CN104871431A - 复合基板及其制造方法,以及弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的复合基板的制作方法包含：工序(a)：将压电基板和支撑基板接合形成直径在4英寸以上的粘合基板，通过镜面研磨粘合基板的压电基板侧，将所述压电基板的厚度研磨至3μm以下；工序(b)：制作所述镜面研磨后的压电基板的厚度分布数据；工序(c)：基于所述厚度分布数据，利用离子束加工机对所述压电基板进行加工获得复合基板，其中厚度在3μm以下的所述压电基板在整个平面上厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，且所述压电基板显示出通过X射线衍射获得的摇摆曲线的半峰宽为100弧秒以下的结晶性。

Description

复合基板及其制造方法,以及弹性波装置
技术领域
本发明涉及复合基板及其制造方法，以及弹性波装置。
背景技术
期待通过使用非常薄的压电薄膜，可以获得能够以以往未使用过的高频运作的弹性波装置。获得这种薄膜的方法有，如化学气相沉积法(CVD)和智能切割两种。上述两种方法中的任一种均为公知技术。例如，关于智能切割技术，记载于专利文献1中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-109949(0004段落)
发明内容
本发明要解决的问题
虽然CVD、智能切割两种技术均能获得厚度非常均匀的薄膜，但分别存在下列问题。
(1)CVD
·结晶性非常差
·结晶轴的方向被限定
(2)智能切割
·注入离子引起的损伤无法充分地恢复，残留有结晶缺陷。
除上述两种方法外，也尝试了将压电膜磨薄的方法，在研磨的过程中会产生裂纹，存在无法实现膜厚度均匀的问题。
鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于提供一种结晶性高，具有任意结晶轴，且厚度均匀的压电单晶薄膜。
解决问题的方法
本发明的复合基板的制造方法包括：
工序(a)：将压电基板和支撑基板接合形成直径在4英寸以上的粘合基板，通过镜面研磨粘合基板的压电基板侧，将所述压电基板的厚度研磨至3μm以下；
工序(b)：制作所述镜面研磨后的压电基板的厚度分布数据；
工序(c)：基于所述厚度分布数据，利用离子束加工机对所述压电基板进行加工获得复合基板，其中厚度在3μm以下的所述压电基板在整个平面上厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，且所述压电基板显示出通过X射线衍射获得的摇摆曲线的半峰宽为100弧秒以下的结晶性。
根据上述方法，可以消除CVD和智能切割存在的问题，能够获得结晶性高，具有任意结晶轴，且厚度均匀的压电单晶薄膜。
本发明的复合基板为，将压电基板和支撑基板接合形成直径在4英寸以上的复合基板，该压电基板的厚度在3μm以下，整个平面上该厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，所述复合基板显示出通过X射线衍射得到的摇摆曲线的半宽度在100弧秒以下的结晶性。
该复合基板，可以通过上述制造方法容易地获得。另外，该复合基板可以应用在弹性波装置上。
附图说明
图1：实施例1的压电基板的截面照片
图2：实施例2的压电基板的截面照片
具体实施方式
接下来对本发明优选的一个实施方式的复合基板进行说明。本实施方式的复合基板为将压电基板和支撑基板接合形成的直径在4英寸以上的复合基板。压电基板的厚度在3μm以下，压电基板的整个平面上该厚度的最大值和最小值的差在60nm以下。另外，压电基板显示出通过X射线衍射得到的摇摆曲线的半宽度在100弧秒以下的结晶性。
压电基板的材料举例有，例如钽酸锂、铌酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、硼酸锂、硅酸镓镧(Langasite)、水晶等。
支撑基板的材料为，例如硅、蓝宝石、氮化铝、氧化铝、无碱玻璃、硼硅酸玻璃、石英玻璃、钽酸锂、铌酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、硼酸锂、硅酸镓镧、水晶等。支撑基板的大小、尺寸与压电基板相同，厚度为100～1000μm，优选为150～500μm。
本实施方式的复合基板，可以通过在压电基板的表面上形成电极图案而用作弹性波装置。
接下来，对本实施方式的复合基板的制造工序进行说明。
工序(a)
将厚度为100～1000μm的压电基板和厚度为100～1000μm的支撑基板接合形成直径在4英寸以上的粘合基板(研磨前的复合基板)，通过镜面研磨该粘合基板的压电基板侧，将压电基板的厚度研磨至3μm以下。该粘合基板是由压电基板和支撑基板介由有机粘接层粘合而成，或者通过直接接合一体化而成。有机粘接层的材料举例有，例如环氧树脂和丙烯酸树脂。直接接合是指在压电基板和支撑基板各自的接合面活化后，在两个接合面相对的状态下对两个基板进行按压。活化接合面的方法举例有，例如使用非活性气体(氩气等)的离子束、等离子体或中性原子束对接合面进行照射。
工序(a)中，例如，可以首先使用砂轮加工机对粘合基板的压电基板侧进行研磨，然后用研磨加工机进行研磨，进一步使用CMP研磨机通过镜面研磨将上述压电基板的厚度研磨至3μm以下。如上操作，能够高效地将压电基板的厚度研磨至3μm以下。此外，CMP为化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)的缩写。
工序(b)
制作镜面研磨后的压电基板的厚度分布数据。例如，可以通过使用激光干涉的光学式膜厚度测量仪测量镜面研磨后的压电基板的厚度，制作厚度分布数据。如上操作，可以制作出精度较高的厚度分布数据。
工序(c)
基于厚度分布数据使用离子束加工机对压电基板进行加工。通过如上操作，获得的复合基板的压电基板厚度在3μm以下，所述压电基板在整个平面上的厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，显示出通过X射线衍射得到的摇摆曲线的半宽度在100弧秒以下的结晶性。
工序(c)中，可以通过将厚度分布数据输入到离子束加工机上，决定对压电基板表面上各点进行离子束照射的时间，使用该离子束照射时间进行加工。如上操作，可以提高加工精度。这种情况中，离子束的输出功率是固定的，越厚的地方离子束照射的时间越长。或者，工序(c)中，可以通过将厚度分布数据输入到离子束加工机上，决定对压电基板表面上各点的离子束的输出值，使用该离子束的输出功率进行加工。如上操作，可以以良好的精度进行加工。这种情况中，离子束照射的时间是固定的，越厚的地方离子束的输出功率越大。
另外，工序(c)中，优选使用具有DC激发型Ar离子束源的离子束加工机进行加工。离子束加工机也可以使用具有等离子体激发型Ar离子束源的离子束加工机，优选使用具有DC激发型Ar离子束源的离子束加工机，因为其对压电基板的表面损伤更少。
通过上文详述的本发明的复合基板的制造方法，能够消除CVD和智能切割技术存在的问题，获得结晶性高，具有任意结晶轴，且厚度均匀的压电单晶薄膜。另外，通过该制造方法制造的复合基板，可以应用在弹性波装置上。
此外，本发明并不限于上述实施方式，显然能够以属于本发明的技术范围的各种实施方式进行实施。
实施例
(实施例1)
分别准备好两面均研磨过的厚度为230μm，直径为4英寸的硅基板(支撑基板)和LiTaO3基板(压电基板)。将这些基板放入真空度为10-6Pa以上、不足10-5Pa的真空室中，保持接合面相对。使用Ar离子束照射两个基板的接合面80秒，去除表面的非活性层将其活化。然后让基板彼此接触，加上1200kgf的荷重将其接合。取出上述操作获得的粘合基板，然后利用砂轮加工机磨削压电基板侧将其厚度磨削至10μm。然后，将该粘合基板安装在研磨加工机上，使用金刚石研磨膏将压电基板的厚度研磨至3μm。进一步，使用CMP研磨机对压电基板的表面进行镜面研磨使其厚度达到0.8μm。这时，使用胶体二氧化硅作为研磨剂。通过使用激光干涉的光学式膜厚度测量仪测量压电基板的厚度，压电基板整个平面上的厚度以0.8μm为基准，在±0.1μm的范围内。测量点除压电基板面的做出倒角的端部外在整个平面上合计为80个点。
将通过上述操作获得的粘合基板安装在具有等离子体激发型Ar离子束源的离子束加工机上。接下来，将上述光学式膜厚度测量仪测量的压电基板的厚度数据输入到离子束加工机上，以此决定压电基板各测量点的加工量，在这里为Ar离子束的照射时间。通过传送粘合基板的速度来调整离子束的照射时间。然后，在改变传送粘合基板的速度的同时，以输出功率固定的Ar离子束对压电基板的整体进行照射。束斑的直径为6mm。另外，以1300eV的离子加速电压，30mA的离子电流为固定条件，激发RF等离子体。实际的加工时间约为5分钟。
然后再次测量加工后的粘合基板(本实施例的复合基板)中压电基板的厚度，基准膜厚度为0.76μm，整个平面上该厚度的最大值和最小值的差为24nm。利用X射线衍射装置测定摇摆曲线，其半宽度(FWHM)为80弧秒，获得了与块体单晶相同的数值，确认未发生结晶性的劣化。
将该复合基板应用在弹性波滤波器上，能够减少频率的波动，获得过滤性能良好的装置。
(实施例2)
按照与实施例1相同的方法制作粘合基板。通过使用激光干涉的光学式膜厚度测量仪测量压电基板的厚度，压电基板整个平面上的厚度以1.0μm为基准在±0.12μm的范围内。测量点，与实施例1相同合计为80个点。
将通过上述操作获得的粘合基板安装在具有DC激发型Ar离子束源的离子束加工机上。接下来，将上述光学式膜厚度测量仪测量的压电基板的厚度数据输入到离子束加工机上，以此决定压电基板各测量点的加工量，在这里为Ar离子束的输出功率。然后，以0.5mm/sec(固定值)的速度转送粘合基板，同时将以输出功率在20～100W范围内变化的Ar离子束照射到压电基板整体。束斑的直径为6mm。由于传送速度是固定的，因此在压电基板整体上，离子束照射时间是相同的。
然后再次测量加工后的粘合基板(本实施例的复合基板)中压电基板的厚度，基准膜厚度为0.92μm，整个平面上该厚度的最大值和最小值的差为50nm。利用X射线衍射装置测定摇摆曲线，其半宽度(FWHM)为65弧秒，获得了与块体单晶相同的数值，确认未发生结晶性的劣化。
利用TEM观察实施例1和实施例2的压电基板表面附近的截面，判断一下各自表面的损伤层。图1为实施例1的截面照片，图2为实施例2的截面照片。实施例1的损伤层(表面的黑色层)的厚度为10nm，实施例2的损伤层的厚度为3nm。由此可以发现，具有DC激发型Ar离子束源的离子束加工机与具有等离子体激发型Ar离子束源的离子束加工机相比，对表面的损伤较少。
为了推定损伤层对元件特性的影响，在实施例1、2的复合基板上制作了SAW谐振器的电极。电极间距为4μm。对于基准频率约为930MHz的谐振器，与制作在通常的压电基板上相比，未发现其特性的差异。即厚度为10nm左右的损伤层不会对特性产生影响。
本申请以2012年12月26日提出的第61/745898号美国专利申请为优先权，本说明书通过引用包含其全部内容。
本发明可以应用在SAW滤波器等弹性波装置上。

Claims (8)

1.一种复合基板的制造方法，其包括：
工序(a)：将压电基板和支撑基板接合形成直径在4英寸以上的粘合基板，通过镜面研磨该粘合基板的压电基板侧，将所述压电基板的厚度研磨至3μm以下；
工序(b)：制作所述镜面研磨后的压电基板的厚度分布数据；
工序(c)：基于所述厚度分布数据，利用离子束加工机对所述压电基板进行加工获得复合基板，其中厚度在3μm以下的所述压电基板在整个平面上厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，且所述压电基板显示出通过X射线衍射获得的摇摆曲线的半峰宽为100弧秒以下的结晶性。
2.如权利要求1所述的复合基板的制造方法，其特征在于，在所述工序(a)中，对于所述粘合基板的压电基板侧，首先使用磨床研磨，然后使用研磨加工机进行研磨，进一步使用CMP研磨机通过镜面研磨将所述压电基板的厚度研磨至3μm以下。
3.如权利要求1或2所述的复合基板的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，通过使用激光干涉的光学式膜厚度测量仪测量所述镜面研磨后的压电基板的厚度，作成厚度分布数据。
4.如权利要求1～3中任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)中，将所述厚度分布数据输入到所述离子束加工机上，由此决定对所述压电基板表面上各点的离子束照射时间，使用该离子束照射时间进行加工。
5.如权利要求1～3中任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)中，将所述厚度分布数据输入到所述离子束加工机上，由此决定对所述压电基板表面上各点的离子束输出功率，使用该离子束输出功率进行加工。
6.如权利要求1～5任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，在所述工序(c)中，使用具有DC激发型Ar离子束源的离子束加工机作为所述离子束加工机。
7.一种复合基板，其为压电基板和支撑基板接合形成的直径在4英寸以上的复合基板，
所述压电基板的厚度在3μm以下，在所述压电基板的整个平面上该厚度的最大值和最小值的差在60nm以下，且所述压电基板显示出通过X射线衍射获得的摇摆曲线的半峰宽为100弧秒以下的结晶性。
8.一种使用了权利要求7所述的复合基板的弹性波装置。
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