JP2022178554A - 粗面圧電性基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】へき開面（２）を有する圧電性基板（３）を粗面化処理した場合でも、表面に欠けが発生することを抑制することができる粗面圧電性基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の粗面圧電性基板の製造方法は、へき開面（２）を有する圧電性基（３）板の１面の平坦加工を実施する工程、および砥粒の入射方向と圧電性基板（３）のへき開面（２）との成す角度が３０°以下となるように砥粒を圧電性基（３）板の１面に噴射して圧電性基（３）板の１面の粗面化処理を実施する工程を含む。【選択図】図２
Description
本発明は、粗面圧電性基板の製造方法に関し、特に通信用途のＳＡＷデバイスに用いられるタンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム基板などの粗面圧電性基板の製造方法に関する。
携帯電話などの周波数調整・選択用の部品として、タンタル酸リチウム（以下、ＬＴ）やニオブ酸リチウム（以下、ＬＮ）など圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極（ＩＤＴ）が形成された弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスが用いられている。
従来より、ＳＡＷデバイスとして用いられるＬＴやＬＮは、ＩＤＴにより励振された弾性波のリーキー波を用いてフィルタなどが設計されるが、リーキー波は弾性波エネルギーの一部を基板内にバルク波としてを漏洩しながら進行する。このバルク波が裏面から反射することにより、不要な応答としてスプリアスが発生することがある。
このスプリアスを抑制するため、裏面から反射するバルク波が分散するよう裏面を粗面化する対策がなされている。
また、近年の通信規格は、送信受信の周波数バンド間隔が狭く、かつバンド幅が広くなっており、さらには低ロス特性や低背化が求められるようになってきている。圧電基板単体で使うよりもシリコンやサファイア、石英など異種基板と接合し、圧電基板や異種基板を薄化することで、特性向上や低背化の対策が取られている。
異種基板との接合にはお互い鏡面同士を貼り合わせる方法が一般的であるが、圧電基板が薄くなるほど、貼り合わせた界面から反射してくるバルク波の影響が大きくなり、スプリアスとしてフィルタ特性を劣化させてしまう問題がある。
このスプリアスを抑制するためにも、接合界面から反射するバルク波が分散するよう界面を粗面化する対策がなされている。（特許文献１）。
このように圧電性基板の裏面や界面を粗面化する方法として、ラップ処理やサンドブラスト処理が知られている。
特許文献１によると、粗面化する方法としてサンドブラスト処理の記載があるが、その処理方法の詳細な記載はない。
本発明者らは、サンドブラスト処理で圧電性基板を粗面化する場合、サンドブラスト処理前の表面状態の影響を極力小さくするため、処理面を一度研磨加工により鏡面化（算術平均粗さＲａ≦1ｎｍ）した。その後所望の粗さとなるよう、任意の砥粒、番手、噴射圧力を選択しサンドブラスト処理することとした。
例えば、３６°回転ＹカットＬＴ基板の表面を一度研磨し、その後処理面に垂直な方向からサンドブラスト処理した場合、表面に粗面化された状態と異なる欠けが散見された。欠け部分のレーザー顕微鏡写真を図６に示す。
また、この欠けはＬＴ結晶のへき開方向に割れていることが確認された。
また、この欠けはＬＴ結晶のへき開方向に割れていることが確認された。
このＬＴ基板のサンドブラスト処理面にＳｉＯ２膜を成膜し、ＳｉＯ２を研磨した後にＳｉ基板と接合した。接合後ＬＴ基板側を研削、研磨して接合基板を作製した。ＬＴ研磨面側にＩＤＴ電極を作製し、共振器特性を確認したところ、通常に粗面化された領域の共振特性はスプリアスが抑制されていたものの、欠け部の共振特性はスプリアスが大きく悪化していることが確認された。このように、欠けが生じた部分はスプリアスが大きくなりフィルタ特性も悪化させてしまうため好ましくない。
したがって、本発明の目的は、へき開面を有する圧電性基板を粗面化処理した場合でも、表面に欠けの発生がない粗面化方法を提供することである。
本発明者らは、結晶のへき開面に平行となる方向から、３０°以下の範囲よりサンドブラスト砥粒を噴射することで、表面に発生する欠けを抑制できることを見出した。そして、本発明者らは、以下の粗面圧電性基板の製造方法を完成させた。
（１）へき開面を有する圧電性基板の１面の平坦加工を実施する工程、および砥粒の噴射方向と前記圧電性基板のへき開面との成す角度が３０°以下となるように砥粒を前記１面に噴射して前記１面の粗面化処理を実施する工程、を含む粗面圧電性基板の製造方法。
（２）前記平坦加工は、ラップ処理または研削処理または研磨処理のうち少なくとも１つの処理を含むことを特徴とする上記（１）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（３）前記粗面化処理がサンドブラスト処理であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（４）前記砥粒がアルミナであることを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（５）前記圧電性基板がタンタル酸リチウムであることを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（６）前記圧電性基板は３６°以上、５０°以下の回転Ｙカット基板であることを特徴とする上記（５）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（１）へき開面を有する圧電性基板の１面の平坦加工を実施する工程、および砥粒の噴射方向と前記圧電性基板のへき開面との成す角度が３０°以下となるように砥粒を前記１面に噴射して前記１面の粗面化処理を実施する工程、を含む粗面圧電性基板の製造方法。
（２）前記平坦加工は、ラップ処理または研削処理または研磨処理のうち少なくとも１つの処理を含むことを特徴とする上記（１）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（３）前記粗面化処理がサンドブラスト処理であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（４）前記砥粒がアルミナであることを特徴とする上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（５）前記圧電性基板がタンタル酸リチウムであることを特徴とする上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の粗面圧電性基板の製造方法。
（６）前記圧電性基板は３６°以上、５０°以下の回転Ｙカット基板であることを特徴とする上記（５）に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
本発明によれば、へき開面を有する圧電性基板を粗面化処理した場合でも、表面に欠けが発生することを抑制することができる。本発明により作製された圧電性基板を用いることで、フィルタ特性の悪化を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の一実施形態は、へき開面を有する圧電性基板の粗面化処理を含む粗面圧電性基板の製造方法に関するものである。
本発明の一実施形態の粗面圧電性基板の製造方法に用いるへき開面を有する圧電性基板として、例えば、ＬＴ基板がある。ＬＴ基板は、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により引上げられたインゴットを、好ましくは３６°以上、５０°以下の回転Ｙカットの面方位にスライス加工して作製された基板である。なお、本発明の粗面圧電性基板の製造方法に用いるへき開面を有する圧電性基板はＬＴ基板に限定されない。例えば、ニオブ酸リチウム基板も使用できる。
このようにして得られたＬＴ基板の一面の平坦加工を実施する。平坦加工は、ラップ処理、研削処理および研磨処理のうち少なくとも１つの処理を含むことが好ましい。平坦加工では、例えば、面取り、ラップ処理、研磨処理などの工程を行い、ＬＴ基板の径、厚さおよび表面状態を、所定の径、所定の厚さおよび所定の表面状態に調整する。例えば、ＬＴ基板は、研磨処理により算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下である表面状態に調整される。算術平均粗さＲａは、例えばＡＦＭ（原子力間顕微鏡）によって測定することができる。
次に、このＬＴ基板を用いて、平坦加工が実施された表面に粗面化処理を行う。粗面化処理は、サンドブラスト処理
図１は、単結晶ＬＴ基板の結晶構造を表しており、ＬＴ基板は三方晶の構造をとる。図１は、ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸およびｃ軸を示す図であり、図１では、ａ１軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸とし、Ｘ軸とＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。
図２ａ）は、ＬＴ基板の一実施形態を表すものであり、Ｘ軸方向にオリエンテーションフラット（オリフラ）が形成されている。但し、オリフラはこの方位に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。図２ｂ）は、図２ａ）のＹ-Ｚ軸の断面図であり、４２°回転ＹカットＬＴ基板で斜線がへき開面を表している。回転Ｙカットの方位をθとするとへき開面は約（θ－３３）°の分だけ基板表面から傾いている（正確には（θ―３２．９８）°）。θが４２°の場合、へき開面は基板表面に対して、約９°傾いていることになる。へき開面は（０ ―１ １ ２）と等価な面方位群として知られているが、本発明の一実施形態の粗面圧電性基板の製造方法で使用される圧電性基板のへき開面は、基板処理面との交角が最も小さいへき開面とすることが好ましい。
本発明の一実施形態の粗面圧電性基板の製造方法では、砥粒の入射方向と圧電性基板のへき開面との成す角度が３０°以下となるように、圧電性基板の平坦加工した面に砥粒を噴射して粗面化処理を実施する。砥粒の噴射方向と圧電性基板のへき開面との成す角度が３０°よりも大きいと、粗面化処理した表面に欠けが発生する場合がある。例えば、本実施形態について、図３にサンドブラスト処理方法の概略図を示す。ＬＴ基板の平坦加工された処理面から（θ－３３）°傾斜したへき開面に対して平行な方向から３０°以下の範囲から砥粒を噴射して、基板表面を粗面化処理する。この範囲であれば、粗面化処理した表面の欠けを抑制することができる。さらに好ましくは、へき開面に対して平行な方向から２０°以下の未満の範囲である。へき開面に対して平行な方向から３０°より大きな角度から粗面化処理した場合は、表面に欠けの発生確率が高くなるため好ましくない。なお、粗面化処理の効率の観点から、砥粒の入射方向と圧電性基板のへき開面との成す角度が３°以上となるようにすることが好ましい。
例えば、図４に回転Ｙカット基板の面方位θとへき開面、ノズル位置の関係の一例を示す。ノズル位置の角度が、砥粒の圧電性基板への入射角度となる。例えば、回転Ｙカットの方位θが３６°（＝３°＋３３°）の時（図４（ａ）参照）と５０°（＝１７°＋３３°）の時（図４（ｂ）参照）、へき開面とそのノズル位置の角度は図４（ａ）および図（ｂ）のようになる。へき開面とノズル位置の角度との成す角度が３０°以下の範囲となる方向から砥粒を噴射して、基板表面を粗面化処理する。図４のノズル位置は反時計回りに回転しているが、もちろん時計回りに回転して良い。
図５はサンドブラスト装置内を上面から見た概略図である。２本のノズル方向と基板の向きが一定となるように各基板を配置する。またノズル位置の角度をへき開面に対して平行な方向から３０°以下の範囲に調整する。図５は基板が公転し、ノズルが揺動する機構となっている。このような配置とすることで、複数の基板を全面均一に処理することができる。処理方法はこれに限定されるものでなく、基板とノズルが共に揺動するような機構でも良い。
以下、実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１＞
はじめに、ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを４２°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの４２°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．４ｎｍであった。＋Ｘ軸方向にオリフラも作製した。
はじめに、ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを４２°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの４２°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．４ｎｍであった。＋Ｘ軸方向にオリフラも作製した。
次に、不二製作所製ニューマブラスターＡＴＶ型を用いて、研磨処理したＬＴ基板にサンドブラスト処理を行った。図５に示す通り、ＬＴ基板を吸着テーブル上に配置し、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、２０°方向から砥粒が当たるようにノズル方向を調整した（へき開面からは１１°の方向）。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．３ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計（サーフコーダ 小坂研究所製）で測定したところ、Ｒａ＝０．０３μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中１０枚全てにおいて表面に欠けは確認されなかった。
＜実施例２＞
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
次に、図５に示す通り、ＬＴ基板を吸着テーブル上に配置し、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、３０°方向から砥粒が当たるようにノズル方向を調整した（へき開面からは２１°の方向）。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．２５ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０４μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中９枚は表面に欠けは確認されなかったが、１枚は一部表面に欠けが確認された。
＜実施例３＞
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
次に、図５に示す通り、ＬＴ基板を吸着テーブル上に配置し、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、３５°方向から砥粒が当たるようにノズル方向を調整した（へき開面からは２６°の方向）。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．２５ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０４μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中７枚は表面に欠けは確認されなかったが、３枚は一部表面に欠けが確認された。
＜実施例４＞
ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを３６°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの３６°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．３ｎｍであった。＋Ｘ軸方向にオリフラも作製した。
ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを３６°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの３６°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．３ｎｍであった。＋Ｘ軸方向にオリフラも作製した。
次に、図５に示す通り、ＬＴ基板を吸着テーブル上に配置し、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、２０°方向から砥粒が当たるようにノズル方向を調整した（へき開面からは１７°の方向）。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．３ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０３μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中１０枚全てにおいて表面に欠けは確認されなかった。
＜実施例５＞
ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを５０°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの５０°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．５ｎｍであった。＋Ｘ軸方向がオリフラ垂直方向となるようにオリフラも作製した。
ＣＺ法により引上げられた４インチ径のＬＴ単結晶インゴットを５０°の回転Ｙカット面となる方位に調整してスライスし、面取り、ラップ、研磨処理を行い、厚さ２００μｍの５０°Ｙ面を主面とするＬＴ基板を作製した。研磨処理した面をＡＦＭの□１０μｍ視野で測定したところ算術平均表面粗さＲａは０．５ｎｍであった。＋Ｘ軸方向がオリフラ垂直方向となるようにオリフラも作製した。
次に、図５に示す通り、ＬＴ基板を吸着テーブル上に配置し、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、３０°方向から砥粒が当たるようにノズル方向を調整した（へき開面からは１３°の方向）。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．２５ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０４μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中１０枚全てにおいて表面に欠けは確認されなかった。
＜比較例１＞
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
次に、図５に示す通り、このＬＴ基板をチャックテーブル上に、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、４０°方向から砥粒が当たるように載置し（へき開面からは３１°傾いている）、さらにノズルの角°を調整した。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．２５ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０４μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中３枚は表面に欠けは確認されなかったが、７枚は一部表面に欠けが確認された。
＜比較例２＞
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
実施例１同様にＬＴ基板を作製した。
次に、図５（ａ）に示す通り、このＬＴ基板をチャックテーブル上に、サンドブラスト噴射方向が基板の研磨処理面に対して、９０°方向から砥粒が当たるように載置し（へき開面からは８１°傾いている）、さらにノズルの角°を調整した。ＷＡ＃２０００（不二製作所製）のアルミナ砥粒を用いて、噴射圧力０．１５ＭＰａで３０ｍｉｎ処理し、計１０枚のＬＴ基板を作製した。処理後の表面を接触式粗さ計で測定したところ、算術平均表面粗さＲａは０．０３μｍであった。
サンドブラスト処理後の表面について顕微鏡で観察したところ、１０枚中１０枚全てに表面に欠けが確認された。
実施例１～５および比較例１～２について以下の表に示す。
上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１ ＬＴ結晶の方位
２ へき開面
３ ＬＴ基板
４ ノズル
５ 砥粒の噴射方向
２ へき開面
３ ＬＴ基板
４ ノズル
５ 砥粒の噴射方向
Claims (6)
- へき開面を有する圧電性基板の１面の平坦加工を実施する工程、および
砥粒の入射方向と前記圧電性基板のへき開面との成す角度が３０°以下となるように砥粒を前記１面に噴射して前記１面の粗面化処理を実施する工程、
を含む粗面圧電性基板の製造方法。 - 前記平坦加工は、ラップ処理、研削処理および研磨処理のうち少なくとも１つの処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
- 前記粗面化処理がサンドブラスト処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
- 前記砥粒がアルミナであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
- 前記圧電性基板がタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
- 前記圧電性基板は３６°以上、５０°以下の回転Ｙカット基板であることを特徴とする請求項５に記載の粗面圧電性基板の製造方法。
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