JP3712035B2 - 表面波装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、ＰＨＳ等に利用される表面波素子及び表面波装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平８−１２５４８５号のようにＳＨ波を用いるために、水晶からなる圧電基板上にＡｕ薄膜やＴａ薄膜、Ｗ薄膜等を用いたＩＤＴを形成した表面波装置が提案されている。
【０００３】
このような表面波装置の周波数調整の際には、水晶からなる圧電基板２０ａ上にＡｌからなるＩＤＴ２１ａを形成した一般的な表面波装置と同じ方法を用いていた。
【０００４】
図６（ａ）に示すように、ＩＤＴ２１ａを選択的にエッチングしてＩＤＴ２１ａの膜厚を減少させることにより周波数を上げていた。しかしながら、ＡｌからなるＩＤＴの場合、かなり大きく減少させないと周波数特性に影響を与える程度に周波数を上げることができないため、あまり現実的な手法ではなかった。
【０００５】
したがって、一般的には、図６（ｂ）に示すように、露出した圧電基板２０ａの上面を選択的にエッチングして圧電基板２０ａの基板厚を部分的に減少させることにより周波数を下げるという手法を用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般にエッチングの手法としては、ウエット・エッチングが用いられるが、微細加工可能な寸法は１μｍまでであり、これよりＩＤＴの線幅が小さくなると対応できなくなるという問題があった。また、加工精度も余り良くないため、ＩＤＴのみをエッチングする場合には圧電基板表面の一部も同時にエッチングされることがあり、弾性表面波装置の周波数特性を思うように調整することができなかった。
【０００７】
さらに、精度の良いエッチング方法としては、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）が挙げられる。しかしながら、ＲＩＥは、ＲＩＥ装置のチャンバー内でウエハ全体をエッチングする構造であるので、ウエハ内で電極膜厚にバラツキがある場合、一部だけをエッチングすることが不可能であり、最も良品個数が多くなるような膜厚になるように設定していた。
【０００８】
また、ウエハを表面波素子のチップに分割した場合、個々のチップを調整するために、個々のチップ毎にＲＩＥで調整することは非効率的であり、コストも大きくなるという問題があった。
【０００９】
さらに、ＲＩＥでは、例えば水晶からなる圧電基板上にＡｌからなるＩＤＴを形成する際に反応ガスとしてＣＦ4を用いて周波数調整を行っているが、この場合、水晶とＡｌのＣＦ4に対するエッチング量は水晶の方が大きいため、図 （ｂ）に示した圧電基板の上面を選択的にエッチングしたものとほぼ同じ状態となることによって周波数の調整を行っている。しかしながら、このような周波数調整の手法を用いた場合、大きな周波数変化を得るためには圧電基板のエッチング量を多くする必要があり、圧電基板のエッチング量が多くなりすぎた場合には、圧電基板のエッチングによる特性の劣化が顕著になる。したがって、特性の劣化が無い範囲での調整しかできず、その結果周波数調整範囲が狭くなるという問題を有している。
【００１０】
本発明の目的は、部分的な周波数調整が可能であり、周波数を測定しながらの調整または周波数測定と調整が即座に切り替えて行うことのでき、周波数の調整範囲が広い表面波共振子の製造方法及び表面波装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る表面波装置の製造方法は、圧電体上に圧電体より密度の大きい金属膜を形成する工程と、前記金属膜を選択的にエッチングして複数のＩＤＴを形成する工程と、前記ＩＤＴが形成された圧電体を切断して複数の表面波素子に分割する工程と、前記表面波素子をパッケージングする工程とを備える表面波装置の製造方法であって、前記ＩＤＴおよび前記圧電体にイオンを物理的に衝突させて前記ＩＤＴの膜厚及び前記圧電体を減少させて周波数を調整する工程を含み、前記表面波素子をパッケージングする工程後に、前記周波数を調整する工程を備えるものである。
【００１６】
このとき、圧電体表面にもＩＤＴと同様にイオンが衝突することによりエッチングされるが、ＩＤＴは圧電体より密度の大きい金属からなるため、圧電体表面がエッチングされることにより変動する周波数よりも、ＩＤＴがエッチングされることにより変動する周波数の方が大きいため、結果として周波数は上がる方向に調整される。
【００１７】
また、イオンを衝突させる方式を用いているためイオンを部分的に衝突させることが可能であり、部分的な調整、例えば、圧電体からなるウエハに形成された複数の表面波素子のうちから選択して任意の表面波素子のみを調整したり、表面波素子を構成するＩＤＴを選択して調整したりすることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図、図２は各工程における段階の状態を示す図である。以下、順を追って、各工程の説明をする。
【００２０】
工程１では、水晶からなるウエハ１０を図２（ａ）に示すように用意する。工程２では図２（ｂ）に示すように、ウエハ１０の上面に蒸着、スパッタリング等によりＴａを主成分とする金属膜１１を形成する。工程３では、金属膜１１の不要な部分をエッチングにより除去し、図２（ｃ）に示すように複数のＩＤＴ１１ａと複数の反射器１１ｂからなるパターンを多数形成する。工程４では、図２（ｄ）に示すようにＩＤＴ１１ａと反射器１１ｂの組み合わせを１つの表面波素子１３としてＩＤＴ１１ａや反射器１１ｂの形成されていない部分でウエハ１０を切断する。工程５では、表面波素子のＩＤＴ１１ａ及び反射器１１ｂまたは圧電基板１０ａをエッチングすることにより、周波数特性を所望の値となるように調整する。工程６では、図２（ｅ）に示すように分割された表面波素子１２をパッケージ１３に収納し、パッケージ１３の電極１４とＩＤＴ１１ａとをボンディングワイヤー１５により電気的に接続する。
【００２１】
図３は本発明の周波数調整工程における具体的な構成を示す概略図である。
図３に示すように、イオンスパッタ加工装置１６はイオンガン１６ａ、Ａｒ等のスパッタする気体を入れる気体入口１６ｂ、グリッド１６ｃ、表面波素子１３を支持するステージ１６ｄから構成されている。また、イオンビーム１７が表面波素子１３の表面に衝突することにより、ＴａからなるＩＤＴ１１ａ及び水晶からなる圧電基板１０ａの表面がエッチングされる。
【００２２】
この時、Ｔａと水晶のエッチングレートはほとんど変わらないため、同じ程度にエッチングされるが、Ｔａのエッチング量に対して周波数が高周波側へ移行する度合は水晶のエッチング量に対して周波数が低周波側へ移行する度合に比べてはるかに大きいため、表面波素子１３の周波数は高周波側に周波数調整される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、図２において反射器を有する縦結合型弾性表面波フィルタを縦続接続した表面波装置を用いて説明したが、これに限るものではなく、本実施の形態の手法は、表面波共振子、横結合型フィルタ、ラダー型フィルタや反射器の無い端面反射型の表面波装置等どのような表面波装置にも用いることができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、ＩＤＴの材料としてＴａを例にとって説明したが、これに限るものではなく、Ｗ等の使用する圧電体よりも密度の大きい金属または合金を用いることが考えられる。
【００２５】
さらに、本実施の形態では、圧電基板の材料として水晶を例にとって説明したが、これに限るものではなく、圧電基板の材料としてタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウムを用いることができる。
【００２６】
そして、本実施の形態では、エッチングの際の気体としてＡｒを例にとって説明したが、これに限るものではなく、ＣＦ4，Ｃ２Ｆ6等のフッ化炭素ガス，ＣＣｌ4，ＣＦ3Ｃｌ等の塩素系ガスまたはＮ2ガス，Ｎ2ガスとの混合ガスを用いても良い。さらにエッチングの気体として同一ガスを用いるのではなく、Ａｒガス使用後Ｎ2ガスでエッチングもしくはＮ2ガスのプラズマ処理を行っても良い。
【００２７】
また、本実施の形態では、イオンガンを用いてエッチングしたが、これに限るものではなく、通常のスパッタ装置で逆スパッタを行っても同じ効果が得られる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図である。
【００２９】
第２の実施の形態が、図１を用いて説明した第１の実施の形態と異なるのは、ＩＤＴの形成後及びパッケージング後に周波数調整工程がある点である。ＩＤＴの形成後の周波数調整工程は、ウエハの段階で図３に示した装置を用いて個別の素子を調整しているが、この段階での周波数調整は、従来のエッチング手法を用いて粗調整としても良い。
【００３０】
パッケージング後の周波数調整工程は、パッケージに収納し、ワイヤボンディングやフェイスダウンボンディングで電気的に接続することにより、パッケージも含めた表面波装置の周波数が所望の値からわずかにずれることがあるため、これを修正するための周波数調整工程である。この場合、ＩＤＴの形成後の周波数調整工程と異なり従来の手法を用いることはできないため、図３に示した装置を用いて個別の弾性表面波装置を調整している。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図である。第３の実施の形態が、図１を用いて説明した第１の実施の形態と異なるのは、金属膜形成後に膜厚調整工程がある点である。
【００３２】
金属膜形成後の膜厚調整工程は、従来のエッチング手法を用いているが、従来のエッチング手法で粗調整をした後、図３に示した装置を用いて個別の部分の膜厚を調整しても良い。このように金属膜の状態で膜厚を均一化することにより、ＩＤＴの膜厚による周波数のバラツキを抑えることができる。したがって、この後工程における周波数調整を微調程度にすることができる
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧電体上に形成され前記圧電体より密度の大きい金属を用いた弾性表面波装置にイオンを物理的に衝突させて前記ＩＤＴの膜厚を減少させているので、ＩＤＴの周波数に対する影響が大きいため、ＲＩＥのように圧電体をそれほど削除することなく周波数を調整することが可能である。
【００３４】
また、イオンを物理的に衝突させてＩＤＴまたは金属膜の膜厚を減少させているので、局所的に高いエネルギーを集中することができ、短時間で素子単位あるいは部分的な周波数調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る工程図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る各工程状態を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＩＤＴ部分のエッチング状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る工程図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る工程図である。
【図６】従来のエッチング手法によるＩＤＴ部分のエッチング状態を示す部分拡大断面図であり、（ａ）はＩＤＴを選択的にエッチングした場合の断面図であり、（ｂ）は圧電基板を選択的にエッチングした場合の断面図である。
【符号の説明】
１０ ウエハ
１０ａ、２０ａ 圧電基板
１１ 金属膜
１１ａ、２１ａ ＩＤＴ
１１ｂ 反射器
１２ 表面波素子
１３ パッケージ
１４ パッケージの電極
１５ ボンディングワイヤ
１６ イオンスパッタ加工装置
１６ａ イオンガン
１６ｂ 気体入口
１６ｃ グリッド
１６ｄ ステージ
１７ イオンビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、ＰＨＳ等に利用される表面波素子及び表面波装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平８−１２５４８５号のようにＳＨ波を用いるために、水晶からなる圧電基板上にＡｕ薄膜やＴａ薄膜、Ｗ薄膜等を用いたＩＤＴを形成した表面波装置が提案されている。
【０００３】
このような表面波装置の周波数調整の際には、水晶からなる圧電基板２０ａ上にＡｌからなるＩＤＴ２１ａを形成した一般的な表面波装置と同じ方法を用いていた。
【０００４】
図６（ａ）に示すように、ＩＤＴ２１ａを選択的にエッチングしてＩＤＴ２１ａの膜厚を減少させることにより周波数を上げていた。しかしながら、ＡｌからなるＩＤＴの場合、かなり大きく減少させないと周波数特性に影響を与える程度に周波数を上げることができないため、あまり現実的な手法ではなかった。
【０００５】
したがって、一般的には、図６（ｂ）に示すように、露出した圧電基板２０ａの上面を選択的にエッチングして圧電基板２０ａの基板厚を部分的に減少させることにより周波数を下げるという手法を用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般にエッチングの手法としては、ウエット・エッチングが用いられるが、微細加工可能な寸法は１μｍまでであり、これよりＩＤＴの線幅が小さくなると対応できなくなるという問題があった。また、加工精度も余り良くないため、ＩＤＴのみをエッチングする場合には圧電基板表面の一部も同時にエッチングされることがあり、弾性表面波装置の周波数特性を思うように調整することができなかった。
【０００７】
さらに、精度の良いエッチング方法としては、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）が挙げられる。しかしながら、ＲＩＥは、ＲＩＥ装置のチャンバー内でウエハ全体をエッチングする構造であるので、ウエハ内で電極膜厚にバラツキがある場合、一部だけをエッチングすることが不可能であり、最も良品個数が多くなるような膜厚になるように設定していた。
【０００８】
また、ウエハを表面波素子のチップに分割した場合、個々のチップを調整するために、個々のチップ毎にＲＩＥで調整することは非効率的であり、コストも大きくなるという問題があった。
【０００９】
さらに、ＲＩＥでは、例えば水晶からなる圧電基板上にＡｌからなるＩＤＴを形成する際に反応ガスとしてＣＦ4を用いて周波数調整を行っているが、この場合、水晶とＡｌのＣＦ4に対するエッチング量は水晶の方が大きいため、図 （ｂ）に示した圧電基板の上面を選択的にエッチングしたものとほぼ同じ状態となることによって周波数の調整を行っている。しかしながら、このような周波数調整の手法を用いた場合、大きな周波数変化を得るためには圧電基板のエッチング量を多くする必要があり、圧電基板のエッチング量が多くなりすぎた場合には、圧電基板のエッチングによる特性の劣化が顕著になる。したがって、特性の劣化が無い範囲での調整しかできず、その結果周波数調整範囲が狭くなるという問題を有している。
【００１０】
本発明の目的は、部分的な周波数調整が可能であり、周波数を測定しながらの調整または周波数測定と調整が即座に切り替えて行うことのでき、周波数の調整範囲が広い表面波共振子の製造方法及び表面波装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る表面波装置の製造方法は、圧電体上に圧電体より密度の大きい金属膜を形成する工程と、前記金属膜を選択的にエッチングして複数のＩＤＴを形成する工程と、前記ＩＤＴが形成された圧電体を切断して複数の表面波素子に分割する工程と、前記表面波素子をパッケージングする工程とを備える表面波装置の製造方法であって、前記ＩＤＴおよび前記圧電体にイオンを物理的に衝突させて前記ＩＤＴの膜厚及び前記圧電体を減少させて周波数を調整する工程を含み、前記表面波素子をパッケージングする工程後に、前記周波数を調整する工程を備えるものである。
【００１６】
このとき、圧電体表面にもＩＤＴと同様にイオンが衝突することによりエッチングされるが、ＩＤＴは圧電体より密度の大きい金属からなるため、圧電体表面がエッチングされることにより変動する周波数よりも、ＩＤＴがエッチングされることにより変動する周波数の方が大きいため、結果として周波数は上がる方向に調整される。
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【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図、図２は各工程における段階の状態を示す図である。以下、順を追って、各工程の説明をする。
【００２０】
工程１では、水晶からなるウエハ１０を図２（ａ）に示すように用意する。工程２では図２（ｂ）に示すように、ウエハ１０の上面に蒸着、スパッタリング等によりＴａを主成分とする金属膜１１を形成する。工程３では、金属膜１１の不要な部分をエッチングにより除去し、図２（ｃ）に示すように複数のＩＤＴ１１ａと複数の反射器１１ｂからなるパターンを多数形成する。工程４では、図２（ｄ）に示すようにＩＤＴ１１ａと反射器１１ｂの組み合わせを１つの表面波素子１３としてＩＤＴ１１ａや反射器１１ｂの形成されていない部分でウエハ１０を切断する。工程５では、表面波素子のＩＤＴ１１ａ及び反射器１１ｂまたは圧電基板１０ａをエッチングすることにより、周波数特性を所望の値となるように調整する。工程６では、図２（ｅ）に示すように分割された表面波素子１２をパッケージ１３に収納し、パッケージ１３の電極１４とＩＤＴ１１ａとをボンディングワイヤー１５により電気的に接続する。
【００２１】
図３は本発明の周波数調整工程における具体的な構成を示す概略図である。
図３に示すように、イオンスパッタ加工装置１６はイオンガン１６ａ、Ａｒ等のスパッタする気体を入れる気体入口１６ｂ、グリッド１６ｃ、表面波素子１３を支持するステージ１６ｄから構成されている。また、イオンビーム１７が表面波素子１３の表面に衝突することにより、ＴａからなるＩＤＴ１１ａ及び水晶からなる圧電基板１０ａの表面がエッチングされる。
【００２２】
この時、Ｔａと水晶のエッチングレートはほとんど変わらないため、同じ程度にエッチングされるが、Ｔａのエッチング量に対して周波数が高周波側へ移行する度合は水晶のエッチング量に対して周波数が低周波側へ移行する度合に比べてはるかに大きいため、表面波素子１３の周波数は高周波側に周波数調整される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、図２において反射器を有する縦結合型弾性表面波フィルタを縦続接続した表面波装置を用いて説明したが、これに限るものではなく、本実施の形態の手法は、表面波共振子、横結合型フィルタ、ラダー型フィルタや反射器の無い端面反射型の表面波装置等どのような表面波装置にも用いることができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、ＩＤＴの材料としてＴａを例にとって説明したが、これに限るものではなく、Ｗ等の使用する圧電体よりも密度の大きい金属または合金を用いることが考えられる。
【００２５】
さらに、本実施の形態では、圧電基板の材料として水晶を例にとって説明したが、これに限るものではなく、圧電基板の材料としてタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウムを用いることができる。
【００２６】
そして、本実施の形態では、エッチングの際の気体としてＡｒを例にとって説明したが、これに限るものではなく、ＣＦ4，Ｃ２Ｆ6等のフッ化炭素ガス，ＣＣｌ4，ＣＦ3Ｃｌ等の塩素系ガスまたはＮ2ガス，Ｎ2ガスとの混合ガスを用いても良い。さらにエッチングの気体として同一ガスを用いるのではなく、Ａｒガス使用後Ｎ2ガスでエッチングもしくはＮ2ガスのプラズマ処理を行っても良い。
【００２７】
また、本実施の形態では、イオンガンを用いてエッチングしたが、これに限るものではなく、通常のスパッタ装置で逆スパッタを行っても同じ効果が得られる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図である。
【００２９】
第２の実施の形態が、図１を用いて説明した第１の実施の形態と異なるのは、ＩＤＴの形成後及びパッケージング後に周波数調整工程がある点である。ＩＤＴの形成後の周波数調整工程は、ウエハの段階で図３に示した装置を用いて個別の素子を調整しているが、この段階での周波数調整は、従来のエッチング手法を用いて粗調整としても良い。
【００３０】
パッケージング後の周波数調整工程は、パッケージに収納し、ワイヤボンディングやフェイスダウンボンディングで電気的に接続することにより、パッケージも含めた表面波装置の周波数が所望の値からわずかにずれることがあるため、これを修正するための周波数調整工程である。この場合、ＩＤＴの形成後の周波数調整工程と異なり従来の手法を用いることはできないため、図３に示した装置を用いて個別の弾性表面波装置を調整している。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は、本発明の表面波装置の製造方法を示す工程図である。第３の実施の形態が、図１を用いて説明した第１の実施の形態と異なるのは、金属膜形成後に膜厚調整工程がある点である。
【００３２】
金属膜形成後の膜厚調整工程は、従来のエッチング手法を用いているが、従来のエッチング手法で粗調整をした後、図３に示した装置を用いて個別の部分の膜厚を調整しても良い。このように金属膜の状態で膜厚を均一化することにより、ＩＤＴの膜厚による周波数のバラツキを抑えることができる。したがって、この後工程における周波数調整を微調程度にすることができる
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧電体上に形成され前記圧電体より密度の大きい金属を用いた弾性表面波装置にイオンを物理的に衝突させて前記ＩＤＴの膜厚を減少させているので、ＩＤＴの周波数に対する影響が大きいため、ＲＩＥのように圧電体をそれほど削除することなく周波数を調整することが可能である。
【００３４】
また、イオンを物理的に衝突させてＩＤＴまたは金属膜の膜厚を減少させているので、局所的に高いエネルギーを集中することができ、短時間で素子単位あるいは部分的な周波数調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る工程図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る各工程状態を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＩＤＴ部分のエッチング状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る工程図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る工程図である。
【図６】従来のエッチング手法によるＩＤＴ部分のエッチング状態を示す部分拡大断面図であり、（ａ）はＩＤＴを選択的にエッチングした場合の断面図であり、（ｂ）は圧電基板を選択的にエッチングした場合の断面図である。
【符号の説明】
１０ ウエハ
１０ａ、２０ａ 圧電基板
１１ 金属膜
１１ａ、２１ａ ＩＤＴ
１１ｂ 反射器
１２ 表面波素子
１３ パッケージ
１４ パッケージの電極
１５ ボンディングワイヤ
１６ イオンスパッタ加工装置
１６ａ イオンガン
１６ｂ 気体入口
１６ｃ グリッド
１６ｄ ステージ
１７ イオンビーム
Claims (1)
- 圧電体上に圧電体より密度の大きい金属膜を形成する工程と、前記金属膜を選択的にエッチングして複数のＩＤＴを形成する工程と、前記ＩＤＴが形成された圧電体を切断して複数の表面波素子に分割する工程と、前記表面波素子をパッケージングする工程とを備える表面波装置の製造方法であって、
前記圧電体は水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムから選択される一種であり、
前記金属膜は、Ｔａ，Ｗのいずれか、またはＴａ，Ｗのいずれかを含有する合金であり、
前記ＩＤＴおよび前記圧電体にイオンを物理的に衝突させて前記ＩＤＴの膜厚及び前記圧電体を減少させて周波数を調整する工程を含み、
前記表面波素子をパッケージングする工程後に、前記周波数を調整する工程を備えることを特徴とする表面波装置の製造方法。
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