー２３を透過して圧電基板Ｐに照射される。
【００２８】
照射されたレーザ光は、一部が圧電基板Ｐの表面で反射し、残りが圧電基板Ｐの裏面で反射する。このとき、表面で反射したレーザ光（以下、これを表面反射光とする）と裏面で反射したレーザ光（これを裏面反射光とする）との間には圧電基板Ｐの厚さの２倍にあたる光路長差が生じる。
【００２９】
表面反射光と裏面反射光とは、干渉しながら半反射ミラー２３の他方の面で反射し、スクリーン２５に投映されるため、スクリーン２５上には光路長差に依存する干渉縞が生じる。１本の干渉縞は圧電基板Ｐ上において同じ厚さを表す等高線とみなすことができる。また、隣り合う干渉縞間の厚さの差はλ_０／（２ｎ）（λ_０；真空中におけるレーザ光の波長、ｎ；圧電基板Ｐの屈折率）で表される。
【００３０】
表面／裏面反射光の入射角度を変化させると、干渉縞に変化が生まれるから、これをデジタルカメラ２６で撮影する。撮影されたデジタル画像を画像解析装置２７で解析すると、圧電基板Ｐの厚い部分と薄い部分とが相対的に把握できる。これらの解析データはメインコンピュータ３１に入力され、あらかじめ精密なマイクロメータで測定しておいた圧電基板Ｐの代表的な部分の厚さをもとに、演算部３０において圧電基板Ｐ全体の厚さ分布が得られる。
【００３１】
厚さ分布の情報が得られたら、先に得られた共振周波数の情報と組み合わせて圧電基板Ｐ上の各測定個所ごとの材料定数（バルク波音速）が算出されるので、これをもとに材料定数の評価を行う。
【００３２】
上記のようにすれば、従来のようにＳＡＷデバイスを設けないので、ＳＡＷデバイスの製作に要していた時間が短縮され、圧電単結晶体の均一性評価を短時間のうちに正確に実施することができる。例えば、ある圧電基板についてＳＡＷデバイスの作成から材料定数の評価までに要した時間は６時間であったのに対し、これと同じ圧電単結晶体から切り出した圧電基板について本実施形態の通りの測定に要した時間はわずか６分程度であった。
【００３３】
また、圧電基板をＳＡＷデバイスの設置によって破壊することがないので、製品として出荷するものについても測定を実施することが可能である。
【００３４】
なお、本実施形態においては、バルク波測定ユニット１における制御装置１６、および厚さ分布測定ユニット２における画像解析装置２７をメインコンピュータ３１とは別に設けているが、これらの働きをメインコンピュータ３１に行わせるように構成しても構わない。
【００３５】
ところで、本実施形態における厚さ分布測定ユニット２は、圧電基板Ｐが両面研磨された透明基板である場合に有効であるが、圧電基板Ｐが不透明または両面研磨されていない基板である場合には、十分な計測が行えない。そこで、このような圧電基板Ｐに対する場合には次のような構成の厚さ分布測定ユニットを採用してもよい。
【００３６】
図３（ａ）に示す厚さ分布測定ユニット４０は、圧電基板Ｐを支持する基板支持台４１と、基板支持台４１に支持された圧電基板Ｐの表裏両側に個々に配設されたレーザ三角測定機４２，４３と、レーザ三角測定機４２，４３の測定結果に基づいて圧電基板Ｐの表裏両面の形状解析を行う解析装置４４とを備えている。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示す厚さ分布測定ユニット５０は、圧電基板Ｐを支持する基板支持台５１と、基板支持台５１に支持された圧電基板Ｐの表裏両側に個々に配設された探針測定機５２，５３と、探針測定機５２，５３の測定結果に基づいて圧電基板Ｐの表裏両面の形状解析を行う解析装置５４とを備えている。
【００３８】
厚さ分布測定ユニット４０，５０のいずれにおいても、圧電基板Ｐの表裏両面について個別に形状解析がなされ、あらかじめ測定しておいた圧電基板Ｐの代表的な部分の厚さをもとに、その差分から圧電基板Ｐ全体の厚さ分布が得られる。以降は上記と同様に、共振周波数の情報と組み合わせて圧電基板Ｐ上の各測定個所ごとのバルク波音速が算出されるので、これをもとに材料定数の評価を行うこととなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電単結晶体から切り出した圧電基板の各所について、厚み滑り振動の共振周波数を測定するとともに基板厚さを測定し、圧電基板の各所ごとに共振周波数と基板厚さとの積を求めて材料定数を算出することにより、従来のようにＳＡＷデバイスを設置する必要がないので、測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
また、ＳＡＷデバイスの設置によって圧電基板を破壊することがないので、製品として出荷するものについても測定を実施することが可能であり、圧電基板を無駄に消費しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態を示す図であって、周波数測定部を構成するバルク波測定ユニットの概略構成を示す図である。
【図２】同じく、厚さ測定部を構成する厚さ分布測定ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）いずれも、図２とは異なる測定方式を採る厚さ分布測定ユニットの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１バルク波測定ユニット
１１基板支持機構
１２，１３測定プローブ
１４プローブ支持機構
１５インピーダンス・アナライザ
３０演算部
３１メインコンピュータ
Ｐ圧電基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a material constant measuring method and apparatus for measuring a material constant of a piezoelectric substrate cut out from a piezoelectric single crystal.
[0002]
[Prior art]
It is well known that the material constants of a piezoelectric single crystal, such as density and sound velocity, depend on the crystal composition and growth conditions. Therefore, it is necessary to measure the material constant of a substrate cut out from each position of the piezoelectric single crystal (hereinafter referred to as a piezoelectric substrate) and evaluate the crystal uniformity.
[0003]
As a method of uniformity rating, piezoelectric if single crystal is a ferroelectric, such as Li Ta O ₃ is strongly dependent on the composition (temperature for transformation from a ferroelectric phase to a paraelectric phase) The crystals Curie temperature The uniformity of the crystal is evaluated by utilizing the properties of
[0004]
In contrast, when the piezoelectric single crystal is a paraelectric material such as La ₃ Ga ₅ Si O ₁₄ (Langasite), it does not have a Curie temperature. Therefore, a SAW device is provided on the piezoelectric substrate, and the uniformity of the crystal is evaluated by measuring the center frequency.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the paraelectric piezoelectric single crystal is evaluated as described above, the measurement of the center frequency is easily influenced by the surface condition of the piezoelectric substrate, the design of the SAW device, the reproducibility of the evaluation process, etc. The reliability of the results is low. Moreover, there are problems that the work time of the evaluation process is long and the work efficiency is low.
[0006]
Furthermore, since this evaluation process causes the piezoelectric substrate to lose its value as a product by installing the SAW device, it is also problematic that it cannot be applied to the shipment inspection of the piezoelectric substrate.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method and apparatus for measuring the material constant of a piezoelectric substrate in order to accurately evaluate the uniformity of a piezoelectric single crystal in a short time. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above problems, adopting material constant of the piezoelectric substrate of the following configuration measuring method and apparatus. That is, the material constant measuring method for a piezoelectric substrate according to the present invention is such that a piezoelectric substrate cut out from a piezoelectric single crystal is individually provided with two measurement probes on both sides of the piezoelectric substrate by a frequency measuring unit. measuring the substrate thickness of each of the various locations emits an AC signal every each place by exciting the piezoelectric substrate and measuring the resonant frequency of the thickness shear vibration, by separately thickness measuring unit and the resonance frequency And a material constant for each of the above locations is calculated by multiplying both measured values by the calculation unit .
[0009]
The relationship between the resonance frequency of the thickness shear vibration and the material constant for the piezoelectric substrate is shown in the following equation.
f = (E / ρ) ^1/2 / (2t) (I)
f: resonance frequency, t: substrate thickness, ρ: crystal density, E: elastic constant determined by crystal direction. Here, when formula (I) is arranged,
f · t = (E / ρ) ^1/2/2 (I ′)
Thus, by obtaining the values of f and t and further obtaining the product, a material constant corresponding to the right side of the formula (I ′) can be obtained. Note that f · t can be regarded as the bulk wave velocity in the piezoelectric substrate.
[0010]
According to this method, since it is not necessary to install a SAW device as in the prior art, the time required for measurement is greatly reduced. In addition, since the piezoelectric substrate is not destroyed by the installation of the SAW device, it is possible to carry out measurement even for products shipped as products.
[0011]
The material constant measuring apparatus for a piezoelectric substrate according to the present invention includes a frequency measuring unit that measures a resonance frequency of thickness-shear vibration for each location of the piezoelectric substrate cut out from the piezoelectric single crystal, and a substrate for each location. A thickness measuring unit that measures the thickness, and a calculation unit that calculates the material constant for each location by multiplying the resonance frequency measured by the frequency measuring unit and the substrate thickness measured by the thickness measuring unit. wherein the frequency measurement unit, characterized in Rukoto comprises two measurement probes for exciting the arranged has been piezoelectric substrate so as to face the individual sides of the piezoelectric substrate for each of the various locations.
[0013]
Further, the material constant measuring apparatus for a piezoelectric substrate according to the present invention, the two measurement probes, while maintaining the relative relationship between the two, it is desirable to be able to move in parallel and two orthogonal directions in the piezoelectric substrate .
[0014]
Furthermore, in the material constant measuring apparatus for a piezoelectric substrate according to the present invention, when the piezoelectric substrate is a transparent substrate that is polished on both sides, the parallel light is irradiated toward the piezoelectric substrate, and the reflected light on the surface of the piezoelectric substrate and the back surface It is desirable to employ a thickness measuring unit that interferes with the reflected light from the substrate and measures the substrate thickness based on the interference fringes of the both reflected lights.
[0015]
When the piezoelectric substrate is an opaque substrate or a substrate that has not been polished on both sides, a thickness measuring unit that measures the surface shape of each surface of the piezoelectric substrate and calculates the substrate thickness from the measured shape of both surfaces is employed. Is desirable.
[0016]
In this material constant measuring device for a piezoelectric substrate, the resonance frequency of the thickness shear vibration is measured by the frequency measuring unit and the substrate thickness is measured by the thickness measuring unit for each part of the piezoelectric substrate cut out from the piezoelectric single crystal. The calculation unit calculates the material constant by calculating the product of the resonance frequency and the substrate thickness for each part of the piezoelectric substrate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a bulk wave measurement unit 1 constituting a frequency measurement unit. As shown in the figure, the bulk wave measurement unit 1 includes a substrate support mechanism 11 that supports the piezoelectric substrate P, measurement probes 12 and 13 that are individually disposed on both sides of the piezoelectric substrate P, and measurement probes 12 and 13. A probe support mechanism 14 that supports the impedance, an impedance analyzer 15 that measures the impedance of the piezoelectric substrate P and the frequency dependence of the phase by driving the measurement probes 12 and 13, and the drive of the substrate support mechanism 11 and the probe support mechanism 14. And a control device 16 for controlling the control.
[0018]
The substrate support mechanism 11 supports the supported piezoelectric substrate P so as to be movable in two directions parallel to and orthogonal to the substrate surface (these are the X direction and the Y direction). Measuring probes 12 and 13 can be arranged at various places.
[0019]
The probe support mechanism 14 supports the supported measurement probes 12 and 13 so as to be close to and away from the direction perpendicular to the substrate surface (this is the Z direction) with the piezoelectric substrate P interposed therebetween. When probing is performed, the measurement probes 12 and 13 can be brought close to the front and back surfaces of the piezoelectric substrate P, respectively.
[0020]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the thickness distribution measuring unit 2 constituting the thickness measuring unit. As shown in the figure, the thickness distribution measuring unit 2 includes a light source 21 that emits a He—Ne laser, an optical element 22 that converts laser light into parallel light, and transmits the laser light from one surface to the other surface. The semi-reflective mirror 23 to be reflected, the substrate support 24 that supports the piezoelectric substrate P so as to be perpendicular to the laser light at a position facing the light source 21 with the semi-reflective mirror 23 interposed therebetween, and the other of the semi-reflective mirror 23 A screen 25 on which reflected light reflected on the surface of the image is projected, a digital camera 26 that captures interference fringes of the reflected light projected on the screen 25, and an image analysis device 27 that analyzes the digital image captured by the digital camera 26. And.
[0021]
The impedance analyzer 15 and the control device 16 in the bulk wave measurement unit 1 and the digital camera 26 in the thickness distribution measurement unit 2 are connected to a main computer 31 having a calculation unit 30 that controls and controls all of them.
[0022]
An operation procedure for measuring the material constant of the piezoelectric substrate P using the piezoelectric substrate material constant measuring apparatus including the bulk wave measuring unit 1, the thickness distribution measuring unit 2, and the main computer 31 will be described.
[Measurement of resonance frequency]
The piezoelectric substrate P cut out from the piezoelectric single crystal is set on the substrate support mechanism 11 and fixed so as not to be displaced. When the substrate support mechanism 11 is driven from this state, the piezoelectric substrate P is moved stepwise in the X / Y direction, and the measurement probes 12 and 13 for each of a plurality of measurement points provided on the piezoelectric substrate P. Are arranged in order, and probing is performed at each location.
[0023]
When the measurement probes 12 and 13 are arranged on both the front and back sides of the piezoelectric substrate P across a certain measurement location, the probe support mechanism 14 is driven, and the measurement probes 12 and 13 move in the Z direction (or -Z direction). It approaches in synchronism with the front and back surfaces of the piezoelectric substrate P.
[0024]
When both measurement electrodes of the measurement probes 12 and 13 are in contact with the piezoelectric substrate P, an AC signal is emitted from the impedance analyzer 15, and the piezoelectric substrate P is excited through the measurement electrodes .
[0025]
Therefore, the frequency dependence of the impedance and phase at the measurement location is detected by frequency scanning of the AC signal. This measurement data is input to the main computer 31. In the main computer 31, the calculation unit 30 analyzes a waveform indicating frequency dependence to obtain the resonance frequency.
[0026]
When the information on the resonance frequency is obtained, the measurement probes 12 and 13 move in the opposite direction and are separated from the piezoelectric substrate P. In synchronization with this, the substrate support mechanism 11 is driven in the X / Y direction, and the piezoelectric substrate P is moved to place the next measurement location between the measurement probes 12 and 13.
Thereafter, the above procedure is repeated, and the resonance frequency is obtained for all measurement points on the piezoelectric substrate P.
[0027]
[Measurement of substrate thickness]
The piezoelectric substrate P is fixed to the substrate support 24 so as not to be displaced. From this state, when laser light is emitted from the light source 21 toward the optical element 22, the laser light is converted into parallel light, which passes through the semi-reflective mirror 23 and is irradiated onto the piezoelectric substrate P.
[0028]
A part of the irradiated laser light is reflected on the surface of the piezoelectric substrate P, and the rest is reflected on the back surface of the piezoelectric substrate P. At this time, the thickness of the piezoelectric substrate P is twice between the laser light reflected on the front surface (hereinafter referred to as front surface reflected light) and the laser light reflected on the back surface (hereinafter referred to as back surface reflected light). An optical path length difference corresponding to this occurs.
[0029]
The front surface reflected light and the back surface reflected light are reflected by the other surface of the semi-reflective mirror 23 while interfering with each other, and are projected on the screen 25, so that interference fringes depending on the optical path length difference are generated on the screen 25. One interference fringe can be regarded as a contour line representing the same thickness on the piezoelectric substrate P. The difference in thickness between adjacent interference fringes is expressed by λ ₀ / (2n) (λ ₀ ; wavelength of laser light in vacuum, n: refractive index of piezoelectric substrate P).
[0030]
When the incident angle of the front / back surface reflected light is changed, a change occurs in the interference fringes, and this is taken by the digital camera 26. When the photographed digital image is analyzed by the image analyzer 27, the thick part and the thin part of the piezoelectric substrate P can be grasped relatively. These analysis data are input to the main computer 31 and based on the thickness of a representative portion of the piezoelectric substrate P measured in advance with a precise micrometer, the arithmetic unit 30 determines the thickness of the entire piezoelectric substrate P. Distribution is obtained.
[0031]
Once the thickness distribution information is obtained, the material constant (bulk wave velocity) for each measurement location on the piezoelectric substrate P is calculated in combination with the previously obtained resonance frequency information. Evaluate material constants.
[0032]
According to the above, since the SAW device is not provided as in the prior art, the time required for manufacturing the SAW device is shortened, and the uniformity evaluation of the piezoelectric single crystal body is accurately performed in a short time. be able to. For example, the time required from the creation of the SAW device to the evaluation of the material constant for a certain piezoelectric substrate was 6 hours, whereas a piezoelectric substrate cut out from the same piezoelectric single crystal was measured as in this embodiment. It took only about 6 minutes.
[0033]
In addition, since the piezoelectric substrate is not destroyed by the installation of the SAW device, it is possible to carry out measurement even for products shipped as products.
[0034]
In this embodiment, the control device 16 in the bulk wave measurement unit 1 and the image analysis device 27 in the thickness distribution measurement unit 2 are provided separately from the main computer 31, but these functions are provided in the main computer 31. You may comprise so that it may be performed.
[0035]
By the way, the thickness distribution measuring unit 2 in this embodiment is effective when the piezoelectric substrate P is a transparent substrate polished on both sides, but when the piezoelectric substrate P is opaque or not polished on both sides. Sufficient measurement cannot be performed. Therefore, in the case of such a piezoelectric substrate P, a thickness distribution measuring unit having the following configuration may be adopted.
[0036]
FIGS. 3 (a) thickness shown in distribution measuring unit 40 includes a substrate support 41 for supporting the piezoelectric substrate P, a laser triangulation disposed individually on the front and back sides of the piezoelectric substrate P supported by the substrate supporter 41 Measuring devices 42 and 43 and an analysis device 44 that performs shape analysis on both the front and back surfaces of the piezoelectric substrate P based on the measurement results of the laser triangulation measuring devices 42 and 43 are provided.
[0037]
The thickness distribution measurement unit 50 shown in FIG. 3 (b), a substrate support 51 for supporting the piezoelectric substrate P, is disposed individually on the front and back sides of the piezoelectric substrate P supported by the substrate supporter 51 Probe measuring machines 52 and 53, and an analyzer 54 that performs shape analysis of both the front and back surfaces of the piezoelectric substrate P based on the measurement results of the probe measuring machines 52 and 53 are provided.
[0038]
In each of the thickness distribution measuring units 40 and 50, the shape analysis is individually performed on both the front and back surfaces of the piezoelectric substrate P, and the thickness of the representative portion of the piezoelectric substrate P measured in advance is used. The thickness distribution of the entire piezoelectric substrate P is obtained from the difference. Thereafter, similarly to the above, the bulk wave sound velocity at each measurement point on the piezoelectric substrate P is calculated in combination with the information on the resonance frequency, and the material constant is evaluated based on this.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resonance frequency of the thickness-shear vibration is measured and the thickness of the piezoelectric substrate cut out from the piezoelectric single crystal is measured, and the resonance frequency is measured for each portion of the piezoelectric substrate. By calculating the material constant by calculating the product of the substrate thickness and the substrate thickness, it is not necessary to install a SAW device as in the prior art, and the time required for measurement can be greatly reduced.
Further, since the piezoelectric substrate is not destroyed by the installation of the SAW device, it is possible to carry out measurement even for a product shipped as a product, so that the piezoelectric substrate is not wasted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment according to the present invention, and is a diagram illustrating a schematic configuration of a bulk wave measurement unit constituting a frequency measurement unit.
FIG. 2 is a diagram similarly showing a schematic configuration of a thickness distribution measuring unit constituting a thickness measuring unit.
3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of a thickness distribution measurement unit that employs a measurement method different from that in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bulk wave measurement unit 11 Substrate support mechanism 12, 13 Measurement probe 14 Probe support mechanism 15 Impedance analyzer 30 Operation part 31 Main computer P Piezoelectric substrate

Claims

For the piezoelectric substrate cut out from the piezoelectric single crystal body, the frequency measuring unit individually arranges two measurement probes on a part of both sides of the piezoelectric substrate, generates an AC signal, and excites the piezoelectric substrate. comprising the steps of measuring the resonant frequency of the thickness shear vibration, and measuring the substrate thickness of each of the various locations by separate thickness measuring unit and the resonance frequency,
A material constant measuring method for a piezoelectric substrate, wherein a material constant is calculated for each part by multiplying both measured values by an arithmetic unit .

For the piezoelectric substrate cut out from the piezoelectric single crystal body, a frequency measuring unit that measures the resonance frequency of thickness shear vibration for each part of the piezoelectric substrate, a thickness measuring unit that measures the substrate thickness for each part, and the frequency A calculation unit that calculates a material constant for each location by multiplying the resonance frequency measured by the measurement unit and the substrate thickness measured by the thickness measurement unit ;
Wherein the frequency measurement unit, the material constant of the piezoelectric substrate measuring, wherein Rukoto comprises two measurement probes to be individually disposed excite the piezoelectric substrate so as to face both sides of the piezoelectric substrate for each of the various locations apparatus.

3. The material constant measuring apparatus for a piezoelectric substrate according to claim 2 , wherein the two measurement probes are movable in two directions parallel to and orthogonal to the piezoelectric substrate while maintaining a relative relationship therebetween.

The thickness measuring unit irradiates parallel light toward the piezoelectric substrate, causes reflected light on the front surface of the piezoelectric substrate and reflected light on the back surface to interfere, and the substrate based on interference fringes of both reflected light The apparatus for measuring a material constant of a piezoelectric substrate according to claim 2 or 3, wherein the thickness is measured.

4. The piezoelectric substrate according to claim 2, wherein the thickness measuring unit individually measures the surface shape of both surfaces of the piezoelectric substrate, and obtains the substrate thickness from the measured shape of both surfaces. 5. Material constant measuring device.