KR102299066B1 - 탄성 표면파 디바이스용 기판 및 의사 탄성 표면파 소자 - Google Patents

탄성 표면파 디바이스용 기판 및 의사 탄성 표면파 소자 Download PDF

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Abstract

압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비한다. 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7 중 어느 하나를 충족한다. 또한, 제 2 면은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80 중 어느 하나를 충족한다.

Description

탄성 표면파 디바이스용 기판 및 의사 탄성 표면파 소자
본 개시는 탄성 표면파 디바이스용 기판 및 의사 탄성 표면파 소자에 관한 것이다.
탄성 표면파 디바이스는 전기 신호를 탄성 표면파로 변환해서 신호 처리를 행하는 디바이스이다. 탄성 표면파 디바이스용 기판으로서 압전 특성을 갖는 탄탈산 리튬, 니오브산 리튬 등의 단결정 기판이 사용되어 있다.
일본 특허공개 평 11-88107호 공보 일본 특허공개 2003-110390호 공보 일본 특허공개 소 58-176802호 공보
본 개시의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비하고, 하기 (1)로부터 (4) 중 적어도 어느 하나를 만족한다.
(1) 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11이다.
(2) 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7이다.
(3) 제 2 면은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130이다.
(4) 제 2 면은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80이다.
<탄성 표면파 디바이스용 기판>
이하, 본 개시의 탄성 표면파 디바이스용 기판에 대해서 설명한다. 탄성 표면파 디바이스용 기판은 탄탈산 리튬, 니오브산 리튬 등의 압전 특성을 갖는 압전성 재료 기판으로 이루어진다. 본 실시형태에서는 압전성 재료로서 탄탈산 리튬 단결정을 사용한 예에 대해서 설명한다. 탄탈산 리튬 단결정으로서 36°Y~46°Y 탄탈산 리튬 단결정은 탄성 표면파 디바이스 중에서도 의사 탄성 표면파 디바이스에 적합하게 사용된다. 본 실시형태에서는 기판으로서 42°Y 탄탈산 리튬 단결정으로 이루어지는 의사 탄성 표면파 디바이스용 기판에 대해서 기재한다.
본 실시형태의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 탄성 표면파가 전반하는 면인 제 1 면과, 이 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비한다. 또한, 탄성 표면파 디바이스용 기판은 2개의 주면을 갖는 판상체인 점에서 제 1 면을 제 1 주면, 제 2 면을 제 2 주면이라고도 바꿔 말할 수 있다. 그리고 본 실시형태의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 하기 (1)~(4) 중 적어도 어느 하나를 만족한다.
(1) 제 2 면이 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11이다.
(2) 제 2 면이 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7이다.
(3) 제 2 면이 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130이다.
(4) 제 2 면이 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80이다.
본 실시형태의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 상술한 바와 같이 제 2 면의 폭방향(면에 평행한 방향)의 파라미터인 국부 피크의 평균 간격(S), 요철의 평균 간격(Sm)에 대하여 제 2 면의 높이 방향(면에 수직인 방향)의 파라미터인 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rmax)가 비교적 크다.
본 실시형태의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 탄성 표면파 필터에 사용된다. 탄성 표면파 필터에서는 탄성 표면파 디바이스용 기판의 표면에 여진용의 입력 전극 및 수신용의 출력 전극이 형성된다. 그리고 입력 전극으로 표면 탄성파를 여진할 때에 발생한 벌크파가 제 2 면으로 반사되면 출력 전극이 스퓨리어스(설계상 의도되지 않은 주파수 성분)의 원인이 되는 반사파를 수신해버려 탄성 표면파 필터는 소망의 특성이 얻어지지 않게 되는 점에서 탄성 표면파 디바이스용 기판의 제 2 면은 조면화가 행해져 있다. 제 2 면이 조면화되어 있으면 벌크파는 산란되어 출력 전극에서 수신되는 반사파가 저감되기 때문에 반사파에 기인하는 스퓨리어스가 저감된다. 금번에 있어서의 탄성 표면파 디바이스용 기판에는 제 2 면으로부터의 반사파가 적음과 아울러, 조면화 가공에 의한 결함이나 잔류 응력이 적은 것이 요구되어 있다.
본 실시형태의 탄성 표면파 디바이스용 기판은 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rmax)가 비교적 크기 때문에 제 2 면에 있어서 벌크파는 산란되어 출력 전극에서 수신되는 반사파가 저감된다. 그 때문에 반사파에 기인하는 스퓨리어스가 저감된다. 또한, 국부 피크의 평균 간격(S), 요철의 평균 간격(Sm)이 상대적으로 작기 때문에 조면화 가공에 있어서의 결함이나 잔류 응력이 적다. 그 때문에 조면화 가공에 의한 결함이나 잔류 응력에 기인하는 휨이나 갈라짐이 적다.
또한, 국부 피크의 평균 간격(S)이 0.0015㎛~0.025㎛이어도 좋다. 또한, 요철의 평균 간격(Sm)이 0.03㎛~0.05㎛이어도 좋다. 이러한 구성을 충족할 때에는 추가로 제 2 면으로부터의 반사파가 적어짐과 아울러, 조면화 가공에 의한 결함이나 잔류 응력이 적어진다.
본 명세서에 있어서 최대 높이(Rmax)는 JIS B 0601-1982에 준거한 것이다. 산술 평균 거칠기(Ra), 요철의 평균 간격(Sm), 국부 피크 평균 간격(S)은 JIS B 0601:1994에 준거한 것이다.
본 개시의 탄성 표면파 디바이스용 기판을 구비해서 구성한 의사 탄성 표면파 소자는 제 2 면으로부터의 반사파가 적음과 아울러, 조면화 가공에 의한 결함이나 잔류 응력이 적다.
<탄성 표면파 디바이스용 기판의 제조 방법>
탄성 표면파 디바이스용 기판의 제조 방법의 일례로서 42°Y 탄탈산 리튬 단결정으로 이루어지는 의사 탄성 표면파 디바이스용 기판의 제조 방법에 대해서 기재한다. 우선, 초크랄스키(CZ)법에 의해 탄탈산 리튬 단결정으로 이루어지는 잉곳을 육성한다. 잉곳의 육성의 인상 방위는 최종적인 의사 탄성 표면파 디바이스용 기판의 제 1 면 및 제 2 면(양면)의 결정 방위와 동일하게 한다. 또한, 38°Y 등 의사 탄성 표면파 디바이스용 기판의 양면의 결정 방위와 가까운 결정 방위이어도 좋다.
잉곳은 필요에 따라 양면이 소정의 결정 방위가 되도록 끝면 연삭된 후 의사 탄성 표면파 디바이스용 기판의 지름과 마찬가지의 지름이 되도록 원통 연삭된다. 그 후 소정의 결정 방위의 양면을 갖고, 소정의 두께가 되도록 멀티 와이어 소 등을 사용해서 슬라이스 가공을 행한다.
이어서, 슬라이스 가공에 의해 발생한 휨을 저감함과 아울러, 제 2 면을 소망의 표면 성상으로 하기 위해 래핑 가공을 행한다(래핑 공정). 래핑 공정 후의 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.15㎛~0.35㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S<11 또는 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm<6.7이다. 또는 최대 높이(Rmax)가 2.0㎛~4.0㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S<130 또는 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm<80이다.
래핑 가공에는 양면 래핑 장치를 사용하면 좋고, 예를 들면 주철 정반과, #1000~#2000의 GC 지립(砥粒)을 포함하는 슬러리를 사용하여 가공압 4.9㎪(=50gf/㎠)로 가공한다. 가공 조건은 소망의 조면 형상이 얻어지는 것이면 상기 조건에 한정되지 않고, 적당히 변경 가능하다. 예를 들면, 가공 도중에 가공압을 변경해도 좋고, 제 1 면과 제 2 면을 편면씩 가공해도 좋다.
이어서, 에칭 공정을 실시한다. 에칭 공정은 불화수소산, 질산 또는 이들의 혼산을 에천트로 하여 행한다. 또한, 이 에칭 공정에서는 제 2 면이 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11 또는 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7이 되도록 에칭을 행한다. 또는 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130 또는 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80이 되도록 에칭을 행한다. 또한, 산술 편균 거칠기(Ra)가 0.25㎛~0.35㎛, 최대 높이(Rmax)가 3.0㎛~4.0㎛가 되도록 에칭하는 것이 특히 바람직하다.
에칭 조건은, 예를 들면 불화수소산과 질산의 혼합비가 체적비로 1:1인 혼산을 사용하고, 75℃~85℃에서 50분~120분이다. 이러한 에칭 조건에서는 탄탈산 리튬 단결정으로 이루어지는 기판은 양면이 각각 약 1㎛씩 에칭된다. 상기 에칭 조건에 의하면 국부 피크의 평균 간격(S)은 0.0015㎛~0.025㎛, 요철의 평균 간격(Sm)은 0.03㎛~0.05㎛이다.
이어서, 케미컬 메커니컬 폴리싱(CMP)에 의해 제 1 면을 CMP 연마한다. CMP 연마의 조건은 콜로이달실리카를 연마재로 하는 슬러리를 사용하고, 면압 하중 30g/㎠ 이상으로 해서 제 1 면과 연마포를 접촉시켜 연마를 진행한다. 이러한 CMP 연마 조건에 의하면 제 2 면의 형상은 에칭 후의 형상이 유지된다.
실시예
이하, 본 개시의 탄성 표면파 디바이스용 기판의 실시예에 대해서 설명한다. 고주파 가열식 CZ법 단결정 육성로를 사용하여 직경 108㎜, 길이 100㎜의 원통형의 탄탈산 리튬 단결정을 육성했다. 이것을 원통 연삭 장치로 직경 100㎜로 원통 연삭하고, 또한 멀티 와이어 소를 사용해서 슬라이스하여 결정 방위 42°Y, 두께 400㎛의 기판을 약 150장 얻었다. 여기에서 얻어진 기판을 래핑 장치에 의해 #1000, #1500, #2000의 지립을 사용해서 가공압 4.9㎪로 두께가 약 250㎛가 되도록 래핑했다. 래핑된 기판은 불화수소산과 질산의 혼합비가 체적비로 1:1인 혼산을 사용하고, 75℃~85℃에서 60분~90분 에칭을 행했다.
비교예로서 실시예와 마찬가지인 방법으로 슬라이스, 래핑해서 얻어진 기판을 불화수소산과 질산의 혼합비가 체적비로 1:1인 혼산을 사용하고, 80℃에서 30분 에칭했다.
또한, 실시예 및 비교예의 기판의 제 1 면을 CMP 연마했다. CMP 연마의 조건은 입경 30~120㎚의 콜로이드실리카를 연마재로 하는 슬러리를 사용하고, 면압 하중 80~500g/㎠로 해서 제 1 면과 연마포를 접촉시켜 연마했다. 이때 얻어진 제 1 면의 표면 거칠기 Ra는 0.1~0.2㎚의 경면 상태이었다. 상술한 방법에 의해 본 실시예인 시료 No. 1~4와, 비교예인 시료 No. 5~8을 얻었다.
얻어진 각 시료의 제 2 면에 있어서의 산술 평균 거칠기(Ra), 최대 높이(Rmax), 국부 피크의 평균 간격(S), 요철의 평균 간격(Sm)의 측정을 Kosaka Laboratory Ltd.제의 표면 거칠기 측정기 SE1700α로 행했다.
시료 No. 1은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11이었다.
시료 No. 2는 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7이었다.
시료 No. 3은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130이었다.
시료 No. 4는 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80이었다.
시료 No. 1에 대응하는 비교예인 시료 No. 5는 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S<11이었다.
시료 No. 2에 대응하는 비교예인 시료 No. 6은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛이며, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm<6.7이었다.
시료 No. 3에 대응하는 비교예인 시료 No. 7은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S<130이었다.
시료 No. 4에 대응하는 비교예인 시료 No. 8은 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛이며, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm<80이었다.
시료 No. 1~4는 각각에 대응하는 시료 No. 5~8에 대하여 제 2 면으로부터의 반사파가 적음과 아울러, 조면화 가공에 의한 결함이나 잔류 응력에 기인한다고 생각되는 휨이나 갈라짐이 적었다.

Claims (9)

  1. 압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비하고,
    상기 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Ra/S≥11인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  2. 압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비하고,
    상기 제 2 면은 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.2㎛~0.4㎛임과 아울러, 산술 평균 거칠기(Ra)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Ra/Sm≥6.7인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  3. 압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비하고,
    상기 제 2 면은 표면 거칠기 측정에서의 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 국부 피크의 평균 간격(S)의 관계가 Rmax/S≥130인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  4. 압전성 재료로 이루어지며, 탄성 표면파가 전반하는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대에 위치하는 제 2 면을 구비하고,
    상기 제 2 면은 표면 거칠기 측정에서의 최대 높이(Rmax)가 2.5㎛~4.5㎛임과 아울러, 최대 높이(Rmax)와 요철의 평균 간격(Sm)의 관계가 Rmax/Sm≥80인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 국부 피크의 평균 간격(S)이 0.0015㎛~0.025㎛인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 요철의 평균 간격(Sm)이 0.03㎛~0.05㎛인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전성 재료는 탄탈산 리튬 단결정인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    36°Y~46°Y 탄탈산 리튬 단결정인 탄성 표면파 디바이스용 기판.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 탄성 표면파 디바이스용 기판을 기체로서 구비하는 의사 탄성 표면파 소자.
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