WO2012033125A1 - 基板、基板の製造方法およびsawデバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a substrate for a SAW device, a method for manufacturing the substrate, and a SAW device.
- SAW filter In the mobile phone, an electronic component called a SAW filter is incorporated in order to cut electrical signal noise and transmit / receive only electrical signals having a desired frequency.
- SAW (Surface Acoustic Wave) filter means a surface wave filter.
- a SAW device such as a SAW filter uses a piezoelectric substrate made of a material having a piezoelectric effect. The SAW device is usually used in a state where it is bonded to a holding substrate having excellent heat dissipation in order to release heat generated by the piezoelectric substrate during use.
- Patent Document 1 discloses a composite substrate in which a low thermal expansion coefficient holding substrate and a piezoelectric substrate of a SAW device are bonded.
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-343359
- the joint surface is irradiated with an inert gas or oxygen ion beam, neutralized beam, plasma, or the like.
- the remaining impurities are removed and the surface layer of the bonding surface is activated.
- the piezoelectric substrate and the holding substrate are bonded to each other at the activated bonding surface.
- the piezoelectric substrate is deformed by receiving stress by the input electric signal. Therefore, high strength is required for the holding substrate on which the piezoelectric substrate is placed. For this reason, the holding board
- a sapphire single crystal substrate is mainly used as the holding substrate disclosed in each of the above documents.
- Sapphire single crystals are generally expensive. For this reason, the production of a substrate made of sapphire on which a piezoelectric substrate of a SAW device is placed has been expensive.
- sapphire has sufficient strength as a substrate on which the piezoelectric substrate of the SAW device is placed, but since the hardness is very high, problems such as chipping may occur in the substrate to be formed. Moreover, since sapphire has a high hardness, it is difficult to cut a substrate having a desired shape. For this reason, the fact that the cutting speed cannot be increased is also a cause of the high cost of the sapphire substrate. Furthermore, sapphire has a cleavage property peculiar to a single crystal, and has a problem that deformation of the piezoelectric substrate is highly likely to be cracked by stress applied to the sapphire holding substrate.
- the holding substrate and the piezoelectric substrate are bonded by an adhesive.
- the bonding surface has excellent flatness. For this reason, it is preferable to perform three types of rough polishing, normal polishing, and polishing using diamond abrasive grains on the bonding surface of the holding substrate with the piezoelectric substrate.
- diamond abrasive grains Even on the bonded surface of the holding substrate that has been polished with diamond abrasive grains, there is a problem that when the bonded surface is bonded to the bonded surface of the piezoelectric substrate, a large number of voids are formed between the bonded surfaces, and the two are not bonded. .
- Patent Document 2 an ion beam, plasma, or the like is irradiated onto the bonding surface, the bonding surface is activated to form an amorphous layer, and then both are bonded.
- Patent Document 2 does not describe the polishing process of the bonding surface, even if the bonding method disclosed in the document is used, there is a possibility that bonding failure due to the roughness or level difference of the bonding surface may occur. There is.
- the present invention has been made in view of the above problems.
- the object is to provide a substrate that has lower strength and moderate strength and can be firmly bonded to a piezoelectric substrate by van der Waals force, a method for manufacturing the substrate, and a SAW device using the substrate. That is.
- the substrate according to the present invention is a substrate for a SAW device made of spinel, and the step PV value of one main surface of the substrate is 2 nm or more and 8 nm or less.
- the main surface means a main surface having the largest area among the surfaces.
- the inventors of the present invention have the possibility of using spinel, which is mainly used in the field of optical elements, instead of sapphire as a holding substrate on which a SAW device such as the above-mentioned SAW filter is mounted.
- Physical property values such as the strength of spinel are close to physical property values such as the strength of sapphire.
- the present inventors have found that a holding substrate for a SAW device formed using spinel can withstand practical use similarly to a holding substrate for a SAW device made of sapphire.
- a spinel SAW device holding substrate is not equivalent to a sapphire SAW device holding substrate, but exhibits a level of strength (Young's modulus) that is practically acceptable.
- the spinel since spinel dissipates heat generated by the piezoelectric substrate constituting the SAW device, the spinel has a level of thermal conductivity that causes no practical problem.
- the inventors of the present invention have found that the PV (peak-to-valley) value indicating the step difference between the above-mentioned spinel holding substrate and the piezoelectric substrate constituting the SAW filter or the like is It was found that it affects the bonding state.
- the PV value is a value indicating a height difference (step) between the maximum peak height and the maximum valley depth in the cross-sectional curve of the surface.
- the joining surface of the spinel holding substrate is flat, the joining surface is satisfactorily joined to the piezoelectric substrate.
- the inventors of the present invention have found that when the PV value on the bonding surface of the spinel substrate is 2 nm or more and 8 nm or less, the piezoelectric substrate can be bonded well. Therefore, the main surface of the substrate to be bonded to the piezoelectric substrate can be favorably bonded using the piezoelectric material constituting the piezoelectric substrate and van der Waals force.
- the average roughness Ra of one main surface of the substrate is preferably 0.01 nm or more and 0.5 nm or less.
- the substrate made of sapphire can be easily processed so that the average roughness Ra of the main surface is good.
- spinel crystals are polycrystalline, surface roughness generally increases at adjacent grain boundaries.
- the average roughness Ra of the main surface can be made excellent flatness of 0.01 nm to 0.5 nm by controlling the processing method. The inventors of the present invention have found out. Therefore, the main surface of the substrate to be joined to the piezoelectric substrate can be satisfactorily joined using the piezoelectric material constituting the piezoelectric substrate and van der Waals force.
- the SAW device using the spinel substrate is cheaper than the conventional SAW device using sapphire as described above, but is equivalent to the sapphire substrate and has a level of practically no problem. Since the substrate having the above is used, the electric signal transmission characteristics and the like are stabilized.
- regions when the square area
- the substrate according to the present invention is a substrate for a SAW device made of spinel, and the substrate has one main surface, and the main surface is 5 mm long ⁇ 5 mm wide.
- LTV is 1.0 ⁇ m or less for a plurality of evaluation target regions that are portions excluding the region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface.
- PLTV indicating the ratio of the evaluation target area is 90% or more. If the PLTV is at least 90%, it is possible to directly bond the piezoelectric substrate constituting the SAW device to the main surface of the substrate with high accuracy without using an adhesive material, even if the substrate is a polycrystalline spinel. It becomes possible. Therefore, by using this substrate, it is possible to obtain a SAW device having excellent characteristics equivalent to the case of using a sapphire substrate at a lower cost than in the past.
- a method for manufacturing a substrate according to the present invention is a method for manufacturing a substrate for a SAW device made of spinel, comprising a step of preparing a substrate and a step of performing chemical mechanical polishing on one main surface of the substrate. ing.
- substrate here, each process of raw material powder preparation, shaping
- the PV value of 2 nm or more and 8 nm or less or the Ra value of 0.01 nm or more and 0.5 nm or less of the main surface of the substrate according to the present invention is obtained by CMP (Chemical Chemical Polishing) on one main surface of the substrate.
- CMP Chemical Chemical Polishing
- the holding substrate can be satisfactorily bonded to the piezoelectric substrate using van der Waals force.
- the device using the spinel substrate described above is cheaper than the device using the sapphire substrate as described above, but is equivalent to the sapphire substrate and has a level of strength and heat dissipation that is practically acceptable. Since the substrate having the above is used, the electric signal transmission characteristics and the like are stabilized.
- the substrate in the step of performing chemical mechanical polishing, the substrate is sandwiched between a polishing pad disposed on a surface plate and a polishing head disposed to face the polishing pad.
- the substrate may be polished.
- a soft layer having a lower hardness than the polishing head may be disposed between the polishing head and the substrate. In this case, the flatness of the substrate can be improved. As a result, a substrate capable of easily joining the piezoelectric substrate to the main surface can be obtained.
- the SAW device includes the above substrate and a piezoelectric substrate disposed on one main surface of the substrate.
- a SAW device having characteristics equivalent to those of a SAW device using a sapphire substrate can be provided at a lower cost.
- the substrate and the piezoelectric substrate may be bonded.
- the substrate and the piezoelectric substrate may be directly bonded using a surface activation method or the like.
- the substrate and the piezoelectric substrate may be bonded using an adhesive material.
- a spinel holding substrate that has a practically satisfactory strength and that can be satisfactorily bonded to a piezoelectric substrate such as a SAW filter using van der Waals force at low cost. it can.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a cross-sectional aspect in a portion along line IV, V-IV, V in FIG. 3.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example different from FIG. 4 of the aspect of the cross section along the IV, V-IV, and V lines in FIG. 3. It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the board
- the substrate 1 of the present embodiment is a wafer made of spinel, for example, having a main surface 1a having a diameter of 4 inches.
- the spinel constituting the substrate 1 include MgO.nAl 2 O 3 (1 ⁇ n ⁇ 3).
- the substrate 1 may be used as, for example, a component for heat dissipation in an electronic device, or may be used as a filter for a high frequency transmitter. Or you may use as a board
- the other substrate 1 is used as a holding substrate on which the piezoelectric substrate 10 constituting the SAW filter 2 as the SAW device is placed (bonded).
- the substrate 1 in FIG. 2 is a partial region of the substrate 1 shown in FIG.
- the piezoelectric substrate 10 is bonded on the main surface 1 a of the substrate 1, the piezoelectric substrate 10 is bonded.
- comb-shaped electrodes 3 and 4 made of a metal thin film are formed on the main surface of the piezoelectric substrate 10 opposite to the main surface facing the substrate 1 (on the upper main surface in FIG. 2). ing.
- the electrode 3 in FIG. 2 is an electrode for sound wave signal input
- the electrode 4 is an electrode for sound wave signal output.
- the electrode 3 includes a first electrode 3a and a second electrode 3b
- the electrode 4 includes one set of a first electrode 4a and a second electrode 4b.
- an AC voltage is applied between the first pole 3a and the second pole 3b
- an AC voltage is also applied between the first pole 4a and the second pole 4b.
- a sound wave signal is input to a current by an alternating voltage applied between the first pole 3a and the second pole 3b.
- the main surface of the piezoelectric substrate 10 vibrates so as to wave. To do.
- the first poles 3a and 4a and the second poles 3b and 4b each have a comb shape. Therefore, for example, among the sound wave signals input to the electrode 3, only the sound wave signal having a wavelength corresponding to the distance between the comb-shaped component 3c and the comb-shaped component 3d of the first pole 3a resonates and the output-side electrode 4 is resonated. Propagated from outside. That is, a sound wave signal having a wavelength other than the above-described wavelength is not propagated to the outside from the output-side electrode 4 but is blocked inside the SAW filter 2. Based on such a principle, the SAW filter 2 outputs only the sound wave signal having a desired wavelength to the outside, thereby blocking the sound wave signal (that is, noise) other than the desired wavelength and eliminating the noise of the output signal. be able to.
- one main surface of the substrate 1, that is, the main surface 1 a to which the piezoelectric substrate 10 is bonded is a crystal particle ( It is preferable that the molecules are bonded to each other by van der Waals force. More specifically, it is preferable that the molecules of the material constituting the piezoelectric substrate 10 and the spinel molecules constituting the substrate 1 are bonded by van der Waals force. It is difficult to bond the piezoelectric substrate 10 to the main surface 1a of the substrate 1 made of spinel using, for example, an adhesive.
- the piezoelectric substrate 10 is firmly bonded on the main surface 1a using the van der Waals force described above. It is preferred that
- the spinel substrate 1 has a resonator 20 (consisting of a lower electrode 6, an upper electrode 7, and a piezoelectric film 8 sandwiched between them) as shown in FIG. It may be used as a holding substrate for mounting (bonding) a BAW (Bulk Acoustic Wave) filter 5 having a configuration mounted (bonded) on the main surface 1a.
- a resonator 20 consisting of a lower electrode 6, an upper electrode 7, and a piezoelectric film 8 sandwiched between them
- BAW Bulk Acoustic Wave
- the lower electrode 6 and the upper electrode 7 are preferably made of a generally known metal material that constitutes an electrode such as molybdenum.
- the piezoelectric film 8 is preferably made of a ceramic material such as AlN (aluminum nitride) or ZnO (zinc oxide).
- the lower electrode 6 of the resonator 20 and the main surface 1 a of the substrate 1 are similar to the van der Waals force in the SAW filter 2, similarly to the bonding between the piezoelectric substrate 10 and the main surface 1 a of the substrate 1. Are joined together.
- the BAW filter 5 may be, for example, an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) type device having the configuration shown in FIG. 4 or an SMR (Solid Mounted Resonator) type device having the configuration shown in FIG. .
- FBAR-type BAW filter 5 shown in FIG. 4 the cavity portion 9 is formed by a certain depth from the main surface 1 a of the substrate 1, and a part of the resonator 20 faces the cavity portion 9.
- the SMR type BAW filter 5 shown in FIG. 5 is a BAW filter having a configuration in which a plurality of low impedance films 11 and high impedance films 12 are alternately laminated on a substrate 1.
- the SAW filter 2 uses surface waves (surface acoustic waves), whereas the BAW filter 5 uses bulk acoustic waves and operates using the resonance vibration of the piezoelectric film 8 itself.
- the piezoelectric film 8 freely vibrates using the cavity 9 at the bottom of the resonator 20.
- an acoustic wave traveling from the upper side to the lower side of FIG. Is reflected and reaches the piezoelectric film 8 to vibrate the piezoelectric film 8.
- the main surface 1a is preferably excellent in flatness.
- the PV value indicating the step on the main surface 1a is preferably 2 nm or more and 8 nm or less.
- PV shall mean PV especially in the part directly joined with the joint surface of the piezoelectric substrate 10, for example among the main surfaces 1a here.
- the main surface 1a has excellent flatness. Therefore, the substrate 1 as the holding substrate and the piezoelectric substrate 10 can be firmly and stably joined using the van der Waals force with the main surface 1a as the joining surface.
- the PV value is 2 nm or more and 8 nm or less.
- the above-described PV value is more preferably 4 nm or more and 6 nm or less.
- PV means here PV especially in the part directly joined with the joint surface of the piezoelectric substrate 10 among the main surfaces 1a.
- the substrate 1 preferably has an arithmetic average roughness Ra of 0.01 nm or more and 0.5 nm or less of the main surface 1a. If the value of Ra is 0.5 nm or less, the main surface 1a has excellent flatness. For this reason, the board
- the above-described Ra value is more preferably 0.01 nm or more and 0.5 nm or less.
- the substrate 1 is used as a substrate for a device other than the SAW filter 2 and the BAW filter 5, such as the above-described filter for a high-frequency transmitter, the main surface 1a described above is not necessarily used depending on the use of the substrate. In some cases, flatness is not required.
- the substrate 1 supports the piezoelectric substrate 10 and the resonator 20 that vibrate as described above. For this reason, considerable stress is applied to the substrate 1.
- the piezoelectric substrate 10 When the piezoelectric substrate 10 is operated, the piezoelectric substrate 10 generates heat, and the heat is transmitted to the substrate 1. That is, at this time, thermal stress is generated in the substrate 1.
- the substrate 1 preferably has a corresponding strength.
- the substrate 1 when the substrate 1 is used as a substrate for a device other than the SAW filter 2 described above, the substrate 1 may be used under severe conditions. It is preferable to have.
- the structure has a high strength when the Young's modulus is high, and the strength is low when the Young's modulus is low. Therefore, the substrate 1 preferably has a Young's modulus of 150 GPa or more and 350 GPa or less in order to have strength that can withstand use under the above-described conditions. When the Young's modulus of the substrate 1 is 150 GPa or more, the substrate 1 has a strength that can withstand use under the above conditions. In general, the structure has a high hardness when the Young's modulus is high, and the hardness is low when the Young's modulus is low.
- the Young's modulus of the substrate 1 exceeds 350 GPa, the hardness of the substrate 1 becomes excessively high, and therefore the possibility of causing chipping increases. If the Young's modulus of the substrate 1 exceeds 350 GPa, the hardness of the substrate 1 becomes excessively high, so that processing becomes difficult. Therefore, the Young's modulus of the substrate 1 is preferably within the above range from the viewpoint of having appropriate strength and suppressing problems such as chipping, and the most preferable range is 180 GPa or more and 300 GPa or less. It can be said.
- a high purity spinel powder preparation step (S10) is first performed. Specifically, this is a step of preparing spinel powder as a material for forming the substrate 1 made of the above-described spinel. More specifically, the spinel having a composition formula of MgO.nAl 2 O 3 (1 ⁇ n ⁇ 3), an average particle size of 0.1 ⁇ m to 0.3 ⁇ m, and a purity of 99.5% or more. It is preferable to prepare a powder.
- MgO (magnesium oxide) powder and Al 2 O 3 (alumina) powder are mixed in a ratio (substance ratio) of 1 ⁇ Al 2 O 3 / MgO ⁇ 3. It is preferable to mix so that it becomes.
- the particle size of the powder particles is obtained by integrating the volume of the powder from the small particle size side toward the large particle size side when measured using a particle size distribution measurement method by a laser diffraction / scattering method. It means the value of the diameter of the powder cross section at the location where the cumulative volume is 50%.
- the particle size distribution measuring method described above is a method of measuring the diameter of the powder particles by analyzing the scattering intensity distribution of the scattered light of the laser light irradiated onto the powder particles.
- the average value of the particle diameters of the plurality of powder particles contained in the prepared spinel powder is the average particle diameter described above.
- the molding step (S20) shown in FIG. 6 is performed. Specifically, this is formed by press molding or CIP (Cold Isostatic Pressing). More specifically, for example, it is preferable that the powder of MgO ⁇ nAl 2 O 3 prepared in step (S10) is first preformed by press molding and then CIP is performed to obtain a compact. However, only one of press molding and CIP may be performed here, or both CIP may be performed after press molding, for example.
- a pressure of 10 MPa to 300 MPa, particularly 20 MPa is preferably used, and in CIP, for example, a pressure of 160 MPa to 250 MPa, particularly 180 MPa to 230 MPa is preferably used.
- the sintering step (S30) shown in FIG. 6 is performed.
- a vacuum sintering method in which a compact is placed and sintered in a vacuum atmosphere
- a HIP Het Isostatic
- a hot press method may be used instead of the above method. Only one of the vacuum sintering method and HIP may be performed, or a plurality of operations may be performed, for example, HIP is performed after the vacuum sintering method is performed. Further, heat treatment may be performed again after HIP.
- the compact in the vacuum sintering method, it is preferable that the compact is placed in a vacuum atmosphere, heated to 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower and held for 1 hour or longer and 3 hours or shorter. In this way, a sintered body having a density of 95% or more can be formed.
- HIP the above sintered body (or a molded body that has not been sintered by hot pressing) is placed in an argon atmosphere and heated to 1600 ° C. to 1900 ° C. while applying a pressure of 150 MPa to 250 MPa. And sintering by holding for 1 hour or more and 3 hours or less.
- the density of the formed sintered body can be set to a density sufficient to satisfy the strength (Young's modulus) required for the finally formed substrate. . This is because compositional deformation of the spinel sintered body occurs due to pressurization and pores inside the sintered body are removed to the outside by the diffusion mechanism.
- a processing step (S40) is performed on the sintered body sintered as described above, as shown in FIG. Specifically, first, the sintered body is cut (cut) by dicing so as to have a desired thickness (of the substrate 1). Thereby, the foundation
- the desired thickness is preferably determined in consideration of the thickness of the substrate 1 to be finally formed and the polishing margin of the main surface 1a of the substrate 1 in a subsequent process.
- the underlying main surface of the substrate 1 is polished. Specifically, it is a step of polishing the main surface 1a of the substrate 1 finally formed as described above so that the average roughness Ra becomes a desired value.
- the substrate 1 as the substrate for the SAW filter is preferably polished so that the main surface 1a has the above-described desired PV and Ra values.
- the main surface 1a of the substrate 1 is polished to achieve excellent flatness, as shown in FIG. 7, there are four stages: rough polishing, normal polishing, polishing using diamond abrasive grains, and CMP. It is preferable to sequentially perform the polishing. Specifically, in the rough polishing (S41) that is the first step and the normal polishing (S42) that is the second step, the main surface 1a is mirror-finished using a polishing machine.
- the count of abrasive grains used for polishing differs between rough polishing and normal polishing. Specifically, it is preferable to use a GC grindstone with an abrasive grain number of # 800 to # 2000 for rough polishing, and a diamond grindstone with an abrasive grain diameter of 3 to 5 ⁇ m for normal polishing.
- the polishing (S43) as the finishing process is preferably performed using diamond abrasive grains as described above.
- Diamond abrasive grains are very high in hardness, and the average grain diameter of the abrasive grains is as small as about 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m. Therefore, the diamond abrasive grains are suitable for use as abrasive grains for high-precision mirror finishing. For example, polishing is performed for 10 minutes using the abrasive grains.
- the chemical mechanical polishing (S44) which is the fourth stage, a chemical polishing agent and a polishing pad are used, and the surface of the wafer surface is flattened by using a combined action of chemical action and mechanical polishing.
- the substrate 1 for SAW filter can be favorably bonded to the main surface of the piezoelectric substrate 10 by van der Waals force.
- the flatness of the main surface is not required as in the case of the spinel substrate for the SAW filter.
- CMP Chemical Mechanical Polish
- the manufacturing method of the substrate 1 is basically the same as the high-purity spinel powder preparation step (S10) to the processing step (S40) shown in FIG. 6, but the contents of the polishing step in the processing step (S40) are the same.
- the department is different.
- a polishing process as shown in FIG. 7 is performed on the base of the substrate 1 obtained by cutting the sintered body.
- the number of polishing steps is the same as the four steps in the first embodiment described above.
- the rough polishing step (S41), the normal polishing step (S42), the diamond abrasive polishing step (S43) (also referred to as the finish polishing step), and the chemical mechanical polishing step (S44) (also referred to as the CMP step). are preferably performed in order.
- the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using a polishing machine (for example, a double-side polishing apparatus).
- a polishing machine for example, a double-side polishing apparatus.
- a GC grindstone having a count of # 800 to # 2000, for example, is used.
- the polishing amount is, for example, not less than 50 ⁇ m and not more than 200 ⁇ m.
- a normal polishing step (S42) is performed.
- the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using, for example, a single-side polishing apparatus.
- polishing agent the diamond abrasive grain whose particle size of an abrasive grain is 3 micrometers or more and 5 micrometers or less can be used, for example.
- the polishing amount can be, for example, 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
- a diamond abrasive polishing step (S43) is performed.
- the main surface (front surface and back surface) of the substrate is polished using, for example, a single-side polishing apparatus.
- polishing agent the diamond abrasive grain whose particle size of an abrasive grain is 0.5 micrometer or more and 1 micrometer or less can be used, for example.
- the polishing amount can be, for example, 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- a chemical mechanical polishing step (S44) (CMP step) is performed.
- this step (S44) for example, one of the main surfaces of the substrate is polished using a CMP apparatus.
- a slurry used for polishing a slurry having a mechanical polishing action stronger than a normal slurry for sapphire (a chemical polishing action is suppressed) is used.
- the polishing time can be, for example, 10 minutes to 45 minutes, more preferably 15 minutes to 40 minutes.
- the CMP apparatus includes a surface plate 42 having a circular planar shape, a polishing pad 43 disposed on the surface plate 42, and a polishing head 45 disposed so as to face the polishing pad 43.
- the substrate 1 is polished in a state where the substrate 1 is sandwiched between them.
- a soft layer 44 having a hardness lower than that of the polishing head 45 is disposed between the polishing head 45 and the substrate 1.
- the substrate 1 is pressed against the polishing pad 43 by the polishing head 45 through the soft layer 44.
- the surface plate 42 is supported by a column 41 connected to the central portion thereof.
- the polishing head 45 is also supported by a rotating column 46 connected to the central portion of the polishing head 45. Further, the slurry 48 is supplied from the slurry supply unit 47 to the polishing pad 43.
- the CMP apparatus having such a configuration, the flatness of the substrate 1 can be improved. Specifically, when a plurality of quadrangular regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set on the main surface 1a of the substrate 1, a region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface 1a is selected from the plurality of regions.
- the substrate 1 For a plurality of evaluation target areas that are excluded portions, it is possible to obtain the substrate 1 in which the PLTV indicating the ratio of the evaluation target areas whose LTV is 1.0 ⁇ m or less is 90% or more. On such a main surface 1a of the substrate 1, a piezoelectric substrate can be easily bonded.
- the component material preparation step (S100) is performed.
- the spinel substrate 1 according to the present invention is prepared using the manufacturing method shown in the second embodiment.
- a device structure in which the electrodes 3 and 4 are formed on the piezoelectric substrate 10 constituting the SAW filter 2 is prepared.
- the planar shapes of the electrodes 3 and 4 are configured as shown in FIG.
- any conventionally known method such as sputtering can be used.
- As a material of the electrodes 3 and 4 for example, aluminum or an aluminum alloy can be used.
- a bonding step (S110) is performed. Specifically, by irradiating the back surface (surface opposite to the surface on which the electrodes 3 and 4 are formed) of the piezoelectric substrate 10 that is a surface bonded to the substrate 1 in the device structure, Activate the back side. Note that plasma or the like may be brought into contact with the back surface instead of the ion beam.
- the main surface 1a of the substrate 1 is brought into contact with the back surface of the piezoelectric substrate 10 of the device structure. At this time, stress may be applied so that the main surface 1 a of the substrate 1 is pressed against the back surface of the piezoelectric substrate 10.
- substrate 1 by this invention shows the outstanding flatness regarding the main surface 1a, it can perform the above joining (room temperature joining) reliably.
- the back surface of the piezoelectric substrate 10 is directly bonded to the main surface 1a of the substrate 1 as described above, the back surface of the piezoelectric substrate 10 may be bonded to the main surface 1a of the substrate 1 through an adhesive layer, for example.
- an adhesive layer for example, any adhesive material such as spin-on glass (SOG), polyimide, or silicone can be used.
- a post-processing step (S120) is performed. Specifically, when the support member is connected to the device structure to support the device structure in the bonding step (S110), the support member is removed from the SAW filter. . In some cases, the obtained SAW filter is installed inside a predetermined package, and wiring for connecting electrodes to the outside is performed.
- the values of PV and Ra are compared between the substrate 1 whose main surface 1a is polished using the manufacturing method of the present embodiment and the spinel substrate which is not polished, and the bonding state with the piezoelectric substrate investigated.
- a total of 20 sintered bodies serving as a prototype of a spinel substrate were formed.
- the main surface of the sintered body was polished.
- some of the 20 sintered bodies were subjected to only the processes of steps (S41) to (S43) in FIG.
- all the steps (S41) to (S44) in FIG. 7 were performed on the remaining sintered bodies of the 20 sheets.
- the sintered body was cut so that the size of the main surface 1a was approximately circular with a diameter of 100 mm.
- the main surface 1a was polished for 20 minutes using a GC grindstone whose abrasive grain number was # 800 using a double-side polishing apparatus.
- the main surface 1a was polished for 20 minutes by using a diamond grindstone having an abrasive grain count of 3 to 5 ⁇ m using a single-side polishing apparatus.
- step (S43) the main surface 1a was polished for 30 minutes using a diamond grindstone having an abrasive grain size of 0.5 to 1.0 ⁇ m using a single-side polishing apparatus.
- step (S44) CMP treatment was performed for 30 to 60 minutes using a single-side polishing apparatus.
- the main surface 1a before the CMP of the step (S44) and the main surface 1a after the step (S44) are performed.
- the respective PV and Ra values of were measured.
- PV and Ra were measured using AFM (Atomic Force Microscope). The measurement range was an area of 0.176 mm ⁇ 0.132 mm on the main surface 1a.
- the values of PV and Ra on the main surface 1a can be reduced by performing CMP after polishing the main surface 1a with diamond abrasive grains. Further, by performing such a treatment, it is possible to improve the bonding state at the bonding surface between the main surface 1a and the piezoelectric substrate and to suppress the generation of voids that deteriorate the bonding state between the bonding surfaces of the two.
- the grain boundary step means a step at the grain boundary of the spinel crystal.
- the flatness particularly indicates irregularities on the main surface 1a, and more specifically indicates the size of the largest step on the main surface 1a.
- TTV is the maximum and minimum height of the main surface 1a measured in the thickness direction of the substrate 1 with the main surface (back surface) of the substrate 1 facing the main surface 1a to be measured as a reference plane. Indicates the difference.
- the warpage is a value indicating the degree of bending of the entire main surface of the substrate 1.
- substrates made from sapphire (“sapphire” in the following Table 2) was measured. Further, for the spinel substrate, after performing the step (S43), on the main surface 1a before performing the CMP in the step (S44) ("Pre-CMP spinel” in Table 2 below), and in the step (S44) Each of the above parameters was measured on each of the main surfaces 1a after the above (“post-CMP spinel” in Table 2 below).
- the grain boundary step was measured using AFM: VN-8000 manufactured by KEYENCE.
- the range in which the grain boundary step is measured is 200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m.
- the spinel substrate that is not subjected to CMP and the spinel substrate that is subjected to CMP exhibit the same numerical value in any of the grain boundary step, flatness, TTV, and warpage. For this reason, even if CMP is performed on the main surface of the spinel substrate, it can be said that quality equivalent to the case where CMP is not performed can be ensured. Even when the sapphire substrate and the spinel substrate are compared, both flatness excluding warpage and TTV show the same numerical values.
- the rough polishing step (S41), the normal polishing step (S42), and the diamond abrasive polishing step (S43) are the same processing conditions for all four sheets.
- sample No. 1 and sample no. For No. 2 the CMP step was performed in the CMP step (S44) with the soft layer added to the surface plate side of the CMP apparatus.
- sample no. 3 and sample no. For No. 4 a soft layer was added to the polishing head side of the CMP apparatus in the CMP process.
- the surface accuracy of the substrate (holding substrate) prepared as described above was evaluated.
- a wafer made of a material different from spinel was actually bonded to the main surface of the holding substrate made of spinel at room temperature, and the bonded state was evaluated visually.
- the wafer (bonding wafer) was made of a material that transmits light in order to facilitate the evaluation of the bonded state. Specifically, LiTaO 3 was used here as a light transmissive material constituting the bonding wafer.
- PLTV was measured on the main surface of the holding substrate using a flatness measuring / analyzing apparatus.
- the following numerical values were used as PLTV. That is, a plurality of rectangular regions of 5 mm in length and 5 mm in width are set on the main surface of the holding substrate, and a plurality of regions excluding a region that falls within a range of 3 mm from the outer periphery of the main surface among the plurality of regions.
- the evaluation target area (site) was assumed.
- the ratio of the evaluation target area having an LTV (Local Thickness Variant) of 1.0 ⁇ m or less was defined as PLTV.
- the site can be set parallel to the orientation flat. LTV can be expressed as the difference between the maximum value and the minimum value at one site height with respect to the back surface of the holding substrate.
- the center point of the set rectangular area (site) of 5 mm x 5 mm is included in the range of 3 mm from the outer periphery of the main surface, it is excluded from the evaluation target and the center If the point is inside the range of 3 mm from the outer periphery of the main surface, it is handled as an evaluation object.
- the warpage of each holding substrate was measured using a flatness measuring / analyzing apparatus.
- the height from the reference surface when only the center point of the back surface of the holding substrate was fixed was measured, and the maximum value of the height was taken as the warp value.
- the portion is more whitish than the portion in a good bonding state. The discolored part was confirmed visually.
- FIGS. 10 to 12 show the sample numbers. 1 and FIG. 13 to FIG.
- the results of No. 2 are shown in FIGS. 3 is a result of Sample No. 4 is the result.
- FIGS. 11, 14, 17, and 20 are schematic views each showing a three-dimensional state of unevenness on the main surface of the holding substrate.
- FIGS. 11, 14, 17, and 20 each display a region where the LTV is 1.0 ⁇ m or less in white for a plurality of 5 mm square regions set on the main surface of the holding substrate, while the LTV The area where the value exceeds 1.0 ⁇ m is displayed in black.
- FIG. 15, FIG. 18, and FIG. 21 show the appearance of the substrate after bonding (bonding substrate).
- the PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 72% and the warpage was 78 ⁇ m. Further, as can be seen from FIG. 12 showing the state where the bonding wafer is bonded, the proportion of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 80%.
- the PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 92% and the warpage was 91 ⁇ m. Further, as can be seen from FIG. 18 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 98%.
- the PLTV excluding the range of 3 mm from the outer periphery of the holding substrate was 95% and the warpage was 96 ⁇ m. Further, as can be seen from FIG. 21 showing the state where the bonding wafer is bonded, the ratio of the portion showing a good bonded state on the main surface of the holding substrate was 98%.
- sample Sample No. formed in Experimental Example 1 above. A bonded substrate using 1 to 4 holding substrates was prepared.
- the prepared four bonded substrates were diced so as to cut out a plurality of 10 mm ⁇ 10 mm square samples.
- Ten 10 mm ⁇ 10 mm square samples are taken out from each bonding substrate, and both surfaces are bonded to a jig, and a holding substrate made of spinel and a bonding wafer are pulled in a 180 ° direction by a tensile tester. The tensile strength was measured after peeling.
- the present invention is particularly excellent as a technique for providing a substrate having a moderate strength at a lower cost and capable of being firmly bonded to a piezoelectric substrate or the like.
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Abstract
より低コストで適度な強度を有し、かつ圧電体基板などと強固に接合することが可能な基板が得られる。スピネルからなる、SAWデバイス用の基板(1)であって、基板(1)の一方の主表面(1a)の段差PV値が2nm以上8nm以下である。基板(1)の一方の主表面(1a)の平均粗さRaの値が0.01nm以上0.5nm以下であることが好ましい。このようにすれば、基板(1)においてSAWデバイスの圧電体基板と接合する主表面(1a)を、圧電体基板を構成する圧電材料とファンデルワールス力を利用して良好に接合することができる。
Description
本発明は、SAWデバイス用の基板、基板の製造方法およびSAWデバイスに関するものである。
携帯電話の内部には、電気信号のノイズをカットし、所望の周波数の電気信号のみを送受信するための、SAWフィルタと呼ばれる電子部品が組み込まれている。SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタとは表面波フィルタを意味する。SAWフィルタなどのSAWデバイスは圧電効果を有する材料からなる圧電体基板を用いる。SAWデバイスは通常、使用時に圧電体基板が発生する熱を放出するために、放熱性に優れた保持基板上に接合された状態で使用される。
たとえば特開2008-301066号公報(特許文献1)には、低熱膨張係数の保持基板とSAWデバイスの圧電体基板とが接合された複合基板が開示されている。
また上記の圧電体基板と保持基板とを接合する方法については、たとえば特開2004-343359号公報(特許文献2)に開示されている。具体的には、圧電体基板と保持基板とを洗浄して両者の接合面上の不純物を除去した後、上記接合面に不活性ガスまたは酸素のイオンビーム、中性化ビームまたはプラズマ等を照射することで、残留した不純物を除去するとともに接合面の表層が活性化される。活性化された接合面において、圧電体基板と保持基板とが接合される。
圧電体基板は、入力される電気信号により応力を受けて変形する。そのため、圧電体基板が載置される保持基板には高い強度が要求される。このため従来から用いられるSAWデバイスの圧電体基板を載置する保持基板は、たとえばFUJITSU SAWフィルター(非特許文献1)に示すようにサファイアから構成されるものがある。
"SAWフィルター"、[online]、2008年6月、[2009年9月9日検索]、インターネット<URL: http://jp.fujitsu.com/group/labs/downloads/business/activities/activities-2/fujitsu-labs-netdev-001.pdf>
しかしながら上記の各文献に開示される保持基板としては、主にサファイア単結晶基板が用いられる。サファイアの単結晶は一般に高価である。このためサファイアからなる、SAWデバイスの圧電体基板を載置する基板の生産はコスト高となっていた。
またサファイアは、SAWデバイスの圧電体基板を載置する基板として十分な強度を有するが、硬度が非常に高いため、形成する基板にチッピングなどの不具合が発生することがある。またサファイアは硬度が高いため、所望の形状の基板に切削加工することが困難である。このため切削速度が上げられないことも、サファイア基板のコスト高の遠因となっていた。さらにサファイアは、単結晶特有の劈開性を有しており、圧電体基板の変形がサファイア保持基板に与える応力により割れる可能性が高いという問題点を有している。
ところでたとえば特許文献1においては接着剤により保持基板と圧電体基板とが接合されている。しかし圧電体基板を保持基板に高精度に接合するためには、両者間のファンデルワールス力を利用した接合がなされることが好ましい。
ファンデルワールス力を利用して基板を接合する場合、接合面が優れた平坦度を有することが好ましい。このためたとえば保持基板の圧電体基板との接合面に対し、粗研磨と通常研磨と、ダイヤ砥粒を用いた研磨との3種類が行なわれることが好ましい。ところがダイヤ砥粒による研磨がなされた保持基板の接合面においても、圧電体基板の接合面と貼り合わせる際に、両接合面の間に多数のボイドが形成され、両者が接合されないという問題がある。
特許文献2においてはイオンビームやプラズマ等が接合面上に照射され、接合面を活性化してアモルファス層を形成した上で、両者が接合される。しかし特許文献2においては接合面の研磨処理については記載されていないため、当該文献に開示される接合方法を用いても、当該接合面の粗度や段差に起因する接合不良が発生する可能性がある。
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、より低コストで適度な強度を有し、ファンデルワールス力により圧電体基板と強固に接合することが可能な基板、当該基板の製造方法および当該基板を用いたSAWデバイスを提供することである。
本発明に係る基板は、スピネルからなる、SAWデバイス用の基板であって、基板の一方の主表面の段差PV値が2nm以上8nm以下である。なおここで主表面とは、表面のうち最も面積の大きい主要な面をいう。
本発明の発明者は鋭意研究の結果、たとえば上述したSAWフィルタなどのSAWデバイスを載置する保持基板として、サファイアの代わりに、光学素子の分野で主に用いられるスピネルを用いることができる可能性があることを見出した。スピネルの強度などの物性値は、サファイアの強度などの物性値に近い。スピネルを用いて形成するSAWデバイス用の保持基板も、サファイアからなるSAWデバイス用の保持基板と同様に実用に耐えうるという可能性を見出した。たとえば、スピネル製のSAWデバイス用保持基板は、サファイア製のSAWデバイス用保持基板と同等ではないが実用上問題ないレベルの強度(ヤング率)を示す。またスピネルは、SAWデバイスを構成する圧電体基板が発生する熱を放熱するため実用上問題ないレベルの熱伝導率を有する。
しかし従来、SAWデバイス用の保持基板としてはサファイアなどの単結晶体を用いることが技術常識であり、当業者の間ではそもそも多結晶体のスピネルを基板材料の候補とすること自体、考えられていなかった。発明者は当業者の常識にとらわれることなく研究を進めた結果、スピネルをSAWデバイス用保持基板として用いうるという知見を得た。サファイアの代わりにスピネルを用いてSAWデバイス用保持基板(スピネル保持基板)を形成すれば、当該基板の生産コストを低減することができる。
また本発明の発明者は鋭意研究の結果、上記のスピネル保持基板の、SAWフィルタなどを構成する圧電体基板との接合面の段差を示すPV(peak-to-valley)値が、接合面における接合状態に影響することを見出した。ここでPV値とは、表面の断面曲線における最大山高さと最大谷深さとの高さの差(段差)を示す値である。
ファンデルワールス力を利用して圧電体基板と接合しようとする場合、スピネル保持基板の接合面が平坦であれば、当該接合面は圧電体基板と良好に接合される。本発明の発明者は鋭意研究の結果、スピネルからなる基板の接合面におけるPV値が2nm以上8nm以下である場合に、圧電体基板と良好に接合されることを見出した。したがって当該基板の、圧電体基板と接合する主表面を、圧電体基板を構成する圧電材料とファンデルワールス力を利用して良好に接合することができる。
上述した基板においては、基板の一方の主表面の平均粗さRaの値が0.01nm以上0.5nm以下であることが好ましい。
サファイアの結晶は単結晶であるため、サファイアからなる基板は、主表面の平均粗さRaの値が良好となるよう加工することが容易である。一方スピネルの結晶は多結晶であるため、一般に隣接する結晶粒界において面粗度が大きくなる。しかしスピネルの多結晶を用いた上記基板においても、加工方法を制御することにより、主表面の平均粗さRaの値を0.01nm以上0.5nm以下という優れた平坦度にすることができることを、本発明の発明者は見出した。したがって当該基板の、圧電体基板と接合する主表面は、圧電体基板を構成する圧電材料とファンデルワールス力を利用して良好に接合することができる。
以上より、上述したスピネル製の基板を用いたSAWデバイスは、上述したように従来のサファイアを用いたSAWデバイスより安価でありながら、サファイア製の基板と同等であり、実用上問題ないレベルの強度を有する基板が用いられているため、電気信号の伝達特性などが安定する。
また、上記基板においては、主表面について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、当該複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTV(Local Thickness Variatio)が1.0μm以下となっている評価対象領域の割合を示すPLTV(Percent LTV)が90%以上であってもよい。
また、異なる観点から言えば、本発明に従った基板は、スピネルからなる、SAWデバイス用の基板であって、当該基板は一方の主表面を有し、主表面について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る前記領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上である。上記のPLTVが少なくとも90%あれば、多結晶体であるスピネル製の基板でも、SAWデバイスを構成する圧電体基板を当該基板の主表面に接着材料を用いることなく高い精度で直接接合することが可能となる。したがって、この基板を用いることで、サファイア基板を用いた場合と同等の優れた特性を有するSAWデバイスを、従来より低コストで得ることができる。
本発明に係る基板の製造方法は、スピネルからなる、SAWデバイス用の基板の製造方法であって、基板を準備する工程と、基板の一方の主表面に化学的機械研磨を施す工程とを備えている。なお、ここで基板を準備する工程としては、たとえば図6に示す、原料粉末準備、成型、焼結、および切断の各工程を含む。
本発明に係る基板の主表面の、2nm以上8nm以下であるPV値や、0.01nm以上0.5nm以下であるRa値は、基板の一方の主表面に化学的機械研磨であるCMP(Chemical Mechanical Polishing)がなされることにより達成することができる。つまり、化学的機械研磨を施す工程を行なった後における、基板の一方の主表面のPV値は2nm以上8nm以下であり、また当該基板の一方の主表面のRa値は0.01nm以上0.5nm以下であってもよい。したがってスピネルからなる保持基板に対して化学的機械研磨を行なえば、当該保持基板を、ファンデルワールス力を利用して圧電体基板と良好に接合可能なものとすることができる。つまり上述したスピネル製の基板を用いたデバイスは、上述したようにサファイアからなる基板を用いたデバイスより安価でありながら、サファイア製の基板と同等であり、実用上問題ないレベルの強度や放熱性を有する基板が用いられているため、電気信号の伝達特性などが安定する。
上記基板の製造方法において、化学的機械研磨を施す工程では、定盤上に配置された研磨パッドと、研磨パッドと対向するように配置された研磨ヘッドとの間に基板が挟まれた状態で当該基板が研磨されてもよい。さらに、研磨ヘッドと基板との間には研磨ヘッドより硬度の低い軟質層が配置されていてもよい。この場合、基板の平坦性を向上させることができる。その結果、主表面に圧電体基板を容易に接合することが可能な基板を得ることができる。
この発明に従ったSAWデバイスは、上記基板と、当該基板の一方の主表面上に配置された圧電体基板とを備える。上記のように、スピネル製の基板を用いれば、サファイア製の基板を用いたSAWデバイスと同等の特性を有するSAWデバイスを、より安価に提供することができる。また、上記基板と圧電体基板とは接合されていてもよい。接合方法としては、表面活性化法などを用いて基板と圧電体基板とを直接接合してもよい。なお、SAWデバイスの要求特性などによっては、接着材料を用いて基板と圧電体基板とを接合してもよい。
本発明によれば、実用上問題ない強度を有し、ファンデルワールス力を利用してSAWフィルタなどの圧電体基板と良好に接合することが可能なスピネル保持基板を、安価に提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
図1に示すように、本実施の形態の基板1は、たとえば主表面1aが直径4インチであり、スピネルからなるウェハである。基板1を構成するスピネルとしてはたとえばMgO・nAl2O3(1≦n≦3)が挙げられる。
図1に示すように、本実施の形態の基板1は、たとえば主表面1aが直径4インチであり、スピネルからなるウェハである。基板1を構成するスピネルとしてはたとえばMgO・nAl2O3(1≦n≦3)が挙げられる。
基板1は、たとえば電子デバイス中の放熱用の部品として用いられてもよいし、高周波発信機用のフィルタとして用いられてもよい。あるいは自動車部品として用いる電子デバイス用の基板として用いられてもよい。その他基板1は、たとえば図2に示すように、SAWデバイスとしてのSAWフィルタ2を構成する圧電体基板10を載置(接合)する保持基板として用いられる。
図2における基板1は、図1に示す基板1の一部の領域である。基板1の主表面1a上に、圧電体基板10が接合される。そして圧電体基板10の、基板1と対向する主表面と反対側の主表面上(図2における上側の主表面上)には、金属薄膜からなる櫛型形状の電極3および電極4が形成されている。
たとえば図2における電極3を音波の信号入力用の電極、電極4を音波の信号出力用の電極とする。電極3は第1極3aと第2極3b、電極4は第1極4aと第2極4bとのそれぞれ1組からなる。第1極3aと第2極3bとの間にたとえば交流電圧を印加し、第1極4aと第2極4bとの間にもたとえば交流電圧を印加する。そして第1極3aと第2極3bとの間に印加した交流電圧による電流に、音波の信号を入力する。すると電極3、4が形成された圧電体基板10を構成する結晶粒子(原子)同士が応力を受けることにより圧電効果により近づいたり離れたりするため、圧電体基板10の主表面が波打つように振動する。
しかし図2に示すように、第1極3a、4aおよび第2極3b、4bはそれぞれ櫛型形状を有する。したがってたとえば電極3に入力される音波の信号のうち、第1極3aの櫛型成分3cと櫛型成分3dとの距離に相当する波長の音波の信号のみが、共振して出力側の電極4から外部へ伝播される。つまり上述した波長以外の波長を持つ音波の信号は、出力側の電極4から外部へ伝播されず、SAWフィルタ2の内部にて遮断されることになる。このような原理によりSAWフィルタ2は、所望の波長を持つ音波の信号のみを外部に出力することにより、所望の波長以外の音波の信号(つまり雑音)を遮断し、出力信号のノイズを排除することができる。
特に図2に示すSAWフィルタ用のベース基板として基板1を用いた場合、基板1の一方の主表面すなわち圧電体基板10が接合される主表面1aは、圧電体基板10を構成する結晶粒子(分子)とファンデルワールス力により結合されることが好ましい。より具体的には、圧電体基板10を構成する材料の分子と、基板1を構成するスピネルの分子とは、ファンデルワールス力により結合されることが好ましい。スピネルからなる基板1の主表面1a上にたとえば接着剤を用いて圧電体基板10を接合することは困難である。このためスピネルからなる基板1の主表面1a上に圧電体基板10を安定に載置するためには、上述したファンデルワールス力を利用して主表面1a上に圧電体基板10が強固に接合されることが好ましい。
さらに本実施の形態に係るスピネル製の基板1は、たとえば図3に示すように、共振器20(下部電極6と上部電極7と、これらに挟まれた圧電膜8とからなる)が基板1の主表面1a上に載置(接合)された構成を有するBAW(Bulk Acoustic Wave)フィルタ5を載置(接合)する保持基板として用いられてもよい。
下部電極6や上部電極7は、たとえばモリブデンなどの電極を構成する一般公知の金属材料からなることが好ましい。また圧電膜8は、たとえばAlN(窒化アルミニウム)やZnO(酸化亜鉛)などのセラミックス材料からなることが好ましい。
BAWフィルタ5においては、共振器20の下部電極6と、基板1の主表面1aとが、SAWフィルタ2における圧電体基板10と基板1の主表面1aとの接合と同様に、ファンデルワールス力により接合される。
BAWフィルタ5はたとえば図4に示す構成を有するFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)型のデバイスであってもよいし、図5に示す構成を有するSMR(Solid Mounted Resonator)型のデバイスであってもよい。たとえば図4に示すFBAR型のBAWフィルタ5は、基板1のうち、主表面1aから一定の深さ分だけ空洞部9が形成されており、共振器20の一部が空洞部9と対向する構成を有するBAWフィルタである。また図5に示すSMR型のBAWフィルタ5は、基板1上に、低インピーダンス膜11と高インピーダンス膜12とが交互に複数層ずつ積層された構成を有するBAWフィルタである。
SAWフィルタ2が表面波(表面弾性波)を利用するのに対して、BAWフィルタ5はバルク弾性波を利用し、圧電膜8自体の共振振動を利用して動作する。たとえば図4のFBAR型のBAWフィルタ5は、共振器20の下部の空洞部9を利用して、圧電膜8が自由に振動する。図5のSMR型のBAWフィルタ5の場合は、共振器20の下部に設けられた音響多層膜としての低インピーダンス膜11および高インピーダンス膜12により、たとえば図5の上方から下方へ進行する弾性波が反射されて圧電膜8に到達し、圧電膜8を振動させる。
圧電膜8が振動すると、SAWフィルタ2の圧電体基板10が振動する場合と同様に、特定の波長の音波の信号のみが、共振して出力側の電極(たとえば上部電極7)から外部へ伝播される。したがって出力信号のノイズを排除することができる。
これらのようにファンデルワールス力を利用してスピネルからなる基板1の主表面1a上に圧電体基板10を安定に接合するためには、主表面1aが平坦性に優れることが好ましい。具体的には、主表面1aの段差を示すPVの値が2nm以上8nm以下であることが好ましい。なおここでPVとは、主表面1aのうち、特にたとえば圧電体基板10の接合面と直接接合される部分におけるPVを意味するものとする。
当該PVの値を2nm以上8nm以下とすれば、主表面1aが優れた平坦性を有することになる。このため、保持基板としての基板1と圧電体基板10とを、主表面1aを接合面としてファンデルワールス力を利用して、強固に安定に接合することができる。ただしPVの値が2nm未満となるようにするためには、主表面1aが非常に平坦になるように加工する必要があるため、加工コストが向上する。このため、合理的なコストおよび加工時間で達成可能なPVは2nm以上ということになる。なお、上述した合理的な加工コストおよび圧電体基板10の接合強度の確保の観点から、上述したPVの値は4nm以上6nm以下であることがより好ましい。なおここでPVとは、主表面1aのうち、特に圧電体基板10の接合面と直接接合される部分におけるPVを意味するものとする。
さらに基板1は、主表面1aの算術平均粗さRaの値が0.01nm以上0.5nm以下であることが好ましい。当該Raの値を0.5nm以下とすれば、主表面1aが優れた平坦性を有することになる。このため、基板1と圧電体基板10とを、主表面1aを接合面としてファンデルワールス力を利用して、強固に安定に接合することができる。
ただしRaの値が0.01nm未満となるようにするためには、主表面1aが非常に平坦になるように加工する必要があるため、加工コストが向上する。このため、合理的なコストおよび加工時間で達成可能なRaは0.01nm以上ということになる。なお、上述した合理的な加工コストおよび圧電体基板10の接合強度の確保の観点から、上述したRaの値は0.01nm以上0.5nm以下であることがより好ましい。
ただし基板1を、たとえば上述した高周波発信機用のフィルタなど、SAWフィルタ2やBAWフィルタ5以外のデバイス用の基板として用いる場合には、基板の当該用途に応じて、必ずしも上述した主表面1aの平坦性が要求されない場合もある。
基板1は、上記のように振動する圧電体基板10や共振器20を支持する。このため基板1には相当の応力が加わる。また圧電体基板10が作動すると圧電体基板10は発熱し、その熱が基板1にも伝播する。つまりこの際、基板1には熱応力が発生する。このため基板1は、相応の強度を有することが好ましい。あるいは基板1を上述したSAWフィルタ2以外のデバイス用の基板として用いる場合においても、過酷な条件下に基板1を用いることがあるため、基板1はSAWフィルタ2に用いる場合と同様に相応の強度を有することが好ましい。
構造体は一般に、ヤング率が高いと強度が高くなり、ヤング率が低いと強度が低くなる。したがって基板1は、上述した条件での使用に耐えうる強度を備えるために、ヤング率が150GPa以上350GPa以下であることが好ましい。基板1のヤング率が150GPa以上であれば、上記条件での使用に耐えうる強度を有するものとなる。また構造体は一般に、ヤング率が高いと硬度が高くなり、ヤング率が低いと硬度が低くなる。このためたとえば基板1のヤング率が350GPaを超えると、基板1の硬度が過剰に高くなるためにチッピングを起こす可能性が高くなる。また基板1のヤング率が350GPaを超えると、基板1の硬度が過剰に高くなるために加工が困難となる。このため適切な強度を有し、かつチッピングなどの不具合を抑制する観点から基板1のヤング率は上記範囲内であることが好ましく、そのなかでも180GPa以上300GPa以下であることが最も好ましい範囲であるといえる。
次に、上記基板1の製造方法について説明する。図6のフローチャートに示すように、まず高純度スピネル粉末準備工程(S10)を実施する。これは具体的には、上述したスピネルからなる基板1を形成する材料としてのスピネル粉末を準備する工程である。より具体的には、組成式がMgO・nAl2O3(1≦n≦3)であり、平均粒径が0.1μm以上0.3μm以下であり、純度が99.5%以上であるスピネル粉末を準備することが好ましい。
上述した組成のスピネル粉末を準備するためには、MgO(酸化マグネシウム)粉末とAl2O3(アルミナ)粉末とを、1≦Al2O3/MgO≦3の混合比率(物質量比)となるように混合することが好ましい。
なお、ここで粉末粒子の粒径とは、レーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法を用いて測定した場合における、小粒径側から大粒径側に向けて当該粉末の体積を積算した累積体積が50%となる箇所における粉末断面の直径の値を意味する。上述した粒子径分布測定方法とは具体的には、粉末粒子に照射したレーザ光の散乱光の散乱強度分布を解析することにより、粉末粒子の直径を測定する方法である。準備したスピネル粉末中に含まれる複数の粉末粒子の粒径の平均値が、上述した平均粒径である。
次に図6に示す成形工程(S20)を実施する。これは具体的には、プレス成形またはCIP(Cold Isostatic Pressing;冷間等方圧加工法)により成形する。より具体的には、たとえば工程(S10)で準備したMgO・nAl2O3の粉末を、まずプレス成形により予備成形した後、CIPを行ない、成形体を得ることが好ましい。ただしここではプレス成形とCIPとのいずれか一方のみを行なってもよいし、たとえばプレス成形を行なった後にCIPを行なうなど、両方を行なってもよい。
ここでプレス成形においてはたとえば10MPa以上300MPa以下、特に20MPaの圧力を用いることが好ましく、CIPにおいてはたとえば160MPa以上250MPa以下、特に180MPa以上230MPa以下の圧力を用いることが好ましい。
次に図6に示す焼結工程(S30)を実施する。焼結工程として具体的には、真空雰囲気下に成形体を載置して焼結する真空焼結法や、たとえばアルゴン雰囲気下に成形体を載置して加圧焼結するHIP(Hot Isostatic Pressing;熱間等方加圧)を用いることが好ましい。あるいは上記方法の代わりにホットプレス法を用いてもよい。真空焼結法とHIPなどとのいずれかのみを行なってもよいし、たとえば真空焼結法を行なった後にHIPを行なうなど、複数を行なってもよい。さらにHIP後に再度熱処理を行なってもよい。
真空焼結法においては具体的には、成形体を真空雰囲気中に載置し、1600℃以上1800℃以下に加熱し、1時間以上3時間以下保持することが好ましい。このようにすれば、密度が95%以上の焼結体を形成することができる。またHIPにおいては、上記焼結体を(あるいはホットプレスによる焼結を行なっていない成形体を)アルゴン雰囲気中に載置し、150MPa以上250MPa以下の圧力を加えながら1600℃以上1900℃以下に加熱し、1時間以上3時間以下保持することにより焼結する。上述した圧力および温度により焼結を行なえば、形成される焼結体の密度を、最終的に形成される基板に要求される強度(ヤング率)の条件を満たすに足りる密度とすることができる。これは加圧によりスピネル焼結体の組成変形が起こるとともに、拡散機構により当該焼結体内部の空孔が外部へ除去されるためである。
以上により焼結がなされた焼結体に対して、図6に示すように加工工程(S40)を行なう。これは具体的には、まず上記焼結体を所望の(基板1の)厚みとなるようにダイシング加工により切断(切削加工)する。これにより、所望の厚みを有する基板1の下地が完成する。なおここで所望の厚みとは、最終的に形成したい基板1の厚みと、後工程における基板1の主表面1aの研磨しろ等を考慮した上で決定することが好ましい。
次に、上記基板1の下地の主表面を研磨する。具体的には、上述したように最終的に形成される基板1の主表面1aを、平均粗さRaが所望の値となるように研磨する工程である。特に上述したように、SAWフィルタ用の基板としての基板1は、主表面1aを上述した所望のPVやRaの値となるように研磨することが好ましい。
基板1の主表面1aを、優れた平坦度を達成するために研磨する場合は、図7に示すように、粗研磨と通常研磨と、ダイヤモンド砥粒を用いた研磨と、CMPとの4段階の研磨を順に行なうことが好ましい。具体的には、第1段階である粗研磨(S41)および第2段階である通常研磨(S42)において、研磨機を用いて主表面1aを鏡面加工する。ここで粗研磨と通常研磨とでは、研磨に用いる砥粒の番手が異なる。具体的には、粗研磨においては砥粒の番手が#800~#2000であるGC砥石を、通常研磨においては砥粒の粒径が3~5μmであるダイヤモンド砥石を用いることが好ましい。
次に第3段階である仕上げ加工としての研磨(S43)は、上述したようにダイヤモンド砥粒を用いて行なうことが好ましい。ダイヤモンド砥粒は硬度が非常に高く、かつ砥粒の平均粒径が0.5μm~1.0μm程度と非常に小さいことから、高精度な鏡面加工用の砥粒として用いることに適している。当該砥粒を用いてたとえば10分間研磨加工を行なう。さらに第4段階である化学的機械研磨(S44)においては、化学研磨剤、研磨パッドを使用し、化学作用と機械的研磨の複合作用で、ウェハ表面の凹凸を削って平坦化する。このようにすれば、特に多結晶であるスピネルの結晶粒界における段差を平坦化することができ、CMP後の主表面1aのPV値を小さくすることができる。また化学的機械研磨(S44)による主表面1aの平坦化に伴い、PVとともにRaの値を小さくすることもできる。
このようにすれば、上述した主表面1aの段差PVが2nm以上8nm以下であり、平均粗さRaが0.01nm以上0.5nm以下である平坦性の高い主表面1aを実現することができる。したがって特にSAWフィルタ用の基板1は、圧電体基板10の主表面とファンデルワールス力により良好に接合することが可能となる。
なお、たとえばスピネル製の基板を高周波発信機のフィルタとして用いる場合には、上記のSAWフィルタ用のスピネル基板のような主表面の平坦度は必要ない。この場合は、上述した3段階の研磨を行なうに当たり、第1段階と第2段階とについてはSAWフィルタ用の基板1を形成する場合と同様の砥粒を用いることが好ましい。ただし第3段階の仕上げ加工においては通常、CMP(Chemical Mechanical Polish)が行なわれる。
(実施の形態2)
本発明による基板1の実施の形態2の製造方法を説明する。当該基板1の製造方法は、基本的には図6に示した高純度スピネル粉末準備工程(S10)~加工工程(S40)と同様であるが、加工工程(S40)における研磨工程の内容が一部異なっている。具体的には、焼結体を切断して得られる基板1の下地について、図7に示すような研磨加工工程を実施する。なお、研磨工程の工程数は、上述した実施の形態1と同様の4段階である。具体的には、粗研磨工程(S41)、通常研磨工程(S42)、ダイヤ砥粒研磨工程(S43)(仕上げ研磨工程とも言う)、および化学的機械研磨工程(S44)(CMP工程とも呼ぶ)を順に行なうことが好ましい。
本発明による基板1の実施の形態2の製造方法を説明する。当該基板1の製造方法は、基本的には図6に示した高純度スピネル粉末準備工程(S10)~加工工程(S40)と同様であるが、加工工程(S40)における研磨工程の内容が一部異なっている。具体的には、焼結体を切断して得られる基板1の下地について、図7に示すような研磨加工工程を実施する。なお、研磨工程の工程数は、上述した実施の形態1と同様の4段階である。具体的には、粗研磨工程(S41)、通常研磨工程(S42)、ダイヤ砥粒研磨工程(S43)(仕上げ研磨工程とも言う)、および化学的機械研磨工程(S44)(CMP工程とも呼ぶ)を順に行なうことが好ましい。
図7を参照して、第1段階である粗研磨工程(S41)では、研磨機(たとえば両面研磨装置)を用いて基板の主表面(表面および裏面)を研磨する。研磨剤としては、番手がたとえば#800~#2000であるGC砥石を用いる。なお、研磨量はたとえば50μm以上200μm以下とする。
次に、通常研磨工程(S42)を実施する。当該工程(S42)では、たとえば片面研磨装置を用いて、基板の主表面(表面および裏面)をそれぞれ研磨する。研磨剤としては、たとえば砥粒の粒径が3μm以上5μm以下であるダイヤモンド砥粒を用いることができる。研磨量は、たとえば10μm以上30μm以下とすることができる。
次に、ダイヤ砥粒研磨工程(S43)を実施する。当該工程(S43)では、たとえば片面研磨装置を用いて、基板の主表面(表面および裏面)をそれぞれ研磨する。研磨剤としては、たとえば砥粒の粒径が0.5μm以上1μm以下であるダイヤモンド砥粒を用いることができる。研磨量は、たとえば3μm以上10μm以下とすることができる。
次に、化学的機械研磨工程(S44)(CMP工程)を実施する。当該工程(S44)では、たとえばCMP装置を用いて、基板の主表面の一方を研磨する。研磨に用いるスラリーとしては、通常のサファイア用スラリーよりも機械的研磨作用を強めたもの(化学研磨作用を抑制したもの)を用いる。研磨時間は、たとえば10分以上45分以下、より好ましくは15分以上40分以下とすることができる。
なお、上述したCMP工程(S44)では、図8に示すようなCMP装置40を用いる。図8を参照して、CMP装置は、平面形状が円形状の定盤42と、定盤42上に配置された研磨パッド43と、研磨パッド43と対向するように配置された研磨ヘッド45との間に基板1が挟まれた状態で当該基板1が研磨される。研磨ヘッド45と基板1との間には研磨ヘッド45より硬度の低い軟質層44が配置されている。基板1は、軟質層44を介して研磨ヘッド45により研磨パッド43に押圧されている。定盤42はその中央部に接続された支柱41により支持される。また、研磨ヘッド45も、当該研磨ヘッド45の中央部に接続された回転支柱46により支持される。また、スラリー供給部47からはスラリー48が研磨パッド43に供給される。このような構成のCMP装置を用いることで、基板1の平坦性を向上させることができる。具体的には、基板1の主表面1aについて、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、当該複数の領域のうち、主表面1aの外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上となった基板1を得ることができる。このような基板1の主表面1a上には、圧電体基板を容易に接合することができる。
次に、上記のようにして得られた基板1を用いて製造された、図2に示す構造のSAWデバイスとしてのSAWフィルタ2の製造方法を、図9を参照して説明する。
まず、図9に示すように、構成材準備工程(S100)を実施する。この構成材準備工程(S100)では、上述した実施の形態2に示した製造方法を用いて、本発明によるスピネル製の基板1を準備する。また、SAWフィルタ2を構成する、圧電体基板10上に電極3、4が形成されたデバイス構造体を準備する。電極3、4の平面形状は図2に示すような構成となっている。電極3、4の形成方法としては、スパッタリングなど従来周知の任意の方法を用いることができる。電極3、4の材料としてはたとえばアルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いることができる。
次に、貼り合わせ工程(S110)を実施する。具体的には、デバイス構造体において基板1と接合する面である圧電体基板10の裏面(電極3、4が形成された表面とは反対側の面)にイオンビームを照射することにより、当該裏面を活性化する。なお、イオンビームに代えて、プラズマなどを当該裏面に接触させてもよい。
その後、基板1の主表面1aと、デバイス構造体の圧電体基板10の裏面とを接触させる。なお、このとき基板1の主表面1aが圧電体基板10の裏面に押圧されるように応力を負荷してもよい。ここで、本発明による基板1は、主表面1aに関して優れた平坦性を示すため、上記のような接合(常温接合)を確実に行なうことができる。
なお、上述のように圧電体基板10の裏面を基板1の主表面1aに直接接合したが、たとえば接着層を介して圧電体基板10の裏面を基板1の主表面1aに接着してもよい。接着層の材料はたとえばスピンオンガラス(SOG)、ポリイミド、あるいはシリコーンなどの任意の接着材料を用いることができる。
次に、後処理工程(S120)を実施する。具体的には、上記貼り合わせ工程(S110)においてデバイス構造体を支持するためにサポート部材を当該デバイス構造体に接続している場合など、当該サポート部材をSAWフィルタから除去する、といった処理を行なう。また、得られたSAWフィルタを、所定のパッケージ内部に設置し、電極を外部と接続するための配線などを行なう、といった処理を行なう場合もある。
本実施の形態の製造方法を用いて主表面1aが研磨された基板1と、当該研磨がなされていないスピネル製の基板との、PVおよびRaの値を比較し、圧電体基板との接合状態を調査した。まず図6に示す工程(S10)~工程(S30)に従い、スピネルからなる基板の原型となる焼結体を合計20枚分形成した。その後、工程(S40)の加工工程において、上記焼結体の主表面を研磨した。具体的には20枚のうち一部の焼結体に対しては、図7の工程(S41)~工程(S43)の処理のみを施した。これに対して20枚のうち残りの焼結体に対しては、図7の工程(S41)~(S44)を全て実施した。
具体的には、工程(S40)の最初に行なうスライス工程において、当該焼結体を主表面1aの大きさが直径100mmの略円形となるように切断した。その後、工程(S41)においては両面研磨装置を用いて、砥粒の番手が#800であるGC砥石を用い、主表面1aを20分間研磨処理した。次に工程(S42)においては片面研磨装置を用いて、砥粒の番手が3~5μmであるダイヤモンド砥石を用い、主表面1aを20分間研磨処理した。
その後、工程(S43)においては片面研磨装置を用いて、砥粒の粒径が0.5~1.0μmであるダイヤモンド砥石を用いて、主表面1aを30分間研磨処理した。最後に工程(S44)においては片面研磨装置を用いて30~60分間CMP処理した。
以上の各工程により形成される基板1に対して、工程(S43)を行なった後、工程(S44)のCMPを行なう前の主表面1a、および工程(S44)を行なった後の主表面1aのそれぞれのPVおよびRaの値を測定した。ここで、PVおよびRaは、AFM(Atomic Force Microscope)を用いて測定した。なお測定範囲は、主表面1a上の面積0.176mm×0.132mmの範囲とした。
また、工程(S43)を行なった後、工程(S44)のCMPを行なう前の主表面1a上(以下の表1中の「CMP前」)、および工程(S44)を行なった後の主表面1a上(以下の表1中の「CMP後」)のそれぞれに対して、圧電体基板である4インチLTウェハを、ファンデルワールス力を利用して接合した。そして両者の接合後における、両者の接合面間に発生するボイドの割合を測定した。その測定結果を以下の表1に示す。
表1より、主表面1aをダイヤモンド砥粒により研磨した後にCMPを施すことにより、主表面1aのPVやRaの値を小さくすることができる。またこのような処理を施すことにより、主表面1aと圧電体基板との接合面における接合状態を良好にし、両者の接合面間における接合状態を劣化するボイドの発生を抑制することができる。
本実施の形態の製造方法を用いて主表面1aが研磨された基板1と、当該研磨がなされていないスピネル製の基板と、サファイア単結晶からなる基板との、粒界段差、平面度、TTV(Total Thickness Variation)、反りを比較調査した。
ここで粒界段差とは、特にスピネル結晶の粒界における段差を意味する。また平面度とは、特に主表面1aの凹凸を示し、より具体的には、主表面1a上のうちもっとも大きい段差の大きさを示す。TTVとは、基板1のうち測定しようとする主表面1aに対向する主表面(裏面)を基準面として、基板1の厚み方向に測定した主表面1aの高さの最大値と最小値との差を示す。さらに反りとは、基板1の主表面全体の曲がり具合を示す値である。
ここでは直径が4インチのスピネル製の基板を4枚、直径が4インチのサファイア製の基板を2枚準備し、それぞれに対して実施例1と同様に工程(S41)~工程(S44)の各研磨を行なった。
そしてサファイア製基板(以下の表2中の「サファイア」)の主表面について工程(S44)のCMPを行なった後の主表面の上記各パラメータを測定した。またスピネル製の基板については、工程(S43)を行なった後、工程(S44)のCMPを行なう前の主表面1a上(以下の表2中の「CMP前スピネル」)、および工程(S44)を行なった後の主表面1a上(以下の表2中の「CMP後スピネル」)のそれぞれに対して、上記各パラメータを測定した。
ここで粒界段差は、KEYENCE製のAFM:VN-8000を用いて測定した。粒界段差を測定した範囲は200μm×200μmである。
また平面度、TTVおよび反りは、FM200XRA-Wafer(Corning Tropel)を用いて測定した。それぞれの測定結果を以下の表2に示す。
表2より、粒界段差、平面度、TTV、反りのいずれにおいても、CMPを施さないスピネル基板もCMPを施した後のスピネル基板も、同等の数値を示している。このためスピネル基板の主表面に対してCMPを施しても、CMPを施さない場合と同等の品質を確保することができるといえる。またサファイア基板とスピネル基板とを比較しても、反りを除く特に平面度とTTVについては、いずれも同等の数値を示している。
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。
(試料)
直径4インチで厚みが0.25mmのスピネル製の基板を4枚準備した。
(試料)
直径4インチで厚みが0.25mmのスピネル製の基板を4枚準備した。
また、研磨工程については、上述した本発明の実施の形態2において説明した4段階の研磨を行なった。なお、粗研磨工程(S41)、通常研磨工程(S42)、ダイヤ砥粒研磨工程(S43)については、4枚とも共通の加工条件である。
4枚の基板のうち、試料No.1および試料No.2については、CMP工程(S44)においてCMP装置の定盤側に軟質層を追加した状態でCMP工程を実施した。また、4枚の試料のうち試料No.3および試料No.4については、CMP工程においてCMP装置の研磨ヘッド側に軟質層を追加した。
(実験内容)
上述のようにして準備した基板(保持基板)について、面精度の評価を行なった。また実際にスピネルとは異なる材質からなるウェハをスピネルからなる保持基板の主表面に常温接合し、目視で接合状態の評価を行なった。当該ウェハ(接合用ウェハ)は、接合状態の評価を容易にするために光を透過する材料からなるものを用いた。具体的には、接合用ウェハを構成する光透過性の材料として、ここではLiTaO3を用いた。
上述のようにして準備した基板(保持基板)について、面精度の評価を行なった。また実際にスピネルとは異なる材質からなるウェハをスピネルからなる保持基板の主表面に常温接合し、目視で接合状態の評価を行なった。当該ウェハ(接合用ウェハ)は、接合状態の評価を容易にするために光を透過する材料からなるものを用いた。具体的には、接合用ウェハを構成する光透過性の材料として、ここではLiTaO3を用いた。
面精度の評価:
保持基板の主表面について、平面度測定・解析装置を用いてPLTVを測定した。なお、PLTVとしては、以下のような数値を用いた。すなわち、保持基板の主表面について縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定し、当該複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域(サイト)を想定した。当該評価対象領域について、LTV(Local Thickness Variatio)が1.0μm以下となっている評価対象領域の割合をPLTVとした。サイトはオリエンテーションフラットに平行に設けることができる。LTVは、保持基板の裏面を基準とした高さの一サイトにおける最大値と最小値の差として表すことができる。
保持基板の主表面について、平面度測定・解析装置を用いてPLTVを測定した。なお、PLTVとしては、以下のような数値を用いた。すなわち、保持基板の主表面について縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定し、当該複数の領域のうち、主表面の外周から3mmの範囲に入る領域を除いた部分である複数の評価対象領域(サイト)を想定した。当該評価対象領域について、LTV(Local Thickness Variatio)が1.0μm以下となっている評価対象領域の割合をPLTVとした。サイトはオリエンテーションフラットに平行に設けることができる。LTVは、保持基板の裏面を基準とした高さの一サイトにおける最大値と最小値の差として表すことができる。
データ解析においては、設定した縦5mm×横5mmの四角形状の領域(サイト)の中心点が、主表面の外周から3mmの範囲に含まれていれる場合には、評価対象から除外し、当該中心点が主表面の外周から3mmの範囲より内側であれば、評価対象として取り扱っている。
また、それぞれの保持基板について平面度測定・解析装置を用いて反りを測定した。ここにおいて、保持基板の裏面の中心点のみを固定した時の基準面からの高さを測定し、その高さの最大値を反り値とした。
接合状態の評価:
面精度の評価を行なった後、各基板の主表面に、直径が4インチ、厚みが0.5mmである光透過性の接合用ウェハを常温接合した。具体的には、接合用ウェハの表面にアルゴンイオンを照射することで当該接合用ウェハの表面を活性化し、その後接合用ウェハの当該表面にスピネルからなる保持基板の主表面を押圧することで常温接合した。そして、接合後の保持基板について、良好な接合状態の部分と接合不良が発生している部分とを目視で確認した。具体的には、接合不良が発生した部分には接合用ウェハの当該表面とスピネルからなる保持基板との間に空隙が形成されるため、良好な接合状態の部分より白っぽくなっているので、当該変色した部分を目視で確認した。
面精度の評価を行なった後、各基板の主表面に、直径が4インチ、厚みが0.5mmである光透過性の接合用ウェハを常温接合した。具体的には、接合用ウェハの表面にアルゴンイオンを照射することで当該接合用ウェハの表面を活性化し、その後接合用ウェハの当該表面にスピネルからなる保持基板の主表面を押圧することで常温接合した。そして、接合後の保持基板について、良好な接合状態の部分と接合不良が発生している部分とを目視で確認した。具体的には、接合不良が発生した部分には接合用ウェハの当該表面とスピネルからなる保持基板との間に空隙が形成されるため、良好な接合状態の部分より白っぽくなっているので、当該変色した部分を目視で確認した。
(結果)
測定結果を図10~図21に示す。図10~図12は試料No.1の結果であり、図13~図15は試料No.2の結果であり、図16~図18は試料No.3の結果であり、図19~図21は試料No.4の結果である。図10、図132、図16、図19は、それぞれ保持基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。また、図11、図14、図17、図20は、それぞれ保持基板の主表面において設定された5mm角の複数の領域について、LTVが1.0μm以下となった領域を白く表示し、一方LTVが1.0μm超えとなった領域を黒く表示している。また、図12、図15、図18、図21は、接合後の基板(接合基板)の外観を示している。
測定結果を図10~図21に示す。図10~図12は試料No.1の結果であり、図13~図15は試料No.2の結果であり、図16~図18は試料No.3の結果であり、図19~図21は試料No.4の結果である。図10、図132、図16、図19は、それぞれ保持基板の主表面における凹凸の状態を3次元で示した模式図である。また、図11、図14、図17、図20は、それぞれ保持基板の主表面において設定された5mm角の複数の領域について、LTVが1.0μm以下となった領域を白く表示し、一方LTVが1.0μm超えとなった領域を黒く表示している。また、図12、図15、図18、図21は、接合後の基板(接合基板)の外観を示している。
試料No.1について、図10~図12を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは72%であり、反りは78μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図12からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は80%であった。
試料No.2について、図13~図15を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは66%であり、反りは66μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図15からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は70%であった。
試料No.3について、図16~図18を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは92%であり、反りは91μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図18からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は98%であった。
試料No.4について、図19~図21を参照して、保持基板の外周から3mmの範囲を除いたPLTVは95%であり、反りは96μmであった。また、接合用ウェハを接合した状態を示す図21からわかるように、保持基板の主表面において良好な接合状態を示す部分の割合は98%であった。
上述した試料No.1~4について、接合用ウェハを接合した後に当該接合基板をダイシングし、ダイシングにより得られたサンプルについてスピネルからなる保持基板と接合用ウェハとの間の接合力を調査した。
(試料)
上記実験例1において形成した試料No.1~4の保持基板を用いた接合基板を準備した。
上記実験例1において形成した試料No.1~4の保持基板を用いた接合基板を準備した。
(実験内容)
準備した4枚の接合基板を、10mm×10mmという四角形状の複数の試料を切出すようにダイシングした。そして、10mm×10mmという四角形状の試料を各接合基板からそれぞれ10個ずつ取り出し、両表面を治具に接着して引張試験機でスピネルからなる保持基板と接合用ウェハとを180°方向に引き剥がして引張強度を測定した。
準備した4枚の接合基板を、10mm×10mmという四角形状の複数の試料を切出すようにダイシングした。そして、10mm×10mmという四角形状の試料を各接合基板からそれぞれ10個ずつ取り出し、両表面を治具に接着して引張試験機でスピネルからなる保持基板と接合用ウェハとを180°方向に引き剥がして引張強度を測定した。
(結果)
試料No.1および試料No.2の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が5MPaであった。一方、試料No.3および試料No.4の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が12MPaであった。このように、特にPLTVが90%以上となっていれば、接合された基板間の接合力(引張強度)が十分大きくなることが分かる。
試料No.1および試料No.2の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が5MPaであった。一方、試料No.3および試料No.4の保持基板を用いた試料は、平均の引張強度が12MPaであった。このように、特にPLTVが90%以上となっていれば、接合された基板間の接合力(引張強度)が十分大きくなることが分かる。
今回開示された実施の形態および各実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および各実施例ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、より低コストで適度な強度を有し、かつ圧電体基板などと強固に接合することが可能な基板を提供する技術として、特に優れている。
1 基板、1a 主表面、2 SAWフィルタ、3,4 電極、3a,4a 第1極、3b,4b 第2極、3c,3d 櫛型成分、5 BAWフィルタ、6 下部電極、7 上部電極、8 圧電膜、9 空洞部、10 圧電体基板、11 低インピーダンス膜、12 高インピーダンス膜、20 共振器、40 CMP装置、41 支柱、42 定盤、43 研磨パッド、44 軟質層、45 研磨ヘッド、46 回転支柱、47 スラリー供給部、48 スラリー。
Claims (12)
- スピネルからなる、SAWデバイス用の基板(1)であって、前記基板(1)の一方の主表面(1a)の段差PV値が2nm以上8nm以下である、基板。
- 前記基板(1)の一方の主表面(1a)の平均粗さRa値が0.01nm以上0.5nm以下である、請求項1に記載の基板。
- 前記主表面(1a)について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、前記複数の領域のうち、前記主表面(1a)の外周から3mmの範囲に入る前記領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている前記評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上である、請求項1に記載の基板。
- スピネルからなる、SAWデバイス用の基板(1)であって、
前記基板(1)は一方の主表面(1a)を有し、
前記主表面(1a)について、縦5mm×横5mmの四角形状の複数の領域を設定した場合、前記複数の領域のうち、前記主表面の外周から3mmの範囲に入る前記領域を除いた部分である複数の評価対象領域について、LTVが1.0μm以下となっている前記評価対象領域の割合を示すPLTVが90%以上である、基板。 - スピネルからなる、SAWデバイス用の基板(1)の製造方法であって、
前記基板(1)を準備する工程と、
前記基板(1)の一方の主表面(1a)に化学的機械研磨を施す工程とを備えている、基板の製造方法。 - 前記化学的機械研磨を施す工程を行なった後における、前記基板(1)の一方の主表面(1a)のPV値が2nm以上8nm以下である、請求項5に記載の基板の製造方法。
- 前記化学的機械研磨を施す工程を行なった後における、前記基板(1)の一方の主表面(1a)のRa値が0.01nm以上0.5nm以下である、請求項6に記載の基板の製造方法。
- 前記化学的機械研磨を施す工程では、定盤(42)上に配置された研磨パッド(43)と、前記研磨パッド(43)と対向するように配置された研磨ヘッド(45)との間に前記基板(1)が挟まれた状態で前記基板(1)が研磨され、さらに、
前記研磨ヘッド(45)と前記基板(1)との間には前記研磨ヘッド(45)より硬度の低い軟質層(44)が配置されている、請求項5に記載の基板の製造方法。 - 請求項1に記載の基板(1)と、
前記基板(1)の一方の主表面(1a)上に配置された圧電体基板(10)とを備える、SAWデバイス。 - 前記基板(1)と前記圧電体基板(10)とが接合されている、請求項9に記載のSAWデバイス。
- 請求項4に記載の基板(1)と、
前記基板(1)の一方の主表面(1a)上に配置された圧電体基板(10)とを備える、SAWデバイス。 - 前記基板(1)と前記圧電体基板(10)とが接合されている、請求項11に記載のSAWデバイス。
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Legal Events
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Ref document number: 11823599 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11823599 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |