WO2013187410A1 - 複合基板 - Google Patents

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裕二 堀
知義 多井
井出　晃啓
杉夫 宮澤
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日本碍子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite substrate.
  • an electrode is provided on a composite substrate obtained by bonding a support substrate and a piezoelectric substrate to produce an acoustic wave device.
  • the elastic wave device is used, for example, as a band-pass filter in communication equipment such as a mobile phone.
  • a composite substrate using lithium niobate or lithium tantalate as a piezoelectric substrate and silicon, quartz, or ceramics as a support substrate is known (see Patent Document 1). As ceramics, those widely used as packaging materials are described.
  • the conventional composite substrate has a problem that alignment is difficult during flip chip bonding (FCB) because the support substrate is made of an opaque ceramic.
  • FCB flip chip bonding
  • the composite substrate 110 in which the support substrate 112 and the piezoelectric substrate 114 are bonded together is arranged so that the piezoelectric substrate 114 is down and the support substrate 112 is up. It is necessary to align (align) the Au ball bumps 114 a on the piezoelectric substrate 114 and the electrode pads 102 a on the printed circuit board 102. The alignment is performed while checking with a camera arranged on the support substrate 112 side. At this time, although the piezoelectric substrate 114 is transparent, since the support substrate 112 is an opaque ceramic, alignment through the support substrate 112 is not easy.
  • the present invention has been made to solve such problems, and has as its main object to provide a composite substrate that can be easily aligned during FCB.
  • the composite substrate of the present invention is a composite substrate obtained by bonding a support substrate and a piezoelectric substrate, and the material of the support substrate is a translucent ceramic.
  • the alignment becomes easier in the case of FCB than in the case where the support substrate is made of an opaque ceramic. That is, in general, the piezoelectric substrate is transparent, and in the case of FCB, the piezoelectric substrate is down and the support substrate is up. However, since the support substrate is made of a translucent ceramic, the position of the piezoelectric substrate (on the piezoelectric substrate) The position of the ball bumps provided can be confirmed. This facilitates alignment.
  • the linear transmittance and the total forward light transmittance in the visible light region (360 to 750 nm, hereinafter the same) of the support substrate are preferably 10% or more and 70% or more, respectively. If it carries out like this, the effect of this invention mentioned above can be acquired more reliably.
  • the front total light transmittance of the support substrate is 80% or more at a wavelength of 200 nm.
  • the resolution of the exposure apparatus is defined by k ⁇ ⁇ / NA (k: coefficient, ⁇ : wavelength of light source, NA: numerical aperture of projection lens), a fine pattern is formed by exposure at a short wavelength. it can.
  • At least one of the front and back surfaces of the support substrate is preferably a rough surface (for example, arithmetic average roughness Ra is 5 to 20 nm).
  • the front total light transmittance at a wavelength of 200 nm is higher than when both front and back surfaces are mirror surfaces (for example, arithmetic average roughness Ra is 0.5 to 2 nm).
  • both surfaces of the support substrate are rough because the front total light transmittance at a wavelength of 200 nm is higher.
  • the support substrate and the piezoelectric substrate are bonded together via an adhesive layer, and the refractive index of the adhesive layer is between the refractive index of the support substrate and the refractive index of the piezoelectric substrate. It is preferable that it is the value of. In this way, light emitted from above the piezoelectric substrate can easily pass through the adhesive layer and the support substrate.
  • the support substrate may include a cavity. Since the support substrate is obtained by molding and firing a light-transmitting ceramic raw material, when producing a support substrate having a cavity, a mold that can provide a molded body having the cavity is used. That's fine. This eliminates the need for masking and etching processes. For example, when a silicon substrate is used instead of a translucent ceramic substrate as a support substrate, in order to create a cavity in the silicon substrate, first, mask one surface of the silicon substrate (the surface opposite to the surface bonded to the piezoelectric substrate). And then exposing and developing the mask, and then etching the unmasked portion.
  • the thermal expansion coefficient of the support substrate is preferably 4 to 9 ppm / ° C. By doing so, the thermal expansion at high temperature is small and the temperature characteristic improving effect is excellent.
  • the average crystal grain size of the support substrate is preferably 10 ⁇ m to 50 ⁇ m. In this case, since the average crystal grain size is small, unnecessary reflection of bulk waves can be reduced. Further, the UV transmittance and strength are also increased.
  • the material of the support substrate is preferably a translucent alumina ceramic.
  • the characteristics of the support substrate made of translucent alumina ceramic are as follows. -Linear transmittance: 10% or more in the visible light region-Front total light transmittance: 70% or more in the visible light region (80% or more when the wavelength is 200 nm), and this transmittance increases rapidly on the shorter wavelength side than the wavelength of 300 nm. ⁇ Alumina purity 99.9% or more ⁇ Crystal grain size 10-50 ⁇ m ⁇ Coefficient of thermal expansion 4-9ppm / ° C
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an outline of a configuration of a composite substrate 10
  • FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing process of the composite substrate 10.
  • 1 is a perspective view of a 1-port SAW resonator 30 manufactured using a composite substrate 10.
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state when the composite substrate 110 is mounted on the printed circuit board 102.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a composite substrate 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the composite substrate 10 is obtained by bonding a support substrate 12 and a piezoelectric substrate 14, and in this embodiment, the support substrate 12 and the piezoelectric substrate 14 are bonded by an adhesive layer 16. It is.
  • the composite substrate 10 is formed in a circular shape in which one place is flat. This flat portion is a portion called an orientation flat (OF), and is used, for example, when detecting the wafer position and direction when performing various operations in the manufacturing process of the surface acoustic wave device.
  • OF orientation flat
  • the support substrate 12 is a translucent alumina ceramic substrate having an alumina purity of 99% or more and a thermal expansion coefficient of 4 to 9 ppm / ° C.
  • the linear transmittance in the visible light region of the support substrate 12 is 10% or more.
  • the front total light transmittance in the visible light region of the support substrate 12 is 70% or more, and when the wavelength is 200 nm, it is 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more.
  • the arithmetic surface roughness Ra on both sides of the support substrate 12 is 0.5 to 20 nm.
  • the front total light transmittance is higher when one surface is a mirror surface and the other surface is rough (for example, Ra 5 to 20 nm). Therefore, a rough surface on both sides is preferable because the total light transmittance of the front is further increased.
  • the average crystal grain size of the support substrate 12 is 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the piezoelectric substrate 14 is a piezoelectric substrate capable of propagating elastic waves (for example, surface acoustic waves).
  • Examples of the material of the piezoelectric substrate 14 include lithium tantalate, lithium niobate, lithium borate, and quartz. Their coefficient of thermal expansion is 13 to 16 ppm / ° C. Such a piezoelectric substrate 14 is transparent.
  • the adhesive layer 16 is a layer that bonds the support substrate 12 and the piezoelectric substrate 14 together.
  • the material of the adhesive layer 16 is not particularly limited, but an organic adhesive having heat resistance is preferable, and examples thereof include an epoxy adhesive and an acrylic adhesive.
  • the refractive index of the adhesive layer 16 is a value between the refractive index of the support substrate 12 and the refractive index of the piezoelectric substrate 14.
  • the thickness of the adhesive layer 16 is 1 ⁇ m or less, preferably 0.2 to 0.6 ⁇ m.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a manufacturing process of the composite substrate 10.
  • a support substrate 12 having an OF and a predetermined diameter and thickness is prepared.
  • a piezoelectric substrate 24 having the same diameter as that of the support substrate 12 is prepared (see FIG. 2A).
  • the piezoelectric substrate 24 is thicker than the piezoelectric substrate 14.
  • the adhesive is uniformly applied to at least one of the front surface of the support substrate 12 and the back surface of the piezoelectric substrate 24. Thereafter, the substrates 12 and 24 are bonded together, and when the adhesive is a thermosetting resin, it is cured by heating.
  • the adhesive When the adhesive is a photocurable resin, it is cured by irradiating with light. (See FIG. 2 (b)). Thereafter, the piezoelectric substrate 24 is polished and thinned to a predetermined thickness by a polishing machine to obtain the piezoelectric substrate 14 to obtain the composite substrate 10 (see FIG. 2C).
  • FIG. 3 shows a state in which the composite substrate 10 is an aggregate of 1-port SAW resonators 30 that are surface acoustic wave devices.
  • the 1-port SAW resonator 30 is obtained by forming IDT electrodes 32 and 34 and a reflective electrode 36 on the surface of the piezoelectric substrate 14 by a photolithography technique.
  • the IDT electrodes 32 and 34 are formed as follows, for example.
  • a photoresist is applied on the piezoelectric substrate 14, and light is irradiated to the photoresist through a photomask. Next, it is immersed in a developing solution, and unnecessary photoresist is removed.
  • the photoresist is a negative resist, the portion of the photoresist that has been exposed to light remains on the piezoelectric substrate 14.
  • the photoresist is a positive resist, a portion of the photoresist that has not been exposed to light remains on the piezoelectric substrate 14.
  • electrode material for example, Al
  • the photoresist is removed, whereby comb-shaped IDT electrodes 32 and 34 are obtained.
  • the IDT electrode 32 has a positive pole and the IDT electrode 34 has a negative pole, and are patterned so as to be alternately arranged.
  • the interval (periodic interval) between adjacent + poles corresponds to the wavelength ⁇ , and the value obtained by dividing the sound velocity v by the wavelength ⁇ corresponds to the resonance frequency fr.
  • the support substrate 12 is made of a translucent alumina ceramic, compared with the case where the support substrate is made of an opaque ceramic, it is more suitable for FCB. It becomes easy to align. That is, in the case of FCB, the transparent piezoelectric substrate 14 is on the lower side and the support substrate 12 is on the upper side. However, since the support substrate 12 is made of translucent ceramic, the position of the piezoelectric substrate 14 through the support substrate 12 (on the piezoelectric substrate 14) The position of the Au ball bumps provided can be confirmed. This facilitates alignment. Moreover, since the composite substrate 10 has a linear transmittance and a total front light transmittance in the visible light region of the support substrate 12 of 10% or more and 70% or more, respectively, such an effect can be obtained more reliably.
  • the thermal expansion coefficient of the support substrate 12 is smaller than that of the piezoelectric substrate 14, a change in the size of the piezoelectric substrate 14 when the temperature changes is suppressed by the support substrate 12. Therefore, it is possible to suppress a change in frequency characteristics with respect to temperature of an acoustic wave device manufactured using the composite substrate 10.
  • the composite substrate 10 has a thermal expansion coefficient of 4 to 9 ppm / ° C. of the support substrate 12, the thermal expansion at high temperature is small, and the effect of improving the temperature characteristics of the acoustic wave device is excellent.
  • the composite substrate 10 has a front total light transmittance of 80% or more at a wavelength of 200 nm. Therefore, after forming a photoresist film on the surface of the piezoelectric substrate 24, when performing exposure of the photoresist film using UV near a wavelength of 200 nm, the reflection at the interface between the piezoelectric substrate 24 and the support substrate 12 is suppressed, High-precision patterning is possible. Further, since the resolution of the exposure apparatus is defined by k ⁇ ⁇ / NA (k: coefficient, ⁇ : wavelength of light source, NA: numerical aperture of projection lens), a fine pattern is formed by exposure at a short wavelength. it can.
  • the refractive index of the adhesive layer 16 is a value between the refractive index of the support substrate 12 and the refractive index of the piezoelectric substrate 14, the light irradiated from above the piezoelectric substrate 14 is the adhesive layer 16 and the support substrate 12. Easier to pass through.
  • the average crystal grain size of the support substrate 12 is as small as 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, unnecessary bulk wave reflection can be reduced. Further, the UV transmittance and strength are also increased.
  • a surface acoustic wave device that is one of acoustic wave devices is manufactured using the composite substrate 10
  • a Lamb wave element or a thin film resonator (FBAR) is manufactured using the composite substrate 10.
  • Other acoustic wave devices such as may be manufactured.
  • the composite substrate 10 is manufactured by bonding the support substrate 12 and the piezoelectric substrate 14 with the adhesive layer 16, but the composite substrate is manufactured by bonding the support substrate 12 and the piezoelectric substrate 14 together by direct bonding. May be.
  • the substrates 12 and 14 are bonded together by direct bonding, for example, the following method is exemplified. That is, first, the bonding surfaces of both the substrates 12 and 14 are washed, and impurities (oxides, adsorbed substances, etc.) adhering to the bonding surfaces are removed.
  • the substrates 12 and 14 are irradiated with an ion beam of an inert gas such as argon on the bonding surfaces of both substrates, thereby removing the remaining impurities and activating the bonding surfaces. Thereafter, the substrates 12 and 14 are bonded together at room temperature in a vacuum.
  • an inert gas such as argon
  • the support substrate 12 may include a cavity. Since the support substrate 12 is obtained by molding and firing a light-transmitting alumina ceramic raw material, when producing the support substrate 12 having a cavity, a mold capable of obtaining a molded body having the cavity. Can be used. This eliminates the need for masking and etching processes. For example, when a silicon substrate is used as the support substrate 12 instead of a translucent alumina ceramic substrate, a cavity is formed in the silicon substrate. First, one surface of the silicon substrate (the surface opposite to the surface to be bonded to the piezoelectric substrate) is used. Is then covered with a mask, then the mask is exposed and developed, and then the unmasked portions are etched.
  • the support substrate 12 is a translucent alumina ceramic substrate, but the support substrate 12 may be a translucent ceramic substrate other than alumina. Even in such a case, the effect of easy alignment can be obtained during FCB.
  • Translucent alumina substrate (support substrates A to C)
  • a translucent alumina substrate having a diameter of 100 mm was prepared by the following manufacturing method. First, the slurry which mixed the component of Table 1 was prepared. The ⁇ -alumina powder used had a specific surface area of 3.5 to 4.5 m 2 / g and an average primary particle size of 0.35 to 0.45 ⁇ m.
  • the slurry was poured into an aluminum alloy mold at room temperature, and left at room temperature for 1 hour. Subsequently, it was left to stand at 40 ° C. for 30 minutes, and after solidification proceeded, it was released from the mold. Furthermore, it was left to stand at room temperature and then at 90 ° C. for 2 hours to obtain a plate-like powder compact.
  • the additive mainly magnesia, etc.
  • the additive is discharged, and weight is applied during annealing (by applying a load), and annealing is performed at the same temperature as firing, thereby densifying. Promoted.
  • a translucent alumina substrate was obtained.
  • a support substrate hereinafter referred to as support substrate A
  • support substrate B a support substrate
  • support substrate C a support substrate having one side polished and one side ground. Grinding was performed using diamond abrasive grains, # 1500 grindstone. Polishing was performed by lapping the ground surface with diamond abrasive grains having an average particle size of 0.5 ⁇ m and further polishing the surface with colloidal silica slurry and a hard urethane pad. About each support substrate, arithmetic mean roughness (Ra) was measured with the stylus type surface roughness meter.
  • FIG. 4 shows a graph of the front total light transmittance spectrum. Furthermore, the average crystal grain size, thermal expansion coefficient, and linear transmittance in the visible light region of each support substrate were measured. The results are also shown in Table 2.
  • the front total light transmittance was calculated based on the measured value obtained by the measuring apparatus 40 of FIG.
  • the opening of the integrating sphere 41 is closed with a sample S (thickness 3 mm), and a plate 42 having a hole 44 (diameter ⁇ 3 mm) is placed on the upper surface of the sample S.
  • the sample S is irradiated to the sample S through the hole 44, the light passing through the sample S is collected using the integrating sphere 41, and the intensity of the light is measured by the detector 48.
  • Front total light transmittance 100 ⁇ (measured light intensity) / (light source intensity)
  • Example 1 (composite substrate)
  • an epoxy adhesive having a refractive index of 1.9 was applied with a thickness of 1 ⁇ m or less using a spinner.
  • the refractive index of the adhesive is between LiTaO 3 (refractive index 2.1) and translucent alumina (refractive index 1.7)
  • the light irradiated from above the LiTaO 3 is supported by the adhesive layer and the support layer. It becomes easy to pass through the substrate A (light transmission is improved). Therefore, an epoxy adhesive having a refractive index of 1.9 was used.
  • a separately prepared 42 Y-X LiTaO 3 piezoelectric substrate having a thickness of 230 ⁇ m (42 ° Y-cut X-propagating LiTaO 3 piezoelectric substrate whose cutting angle is a rotational Y-cut) is bonded to the support substrate A, and the temperature is low at about 150 ° C. Baked.
  • the surface of the piezoelectric substrate was roughly polished with a grinder to reduce the thickness of the piezoelectric substrate to 25 ⁇ m. Furthermore, the surface was similarly polished with colloidal silica and a hard urethane pad to make the surface mirror-like. At this time, the thickness of the piezoelectric substrate was 20 ⁇ m. Finally, it was put into an oven at 250 ° C., and the adhesive was completely cured to obtain a composite substrate.
  • a comb-shaped IDT electrode made of aluminum was formed on the composite substrate piezoelectric substrate through a photolithography process, and a SAW resonator was created.
  • the IDT electrode was formed by lift-off using an ArF exposure machine having a wavelength of 193 nm. In lift-off, first, a negative resist was applied to the surface of the piezoelectric substrate, and light was irradiated to the negative resist through a photomask. Next, it was immersed in a developing solution to remove unnecessary negative resist. As a result, the portion of the negative resist that was exposed to light remained on the piezoelectric substrate. Next, Al as an electrode material was deposited on the entire surface, and the negative resist was removed to obtain an IDT electrode having a desired pattern.
  • the period interval of the IDT electrodes was 4.5 ⁇ m.
  • a resonance frequency was found near 920 MHz at room temperature. Further, this SAW resonator was placed in a thermostatic bath, the temperature was changed from ⁇ 20 to 90 ° C., and the resonance frequency at that time was measured.
  • TCF frequency temperature coefficient
  • Example 1 composite substrate was prepared according to the manufacturing method of Example 1 except that a Si substrate was used instead of the translucent alumina substrate as a support substrate, and a SAW resonator was prepared on the piezoelectric substrate.
  • a Si substrate was used instead of the translucent alumina substrate as a support substrate
  • a SAW resonator was prepared on the piezoelectric substrate.
  • UV light was reflected at the bonding interface between the piezoelectric substrate and the support substrate, and the patterning accuracy of the IDT electrode was deteriorated as compared with Example 1. Therefore, the variation in the resonance frequency is larger than that in the first embodiment.
  • the present invention can be used for a surface acoustic wave device, a Lamb wave element, a thin film resonator (FBAR) and the like.
  • FBAR thin film resonator

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Abstract

　複合基板１０は、支持基板１２と圧電基板１４とを貼り合わせたものであり、本実施形態では、支持基板１２と圧電基板１４とを接着層１６によって貼り合わせたものである。この複合基板１０は、支持基板１２が透光性アルミナセラミックで作製されているため、支持基板が不透明なセラミックで作製されている場合に比べて、ＦＣＢのときにアライメントがしやすくなる。また、支持基板１２の可視光領域（３６０～７５０ｎｍ）における直線透過率及び前方全光線透過率は、それぞれ１０％以上及び７０％以上であることが好ましい。

Description

複合基板
　本発明は、複合基板に関する。
　従来、支持基板と圧電基板とを貼り合わせた複合基板に、電極を設けて弾性波デバイスを作製することが知られている。ここで、弾性波デバイスは、例えば、携帯電話などの通信機器におけるバンドパスフィルタとして使用されている。また、複合基板は、圧電基板としてニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム、支持基板としてシリコンや石英、セラミックスを用いたものが知られている（特許文献１参照）。セラミックスとしては、パッケージ材料として汎用されているものが記載されている。
特開２００６－３１９６７９号公報
　しかしながら、従来の複合基板は、支持基板が不透明なセラミックで作製されているため、フリップ・チップ・ボンディング（ＦＣＢ）のときにアライメントがしにくいという問題があった。具体的には、図６に示すように、ＦＣＢのとき、支持基板１１２と圧電基板１１４とを貼り合わせた複合基板１１０を、圧電基板１１４が下、支持基板１１２が上になるようにして、圧電基板１１４上のＡｕ製のボールバンプ１１４ａと、プリント基板１０２上の電極パッド１０２ａとの位置合わせ（アライメント）を行う必要がある。アライメントは、支持基板１１２側に配置したカメラで確認しながら行う。このとき、圧電基板１１４は透明だが、支持基板１１２は不透明なセラミックであるため、支持基板１１２を通してアライメントするのは容易ではなかった。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ＦＣＢのときにアライメントがしやすい複合基板を提供することを主目的とする。
　本発明の複合基板は、支持基板と圧電基板とを貼り合わせた複合基板であって、前記支持基板の材料は、透光性セラミックである。
　本発明の複合基板によれば、支持基板が不透明なセラミックで作製されている場合に比べて、ＦＣＢのときにアライメントがしやすくなる。すなわち、一般に圧電基板は透明であり、ＦＣＢのときには、圧電基板が下、支持基板が上になるが、支持基板が透光性セラミック製のため、支持基板を通して圧電基板の位置（圧電基板上に設けられるボールバンプの位置など）を確認することができる。このため、アライメントがしやすくなる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板の可視光領域（３６０～７５０ｎｍ、以下同じ）における直線透過率及び前方全光線透過率は、それぞれ１０％以上及び７０％以上であることが好ましい。こうすれば、上述した本発明の効果をより確実に得ることができる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板の前方全光線透過率は波長２００ｎｍで８０％以上であることが好ましい。こうすれば、圧電基板の表面にフォトレジスト膜を形成したあと、波長２００ｎｍ付近のＵＶを用いてフォトレジスト膜の露光を行う際、圧電基板と支持基板との界面での反射を抑制し、高精度のパターニングが可能となる。また、露光装置の解像度は、ｋ×λ／ＮＡで定義される（ｋ：係数、λ：光源の波長、ＮＡ：投影レンズの開口数）ため、短波長で露光することで、微細パターンが形成できる。ここで、支持基板の表裏両面の少なくとも片面は粗面（例えば算術平均粗さＲａが５～２０ｎｍ）であることが好ましい。この場合、表裏両面が鏡面（例えば算術平均粗さＲａが０．５～２ｎｍ）の場合と比べて、波長２００ｎｍにおける前方全光線透過率の値が高くなる。特に、支持基板の両面が粗面であることが、波長２００ｎｍにおける前方全光線透過率の値がより高くなるため好ましい。
　本発明の複合基板において、前記支持基板と前記圧電基板とは接着層を介して張り合わされており、前記接着層の屈折率は、前記支持基板の屈折率と前記圧電基板の屈折率との間の値であることが好ましい。こうすれば、圧電基板の上方から照射された光が接着層及び支持基板を通過しやすくなる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板は、キャビティを備えていてもよい。支持基板は、透光性セラミックの原料を成形し焼成することにより得られるため、キャビティを備えた支持基板を作製する際には、キャビティを備えた成形体が得られるような金型を使用すればよい。このため、マスキングやエッチングの工程が不要となる。例えば、支持基板として透光性セラミック基板ではなくシリコン基板を用いる場合、そのシリコン基板にキャビティを作製するには、まずシリコン基板の片面（圧電基板と接合する面とは反対側の面）をマスクで被覆し、次にそのマスクを露光・現像し、その後マスクされていない部分をエッチングするという一連の工程が必要となる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板の熱膨張率は４～９ｐｐｍ／℃であることが好ましい。こうすれば、高温での熱膨張が小さく、温度特性改善効果に優れる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板の平均結晶粒径は１０μｍ～５０μｍであることが好ましい。こうすれば、平均結晶粒径が小さいため、不要なバルク波の反射を少なくすることができる。また、ＵＶ透過率、強度も高くなる。
　本発明の複合基板において、前記支持基板の材料は、透光性アルミナセラミックであることが好ましい。透光性アルミナセラミックからなる支持基板の特性は以下のとおり。
・直線透過率　可視光領域で１０％以上
・前方全光線透過率　可視光領域で７０％以上（波長２００ｎｍのときに８０％以上）、この透過率は波長３００ｎｍより短波長側で急上昇する。
・アルミナ純度　９９．９％以上
・結晶粒径　１０～５０μｍ
・熱膨張率　４～９ｐｐｍ／℃
複合基板１０の構成の概略を示す斜視図。 複合基板１０の製造工程を示す斜視図。 複合基板１０を用いて作製した１ポートＳＡＷ共振子３０の斜視図。 支持基板Ａ～Ｃの前方全光線透過率スペクトルのグラフ。 測定装置４０の説明図。 複合基板１１０をプリント基板１０２に搭載するときの様子を表す説明図。
　次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である複合基板１０の構成の概略を示す斜視図である。
　複合基板１０は、図１に示すように、支持基板１２と圧電基板１４とを貼り合わせたものであり、本実施形態では、支持基板１２と圧電基板１４とを接着層１６によって貼り合わせたものである。この複合基板１０は、１箇所がフラットになった円形に形成されている。このフラットな部分は、オリエンテーションフラット（ＯＦ）と呼ばれる部分であり、例えば、弾性表面波デバイスの製造工程において諸操作を行う際などに、ウエハ位置や方向の検出などを行うときに用いられる。
　支持基板１２は、アルミナ純度が９９％以上、熱膨張率が４～９ｐｐｍ／℃の透光性アルミナセラミック基板である。この支持基板１２の可視光領域における直線透過率は１０％以上である。また、支持基板１２の可視光領域における前方全光線透過率は７０％以上であり、波長２００ｎｍのときに８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上である。支持基板１２の両面の算術表面粗さＲａは０．５～２０ｎｍである。ここで、支持基板１２の両面とも鏡面（例えばＲａ０．５～２ｎｍ）の場合に比べて、片面が鏡面でもう片面が粗面（例えばＲａ５～２０ｎｍ）の方が前方全光線透過率が高くなるため好ましく、両面とも粗面の方が前方全光線透過率が一層高くなるため好ましい。支持基板１２の平均結晶粒径は１０μｍ～５０μｍである。
　圧電基板１４は、弾性波（例えば弾性表面波）を伝搬可能な圧電体の基板である。圧電基板１４の材料としては、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、水晶などが挙げられる。これらの熱膨張率は１３～１６ｐｐｍ／℃である。こうした圧電基板１４は透明である。
　接着層１６は、支持基板１２と圧電基板１４とを接着する層である。接着層１６の材料は、特に限定されないが、耐熱性を有する有機接着剤が好ましく、例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤などが挙げられる。また、接着層１６の屈折率は、支持基板１２の屈折率と圧電基板１４の屈折率との間の値である。この接着層１６の厚みは、１μｍ以下であるが、好ましくは０．２～０．６μｍである。
　こうした複合基板１０の製造方法の一例について、図２を用いて以下に説明する。図２は、複合基板１０の製造工程を示す斜視図である。まず、ＯＦを有する所定の直径及び厚さの支持基板１２を用意する。また、支持基板１２と同じ直径の圧電基板２４を用意する（図２（ａ）参照）。圧電基板２４は、圧電基板１４よりも厚い。そして、接着剤を支持基板１２の表面と圧電基板２４の裏面との少なくとも一方に均一に塗布する。その後、両基板１２，２４を貼り合わせ、接着剤が熱硬化性樹脂の場合には加熱して硬化させ、接着剤が光硬化性樹脂の場合には光を照射して硬化させて接着層１６とする（図２（ｂ）参照）。その後、研磨機にて圧電基板２４を研磨して所定厚さまで薄くすることで圧電基板１４とし、複合基板１０を得る（図２（ｃ）参照）。
　こうして得られた複合基板１０は、この後、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて電極を形成して、複合基板１０を多数の弾性表面波デバイスの集合体としたあと、ダイシングにより１つ１つの弾性表面波デバイスに切り出される。複合基板１０を弾性表面波デバイスである１ポートＳＡＷ共振子３０の集合体としたときの様子を図３に示す。１ポートＳＡＷ共振子３０は、フォトリソグラフィ技術により、圧電基板１４の表面にＩＤＴ電極３２，３４と反射電極３６とが形成されたものである。ＩＤＴ電極３２，３４は、例えば以下のようにして形成される。まず、圧電基板１４の上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを通してフォトレジストに光を照射する。次に現像液に浸漬させ、不要なフォトレジストを除去する。フォトレジストがネガレジストの場合には、フォトレジストのうち光が当たった部分が圧電基板１４に残る。一方、フォトレジストがポジレジストの場合には、フォトレジストのうち光が当たらなかった部分が圧電基板１４に残る。次に電極材料（例えばＡｌ）を全面に蒸着し、フォトレジストを除去することで、櫛形のＩＤＴ電極３２，３４が得られる。ＩＤＴ電極３２は＋極、ＩＤＴ電極３４は－極であり、互いに交互に並ぶようにパターン形成される。そして、隣接する＋極同士の間隔（周期間隔）が波長λに相当し、音速ｖを波長λで除した値が共振周波数ｆｒに相当する。
　以上詳述した本実施形態の複合基板１０によれば、支持基板１２が透光性アルミナセラミックで作製されているため、支持基板が不透明なセラミックで作製されている場合に比べて、ＦＣＢのときにアライメントがしやすくなる。すなわち、ＦＣＢのときには、透明な圧電基板１４が下、支持基板１２が上になるが、支持基板１２が透光性セラミック製のため、支持基板１２を通して圧電基板１４の位置（圧電基板１４上に設けられるＡｕ製のボールバンプの位置など）を確認することができる。このため、アライメントがしやすくなる。また、複合基板１０は、支持基板１２の可視光領域における直線透過率及び前方全光線透過率がそれぞれ１０％以上及び７０％以上であるため、こうした効果をより確実に得ることができる。
　また、支持基板１２の熱膨張率が圧電基板１４よりも小さいため、温度が変化したときの圧電基板１４の大きさの変化が支持基板１２によって抑制される。したがって、この複合基板１０を用いて作製した弾性波デバイスの温度に対する周波数特性の変化を抑えることができる。特に、複合基板１０は、支持基板１２の熱膨張率が４～９ｐｐｍ／℃であるため、高温での熱膨張が小さく、弾性波デバイスの温度特性改善効果に優れる。
　更に、複合基板１０は、前方全光線透過率が波長２００ｎｍで８０％以上である。そのため、圧電基板２４の表面にフォトレジスト膜を形成したあと、波長２００ｎｍ付近のＵＶを用いてフォトレジスト膜の露光を行う際、圧電基板２４と支持基板１２との界面での反射を抑制し、高精度のパターニングが可能となる。また、露光装置の解像度は、ｋ×λ／ＮＡで定義される（ｋ：係数、λ：光源の波長、ＮＡ：投影レンズの開口数）ため、短波長で露光することで、微細パターンが形成できる。
　更にまた、接着層１６の屈折率は支持基板１２の屈折率と圧電基板１４の屈折率との間の値であるため、圧電基板１４の上方から照射された光が接着層１６及び支持基板１２を通過しやすくなる。
　そしてまた、支持基板１２の平均結晶粒径が１０μｍ～５０μｍと小さいため、不要なバルク波の反射を少なくすることができる。また、ＵＶ透過率、強度も高くなる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、複合基板１０を用いて弾性波デバイスの一つである弾性表面波デバイスを作製する場合について説明したが、複合基板１０を用いてラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ）のような他の弾性波デバイスを作製してもよい。
　上述した実施形態では、支持基板１２と圧電基板１４とを接着層１６により貼り合わせて複合基板１０を作製したが、支持基板１２と圧電基板１４とを直接接合により貼り合わせて複合基板を作製してもよい。両基板１２，１４を直接接合により貼り合わせる場合、例えば以下の方法が例示される。すなわち、まず、両基板１２，１４の接合面を洗浄し、該接合面に付着している不純物（酸化物や吸着物等）を除去する。次に、両基板１２，１４にアルゴン等の不活性ガスのイオンビームを両基板の接合面に照射することで、残留した不純物を除去すると共に接合面を活性化させる。その後、真空中、常温で両基板１２，１４を貼り合わせる。
　上述した実施形態において、支持基板１２は、キャビティを備えていてもよい。支持基板１２は、透光性アルミナセラミックの原料を成形し焼成することにより得られるため、キャビティを備えた支持基板１２を作製する際には、キャビティを備えた成形体が得られるような金型を使用すればよい。このため、マスキングやエッチングの工程が不要となる。例えば、支持基板１２として透光性アルミナセラミック基板ではなくシリコン基板を用いる場合、そのシリコン基板にキャビティを作製するには、まずシリコン基板の片面（圧電基板と接合する面とは反対側の面）をマスクで被覆し、次にそのマスクを露光・現像し、その後マスクされていない部分をエッチングするという一連の工程が必要となる。
　上述した実施形態では、支持基板１２を透光性アルミナセラミック基板としたが、支持基板１２をアルミナ以外の透光性を有するセラミック基板としてもよい。その場合でも、ＦＣＢのときにアライメントがしやすくなるという効果が得られる。
［透光性アルミナ基板（支持基板Ａ～Ｃ）］
　直径φ１００ｍｍの透光性アルミナ基板を以下の製法で用意した。最初に、表１の成分を混合したスラリーを調製した。なお、α－アルミナ粉末は、比表面積３．５～４．５ｍ2／ｇ、平均一次粒子径０．３５～０．４５μｍのものを用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　このスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注入した後、室温で１時間放置した。次いで４０℃で３０分放置し、固化を進めてから、離型した。さらに、室温、次いで９０℃の各々にて２時間放置して、板状の粉末成形体を得た。得られた粉末成形体を、大気中１１００℃で仮焼（予備焼成）した後、仮焼体をモリブデン製の板に載せ、上側に０．１～０．５ｍｍのすき間をあけた状態で、水素：窒素＝３：１（体積比）の雰囲気中１７００～１８００℃で焼成を行った。その後、その焼成体をモリブデン製の板に載せ、さらにその上にモリブデン製の重りを載せて、水素：窒素＝３：１（体積比）の雰囲気中１７００～１８００℃でアニール処理を実施した。焼成時に上側にすき間をあけることで、添加物（主にマグネシア等）の排出を行うとともに、アニール処理時に重りを載せて（荷重を掛けて）焼成と同等温度でアニールすることで、緻密化を促進した。このようにして透光性アルミナ基板を得た。
　この透光性アルミナ基板を３つ用意し、１つ目は両面を研削した支持基板（以下、支持基板Ａという）とし、２つ目は両面を研磨した支持基板（以下、支持基板Ｂという）とし、３つめは片面を研磨、片面を研削した支持基板（以下、支持基板Ｃという）とした。研削は、ダイヤモンド砥粒、＃１５００の砥石を用いて行った。研磨は、研削後の表面を平均粒径０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いてラップ研磨し、更に表面をコロイダルシリカスラリーと硬質ウレタンパッドを用いてポリッシングした。各支持基板につき、触針式表面粗さ計で算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。また、後述する図５の測定装置４０により前方全光線透過率を測定した。それらの結果を表２に示す。また、図４には前方全光線透過率スペクトルのグラフを示す。さらに、各支持基板の平均結晶粒径、熱膨張係数、可視光領域における直線透過率を測定した。それらの結果も表２に示す。
　なお、前方全光線透過率は、図５の測定装置４０によって得られた測定値に基づいて算出した。図５の測定装置は、積分球４１の開口部を試料Ｓ（厚さ３ｍｍ）で塞ぎ、穴４４（直径φ３ｍｍ）を有するプレート４２を試料Ｓの上面に載置し、その状態で光源４６からの光を穴４４を通して試料Ｓへ照射し、積分球４１を用いて試料Ｓを通過してきた光を集め、その光の強度を検出器４８により測定するものである。前方全光線透過率は、以下の式により求めた。
　前方全光線透過率＝１００×（測定した光の強度）／（光源の強度）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
［実施例１（複合基板）］
　支持基板Ａの上に、屈折率１．９のエポキシ系接着剤を１μｍ以下の厚みで、スピナーを用いて塗布した。接着剤の屈折率がＬｉＴａＯ3（屈折率２．１）と透光性アルミナ（屈折率１．７）との間の値の場合に、ＬｉＴａＯ3の上方から照射された光が接着層及び支持基板Ａを通過しやすくなる（光の透過性がよくなる）。そのため、屈折率１．９のエポキシ系接着剤を用いた。別途用意した２３０μｍの厚みを持つ４２Ｙ－Ｘ　ＬｉＴａＯ3圧電基板（切り出し角が回転Ｙカットである４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3圧電基板）を支持基板Ａと接着し、約１５０℃の温度で低温焼成した。圧電基板の表面をグラインダーで粗研磨し、圧電基板の厚みを２５μｍまで薄くした。更に同表面を同様にコロイダルシリカと硬質ウレタンパッドを用いて精密研磨し表面を鏡面化した。このときの圧電基板の厚みは２０μｍであった。最後に２５０℃のオーブンに投入し、接着剤を完全に硬化させて複合基板とした。
　この複合基板の圧電基板上にフォトリソプロセスを通してアルミからなる櫛形のＩＤＴ電極を形成し、ＳＡＷ共振器を作成した。ＩＤＴ電極は、波長１９３ｎｍのＡｒＦの露光機を用いて、リフトオフにより形成した。リフトオフでは、最初に、圧電基板の表面にネガレジストを塗布し、フォトマスクを通してネガレジストに光を照射した。次に現像液に浸漬させ、不要なネガレジストを除去した。これにより、ネガレジストのうち光が当たった部分が圧電基板上に残った。次に電極材料のＡｌを全面に蒸着し、ネガレジストを除去することで、所望のパターンのＩＤＴ電極を得た。ＩＤＴ電極の周期間隔は４．５μｍとした。得られたＳＡＷ共振器をネットワークアナライザーで測定したところ、室温にて９２０ＭＨｚ付近に共振周波数が見られた。更に、このＳＡＷ共振器を恒温槽内に設置し、温度を－２０～９０℃と変化させその時の共振周波数を測定した。これらの測定データよりＴＣＦ（周波数温度係数）を算出したところ、－２５ｐｐｍ／℃であり、ＬＴ単板のＳＡＷ共振器と比べて約１５ｐｐｍ／℃の温度特性の改善が見られた。短波長の光を用いたことでパターニング精度が向上し、電極の周期間隔のばらつきに応じて生じる、共振器周波数のばらつきも低減できた。
［比較例１（複合基板）］
　支持基板として、透光性アルミナ基板の代わりにＳｉ基板を用いた以外は、実施例１の製法に準じて複合基板を作製し、圧電基板上にＳＡＷ共振器を作製した。フォトリソプロセスの露光の際に、圧電基板と支持基板との接合界面でＵＶ光が反射し、実施例１と比べてＩＤＴ電極のパターニング精度が悪化した。そのため、共振周波数のばらつきが実施例１と比べて大きくなった。
　本出願は、２０１２年６月１３日に出願された米国特許仮出願第６１／６５８９８８号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などの弾性波デバイスに利用可能である。
１０，１１０　複合基板、１２，１１２　支持基板、１４，１１４　圧電基板、１６　接着層、２４　圧電基板、３０　１ポートＳＡＷ共振子、３２，３４　ＩＤＴ電極、３６　反射電極、４０　測定装置、４１　積分球、４２　プレート、４４　穴、４６　光源、４８　検出器、１０２　プリント基板、１０２ａ　電極パッド、１１４ａ　ボールバンプ、Ｓ　試料。

Claims (7)

  1. 　支持基板と圧電基板とを貼り合わせた複合基板であって、
    　前記支持基板の材料は、透光性セラミックである、複合基板。
  2. 　前記支持基板の可視光領域（３６０～７５０ｎｍ）における直線透過率及び前方全光線透過率は、それぞれ１０％以上及び７０％以上である、請求項１に記載の複合基板。
  3. 　前記支持基板の前方全光線透過率は波長２００ｎｍのときに８０％以上である、請求項１又は２に記載の複合基板。
  4. 　前記支持基板の表裏両面の少なくとも片面の算術平均粗さＲａは５～２０ｎｍである、請求項３に記載の複合基板。
  5. 　前記支持基板と前記圧電基板とは接着層を介して張り合わされており、前記接着層の屈折率は、前記支持基板の屈折率と前記圧電基板の屈折率との間の値である、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合基板。
  6. 　前記支持基板はキャビティを備えている、請求項１～５のいずれか１項に記載の複合基板。
  7. 　前記支持基板の材料は、透光性アルミナセラミックである、請求項１～６のいずれか１項に記載の複合基板。
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