JP2010161697A

JP2010161697A - 弾性表面波素子

Info

Publication number: JP2010161697A
Application number: JP2009003371A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健司鈴木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP5180104B2

Abstract

【課題】圧電基板と支持基板とを貼り合わせた弾性表面波素子につき、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制しつつ、スプリアスの発生を抑制する。
【解決手段】弾性表面波素子は、弾性波を伝搬可能なＬＴ基板１０と、ＬＴ基板の表面に設けられ弾性表面波を励振可能な櫛形電極１６，１７と、ＬＴ基板と貼り合わせられ圧電基板の裏面よりも粗く且つこのＬＴ基板から伝搬してきたバルク波を散乱させる粗さの裏面を有し熱膨張係数がＬＴ基板よりも小さいシリコン基板１２と、ＬＴ基板１０とシリコン基板１２とを接着する有機接着層１４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性表面波素子に関する。

従来、支持基板と弾性波を伝搬させる圧電基板とを貼り合わせ、圧電基板の表面に弾性表面波を励振可能な櫛形電極を設けた弾性表面波素子が知られている。ここで、圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板を圧電基板に貼付けることにより、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制し、弾性表面波素子としての周波数特性の変化を抑制している。例えば、特許文献１に記載の弾性表面波素子では、圧電基板と支持基板とを接着層によって貼り合わせた構造を有している。この弾性表面波素子は、更に、圧電基板の支持基板と貼り合わせる側の面（裏面）を荒らすことで、スプリアスの発生を抑制している。即ち、櫛形電極付近で弾性表面波と共に発生した弾性波の一種であるバルク波はこの圧電基板の裏面に到達するが、この裏面は荒らされているために散乱される。このようにして、バルク波が圧電基板の裏面で反射して櫛形電極へ到達するのを抑制し、スプリアスの発生を抑制している。

特開２００１−５３５７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の弾性表面波素子では、圧電基板の裏面を荒らすと、圧電基板と支持基板とを接着する接着層の厚さを十分薄くすることができない場合があった。この場合に、バルク波を圧電基板の裏面で散乱させてスプリアスの発生を抑制することは可能なものの、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制するという支持基板本来の役割が十分に果たせない場合があった。

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弾性表面波素子につき、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制しつつ、スプリアス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弾性表面波素子は、
弾性波を伝搬可能な圧電基板と、
前記圧電基板の表面に設けられた弾性表面波を励振可能な櫛形電極と、
前記圧電基板と貼り合わせられ、該圧電基板の裏面よりも粗く且つ該圧電基板から伝搬してきたバルク波を散乱させる粗さの裏面を有し、熱膨張係数が前記圧電基板よりも小さい支持基板と、
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、
を備えたものである。

本発明の弾性表面波素子では、バルク波が圧電基板から支持基板に伝搬してきた場合には、支持基板の裏面はバルク波を散乱させる粗さであり、バルク波がこの裏面で反射して櫛形電極に到達するのが抑制され、スプリアスの発生が抑制される。更に、圧電基板から伝搬してきたバルク波を散乱させる粗さとなっているのは支持基板の裏面であり、この支持基板の裏面は圧電基板の裏面よりも粗い。このため、有機接着層の厚さを薄くすることができ、支持基板による、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制する効果が得られる。特に、特許文献１では、有機接着層の厚さを、弾性表面波を散乱させる粗さの凹凸の最高部と最低部の差以上とする必要があるが、本発明では、その差よりも薄くすることができる。

ＬＴ基板１０及びシリコン基板１２を用意してからシリコン基板１２の裏面を荒らすまでの弾性表面波素子の製造プロセスを模式的に示す断面図である。弾性表面波素子の平面図及びＡ−Ａ’断面図である。他の弾性表面波素子の平面図及びＢ−Ｂ’断面図である。実施例１及び比較例１の弾性表面波素子の周波数特性の測定結果である。

本発明の弾性表面波素子において、圧電基板は、弾性波を伝搬可能なものである。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などが挙げられる。また、圧電基板の大きさは、特に限定するものではないが、例えば、縦が０．５〜２ｍｍ、横が０．５〜２ｍｍ、厚さが１０〜６０μｍである。

本発明の弾性表面波素子において、櫛形電極は、圧電基板の表面に設けられ弾性表面波を励振可能なものである。櫛形電極の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、金などが挙げられる。

本発明の弾性表面波素子において、支持基板は、圧電基板と貼り合わせられ、この圧電基板の裏面よりも粗く且つ圧電基板から伝搬してきたバルク波を散乱させる粗さの裏面を有し、熱膨張係数が圧電基板よりも小さいものである。この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、石英ガラスなどが挙げられる。また、支持基板の大きさは、特に限定するものではないが、例えば、縦が０．５〜２ｍｍ、横が０．５〜２ｍｍ、厚さが０．２５〜０．５ｍｍである。ここで、この支持基板の裏面の粗さは、算術平均粗さＲａが０．２５〜０．５５μｍであり、且つ、最大高さＲｚが算術平均粗さＲａの９〜１２倍とするのが好ましい。支持基板の裏面の粗さがこの条件を満足する場合には、圧電基板から伝播してきたバルク波を散乱させる効果が十分得られ、しかも、静電チャックに複合基板を吸着させる際に良好に吸着させることができるからである。支持基板の裏面の粗さにつき、この条件を満足させる方法としては、例えば、８００番〜１２００番の番手の研磨砥粒を使用して研磨することが挙げられる。

本発明の弾性表面波素子において、有機接着層は、支持基板と圧電基板とを接着するものである。この有機接着層の材質としては、例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤を固化させたものが挙げられる。更に、有機接着層の厚さは０．１〜１．０μｍとするのが好ましい。こうすれば、温度変化に対する周波数特性の変化を比較的抑えることができる。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。

［実施例１］
図１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、支持基板に切り出す前の基板として、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が１００ｍｍ、厚さが３５０μｍのシリコン基板１２を用意した。また、圧電基板に切り出す前の基板として、ＯＦ部を有し、直径が１００ｍｍ、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１（ａ）参照）。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。次いで、ＬＴ基板１０の裏面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の表面に重ね合わせ１８０℃で加熱し、貼り合わせ基板２０を得た。この貼り合わせ基板２０の有機接着層１４は、エポキシ系接着剤１３が固化してできたものである（図１（ｂ）参照）。このときの有機接着層１４の厚さは０．３μｍであった。

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１（ｃ）参照）。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２０を挟み込み、その貼り合わせ基板２０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２０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、圧電基板に切り出す前の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２０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２０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。

続いて、貼り合わせ基板２０のシリコン基板１２の裏面を定盤面に押し付け、番手が８００番の研磨砥粒へ変更し、貼り合わせ基板２０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１５分としてシリコン基板１２の裏面を荒らした（図１（ｄ））。このときのシリコン基板１２の裏面の算術平均粗さＲａは、０．５５μｍ、最大高さＲｚは５．０μｍ（算術平均粗さＲａ０．５５μｍの約９倍）であった。このとき、算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚの測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。ここで、図１（ｂ）の工程で、ＬＴ基板１０とシリコン基板１２を貼り合わせる前にシリコン基板１２の裏面を荒らすと、このシリコン基板１２に反りが発生し両基板を貼り合わせにくくなる。ここでは、両基板を貼り合わせた後にシリコン基板１２の裏面を荒らしているため、そのような問題を発生させることなく弾性表面波素子を作製することができる。

続いて、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、材質がアルミニウムで、最終的に作製した弾性表面波素子が常温で中心周波数２ＧＨｚのバンドパスフィルタとして機能する形状で、厚さが０．１μｍの櫛形電極をＬＴ基板の表面に複数形成した。また、各櫛形電極につき、櫛形電極を挟むように２つの反射器を形成した。続いて、ダイシングにより、１つ１つの弾性表面波素子の形状に切り出した。１つ１つの弾性表面波素子は、縦の長さが１ｍｍ、横の長さが１ｍｍとなるように切り出した。こうして得られた弾性表面波素子を図２に示す。図２（ａ）は、得られた弾性表面波素子の平面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面図である。この弾性表面波素子は、図示するように、ＬＴ基板１０の表面に櫛形電極１６，１７及び反射器１８を有している。なお、図３に示すように、ＬＴ基板１０の表面に櫛形電極１１５，１１６を有する構造を採用してもよい。図３（ａ）は、この弾性表面波素子の平面図であり、図３（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’断面図である。

［比較例１］
図１（ｃ）の工程でＬＴ基板１０を研磨したあと、シリコン基板１２の裏面を荒らすことなく、櫛形電極１６，１７及び反射器１８を形成した以外は実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。このときのシリコン基板１２の裏面の算術平均粗さＲａは０．３ｎｍであり、最大高さＲｚは、１ｎｍであった。このとき、算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚの測定には、実施例１と同様の表面粗さ計を用いた。

［評価］
実施例１及び比較例１の弾性表面波素子をネットワークアナライザに接続し、弾性表面波素子の減衰量を、周波数を変えて測定した。その測定結果を図４に示す。図中、実線が実施例１の弾性表面波素子の測定結果であり、点線が比較例１の弾性表面波素子の測定結果である。図示するように、比較例１の測定結果に表れている高周波側（おおよそ２．０２〜２．２ＧＨｚ）のスプリアスが、実施例１の測定結果では抑制されている。

［実施例２，３］
図１（ｄ）の工程において使用する研磨砥粒の番手を１０００番又は１２００番とした以外は、実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。シリコン基板１２の裏面の算術平均粗さＲａは、研磨砥粒の番手が１０００番のときには０．３５μｍ、１２００番のときには０．２５μｍであった。また、シリコン基板１２の裏面の最大高さＲｚは、研磨砥粒の番手が１０００番のときには３．５μｍ（算術平均粗さＲａ０．３５μｍの１０倍）、１２００番のときには３．０μｍ（算術平均粗さＲａ０．２５の１２倍）であった。これらの場合も、実施例１と同様の周波数特性が得られた。

［比較例２］
図１（ｄ）の工程において使用する研磨砥粒の番手を１３００番とした以外は、実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。シリコン基板１２の裏面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．２μｍであった。また、シリコン基板１２の裏面の最大高さＲｚは、２．４μｍ（算術平均粗さＲａの１２倍）であった。この場合も、比較例１と同様の周波数特性が得られ、スプリアスの発生を抑制できていないことが確認できた。

ここで、上述した実施例１〜３及び比較例２について、研磨砥粒の番手、シリコン基板１２の裏面の算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚの測定結果を表１に示す。

［実施例４］
有機接着層１４の厚さを表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。そして、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２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。

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、１６，１７，１１５，１１６櫛形電極、１８反射器、２０貼り合わせ基板。

Claims

弾性波を伝搬可能な圧電基板と、
前記圧電基板の表面に設けられた弾性表面波を励振可能な櫛形電極と、
前記圧電基板と貼り合わせられ、該圧電基板の裏面よりも粗く且つ該圧電基板から伝搬してきたバルク波を散乱させる粗さの裏面を有し、熱膨張係数が前記圧電基板よりも小さい支持基板と、
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、
を備えた弾性表面波素子。
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１に記載の弾性表面波素子。
前記有機接着層は、厚さが０．１〜１．０μｍである、
請求項１又は２に記載の弾性表面波素子。
前記バルク波を散乱させる粗さは、算術平均粗さＲａが０．２５〜０．５５μｍであり、且つ、最大高さＲｚが前記算術平均粗さＲａの９〜１２倍である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。