JP2015050653A - 弾性波デバイス用複合基板、その製法及び弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】弾性波デバイスのスプリアスの発生を抑制することが可能で簡易な構成の複合基板を提供する。
【解決手段】複合基板１０は、弾性波デバイス用であり、圧電基板１２と支持基板１４とを貼り合わせたものである。圧電基板１２は、弾性波を伝搬可能な基板であり、表面にスプリアス発生抑制うねりを有している。スプリアス発生抑制うねりは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが圧電基板１２の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍であり、うねりの最大高さＷｚがＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍である。支持基板１４は、圧電基板１２よりも熱膨張係数が小さいものであり、圧電基板１２の裏面に直接接合により接合されているか有機接着層を介して接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイス用複合基板、その製法及び弾性波デバイスに関する。

従来より、支持基板と圧電基板とを貼り合わせた弾性波デバイス用の複合基板が知られている。弾性波デバイスとしては、こうした複合基板のうち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ものなどが挙げられる。支持基板として圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つものを使用すると、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化が抑制されるため、弾性波デバイスの周波数特性の変化が抑制される。また、圧電基板のうち支持基板と貼り合わせる側の面を粗面とすることで、スプリアスの発生が抑制される（特許文献１参照）。この場合、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、圧電基板の裏面に到達するが、この裏面は粗面であり凹凸があるため、散乱される。その結果、スプリアスの発生が抑制される。

特開２０１２−８５２８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の弾性波デバイスでは、圧電基板の裏面に設けた凹凸と支持基板との間に空気が巻き込まれるのを防止するため、両基板を貼り合わせる前に、圧電基板の裏面の凹凸を充填剤で埋めたあと再研磨して平坦にする必要があった。このため、複合基板の製造工程数が増えるという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、弾性波デバイスのスプリアスの発生を抑制することが可能で簡易な構成の複合基板を提供することを主目的とする。

本発明の弾性波デバイス用複合基板は、圧電基板と支持基板とを貼り合わせた弾性波デバイス用複合基板であって、前記圧電基板は、スプリアス発生抑制うねりを有するものである。

この弾性波デバイス用複合基板では、圧電基板がスプリアス発生抑制うねりを有しているため、この複合基板を用いて作製した弾性波デバイスのバルク波を低振幅かつブロードにすることができ、それによってスプリアスの発生を抑制することができる。また、複合基板は、圧電基板にうねりを設けたものであるため構成が簡易である。

本発明の弾性波デバイス用複合基板において、スプリアス発生抑制うねりは、例えば、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍であり、うねりの最大高さＷｚが圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍とするのが好ましい。ここで、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に定義されている表面性状パラメータであり、うねりの周期に相当する。ＷＳｍが上限値を上回ると、この複合基板を用いた弾性波デバイスのバルク波が減衰せず、スプリアスの発生を抑制できないおそれがあり、ＷＳｍが下限値を下回ると、弾性波の伝達効率が低下し、フィルタの損失が大きくなる。また、うねりの最大高さＷｚは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に定義されている表面性状パラメータであり、うねりの山高さの最大値と谷深さの最大値との和である。Ｗｚが上限値を上回ると、この複合基板を用いた弾性波デバイスの弾性波の伝達効率が低下し、フィルタの損失が大きくなり、Ｗｚが下限値を下回ると、バルク波が減衰せず、スプリアスの発生を抑制できないおそれがある。

本発明の弾性波デバイス用複合基板において、前記圧電基板は、前記圧電基板のうち前記支持基板と接合されている面とは反対側の面に前記スプリアス発生抑制うねりを有していることが好ましい。スプリアス発生抑制うねりは圧電基板のうち支持基板との接合面に形成されていてもよいが、圧電基板の表面に形成されているものの方が製造しやすいため好ましい。

本発明の弾性波デバイス用複合基板において、前記圧電基板のうち前記スプリアス発生抑制うねりを有する面の算術平均粗さＲａ（うねり成分を除いた粗さ）は、１ｎｍ以下であることが好ましい。こうすれば、この複合基板を用いた弾性波デバイスの特性が良好になる。

本発明の弾性波デバイス用複合基板の製法は、
（ａ）圧電基板と支持基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、
（ｂ）表面に研磨布を備えた軸回転可能な定盤と、該定盤と対向する位置に配置された軸回転可能な基板キャリアとを備えた研磨装置を用意する工程と、
（ｃ）スプリアス発生抑制うねりを有する接着シートを用意する工程と、
（ｄ）前記基板キャリアに前記接着シートの一方の面を取り付け、前記接着シートのもう一方の面に前記貼り合わせ基板のうち前記支持基板を密着して固定すると共に、前記貼り合わせ基板のうち前記圧電基板を前記研磨布に接触させた状態で、前記研磨布に研磨スラリーを供給しながら前記定盤及び前記基板キャリアを軸回転させることにより、前記圧電基板を研磨する工程と、
（ｅ）研磨後の貼り合わせ基板を前記研磨装置から取り外す工程と、
を含むものである。

この製法では、貼り合わせ基板は、基板キャリアに取り付けられた状態では、スプリアス発生抑制うねりを有する接着シートに支持基板が密着しているため、支持基板の表裏も圧電基板の表裏も接着シートと同様のうねりを有している。この状態で圧電基板の表面を研磨すると、圧電基板の表面はうねりのない水平面になる。その後、研磨後の貼り合わせ基板を研磨装置から取り外すと、取り外された貼り合わせ基板のうち支持基板は、接着シートによる拘束を解かれるため、その表裏は元の形状に戻り、圧電基板の裏面（接合面）も元の形状に戻る。これに伴い、水平面となるように研磨された圧電基板の表面は、うねりを有するようになる。このうねりは、接着シートのうねりが転写されたものとなる。したがって、この製法によれば、本発明の弾性波デバイス用複合基板を比較的容易に得ることができる。

本発明の弾性波デバイスは、上述したいずれかの弾性波デバイス用複合基板と、前記圧電基板の表面に形成されたＩＤＴ電極と、を備えたものである。この弾性波デバイスによれば、圧電基板がうねりを有しているため、バルク波を低振幅かつブロードにすることができ、それによってスプリアスの発生が抑制される。

複合基板１０を模式的に示す断面図。 複合基板１０の製造工程を模式的に示す断面図。 複合基板を用いて作製した１ポートＳＡＷ共振子３０の斜視図。 １ポートＳＡＷ共振子３０の部分断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。 うねりと粗さの関係を示す説明図。 １ポートＳＡＷ共振子３０の周波数特性を示すグラフ。 実施例１及び比較例１の複合基板の厚み分布を観測したときの写真。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の複合基板１０を模式的に示す断面図である。この複合基板１０は、弾性波デバイス用であり、圧電基板１２と支持基板１４とを貼り合わせたものである。

圧電基板１２は、弾性波を伝搬可能な基板であり、表面にスプリアス発生抑制うねりを有している。スプリアス発生抑制うねりは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが圧電基板１２の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍、うねりの最大高さＷｚがＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍である。これらについては後で詳しく説明する。この圧電基板１２の材質としては、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ランガサイト（ＬＧＳ）、ランガテイト（ＬＧＴ）などが挙げられる。このうち、ＬＴ又はＬＮが好ましい。ＬＴやＬＮは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性波デバイスとして適しているからである。圧電基板１２の大きさは、特に限定するものではないが、例えば、直径が５０〜１５０ｍｍ、厚さが０．２〜５０μｍである。

支持基板１４は、圧電基板１２よりも熱膨張係数が小さいものであり、圧電基板１２の裏面に直接接合により接合されているか有機接着層を介して接合されている。支持基板１４を圧電基板１２よりも熱膨張係数が小さいものとすることで、温度が変化したときの圧電基板１２の大きさの変化を抑制し、複合基板１０を弾性波デバイスとして用いた場合における周波数特性の温度変化を抑制することができる。支持基板１４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が、シリコンが好ましい。また、支持基板１４の大きさは、例えば、直径が５０〜１５０ｍｍ、厚さが２００〜１２００μｍである。

次に、こうした複合基板１０を製造する方法について、図２を用いて以下に説明する。図２は、複合基板１０の製造工程を模式的に示す断面図である。

まず、円盤状の圧電基板１２と、この圧電基板１２と同形状の支持基板１４とを用意し、両基板１２，１４を貼り合わせて貼り合わせ基板１６を作製する（図２（ａ）参照）。両基板１２，１４を直接接合で貼り合わせる方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。すなわち、まず、両基板１２，１４の接合面を洗浄し、該接合面に付着している汚れを除去する。次に、両基板１２，１４の接合面にアルゴン等の不活性ガスのイオンビームを照射することで、残留した不純物（酸化膜や吸着物等）を除去すると共に接合面を活性化させる。その後、真空中、常温で両基板１２，１４を貼り合わせる。なお、直接接合で貼り合わせる方法は、ここで示した方法以外に、プラズマや中性原子ビームを用いるなどしてもよく、特に限定されるものではない。一方、両基板１２，１４を有機接着層を介して貼り合わせる場合には、まず、支持基板１４の片面及び圧電基板１２の片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接合する。

続いて、研磨装置２０を準備する（図２（ｂ）参照）。研磨装置２０は、円盤状で径の大きな定盤２２と、円盤状で径の小さな基板キャリア２６と、研磨剤を含むスラリーを定盤２２上へ供給するパイプ２９とを備えている。定盤２２は、裏面中央にシャフト２２ａを備えており、図示しない駆動モータでシャフト２２ａが回転駆動されることにより軸回転する。この定盤２２は、表面に不織布などからなる研磨布２４が取り付けられている。基板キャリア２６は、上面中央にシャフト２６ａを備えており、図示しない駆動モータでシャフト２６ａが回転駆動されることにより軸回転する。また、基板キャリア２６の下面には、凹部２６ｂが形成されている。この基板キャリア２６は、定盤２２の中心からずれた位置に配置されている。パイプ２９は、基板キャリア２６の近傍に配置され、研磨剤を含むスラリーを研磨布２４に供給する役割を果たす。

続いて、スプリアス発生抑制うねりを有する接着シート２８を準備する（図２（ｃ）参照）。スプリアス発生抑制うねりは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが圧電基板１２の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍であり、うねりの最大高さＷｚが圧電基板１２の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍である。これらについては後で詳しく説明する。

続いて、研磨装置２０の基板キャリア２６の下面に設けられた凹部２６ｂに接着シート２８の一方の面を貼り付けると共に、接着シート２８のもう一方の面（うねりのある面）に、貼り合わせ基板１６のうち支持基板１４を押圧して密着固定する（図２（ｄ）の上段参照）。それと共に、貼り合わせ基板１６のうち圧電基板１２を研磨布２４に接触させた状態で、パイプ２９から研磨布２４にスラリーを供給しながら定盤２２及び基板キャリア２６を軸回転させることにより、圧電基板１２を表面粗さＲａが１ｎｍ以下で所望の厚さになるまで研磨する。この研磨工程において、基板キャリア２６に取り付けられた貼り合わせ基板１６のうち支持基板１４は、スプリアス発生抑制うねりを有する接着シート２８に密着しているため、接着シート２８と同様のうねりを有している。また、圧電基板１２は、支持基板１４に貼り合わされているため、やはり接着シート２８と同様のうねりを有している。この状態で圧電基板１２の下面を研磨すると、圧電基板１２の下面はうねりのない水平面になる（図２（ｄ）の下段参照）。

続いて、研磨後の貼り合わせ基板１６を研磨装置２０から取り外す（図２（ｅ）参照）。取り外された貼り合わせ基板１６のうち支持基板１４は、接着シート２８による拘束を解かれるため、支持基板１４の表裏は元の形状に戻り、圧電基板１２のうち支持基板１４との接合面も元の形状に戻る。これに伴い、水平面となるように研磨された圧電基板１２の表面は、うねりを有するようになる。このうねりは、接着シート２８のスプリアス発生抑制うねりが転写されたものとなる。したがって、研磨装置２０から取り外された研磨後の貼り合わせ基板１６は、複合基板１０となる。

こうして得られた複合基板１０は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、多数の弾性表面波デバイスの集合体としたあと、ダイシングにより１つ１つの弾性表面波デバイスに切り出される。複合基板１０を弾性表面波デバイスである１ポートＳＡＷ共振子３０の集合体としたときの様子を図３に示す。１ポートＳＡＷ共振子３０は、フォトリソグラフィ技術により、圧電基板１２の表面にＩＤＴ（Interdigital Transducer)電極３２，３４と反射電極３６とが形成されたものである。ＩＤＴ電極３２は、弾性表面波の伝搬方向と直交するように形成された複数の電極指３２ａを有している。ＩＤＴ電極３４も、弾性表面波の伝搬方向と直交するように形成された複数の電極指３４ａを有している。

１ポートＳＡＷ共振子３０の部分断面図（図３のＡ−Ａ断面図）を図４に示す。なお、図４ではうねりを省略した。ＩＤＴ電極３２，３４を構成する電極指３２ａ，３４ａの線幅をｈ、電極指３２ａと電極指３４ａとの間隙をａ、電極指３２ａと電極指３４ａとの中心間距離をｄとすると、ｄ＝ａ＋ｈとなる。また、弾性表面波の速度をｖ_R、その中心周波数をｆ₀、その波長をλ_Rとすると、λ_R ＝ｖ_R／ｆ₀ となる。同じ極の電極指３２ａ同士の中心間距離２ｄと波長λ_Rとが等しいとき、つまりλ_R＝２ｄのとき、各電極３２，３４から励振された波が同相で加えられるため、最も強力な弾性表面波が得られる。そのため、各電極指３２ａ，３４ａはλ_R＝２ｄとなるように線幅ｈや間隙ａが設定されている。ＩＤＴ電極３２，３４の電極指３２ａ，３４ａの配置周期は２ｄ（＝波長λ_R）であるから、圧電基板１２の表面のうねりの曲線要素の平均長さＷＳｍは、この配置周期２ｄの２０〜２５０倍、うねりの最大高さＷｚは、配置周期２ｄの０．２〜１．５倍である。

なお、うねり曲線と粗さ曲線とのカットオフ値λｃは０．０８ｍｍとした。うねりと粗さとの関係を図５に示す。

図６は、１ポートＳＡＷ共振子３０の周波数特性を示すグラフである。圧電基板１２が上述したスプリアス発生抑制うねりを有さない場合には、取り出す必要のある周波数領域の左右両側に不要なバルク波が比較的シャープに現れるが（点線参照）、圧電基板１２が上述したスプリアス発生抑制うねりを有する場合には、取り出す必要のある周波数領域の左右両側に不要なバルク波が低振幅かつブロードに現れる。

以上説明した複合基板１０によれば、圧電基板１２が上述したスプリアス発生抑制うねりを有しているため、バルク波を低振幅かつブロードにすることができ、それによってスプリアスの発生を抑制することができる。つまり、複合基板１０において簡易な構造でスプリアスの発生を抑制することができる。また、スプリアス発生抑制うねりは圧電基板１２のうち支持基板１４との接合面に形成されていてもよいが、圧電基板１２の表面に形成されているものの方が製造しやすいため好ましい。更に、圧電基板１２のうちスプリアス発生抑制うねりを有する面の算術平均粗さＲａ（うねり成分を除いた粗さ）は、１ｎｍ以下であるため、この複合基板１０を用いた弾性波デバイスの特性が良好になる。更にまた、上述した製法を採用したため、複合基板１０を比較的容易に製造することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

［実施例１］
圧電基板としてＬＴ基板（φ４インチ、厚さ２５０μｍ）と、支持基板としてＳｉ基板（φ４インチ、厚さ２３０μｍ）を用意した。Ｓｉ基板の片面にアクリル樹脂をスピンコーター（回転数：１５００ｒｐｍ）で膜厚５０００Åとなるように塗布した。これにＬＴ基板を貼り合わせ、１５０℃のオーブンで樹脂を硬化させて貼り合わせ基板とした。この貼り合わせ基板を、研磨装置の基板キャリアにスプリアス発生抑制うねりを有する接着シートを介して固定した。接着シートとしては、日東電工製エレップホルダー（登録商標）のようなバックグラインドテープあるいは丸石産業のＱ−ｃｈｕｃｋ（登録商標）などのＰＥＴフィルムを利用した。これらは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍがＬＴ基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍、うねりの最大高さＷｚがＬＴ基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍という条件を満たした。なお、電極指の配置周期は２μｍとした。うねりはＺｙｇｏ社の非接触表面形状測定器を用いて測定した。ＬＴ基板の表面をグラインダーでＬＴ基板の厚さが３５μｍになるまで研削し、更にダイヤスラリー（１μｍ）を用いてＬＴ基板の厚さが２５μｍまでラップ研磨した。ラップ後、コロイダルシリカを用いてＬＴ基板の厚さが２３μｍまで研磨し、実施例１の複合基板を得た。弾性波素子のチップサイズを１．５ｍｍ×２ｍｍと仮定し、研磨後の複合基板を切断しレーザー干渉計にて厚み分布を観測したところ、図７（ａ）に示すような干渉縞波形が得られた。おおよそ面内で１．７μｍの厚み分布を示した。また、ＬＴ基板表面のうねりの曲線要素の平均長さＷＳｍは１２５μｍ、最大高さＷｚは１．４μｍであった。表面の粗さを測定したところ算術平均粗さＲａは０．２ｎｍであった。

［比較例１］
貼り合わせ基板を研磨装置の基板キャリアに接着シートを介して固定する代わりに、ワックスで固定した以外は、実施例１と同様にして複合基板を得た。比較例１の複合基板を実施例１と同様のチップサイズに切断し観察したところ、図７（ｂ）のような干渉縞波形が得られた。面内でおおよそ０．２μｍ程度の厚み分布を示した。また、ＬＴ基板表面のうねりの曲線要素の平均長さＷＳｍは１．１２ｍｍ、最大高さＷｚは０．２７μｍであった。表面の粗さを測定したところ算術平均粗さＲａは０．２ｎｍであった。

１０ 複合基板、１２ 圧電基板、１４ 支持基板、１６ 貼り合わせ基板、２０ 研磨装置、２２ 定盤、２２ａ シャフト、２４ 研磨布、２６ 基板キャリア、２６ａ シャフト、２６ｂ 凹部、２８ 接着シート、２９ パイプ、３０ １ポートＳＡＷ共振子、３２，３４ ＩＤＴ電極、３２ａ，３４ａ 電極指、３６ 反射電極。

Claims (7)

1. 圧電基板と支持基板とを貼り合わせた弾性波デバイス用複合基板であって、
   前記圧電基板は、スプリアス発生抑制うねりを有する、
   弾性波デバイス用複合基板。
2. 前記スプリアス発生抑制うねりは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが前記圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍であり、うねりの最大高さＷｚが前記圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍である、
   請求項１に記載の弾性波デバイス用複合基板。
3. 前記圧電基板は、前記圧電基板のうち前記支持基板と接合されている面とは反対側の面に前記スプリアス発生抑制うねりを有している、
   請求項１又は２に記載の弾性波デバイス用複合基板。
4. 前記圧電基板のうち前記スプリアス発生抑制うねりを有する面の算術平均粗さＲａは、１ｎｍ以下である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波デバイス用複合基板。
5. （ａ）圧電基板と支持基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板とする工程と、
   （ｂ）表面に研磨布を備えた軸回転可能な定盤と、該定盤と対向する位置に配置された軸回転可能な基板キャリアとを備えた研磨装置を用意する工程と、
   （ｃ）スプリアス発生抑制うねりを有する接着シートを用意する工程と、
   （ｄ）前記基板キャリアに前記接着シートの一方の面を取り付け、前記接着シートのもう一方の面に前記貼り合わせ基板のうち前記支持基板を密着して固定すると共に、前記貼り合わせ基板のうち前記圧電基板を前記研磨布に接触させた状態で、前記研磨布に研磨スラリーを供給しながら前記定盤及び前記基板キャリアを軸回転させることにより、前記圧電基板を研磨する工程と、
   （ｅ）研磨後の貼り合わせ基板を前記研磨装置から取り外す工程と、
   を含む弾性波デバイス用複合基板の製法。
6. 前記スプリアス発生抑制うねりは、うねりの曲線要素の平均長さＷＳｍが前記圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の２０〜２５０倍であり、うねりの最大高さＷｚが前記圧電基板の表面に形成されるＩＤＴ電極の電極指の配置周期の０．２〜１．５倍である、
   請求項５に記載の弾性波デバイス用複合基板の製法。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合基板と、
   前記圧電基板の表面に形成されたＩＤＴ電極と、
   を備えた弾性波デバイス。