ラム波型デバイスおよびその製造方法
【課題】圧電基板の厚さを薄くしてラム波の高周波化を可能にする、ラム波型デバイスを提供する。
【解決手段】ラム波型デバイスであるラム波型共振子１は、水晶基板２と、水晶基板２の一方の面にアルミニウム（Ａｌ）で形成された櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５と、水晶基板２の他方の面に金（Ａｕ）で形成された金属膜６と、金属膜６に接合されたシリコン基板である支持基板７と、支持基板７に形成され水晶基板２および金属膜６を介して櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５と対向して位置するキャビティー部８と、を有することを特徴とする。
【解決手段】ラム波型デバイスであるラム波型共振子１は、水晶基板２と、水晶基板２の一方の面にアルミニウム（Ａｌ）で形成された櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５と、水晶基板２の他方の面に金（Ａｕ）で形成された金属膜６と、金属膜６に接合されたシリコン基板である支持基板７と、支持基板７に形成され水晶基板２および金属膜６を介して櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５と対向して位置するキャビティー部８と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板の内部を伝搬するラム波を用いたラム波型デバイスおよびこのラム波型デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電基板の表面と裏面との間で反射を繰り返し圧電基板内を伝搬するラム波は、圧電基板の厚さＨがラム波の波長λの５波長以下の場合において、効率よく励振することが知られている。より詳細には、０＜（２Ｈ／λ）≦１０の条件を満たす場合において、ラム波の励振が効率的に行える、とされている。即ち、ラム波の波長λに対応して、圧電基板の厚さＨを可能な限り薄くすることにより、高い周波数のラム波を励振することが可能である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の技術では、ラム波の高周波化のために、圧電基板の厚さＨを薄くすることに伴い、圧電基板の耐衝撃性が低下する、という問題が生じていた。このため、製造工程においては、衝撃等を与えないように細心の加工が必要となることによる、製造効率の低下や、圧電基板を均一厚にすることの困難さによる歩留まりの低下等が生じる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るラム波型デバイスは、ラム波を励振するためのものであって、圧電基板と、前記圧電基板の一方の面に形成された励振電極と、前記圧電基板の他方の面に形成された保持膜と、前記保持膜に接合された支持基板と、前記支持基板に設けられ前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このラム波型デバイスによれば、圧電基板は、励振電極が形成されている面と反対側の面に保持膜および支持基板を有し、支持基板には、励振電極と対向してキャビティー部である凹部が設けられている。つまり、ラム波型デバイスの圧電基板は、その厚さが薄い薄板であっても、保持膜と、キャビティー部以外の部分に設けられた支持基板と、によって、耐衝撃性の低下が抑制されている。ここで、励振電極によって励振されるラム波は、圧電基板の内部を表裏面で反射を繰り返して伝搬するため、高周波のラム波を効率的に励振するには、圧電基板の厚さをできるだけ薄く、且つ均一な厚さにする必要がある。これに対応して、ラム波型デバイスは、薄板化された圧電基板の耐衝撃性が支持基板によって低下することなく維持される構成である。また、ラム波型デバイスは、支持基板の支持を受けないキャビティー部に位置する圧電基板においても、保持膜が圧電基板の耐衝撃性の低下をほぼ防ぐ構成を有しているため、キャビティー部に位置する圧電基板の厚さも、保持膜が無い場合に比べて薄く設定することが可能である。即ち、ラム波型デバイスは、ラム波の高周波化に対応した薄板の圧電基板を有し、キャビティー部と対向する励振電極によって、高周波のラム波を効率的且つ確実に励振することが可能である。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記保持膜は金属膜であることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ラム波型デバイスは、保持膜として金属膜を形成している。つまり、金属膜であれば、膜厚を厚くしなくても耐衝撃性の高い保持膜が形成でき、圧電基板を薄板化しても、その耐衝撃性の低下を抑制することが可能である。さらに、ラム波型デバイスは、金属膜の形成により、圧電基板の圧電効果を利用して電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値である、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することが可能である。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記支持基板は、シリコン、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸カリウムおよびガラスのいずれかであることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、これらの材料は、共晶結合、陽極結合、拡散結合等により保持膜との接合が可能であり、エッチング等の方法によりキャビティー部の加工が容易に行え、さらに支持基板としての強度も併せ持っている。これにより、保持膜に対応した、適切な支持基板の選択が可能である。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、圧電基板の一方の面に形成された励振電極の領域は、圧電基板の他方の面において、キャビティー部が形成されているため支持基板とは対向しておらず、保持膜のみと対向している。これにより、ラム波型デバイスは、圧電基板の内部を伝搬するラム波が、キャビティー部に位置する圧電基板の薄板部で励振されるため、支持基板の拘束を受けず、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなる。即ち、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果をほぼ最大限に利用して、より確実に高周波のラム波を励振することが可能である。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記励振電極は櫛歯状電極であり、前記櫛歯状電極の両側に反射器を有することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、ラム波型デバイスは、櫛歯状電極における櫛歯部の幅および配置ピッチにより、ラム波の波長の設定が容易に行える。即ち、圧電基板に応じた波長のラム波を容易に励振することが可能である。さらに、このラム波型デバイスは、反射器を有し、反射器は、櫛歯状電極で励振されたラム波を反射して共振させる。これにより、ラム波型デバイスは、高周波のラム波を共振することが可能である。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るラム波型デバイスの製造方法は、ラム波を励振するためのラム波型デバイスに関し、圧電基板の片側の面に保持膜を形成する膜形成ステップと、前記保持膜に支持基板を接合する接合ステップと、前記圧電基板を薄く加工する薄板化ステップと、前記圧電基板の面に励振電極を形成する電極形成ステップと、前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部を前記支持基板に設けるキャビティー部設置ステップと、を有することを特徴とする。
【００１７】
このラム波型デバイスの製造方法によれば、圧電基板に、まず、膜形成ステップによる保持膜と、接合ステップによる支持基板と、が形成され、薄板化ステップへ進む。薄板化ステップでは、圧電基板が保持膜と支持基板とによって補強された状態で加工されるため、圧電基板を所定の薄板に加工しても、その加工中において、不均一な板厚になることや、割れおよび欠け等の欠陥発生を防止することが可能である。そして、次の電極形成ステップによる励振電極の形成、およびキャビティー部設置ステップによるキャビティー部の設置も、圧電基板の欠陥発生等を防止して安定した加工が行える。このような製造方法により、ラム波型デバイスの圧電基板には、励振電極が形成されている面と反対側の面に保持膜および支持基板を有し、支持基板には、励振電極と対向してキャビティー部である凹部が設けられている。つまり、圧電基板は、その厚さが薄くても、保持膜と支持基板とによって、耐衝撃性の低下が抑制されている。ここで、励振電極によって励振されるラム波は、圧電基板の内部を表裏面で反射を繰り返して伝搬するため、高周波のラム波を効率的に励振するには、圧電基板の厚さをできるだけ薄く、且つ均一な厚さにする必要がある。これに対応して、ラム波型デバイスは、励振電極の位置する部分において、保持膜により圧電基板が補強されている構成である。即ち、保持膜が圧電基板の耐衝撃性の低下を抑制していることにより、圧電基板の厚さを、保持膜が無い場合に比べて薄くすることが可能となる。このような製造方法によるラム波型デバイスは、ラム波の高周波化に対応した薄板の圧電基板を有し、キャビティー部に位置する励振電極によって、高周波のラム波を効率的且つ確実に励振することが可能である。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に係るラム波型デバイスの製造方法において、前記膜形成ステップで形成する前記保持膜は金属膜であり、前記キャビティー部設置ステップで形成する前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、膜形成ステップで形成する保持膜が金属膜であれば、膜厚を厚くしなくても耐衝撃性の高い保持膜が形成でき、圧電基板を薄板化しても、その耐衝撃性の低下を抑制することが可能である。さらに、この金属膜の形成により、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果を利用して電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値である、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することが可能となる。また、キャビティー部設置ステップで形成したキャビティー部により、励振電極の領域は、圧電基板の保持膜側において、支持基板とは対向しておらず、保持膜のみと対向している。これにより、ラム波型デバイスは、ラム波が支持基板の拘束を受けない圧電基板の部分で励振するため、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなる。即ち、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果をほぼ最大限に利用して、より確実に高周波のラム波を励振することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るラム波型共振子の構成を示す平面図。
【図２】ラム波型共振子の構成を示す断面図。
【図３】ラム波型共振子の製造方法を示すフローチャート。
【図４】（ａ）膜形成ステップを示す断面図、（ｂ）接合ステップを示す断面図、（ｃ）薄板化ステップを示す断面図。
【図５】（ｄ）電極形成ステップを示す断面図、（ｅ）キャビティー部設置ステップを示す断面図。
【図６】ラム波型共振子の変形例の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、ラム波型デバイスおよびその製造方法の実施形態について、図面に従って説明する。この場合、ラム波型デバイスは、水晶等の圧電材の厚みを従来より薄くすることが可能な構成であることを特徴とし、本実施形態ではラム波型共振子を具体的な一例として示す。なお、図面において、各部品の縮尺等は、理解しやすいように、適宜変更して描いてある。
（実施形態）
【００２２】
図１は、本実施形態に係るラム波型共振子の構成を示す平面図であり、図２は、ラム波型共振子の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ'の断面を表している。まず、図１に示すように、ラム波型共振子（ラム波型デバイス）１は、矩形形状をなす圧電基板である水晶基板２と、水晶基板２の一方の面（片側の面）のほぼ中央に形成された櫛歯状電極（励振電極）３と、櫛歯状電極３の両側に形成された反射器４と、櫛歯状電極３から延在して形成され櫛歯状電極３へ駆動電圧を印加するための電極パッド５と、を有している。
【００２３】
また、櫛歯状電極３は、櫛歯状をなす複数本の電極指３１ａを有する第１電極３１と、同じく櫛歯状をなす複数本の電極指３２ａを有する第２電極３２と、により構成されている。そして、電極指３１ａのそれぞれは、ピッチＰが３μｍで形成され、電極指３２ａも同様にピッチＰが３μｍで形成されている。加えて、電極指３１ａと電極指３２ａとは、それぞれが１本毎交互に間挿された配置となっている。そして、ラム波型共振子１は、第１電極３１と連なり水晶基板２の一辺に沿って角部まで延在している電極パッド５ａと、第２電極３２と連なり水晶基板２に対し電極パッド５ａと対角位置の角部まで延在している電極パッド５ｂと、を有している。さらに、ラム波型共振子１は、櫛歯状電極３に対して、電極指３１ａおよび電極指３２ａが交互に配置されている方向の一方の側に形成された反射器４ａと、他方の側に形成された反射器４ｂと、を有している。反射器４ａおよび反射器４ｂは、電極指３１ａ，３２ａｂと同様な指を、電極指３１ａ，３２ａと平行な配置で、それぞれ複数本ずつ有している。これら櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５は、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着して形成されている。
【００２４】
次に、図２に示すように、一方の面に櫛歯状電極３等が形成されている水晶基板２の他方の面には、保持膜としての金属膜６と、水晶基板２との間に金属膜６を挟持してラム波型共振子１を支持している支持基板７と、が形成されている。金属膜６は、化学的に安定な金（Ａｕ）膜であって、スパッタリング法により、厚さＪが０．１μｍに形成されていて、水晶基板２が薄板化されることによる耐衝撃性の低下を抑制する役目を果たしている。なお、ラム波型共振子１においては、水晶基板２がいわゆるＡＴカットされた水晶であり、厚さＨが１５μｍに薄板化されている。そして、支持基板７は、シリコン（Ｓｉ）基板であって、金属膜６の金（Ａｕ）と共晶結合されていて、櫛歯状電極３および反射器４の領域より広い領域を有するキャビティー部８が形成されている。このキャビティー部８は、支持基板７のシリコン（Ｓｉ）をエッチングして形成され、水晶基板２および金属膜６を介して、櫛歯状電極３および反射器４と対向して位置している。即ち、櫛歯状電極３および反射器４が形成されている位置における、水晶基板２の他方の面側には、金属膜６のみが形成されている。
【００２５】
このような構成のラム波型共振子１は、電極パッド５に駆動電圧が印加されると、ＡＴカットの水晶基板２において、櫛歯状電極３により水晶基板２の一方の面と他方の面との間で反射を繰り返して伝搬するラム波が励振される。励振されたラム波は、弾性表面波等に比べて位相速度が速いため、その周波数を高くすることができる特徴を有している。そして、このラム波は、波長λが電極指３１ａおよび電極指３２ａのピッチＰに相当しており、反射器４ａ，４ｂの方向へ伝搬し、さらに、反射器４において反射する。ここで、既知のように、水晶基板２の厚さＨは、（２Ｈ／λ≦１０、即ちＨ／λ≦５）の関係から、ラム波の波長λの５波長以下の値の場合において、効率よく励振することが知見されている。ラム波型共振子１における（Ｈ／λ）を算出すると、１５／３＝５となり、この条件に該当する。従って、ラム波型共振子１は、櫛歯状電極３により、効率良くラム波が励振され、反射器４による反射によって共振するため、高周波信号を安定して生成することができる。
【００２６】
また、ラム波型共振子１は、金属膜６を形成することにより、電気機械結合係数が増加する効果も知見されている。電気機械結合係数は、水晶基板等の圧電基板による圧電効果を利用して、電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値であって、ラム波等の励振の効率に比例する係数である。この電気機械結合係数の増加効果により、ラム波型共振子１は、高周波のラム波をより効率的に励振することができる。そして、ラム波型共振子１は、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量を利用して、周波数をコントロールすることもできる。つまり、電極パッド５の面積を変えて静電容量を変化させることができ、例えば静電容量を高くすれば、周波数をより安定させること等が可能である。
【００２７】
次に、ラム波型共振子１の製造方法について説明する。図３は、ラム波型共振子の製造方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、水晶基板２に金属膜（保持膜）６であるＡｕ膜を形成する。このステップＳ１は、膜形成ステップに該当し、図４（ａ）は、膜形成ステップを示す断面図である。図４（ａ）に示すように、Ａｕ膜の形成は、水晶基板２の片側の面（他方の面）へスパッタリング法により、０．１μｍの厚さＪとなるように形成されている。Ａｕ膜は、化学的に安定した材料であり、後加工における熱や化学処理等の影響を受けにくく、且つ、長期的に腐食等の劣化の発生もほとんどない。その上、Ａｕ膜は金属膜６であって、水晶基板２の強度を補完し、耐衝撃性の低下等を抑制する効果を奏する。Ａｕ膜を形成した後、ステップＳ２へ進む。
【００２８】
ステップＳ２において、水晶基板２と支持基板７とを接合する。このステップＳ２は、接合ステップに該当し、図４（ｂ）は、接合ステップを示す断面図である。図４（ｂ）に示すように、支持基板７は、水晶基板２との間にＡｕ膜の金属膜６を挟持するようにして、Ａｕ膜に接合されている。この支持基板７は、シリコンの板であって、Ａｕ膜と共晶結合により接合されている。シリコン（Ｓｉ）と金（Ａｕ）とが共晶結合する温度である共晶点は、３６３℃であり、この温度以上による熱処理によって、支持基板７と金属膜６のＡｕ膜とを接合する。共晶結合されたシリコン（Ｓｉ）と金（Ａｕ）とは、機械的強度が高く、剥離しにくい。そのため、支持基板７は、Ａｕ膜を介して水晶基板２を支持することにより、水晶基板２の耐衝撃性の低下等をほぼ抑制することができる。支持基板７を接合した後、ステップＳ３へ進む。
【００２９】
ステップＳ３において、水晶基板２を薄板化する。このステップＳ３は、薄板化ステップに該当し、図４（ｃ）は、薄板化ステップを示す断面図である。図４（ｃ）に示すように、水晶基板２において、金属膜６および支持基板７が設けられている面と反対側の面（一方の面）を研磨して、厚さＨが１５μｍの薄板にする。研磨加工は、研磨液を供給しつつ砥石で水晶基板２を研削する湿式研磨で行う。研磨加工では、水晶基板２が金属膜６と支持基板７とによって支持されているため、加工応力による水晶基板２の割れや欠け等がほとんど発生せず、水晶基板２をより確実に薄板化することができる。また、水晶基板２を薄板にするときに、基板曲がり等の変形が発生しないため、水晶基板２を均一な厚さＨに加工することができる。なお、水晶基板２の薄板加工は、湿式研磨の他に、乾式研磨、ドライエッチング、ウエットエッチングおよびこれらを組み合わせた加工で行うことも可能である。水晶基板２の薄板加工後、ステップＳ４へ進む。
【００３０】
ステップＳ４において、水晶基板２へ櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する。このステップＳ４は、電極形成ステップに該当し、図５（ｄ）は、電極形成ステップを示す断面図である。図５（ｄ）に示すように、ステップＳ３で研磨加工した水晶基板２の面へ、フォトリソグラフィーにより、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する。詳細には、まず、研磨加工した水晶基板２の面へアルミニウム（Ａｌ）を全面に蒸着する。次に、蒸着したアルミニウム（Ａｌ）の全面を覆うようにレジストを塗布し露光する。このレジストの塗布は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の全面へネガレジスト剤をスピンコートによって塗布して、オーブン炉で焼成する。また、露光は、ネガレジスト剤を覆うようにガラスマスクをセットし、ネガレジストに対して紫外線を露光する。ガラスマスクは、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５の部分に配置された透過部と、透過部以外の遮光部と、を有し、透過部では紫外線が透過し、遮光部では紫外線が遮られる。ネガレジスト剤は、紫外線の露光された透過部に対向する部分が硬化する。次に、レジストを現像液によって現像すると、紫外線の露光によって硬化した部分は、現像によって溶解されないが、紫外線の露光されなかった部分は、現像によって溶解される。従って、現像後は、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５が形成される部分のみに、レジストが残った状態となっている。
【００３１】
そして、レジストが形成されていない部分のアルミニウム（Ａｌ）を、エッチングにより除去する。レジストが形成されている部分は、アルミニウム（Ａｌ）がエッチングで除去されずに凸状に残る。このようなエッチングにより、レジストで覆われた状態の櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成することができる。このエッチング後に、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を覆って残っているレジストを除去する。こうして、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５が形成される。櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５の形成後、ステップＳ５へ進む。
【００３２】
ステップＳ５において、支持基板７にキャビティー部８を設置する。このステップＳ５は、キャビティー部設置ステップに該当し、図５（ｅ）は、キャビティー部設置ステップを示す断面図である。図５（ｅ）に示すように、キャビティー部８は、水晶基板２および金属膜６を介して櫛歯状電極３および反射器４と対向する位置に設置されている。平面視すれば、図１に示すように、キャビティー部８の領域は、櫛歯状電極３および反射器４が形成されている領域より広い面積となっている。このキャビティー部８は、支持基板７のシリコン（Ｓｉ）を水酸化カリウム（ＫＯＨ）によりエッチングして形成される。エッチング加工は、まず、レジストによりキャビティー部８以外の部分を、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を含めて覆う。つまり、レジストに覆われていない部分は、支持基板７において、Ａｕ膜に接合した面と反対側の面に存在している。そして、エッチングにより、Ａｕ膜に達するまでシリコン（Ｓｉ）を除去すると、支持基板７に凹状部が形成される。最後に、レジストを除去すれば、この凹状部がキャビティー部８として支持基板７に設置される。以上で、ラム波型共振子１が完成し、フローが終了する。
【００３３】
以下、実施形態におけるラム波型共振子１およびその製造方法の効果をまとめて記載する。
【００３４】
（１）ラム波型共振子１は、水晶基板２が金属膜６と支持基板７とによって補強された構成であるため、水晶基板２を所定の薄板に加工する時の薄板化ステップにおいて、水晶の割れや欠け等の欠陥発生を防止することができる。これにより、ラム波型共振子１は、均一な厚さＨの水晶基板２を有することができ、高周波のラム波を励振することが可能である。
【００３５】
（２）ラム波型共振子１は、キャビティー部８を有しているため、櫛歯状電極３および反射器４は、水晶基板２を介して支持基板７とは対向しておらず、金属膜６のみと対向している。つまり、キャビティー部８の領域は、櫛歯状電極３および反射器４の領域より広い同等以上の面積となっている。これにより、ラム波型共振子１は、水晶基板２の内部を伝搬するラム波が、支持基板７の拘束を受けないキャビティー部８に位置する水晶基板２の薄板部において励振されるため、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなり、安定した高周波のラム波をより確実に励振することができる。
【００３６】
（３）ラム波型共振子１は、キャビティー部８において、金属膜６が水晶基板２の耐衝撃性の低下を抑制する構成となっているため、水晶基板２をより薄板化することができる。また、ラム波型共振子１は、金属膜６の形成により、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することができる。
【００３７】
（４）保持膜として、化学的に安定し後加工における熱や化学処理等の影響を受けにくいＡｕ膜の金属膜６を用いること、および、支持基板７として、金（Ａｕ）と機械的強度の高い共晶結合をするシリコン（Ｓｉ）を用いることにより、水晶基板２は、製造工程を含め、長期にわたり安定して支持され、高い信頼性を維持できる。
【００３８】
（５）ラム波型共振子１は、キャビティー部８だけでなく支持基板７と水晶基板２との間にも金属膜６を有することにより、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量を利用することができ、電極パッド５の面積を変えて静電容量を変化させ、周波数をより安定させる等のコントロールが行える。
【００３９】
（６）水晶基板２は、水晶単体において、耐衝撃性と、均一な厚さＨと、の双方を確保するために、１００μｍ程度の厚さＨが薄板化の限度であった。これに対し、金属膜６および支持基板７を設けることにより、本実施形態における１５μｍ厚の水晶基板２が得られ、さらに、３μｍ厚も可能である旨の知見が得られている。
【００４０】
また、ラム波型デバイスおよびラム波型デバイスの製造方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００４１】
（変形例１）支持基板７は、シリコン（Ｓｉ）を用いているが、シリコン（Ｓｉ）に限定されることなく、ガラス、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびニオブ酸カリウムを用いても良い。また、保持膜は、Ａｕ膜に限定されず、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）等であっても良い。保持膜としては、これら金属膜６の方がより好ましいが、金属以外であっても良い。さらに、圧電基板は、水晶を用いているが、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびニオブ酸カリウムを用いても良い。これらにより、圧電基板に適した保持膜および支持基板７が幅広く選定できると共に、保持膜と支持基板７との接合方法についても、共晶結合の他、イオン移動による陽極接合や、原子拡散を利用した拡散結合等、保持膜と支持基板７とに適した方法が活用できる。
【００４２】
（変形例２）ステップＳ１の膜形成ステップは、水晶基板２の全面にＡｕ膜を形成しているが、キャビティー部８が形成される領域部分にのみＡｕ膜を形成しても良い。但し、Ａｕ膜の形成領域およびキャビティー部８の設置領域の位置を決めるために、高度なアライメントが必要である。また、ステップＳ１の膜形成ステップは、ステップＳ５のキャビティー部設置ステップの後に行っても良い。但し、キャビティー部８の凹部の底部にＡｕ膜を形成するため、膜厚を均一に形成することが本実施形態に比べ困難である、という課題を有している。
【００４３】
（変形例３）ラム波型共振子１は、水晶基板２の厚さＨが１５μｍ、櫛歯状電極３の電極指３１ａ，３２ａのピッチＰが３μｍ、Ａｕ膜の厚さＪが０．１μｍの設定であるが、これは一例であって、励振するラム波に応じて、適宜、設定を変更しても良い。
【００４４】
（変形例４）電極パッド５は、図１に示すように、櫛歯状電極３から延伸し水晶基板２の角部まで延在する構成に限定されない。図６は、ラム波型共振子の変形例の構成を示す平面図である。図６に示すように、櫛歯状電極３の直近に、電極パッド５０（５０ａ，５０ｂ）を設ける構成であっても良い。これにより、金属膜６と電極パッド５０との間の静電容量を、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量に対し異なる値へ変化させて、ラム波型共振子１の周波数等の特性をコントロールすることができる。
【００４５】
（変形例５）櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５は、蒸着したアルミニウム（Ａｌ）であるが、アルミニウム（Ａｌ）以外のクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）等やこれらを積層して形成しても良い。また、櫛歯形状等に形成する方法は、エッチングに限定されず、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する領域以外の部分にレジストを塗布し、レジストの塗布されていない部分へアルミニウム（Ａｌ）等を蒸着等で形成する方法を用いても良い。
【００４６】
（変形例６）ラム波型共振子１は、反射器４を有する構成であるが、これら反射器４を有しない、いわゆる端面反射型の構成であっても良い。
【００４７】
（変形例７）Ａｕ膜等の保持膜および支持基板７を有する構成のラム波型デバイスは、ラム波型共振子１への適用に限定されず、フィルターや、発振回路を備えた発振器等を含め、圧電基板の薄板化が好ましい各種デバイスへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ラム波型デバイスとしてのラム波型共振子、２…圧電基板としての水晶基板、３…励振電極としての櫛歯状電極、４…反射器、５…電極パッド、６…保持膜としての金属膜、７…支持基板、８…キャビティー部、３１…第１電極、３１ａ…電極指、３２…第２電極、３２ａ…電極指、５０…電極パッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板の内部を伝搬するラム波を用いたラム波型デバイスおよびこのラム波型デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電基板の表面と裏面との間で反射を繰り返し圧電基板内を伝搬するラム波は、圧電基板の厚さＨがラム波の波長λの５波長以下の場合において、効率よく励振することが知られている。より詳細には、０＜（２Ｈ／λ）≦１０の条件を満たす場合において、ラム波の励振が効率的に行える、とされている。即ち、ラム波の波長λに対応して、圧電基板の厚さＨを可能な限り薄くすることにより、高い周波数のラム波を励振することが可能である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の技術では、ラム波の高周波化のために、圧電基板の厚さＨを薄くすることに伴い、圧電基板の耐衝撃性が低下する、という問題が生じていた。このため、製造工程においては、衝撃等を与えないように細心の加工が必要となることによる、製造効率の低下や、圧電基板を均一厚にすることの困難さによる歩留まりの低下等が生じる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るラム波型デバイスは、ラム波を励振するためのものであって、圧電基板と、前記圧電基板の一方の面に形成された励振電極と、前記圧電基板の他方の面に形成された保持膜と、前記保持膜に接合された支持基板と、前記支持基板に設けられ前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このラム波型デバイスによれば、圧電基板は、励振電極が形成されている面と反対側の面に保持膜および支持基板を有し、支持基板には、励振電極と対向してキャビティー部である凹部が設けられている。つまり、ラム波型デバイスの圧電基板は、その厚さが薄い薄板であっても、保持膜と、キャビティー部以外の部分に設けられた支持基板と、によって、耐衝撃性の低下が抑制されている。ここで、励振電極によって励振されるラム波は、圧電基板の内部を表裏面で反射を繰り返して伝搬するため、高周波のラム波を効率的に励振するには、圧電基板の厚さをできるだけ薄く、且つ均一な厚さにする必要がある。これに対応して、ラム波型デバイスは、薄板化された圧電基板の耐衝撃性が支持基板によって低下することなく維持される構成である。また、ラム波型デバイスは、支持基板の支持を受けないキャビティー部に位置する圧電基板においても、保持膜が圧電基板の耐衝撃性の低下をほぼ防ぐ構成を有しているため、キャビティー部に位置する圧電基板の厚さも、保持膜が無い場合に比べて薄く設定することが可能である。即ち、ラム波型デバイスは、ラム波の高周波化に対応した薄板の圧電基板を有し、キャビティー部と対向する励振電極によって、高周波のラム波を効率的且つ確実に励振することが可能である。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記保持膜は金属膜であることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ラム波型デバイスは、保持膜として金属膜を形成している。つまり、金属膜であれば、膜厚を厚くしなくても耐衝撃性の高い保持膜が形成でき、圧電基板を薄板化しても、その耐衝撃性の低下を抑制することが可能である。さらに、ラム波型デバイスは、金属膜の形成により、圧電基板の圧電効果を利用して電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値である、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することが可能である。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記支持基板は、シリコン、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸カリウムおよびガラスのいずれかであることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、これらの材料は、共晶結合、陽極結合、拡散結合等により保持膜との接合が可能であり、エッチング等の方法によりキャビティー部の加工が容易に行え、さらに支持基板としての強度も併せ持っている。これにより、保持膜に対応した、適切な支持基板の選択が可能である。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、圧電基板の一方の面に形成された励振電極の領域は、圧電基板の他方の面において、キャビティー部が形成されているため支持基板とは対向しておらず、保持膜のみと対向している。これにより、ラム波型デバイスは、圧電基板の内部を伝搬するラム波が、キャビティー部に位置する圧電基板の薄板部で励振されるため、支持基板の拘束を受けず、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなる。即ち、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果をほぼ最大限に利用して、より確実に高周波のラム波を励振することが可能である。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係るラム波型デバイスにおいて、前記励振電極は櫛歯状電極であり、前記櫛歯状電極の両側に反射器を有することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、ラム波型デバイスは、櫛歯状電極における櫛歯部の幅および配置ピッチにより、ラム波の波長の設定が容易に行える。即ち、圧電基板に応じた波長のラム波を容易に励振することが可能である。さらに、このラム波型デバイスは、反射器を有し、反射器は、櫛歯状電極で励振されたラム波を反射して共振させる。これにより、ラム波型デバイスは、高周波のラム波を共振することが可能である。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るラム波型デバイスの製造方法は、ラム波を励振するためのラム波型デバイスに関し、圧電基板の片側の面に保持膜を形成する膜形成ステップと、前記保持膜に支持基板を接合する接合ステップと、前記圧電基板を薄く加工する薄板化ステップと、前記圧電基板の面に励振電極を形成する電極形成ステップと、前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部を前記支持基板に設けるキャビティー部設置ステップと、を有することを特徴とする。
【００１７】
このラム波型デバイスの製造方法によれば、圧電基板に、まず、膜形成ステップによる保持膜と、接合ステップによる支持基板と、が形成され、薄板化ステップへ進む。薄板化ステップでは、圧電基板が保持膜と支持基板とによって補強された状態で加工されるため、圧電基板を所定の薄板に加工しても、その加工中において、不均一な板厚になることや、割れおよび欠け等の欠陥発生を防止することが可能である。そして、次の電極形成ステップによる励振電極の形成、およびキャビティー部設置ステップによるキャビティー部の設置も、圧電基板の欠陥発生等を防止して安定した加工が行える。このような製造方法により、ラム波型デバイスの圧電基板には、励振電極が形成されている面と反対側の面に保持膜および支持基板を有し、支持基板には、励振電極と対向してキャビティー部である凹部が設けられている。つまり、圧電基板は、その厚さが薄くても、保持膜と支持基板とによって、耐衝撃性の低下が抑制されている。ここで、励振電極によって励振されるラム波は、圧電基板の内部を表裏面で反射を繰り返して伝搬するため、高周波のラム波を効率的に励振するには、圧電基板の厚さをできるだけ薄く、且つ均一な厚さにする必要がある。これに対応して、ラム波型デバイスは、励振電極の位置する部分において、保持膜により圧電基板が補強されている構成である。即ち、保持膜が圧電基板の耐衝撃性の低下を抑制していることにより、圧電基板の厚さを、保持膜が無い場合に比べて薄くすることが可能となる。このような製造方法によるラム波型デバイスは、ラム波の高周波化に対応した薄板の圧電基板を有し、キャビティー部に位置する励振電極によって、高周波のラム波を効率的且つ確実に励振することが可能である。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に係るラム波型デバイスの製造方法において、前記膜形成ステップで形成する前記保持膜は金属膜であり、前記キャビティー部設置ステップで形成する前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、膜形成ステップで形成する保持膜が金属膜であれば、膜厚を厚くしなくても耐衝撃性の高い保持膜が形成でき、圧電基板を薄板化しても、その耐衝撃性の低下を抑制することが可能である。さらに、この金属膜の形成により、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果を利用して電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値である、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することが可能となる。また、キャビティー部設置ステップで形成したキャビティー部により、励振電極の領域は、圧電基板の保持膜側において、支持基板とは対向しておらず、保持膜のみと対向している。これにより、ラム波型デバイスは、ラム波が支持基板の拘束を受けない圧電基板の部分で励振するため、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなる。即ち、ラム波型デバイスは、圧電基板の圧電効果をほぼ最大限に利用して、より確実に高周波のラム波を励振することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るラム波型共振子の構成を示す平面図。
【図２】ラム波型共振子の構成を示す断面図。
【図３】ラム波型共振子の製造方法を示すフローチャート。
【図４】（ａ）膜形成ステップを示す断面図、（ｂ）接合ステップを示す断面図、（ｃ）薄板化ステップを示す断面図。
【図５】（ｄ）電極形成ステップを示す断面図、（ｅ）キャビティー部設置ステップを示す断面図。
【図６】ラム波型共振子の変形例の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、ラム波型デバイスおよびその製造方法の実施形態について、図面に従って説明する。この場合、ラム波型デバイスは、水晶等の圧電材の厚みを従来より薄くすることが可能な構成であることを特徴とし、本実施形態ではラム波型共振子を具体的な一例として示す。なお、図面において、各部品の縮尺等は、理解しやすいように、適宜変更して描いてある。
（実施形態）
【００２２】
図１は、本実施形態に係るラム波型共振子の構成を示す平面図であり、図２は、ラム波型共振子の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ'の断面を表している。まず、図１に示すように、ラム波型共振子（ラム波型デバイス）１は、矩形形状をなす圧電基板である水晶基板２と、水晶基板２の一方の面（片側の面）のほぼ中央に形成された櫛歯状電極（励振電極）３と、櫛歯状電極３の両側に形成された反射器４と、櫛歯状電極３から延在して形成され櫛歯状電極３へ駆動電圧を印加するための電極パッド５と、を有している。
【００２３】
また、櫛歯状電極３は、櫛歯状をなす複数本の電極指３１ａを有する第１電極３１と、同じく櫛歯状をなす複数本の電極指３２ａを有する第２電極３２と、により構成されている。そして、電極指３１ａのそれぞれは、ピッチＰが３μｍで形成され、電極指３２ａも同様にピッチＰが３μｍで形成されている。加えて、電極指３１ａと電極指３２ａとは、それぞれが１本毎交互に間挿された配置となっている。そして、ラム波型共振子１は、第１電極３１と連なり水晶基板２の一辺に沿って角部まで延在している電極パッド５ａと、第２電極３２と連なり水晶基板２に対し電極パッド５ａと対角位置の角部まで延在している電極パッド５ｂと、を有している。さらに、ラム波型共振子１は、櫛歯状電極３に対して、電極指３１ａおよび電極指３２ａが交互に配置されている方向の一方の側に形成された反射器４ａと、他方の側に形成された反射器４ｂと、を有している。反射器４ａおよび反射器４ｂは、電極指３１ａ，３２ａｂと同様な指を、電極指３１ａ，３２ａと平行な配置で、それぞれ複数本ずつ有している。これら櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５は、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着して形成されている。
【００２４】
次に、図２に示すように、一方の面に櫛歯状電極３等が形成されている水晶基板２の他方の面には、保持膜としての金属膜６と、水晶基板２との間に金属膜６を挟持してラム波型共振子１を支持している支持基板７と、が形成されている。金属膜６は、化学的に安定な金（Ａｕ）膜であって、スパッタリング法により、厚さＪが０．１μｍに形成されていて、水晶基板２が薄板化されることによる耐衝撃性の低下を抑制する役目を果たしている。なお、ラム波型共振子１においては、水晶基板２がいわゆるＡＴカットされた水晶であり、厚さＨが１５μｍに薄板化されている。そして、支持基板７は、シリコン（Ｓｉ）基板であって、金属膜６の金（Ａｕ）と共晶結合されていて、櫛歯状電極３および反射器４の領域より広い領域を有するキャビティー部８が形成されている。このキャビティー部８は、支持基板７のシリコン（Ｓｉ）をエッチングして形成され、水晶基板２および金属膜６を介して、櫛歯状電極３および反射器４と対向して位置している。即ち、櫛歯状電極３および反射器４が形成されている位置における、水晶基板２の他方の面側には、金属膜６のみが形成されている。
【００２５】
このような構成のラム波型共振子１は、電極パッド５に駆動電圧が印加されると、ＡＴカットの水晶基板２において、櫛歯状電極３により水晶基板２の一方の面と他方の面との間で反射を繰り返して伝搬するラム波が励振される。励振されたラム波は、弾性表面波等に比べて位相速度が速いため、その周波数を高くすることができる特徴を有している。そして、このラム波は、波長λが電極指３１ａおよび電極指３２ａのピッチＰに相当しており、反射器４ａ，４ｂの方向へ伝搬し、さらに、反射器４において反射する。ここで、既知のように、水晶基板２の厚さＨは、（２Ｈ／λ≦１０、即ちＨ／λ≦５）の関係から、ラム波の波長λの５波長以下の値の場合において、効率よく励振することが知見されている。ラム波型共振子１における（Ｈ／λ）を算出すると、１５／３＝５となり、この条件に該当する。従って、ラム波型共振子１は、櫛歯状電極３により、効率良くラム波が励振され、反射器４による反射によって共振するため、高周波信号を安定して生成することができる。
【００２６】
また、ラム波型共振子１は、金属膜６を形成することにより、電気機械結合係数が増加する効果も知見されている。電気機械結合係数は、水晶基板等の圧電基板による圧電効果を利用して、電気振動を機械振動に変換する場合の効率を示す値であって、ラム波等の励振の効率に比例する係数である。この電気機械結合係数の増加効果により、ラム波型共振子１は、高周波のラム波をより効率的に励振することができる。そして、ラム波型共振子１は、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量を利用して、周波数をコントロールすることもできる。つまり、電極パッド５の面積を変えて静電容量を変化させることができ、例えば静電容量を高くすれば、周波数をより安定させること等が可能である。
【００２７】
次に、ラム波型共振子１の製造方法について説明する。図３は、ラム波型共振子の製造方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、水晶基板２に金属膜（保持膜）６であるＡｕ膜を形成する。このステップＳ１は、膜形成ステップに該当し、図４（ａ）は、膜形成ステップを示す断面図である。図４（ａ）に示すように、Ａｕ膜の形成は、水晶基板２の片側の面（他方の面）へスパッタリング法により、０．１μｍの厚さＪとなるように形成されている。Ａｕ膜は、化学的に安定した材料であり、後加工における熱や化学処理等の影響を受けにくく、且つ、長期的に腐食等の劣化の発生もほとんどない。その上、Ａｕ膜は金属膜６であって、水晶基板２の強度を補完し、耐衝撃性の低下等を抑制する効果を奏する。Ａｕ膜を形成した後、ステップＳ２へ進む。
【００２８】
ステップＳ２において、水晶基板２と支持基板７とを接合する。このステップＳ２は、接合ステップに該当し、図４（ｂ）は、接合ステップを示す断面図である。図４（ｂ）に示すように、支持基板７は、水晶基板２との間にＡｕ膜の金属膜６を挟持するようにして、Ａｕ膜に接合されている。この支持基板７は、シリコンの板であって、Ａｕ膜と共晶結合により接合されている。シリコン（Ｓｉ）と金（Ａｕ）とが共晶結合する温度である共晶点は、３６３℃であり、この温度以上による熱処理によって、支持基板７と金属膜６のＡｕ膜とを接合する。共晶結合されたシリコン（Ｓｉ）と金（Ａｕ）とは、機械的強度が高く、剥離しにくい。そのため、支持基板７は、Ａｕ膜を介して水晶基板２を支持することにより、水晶基板２の耐衝撃性の低下等をほぼ抑制することができる。支持基板７を接合した後、ステップＳ３へ進む。
【００２９】
ステップＳ３において、水晶基板２を薄板化する。このステップＳ３は、薄板化ステップに該当し、図４（ｃ）は、薄板化ステップを示す断面図である。図４（ｃ）に示すように、水晶基板２において、金属膜６および支持基板７が設けられている面と反対側の面（一方の面）を研磨して、厚さＨが１５μｍの薄板にする。研磨加工は、研磨液を供給しつつ砥石で水晶基板２を研削する湿式研磨で行う。研磨加工では、水晶基板２が金属膜６と支持基板７とによって支持されているため、加工応力による水晶基板２の割れや欠け等がほとんど発生せず、水晶基板２をより確実に薄板化することができる。また、水晶基板２を薄板にするときに、基板曲がり等の変形が発生しないため、水晶基板２を均一な厚さＨに加工することができる。なお、水晶基板２の薄板加工は、湿式研磨の他に、乾式研磨、ドライエッチング、ウエットエッチングおよびこれらを組み合わせた加工で行うことも可能である。水晶基板２の薄板加工後、ステップＳ４へ進む。
【００３０】
ステップＳ４において、水晶基板２へ櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する。このステップＳ４は、電極形成ステップに該当し、図５（ｄ）は、電極形成ステップを示す断面図である。図５（ｄ）に示すように、ステップＳ３で研磨加工した水晶基板２の面へ、フォトリソグラフィーにより、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する。詳細には、まず、研磨加工した水晶基板２の面へアルミニウム（Ａｌ）を全面に蒸着する。次に、蒸着したアルミニウム（Ａｌ）の全面を覆うようにレジストを塗布し露光する。このレジストの塗布は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の全面へネガレジスト剤をスピンコートによって塗布して、オーブン炉で焼成する。また、露光は、ネガレジスト剤を覆うようにガラスマスクをセットし、ネガレジストに対して紫外線を露光する。ガラスマスクは、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５の部分に配置された透過部と、透過部以外の遮光部と、を有し、透過部では紫外線が透過し、遮光部では紫外線が遮られる。ネガレジスト剤は、紫外線の露光された透過部に対向する部分が硬化する。次に、レジストを現像液によって現像すると、紫外線の露光によって硬化した部分は、現像によって溶解されないが、紫外線の露光されなかった部分は、現像によって溶解される。従って、現像後は、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５が形成される部分のみに、レジストが残った状態となっている。
【００３１】
そして、レジストが形成されていない部分のアルミニウム（Ａｌ）を、エッチングにより除去する。レジストが形成されている部分は、アルミニウム（Ａｌ）がエッチングで除去されずに凸状に残る。このようなエッチングにより、レジストで覆われた状態の櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成することができる。このエッチング後に、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を覆って残っているレジストを除去する。こうして、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５が形成される。櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５の形成後、ステップＳ５へ進む。
【００３２】
ステップＳ５において、支持基板７にキャビティー部８を設置する。このステップＳ５は、キャビティー部設置ステップに該当し、図５（ｅ）は、キャビティー部設置ステップを示す断面図である。図５（ｅ）に示すように、キャビティー部８は、水晶基板２および金属膜６を介して櫛歯状電極３および反射器４と対向する位置に設置されている。平面視すれば、図１に示すように、キャビティー部８の領域は、櫛歯状電極３および反射器４が形成されている領域より広い面積となっている。このキャビティー部８は、支持基板７のシリコン（Ｓｉ）を水酸化カリウム（ＫＯＨ）によりエッチングして形成される。エッチング加工は、まず、レジストによりキャビティー部８以外の部分を、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を含めて覆う。つまり、レジストに覆われていない部分は、支持基板７において、Ａｕ膜に接合した面と反対側の面に存在している。そして、エッチングにより、Ａｕ膜に達するまでシリコン（Ｓｉ）を除去すると、支持基板７に凹状部が形成される。最後に、レジストを除去すれば、この凹状部がキャビティー部８として支持基板７に設置される。以上で、ラム波型共振子１が完成し、フローが終了する。
【００３３】
以下、実施形態におけるラム波型共振子１およびその製造方法の効果をまとめて記載する。
【００３４】
（１）ラム波型共振子１は、水晶基板２が金属膜６と支持基板７とによって補強された構成であるため、水晶基板２を所定の薄板に加工する時の薄板化ステップにおいて、水晶の割れや欠け等の欠陥発生を防止することができる。これにより、ラム波型共振子１は、均一な厚さＨの水晶基板２を有することができ、高周波のラム波を励振することが可能である。
【００３５】
（２）ラム波型共振子１は、キャビティー部８を有しているため、櫛歯状電極３および反射器４は、水晶基板２を介して支持基板７とは対向しておらず、金属膜６のみと対向している。つまり、キャビティー部８の領域は、櫛歯状電極３および反射器４の領域より広い同等以上の面積となっている。これにより、ラム波型共振子１は、水晶基板２の内部を伝搬するラム波が、支持基板７の拘束を受けないキャビティー部８に位置する水晶基板２の薄板部において励振されるため、ラム波の伝搬速度にバラツキが生じにくくなり、安定した高周波のラム波をより確実に励振することができる。
【００３６】
（３）ラム波型共振子１は、キャビティー部８において、金属膜６が水晶基板２の耐衝撃性の低下を抑制する構成となっているため、水晶基板２をより薄板化することができる。また、ラム波型共振子１は、金属膜６の形成により、電気機械結合係数が増加する効果も有し、高周波のラム波をより効率的に励振することができる。
【００３７】
（４）保持膜として、化学的に安定し後加工における熱や化学処理等の影響を受けにくいＡｕ膜の金属膜６を用いること、および、支持基板７として、金（Ａｕ）と機械的強度の高い共晶結合をするシリコン（Ｓｉ）を用いることにより、水晶基板２は、製造工程を含め、長期にわたり安定して支持され、高い信頼性を維持できる。
【００３８】
（５）ラム波型共振子１は、キャビティー部８だけでなく支持基板７と水晶基板２との間にも金属膜６を有することにより、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量を利用することができ、電極パッド５の面積を変えて静電容量を変化させ、周波数をより安定させる等のコントロールが行える。
【００３９】
（６）水晶基板２は、水晶単体において、耐衝撃性と、均一な厚さＨと、の双方を確保するために、１００μｍ程度の厚さＨが薄板化の限度であった。これに対し、金属膜６および支持基板７を設けることにより、本実施形態における１５μｍ厚の水晶基板２が得られ、さらに、３μｍ厚も可能である旨の知見が得られている。
【００４０】
また、ラム波型デバイスおよびラム波型デバイスの製造方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００４１】
（変形例１）支持基板７は、シリコン（Ｓｉ）を用いているが、シリコン（Ｓｉ）に限定されることなく、ガラス、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびニオブ酸カリウムを用いても良い。また、保持膜は、Ａｕ膜に限定されず、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）等であっても良い。保持膜としては、これら金属膜６の方がより好ましいが、金属以外であっても良い。さらに、圧電基板は、水晶を用いているが、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびニオブ酸カリウムを用いても良い。これらにより、圧電基板に適した保持膜および支持基板７が幅広く選定できると共に、保持膜と支持基板７との接合方法についても、共晶結合の他、イオン移動による陽極接合や、原子拡散を利用した拡散結合等、保持膜と支持基板７とに適した方法が活用できる。
【００４２】
（変形例２）ステップＳ１の膜形成ステップは、水晶基板２の全面にＡｕ膜を形成しているが、キャビティー部８が形成される領域部分にのみＡｕ膜を形成しても良い。但し、Ａｕ膜の形成領域およびキャビティー部８の設置領域の位置を決めるために、高度なアライメントが必要である。また、ステップＳ１の膜形成ステップは、ステップＳ５のキャビティー部設置ステップの後に行っても良い。但し、キャビティー部８の凹部の底部にＡｕ膜を形成するため、膜厚を均一に形成することが本実施形態に比べ困難である、という課題を有している。
【００４３】
（変形例３）ラム波型共振子１は、水晶基板２の厚さＨが１５μｍ、櫛歯状電極３の電極指３１ａ，３２ａのピッチＰが３μｍ、Ａｕ膜の厚さＪが０．１μｍの設定であるが、これは一例であって、励振するラム波に応じて、適宜、設定を変更しても良い。
【００４４】
（変形例４）電極パッド５は、図１に示すように、櫛歯状電極３から延伸し水晶基板２の角部まで延在する構成に限定されない。図６は、ラム波型共振子の変形例の構成を示す平面図である。図６に示すように、櫛歯状電極３の直近に、電極パッド５０（５０ａ，５０ｂ）を設ける構成であっても良い。これにより、金属膜６と電極パッド５０との間の静電容量を、金属膜６と電極パッド５との間の静電容量に対し異なる値へ変化させて、ラム波型共振子１の周波数等の特性をコントロールすることができる。
【００４５】
（変形例５）櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５は、蒸着したアルミニウム（Ａｌ）であるが、アルミニウム（Ａｌ）以外のクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）等やこれらを積層して形成しても良い。また、櫛歯形状等に形成する方法は、エッチングに限定されず、櫛歯状電極３、反射器４および電極パッド５を形成する領域以外の部分にレジストを塗布し、レジストの塗布されていない部分へアルミニウム（Ａｌ）等を蒸着等で形成する方法を用いても良い。
【００４６】
（変形例６）ラム波型共振子１は、反射器４を有する構成であるが、これら反射器４を有しない、いわゆる端面反射型の構成であっても良い。
【００４７】
（変形例７）Ａｕ膜等の保持膜および支持基板７を有する構成のラム波型デバイスは、ラム波型共振子１への適用に限定されず、フィルターや、発振回路を備えた発振器等を含め、圧電基板の薄板化が好ましい各種デバイスへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ラム波型デバイスとしてのラム波型共振子、２…圧電基板としての水晶基板、３…励振電極としての櫛歯状電極、４…反射器、５…電極パッド、６…保持膜としての金属膜、７…支持基板、８…キャビティー部、３１…第１電極、３１ａ…電極指、３２…第２電極、３２ａ…電極指、５０…電極パッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラム波を励振するためのラム波型デバイスであって、
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の面に形成された励振電極と、
前記圧電基板の他方の面に形成された保持膜と、
前記保持膜に接合された支持基板と、
前記支持基板に設けられ前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部と、を有することを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記保持膜は、金属膜であることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記支持基板は、シリコン、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸カリウムおよびガラスのいずれかであることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記キャビティー部は、前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記励振電極は、櫛歯状電極であり、前記櫛歯状電極の両側に反射器を有することを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項６】
ラム波を励振するためのラム波型デバイスの製造方法であって、
圧電基板の片側の面に保持膜を形成する膜形成ステップと、
前記保持膜に支持基板を接合する接合ステップと、
前記圧電基板を薄く加工する薄板化ステップと、
前記圧電基板の面に励振電極を形成する電極形成ステップと、
前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部を前記支持基板に設けるキャビティー部設置ステップと、を有することを特徴とするラム波型デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のラム波型デバイスの製造方法において、
前記膜形成ステップで形成する前記保持膜は金属膜であり、前記キャビティー部設置ステップで形成する前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることを特徴とするラム波型デバイスの製造方法。
【請求項１】
ラム波を励振するためのラム波型デバイスであって、
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の面に形成された励振電極と、
前記圧電基板の他方の面に形成された保持膜と、
前記保持膜に接合された支持基板と、
前記支持基板に設けられ前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部と、を有することを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記保持膜は、金属膜であることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記支持基板は、シリコン、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ニオブ酸カリウムおよびガラスのいずれかであることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記キャビティー部は、前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のラム波型デバイスにおいて、
前記励振電極は、櫛歯状電極であり、前記櫛歯状電極の両側に反射器を有することを特徴とするラム波型デバイス。
【請求項６】
ラム波を励振するためのラム波型デバイスの製造方法であって、
圧電基板の片側の面に保持膜を形成する膜形成ステップと、
前記保持膜に支持基板を接合する接合ステップと、
前記圧電基板を薄く加工する薄板化ステップと、
前記圧電基板の面に励振電極を形成する電極形成ステップと、
前記圧電基板および前記保持膜を介して前記励振電極と対向して位置するキャビティー部を前記支持基板に設けるキャビティー部設置ステップと、を有することを特徴とするラム波型デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のラム波型デバイスの製造方法において、
前記膜形成ステップで形成する前記保持膜は金属膜であり、前記キャビティー部設置ステップで形成する前記キャビティー部は前記励振電極と対向する領域が前記励振電極の領域と同等以上の面積であることを特徴とするラム波型デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６６５９０（Ｐ２０１１−６６５９０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４１５１（Ｐ２００９−２１４１５１）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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