JP4955200B2 - 剥離可能なタンタル酸リチウム単結晶複合基板 - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電話等に用いられる弾性表面波素子用タンタル酸リチウム単結晶基板に関するものである。
携帯電話等の高周波通信において周波数選択用の部品として、例えば圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極が形成された弾性表面波（Surface Acoustic Wave、ＳＡＷ）素子が用いられる。弾性表面波素子は、タンタル酸リチウム等からなる圧電基板と、それに接合される補助基板とからなる。圧電基板としては、例えば、３６°〜４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基板等が用いられる。圧電基板と補助基板とは、接着剤接合や直接接合によって接合される。（特許文献１〜３参照）
近年、携帯電話の薄型化に伴い弾性表面波素子も薄型化が進行し、その結果、基板材料であるタンタル酸リチウム単結晶に対しても薄型化の要求が強まっている。
従来、弾性表面波素子として用いられるタンタル酸リチウム単結晶基板の厚さは、３５０〜５００μｍであったが、この薄型化の要求に応えるために、最近では基板の加工方法を改善することで、２００〜２５０μｍ程度まで薄型化が進行している。
従来、弾性表面波素子として用いられるタンタル酸リチウム単結晶基板の厚さは、３５０〜５００μｍであったが、この薄型化の要求に応えるために、最近では基板の加工方法を改善することで、２００〜２５０μｍ程度まで薄型化が進行している。
表面弾性波素子として利用されるタンタル酸リチウム単結晶の厚さは、表面弾性波素子で使われる周波数にもよるが、２０μｍの厚さがあれば表面弾性波素子としての機能は発揮できる。
しかし、タンタル酸リチウム単結晶を単独でそこまで薄膜とすることは、非常に困難である。薄膜の強度を考慮して、例えば４０μｍ程度の厚さにまで加工することは、ラップ工程、研磨工程でワレが生じたり、また、現状の４インチサイズの基板を取り扱う方法がないのが実状である。
また、たとえ４０μｍ程度の厚さをもったタンタル酸リチウム単結晶基板が加工できたとしても、表面弾性波素子を製造するための金属膜蒸着、露光といった工程に流すための治具等が無く、４０μｍ程度の厚さのタンタル酸リチウム単結晶基板は弾性表面波素子の製造には適さないといった問題がある。
しかし、タンタル酸リチウム単結晶を単独でそこまで薄膜とすることは、非常に困難である。薄膜の強度を考慮して、例えば４０μｍ程度の厚さにまで加工することは、ラップ工程、研磨工程でワレが生じたり、また、現状の４インチサイズの基板を取り扱う方法がないのが実状である。
また、たとえ４０μｍ程度の厚さをもったタンタル酸リチウム単結晶基板が加工できたとしても、表面弾性波素子を製造するための金属膜蒸着、露光といった工程に流すための治具等が無く、４０μｍ程度の厚さのタンタル酸リチウム単結晶基板は弾性表面波素子の製造には適さないといった問題がある。
本発明は、上記した問題を解決しようとするものであり、最終的には、特性上の問題が生じないまでの極めて薄いタンタル酸リチウム単結晶基板を提供することを目的とするものであって、剥離することによって直ちに弾性表面波素子として組み上げることができる複合化されたタンタル酸リチウム単結晶基板を提供することを課題とする。
上記目的を達成するために、本発明による剥離可能なタンタル酸リチウム単結晶複合基板は、複合化後の加工により厚さ２０〜１００μｍのタンタル酸リチウム単結晶ウェハである直径４インチ（以上）の第１の基板と、前記第１の基板に接着剤で接着された第１の基板と同じ直径の第２の基板とからなる複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板において、前記第１の基板の面方向における線膨張係数の最大値と前記第２の基板の面方向における線膨張係数の最大値との差が３×１０-6／℃以下であることを特徴とする。複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板の厚さが２００〜６００μであること、前記第１の基板となるタンタル酸リチウム単結晶が３６°〜４２°回転Ｙカットであること、前記第２の基板が３６°〜４２°回転Ｙカットであること、前記第２の基板が面内にＸ軸を含むニオブ酸リチウム、または、面内にＸ軸を含む水晶、のいずれかであること、さらに、前記第１の基板と前記第２の基板との接着が、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤によってなされていること、前記接着剤が、紫外線で硬化する粘着性を持った樹脂であること、さらにまた、前記接合が、両面に紫外線で硬化する粘着性を持った樹脂層を有するテープ材でなされること、がそれぞれ好ましい。
本発明によれば、第１の基板たるタンタル酸リチウム単結晶基板を第２の基板に剥離可能に接合して複合化して厚さを増すことによって、ラップあるいは研磨工程に流すことが可能となり、また、基板加工工程および弾性表面波素子製造工程での取り扱いも可能となる。特に、第１の基板と第２の基板との線膨張係数の差を３×１０-6／℃以下とする場合には、第１の基板に金属アルミニウムを主体とする電極材料を蒸着する工程では約２００〜２５０℃の温度が加わる、弾性表面波素子製造工程中の電極形成工程に付しても、複合化した基板が剥離するという不具合を抑えることが可能となる。
第１の基板と第２の基板との接合に、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤を使用することにより、電極材料となる金属膜を真空中で蒸着する工程で第１の基板と第２の基板とが剥離をするとか、お互いに位置がずれるといった不具合を防ぐことができる。
第１の基板と第２の基板との接合に、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤を使用することにより、電極材料となる金属膜を真空中で蒸着する工程で第１の基板と第２の基板とが剥離をするとか、お互いに位置がずれるといった不具合を防ぐことができる。
また、複合化を剥離可能な接合とすることで、タンタル酸リチウム単結晶基板上に表面弾性波素子のパターンを形成した後で、かつチップにダイシングする前に第１の基板と第２の基板とを剥離して、第２の基板を繰り返し利用することが可能となる。この場合に、接着剤に紫外線で硬化する粘着性を持った樹脂を用いると第１の基板と第２の基板とを弾性表面波素子の素子製造工程に流した後に、紫外線を照射することで粘着材を硬化させ、第１の基板と第２の基板とを剥離でき、その後、第１の基板は例えばダイシングテープに貼り付けてチップに加工し、第２の基板は回収して繰り返し利用することになる。
本発明は、タンタル酸リチウム単結晶を第２の基板に剥離可能に接合して見かけ上の厚さを増加させることにより、携帯電話等の高周波通信において周波数選択用の部品としての所望の厚さの薄膜にすることができ、圧電基板上に弾性表面を励起するための櫛形電極を容易に形成させることができるようにしたことを基本とする。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明に用いるタンタル酸リチウム結晶は、以下のようにして得る。
はじめに、炭酸リチウムと五酸化タンタルとを秤量し、混合し、電気炉で１０００℃以上に加熱することで、多結晶のタンタル酸リチウムを得る。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明に用いるタンタル酸リチウム結晶は、以下のようにして得る。
はじめに、炭酸リチウムと五酸化タンタルとを秤量し、混合し、電気炉で１０００℃以上に加熱することで、多結晶のタンタル酸リチウムを得る。
得られた多結晶のタンタル酸リチウムを、イリジウム製のルツボに入れ、加熱、溶融後に種結晶を用いて回転引上げて育成する（いわゆるチョクラルスキー法）ことで、例えば直径が４インチのタンタル酸リチウム単結晶粗柱を得る。
この場合に、種結晶として、例えば４２°回転Ｙ方向の種結晶を用いることにより、４２°回転Ｙ方向のタンタル酸リチウム単結晶粗柱が得られる。他の角度の回転Ｙ方向の種結晶、例えば３６°回転Ｙ方向の種結晶を用いることにより、３６°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基粗柱が得られる。
タンタル酸リチウム単結晶基粗柱は、適宜の太さとすることができる。以下では、公称４インチのタンタル酸リチウム単結晶基粗柱を例に説明する。
この場合に、種結晶として、例えば４２°回転Ｙ方向の種結晶を用いることにより、４２°回転Ｙ方向のタンタル酸リチウム単結晶粗柱が得られる。他の角度の回転Ｙ方向の種結晶、例えば３６°回転Ｙ方向の種結晶を用いることにより、３６°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基粗柱が得られる。
タンタル酸リチウム単結晶基粗柱は、適宜の太さとすることができる。以下では、公称４インチのタンタル酸リチウム単結晶基粗柱を例に説明する。
このようにして得られた４インチのタンタル酸リチウム単結晶粗柱を単分域化処理した後に、例えば、ワイヤソーを用いて、スライスすることで、直径４インチ、厚さ５００μｍのスライス処理がおこなわれた４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基板が得られる。さらに、この単結晶基板をラップ機で処理することで、直径４インチ、厚さ４００μｍの、表面状態が整えられ、ラップされたタンタル酸リチウム単結晶基板が得られる。
表面状態が整えられたタンタル酸リチウム単結晶基板は、バックアップ用の第２の基板に接合される。
第２の基板としては、第１の基板たるタンタル酸リチウム単結晶基板の面方向における線膨張係数との差が小さいものであることが好ましい。具体的には、第１の基板の面方向における線膨張係数の最大値と前記第２の基板の面方向における線膨張係数の最大値との差が３×１０-6／℃以下であることが好ましい。
表面状態が整えられたタンタル酸リチウム単結晶基板は、バックアップ用の第２の基板に接合される。
第２の基板としては、第１の基板たるタンタル酸リチウム単結晶基板の面方向における線膨張係数との差が小さいものであることが好ましい。具体的には、第１の基板の面方向における線膨張係数の最大値と前記第２の基板の面方向における線膨張係数の最大値との差が３×１０-6／℃以下であることが好ましい。
第１の基板である３６°〜４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基板で面方向の線膨張係数の最大値は、１６．１×１０-6／℃である。第２の基板として、第１の基板と同じものを用いれば、線膨張係数の差がないものとすることができる。
他に、第２の基板と用いられ得る物質の線膨張係数を以下に列挙する。
面内にＸ軸を含む６４°回転Ｙカットのニオブ酸リチウム基板は、Ｘ軸方向の線膨張係数が１５．４×１０-6／℃である。タンタル酸リチウム単結晶基板とニオブ酸リチウム単結晶基板の線膨張係数の最大値を与える方向をほぼそろえることで線膨張係数差による熱応力を小さくできる。
１２８°回転Ｙニオブ酸リチウム基板（面方向における線膨張係数の最大値、つまりＸ軸方向の線膨張係数は１５．４×１０-6／℃）、６４°回転Ｙニオブ酸リチウム基板（Ｘ軸方向の線膨張係数は１５．４×１０-6／℃）、ＳＴカット水晶（面方向における線膨張係数の最大値は１３．４×１０-6／℃）等が挙げられる。石英基板（線膨張係数０．５×１０-6／℃）、アルミナ基板（線膨張係数７．２×１０-6／℃）、シリコン基板（線膨張係数 ４．２×１０-6／℃）等は、方向性がなく、後述するように、本件発明の第２の基板として適当ではない。
他に、第２の基板と用いられ得る物質の線膨張係数を以下に列挙する。
面内にＸ軸を含む６４°回転Ｙカットのニオブ酸リチウム基板は、Ｘ軸方向の線膨張係数が１５．４×１０-6／℃である。タンタル酸リチウム単結晶基板とニオブ酸リチウム単結晶基板の線膨張係数の最大値を与える方向をほぼそろえることで線膨張係数差による熱応力を小さくできる。
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第２の基板の厚さは、接合され、加工された第１の基板との合計厚さが２００μｍ以上であることが必要であり、好ましくはこの数値が２００〜６００μｍであることを勘案して、１８０μｍ以上であることが必要である。ただし、厚すぎても、格別の利点が生じず、コスト高に繋がるので、第２の基板の厚さは、好ましくは１８０〜５８０μｍ、より好ましくは２００〜５００μｍである。
第１の基板と第２の基板とを接合する接着剤としては、接合力があり、必要なときに接合を解除できる接着剤が用いられる。この条件を満足する接着剤として、ＵＶ硬化型の粘着剤、松脂からなる液状ワックスが挙げられる。
第１の基板と第２の基板とを接合する接着剤としては、接合力があり、必要なときに接合を解除できる接着剤が用いられる。この条件を満足する接着剤として、ＵＶ硬化型の粘着剤、松脂からなる液状ワックスが挙げられる。
前者は紫外線を照射して硬化させることによって粘着力が失せ、後者はワックス洗浄液でワックスを洗浄除去することにより、第１の基板と第２の基板とが剥離可能となる。
第１の基板と第２の基板とを接合する接着剤としては、接合状態で第１の基板に電極材料を蒸着する工程に際して加わる２００〜２５０℃程度の温度でも剥離することのない接着剤、すなわち、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤であることが好ましい。前者の接着剤は、この条件をも満足する。
接着剤を具体的に例示すれば、ＵＶ硬化型の粘着剤としては、アクリル系マレイシド樹脂、ポリエステル・ポリエーテル系マレイシド樹脂等が、また、松脂からなる液状ワックスとしては、日化精工（株）製商品名：スカイリキッドＰＷ−２５１１等が挙げられる。
接着剤は、第１の基板および／または第２の基板に塗布して用いることもできるが、接着剤を両面にあらかじめ塗布して、紫外線で硬化するテープ材（硬化して剥離することができるようになるテープ材）として用いることもできる。
第１の基板と第２の基板とを接合する接着剤としては、接合状態で第１の基板に電極材料を蒸着する工程に際して加わる２００〜２５０℃程度の温度でも剥離することのない接着剤、すなわち、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤であることが好ましい。前者の接着剤は、この条件をも満足する。
接着剤を具体的に例示すれば、ＵＶ硬化型の粘着剤としては、アクリル系マレイシド樹脂、ポリエステル・ポリエーテル系マレイシド樹脂等が、また、松脂からなる液状ワックスとしては、日化精工（株）製商品名：スカイリキッドＰＷ−２５１１等が挙げられる。
接着剤は、第１の基板および／または第２の基板に塗布して用いることもできるが、接着剤を両面にあらかじめ塗布して、紫外線で硬化するテープ材（硬化して剥離することができるようになるテープ材）として用いることもできる。
接合された第１の基板と第２の基板との複合材は、第１の基板を所望の厚さへと薄膜化するために、ラップあるいは研磨工程に付される。
複合材は、バックアップの第２の基板が接合されているので、十分な厚さを有しており、通常のラップあるいは研磨工程に用いられる治具をそのまま問題なく利用することができる等、ラップあるいは研磨工程に格別の創意工夫を施すことなく容易・簡便に、通例通り、実行することができる。
ラップあるいは研磨工程によって得られる第１の基板の厚さは、所望により適宜とすることが可能であるが、前述のとおり、表面弾性波素子としての機能を発揮できるのは２０μｍ以上であり、それ以下にまで薄膜化しても意味がない。厚い方は、任意に設定することができるが、従来達成されていた表面弾性波素子として利用されるタンタル酸リチウム単結晶基板の厚さが２００〜２５０μｍ程度まで薄型化が進行していたのであるから、１００μｍ以下とすることが好ましい。
複合材は、バックアップの第２の基板が接合されているので、十分な厚さを有しており、通常のラップあるいは研磨工程に用いられる治具をそのまま問題なく利用することができる等、ラップあるいは研磨工程に格別の創意工夫を施すことなく容易・簡便に、通例通り、実行することができる。
ラップあるいは研磨工程によって得られる第１の基板の厚さは、所望により適宜とすることが可能であるが、前述のとおり、表面弾性波素子としての機能を発揮できるのは２０μｍ以上であり、それ以下にまで薄膜化しても意味がない。厚い方は、任意に設定することができるが、従来達成されていた表面弾性波素子として利用されるタンタル酸リチウム単結晶基板の厚さが２００〜２５０μｍ程度まで薄型化が進行していたのであるから、１００μｍ以下とすることが好ましい。
第１の基板を所望の厚さにラップあるいは研磨した状態で、複合材として流通・取り引きさせることができる。複合材を購入したものが、必要により、更なる基板加工工程あるいは弾性表面波素子製造工程を施して、弾性表面波素子を製造することができる。
第１の基板が所望の厚さになされた複合材に、第１の基板に、櫛形化成形加工工程、電極材料を蒸着する工程等の、所要の弾性表面波素子製造工程を施して、弾性表面波素子用のタンタル酸リチウムとなしたタンタル酸リチウム単結晶複合基板として流通・取り引きさせることもできる。
弾性表面波素子用のタンタル酸リチウムとなしたタンタル酸リチウム単結晶複合基板を購入したものが、必要により、若干の弾性表面波素子製造工程を施して、弾性表面波素子を製造することができる。
第１の基板が所望の厚さになされた複合材に、第１の基板に、櫛形化成形加工工程、電極材料を蒸着する工程等の、所要の弾性表面波素子製造工程を施して、弾性表面波素子用のタンタル酸リチウムとなしたタンタル酸リチウム単結晶複合基板として流通・取り引きさせることもできる。
弾性表面波素子用のタンタル酸リチウムとなしたタンタル酸リチウム単結晶複合基板を購入したものが、必要により、若干の弾性表面波素子製造工程を施して、弾性表面波素子を製造することができる。
以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
［実施例・比較例］
炭酸リチウムと五酸化タンタルとをコングルエント組成比となるように秤量し、混合し、電気炉で１０００℃以上に加熱することで得られた多結晶のタンタル酸リチウムを、イリジウム製のルツボに入れ、加熱、溶融後に、４２°回転Ｙ方向の種結晶を用いて回転引上げ（いわゆるチョクラルスキー法）にて育成し、直径が４インチの４２°回転Ｙ方向のタンタル酸リチウム単結晶粗柱を育成した。
［実施例・比較例］
炭酸リチウムと五酸化タンタルとをコングルエント組成比となるように秤量し、混合し、電気炉で１０００℃以上に加熱することで得られた多結晶のタンタル酸リチウムを、イリジウム製のルツボに入れ、加熱、溶融後に、４２°回転Ｙ方向の種結晶を用いて回転引上げ（いわゆるチョクラルスキー法）にて育成し、直径が４インチの４２°回転Ｙ方向のタンタル酸リチウム単結晶粗柱を育成した。
このようにして得られた４インチのタンタル酸リチウム単結晶粗柱を電気炉中で６５０℃に加熱し、予めセットしていた金製の電極に電圧を印加することで単分域化処理を行い、両端を切断し、４インチの太さになるように円筒研削をした後に、ワイヤソーを用いてスライスして（スライス処理がされた）直径４インチ、厚さ５００μｍの４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶基板となし、さらにこの単結晶基板をラップ機でＧＣ＃１０００のＳｉＣ砥粒を用いて研磨して直径４インチ、厚さ４００μｍのラップ基板とした。
この厚さ４００μｍの４インチ、４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウムラップ基板を２枚用意し、松脂からなる液状ワックス：スカイリキッド ＰＷ−２５１１（日化精工（株）製商品名）を塗布し、加熱し、線膨張係数が最大値となるＸ軸方向を揃えて接合した。その後、第１の基板となる４インチ４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板を、研削盤を用いて厚さ１００μｍまで研削し、ワックス剥離液：デベールＡ（日化精工（株）製商品名）で２枚のタンタル酸リチウム基板を分離した。
このようにして得られた厚さ１００μｍのタンタル酸リチウム基板と組み合わせる第２の基板を選択するために、厚さ４００μｍのタンタル酸リチウム基板以外に、市販の４インチサイズの１２８°回転Ｙニオブ酸リチウム基板（面方向における線膨張係数の最大値、つまりＸ軸方向の線膨張係数は１５．４×１０-6／℃）、６４°回転Ｙニオブ酸リチウム基板（Ｘ軸方向の線膨張係数は１５．４×１０-6／℃）、ＳＴカット水晶（面方向における線膨張係数の最大値は１３．４×１０-6／℃）、石英基板（方向性無し；線膨張係数０．５×１０-6／℃）、アルミナ基板（方向性無し；線膨張係数７．２×１０-6／℃）、シリコン基板（方向性無し；線膨張係数 ４．２×１０-6／℃）を準備し、厚さ４００μｍになるようにＧＣ＃１０００のＳｉＣ砥粒でラップした。
前記した研削盤で厚さ１００μｍとした４インチ４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板と上述の各種の直径４インチ厚さ４００μｍの基板とをＵＶ硬化型粘合剤であるアクリル系マレイシド樹脂：ＵＶＡ３２００（東亞合成（株）製商品名））で接合した試料を作製し、弾性表面波素子を製造するための金属膜蒸着条件である２００℃、真空、１５分間での耐熱試験を行った。結果を表１に示す。
表１より、４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム基板と組み合わせることが可能な基板材料としては、耐熱試験の結果「剥離無し」となるためには、面内方向の線膨張係数の差が３×１０-6／℃以下であることが必要であることがわかる。
本発明によれば、十分に薄層化した圧電基板（タンタル酸リチウム基板）が簡易・簡便に従来の技術の範囲で得ることができるので、弾性表面波（Surfaca Acoustic Wave、ＳＡＷ）素子が安価に多量に確実に得られ、携帯電話等の高周波通信分野に裨益するところが大きい。
Claims (9)
- 複合化後の加工により厚さ２０〜１００μｍに仕上げたタンタル酸リチウム単結晶ウェハである直径４インチの第１の基板と、前記第１の基板に接着剤で接着された第１の基板と同じ直径の第２の基板とからなり、前記複合化後の加工の更に後に前記第１の基板と前記第２の基板が剥離される複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板において、前記第１の基板の面方向における線膨張係数の最大値と前記第２の基板の面方向における線膨張係数の最大値との差が３×１０-6／℃以下であり、前記第２の基板のＸ軸方向と前記第１の基板のＸ軸方向とのなす角度が０度であることを特徴とする複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板の厚さが２００〜６００μｍである請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記第１の基板となるタンタル酸リチウム単結晶が３６°〜４２°回転Ｙカットである請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記第２の基板が３６°〜４２°回転Ｙカットのタンタル酸リチウム単結晶である請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記第２の基板が面内にＸ軸を含むニオブ酸リチウムである請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記第２の基板が面内にＸ軸を含む水晶である請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記第１の基板と前記第２の基板との接着が、真空における変形温度が２００℃以上である接着剤によってなされている請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記接着剤が、紫外線で硬化する粘着性を持った樹脂である請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
- 前記接着剤として、両面が紫外線で硬化する粘着性を持った樹脂層を有するテープ材となされている請求項１に記載の複合化されたタンタル酸リチウム単結晶複合基板。
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