CN111092148B - 一种压电材料复合基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电材料复合基板的制造方法，涉及高性能声表滤波器技术领域。压电材料复合基板的制造方法包括：将压电基板与承载基板压合，形成键合基板；对所述压电基板进行减薄抛光处理；采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域；采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域。该制造方法能够获得厚度更小、厚度均匀性更小的压电薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及高性能声表滤波器技术领域，具体而言，涉及一种压电材料复合基板的制造方法。
背景技术
目前，在高性能声表滤波器中运用的压电薄膜，厚度很薄，现有技术获得非常薄的压电薄膜的方法主要是化学气相沉积法(CVD)和离子注入切割法。但是，化学气相沉积法(CVD)获得的薄膜结晶性非常差。离子注入切割法容易出现注入离子引起的损伤无法充分地恢复，残留有结晶缺陷。
因此，设计一种压电材料复合基板的制造方法，能够获得厚度更小、厚度均匀性更小的压电薄膜，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电材料复合基板的制造方法，其能够获得厚度更小、厚度均匀性更小的压电薄膜。
本发明提供一种技术方案：
一种压电材料复合基板的制造方法，包括：
将压电基板与承载基板压合，形成键合基板；
对所述压电基板进行减薄抛光处理；
采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域；
采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域。
在本发明较佳的实施例中，所述将压电基板与承载基板压合，形成键合基板的步骤，包括：
将所述压电基板与所述承载基板置于真空环境中；
采用离子束轰击所述压电基板的抛光面与所述承载基板的抛光面；
将所述压电基板的抛光面与所述承载基板的抛光面压合，形成所述键合基板。
在本发明较佳的实施例中，所述对所述压电基板进行减薄抛光处理的步骤，包括：
采用砂轮对所述压电基板进行粗机械研磨；
采用抛光垫对所述压电基板进行抛光。
在本发明较佳的实施例中，所述采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤之前，包括：
采用椭圆偏光仪测量所述压电基板的厚度，得出厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据，制作具有所述开孔的所述挡板。
在本发明较佳的实施例中，所述采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤，包括：
将所述挡板置于喷头与所述压电基板之间，所述喷头用于喷出所述等离子体；
启动所述喷头，使所述等离子体穿过所述挡板上的所述开孔，并轰击所述压电基板上的所述厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域。
在本发明较佳的实施例中，所述采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域的步骤，包括：
采用椭圆偏光仪测量所述压电基板的厚度，得出厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据，计算出所述压电基板的每个所述厚度不均区域所需要的刻蚀厚度；
根据每个所述厚度不均区域所需要的所述刻蚀厚度，采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域。
在本发明较佳的实施例中，用于喷射所述离子束的离子枪位置固定，用于承载所述键合基板的承载台位置可移动，以使所述离子束与所述键合基板相对移动；
或者，用于喷射所述离子束的离子枪位置可移动，用于承载所述键合基板的承载台位置固定，以使所述离子束与所述键合基板相对移动。
在本发明较佳的实施例中，所述对所述压电基板进行减薄抛光处理的步骤之后，所述压电基板的厚度小于或等于8μm，所述压电基板的厚度均匀性小于或等于10％。
在本发明较佳的实施例中，所述采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤之后，所述压电基板的厚度小于或等于6μm，所述压电基板的厚度均匀性小于或等于5％。
在本发明较佳的实施例中，所述采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域的步骤之后，所述压电基板的厚度小于或等于5μm，所述压电基板的厚度均匀性小于或等于3％。
在本发明较佳的实施例中，所述离子束与所述键合基板移动的速度不相等。
本发明提供的压电材料复合基板的制造方法的有益效果是：
1.首先形成键合基板，然后依次经过减薄抛光、粗调、微调，不会出现压电基板中植入离子后的极化问题，也不会出现修复损伤层的问题，制造成本低，制备良率高；
2.采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域，这样能够减少修整压电基板厚度的时间，提高制造效率；
3.采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域，能够固定离子浓度和电磁场强度，只改变各个所述厚度不均区域的照射时长即可，这样，工艺的稳定性以及机台的稳定性更好；
4.采用等离子体穿过挡板上的开孔，并轰击所述压电基板上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域，再加上采用离子束蚀刻所述压电基板，并使所述离子束与所述键合基板相对移动，以微调所述厚度不均区域，能够使压电基板的厚度和厚度均匀性都小于现有水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的压电材料复合基板的制造方法的流程图。
图2为键合基板加工过程的结构示意图。
图3为粗调键合基板的厚度不均区域的加工示意图。
图4为挡板与键合基板配合时的示意图。
图5为微调键合基板的厚度不均区域的加工示意图。
图6为承载台带动键合基板移动的路径示意图。
图标：100-键合基板；110-压电基板；120-承载基板；200-挡板；210-开孔；300-基台；400-离子枪；500-承载台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前，高性能声表滤波器对高质量的压电薄膜需求越来越大，压电薄膜优选为厚度小、厚度均匀的单晶压电薄膜。
请参阅图1和图2，本实施例提供了一种压电材料复合基板的制造方法，能够获得厚度更小、厚度均匀性更小的压电薄膜。压电材料复合基板的制造方法包括以下步骤：
S1：将压电基板110与承载基板120压合，形成键合基板100。
其中，压电基板110的材料可以是钽酸锂、铌酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、硼酸锂、硅酸镓镧、水晶等。本实施例中，压电基板110选用钽酸锂晶圆，其厚度可以是250μm，压电基板110的抛光面的表面粗糙度小于0.5nm。
承载基板120的材料可以是硅、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。本实施例中，承载基板120选用蓝宝石晶圆，其厚度可以是500μm，承载基板120的抛光面的表面粗糙度小于0.5nm。
首先，将压电基板110与承载基板120置于真空环境中。
然后，采用离子束轰击压电基板110的抛光面与承载基板120的抛光面，使压电基板110的抛光面与承载基板120的抛光面活化。其中，离子束可以选用Ar+。
最后，在适当的压力和温度条件下，将压电基板110的抛光面与承载基板120的抛光面压合，形成键合基板100。
S2：对压电基板110进行减薄抛光处理。
其中，对压电基板110远离承载基板120的表面进行减薄抛光处理，具体的，选用500至2000号数的砂轮进行粗机械研磨，将压电基板110减薄到10μm后，再采用抛光垫对压电基板110进行抛光，抛光作业可使用含氧化硅的微小颗粒与带微碱性的添加物、配合适合的抛光垫，这样，可以移除压电基板110表面经过粗机械研磨的损伤层，并可以将压电基板110的表面抛光至平均粗糙度小于0.5nm，经过抛光后的压电基板110的厚度可小于或等于8μm，厚度均匀性可小于或等于10％。
S3：采用等离子体穿过挡板200上的开孔210，并轰击压电基板110上的厚度不均区域，以粗调厚度不均区域。
在实施S3之前，需要先制作对应的带开孔210的挡板200。首先，采用椭圆偏光仪测量压电基板110的厚度，得出此时压电基板110的厚度分布数据；然后，根据厚度分布数据，制作具有开孔210的挡板200。
请参阅图4，挡板200可以选用铝或白铁片材料，并采用CNC方式制作。档板的开孔210区可以设计不同的开孔210率，以适应压电基板110上不同区域的蚀刻厚度。例如，可以将开孔210设计为无遮挡的圆孔或椭圆孔，以适应压电基板110上刻蚀厚度较大的区域，也可以设计为带有栅格遮挡的圆孔或椭圆孔，以适应压电基板110上刻蚀厚度较小的区域。
然后，请参阅图3，将挡板200置于喷头与压电基板110之间。其中，喷头可以选用ICP干法刻蚀机自带的喷头，喷头用于喷出等离子体，等离子体可以选用CF4、SF6、CHF3、BCl3等气体，并加上适合的压力与ICP功率，以实施对压电基板110的轰击。键合基板100置于基台300上，并使压电基板110相对于承载基板120朝上设置。挡板200可以通过支撑架固定在基台300的上方。
最后，启动喷头，使等离子体穿过挡板200上的开孔210，并轰击压电基板110上的厚度不均区域，以粗调厚度不均区域。
这样，可以采用S3对需要做较大厚度调整的区域进行修整，减少后续局部修整的时长。实施S3之后，能够使压电基板110的厚度小于或等于6μm，厚度均匀性小于或等于5％。
S4：请参阅图5，采用离子束蚀刻压电基板110，并使离子束与键合基板100相对移动，以微调厚度不均区域。
首先，采用椭圆偏光仪测量压电基板110的厚度，得出此时压电基板110的厚度分布数据。
然后，根据此时压电基板110的厚度分布数据，计算出压电基板110的每个厚度不均区域所需要的刻蚀厚度。
最后，根据每个厚度不均区域所需要的刻蚀厚度，采用离子束蚀刻压电基板110，并使离子束与键合基板100相对移动，以微调厚度不均区域。其中，根据每个厚度不均区域所需要的刻蚀厚度，可以得出每个厚度不均区域所需要的离子束的总能量，离子束的总能量满足以下公式：
总能量＝离子通量*刻蚀时间
可以选用Ar或NF3气体，并在干法刻蚀机上可以设置固定值的离子通量，因此，对于刻蚀厚度较大的区域，延长刻蚀时间即可，对于刻蚀厚度较小的区域，缩短刻蚀时间即可。这样，能够固定离子浓度和电磁场强度，只改变各个厚度不均区域的照射时长即可，工艺的稳定性以及机台的稳定性更好。
其中，实现离子束与键合基板100相对移动的方式有多种，可以是用于喷射离子束的离子枪400位置固定，用于承载键合基板100的承载台500位置可移动；也可以是用于喷射离子束的离子枪400位置可移动，用于承载键合基板100的承载台500位置固定。本实施例中采用离子枪400位置固定，承载台500位置可移动的方式，离子束与键合基板100移动的速度可以不相等，这样，能够根据实际需要灵活设定二者的速度，提高加工效率。
请参阅图6，承载台500带动键合基板100移动的路径如图6中箭头所示，这个路径只是一个示例，不能严格作为承载台500实际移动的路径。承载台500的移动只需要安装两个气缸，两个气缸能够分别带动承载台500在x方向和y方向移动即可。两个气缸的控制策略可以根据压电基板110的厚度分布数据、离子通量和刻蚀时间设置。
压电基板110的各个区域的照射时长可以不同，其中，刻蚀厚度较大的区域，照射时长更久，对应的，承载台500在此过程移动的速度较慢或停留的时长更久。这样，能够固定离子浓度和电磁场强度，只改变各个厚度不均区域的照射时长即可，这样，工艺的稳定性以及机台的稳定性更好。而且，压电基板110经过微调后，厚度能够小于或等于5μm，厚度均匀性能够小于或等于3％。
本实施例提供的压电材料复合基板的制造方法的有益效果是：
1.首先形成键合基板100，然后依次经过减薄抛光、粗调、微调，不会出现压电基板110中植入离子后的极化问题，也不会出现修复损伤层的问题，制造成本低，制备良率高；
2.采用等离子体穿过挡板200上的开孔210，并轰击压电基板110上的厚度不均区域，以粗调厚度不均区域，这样能够减少修整压电基板110厚度的时间，提高制造效率；
3.采用离子束蚀刻压电基板110，并使离子束与键合基板100相对移动，以微调厚度不均区域，能够固定离子浓度和电磁场强度，只改变各个厚度不均区域的照射时长即可，这样，工艺的稳定性以及机台的稳定性更好；
4.采用等离子体穿过挡板200上的开孔210，并轰击压电基板110上的厚度不均区域，以粗调厚度不均区域，再加上采用离子束蚀刻压电基板110，并使离子束与键合基板100相对移动，以微调厚度不均区域，能够使压电基板110的厚度和厚度均匀性都小于现有水平。
需要说明的是，本申请中提到的数值，包括温度的取值、时长的取值、厚度的取值等，都只是申请人通过实验和测算获得的较为可靠的数值，而不是严格限定对应的参数只能是这些取值。本领域的技术人员可能会在本申请的方案的基础上，做进一步的实验，获得其他效果相近的取值，这些取值也没有脱离本申请的核心，也应该属于本申请要求保护的范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，包括：
将压电基板(110)与承载基板(120)压合，形成键合基板(100)；
对所述压电基板(110)进行减薄抛光处理；
采用等离子体穿过挡板(200)上的开孔(210)，并轰击所述压电基板(110)上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域；
采用离子束蚀刻所述压电基板(110)，并使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动，以微调所述厚度不均区域。
2.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述将压电基板(110)与承载基板(120)压合，形成键合基板(100)的步骤，包括：
将所述压电基板(110)与所述承载基板(120)置于真空环境中；
采用离子束轰击所述压电基板(110)的抛光面与所述承载基板(120)的抛光面；
将所述压电基板(110)的抛光面与所述承载基板(120)的抛光面压合，形成所述键合基板(100)。
3.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述对所述压电基板(110)进行减薄抛光处理的步骤，包括：
采用砂轮对所述压电基板(110)进行粗机械研磨；
采用抛光垫对所述压电基板(110)进行抛光。
4.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述采用等离子体穿过挡板(200)上的开孔(210)，并轰击所述压电基板(110)上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤之前，包括：
采用椭圆偏光仪测量所述压电基板(110)的厚度，得出厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据，制作具有所述开孔(210)的所述挡板(200)。
5.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述采用等离子体穿过挡板(200)上的开孔(210)，并轰击所述压电基板(110)上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤，包括：
将所述挡板(200)置于喷头与所述压电基板(110)之间，所述喷头用于喷出所述等离子体；
启动所述喷头，使所述等离子体穿过所述挡板(200)上的所述开孔(210)，并轰击所述压电基板(110)上的所述厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域。
6.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述采用离子束蚀刻所述压电基板(110)，并使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动，以微调所述厚度不均区域的步骤，包括：
采用椭圆偏光仪测量所述压电基板(110)的厚度，得出厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据，计算出所述压电基板(110)的每个所述厚度不均区域所需要的刻蚀厚度；
根据每个所述厚度不均区域所需要的所述刻蚀厚度，采用离子束蚀刻所述压电基板(110)，并使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动，以微调所述厚度不均区域。
7.根据权利要求6所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，用于喷射所述离子束的离子枪(400)位置固定，用于承载所述键合基板(100)的承载台(500)位置可移动，以使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动；
或者，用于喷射所述离子束的离子枪(400)位置可移动，用于承载所述键合基板(100)的承载台(500)位置固定，以使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动。
8.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述对所述压电基板(110)进行减薄抛光处理的步骤之后，所述压电基板(110)的厚度小于或等于8μm，所述压电基板(110)的厚度均匀性小于或等于10％。
9.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述采用等离子体穿过挡板(200)上的开孔(210)，并轰击所述压电基板(110)上的厚度不均区域，以粗调所述厚度不均区域的步骤之后，所述压电基板(110)的厚度小于或等于6μm，所述压电基板(110)的厚度均匀性小于或等于5％。
10.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述采用离子束蚀刻所述压电基板(110)，并使所述离子束与所述键合基板(100)相对移动，以微调所述厚度不均区域的步骤之后，所述压电基板(110)的厚度小于或等于5μm，所述压电基板(110)的厚度均匀性小于或等于3％。
11.根据权利要求1所述的压电材料复合基板的制造方法，其特征在于，所述离子束与所述键合基板(100)移动的速度不相等。
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