JP2011019043A

JP2011019043A - 複合基板及び複合基板の製造方法

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Publication number: JP2011019043A
Application number: JP2009161666A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健司鈴木
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】多結晶支持基板と圧電基板との接着強度をより高めることができる複合基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複合基板１０は、圧電基板１２と、第１支持基板１４と第１平滑層１６とを有する支持基板１７と、第１接着層１９とを備えたものである。第１支持基板１４は、圧電基板１２の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板である。第１平滑層１６は第１支持基板１４の表面に溶着されて、支持基板１７の表面に第１支持基板１４の表面粗さより小さい表面粗さの表面を形成するものである。このような支持基板１７は、平滑な表面を有するため、圧電基板１２との接着強度をより高めることができる。また、溶着によって第１平滑層１６が形成されているから、第１平滑層１６と第１支持基板１４とが剥離しにくい。このため圧電基板と支持基板との接着強度をより高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合基板及び複合基板の製造方法に関する。

従来より、携帯電話等に使用されるフィルタ素子や発振子として機能させることができる弾性表面波デバイスや、圧電薄膜を用いたラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ：ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）などの弾性波デバイスが知られている。こうした弾性波デバイスとしては、弾性波を伝搬させる圧電基板とこの圧電基板よりも小さな線熱膨張係数（以下「熱膨張係数」という）を持つ支持基板とを接合した数インチの大きさの複合基板を作製し、その複合基板にフォトリソグラフィ技術を用いて多数の櫛歯電極を設けたあと、ダイシングにより切り出したものが知られている。このような複合基板を利用することにより、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化が支持基板によって抑制されるため、弾性波デバイスとしての周波数特性が安定化する。例えば特許文献１では、圧電基板であるタンタル酸リチウム（以下ＬＴとも称する）と支持基板であるシリコン基板とをエポキシ接着剤からなる接着層によって貼り合わせた構造の弾性波デバイスが提案されている。また、例えば、特許文献２では、圧電基板であるＬＴ基板と支持基板であるセラミック基板とを接着剤によって貼り合わせた構造の弾性表面波デバイスが提案されている。

特開２００７−１５０９３１号公報特開２００７−１３４８８９号公報

ところで、セラミック基板などの多結晶基板においては、シリコン基板などの単結晶基板に比して表面にピンホールや細かな凹凸が存在することが多い。この多結晶基板の表面を研磨することがあるが、こうしても十分に平滑にすることができない場合がある。このように基板表面に存在するピンホールや細かな凹凸は、基板同士の接着時に空気などのガス成分を巻き込むなどして、良好な接着を阻害することがあった。

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、支持基板として多結晶基板を用いたものにおいて、支持基板と圧電基板との接着強度をより高めることができる複合基板及びその製造方法を提供することを主目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明者らは、支持基板としての多結晶セラミックス基板について、表面にガラス層を形成・熱処理して平滑表面を有するものとしてＬＴ基板と接着したところ、接着強度をより高めることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の複合基板は、
第１支持基板と、
前記第１支持基板の表面に形成された第１平滑層と、
前記第１平滑層に接着された圧電基板と、を備え、
前記第１支持基板は前記圧電基板の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板であり、前記第１平滑層は、前記第１支持基板に溶着によって形成されており、前記圧電基板側の面が前記第１支持基板の表面粗さより小さい表面粗さを有するものである。

本発明の複合基板の製造方法は、
圧電基板の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板である第１支持基板の表面に所定の溶着材料を形成し、溶着して、前記第１支持基板の表面粗さより小さい表面粗さを有する第１平滑層を前記第１支持基板の表面全体に形成する第１平滑層形成工程と、
前記圧電基板と前記第１平滑層とを接着する接着工程と、
を含むものである。

このような本発明の複合基板及び複合基板の製造方法では、多結晶基板である支持基板の表面全体に第１平滑層を形成させることによって、支持基板表面の凹凸を覆って平滑な表面とすることができるため、圧電基板との接着強度をより高めることができる。また、溶着によって第１平滑層が支持基板上に形成されているから、第１平滑層と支持基板とが剥離しにくい。したがって、支持基板と圧電基板との接着強度をより高めることができる。ここで、「支持基板の表面全体」とは、１面の全体であってもよいし、２面以上の面の全体であってもよい。

あるいは、本発明の複合基板は、
第１支持基板と、
前記第１支持基板の表面に形成された第１平滑層と、
前記第１平滑層に接着された圧電基板と、を備え、
前記第１支持基板は多結晶基板であり、前記第１平滑層は溶着によって前記第１支持基板に形成されたガラス層であるものとしてもよい。

また、本発明の複合基板の製造方法は、
多結晶基板である第１支持基板の表面にガラス成分を含む溶着材料を形成し、溶着して、ガラス層である第１平滑層を前記第１支持基板の表面全体に形成する第１平滑層形成工程と、
前記圧電基板と前記第１平滑層とを接着する接着工程と、
を含むものとしてもよい。

このような本発明の複合基板及び複合基板の製造方法では、多結晶基板である支持基板の表面全体にガラス層である第１平滑層を形成させることによって、支持基板表面の凹凸を覆ってより平滑な表面とすることができるため、圧電基板との接着強度をより高めることができる。また、溶着によって第１平滑層が支持基板上に形成されているから、第１平滑層と支持基板とが剥離しにくい。したがって、支持基板と圧電基板との接着強度をより高めることができる。また、ガラス成分は溶着時に平滑な面を形成しやすく、好適である。更に、多結晶基板は、例えば単結晶基板と比してより容易に作製することが可能であり、好適である。

本発明において、表面粗さは、評価長さにおける粗さ曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値との和を示す値であり、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に基づいて求めた粗さ曲線の最大断面高さＲ_tをいう。

複合基板１０の斜視図である。複合基板１０を用いて作成した弾性波デバイス３０の斜視図である。複合基板の製造プロセスを模式的に示す説明図である。複合基板４０の断面図である。複合基板５０の断面図である。複合基板６０の断面図である。

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は本実施形態の複合基板１０の斜視図である。この複合基板１０は、圧電基板１２と、第１支持基板１４と、第１平滑層１６と、第１接着層１９とを備えている。この複合基板１０は、弾性波デバイスに利用されるものであり、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、オリエーテンションフラット（以下ＯＦとも称する）と呼ばれる部分であり、弾性表面波デバイスの製造工程において諸操作を行うときのウエハ位置や方向の検出などに用いられる。

圧電基板１２は、弾性表面波を伝搬可能な圧電体の基板である。この圧電基板１２の材質としてはタンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ランガサイト（ＬＧＳ）又はランガテイト（ＬＧＴ）であることが好ましく、このうち、ＬＴ又はＬＮであることがより好ましい。ＬＴやＬＮは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波デバイスとして適しているからである。また、圧電基板１２の主面の法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電基板がＬＴからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に４０〜４７°（例えば４２°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましく、圧電基板１２がＬＮからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に１２５〜１３０°（例えば１２８°）回転した方向のものや、あるいは、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に６２〜７２°（例えば６４°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電基板１２の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径３〜６インチで厚みが、０．２〜０．５ｍｍである。この圧電基板１２としては、例えば、表面粗さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下のものを用いることができる。

第１支持基板１４は、圧電基板１２と貼り合わされて、圧電基板１２の熱膨張による変形を抑制するものである。よって、この第１支持基板１４は熱膨張係数が圧電基板の熱膨張係数より小さいことが好ましい。例として、複合基板１０の圧電基板１２及び支持基板１４に用いられる材質の熱膨張係数を表１に示す。この第１支持基板１４は、単結晶基板に比して表面粗さが大きいが、製造工程がより簡素であるなどの特徴を有する多結晶基板である。この第１支持基板１４は、圧電基板１２の表面粗さより大きい表面粗さを有するものである。この第１支持基板１４は表面を研磨したものであってもよい。表面を研磨したものであれば、より表面粗さを適切なものとすることができるからである。この第１支持基板１４の表面粗さＲ_tは、例えば１μｍ以上５μｍ以下のものを用いることができ、２μｍ以上３μｍ以下のものを用いるのがより好ましい。第１支持基板１４の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、セラミックスであることが好ましく、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン及び窒化ケイ素からなる群より選択される少なくとも一種を含むものであることが好ましい。このうち、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）であることがより好ましい。

第１平滑層１６は、第１接着層１９を介して圧電基板１２と接着されるものである。この第１平滑層１６は、表面粗さが第１支持基板１４の表面粗さより小さいものである。ここで、第１平滑層１６の表面粗さとは、第１接着層１９と接する側の面の表面粗さのことをいう（以下同様とする）。このような平滑層を設けると、圧電基板との接着時に支持基板表面の凹凸での空気を巻き込みを抑制するなどして、接着強度の低下をより抑制できるからである。第１平滑層１６の表面粗さと圧電基板の表面粗さとの差は、第１平滑層１６の表面粗さと第１支持基板１４の表面粗さとの差より小さいことが好ましい。この第１平滑層１６は、第１支持基板１４の表面に溶着されている。このため、第１支持基板１４の表面により強固に形成されたものとすることができる。第１平滑層１６の材質は、有機材料でもよいし無機材料でもよいが、無機材料のほうが好ましい。なかでも、非晶質材料であることが好ましい。非晶質材料としては、ガラスがより好ましい。ガラスであれば熱処理によって容易に平滑表面が得られるからである。なかでも、アルカリ鉛フリー系のガラスであることがより好ましい。アルカリ鉛フリー系ガラスは耐熱性や強度が高いからである。また、支持基板としてアルミナを用いた場合、アルカリ鉛フリー系ガラスはアルミナとの濡れ性が良好で、より剥離しにくい平滑層を形成可能だからである。

第１接着層は、圧電基板と第１平滑層とを接着するものである。材質としては特に限定されるものではないが、有機接着剤であることが好ましい。このような有機接着剤としては、例えばエポキシ系やアクリル系のものとすることができる。このような第１接着層は、厚さが０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。

図２には本発明の複合基板を用いて形成された弾性波デバイス３０を示す。この弾性波デバイス３０は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、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３０に切り出したものである。弾性表面波デバイス３０は、フォトリソグラフィ技術により、圧電基板１２の表面にＩＤＴ電極３２，３４と反射電極３６とが形成されている。

本発明の複合基板の製造方法は、（１）第１支持基板の表面に所定の溶着材料を形成し、溶着して第１平滑層を形成する第１平滑層形成工程、（２）圧電基板と第１平滑層とを接着する接着工程、とを含むものである。以下各工程順にこれらの工程を図面を用いて説明する。

（１）第１平滑層形成工程
第１平滑層形成工程では、まず、第１支持基板１４の表面に、所定の溶着材料を形成する（図３（ａ）参照）。第１支持基板１４は、圧電基板１２の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板である。この第１支持基板１４は、セラミックス基板であることが好ましい。また、熱膨張係数が圧電基板１２より小さいものであることが好ましい。第１支持基板１４の表面に形成する所定の溶着材料としては、有機材料を含むものとしてもよいし、無機材料を含むものとしてもよいが、無機材料を含むものであるほうが好ましい。無機材料の中でも、非晶質材料であることが好ましい。非晶質材料としては、ガラスを含むものであることが好ましい。ガラスを含むものであれば熱処理によってガラス成分が軟化して、その際、ガラスの表面張力によって容易に平滑表面が得られるからである。なかでも、アルカリ鉛フリー系のガラスを含むものであることがより好ましい。アルカリ鉛フリー系ガラスは耐熱性や強度が高く、軟化点も低いからである。また、支持基板としてアルミナを用いた場合、アルカリ鉛フリー系ガラスはアルミナとの濡れ性が良好で剥離しにくいからである。第１支持基板１４の表面に形成する方法としては、第１平滑層１６を形成可能な溶着材料を、適当な溶媒等と混練してスラリー状にしたものなどを用いることができる。また、溶着材料の粒体を支持基板１４の表面に配置するものとしてもよい。このようなスラリーなどを、印刷を用いるなどして第１支持基板１４の表面に溶着前の第１平滑層１５として形成することができる。次に、第１支持基板１４の表面に形成した溶着材料を溶着する（図３（ｂ）参照）。溶着は熱処理によって行うことができる。熱処理条件は、第１支持基板１４の表面に形成した溶着材料が溶着可能な条件であればよく、経験的に求めた温度や時間などとしてもよい。このとき、第１支持基板１４の表面粗さより小さい表面粗さを有する第１平滑層１６となるように溶着材料の種類や熱処理条件などを適宜設定することができる。さらに、第１平滑層の表面粗さと圧電基板の表面粗さとの差が、第１平滑層の表面粗さと第１支持基板の表面粗さとの差より小さくなるように溶着材料の種類や熱処理条件などを適宜設定してもよい。このようにして、第１支持基板１４の表面全体に第１平滑層１６を形成することができる。

（２）接着工程
接着工程では、第１平滑層形成工程で形成した支持基板１７と圧電基板２２とを接着剤２６を介して間接的に接着する。まず、支持基板１７と、圧電基板２２の接着面を洗浄し、両基板の接着面に付着している不純物を除去したものを用意する（図３（ｃ）参照）。このとき、圧電基板２２としては、接着面の表面粗さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下のものを用いることができる。ここで、支持基板１７の接着面は第１平滑層１６を有する面とする。次に、接着面の少なくとも一方に接着剤を均一に塗布する（図３（ｄ）参照）。その後、第１平滑層と圧電基板とを貼り合わせ、有機接着剤が熱硬化性樹脂の場合は加熱して硬化させ、有機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る（図３（ｄ）参照）。接着剤としては、有機接着剤であることが好ましく、例えばエポキシ系やアクリル系のものを用いることができる。接着層１９は０．１〜１．０μｍとなるように形成することが好ましい。０．１μｍ以上であれば、接着層の厚さが十分であり、接着強度を確保することができる。また、１．０μｍ以下であれば、有機接着層の熱膨張係数の影響をより小さくすることができる。このようにして得られた貼り合わせ基板２０について、必要に応じてＬＴ基板２２の表面を研磨して、複合基板１０を得ることができる（図３（ｅ）参照）。

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、複合基板の製造方法は、第１平滑層形成工程と、接着工程とを含むものとしたが、このほかに、複合基板における圧電基板とは反対側の第１支持基板の表面に第１支持基板より熱膨張係数が大きい第２支持基板を直接又は間接的に接着する第２支持基板接着工程、を含むものとしてもよい。この第２支持基板はめっきによって形成された金属としてもよい。図４は、第２支持基板接着工程を含む製造方法により作製した複合基板４０の説明図である。この複合基板４０では、第１支持基板１４の圧電基板１２とは反対側の表面に第２接着層２９を介して第２支持基板２７が接着されている。このようにして得られた複合基板４０では、圧電基板１２と支持基板１７との熱膨張差によって生じる曲げや反りを更に抑制することができる。このとき、複合基板における圧電基板とは反対側の第１支持基板の表面に、溶着材料を一面に形成したのち、これを溶着して、表面粗さが第１支持基板の表面粗さより小さくなるように第２平滑層を形成する第２平滑層形成工程、を含むものとしてもよい。図５は、第２平滑層形成工程及び第２支持基板接着工程を含む製造方法により作製した複合基板５０の説明図である。複合基板５０では、第１支持基板１４の圧電基板１２とは反対側の表面に第２平滑層２８が形成されている。この複合基板５０では、この第２平滑層２８の表面に第２接着層２９を介して第２支持基板２７が接着されている。このようにして得られた複合基板５０では、第１支持基板１４と第２支持基板２７との接着強度をより高めることができる。あるいは、第２平滑層を形成する第２平滑層形成工程、を含むものとし、第２支持基板接着工程を省略するものとしてもよい。この第２平滑層形成工程では、第１平滑層１５より厚い第２平滑層２８を形成するものとしてもよい。例えば、溶着材料としてガラスを用い、更に第２支持基板としてガラス板を用いるものとし、第１支持基板１４の表面にガラスの第２平滑層２８を形成すると共に、この第２平滑層２８によりガラスの第２支持基板２７を接合したものとしてもよい。図６は、第２平滑層形成工程を含む製造方法により作製した複合基板６０の説明図である。複合基板６０では、第１支持基板１４の圧電基板１２とは反対側の表面に、第１平滑層１５よりも厚い第２平滑層２８がガラス層により形成されている。このようにして得られた複合基板６０では、圧電基板１２の熱膨張による変形をより抑制することができる。

上述した実施形態では、複合基板の製造方法は、研磨・研削工程を含むものとしてもよい。例えば、支持基板上に圧電基板を接着してから圧電基板の表面を研磨すれば、より容易に圧電基板表面の研磨を行うことができるからである。また、複合基板の側面を適切に研削することで、その後の加工による複合基板の割れなどを適切に抑制できるからである。

上述した実施形態では、複合基板は弾性波デバイスに用いるものとしたが、弾性波デバイス以外に用いてもよい。

［実施例１］
まず、圧電基板として、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が１００ｍｍ、厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を用意した。また、支持基板として、ＯＦ部を有し、直径が１００ｍｍ、厚さが３５０μｍの支持基板としてのガラス付アルミナ基板を用意した。ここで、ＬＴ基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４２°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。このＬＴ基板の表面粗さは０．１〜０．２μｍであった。またここで、ガラス付きアルミナ基板は、アルミナ基板の表面を表面粗さＲ_tが２μｍ〜３μｍとなるように研磨し、洗浄したものに、ガラス層を形成可能な材料としてＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＢａＯ，ＣａＯ等を含むスラリーを印刷によって形成して、１１００〜１２００℃の焼成炉内大気雰囲気下で４〜５時間熱処理して得られたガラス付きアルミナ基板を用いた。このガラス付きアルミナ基板のガラス面の表面粗さは０．１〜０．２μｍであった。次いで、ガラス付アルミナ基板のガラス側の表面にスピンコートによりエポキシ系接着剤を塗布し、ＬＴ基板を貼付けて１８０℃に加熱し、有機接着層（エポキシ系接着剤が固化した層）の厚さが０．３μｍの貼り合わせ基板を形成した。次いで、研削装置を使用して、この貼り合わせ基板の外周面を研削した。さらに、研磨機にてＬＴ基板の厚さが３０μｍとなるまでＬＴ基板の表面を研削・研磨した。このようにして実施例１の複合基板を得た。

［比較例１］
ガラス付きアルミナ基板のかわりにガラス層のないアルミナ基板を用いたこと以外は、実施例１と同様に比較例１の複合基板を作製した。

［実験結果］
平滑層を設けなかった比較例１では、研削時にアルミナ基板とＬＴ基板が剥離してしまった。一方、平滑層を設けた実施例１では、その後の研削時にも剥離することがなく、平滑層がないものと比較して接着強度をより高めることができることがわかった。このように、支持基板として多結晶基板を用いたものにおいて、多結晶基板の表面に溶着された平滑層を有するものとして接着することで、接着強度を高めることができることがわかった。

１０，４０，５０，６０複合基板、１２圧電基板、１４第１支持基板、１５第１平滑層（溶着前）、１６第１平滑層、１７支持基板（第１平滑層形成後）、１９第１接着層、２０貼り合わせ基板（研磨前複合基板）、２２圧電基板（研磨前）、２６接着剤、２７第２支持基板、２８第２平滑層、２９第２接着層、３０弾性波デバイス、３２，３４ＩＤＴ電極、３６反射電極。

Claims

第１支持基板と、
前記第１支持基板の表面に形成された第１平滑層と、
前記第１平滑層に接着された圧電基板と、を備え、
前記第１支持基板は前記圧電基板の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板であり、前記第１平滑層は、前記第１支持基板に溶着によって形成されており、前記圧電基板側の面が前記第１支持基板の表面粗さより小さい表面粗さを有する、複合基板。
前記第１支持基板はセラミックス基板であり、前記第１平滑層はガラス層である、請求項１に記載の複合基板。
第１支持基板と、
前記第１支持基板の表面に形成された第１平滑層と、
前記第１平滑層に接着された圧電基板と、を備え、
前記第１支持基板は多結晶基板であり、前記第１平滑層は溶着によって前記第１支持基板に形成されたガラス層である、複合基板。
前記複合基板は、前記第１支持基板の前記圧電基板とは反対側の面に前記第１支持基板より熱膨張係数が大きい第２支持基板を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合基板。
圧電基板の表面粗さより大きい表面粗さを有する多結晶基板である第１支持基板の表面に所定の溶着材料を形成し、溶着して、前記第１支持基板の表面粗さより小さい表面粗さを有する第１平滑層を前記第１支持基板の表面全体に形成する第１平滑層形成工程と、
前記圧電基板と前記第１平滑層とを接着する接着工程と、
を含む複合基板の製造方法。
前記第１支持基板はセラミックス基板であり、前記所定の溶着材料はガラス成分を含むものである、請求項５に記載の複合基板の製造方法。
多結晶基板である第１支持基板の表面にガラス成分を含む溶着材料を形成し、溶着して、ガラス層である第１平滑層を前記第１支持基板の表面全体に形成する第１平滑層形成工程と、
前記圧電基板と前記第１平滑層とを接着する接着工程と、
を含む複合基板の製造方法。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の複合基板の製造方法であって、
前記第１支持基板の前記圧電基板とは反対側の面に、前記第１支持基板より熱膨張係数が大きい第２支持基板を直接又は間接的に接着する第２支持基板接着工程、
を含む複合基板の製造方法。