JP2010153961A - 複合基板の製造方法及び複合基板 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電基板と支持基板とを貼り合わせた複合基板につき、その圧電基板の表面を研磨砥粒で処理する際の圧電基板の縁の部分の欠けの発生を抑制する。
【解決手段】シリコン基板１０と、シリコン基板１２の外径から面取り部を減じた長さに貼り合わせ時の位置ずれに対応するマージンを見込んだ外径のＬＴ基板とを用意する（図５（ａ））。次に、ＬＴ基板１０の裏面に有機接着剤１３を塗布し、シリコン基板１２と貼り合わせて貼り合わせ基板１６を形成する（図５（ｂ））。続いて、ＬＴ基板１０の表面と研磨定盤との間に研磨砥粒を含むスラリーを供給して、ＬＴ基板１０の表面を研磨定盤により研磨することによりこのＬＴ基板１０の厚みを薄くすると共にその表面を鏡面研磨する（図５（ｃ））。
【選択図】図５

Description

本発明は、複合基板の製造方法及び複合基板に関する。

従来、支持基板と圧電基板とを貼り合わせた複合基板に、電極を設けて弾性波素子を作製することが知られている。ここで、弾性波素子は、例えば、携帯電話などの通信機器におけるバンドパスフィルタとして使用されている。また、複合基板は、圧電基板としてニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム、支持基板としてシリコンや石英などを用いたものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００６−３１９６７９号公報

ところで、こうした複合基板は、圧電基板と支持基板とを用意し、これらの基板を有機接着層を挟んで貼り合わせた後、圧電基板の厚みを薄くすることにより製造することが多い。ここで、ハンドリング時に基板の角の部分が何かに当たって割れることがあるため、圧電基板には、通常は、面取り加工が施されている。また、圧電基板の厚みを薄くするときには、圧電基板の表面と研磨定盤との間に研磨砥粒を介在させ、圧電基板の表面を研磨定盤により研磨することが行われる。しかし、このような製造方法では、圧電基板と支持基板とを貼り合わせると、縁の部分は、面取りの分だけ圧電基板が有機接着層から離れた状態となる。また、貼り合わせる位置がずれた場合にも、圧電基板の縁の部分が有機接着層から離れた状態となる場合がある。そして、この状態で圧電基板の表面を研磨定盤により研磨すると、その縁の離れた部分を起点とする欠けが多く発生するという問題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、圧電基板と支持基板とを貼り合わせた複合基板につき、その圧電基板の表面を研磨砥粒で処理する際の圧電基板の縁の部分の欠けの発生を抑制することを主目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の複合基板の製造方法は、
（ａ）支持基板と、該支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板とを用意する工程と、
（ｂ）前記支持基板の表面と前記圧電基板の裏面とを有機接着層を介して貼り合わせて貼り合わせ基板を形成するにあたり、前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上になるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置するようにして貼り合わせる工程と、
（ｃ）前記圧電基板の表面と研磨定盤との間に研磨砥粒を介在させて、該圧電基板の表面を該研磨定盤により研磨することにより該圧電基板の厚みを薄くすると共に該圧電基板の表面を鏡面研磨する工程と、
を含むものである。

本発明の複合基板は、
支持基板と、
前記支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、
前記圧電基板と前記支持基板とを接着する有機接着層と、
を備え、
前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上にあるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置しているものである。

本発明の複合基板の製造方法によれば、工程（ｃ）の実施時には、圧電基板は、支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態である。また、圧電基板の外周面が、有機接着層の外周面と同一面上になるか又はその有機接着層の外周面よりも内側に位置するように、支持基板の表面と圧電基板の裏面とが有機接着層を介して貼り合わせられている。このため、圧電基板の縁は有機接着層から離れた状態とはならず、貼り合わせたときの位置ずれや面取りなどによって圧電基板の縁が有機接着層から離れた状態となっているものに比して欠けが発生しにくい。したがって、圧電基板と支持基板とを貼り合わせた複合基板につき、その圧電基板の表面を研磨砥粒で処理する際の圧電基板の縁の部分の欠けの発生を抑制することができる。この理由は、圧電基板の縁が有機接着層から離れている場合には、圧電基板の表面を研磨するとその縁の部分がシャープエッジとなって、研磨時の圧電基板の厚み方向に働く力により欠けやすいのに対し、圧電基板の縁が有機接着層から離れていない場合には、そのような欠けが生じにくいためと考えられる。

本発明の複合基板の製造方法において、工程（ａ）では、支持基板と、該支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板とを用意する。ここで、圧電基板としては、弾性波（特に、弾性表面波）を伝搬可能な基板が挙げられ、この圧電基板の材質としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム、ランガサイト、水晶などが挙げられる。この圧電基板は、支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態となっている。また、圧電基板は、支持基板と貼り合わせる側とは反対側の角が予め面取りされていてもよい。面取りされている部分は何かに当たったとしても欠けにくい。ここで、面取りとは、２つの面の交差部分（稜）が所定の角度の面でカットされたＣ面取りであってもよいし、稜が所定の曲率半径となるようにカットされたＲ面取りであってもよい。なお、圧電基板の裏面には、例えば、厚さが０．１〜５μｍの金属や二酸化ケイ素の層が設けられていてもよい。また、支持基板の材質としては、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、アルミナ、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム、ランガサイト、水晶などが挙げられる。支持基板も、角が予め面取りされていてもよい。更に、支持基板のうち圧電基板と貼り合わせる側の角が面取りされている場合、支持基板の表面の平坦部の直径は、この支持基板の外径から面取り部分を除いたものとなる。

本発明の複合基板の製造方法において、工程（ｂ）では、前記支持基板の表面と前記圧電基板の裏面とを有機接着層を介して貼り合わせて貼り合わせ基板を形成するにあたり、前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上になるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置するようにして貼り合わせる。例えば、支持基板の表面及び圧電基板の裏面の一方又は両方に有機接着剤を均一に塗布し、両者を重ね合わせた状態で有機接着剤を固化させることにより貼り合わせ基板を形成する。特に、圧電基板の裏面に有機接着剤を塗布して、この圧電基板と支持基板とを貼り合わせ、有機接着剤を固化させて有機接着層とするのが好ましい。こうすれば、圧電基板の外周面より外側に有機接着層が存在しないため、圧電基板の表面を研磨する際に有機接着層が剥がれてゴミとなり、圧電基板の表面に付着したり該表面の仕上げに悪影響を及ぼしたりすることを防止することができる。ここで、有機接着剤を塗布する方法としては、例えば、スピンコートや印刷が挙げられる。有機接着剤としては、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤が挙げられる。また、工程（ａ）で圧電基板よりも熱膨張係数の小さい支持基板を用意した場合には、加熱して形成された有機接着層の厚さは０．１〜１．０μｍとするのが好ましい。このような場合としては、例えば、圧電基板が、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム及びニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム、ランガサイト、水晶からなる群より選ばれた材質からなり、支持基板が、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、アルミナ、ホウ珪酸ガラス及び石英ガラスからなる群より選ばれた材質からなる場合が挙げられる。こうすれば、最終的に製造された複合基板を用いて弾性表面波素子を作製したときに、温度変化に対する周波数特性の変化の比較的抑えられた素子を作製することができる。有機接着層の厚さが１．０μｍを超えると圧電基板と支持基板との熱膨張係数の差がこの有機接着層に吸収され、温度変化に対する周波数特性の変化を抑える効果が得られないため好ましくない。また、有機接着層の厚さが、０．１μｍ未満になるとボイドの影響で、温度変化に対する周波数特性の変化を抑える効果が得られないため好ましくない。

本発明の複合基板の製造方法において、工程（ｃ）では、圧電基板の表面と研磨定盤との間に研磨砥粒を介在させて、該圧電基板の表面を該研磨定盤により研磨することにより該圧電基板の厚みを薄くすると共に該圧電基板の表面を鏡面研磨する。工程（ｃ）で使用する装置としては、一般的な研磨機が挙げられる。例えば、貼り合わせ基板の片面を研磨する研磨機では、まず、プレッシャープレートと研磨定盤との間に研磨対象の貼り合わせ基板を加圧して挟み込み、貼り合わせ基板と研磨定盤との間に研磨砥粒を含むスラリーを供給しながらプレッシャープレートに自転運動を与えることによって、圧電基板を薄くする。続いて、研磨定盤を表面にパッドが貼られたものとすると共に研磨砥粒を番手の高いものへと変更し、プレッシャープレートに自転運動及び公転運動を与えることによって、圧電基板の表面を鏡面研磨する。この工程（ｃ）に供される貼り合わせ基板は、圧電基板の縁の部分が有機接着層から離れていないため、圧電基板の表面を研磨砥粒で処理する際に、この縁の部分が有機接着層から離れたもの（例えば、全ての角が面取りされた同じ大きさの圧電基板と支持基板とを貼付けた貼り合わせ基板）に比して、圧電基板の縁の部分の欠けが発生しにくい。

上述した複合基板の製造方法によって製造された複合基板の具体例の断面を図１〜図４に示す。図中、一点鎖線で囲まれた部分は工程（ｃ）で研磨により除去された部分を示す。図１は、まず、支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さく且つ角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、支持基板とを、圧電基板の裏面に有機接着剤を塗布しこの圧電基板の外周面が有機接着層の外周面と同一面上になるように貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し（かっこ内参照）、その後、圧電基板を研磨して得られた複合基板である。なお、図１のかっこ内は工程（ｂ）で得られた貼り合わせ基板を示す。図２は、まず、支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さく且つ角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、支持基板とを、支持基板の表面に有機接着剤を塗布し圧電基板の外周面が有機接着層の外周面よりも内側に位置するように貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し、その後、圧電基板を研磨して得られた複合基板である。図３は、まず、支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さく且つ支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、支持基板とを、圧電基板の裏面に有機接着剤を塗布しこの圧電基板の外周面が有機接着層の外周面と同一面上になるように貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し、その後、圧電基板を研磨して得られた複合基板である。図４は、まず、支持基板の表面の平坦部の直径と外径が同じで且つ支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、支持基板とを、支持基板の表面及び圧電基板の裏面の一方又は両方に有機接着剤を塗布し、この圧電基板の外周面が有機接着層の外周面と同一面上になるように貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し、その後、圧電基板を研磨して得られた複合基板である。いずれの複合基板も、上述した製造方法で製造されるため、圧電基板の縁の部分の欠けが少ないものである。また、図１，３，４の複合基板は、圧電基板の外周面より外側に有機接着層が存在しないため、圧電基板の表面を研磨する際に有機接着層が剥がれてゴミとなり、圧電基板の表面に付着したり該表面の仕上げに悪影響が及ぼされていないものである。

また、本発明の複合基板は、支持基板と、該支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、前記圧電基板と前記支持基板とを接着する有機接着層と、を備え、前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上にあるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置しているものである。こうした複合基板は、例えば上述した複合基板の製造方法によって製造することができる。

［実施例１］
図５は、本実施例の複合基板の製造プロセスを模式的に示す断面図である。まず、支持基板として、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が１００ｍｍ（４インチ）、厚さが３５０μｍのシリコン基板１２を用意した。また、圧電基板として、ＯＦ部を有し、直径が９８ｍｍ、厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）１０を用意した（図５（ａ））。ここで、シリコン基板１２は、角が面取りされている。図６は、面取り部分を説明する部分断面図である。図示するように、シリコン基板１２の外周面から３００μｍ内側の位置から面取りが始まり、この位置での面取りの角度は２０°である。ＬＴ基板１０は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である３６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。このＬＴ基板１０の外径は、シリコン基板１２の外径（１００ｍｍ）から面取り部分（０．６ｍｍ）を減じて、シリコン基板１２の表面の平坦部の直径を求め、この直径（９９．４ｍｍ）に、貼り合わせ時に想定される最大の位置ずれ量に対応するマージンを見込んで９８ｍｍとした。また、ＬＴ基板１０は、面取りされた基板の面取り部分を切り落として全ての角が面取りされていない角立った状態のものを用意した。次いで、ＬＴ基板１０にスピンコートによりエポキシ系接着剤１３を塗布し、シリコン基板１２を貼付けて１８０℃に加熱し、有機接着層１４（エポキシ系接着剤１３が固化した層）の厚さが０．３μｍの貼り合わせ基板１６を形成した（図５（ｂ））。このとき、貼り合わせ後は、ＬＴ基板１０の外周面と有機接着層１４の外周面とが同一面上になった。

次いで、研磨機にてＬＴ基板１０の厚さが３０μｍとなるまで研磨した（図５（ｃ））。研磨機としては、以下のように厚みを薄くしたあと鏡面研磨を行うものを用いた。即ち、厚みを薄くするときには、研磨定盤とプレッシャープレートとの間に貼り合わせ基板１６を挟み込み、その貼り合わせ基板１６と研磨定盤との間に研磨砥粒を含むスラリーを供給し、このプレッシャープレートにより貼り合わせ基板１６を定盤面に押し付けながらプレッシャープレートに自転運動を与えて行うものを用いた。続いて、鏡面研磨を行うときには、研磨定盤を表面にパッドが貼られたものとすると共に研磨砥粒を番手の高いものへと変更し、プレッシャープレートに自転運動及び公転運動を与えることによって、圧電基板の表面を鏡面研磨するものを用いた。まず、貼り合わせ基板１６のＬＴ基板の表面を定盤面に押し付け、自転運動の回転速度を１００ｒｐｍ、研磨を継続する時間を６０分として研磨した。続いて、研磨定盤を表面にパッドが貼られたものとすると共に研磨砥粒を番手の高いものへと変更し、貼り合わせ基板１６を定盤面に押し付ける圧力を０．２ＭＰａ、自転運動の回転速度を１００ｒｐｍ、公転運動の回転速度を１００ｒｐｍ、研磨を継続する時間を６０分として鏡面研磨した。

同じ製造工程で、５枚の複合基板を製造したときの、ＬＴ基板１０の縁の欠けの様子を図７に示す。図７は、ＬＴ基板１０の縁の欠けの様子を目視にて確認して作成したスケッチである。図示するように、１〜５枚目の複合基板につき、欠けは見られなかった。

［比較例１］
シリコン基板１２と同じ外径でありこのシリコン基板１２と貼り合わせられる角が面取りされたＬＴ基板を用意した以外は、実施例１と同様にして複合基板を作製した。同じ製造工程で、５枚の複合基板を製造したときの、ＬＴ基板１０の縁の欠けの様子を図８に示す。図８は、ＬＴ基板１０の縁の欠けの様子を目視にて確認し作成したスケッチである。図中、網掛け部分がＬＴ基板１０の欠けている部分である。図示するように、１〜５枚目の複合基板につき、それぞれ複数箇所に大きな欠けが見られた。

実施例１及び比較例１の結果から、実施例１は、比較例１に比して研磨時のＬＴ基板１０の欠けの発生が抑制されることが分かった。

［実施例２］
有機接着層１４の厚さを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして複合基板を作製した。そして、作製した複合基板に、ＬＴ基板の表面に金属アルミニウム製の入力電極及び出力電極を形成してＳＡＷフィルタを作製し、その熱膨張係数と周波数温度特性とを測定した。その測定結果を表１に示す。ここで、ＬＴ基板のＳＡＷの伝搬方向Ｘの線熱膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である。また、単結晶シリコン基板のＳＡＷの伝搬方向Ｘの線膨張係数は３ｐｐｍ／℃である。この表１の結果から明らかなように、有機接着層の厚さを０．１〜１．０μｍとすることで、周波数温度特性（温度特性）が臨界的に著しく向上することが分かった。

本発明の複合基板の製造方法で製造した複合基板の断面図である。 本発明の複合基板の製造方法で製造した複合基板の断面図である。 本発明の複合基板の製造方法で製造した複合基板の断面図である。 本発明の複合基板の製造方法で製造した複合基板の断面図である。 複合基板の製造プロセスを模式的に示す断面図である。 面取り部分を説明する部分断面図である。 実施例のＬＴ基板の縁の欠けの様子を表すスケッチ図である。 比較例のＬＴ基板の縁の欠けの様子を表すスケッチ図である。

符号の説明

１０ タンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）、１２ シリコン基板、１３ 有機接着剤、１４ 有機接着層、１６ 貼り合わせ基板。

Claims (6)

1. （ａ）支持基板と、該支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板とを用意する工程と、
   （ｂ）前記支持基板の表面と前記圧電基板の裏面とを有機接着層を介して貼り合わせて貼り合わせ基板を形成するにあたり、前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上になるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置するようにして貼り合わせる工程と、
   （ｃ）前記圧電基板の表面と研磨定盤との間に研磨砥粒を介在させて、該圧電基板の表面を該研磨定盤により研磨することにより該圧電基板の厚みを薄くすると共に該圧電基板の表面を鏡面研磨する工程と、
   を含む複合基板の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）では、前記圧電基板の裏面に有機接着剤を塗布して、該圧電基板と前記支持基板とを貼り合わせ、前記有機接着剤を固化させて前記有機接着層とする、
   請求項１に記載の複合基板の製造方法。
3. 前記工程（ａ）では、圧電基板よりも熱膨張係数の小さい支持基板を用意し、
   前記工程（ｂ）では、前記有機接着層の厚さが０．１〜１．０μｍとなるようにする、
   請求項１又は２に記載の複合基板の製造方法。
4. 前記圧電基板は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム及びニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム、ランガサイト、水晶からなる群より選ばれた材質からなり、
   前記支持基板は、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、アルミナ、ホウ珪酸ガラス及び石英ガラスからなる群より選ばれた材質からなる、
   請求項３に記載の複合基板の製造方法。
5. 支持基板と、
   前記支持基板の表面の平坦部の直径よりも外径が小さいか又は同じであり且つ少なくとも前記支持基板と貼り合わせる側の角が面取りされていない角立った状態の圧電基板と、
   前記圧電基板と前記支持基板とを接着する有機接着層と、
   を備え、
   前記圧電基板の外周面が、前記有機接着層の外周面と同一面上にあるか又は該有機接着層の外周面よりも内側に位置している、
   複合基板。
6. 前記支持基板は、前記圧電基板よりも熱膨張係数が小さく、
   前記有機接着層は、厚さが０．１〜１．０μｍである、
   請求項５に記載の複合基板。

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