JP2009077350A - 弾性表面波素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板の端部で反射した弾性表面波を減衰量を特性を考慮して所定の膜厚である吸収部を有する弾性表面波素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】弾性表面波素子１０は、弾性表面波を励振させるための入力電極１２、出力電極１４と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部１６ａ、１６ｂとが圧電基板１８上に形成され、吸収部１６ａ、１６ｂは、フォトレジストで形成され、前記弾性表面波の波長をλとして吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈが０．７λ以上２０λ以下である。また、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈは、好ましくは１λ以上１０λ以下であり、さらに好ましくは略１λである。
【選択図】図５

Description

本発明は、不要な弾性表面波を吸収する吸収部が圧電基板上に形成された弾性表面波素子及びその製造方法に関するものである。

近年、移動体通信等の分野において、素子を小型化、軽量化できる弾性表面波を利用した弾性表面波素子が用いられている。この弾性表面波素子は、一般に、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた櫛歯状電極指からなる入力電極及び出力電極を備えている。弾性表面波素子では、入力電極に電気信号が入力されると、電極指間に電界が発生し、圧電効果により弾性表面波が励振され、圧電基板上を伝搬していく。

入力電極から励振された弾性表面波は、出力電極の方向の他に、出力電極と反対方向にも伝搬し、圧電基板の端部で反射して、出力電極に入射してノイズとなる。この圧電基板の端部で反射した弾性表面波を減衰させるために、圧電基板の弾性表面波の伝搬方向の端部に吸収部が形成される場合がある（特許文献１参照）。

特開昭６０−２３６３１３号公報

しかしながら、前記吸収部については、弾性表面波の伝搬方向の幅は広いほど、圧電基板の端部で反射した弾性表面波の減衰量が増えることは知られているが、弾性表面波の減衰量と吸収部の膜厚との関係について詳細な検討が行われていなかった。

そこで、本出願の発明者は、吸収部の膜厚と圧電基板の端部で反射した弾性表面波の減衰量の関係を見出した。

本発明は、圧電基板の端部で反射した弾性表面波の減衰量の特性を考慮した所定の膜厚である吸収部を有する弾性表面波素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る弾性表面波素子及びその製造方法は、弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子であって、前記吸収部は、フォトレジストで形成され、前記吸収部の膜厚が前記弾性表面波の波長をλとして０．７λ以上２０λ以下であることを特徴とする。また、前記吸収部の膜厚が１λ以上１０λ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、前記吸収部の膜厚が略１λである。さらにまた、前記吸収部は、前記圧電基板の長手方向の各端部と各櫛形電極との間に少なくとも１つ形成されている。

本発明に係る他の弾性表面波素子及びその製造方法は、弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子であって、前記吸収部は、フォトレジストで形成され、前記弾性表面波の波長をλとして前記吸収部の膜厚に対する減衰量の特性における折れ曲がり点の前記吸収部の膜厚が略１λであることを特徴とする。

本発明によれば、弾性表面波の波長をλとして吸収部の膜厚が１λ以上となると入力電極を励振して発生する弾性表面波が圧電基板の端部で反射して発生する不要な弾性表面波の前記弾性表面波の減衰量が変化せずに略一定となることがわかった。従って、不要な弾性表面波を減衰させるためには吸収部の膜厚を弾性表面波の略１λとすればよく、それ以上に吸収部の膜厚を厚くする必要はない。その結果、吸収部の膜厚の厚さを抑えることにより、弾性表面波素子を小型化できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子１０の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ端面図である。

図１に示すように、弾性表面波素子１０は、入力電極１２、出力電極１４、吸収部１６ａ、１６ｂを備え、これらは圧電基板１８上に形成されている。

入力電極１２は、図示しない発振器から入力された電気信号によって、弾性表面波を励振させるために櫛形電極で構成され、また、出力電極１４は、入力電極１２で励振され伝搬してきた弾性表面波を受信するために櫛形電極で構成されている。

吸収部１６ａ、１６ｂは、フォトレジストで形成され、圧電基板１８の長手方向（弾性表面波の伝搬方向）の端部２０ａ、２０ｂの周辺の圧電基板１８の短手方向に延在する。吸収部１６ａ、１６ｂの間には、入力電極１２、出力電極１４が形成され、吸収部１６ａ、１６ｂの圧電基板１８の短手方向の長さは、入力電極１２、出力電極１４の短手方向の長さよりも長く、また、前記短手方向の端部は面取されている。さらに、入力電極１２を励振すると、図１の矢印Ｘ１とその反対方向であるＸ２の２方向に弾性表面波が伝搬する。吸収部１６ａは、矢印Ｘ２方向に伝搬し、吸収部１６ａへ入射する不要な弾性表面波を吸収するとともに、吸収部１６ａで吸収しきれずに通過し、さらに端部２０ａで反射して再入射する不要な弾性表面波を吸収する。さらにまた、吸収部１６ｂは、矢印Ｘ１方向に伝搬し、出力電極１４で受信されるとともに一部通過し、吸収部１６ｂへ入射する不要な弾性表面波を吸収するとともに、吸収部１６ｂで吸収しきれずに通過し、さらに端部２０ｂで反射して再入射する不要な弾性表面波を吸収する。

圧電基板１８は、弾性表面波を伝搬することができれば、特に限られないが、１２８度回転ＹカットＬｉＮｂＯ₃であることが好ましい。

次に、前記実施形態に係る弾性表面波素子１０の製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｇは、弾性表面波素子１０の製造工程の説明図である。弾性表面波素子１０では、入力電極１２、出力電極１４、吸収部１６ａ、１６ｂは、エポキシ系感光樹脂を用いたフォトリソグラフィ法により形成される。

弾性表面波素子１０の製造では、まず、表面を鏡面仕上げした圧電基板１８を用意し（図３Ａ参照）、フォトレジストを圧電基板１８上に滴下して、図示しないスピンコータにより均一な厚さのレジスト膜３０を形成する（図３Ｂ参照）。前記フォトレジストとしては、エポキシ系感光樹脂ベースのネガレジスト、例えば、ＳＵ−８（化薬マイクロケム社製感光性エポキシ樹脂）を用いることができる。

レジスト膜３０が形成された圧電基板１８を加熱してレジスト膜３０を固化するソフトベーク処理を施した後に、図示しない露光装置を用いて、レジスト膜３０に対してフォトマスク４０を介して紫外線を照射する。前記紫外線の照射エネルギーは約１５００Ｊ／ｍ²とする。フォトマスク４０には、圧電基板１８上の入力電極１２及び出力電極１４が形成される位置に紫外線が照射されるように櫛形電極形状のマスクパターンが形成されている。

圧電基板１８を専用の有機溶剤に浸漬して現像する。この現像によって、前記紫外線が照射されなかった部分が溶解し、圧電基板１８上に櫛形電極の型となるレジストパターン３２が形成される（図３Ｃ参照）。

レジストパターン３２が形成された圧電基板１８上に対してＡＬを真空蒸着し、ＡＬ膜３４を形成する（図３Ｄ参照）。なお、蒸着時の真空度は、５×１０^-6とする。その後、レジストパターン３２及びレジストパターン３２上のＡＬ膜３４を除去（リフトオフ）することにより、所望の入力電極１２及び出力電極１４を圧電基板１８上に形成することができる（図３Ｅ参照）。

入力電極１２及び出力電極１４が形成された圧電基板１８上に、フォトレジストを滴下して、図示しないスピンコータによりレジスト膜３６を形成する（図３Ｆ参照）。前記フォトレジストとしては、上記レジストパターン３２で用いたフォトレジストと同様である。

レジスト膜３６が形成された圧電基板１８を加熱してレジスト膜３６を固化するソフトベーク処理を施した後に、図示しない露光装置を用いて、レジスト膜３６に対してフォトマスク４２を介して紫外線を照射する。フォトマスク４２には、圧電基板１８上の吸収部１６ａ、１６ｂが形成される位置に紫外線が照射されるようにマスクパターンが形成されている。

圧電基板１８を専用の有機溶剤に浸漬して現像する。この現像によって、前記紫外線が照射されなかったレジスト膜３６が溶解し、吸収部１６ａ、１６ｂとなるレジストパターンが残存される。

前記レジストパターンを２００度に加熱し固化（ハードベーク）することにより、吸収部１６ａ、１６ｂが圧電基板１８上に形成される（図３Ｇ参照）。以上の製造工程により、弾性表面波素子１０を得ることができる。

次に、弾性表面波素子１０の吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚と不要な弾性表面波の減衰量との関係について説明する。ここで、伝搬する弾性表面波の波長λは２８μｍ、伝搬速度を約４０００ｍ／ｓ、中心周波数を１４０ＭＨｚとし、吸収部１６ａ、１６ｂの幅Ｌを５６０μｍ（２０λ）とする。

弾性表面波素子１０の吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚の変化に対する不要な弾性表面波の減衰量を測定した。図４は、横軸を吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈ［μｍ］とし、縦軸を不要な弾性表面波の減衰量（ｄＢ）として、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚と不要な弾性表面波の減衰量との関係を示した図である。図５は、横軸を弾性表面波の波長をλとして、波長λに対する吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚（ｈ／λ）［無次元］とし、縦軸を弾性表面波の波長λに対する減衰量（ｄＢ／λ）として、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚と不要な弾性表面波の減衰量との関係を示した図である。なお、弾性表面波は吸収部１６ａ、１６ｂを往復するので、その都度減衰されるが、図４、図５では、往復分の減衰量ではなく、往路又復路のみの一方向分の減衰量を示している。

図４では、膜厚ｈを厚くしていくと膜厚ｈが２８（μｍ）すなわち、１λ付近で特性図が折れ曲がり、それ以降では減衰量が約−２６（ｄＢ）と略一定となる。図５では、膜厚（ｈ／λ）を大きくしていくとｈ／λが略１．１付近で特性図が折れ曲がり、それ以降では減衰量が約−１．３（ｄＢ）と略一定となる。従って、膜厚ｈが１λ又はｈ／λが１．１の近傍に至ると、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈを厚くしても、減衰量は前記一定の減衰量からほとんど変化しなくなる。

吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚が弾性表面波の波長λと同等以上となっても、減衰量が変化しない理由は以下のように考えられる。すなわち、弾性表面波の主として構成するレイリー波は、圧電基板１８の表面付近を伝搬していく。このレイリー波では、圧電基板１８の厚さ方向の１λの範囲内に波としてのエネルギーの９０％が含まれている。レイリー波が吸収部１６ａ、１６ｂに伝搬すると、圧電基板１８の吸収部１６ａ、１６ｂとの境界面を伝搬するストンリー波のような境界波へ伝搬モードが変換される。レイリー波がモード変換された境界波においても波としてのエネルギーの大半は圧電基板１８の厚さ方向の１λの範囲内に存在すると考えられる。従って、圧電基板１８上に形成する吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚は、弾性表面波の単位波長分の厚さがあれば、不要な弾性表面波として存在する境界波の大半が吸収部１６ａ、１６ｂによって吸収されると考えられる。

以上説明したように、この実施形態に係る弾性表面波素子１０は、弾性表面波を励振させるための入力電極１２、出力電極１４と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部１６ａ、１６ｂとが圧電基板１８上に形成され、吸収部１６ａ、１６ｂは、フォトレジストで形成され、前記弾性表面波の波長をλとして吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈが０．７λ以上２０λ以下である。また、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚ｈは、好ましくは１λ以上１０λ以下であり、さらに好ましくは略１λである。さらにまた、吸収部１６ａは、入力電極１２と端部２０ａの間に形成され、吸収部１６ｂは、出力電極１４と端部２０ｂの間に形成されている。

弾性表面波素子１０によれば、弾性表面波の波長をλとし、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚が１λ以上となると入力電極１２を励振して発生する弾性表面波が圧電基板１８の端部２０ａ、２０ｂで反射して発生する不要な弾性表面波の減衰量が変化せずに略一定となることがわかる。従って、不要な弾性表面波を減衰させるためには吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚を弾性表面波の略１λとすればよく、それ以上に吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚を厚くする必要はない。その結果、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚の厚さを抑えることにより、弾性表面波素子１０を小型化できる。

また、フォトリソグラフィー法によって、吸収部１６ａ、１６ｂを形成する場合には、その膜厚を厚くするために複数回の成膜工程が必要となり製造コストがかかる。従来の弾性表面波素子では、弾性表面波の波長と吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚と不要な弾性表面波の減衰量の関係を考慮しなかったために、所定の不要な弾性表面波の減衰量を得るために必要以上に吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚を厚くしていた。従って、吸収部１６ａ、１６ｂの膜厚を弾性表面波の波長と同等とすることにより、吸収部１６ａ、１６ｂを形成するにあたって発生していた余分な製造コストを削減することができる。

さらに、上記の弾性表面波素子１０では、中心周波数が１４０ＭＨｚであったが、これに限定されるものではなく、６０ＭＨｚ以上において用いることができる。

さらにまた、吸収部１６ａ、１６ｂの位置は、図１に示すように端部２０ａ、２０ｂの周辺であって、入力電極１２と端部２０ａの間、出力電極１４と端部２０ｂの間に限定されるものではなく、図６に示すように、圧電基板１８の端部２０ａに吸収部１６ａを形成し、端部２０ｂに吸収部１６ｂを形成してもよい。

また、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ端面図である。 図３Ａ〜図３Ｇは、弾性表面波の製造工程の説明図である。 図４は、横軸を吸収部の膜厚ｈ［μｍ］とし、縦軸を不要な弾性表面波の減衰量（ｄＢ）として、吸収部の膜厚と不要な弾性表面波の減衰量との関係を示した図である。 図５は、横軸を弾性表面波の波長をλとして、波長λに対する吸収部の膜厚（ｈ／λ）とし、縦軸を弾性表面波の波長に対する減衰量（ｄＢ／λ）として、吸収部の膜厚と不要な弾性表面波の減衰量との関係を示した図である。 図６は、本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の変形例の平面図である。

符号の説明

１０…弾性表面波素子 １２…入力電極
１４…出力電極 １６ａ、１６ｂ…吸収部
１８…圧電基板 ２０ａ、２０ｂ…端部
３０、３６…レジスト膜 ３２…レジストパターン
３４…ＡＬ膜 ４０、４２…フォトマスク

Claims (9)

1. 弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子であって、
   前記吸収部は、フォトレジストで形成され、
   前記吸収部の膜厚が前記弾性表面波の波長をλとして０．７λ以上２０λ以下であることを特徴とする弾性表面波素子。
2. 請求項１記載の弾性表面波素子において、
   前記吸収部の膜厚が１λ以上１０λ以下であることを特徴とする弾性表面波素子。
3. 請求項１記載の弾性表面波素子において、
   前記吸収部の膜厚が略１λであることを特徴とする弾性表面波素子。
4. 弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子であって、
   前記吸収部は、フォトレジストで形成され、前記弾性表面波の波長をλとして前記吸収部の膜厚に対する減衰量の特性における折れ曲がり点の前記吸収部の膜厚が略１λであることを特徴とする弾性表面波素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子において、
   前記吸収部は、前記圧電基板の長手方向の各端部と各櫛形電極との間に少なくとも１つ形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。
6. 弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子の製造方法であって、
   前記吸収部は、エポキシ系感光樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成され、前記吸収部の膜厚が前記弾性表面波の波長をλとして０．７λ以上２０λ以下であることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
7. 請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法において、
   前記吸収部の膜厚が１λ以上１０λ以下であることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
8. 請求項６記載の弾性表面波素子の製造方法において、
   前記吸収部の膜厚が略１λであることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。
9. 弾性表面波を励振させるための複数の櫛形電極と、不要な弾性表面波を吸収する吸収部とが圧電基板上に形成された弾性表面波素子の製造方法であって、
   前記吸収部は、エポキシ系感光樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成され、前記弾性表面波の波長λとして前記吸収部の膜厚に対する減衰量の特性における折れ曲がり点の前記吸収部の膜厚が略１λであることを特徴とする弾性表面波素子の製造方法。

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