JP6417849B2

JP6417849B2 - 圧電共振器、及び圧電共振器の製造方法

Info

Publication number: JP6417849B2
Application number: JP2014218431A
Authority: JP
Inventors: 諭卓岸本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: JP2016086308A

Description

本発明は、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電共振器、及び圧電共振器の製造方法に関する。

近年、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電デバイスが多く開発されている。このような圧電デバイスには、圧電デバイスとして機能する電極が形成された圧電薄膜と、その圧電薄膜を支持する支持体とを有し、電極が形成された領域と、支持体との間に空間を形成するメンブレン構造が用いられているものがある。

特許文献１には、メンブレン構造の圧電デバイスの製造方法が記載されている。特許文献１に記載の製造方法では、圧電基板の一方面に、後に空隙となる犠牲層を形成し、犠牲層が形成された圧電基板の表面に支持体を接合する。その後、圧電基板から圧電薄膜を剥離形成し、圧電薄膜にエッチング窓を形成した上で、そのエッチング窓から犠牲層を除去している。

国際公開２０１１／０５２５５１号パンフレット

この圧電デバイスの特性が最適かどうかを判断するために、圧電基板の薄板化後の圧電薄膜の膜厚を測定する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の圧電デバイスの場合、圧電薄膜の下に空隙又は支持体（材料の異なる複数の膜）が存在するため、圧電薄膜のみの膜厚を正確に測定することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる圧電共振器、及び圧電共振器の製造方法を提供することにある。

本発明に係る圧電共振器は、機能用導体が形成された透光性の圧電薄膜と、前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層と、前記固定層側の前記圧電薄膜の主面に形成され、平面視で、前記機能用導体の形成領域の外側に配置された膜厚測定用パターンとを備えたことを特徴とする。

この構成では、膜厚測定用パターンが固定層側の圧電薄膜の主面に形成されているため、この膜厚測定用パターンへ光を照射し、膜厚測定用パターンで反射した光を受光することで、圧電薄膜の膜厚を測定できる。膜厚測定用パターンは、固定層と圧電薄膜との間で、機能用導体の形成領域の外側に配置される。このため、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。また、膜厚測定用パターンへ光を照射すれば、圧電薄膜の膜厚を測定できるため、測定作業に追加工程を必要としない。

前記固定層は、前記形成領域と前記支持基板との間に形成された空隙部を有し、前記膜厚測定用パターンは、平面視で、前記空隙部の外側に配置されていることが好ましい。

この構成では、メンブレン型の圧電共振器の場合であっても、空隙部を避けて圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。

前記固定層は、音響インピーダンスが異なる複数種類の層を積層した音響反射層であることが好ましい。

この構成では、音響多層膜型の共振子であっても、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。

本発明は、機能用導体が形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層とを備えた圧電共振器の製造方法において、透光性の圧電基板の一方主面に膜厚測定用パターンを形成する工程と、前記圧電基板の前記一方主面に無機層を形成する無機層形成工程と、前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する工程と、前記膜厚測定用パターンを基準に、前記圧電薄膜の一方主面に機能用導体を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

この構成では、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定でき、また、測定作業に追加工程を必要としない圧電共振器を製造できる。

本発明によれば、機能用導体及び固定層の影響を受けることなく、圧電薄膜の膜厚を精度よく測定できる。

実施形態１に係る圧電共振器の平面図図１のII−II線における圧電共振器の側面断面図図１のIII−III線における圧電共振器の側面断面図実施形態に係る圧電共振器の製造方法における各工程での形状を示す側面断面図実施形態に係る圧電共振器の製造方法における各工程での形状を示す側面断面図圧電共振器がＢＡＷ共振器の場合の断面図実施形態２に係る圧電共振器の構成を示す側面断面図実施形態２に係る圧電共振器の製造方法における各工程での形状を示す側面断面図

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る圧電共振器の平面図である。図２は、図１のII−II線における圧電共振器の側面断面図である。図３は、図１のIII−III線における圧電共振器の側面断面図である。なお、図１及び図２において、一部が透過した状態を示し、その透過部分を破線で示す。

圧電共振器１０は、圧電薄膜２０と、固定層３０と、支持基板４０とを備えている。圧電薄膜２０は、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ_３）等の透光性の圧電体である。固定層３０は、ＳｉＯ_２等の絶縁体である。支持基板４０は、Ｓｉ、サファイヤ、ガラス等の剛性が高い絶縁体である。

圧電薄膜２０の一方主面（以下、裏面という）には固定層３０と支持基板４０とが順に接着されている。すなわち、圧電薄膜２０は、固定層３０により支持基板４０に固定されている。圧電薄膜２０の他方主面（以下、表面という）には、機能用導体２１１，２１２が形成されている。機能用導体２１１，２１２は平面視して櫛歯形状である。機能用導体２１１，２１２は、所謂ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）を形成するように配置されている。機能用導体２１１，２１２は、平面視で後述する空隙３００と重なる位置に配置されている。この構成により、圧電共振器１０が構成される。

圧電薄膜２０の表面には、配線導体２２１，２２２が形成されている。配線導体２２１は、機能用導体２１１に接続されている。配線導体２２２は、機能用導体２１２に接続されている。配線導体２２１，２２２は、機能用導体２１１，２１２を外部回路に接続する導体である。機能用導体２１１，２１２、配線導体２２１，２２２は、Ａｌ等の導電率の高い材料である。以下、機能用導体２１１，２１２が形成された領域を、機能部領域と言う。

固定層３０は、平面視で機能部領域を囲うように、圧電薄膜２０に接着されている。これによって、機能部領域に対向する位置には、圧電薄膜２０の裏面と固定層３０の内壁面とによって囲まれた空隙３００が形成される。圧電薄膜２０には貫通孔２００が形成されていて、空隙３００は、その貫通孔２００と連通している。貫通孔２００は、後に詳述するが、空隙３００を形成する際に利用される。

圧電薄膜２０と固定層３０との間には、膜厚測定用パターン５０が形成されている。膜厚測定用パターン５０は、Ａｌを含む導体膜であって、平面視で、配線導体２２１，２２２、及び空隙３００よりも外側で、圧電薄膜２０の表面の角部に形成されている。膜厚測定用パターン５０は、圧電薄膜２０の膜厚測定に利用される。詳しくは、膜厚測定用パターン５０は、膜厚測定器（不図示）から圧電薄膜２０に照射された測定用の光を反射する。膜厚測定器は反射された光を受光することで、圧電薄膜２０の膜厚を算出する。

このような構成からなる圧電共振器１０は、以下に示す工程によって形成される。

図４及び図５は、本実施形態に係る圧電共振器１０の製造方法における各工程での形状を示す側面断面図である。なお、膜厚測定用パターン５０及び空隙３００等は、同じ断面図には表れない位置関係に配置されているが、説明の便宜上、図４及び図５では、膜厚測定用パターン５０及び空隙３００等を同じ断面図に示している。

まず、透光性の圧電基板Ｐ２０の裏面に膜厚測定用パターン５０を形成する。膜厚測定用パターン５０は、蒸着リフトオフ法によりＴｉ／Ａｌ／Ｔｉが形成されて成膜される。次に、圧電基板Ｐ２０の裏面に犠牲層３１を形成する。犠牲層３１は、膜厚測定用パターン５０の内側に位置するよう形成される。犠牲層３１は、例えばＺｎＯである。

続いて、圧電基板Ｐ２０の裏面に、膜厚測定用パターン５０及び犠牲層３１を覆うように、固定層３０を形成する。これにより、膜厚測定用パターン５０は、圧電基板Ｐ２０と固定層３０との間に配置されるようになる。固定層３０は、犠牲層３１等を覆うよう形成するため、圧電基板Ｐ２０と反対側の面に凹凸が生じるため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により凹凸のある圧電基板Ｐ２０の面を平坦化研磨する。

次に、図５に示すように、平坦化した固定層３０の主面に支持基板４０を樹脂接着剤により接着する。そして、圧電基板Ｐ２０を研磨等によって薄膜化し、圧電薄膜２０を形成する。その形成した圧電薄膜２０の表面に、機能用導体２１１，２１２を形成する。機能用導体２１１，２１２は、蒸着リフトオフ法によりＡｌ／Ｔｉが形成されてなる。この際、図示していないが、配線導体２２１，２２２も圧電薄膜２０の表面に、蒸着リフトオフ法により形成する。

次に、圧電薄膜２０の所定の位置に、ドライエッチングにより貫通孔２００を形成する。そして、貫通孔２００を介して、犠牲層３１を除去する。例えば、犠牲層３１をウェットエッチングによって除去する。この処理によって、固定層３０には空隙３００が形成される。

以上の製造方法を得ることによって、圧電共振器１０が形成される。この圧電共振器１０は、圧電薄膜２０と固定層３０との間に膜厚測定用パターン５０が配置されている。膜厚測定時に、膜厚測定用パターン５０へ測定用光を照射すれば、機能用導体２１１，２１２及び固定層３０の影響を受けることなく、圧電薄膜２０の膜厚を測定できる。また、圧電共振器１０の製造時に膜厚測定用パターン５０を形成するため、圧電薄膜２０の膜厚測定時には膜厚測定用パターン５０へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。

なお、本実施形態では、圧電共振器１０は板波を用いた共振器として説明したが、圧電共振器はＢＡＷ共振器又は板波共振器であってもよい。

図６は、圧電共振器１０ＡがＢＡＷ共振器の場合の断面図である。圧電共振器１０Ａは、圧電共振器１０と電極形成が異なっている。詳しくは、圧電薄膜２０の表面及び裏面それぞれに機能用導体２３１，２３２が形成されている。なお、他の構成は圧電共振器１０と同じであるため説明は省略する。

圧電共振器１０ＡがＢＡＷ共振器の場合であっても、膜厚測定用パターン５０を形成することで、機能用導体２３１，２３２及び固定層３０に影響を受けることなく、圧電薄膜２０の膜厚を精度よく測定できる。また、圧電共振器１０Ａの製造時に膜厚測定用パターン５０を形成するため、圧電薄膜２０の膜厚測定時には膜厚測定用パターン５０へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。

（実施形態２）
図７は、本実施形態に係る圧電共振器１０Ｂの構成を示す側面断面図である。本実施形態に係る圧電共振器１０Ｂは、圧電共振器１０の固定層３０が音響反射層６０によって形成されている点で異なる。

音響反射層６０は、音響インピーダンスが異なる複数の層を積層することによって形成されている。低音響インピーダンス層は、例えばＳｉＯ２であり、高音響インピーダンス層は、例えばＷ等の金属や，ＡｌＮ，ＳｉＮ等の誘電体である。音響反射層６０は、接着層６１によって支持基板４０に接着されている。

圧電薄膜２０と音響反射層６０との間には、膜厚測定用パターン５０が形成されている。そして、実施形態１と同様に、圧電薄膜２０の膜厚測定時において、膜厚測定用パターン５０を利用することで、精度よく圧電薄膜２０の膜厚を測定できる。

図８は、本実施形態に係る圧電共振器１０Ｂの製造方法における各工程での形状を示す側面断面図である。

まず、透光性の圧電基板Ｐ２０の裏面に膜厚測定用パターン５０を形成する。圧電基板Ｐ２０にはＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３基板を用いている。膜厚測定用パターン５０は、蒸着リフトオフ法によりＴｉ／Ａｌ／Ｔｉが形成されて成膜される。

次に、圧電基板Ｐ２０の裏面に音響反射層６０を形成する。音響反射層６０は、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とを積層し、ＳｉＯ_２とＡｌＮとを、例えば１００〜３００ｎｍずつ積層して形成される。そして、圧電基板Ｐ２０とは反対側の音響反射層６０の面に、接着層６１によって支持基板４０を接着する。

圧電基板Ｐ２０を研磨等によって薄膜化し、圧電薄膜２０を形成する。その形成した圧電薄膜２０の表面に、機能用導体２１１，２１２を蒸着リフトオフ法により形成する。

以上の製造方法を得ることによって、圧電共振器１０Ｂが形成される。この圧電共振器１０Ｂの圧電薄膜２０の膜厚測定時に、膜厚測定用パターン５０へ測定用光を照射すれば、機能用導体２１１，２１２及び音響反射層６０の影響を受けることなく、圧電薄膜２０の膜厚を測定できる。また、圧電共振器１０Ｂの製造時に膜厚測定用パターン５０を形成するため、圧電薄膜２０の膜厚測定時には膜厚測定用パターン５０へ光を照射するだけでよく、測定作業に追加工程を必要としない。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…圧電共振器
２０…圧電薄膜
３０…固定層
３１…犠牲層
４０…支持基板
５０…膜厚測定用パターン
６０…音響反射層
６１…接着層
２００…貫通孔
２１１，２１２…機能用導体
２２１，２２２…配線導体
２３１，２３２…機能用導体
３００…空隙
Ｐ２０…圧電基板

Claims

機能用導体が形成された透光性の圧電薄膜と、
前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、
前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層と、
前記固定層側の前記圧電薄膜の主面に形成され、平面視で、前記機能用導体の形成領域の外側に配置された、光を反射する膜厚測定用パターンと、
を備えた圧電共振器。
前記固定層は、前記形成領域と前記支持基板との間に形成された空隙部を有し、
前記膜厚測定用パターンは、平面視で、前記空隙部の外側に配置されている、
請求項１に記載の圧電共振器。
前記固定層は、音響インピーダンスが異なる複数種類の層を積層した音響反射層である、
請求項１に記載の圧電共振器。
機能用導体が形成された圧電薄膜と、前記圧電薄膜の一方主面側に配置された支持基板と、前記圧電薄膜を前記支持基板に固定する固定層とを備えた圧電共振器の製造方法において、
透光性の圧電基板の一方主面に、光を反射する膜厚測定用パターンを形成する工程と、
前記圧電基板の前記一方主面に無機層を形成する無機層形成工程と、
前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する工程と、
前記膜厚測定用パターンを基準に、前記圧電薄膜の一方主面に機能用導体を形成する工程と、
を備えた圧電共振器の製造方法。