(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上または圧電基板上に形成された下地材料上にフッ化ガスと反応して揮発性反応物を生成する電極材料であるＴａ，Ｗまたはこれらの合金からなる少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサが形成されている弾性表面波素子の周波数調整方法であって、
弾性表面波素子が用意されるロードロック室と、弾性表面波素子がロードロック室から搬送されるようにロードロック室に連結されており、フッ化ガスプラズマによる反応性イオンエッチングが行なわれ、所望の真空度に減圧されている処理室とを備える周波数調整用処理装置のロードロック室に弾性表面波素子を配置する工程と、
前記ロードロック室から処理室に弾性表面波素子を搬送する工程と、
前記処理室に弾性表面波素子を搬送する前、あるいは搬送後に前記真空度に減圧されている処理室に大気を導入する工程と、
前記処理室を周波数調整に必要な真空度まで減圧する工程と、
前記減圧工程後に、フッ化ガスプラズマにより弾性表面波素子の圧電基板または下地材料を選択的にエッチングする反応性イオンエッチング工程とを備え、前記大気を導入する工程と、前記反応性イオンエッチング工程とが繰り返し行われる、弾性表面波素子の周波数調整方法。
【請求項２】
前記フッ化ガスとして、フッ化炭素が用いられる、請求項１に記載の弾性表面波素子の周波数調整方法。
【請求項３】
前記フッ化ガス１００体積％に対し、１０〜２０体積％の水素が混入されている、請求項１または２に記載の弾性表面波素子の周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波フィルタなどの弾性表面波素子の周波数調整方法に関し、より詳細には、電極形成後に反応性イオンエッチングにより周波数を調整する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波素子では、圧電基板上にＡｌもしくはＡｌ合金からなる電極が形成されている。圧電基板材料としては、水晶などの圧電単結晶や、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックスが用いられている。
【０００３】
弾性表面波素子の周波数は電極の膜厚に大きく依存する。従って、目的とする周波数を実現するには、電極の膜厚を高精度に制御することが必要である。
他方、電極は、蒸着、メッキまたはスパッタリングなどの導電膜形成方法により形成されているが、これらの導電膜形成方法を用いた場合の電極の膜厚精度には限度があった。従って、この電極膜厚精度よりも周波数公差が小さい弾性表面波素子を得ようとした場合、該公差を満足するように電極膜厚を制御することは不可能である。
【０００４】
そこで、従来、電極形成後に、周波数を調整する方法が種々試みられている。
このような周波数調整方法の１つとして、フッ化ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法が存在する。すなわち、図５に示すように、圧電基板５１上に電極５２を形成した後、フッ化ガスを用いて反応性イオンエッチングを行なう。その結果、基板５１の上面５１ａからエッチングが進行し、矢印Ａで示すように基板がエッチングされる。他方、電極５２を構成している材料であるＡｌやＡｌ合金のフッ化物ＡｌＦ3は不揮発性であるため、電極５２のエッチングは進行し難い。従って、基板５１のみを選択的にエッチングすることができ、電極５２の見かけの膜厚を厚くして周波数調整を行なうことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極５２が、例えば、Ｔａ、Ｗもしくはこれらの合金からなる場合には、これらの電極材料のフッ化物は揮発性である。従って、基板５１に比べて、電極５２のエッチング速度が速くなる。すなわち、図６に示すように、電極５２のエッチングが基板５１のエッチングよりも速やかに進行する。矢印Ｂで示す位置から、実線で示されている位置まで電極５２が大きくエッチングされ、エッチング量は基板５１のエッチング量より大きくなる。その結果、周波数は高域側にシフトすることとなる。
【０００６】
また、電極５２がＡｌもしくはＡｌ合金からなる場合であっても、不活性ガスイオンによりエッチングすると、同様に電極のエッチングが優先的に進行し、周波数が高域側にシフトする。
【０００７】
上記のように、電極のエッチング速度が速くなった場合には、低域側にすなわち電極の見かけの膜厚を厚くする方向に調整を行なうことができない。従って、周波数が所望の値よりも高かった場合、そのような周波数の弾性表面波素子はすべて不良品となる。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、フッ化ガスと反応し、生成したフッ化物が揮発性である材料からなる電極を有する弾性表面波素子であっても、圧電基板を速やかにエッチングすることができ、それによって周波数を低める方向に周波数調整を行なうことができる、弾性表面波素子の周波数調整方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、本発明の広い局面によれば、圧電基板上にまたは圧電基板上に形成された下地材料上にフッ化ガスと反応して揮発性反応物を生成する電極材料であるＴａ，Ｗまたはこれらの合金からなる少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサが形成されている弾性表面波素子の周波数調整方法であって、弾性表面波素子が用意されるロードロック室と、弾性表面波素子がロードロック室から搬送されるようにロードロック室に連結されており、フッ化ガスプラズマによる反応性イオンエッチングが行なわれ、所望の真空度に減圧されている処理室とを備える周波数調整用処理装置のロードロック室に弾性表面波素子を配置する工程と、前記ロードロック室から処理室に弾性表面波素子を搬送する工程と、前記処理室に弾性表面波素子を搬送する前、あるいは搬送後に前記真空度に減圧されている処理室に大気を導入する工程と、前記処理室を周波数調整に必要な真空度まで減圧する工程と、前記減圧工程後に、フッ化ガスプラズマにより弾性表面波素子の圧電基板または下地材料を選択的にエッチングする反応性イオンエッチング工程とを備え、前記大気を導入する工程と、前記反応性イオンエッチング工程とが繰り返し行われる、弾性表面波素子の周波数調整方法が提供される。
【００１０】
本発明では、弾性表面波素子の電極が、Ｔａ、Ｗまたはこれらの合金により構成される。Ｔａ、Ｗまたはこれらの合金のフッ化物は揮発性であるが、本発明に従って、周波数調整を行なうことにより圧電基板を選択的にエッチングすることができる。すなわち、圧電基板や電極下地材料のエッチング量が電極のエッチング量よりも大きくなる。従って、Ｔａ、Ｗまたはこれらの合金からなる電極を用いた弾性表面波素子において、周波数を低める方向に周波数調確を確実に行なうことができる。
【００１１】
本発明の特定の局面では、エッチングに際し、上記フッ化ガスとしてフッ化炭素が用いられ、それによって低域側への周波数調整範囲を拡げることができる。
好ましくは、Ｃ4Ｆ8またはＣ5Ｆ8などのフッ素比率の低いフッ化炭素ガスを用いることにより、より一層周波数調整範囲を広くすることができる。
【００１２】
本発明の別の特定の局面では、フッ化ガス１００体積％に対し、１０〜２０体積％の水素が混入され、それによって圧電基板または下地材料の選択的エッチングをより一層効果的に進めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１５】
本実施例で周波数調整される弾性表面波素子の構造を図２を参照して説明する。図２に示すように、弾性表面波素子１は、水晶からなる圧電基板２上にＴａからなるくし歯電極３，４を形成した構造を有する。くし歯電極指３，４は、それぞれ、複数本の電極指を有し、互いの電極指が間挿し合うように配置されている。
【００１６】
上記くし歯電極指３，４により、１つのインターデジタルトランスデューサが構成されている。
くし歯電極指３，４は、圧電基板２上に全面にＴａからなる電極を成膜した後、フォトリソグラフィー、エッチング及びレジスト剥離の各工程を経て形成されている。
【００１７】
ところで、このようにして得られた弾性表面波素子１の周波数が所望の値である場合には、周波数調整は不要である。しかしながら、周波数が所望の範囲外の場合には、所望とする周波数に調整する必要がある。
【００１８】
本実施例では、弾性表面波素子１の周波数が所望とする周波数範囲よりも高い場合に、以下の工程により周波数を低めるように周波数調整が行なわれる。
図３は、本実施例で用いられるロードロック式の周波数調整処理装置を説明するための模式的平面図である。この周波数調整処理装置５は、ロードロック室６と処理室７とを有する。ロードロック室６及び処理室７は、それぞれ独立に内部の圧力を設定し得るように構成されている。また、ロードロック室６に、処理室７がゲートバルブ８を介して連結されている。ゲートバルブ８は、ロードロック室６から弾性表面波素子１を処理室７に搬送する際に開けられるように構成されている。
【００１９】
処理室７は、所望の真空度となるようにその内部が減圧されている。この所望の真空度とは、本実施例では１Ｐａであり、通常２Ｐａ以下程度の圧力である。
ロードロック室６には、上記のようにして得られた弾性表面波素子１が配置される。そして、弾性表面波素子１が配置された状態で、ロードロック室６が真空ポンプなどの吸引源により排気され、１Ｐａ程度の圧力に減圧される。
【００２０】
次に、処理室７に図示しない大気導入孔から大気が導入され、処理室７内の圧力が１００Ｐａ程度に高められる。
しかる後、ゲートバルブ８を開け、弾性表面波素子１をロードロック室６から処理室７に搬送する。次に、ゲートバルブ８が閉じられる。そして、処理室７の内が１Ｐａ程度まで、すなわちＲＩＥに必要な真空度、すなわち２Ｐａ以下まで再度減圧される。
【００２１】
しかる後、処理室７にフッ化ガスが導入され、ＲＦ電力が印加され、反応性イオンエッチングが行なわれる。処理室７内では、図１に示すように、支持体１１上に載置された弾性表面波素子１のくし歯電極３，４が形成されている面に対向するようにアノード電極１３が配置されている。ＲＦ電力の印加により、図１に示すように、プラズマ１２が発生し、弾性表面波素子１がプラズマ１２にさらされる。プラズマ中のイオンと圧電基板２とが反応し、図１の破線で示すように圧電基板２の上面がエッチングされる。他方、処理室７中に残留している大気成分、特にＨ2Ｏの影響により、くし歯電極指３，４とプラズマ１２との反応速度は遅くなる。従って、くし歯電極３，４がＴａからなり、そのフッ化物は揮発性であるものの、エッチングは緩やかにしか進行しない。
【００２２】
よって、本実施例によれば、図１の矢印Ｄで示すように、圧電基板２の表面を選択的にエッチングすることができ、くし歯電極３，４の見かけの膜厚が厚くなり、周波数が低くなるように周波数調整が行なわれる。
【００２３】
上記のように、本実施例は、処理室７に大気を導入しておくことにより、大気中の成分の影響によりプラズマ１２と電極３，４との反応速度を遅くし、それによって圧電基板１側のエッチングを優先的に進行させたことに特徴を有する。
【００２４】
なお、処理室７に導入される大気の量については、処理室７の大きさ、大気の温度及び湿度等に応じて適宜定めればよい。
また、本実施例では、処理室７に弾性表面波素子１を挿入する前に処理室７に大気を導入しておいたが、弾性表面波素子１を処理室７に移動させた後に、大気を導入し、しかる後、再度減圧して反応性イオンエッチングを行なってもよい。
【００２５】
次に、具体的な実験例につき説明する。
弾性表面波素子１として、直径１００ｍｍ×厚み０．４ｍｍの水晶基板上に、厚み４００ｎｍのくし歯電極３，４を形成してなる弾性表面波素子１を用意した。弾性表面波素子１の周波数調整前の周波数は約２２５ＭＨｚであった。
【００２６】
多数の上記弾性表面波素子１につき、上記実施例の方法に従って周波数を低めるように周波数調整を行い、処理時間と周波数変化量との関係を測定した。なお、フッ化ガスとしては、フッ化炭素を用い、また、処理室７への大気の導入は、実施例と同様に弾性表面波素子１を処理室７に搬送する前に行なった。
【００２７】
図４から明らかなように、処理室における処理時間が長くなるほど、周波数低下量が大きくなることがわかる。また、図４から明らかなように、周波数低下量と、処理時間との間に直線的な関係が存在することがわかる。
【００２８】
従って、本実施例によれば、処理室７における処理時間を調整することにより、弾性表面波素子１の周波数を所望とする周波数まで高精度にかつ容易に低める得ることがわかる。
【００２９】
なお、上記実施例では、フッ化ガスとして、フッ化炭素を用いたが、フッ化炭素以外のフッ化ガス、例えば、フッ化硫黄ＳＦ6などを用いてもよい。もっとも、フッ化硫黄を用いた場合には、フッ化炭素に比べてラジカル比率が高くなること、並びに硫黄Ｓが還元剤として働き、電極表面の酸化膜のエッチング速度が高くなる。従って、フッ化硫黄よりもフッ化炭素を用いることが好ましい。
【００３０】
また、より好ましくは、フッ素比率が低いフッ化炭素、例えば、Ｃ4Ｆ8またはＣ5Ｆ8が用いられ、それによって圧電基板におけるエッチング速度が電極のエッチング速度に比べてより一層高くされ、周波数調整範囲がより一層広げられる。
これは、フッ素比率の低いフッ化炭素ガスの方が、反応物であるＣＦ3+イオンを生じやすいことによる。
【００３１】
また、本発明においては、好ましくは、フッ化炭素ガスに、少量の水素を添加してもよい。この場合には、水素と圧電基板もしくは下地材料または電極との反応により重合物が形成される。圧電基板表面や下地材料表面に形成された重合物は、圧電基板に含まれている酸素と反応し除去される。他方、電極表面に形成された重合物は反応することなく残留し、プラズマと電極表面との反応を阻止するように作用する。従って、圧電基板をより効果的に優先的にエッチングすることができる。また、フッ化炭素に少量の水素を添加する場合の水素の量については、フッ化炭素ガスよりも少量であればよく、好ましくは、フッ化炭素ガス１００体積％に対し、水素１０〜２０体積％の範囲とすることが望ましい。
【００３２】
次に、上記のようにフッ化炭素ガスに少量の水素を添加した場合の実験例を説明する。
前述した図４に示した結果が得られた実験例と、フッ化炭素ガス１００体積％に対し、水素１８．３％添加したことを除いては、上記実験例と同様にして周波数調整を行なった。結果を図７に示す。
【００３３】
図７から明らかなように、水素ガスを添加した場合にも周波数低下量と処理時間との間に直線的な関係が存在することがわかる。また、図７の結果を図４と比較すれば明らかなように、水素をフッ化炭素ガスに添加することにより、周波数調整速度及び周波数調整量を大きくし得ることがわかる。もっとも、水素の添加割合が２０体積％を超えると、重合物が基板上にも形成され、基板のエッチング効果が低下するおそれがあり、かつ重合物の基板上への堆積により製品の特性が劣化することがある。
【００３４】
なお、フッ化炭素ガス１００体積％に対し、水素の添加割合が１０体積％未満の場合には、水素を添加した効果が十分に得られないことがある。
他方、本発明に係る周波数調整方法では、処理室７において長時間の周波数調整を行なうと、処理室７内における大気成分が浪費され、存在しなくなる。従って、それ以上周波数調整を行なうと、電極がエッチングされ、周波数が高域側に変化するおそれがある。そこで、本発明では、処理室７中の大気成分がなくなる前に処理を終了することが望ましい。また、大気成分が存在しなくなり、かつ周波数調整量が不十分な場合には、再度処理室に大気を導入し、周波数調整を行なえばよい。すなわち、周波数調整量を大きくするには、大気を導入する工程と、反応性イオンエッチング工程とを繰り返せばよく、それによって処理室の周波数調整により、より広い範囲に渡り周波数調整を行なうことができる。
【００３５】
なお、上述した下地材料としては、圧電基板上にＩＤＴなどの電極形成の下地となる適宜の材料、例えばＳｉＯ2などが挙げられるが、本発明は下地が形成されていない弾性表面波素子及び下地を有する弾性表面波素子の何れにも適用され得る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係る周波数調整方法によれば、ロードロック室に弾性表面波素子を搬送する前、あるいは搬送後に処理室に大気を導入した状態で、処理室を周波数調整に必要な真空度まで減圧し、減圧後に、反応性イオンエッチングにより圧電基板または下地材料が選択的にエッチングされ、弾性表面波素子の周波数が低くなるように周波数調整が行なわれる。すなわち、大気成分が予め導入された状態で反応性イオンエッチンクが行なわれ、大気中のＨ2Ｏなどの成分により、電極とプラズマとの反応速度が遅くなり、圧電基板または下地材料側におけるエッチングが優先的に進行し、電極の見かけの膜厚が厚くなり、周波数が低くなるように周波数調整が確実に行なわれる。
【００３７】
しかも、処理室とロードロック室が連結されており、ロードロック室から順次弾性表面波素子を処理室に搬送し、周波数調整を行なうことができるので、多数の弾性表面波素子の周波数調整を効率よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る周波数調整方法において、プラズマにより弾性表面波素子の圧電基板がエッチングされる工程を説明するための模式的正面断面図。
【図２】本発明の一実施例において、周波数調整が行なわれる弾性表面波素子の平面図。
【図３】本発明の一実施例の周波数調整方法において用いられる周波数調整処理装置を説明するための模式的平面図。
【図４】本発明の一実施例における周波数調整のための処理時間と、周波数低下量との関係を示す図。
【図５】従来の弾性表面波素子の周波数調整方法の一例を説明するための部分切欠正面断面図。
【図６】従来の弾性表面波素子の周波数調整方法の他の例を説明するための部分切欠正面断面図。
【図７】本発明の変形例における周波数調整のための処理時間と、周波数低下量との関係を示す図。
【符号の説明】
１…弾性表面波素子
２…圧電基板
３，４…くし歯電極
５…周波数調整処理装置
６…ロードロック室
７…処理室
８…ゲートバルブ
１２…プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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