DE112014002521T5

DE112014002521T5 - Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung, piezoelektrische Vorrichtung, und piezoelektrisches, selbststützendes Substrat

Info

Publication number: DE112014002521T5
Application number: DE112014002521.6T
Authority: DE
Inventors: Tomoyosh Tai; Yuji Hori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2016-06-02
Also published as: KR20160013518A; TW201513417A; JPWO2014188842A1; CN105229924A; US20160079514A1; TWI637540B; WO2014188842A1; CN105229924B

Abstract

Ein piezoelektrisches Substrat 22 und ein Stützsubstrat 27 werden vorbereitet (a), diese werden mit einer Adhesivschicht 26 dazwischen miteinander zusammengefügt, um ein Kompositsubstrat 20 zu bilden (b), und eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber einer mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche wird poliert, um das piezoelektrische Substrat 22 dünner zu machen (c). Dann werden Furchen 28, die das piezoelektrische Substrat 22 in Abschnitte unterteilen, die eine Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung aufweisen, mittels Halbtrennen des Kompositsubstrats 20 von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche aus gebildet (d). Mittels Bilden der Furchen 28 wird die Adhesivschicht 26 in den Furchen 28 freigelegt. Durch Eintauchen des Kompositsubstrats in ein Lösungsmittel wird die Adhesivschicht 26 durch das Lösungsmittel entfernt, und das piezoelektrische Substrat 22 wird von dem Stützsubstrat abgelöst (e), (f), und eine piezoelektrische Vorrichtung 10 wird unter Verwendung des abgelösten piezoelektrischen Substrats 12 erhalten (g).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung, auf eine piezoelektrische Vorrichtung, und auf ein piezoelektrisches, selbststützendes Substrat.
Stand der Technik
Bislang sind piezoelektrische Vorrichtungen wie Kristalloszillatoren wie QCM-Sensoren (QCM, Quartz Crystal Microbalance, Quarzkristallmikrogleichgewicht) und Elastikwellenvorrichtungen bekannt. Bei solchen piezoelektrischen Vorrichtungen steigt die Sensitivität der Vorrichtungen mit fallender Dicke piezoelektrischer Substrate. Somit werden piezoelektrische Vorrichtungen, bei denen piezoelektrische Substrate dünner gemacht sind, während die Festigkeit der piezoelektrischen Substrate beibehalten wird, vorgeschlagen. Beispielsweise wird ein Kristalloszillator in dem Patentdokument 1 beschrieben, bei dem ein Kristall als ein piezoelektrisches Substrat abgesehen von dessen peripheren Abschnitt dünner gemacht ist.
6 ist eine schematische Schnittdarstellung des Kristalloszillators, der in Patentliteratur 1 beschrieben ist. Der Kristalloszillator 90 umfasst eine Kristallscheibe 92, Elektroden 94 und 95, die jeweils an der oberen und unteren Oberfläche der Kristallscheibe 92 gebildet sind, und einen Bruchvermeidungsfilm 96, der die obere Oberfläche der Kristallscheibe 92 und die Oberfläche der Elektrode 94 bedeckt, und der aus einem Harz gebildet ist. Bei dem Kristalloszillator 90 ist ein Loch 92b mittels Ätzen in der unteren Oberfläche der Kristallscheibe 92 außer dem peripheren Abschnitt 92a gebildet. Die Elektrode 95 ist an einer Unterseite 92c des Lochs 92b gebildet. PTL1 beschreibt, dass es aufgrund dieser Konfiguration bei dem Kristalloszillator 90 möglich ist, die Dicke des zentralen Abschnitts der Kristallscheibe 90 (= der Abstand zwischen den Elektroden 94 und 95) zu reduzieren, während die Festigkeit der Kristallscheibe 90 mit dem peripheren Abschnitt 92a beibehalten wird, und die Erfassungssensitivität zu verbessern. PTL1 beschreibt auch, dass aufgrund des Bruchvermeidungsfilms 96 der Kristalloszillator 90 davon abgehalten werden kann, während eines Transports, einer Verwendung und dergleichen zu brechen.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.: 2003-222581

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Der in 6 gezeigte Kristalloszillator weist jedoch ein Problem auf, dass, da die Kristallplatte 92 den peripheren Abschnitt 92a, das heißt, einen dicken Abschnitt, aufweist, ein Oszillationsverlust bzw. Oszillationsleck zu dem peripheren Abschnitt 92a auftritt, und sich der Q-Wert wie eine piezoelektrische Vorrichtung verschlechtert. Bei einem Versuch, eine piezoelektrische Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat, das den peripheren Abschnitt 92a nicht aufweist, mittels eines konventionellen Herstellungsverfahrens herzustellen, bei dem eine einzelne piezoelektrische Substratscheibe mittels Polieren dünner gemacht wird, kann das piezoelektrische Substrat während des Polierens oder in dem nachfolgenden Herstellungsschritt zerbrechen, und damit gibt es eine Grenze bezüglich einer Reduzierung einer Dicke.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein solches Problem zu lösen, und es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Substrat dünner zu machen, während die Verschlechterung von Eigenschaften bei einer piezoelektrischen Vorrichtung unterdrückt wird.
Lösung des Problems
Um der vorstehenden Hauptaufgabe zu begegnen, unternimmt die vorliegende Erfindung die folgenden Maßnahmen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte:

(a) Vorbereiten eines piezoelektrischen Substrats und eines Stützsubstrats,
(b) Verbinden des piezoelektrischen Substrats und des Stützsubstrats mittels einer Adhesivschicht dazwischen, um ein Kompositsubstrat zu bilden,
(c) Polieren einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber einer mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche, um das piezoelektrische Substrat dünner zu machen,
(d) Trennen des Kompositsubstrats oder Halbtrennen des Kompositsubstrats von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche aus, und dadurch Unterteilen des piezoelektrischen Substrats in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung,
(e) Eintauchen des Kompositsubstrats, nachdem das Trennen oder das Halbtrennen durchgeführt ist, in einem Lösungsmittel, wodurch die Adhesivschicht unter Verwendung des Lösungsmittels entfernt wird, und Ablösen des piezoelektrischen Substrats von dem Stützsubstrat, und
(f) Erhalten einer piezoelektrischen Vorrichtung unter Verwendung des piezoelektrischen Substrats, das von dem Stützsubstrat abgelöst ist.

Eine piezoelektrische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Ein piezoelektrisches, selbststützendes Substrat der vorliegenden Erfindung weist eine Dicke von 0,2µm oder mehr und 5µm oder weniger, eine Länge von 0,1mm oder mehr, eine Breite von 0,1mm oder mehr, und eine TTV (Gesamtdickenschwankung) von 0,1µm oder weniger auf.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden zunächst ein vorbereitetes piezoelektrische Substrat und ein Stützsubstrat miteinander mittels einer zwischen diesen liegenden Adhesivschicht zusammengefügt, und eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche wird poliert, um das piezoelektrische Substrat dünner zu machen. Da das piezoelektrische Substrat in einem Zustand poliert wird, in dem es mit dem Stützsubstrat zusammengefügt ist, wird ein Zerbrechen oder dergleichen des piezoelektrischen Substrats während des Polierens unterdrückt, und das piezoelektrische Substrat kann viel dünner gemacht werden. Als Nächstes wird das piezoelektrische Substrat in Abschnitte, die eine Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung aufweisen, mittels Trennen bzw. In-Würfel-Schneiden des Kompositsubstrats oder mittels Halbtrennen des Kompositsubstrats ausgehend von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche geteilt. Dann wird das Kompositsubstrat in ein Lösungsmittel eingetaucht, die Adhesivschicht mittels des Lösungsmittels entfernt, und das piezoelektrische Substrat von dem Stützsubstrat abgelöst. Eine piezoelektrische Vorrichtung wird unter Verwendung des abgelösten piezoelektrischen Substrats erhalten. Wie vorstehend beschrieben, wird die freigelegte Fläche der Adhesivschicht durch Trennen oder Halbtrennen vergrößert. Daher kann, wenn das Kompositsubstrat in das Lösungsmittel getaucht wird, das Lösungsmittel effizient die Adhesivschicht entfernen. Das piezoelektrische Substrat wird vorab durch Trennen oder Halbtrennen in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung geteilt. Daher kann mittels Entfernen der Adhesivschicht und Ablösung von dem Stützsubstrat das piezoelektrische Substrat nach dem Ablösen so wie es ist verwendet werden, um eine piezoelektrische Vorrichtung herzustellen. Daher tritt verglichen mit einem Fall, in dem ein einzelnes piezoelektrisches Substrat nach einem Ablösen getrennt wird, ein Zerbrechen oder dergleichen bei dem piezoelektrischen Substrat kaum auf, selbst wenn das piezoelektrische Substrat nach dem Ablösen dünn ist. Durch ein solches Herstellungsverfahren kann ein piezoelektrisches selbststützendes Substrat für eine piezoelektrische Vorrichtung, die keinen dicken Abschnitt wie den peripheren Abschnitt 92a der 6 aufweist und die dünner ist, erhalten werden. Als ein Ergebnis kann eine piezoelektrische Vorrichtung, die mittels des Verfahrens für ein Herstellen einer piezoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, bezüglich einer Sensitivität verbessert werden, während die Verschlechterung von Eigenschaften beispielsweise aufgrund des Vorhandenseins des peripheren Abschnitts 92a unterdrückt wird. Das piezoelektrische, selbststützende Substrat bedeutet ein piezoelektrisches Substrat, das nicht mittels eines Stützsubstrats oder dergleichen gestützt wird.
Ein piezoelektrisches, selbststützendes Substrat der vorliegenden Erfindung weist eine Dicke von 0,2µm oder mehr und 5µm oder weniger, ein Länge von 0,1mm oder mehr, eine Breite von 0,1mm oder mehr, und ein TTV von 0,1µm oder weniger auf. Ein solches piezoelektrisches, selbststützendes Substrat hat keinen dicken Abschnitt wie den peripheren Abschnitt 92a, und ist dünner. Daher kann durch Verwendung dessen eine dünne (stark sensitive) piezoelektrische Vorrichtung erhalten werden, während die Verschlechterung von Eigenschaften unterdrückt bzw. vermieden wird. Das piezoelektrische, selbststützende Substrat der vorliegenden Erfindung kann nur erlangt werden durch die Schritte (a) bis (e) des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Der Wortlaut "die Dicke des piezoelektrischen, selbststützenden Substrats ist 5µm oder weniger" bedeutet, dass es keinen Abschnitt gibt, bei dem die Dicke des piezoelektrischen, selbststützenden Substrats 5µm überschreitet (es gibt keinen Abschnitt, bei dem die Dicke des piezoelektrischen, selbststützenden Substrats 5µm übersteigt, beispielsweise wie der periphere Abschnitt 92a der 6).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch eine piezoelektrische Vorrichtung 10 dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
2 veranschaulicht perspektivische Ansichten, die schematisch die Herstellungsschritte der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zeigen.
3 veranschaulicht Schnittdarstellungen, die schematisch die Herstellungsschritte der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zeigen.
4 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch die Herstellungsschritte einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 einer Modifizierung in diesem Fall zeigt.
5 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch die Herstellungsschritte einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 einer Modifizierung in diesem Fall zeigt.
6 ist eine schematische Schnittdarstellung des Kristalloszillators einer konventionellen Konfiguration.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Als Nächstes werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist Schnittdarstellung, die schematisch eine piezoelektrische Vorrichtung 10 dieses Ausführungsbeispiels zeigt. Die piezoelektrische Vorrichtung 10 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 12, eine erste Elektrode 14, die an einer ersten Oberfläche (die obere Oberfläche in 1) des piezoelektrischen Substrats 12 gebildet ist, und eine zweite Elektrode 15 auf, die an einer zweiten Oberfläche (die untere Oberfläche in 1) des piezoelektrischen Substrats 12 gebildet ist. Die piezoelektrische Vorrichtung 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein QCM-Sensor. Jedoch kann die piezoelektrische Vorrichtung 10 jede andere piezoelektrische Vorrichtung wie eine Elastikwellenvorrichtung sein.
Das piezoelektrische Substrat 12 ist ein Substrat, das aus einem piezoelektrischen Körper gebildet ist. Beispiele von Materialien für das piezoelektrische Substrat 12 umfassen Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN), Lithimniobat-Lithiumtantalat-Mischkristall-Einkristall, Kristall, Lithiumborat, Zinkoxid, Aluminiumnitrid, Langasit (LGS) und Langatat (LGT). Das piezoelektrische Substrat 12 ist bevorzugt ein Einkristallsubstrat. Wenn das piezoelektrische Substrat 12 ein Einkristallsubstrat ist, kann der Q-Wert wie eine piezoelektrische Vorrichtung verbessert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, da die piezoelektrische Vorrichtung 10 ein QCM-Sensor ist, das piezoelektrische Substrat 12 aus Kristall gebildet. Beispielsweise ist, wenn die piezoelektrische Vorrichtung 10 eine Elastikwellenvorrichtung ist, das piezoelektrische Substrat 12 bevorzugt aus LT oder LN gebildet. Der Grund dafür ist, dass, da eine hohe Ausbreitungsrate einer Oberflächenakustikwelle und einen hohen Elektromechanikkoppelkoeffizient aufweisend, LT und LN geeignet für eine Hochfrequenz- und Breitbrandfrequenz-Elastikwellenvorrichtung verwendet werden. Das piezoelektrische Substrat 12 ist beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, 0,1mm × 0,1mm oder größer. Das piezoelektrische Substrat 12 kann beispielsweise 1mm × 1mm oder größer, 2mm × 2mm oder größer, 10mm × 10mm oder kleiner, 8mm × 8mm oder kleiner, oder 5mm × 5mm oder kleiner sein. Bei Erhalten des piezoelektrischen Substrats 12 mittels Trennen oder Halbtrennen kann ein Absplittern (Chipping) an dem Kantenabschnitt auftreten. Wenn die Chipgröße des piezoelektrischen Substrats 12 zu klein ist, hat das Absplittern einen signifikanten Einfluss. Daher ist das piezoelektrische Substrat 12 bevorzugt 1mm × 1mm oder größer. Von den Gesichtspunkt einer Größenreduzierung der piezoelektrischen Vorrichtung 10 ist das piezoelektrische Substrat 12 bevorzugt 5mm × 5mm oder kleiner. Die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist bevorzugt 0,2µm oder größer und 5µm oder kleiner. Der Wortlaut "die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist 5µm oder kleiner" bedeutet, dass es keinen Abschnitt gibt, bei dem Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 5µm überschreitet. Je geringer die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist, desto höher ist die Sensitivität (beispielsweise S/N-Verhältnis) der piezoelektrischen Vorrichtung 10. Die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist bevorzugt 4µm oder weniger und noch bevorzugter 3µm oder weniger. Wenn die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 0,2µm oder größer ist, kann das piezoelektrische Substrat 12 sich selbst leicht stützen. Die TTV (Total Thickness Variation, Gesamtdickenschwankung) des piezoelektrischen Substrats 12 ist bevorzugt 0,1µm oder weniger, und bevorzugter 0,05µm oder weniger. Die ersten und zweiten Oberflächen (die oberen und unteren Oberflächen in 1) des piezoelektrischen Substrats 12 sind bevorzugt so flach wie möglich, um die Verschlechterung des Q-Werts und die Erzeugung von Störung (bzw. Störschwingungen) zu unterdrücken. Beispielsweise ist die Durchschnittsrauhigkeit Ra (arithmetisches Mittel der Rauhigkeit) der ersten und zweiten Oberflächen (sowohl der oberen als auch unteren Oberflächen) des piezoelektrischen Substrats 12 bevorzugt ein 1nm oder weniger, bevorzugter 0,5nm oder weniger, noch bevorzugter 0,1nm oder weniger. Das piezoelektrische Substrat 12 kann einen Bruchvermeidungsfilm aufweisen, der die erste Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 und die Oberfläche der Elektrode 14 bedeckt, und der aus einem Harz gebildet ist. Jedoch ist, wenn das piezoelektrische Substrat 12 einen Bruchvermeidungsfilm, das heißt, eine Verstärkung, aufweist, der Q-Wert wie eine piezoelektrische Vorrichtung anfällig für eine Verschlechterung. Daher weist das piezoelektrische Substrat 12 bevorzugt keinen Bruchvermeidungsfilm auf. Ebenso wird das piezoelektrische Substrat 12 bevorzugt nicht durch ein Stützsubstrat oder dergleichen gestützt. Wenn das piezoelektrische Substrat 12 ein piezoelektrisches, selbststützendes Substrat ist, das keinen Bruchvermeidungsfilm, kein Stützsubstrat, und dergleichen aufweist, kann die Verschlechterung des Q-Werts wie einer piezoelektrische Vorrichtung unterdrückt werden.
Die Elektroden 14 und 15 sind Elektroden eines QCM-Sensors, und sind beispielsweise in einer Form gebildet, die kreisförmig ist, wenn das piezoelektrische Substrat 12 von oberhalb und unterhalb in der 1 betrachtet wird. Die Elektroden 14 und 15 liegen einander in der vertikalen Richtung in 1 mit dem piezoelektrischen Substrat 12 dazwischen gegenüber. Durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes zwischen den Elektroden 14 und 15 wird eine Oszillation einer vorbestimmten Frequenz angeregt. Wenn eine Substanz an der Oberfläche einer der Elektroden 14 und 15 anhaftet und sich die Masse ändert, ändert sich die Frequenz der Oszillation. Daher wirkt die piezoelektrische Vorrichtung 10 als ein QCM-Sensor, der die Anwesenheit oder Abwesenheit und das Ausmaß einer vorbestimmten Substanz basierend auf dieser Änderung einer Frequenz erfassen kann. Ein QCM-Sensor kann beispielsweise verwendet werden als ein Biosensor oder ein Sensor, der die Filmdicke bei einem Ablagerungssystem misst. Bei Verwendung als ein Biosensor wird ein sensitiver Film zur Förderung eines Fassens einer zu erfassenden Substanz an der Oberfläche von zumindest einer der Elektroden 14 und 15 gebildet. Anschlussdrähte bzw. Leitungen (nicht gezeigt), die an den ersten und zweiten Oberflächen des piezoelektrischen Substrats 12 gebildet sind, können mit den Elektroden 14 und 15 verbunden sein. Eine Vielzahl von Elektroden 14 und eine Vielzahl von Elektroden 15 können an einem piezoelektrischen Substrat 12 gebildet sein.
Die Anwesenheit oder Abwesenheit und die Form der Elektroden 14 und 15 können geeignet gemäß der Verwendung der piezoelektrischen Vorrichtung 10 ausgewählt sein. Beispielsweise kann, wenn die piezoelektrische Vorrichtung 10 eine Elastikwellenvorrichtung ist, die piezoelektrische Vorrichtung 10 die Elektroden 14 und 15 nicht enthalten, und anstelle der Elektrode 14 eine IDT-Elektrode (auch als kammförmige Elektrode oder Interdigital-Elektrode bezeichnet) und eine Reflexionselektrode an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 gebildet sein.
Als Nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung einer solchen piezoelektrischen Vorrichtung 10 unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 veranschaulicht perspektivische Ansichten, die schematisch die Herstellungsschritte der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zeigen. 3 veranschaulicht Schnittdarstellungen, die schematisch die Herstellungsschritte der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zeigen.
Als Erstes wird der Schritt (a) eines Vorbereitens eines piezoelektrischen Substrats 22 und eines Stützsubstrats 27 durchgeführt (2(a) und 3(a)), und es wird der Schritt (b) eines Verbindens (Bonding) des piezoelektrischen Substrats 22 und des Stützsubstrats 27 mittels einer Adhesivschicht 26 dazwischen durchgeführt, um ein Kompositsubstrat 20 zu bilden (2(b) und 3(b)). Das piezoelektrische Substrat 22 wird den Herstellungsschritten der piezoelektrischen Vorrichtung 10 unterzogen, um zu den vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Substraten 12 zu werden. Die Größe des piezoelektrischen Substrats 22 ist beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 50 bis 150mm im Durchmesser und 50 bis 500µm in einer Dicke. Das Stützsubstrat 27 ist ein Substrat, das das piezoelektrische Substrat 12 während des Polierens des piezoelektrischen Substrats 22, das später beschrieben wird, stützt. Beispiele der Materialien für das Stützsubstrat 27 umfassen Kristall, LT, LN, Silizium, Glas wie Borosilikatglas und Quarzglas, und Keramiken wie Aluminiumnitrid und Tonerde. Die Größe des Stützsubstrats 27 ist beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 50 bis 150mm im Durchmesser und 100 bis 600µm in einer Dicke. Die Adhesivschicht 26 kann beispielsweise aus einem Klebstoff gebildet sein, dass eine Haftfestigkeit aufweist, die einer Verarbeitungslast wie der des Polierens des piezoelektrischen Substrats 22, das später beschrieben wird, widersteht, und das unter Verwendung eines Lösungsmittels bzw. eines Solvents entfernt werden kann, wie später beschrieben wird. Die Adhesivschicht 26 ist beispielsweise aus einem organischen Klebstoff gebildet. Die Materialien für die Adhesivschicht 26 umfassen Epoxid, Acryl, und Polyimid.
Eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22, das in dem Schritt (a) vorbereitet ist, die als eine mit dem Stützsubstrat 27 in dem Schritt (b) zusammengefügte Oberfläche dient (die untere Oberfläche in 3), ist bevorzugt bereits spiegelpoliert. Somit kann, wie vorstehend beschrieben, die Verschlechterung eines Q-Werts und die Erzeugung von Störungen (zum Beispiel Störschwingungen, parasitäre Schwingungen) bei der piezoelektrischen Vorrichtung 10 unterdrückt werden. Insbesondere ist die Durchschnittsrauhigkeit Ra einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22, die als eine mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügte Oberfläche dient, bevorzugt 1nm oder weniger, bevorzugter 0,5nm oder weniger, und noch bevorzugter 0,1nm oder weniger aufgrund eines Spiegelpolierens. Eine Oberfläche des vorbereiteten piezoelektrischen Substrats 22, die als eine mit dem Stützsubstrat 27 in dem Schritt (b) zusammengefügte Oberfläche dient (die untere Oberfläche in 3), kann in dem Schritt (a) spiegelpoliert sein.
Als Nächstes wird der Schritt (c) eines Polierens einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche durchgeführt, um das piezoelektrische Substrat 22 dünner zu machen (2(c) und 3(c)). Wie vorstehend beschrieben ist, je dünner das piezoelektrische Substrat 22 ist, umso höher die Sensitivität (beispielsweise S/N-Verhältnis) der piezoelektrischen Vorrichtung 10 nach einer Herstellung. Insbesondere ist es bevorzugt, ein Polieren durchzuführen, bis die Dicke des piezoelektrischen Substrats 22 0,2µm bis 5µm wird. Die Dicke ist bevorzugter 4µm oder weniger, und noch bevorzugter 3µm oder weniger. Die LTV (Local Thickness Variation, Lokaldickenschwankung) des piezoelektrischen Substrats 22 nach einem Polieren ist bevorzugt 0,1µm oder weniger im Durchschnitt, und bevorzugter 0,05µm oder weniger im Durchschnitt. Die LTV des piezoelektrischen Substrats 22 nach einem Polieren wird in jedem Bereich des piezoelektrischen Substrats 22 gemessen, der die Größe des piezoelektrischen Substrats 12 der herzustellenden piezoelektrischen Vorrichtung 10 (Chipgröße) aufweist. Der Durchschnittswert der gemessenen LTVs wird als der Durchschnittswert der LTV des piezoelektrischen Substrats 22 verwendet. Damit die Durchschnittsrauhigkeit Ra den gleichen numerischen Bereich bzw. Zahlenbereich erfüllt wie jener der vorstehend beschriebenen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22, die als eine zusammengefügte Oberfläche dient, wird bevorzugt, eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche (die obere Oberfläche in 3) in dem Schritt (c) zu spiegelpolieren.
Als Nächstes wird der Schritt (d) durchgeführt (2(d) und 3(d)), bei dem Furchen 28, die das piezoelektrische Substrat 22 in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung unterteilen, durch Halbtrennen des Kompositsubstrats 20 von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche aus gebildet werden, und die Adhesivschicht 26 wird in den Furchen 28 freigelegt. Die Furchen 28 werden beispielsweise in zwei Richtungen gebildet, die im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen, wie in 2(d) gezeigt. Der Abstand bzw. das Intervall zwischen den Furchen 28, die zueinander parallel sind, ist geeignet entsprechend der Chipgröße der herzustellenden piezoelektrischen Vorrichtung 10 bestimmt (beispielsweise 0,1 mm oder größer und 10 mm oder kleiner). Die Breite (die Länge in der horizontalen Richtung in 3) der Furchen 28 wird geeignet derart bestimmt, dass ein Lösungsmittel, das in einem später beschriebenen Schritt verwendet wird, leicht in die Furchen 28 eindringen kann (beispielsweise mehrere zehn µm bis einhundert-und-mehrere-zehn µm). Die Furchen 28 werden durch Halbtrennen des Kompositsubstrats 20 gebildet und durchdringen zumindest das piezoelektrische Substrat 22 des Kompositsubstrats 20 in der Dickenrichtung. Die Adhesivschicht 26 wird dadurch in den Furchen 28 freigelegt. In 3(d) durchdringen die Furchen 28 das piezoelektrische Substrat 22 und die Adhesivschicht 26 und schneiden in das Stützsubstrat 27 ein. Jedoch können die Furchen 28 das piezoelektrische Substrat 22 durchdringen und müssen nicht in das Stützsubstrat 27 einschneiden (die Furchen 28 müssen das Stützsubstrat 27 nicht erreichen). Da die Furchen 28 derart gebildet sind, um das Stützsubstrat 27 nicht zu durchdringen, wird das piezoelektrische Substrat 22 in eine Vielzahl von im Wesentlichen rechteckigen Chips (piezoelektrische Substrate 12) mittels der Furchen 28 unterteilt. Da jedoch die piezoelektrischen Substrate 12 mittels der Adhesivschicht 26 mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügt sind, wird der Zustand des Kompositsubstrats 20 nahezu beibehalten.
Nach dem Durchführen des Halbtrennens in dem Schritt (d) wird der Schritt (e) durchgeführt (2(e) und 3(e) und (f)), in dem das Kompositsubstrat 20 in ein Lösungsmittel eingetaucht wird, die Adhesivschicht 26 mittels des Lösungsmittels entfernt wird, und das piezoelektrische Substrat 22 (die Vielzahl von piezoelektrischen Substraten 12) von dem Stützsubstrat 27 abgelöst wird. Da die Furchen 28 gebildet sind, dringt das Lösungsmittel in die Furchen 28 ein, wenn das Kompositsubstrat 20 in dem Lösungsmittel eingetaucht ist. Daher ist beispielsweise verglichen mit einem Fall, in dem die Adhesivschicht 26 nur an der Seitenoberfläche (den linken und rechten Endoberflächen in 3) des Kompositsubstrats 20 freigelegt ist, der Kontaktbereich zwischen der Adhesivschicht 26 und dem Lösungsmittel groß, und daher kann die Adhesivschicht 26 innerhalb einer kürzeren Zeit entfernt werden. Da die Adhesivschicht 26 entfernt wird, werden das piezoelektrische Substrat 22 und das Stützsubstrat 27 voneinander getrennt (3(e)), und das piezoelektrische Substrat 22 (die Vielzahl von piezoelektrischen Substraten 12) kann von dem Stützsubstrat 27 abgelöst werden (3(f)). Die piezoelektrischen Substrate 12 als piezoelektrische, selbststützende Substrate können dadurch erhalten werden. Jedes Lösungsmittel bzw. jedes Solvent kann in dem Schritt (e) verwendet werden, solange es die Adhesivschicht 26 entfernen (auflösen) kann. Es ist bevorzugt, ein Lösungsmittel zu verwenden, das das piezoelektrische Substrat 22 nicht beschädigt. Beispielsweise können eine alkalische Lösung wie Kaliumhydroxid und ein organisches Lösungsmittel wie Aceton als ein Lösungsmittel verwendet werden. Es ist bevorzugt, eine alkalische Lösung zu verwenden, so dass die Adhesivschicht 26 in einer kürzeren Zeit entfernt werden kann. In dem Schritt (e) können das Kompositsubstrat 20 und das Lösungsmittel geheizt werden (beispielsweise auf 60 bis 80°C), so dass die Adhesivschicht 26 in einer kürzeren Zeit entfernt werden kann. Es ist bevorzugt, dass die Werte von TTV und der Durchschnittsrauhigkeit Ra der piezoelektrischen Substrate 12, die in dem Schritt (e) erlangt werden, die numerischen Bereiche bzw. Zahlenbereiche erfüllen, die vorstehend in Bezug auf das piezoelektrische Substrat 12 der 1 beschrieben wurden.
Dann wird der Schritt (f) eines Erhaltens einer großen Anzahl von piezoelektrischen Vorrichtungen 10 unter Verwendung der piezoelektrischen Substrate 12, die von dem Stützsubstrat 27 abgelöst sind, durchgeführt (2(f) und 3(g)). Da die piezoelektrischen Vorrichtungen 10 in diesem Ausführungsbeispiel QCM-Sensoren sind, werden die vorstehend beschriebenen Elektroden 14 und 15 jeweils an den ersten und zweiten Oberflächen (den oberen und unteren Oberflächen in der 3(g) jedes der Vielzahl von piezoelektrischen Substraten 12 gebildet. Ein Anschlussdraht 14a, der mit der Elektrode 14 verbunden ist (siehe 2(f)), und ein Anschlussdraht (nicht gezeigt), der mit der Elektrode 15 verbunden ist, werden gebildet. Die Elektroden 14 und 15, der Anschlussdraht bzw. die Leitung 14a und dergleichen können beispielsweise durch Verwenden einer Fotolithographietechnik oder durch ein physikalisches Dampfablagerungsverfahren oder ein chemisches Dampfablagerungsverfahren gebildet werden. Mittels der vorstehenden Herstellungsschritte wird die vorstehend beschriebene große Anzahl von piezoelektrischen Vorrichtungen 10 erhalten.
Gemäß diesem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ein vorbereitetes piezoelektrisches Substrat 22 und ein Stützsubstrat 27 miteinander mit einer Adhesivschicht 26 dazwischen zusammengefügt, und eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche wird poliert, um das piezoelektrische Substrat 22 dünner zu machen. Da das piezoelektrische Substrat 22 in einem Zustand poliert wird, in dem es mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügt ist, wird ein Zerbrechen oder dergleichen des piezoelektrischen Substrats 22 während eines Polierens unterdrückt bzw. vermieden und das piezoelektrische Substrat 22 kann viel dünner gemacht werden. Als Nächstes werden Furchen 28, die das piezoelektrische Substrat in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung unterteilen, durch Halbtrennen des Kompositsubstrats 20 von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22 an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat 27 zusammengefügten Oberfläche aus gebildet. Die Adhesivschicht 26 wird in den Furchen 28 durch Bilden der Furchen 28 freigelegt. Dann wird das Kompositsubstrat 20 in einem Lösungsmittel eingetaucht, die Adhesivschicht 26 wird mittels des Lösungsmittels entfernt, und das piezoelektrische Substrat 22 wird von dem Stützsubstrat 27 abgelöst. Piezoelektrische Vorrichtungen werden unter Verwendung des abgelösten piezoelektrischen Substrats 22 (piezoelektrische Substrate 12) erhalten. Wie vorstehend beschrieben wird eine Vielzahl von Furchen 28 durch Halbtrennen gebildet, die Adhesivschicht 26 in den Furchen 28 freigelegt, und die freigelegte Fläche bzw. der freigelegte Bereich wird vergrößert. Daher kann, wenn das Kompositsubstrat 20 in das Lösungsmittel eingetaucht wird, das in die Furchen 28 eindringende Lösungsmittel effizient die Adhesivschicht 26 entfernen. Das piezoelektrische Substrat 22 wird vorab mittels der Furchen 28 in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung unterteilt. Daher können durch Entfernen der Adhesivschicht 26 und Ablösen von dem Stützsubstrat 27 die piezoelektrischen Substrate 12 nach dem Ablösen so wie sie sind verwendet werden, um piezoelektrische Vorrichtungen herzustellen. Daher ist verglichen mit einem Fall, in dem ein einzelnes piezoelektrisches Substrat 12 nach einem Ablösen getrennt wird, ein Auftreten eines Zerbrechens oder dergleichen bei den piezoelektrischen Substraten 12 unwahrscheinlich, selbst wenn die piezoelektrischen Substrate 12 nach dem Ablösen dünn sind. Durch ein solches Herstellungsverfahren kann ein piezoelektrisches Substrat 12 erhalten werden, das keinen dicken Abschnitt wie den peripheren Abschnitt 92a der 6 aufweist, das dünner ist und das ein piezoelektrisches, selbststützendes Substrat für eine piezoelektrische Vorrichtung ist. Als ein Ergebnis kann eine piezoelektrische Vorrichtung 10, die unter Verwendung dieses piezoelektrischen Substrats 12 erhalten wird, in deren Sensitivität verbessert werden, während die Verschlechterung von Eigenschaften beispielsweise aufgrund des Vorhandenseins des peripheren Abschnitts 92a unterdrückt werden kann.
Wenn eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 22, das in dem Schritt (a) vorbereitet wurde, die als eine mit dem Stützsubstrat 27 in dem Schritt (b) zusammengefügte Oberfläche dient (die untere Oberfläche in 3) bereits spiegelpoliert ist, oder wenn eine Oberfläche des vorbereiteten piezoelektrischen Substrats 22, die als eine mit dem Stützsubstrat 27 in dem Schritt (b) zusammengefügte Oberfläche dient, spiegelpoliert ist, kann die Verschlechterung eines Q-Werts und die Erzeugung von Störung bei der piezoelektrischen Vorrichtung 10 unterdrückt werden. Wenn, wie bei dem Kristalloszillator 90 der 6, die Dicke des zentralen Abschnitts einer Kristallscheibe 92 durch Bilden eines Lochs 92b durch Ätzen dünner gemacht wird, ist die Oberfläche des Bodens 92c wahrscheinlich relativ rau aufgrund des Ätzens. Aufgrund der Struktur, bei der der periphere Abschnitt 92a existiert, ist es schwierig, den Boden 92c nach dem Ätzen zu spiegelpolieren. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird die zweite Oberfläche (die untere Oberfläche in 3) des piezoelektrischen Substrats 22 nur einem Verbinden (Bonding) mittels der Adhesivschicht 26 und einem Entfernen der Adhesivschicht 26 unterzogen, und kann daher vorab spiegelpoliert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen bzw. auf verschiedene Arten und Weisen ausgeführt werden kann, ohne von dem technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann, obwohl bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Furchen 28 mittels Halbtrennen in dem Schritt (d) gebildet sind, das Kompositsubstrat 20 auch getrennt werden. 4 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch die Herstellungsschritte einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 gemäß einer Modifizierung in diesem Fall zeigt. 4(a) bis (c), (f) und (g) (d. h. außer die Schritte (d) und (e)) sind dieselben wie jene der 3, und daher wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen. Wie in 4(d) gezeigt, wird bei dem Herstellungsverfahren einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 dieser Modifizierung in dem Schritt (d) anstelle eines Bildens der Furchen 28 mittels Halbtrennen des Kompositsubstrats 20 das Kompositsubstrat 20 durch Trennen unterteilt. Das heißt, bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Furchen 28 gebildet, um das Stützsubstrat 27 nicht zu durchdringen, wobei bei dem Herstellungsverfahren dieser in 4 gezeigten Modifizierung die Furchen 28 das Stützsubstrat 27 durchdringen, und nicht nur das piezoelektrische Substrat 22 sondern das gesamte Kompositsubstrat 20 in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt. Das piezoelektrische Substrat 22, die Adhesivschicht 26, und das Stützsubstrat 27 sind jeweils mittels Trennen in piezoelektrische Substrate 12, Adhesivschichten 16, und Stützsubstrate 17 unterteilt, und das Kompositsubstrat 20 ist in eine Vielzahl von Kompositsubstraten 20a unterteilt, von denen jedes aus einem piezoelektrischen Substrat 12, einer Adhesivschicht 16, und einem Stützsubstrat 17 besteht. Die Größe des Kompositsubstrats 20a (piezoelektrische Substrate 12) nach der Unterteilung durch Trennen ist geeignet gemäß der Chipgröße der herzustellenden piezoelektrischen Vorrichtung 10, wie in dem vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiel bestimmt. Nach einem Durchführen des Schritts (d) werden wie in dem vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel in dem Schritt (e) die Vielzahl von Kompositsubstraten 20a nach der Unterteilung in einem Lösungsmittel eingetaucht, die Adhesivschichten 16 werden entfernt, und die piezoelektrischen Substrate 12 werden von den Stützsubstraten 17 abgelöst (5(e) und (f)). Daher kann bei den Herstellungsschritten einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 dieser Modifizierung durch Trennen des Kompositsubstrats 20 in dem Schritt (d) die freigelegte Fläche bzw. der freigelegte Bereich der Adhesivschichten 16 nach dem Trennen vergrößert werden verglichen mit der Adhesivschicht 26 vor dem Trennen. Daher ist die Kontaktfläche zwischen den Adhesivschichten 16 und dem Lösungsmittel in dem Schritt (e) größer, und die Adhesivschichten 16 können in einer kürzeren Zeit in dem Schritt (e) entfernt werden. Das piezoelektrische Substrat 22 wird vorab in piezoelektrische Substrate 12 mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung mittels Trennen unterteilt. Daher können durch Entfernen der Adhesivschichten 16 und Ablösen von den Stützsubstraten 17 die piezoelektrischen Substrate 12 nach dem Ablösen wie sie sind verwendet werden, um piezoelektrische Vorrichtungen herzustellen. Bei dem Schritt (d) kann das Trennen des Kompositsubstrats 20 von der Seite des piezoelektrischen Substrats oder der Seite des Stützsubstrats aus durchgeführt werden. Jedoch ist es bevorzugt, von der Seite des piezoelektrischen Substrats aus durchzuführen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Furchen 28 in dem Schritt (d) gebildet. Zudem können Löcher 29 in dem Stützsubstrat 27 von einer Oberfläche des Stützsubstrats 27 an der Seite gegenüber der mit dem piezoelektrischen Substrat 22 zusammengefügten Oberfläche aus gebildet werden, und die Adhesivschicht 26 kann in den Löchern 29 freigelegt sein. 5 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch die Herstellungsschritte einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 gemäß einer Modifizierung in diesem Fall zeigt. 5(a) bis (c), (f) und (g) (d. h. außer für die Schritte (d) und (e)) sind gleich denen der 3, und somit wird eine detaillierte Beschreibung dessen weggelassen. Wie in 5(d) gezeigt, werden bei dem Herstellungsverfahren einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 dieser Modifizierung in dem Schritt (d) Löcher 29 in dem Stützsubstrat 27 von der unteren Oberfläche des Stützsubstrats 27 aus gebildet, und die Adhesivschicht 26 ist in den Löchern 29 freigelegt. Die Löcher 29 können durch Halbtrennen wie bei den Furchen 28 gebildet sein, oder können durch andere Verfahren wie Ätzen gebildet sein. Jedes der Bildung der Löcher 29 und der Bildung der Furchen 28 kann als erstes ausgeführt werden. In 5(d) durchdringen die Löcher 29 das Stützsubstrat 27 und schneiden in die Adhesivschicht 26 ein. Die Löcher 29 werden derart gebildet, um nicht in das piezoelektrische Substrat 22 einzuschneiden (so dass die Löcher 29 das piezoelektrische Substrat 22 nicht erreichen). Nach Durchführen des Schritt (d) wird wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel in dem Schritt (e) das Kompositsubstrat 20 in Lösungsmittel eingetaucht, und das piezoelektrische Substrat 22 (die Vielzahl von piezoelektrischen Substraten 12) wird von dem Stützsubstrat 27 abgelöst (5(e) und (f)). Da nicht nur die Furchen 28 von der Seite des piezoelektrischen Substrats 22 ans sondern auch die Löcher 29 von der Seite des Stützsubstrats 27 aus gebildet sind, ist die Kontaktfläche zwischen der Adhesivschicht 26 und dem Lösungsmittel in dem Schritt (e) größer. Daher können die Adhesivschichten 26 in einer kürzeren Zeit in dem Schritt (e) entfernt werden. Da die Löcher 29 in dem Stützsubstrat 27 vorgesehen sind, kann anders als bei den Furchen 28 ungeachtet der Chipgröße der piezoelektrischen Vorrichtungen 10 jede Größe und Anzahl der Löcher 29 gebildet werden. Beispielsweise können die Löcher 29 derart gebildet sein, um direkt unterhalb der Furchen 28 in 5 angeordnet zu sein. In diesem Fall können die Löcher 29 und die Furchen 28 miteinander kommunizieren. Die Löcher 29 können auch derart gebildet sein, dass das Kompositsubstrat 20 mittels der Löcher 29 und der Furchen 28 unterteilt ist. Das heißt, wie in Schritt (d) der unter Bezugnahme auf 4(d) beschriebene Modifizierung können Löcher 29, die mit den Furchen 28 kommunizieren, derart gebildet werden, dass das Kompositsubstrat 20 in eine Vielzahl von Kompositsubstraten 20a unterteilt wird. Alternativ können alle der Abschnitte des Stützsubstrats 27 direkt unterhalb, in 5, des piezoelektrischen Substrats 22, das mittels der Furchen 28 unterteilt ist (piezoelektrische Substrate 12), entfernt werden, um Löcher 29 zu bilden. Wenn solche Löcher 29 gebildet sind, werden die piezoelektrischen Substrate 12 (und ein Teil der Adhesivschicht 26) direkt oberhalb der Löcher 29 von dem Kompositsubstrat 20 abgeteilt. Wenn die abgeteilten piezoelektrischen Substrate 12 in Schritt (e) in Lösungsmittel eingetaucht werden, wird die Adhesivschicht 26 entfernt, und die piezoelektrischen Substrate 12 können verwendet werden, um piezoelektrische Vorrichtungen 10 herzustellen. Auch in den Herstellungsschritten einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Modifizierung können vor oder nach einem Trennen des piezoelektrischen Substrats in dem Schritt (d) Löcher 29 gebildet werden, und die Adhesivschicht 16 kann in den Löchern 29 freigelegt werden. Durch Herstellen der Kompositsubstrate 20a nach einem Trennen mit darin gebildeten Löchern 29 kann die freigelegte Fläche bzw. der freigelegte Bereich der Adhesivschicht 16 vergrößert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann ein Stützsubstrat 27, das aus einem porösen Körper gebildet ist, in dem Lösungsmittel zwischen der mit dem piezoelektrischen Substrat 22 zusammengefügten Oberfläche des Stützsubstrats 27 und einer Oberfläche an der dazu gegenüberliegenden Seite in dem Schritt (e) fließen kann, als das Stützsubstrat 27 in dem Schritt (a) vorbereitet sein. Dadurch kann in dem Schritt (e) Lösungsmittel die Adhesivschicht 26 durch die Poren in dem Stützsubstrat 27 erreichen, und daher ist die Kontaktfläche zwischen der Adhesivschicht 26 und dem Lösungsmittel in dem Schritt (e) größer. Daher kann in dem Schritt (e) die Adhesivschicht 26 in einer kürzeren Zeit entfernt werden. Ein solcher poröser Körper kann beispielsweise durch Mischen eines Grundmaterials und eines Poren bildenden Materials, das aus einem Material gebildet ist, das mittels Brennen gebrannt ist, durch Formen der Mischung, und durch nachfolgendes Brennen der geformten Mischung hergestellt werden. Pulver aus verschiedenen keramischen Materialen wie Aluminiumnitrid und Tonerde können als das Grundmaterial verwendet werden. Beispielsweise kann Stärke, Koks und geschäumtes Harz als das Poren bildende Material verwendet werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Elektroden 14 und 15 an dem piezoelektrischen Substrat 12 in dem Schritt (f) gebildet. Jedoch ist der Zeitpunkt, Elektroden zu bilden, nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Elektrode an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 zu jeder Zeit nach dem Schritt (c) gebildet werden. Insbesondere kann die Elektrode an der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 vor oder nach der Bildung der Furchen 28 in dem Schritt (d) gebildet werden. Wie für die Elektrode an der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 kann ein piezoelektrisches Substrat 22, an dem Elektroden vorab gebildet sind, in dem Schritt (a) vorbereitet werden, oder Elektroden können an dem piezoelektrischen Substrat 22, das in dem Schritt (a) vorbereitet ist, gebildet werden, und dann kann das Verbinden (Bonding) des Schritts (b) durchgeführt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die piezoelektrische Vorrichtung 10 Elektroden auf. Jedoch kann die piezoelektrische Vorrichtung 10 eine elektrodenlose piezoelektrische Vorrichtung sein. Die piezoelektrische Vorrichtung 10 kann beispielsweise ein elektrodenloser Funk-QCM-Sensor sein. Solch eine piezoelektrische Vorrichtung wird beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.: 2008-26099 beschrieben.
BEISPIELE
[BEISPIEL 1]
In dem Schritt (a) wurde eine AT-geschnittene Kristallscheibe (4 Zoll im Durchmesser und 350µm in der Dicke) als ein piezoelektrisches Substrat 22 vorbereitet. Ein Si-Substrat (4 Zoll im Durchmesser und 230µm in einer Dicke) wurde als ein Stützsubstrat 27 vorbereitet. Die Durchschnittsrauhigkeit Ra einer Oberfläche der vorbereiteten Kristallscheibe, die mit dem Stützsubstrat 27 zusammenzufügen war, war 0,1nm. In dem Schritt (b) wurde zuerst Acrylharz auf die Oberfläche des Si-Substrats unter Verwendung eines Schleuderbeschichters (Umdrehungen: 1500U/min) aufgebracht, so dass die Filmdicke 5000 Å betrug. Die Kristallscheibe wurde mit dem Si-Substrat mit dem Acrylharz dazwischen zusammengefügt, das Harz wurde in einem Ofen bei 150°C gehärtet, um eine Adhesivschicht 26 zu bilden, und ein Kompositsubstrat 20 wurde gebildet.
Nach dem Härten des Harzes wurde in dem Schritt (c) eine Oberfläche der Kristallscheibe an der Seite gegenüber der mit dem Si-Substrat zusammengefügten Oberfläche mittels eines Abschleifers abgeschliffen, sodass die Dicke der Kristallscheibe 15µm war. Ferner wurde unter Verwendung einer Diamantschlämme (mit einem Partikeldurchmesser von 1µm) ein Läpp-Polieren durchgeführt, bis die Dicke der Kristallscheibe 5µm wurde. Nach dem Läpp-Polieren wurde unter Verwendung von Kolloidsiliziumoxid (Colloidal Silica) ein Polieren durchgeführt, bis die Dicke der Kristallscheibe 3µm wurde. Die Oberflächenrauhigkeit der Kristallscheibe zu dieser Zeit wurde unter Verwendung eines AFM (Atomic Force Microscope, Rasterkraftmikroskop) gemessen (Messbereich 10µm × 10µm). Die Durchschnittsrauhigkeit Ra war 0,1nm. Die LTV (Lokaldickeschwankung) einer Fläche von 2mm × 2mm wurde unter Verwendung einer Flachheitsmessmaschine unter Verwendung einer Schrägeinfallinterferometrie (Oblique-Incidence-Interferometry) gemessen. Die LTV war 0,05µm im Durchschnitt. Wie für die PLTV (Percent Local Thickness Variation, Prozentlokaldickeschwankung) zu dieser Zeit erfüllte 91,6% ein Akzeptanzkriterium von 0,1µm. Die Filmdicke der Kristallscheibe wurde unter Verwendung eines kontaktlosen optischen Filmdickemessinstruments gemessen. Die Filmdickeverteilung war ±30nm innerhalb eines 4-Zoll-Durchmessers.
Nach dem Polieren der Kristallscheibe wurden in dem Schritt (d) Furchen 28 mit einer Breite von 100µm und einer Tiefe von 5µm unter Verwendung eines Trenners gebildet. Der Abstand (Pitch) der Furchen 28 war 2mm. Nach der Bildung der Furchen 28 wurde in dem Schritt (e) das Kompositsubstrat 20 in einer Kaliumhydroxid-(KOH-)Lösung von 25 Gewichts-% für 30 Minuten eingetaucht, die Adhesivschicht 26 wurde entfernt, und Kristalleinzelscheiben (piezoelektrische Substrate 12) mit 2mm Länge, 2mm Breite, und 3µm Dicke wurden von dem Stützsubstrat 27 abgelöst und aus diesem entnommen. Nach dem Ablösen wurden die Oberflächenrauhigkeiten beider Oberflächen der Vielzahl von Kristalleinzelscheiben gemessen. Die Durchschnittsrauhigkeiten Ra lagen alle bei etwa 0,1nm. Dieser Wert einer Durchschnittrauhigkeit Ra war in etwa der gleiche wie der Wert bevor das Kompositsubstrat 20 in dem Lösungsmittel (Kaliumhydroxidlösung) eingetaucht wurde (wie vorstehend beschrieben). Die TTVs (Total Thickness Variations, Gesamtdickenschwankungen) der Vielzahl von Kristalleinzelscheiben (piezoelektrische Substrate 12) wurden gemessen. Aus der Vielzahl von Kristalleinzelscheiben hatten 90,0% eine TTV von nicht mehr als 0,1µm (Akzeptanzkriterium). Das heißt, dieses Ergebnis war in etwa das gleiche wie der Wert von LTV bevor das Kompositsubstrat 20 in Lösungsmittel eingetaucht wurde (vorstehend beschrieben). Diese Werte einer Durchschnittsrauhigkeit Ra und von TTV zeigen, dass, wenn das Kompositsubstrat 20 in diesem Lösungsmittel eingetaucht wurde, und die Adhesivschicht 26 entfernt wurde, keine Oberfläche der Kristalleinzelscheiben beschädigt wurde. Danach wurden in dem Schritt (f) Au/Cr-Elektroden an beiden Oberflächen von jeder Kristalleinzelscheibe gebildet, ein sensitiver Film wurde an der Oberfläche einer der Elektroden gebildet, und QCM-Sensoren wurden als Biosensoren (piezoelektrische Vorrichtungen 10) hergestellt.
[BEISPIEL 2]
In dem Schritt (a) wurde ein um 42° rotiertes Y-geschnittenes X-Ausbreitungs-LT-(LiTaO₃)-Substrat (4 Zoll im Durchmesser und 250 µm in einer Dicke) als ein piezoelektrisches Substrat 22 vorbereit. Ein Si-Substrat (4 Zoll im Durchmesser und 230µm in einer Dicke) wurde als ein Stützsubstrat 27 vorbereitet. Die Durchschnittsrauhigkeit Ra einer Oberfläche des mit dem Stützsubstrat 27 zusammenzufügenden vorbereiteten LT-Substrats war 0,1nm. In dem Schritt (b) wurde zuerst Epoxidharz unter Verwendung eines Schleuderbeschichters (Umdrehungen: 1000U/min) derart auf die Oberfläche des Si-Substrats aufgetragen, dass die Filmdicke 1µm war. Das LT-Substrat wurde mit dem Epoxidharz dazwischen mit dem Si-Substrat zusammengefügt, das Harz wurde in einem Ofen bei 150°C gehärtet, um eine Adhesivschicht 26 zu bilden, und ein Kompositsubstrat 20 wurde gebildet.
Nach dem Härten des Harzes wurde in dem Schritt (c) eine Oberfläche des LT-Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Si-Substrat zusammengefügten Oberfläche mittels eines Abschleifers abgeschliffen, so dass die Dicke des LT-Substrats 5µm war. Ferner wurde unter Verwendung einer Diamantschlämme (mit einem Partikeldurchmesser von 1µm) ein Läpp-Polieren durchgeführt, bis die Dicke des LT-Substrats 2µm wurde. Nach dem Läpp-Polieren wurde unter Verwendung von Kolloidsiliziumoxid ein Polieren durchgeführt, bis die Dicke des LT-Substrats 0,2µm wurde. Die Oberflächenrauhigkeit des LT-Substrats zu dieser Zeit wurde unter Verwendung eines AFM (Messbereich 10µm × 10µm) gemessen. Die Durchschnittsrauhigkeit Ra war 0,1nm. Die LTV (Lokaldickeschwankung) einer Fläche von 2mm × 2mm wurde unter Verwendung einer Flachheitsmessmaschine unter Verwendung einer Schrägeinfallinterferometrie gemessen. Die LTV war 0,1µm im Durchschnitt. Wie für die PLTV (Prozentlokaldickeschwankung) zu dieser Zeit erfüllte 80% ein Akzeptanzkriterium von 0,1µm. Die Filmdicke des LT-Substrats wurde unter Verwendung eines kontaktlosen optischen Filmdickemessinstruments gemessen. Die Filmdickeverteilung war ±40nm innerhalb eines 4-Zoll-Durchmessers.
Nach dem Polieren des LT-Substrats wurden die gleichen Schritte wie der Schritt (d) und der Schritt (e) des Beispiels 1 durchgeführt, und LT-Substrate (piezoelektrische Substrate 12) mit 2mm Länge, 2mm Breite und 0,2µm Dicke wurden von dem Stützsubstrat 27 abgelöst und daraus entnommen. Die Durchschnittsrauhigkeit Ra der Vielzahl von LT-Substraten (piezoelektrische Substrate 12) nach dem Schritt (e) war etwa 0,1nm. Die TTVs der Vielzahl von LT-Substraten wurden gemessen. Aus der Vielzahl von LT-Substraten hatten 80% eine TTV nicht größer als 0,1µm (Akzeptanzkriterium). Das heißt, die Werte einer Durchschnittsrauhigkeit Ra und einer TTV der LT-Substrate nach dem Schritt (e) waren in etwa die gleichen wie die Werte einer Durchschnittsrauhigkeit Ra und einer TTV bevor das Kompositsubstrat 20 in einem Lösungsmittel eingetaucht wurde (vorstehend beschrieben). Danach wurden in dem Schritt (f) eine IDT-Elektrode und eine Reflexionselektrode an der ersten Oberfläche eines jeden LT-Substrats gebildet, und 1-Anschluss-SAW-Resonatoren (piezoelektrische Vorrichtungen 10) wurden hergestellt.
[VERGLEICHENDES BEISPIEL 1]
Die gleiche Kristallscheibe wie jene in dem Schritt (a) des Beispiels 1 vorbereitete wurde vorbereitet, und diese Kristalleinzelscheibe wurde mittels Wachs an einer Oberflächenscheibe befestigt. In diesem Zustand wurde die Kristallscheibe auf die gleiche Weise poliert wie in dem Schritt (c) des Beispiels 1, so dass die Dicke der Kristallscheibe 10µm war. Danach wurde ein Heizen auf 80°C durchgeführt, um das Wachs zu schmelzen, und die Kristallscheibe wurde von Oberflächenscheibe abgelöst. Ein Zerbrechen trat bei der Kristallscheibe, aufgrund der zum Zeitpunkt des Ablösens aufgewendeten Kraft auf.
Bei den Herstellungsschritten der Beispiele 1 und 2 trat ein Zerbrechen nicht auf, piezoelektrische, selbststützende Substrate von 3µm und 0,2µm Dicke wurden erhalten, und eine Herstellung von piezoelektrischen Vorrichtungen, die diese einsetzen, wurde ermöglicht. Im Gegensatz dazu, trat bei dem vergleichenden Beispiel 1 ein Zerbrechen bei dem piezoelektrischen Substrat selbst bei einer Dicke von 10µm auf. Da bei den Herstellungsverfahren der Beispiele 1 und 2 ein Polieren und eine Unterteilung eines piezoelektrischen Substrats in einem Zustand durchgeführt wurden, in dem es mit einem Stützsubstrat zusammengefügt war, danach eine Adhesivschicht 26 unter Verwendung eines Lösungsmittel entfernt wurde, und piezoelektrische Substrate von dem Stützsubstrat abgelöst wurden, wurde ein Zerbrechen oder dergleichen des piezoelektrischen Substrats unterdrückt bzw. vermieden, und das piezoelektrische Substrat konnte dünner hergestellt werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr.: 2013-107225 , die am 21. Mai 2013 eingereicht wurde, und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist in dem technischen Gebiet von piezoelektrischen Vorrichtungen wie Kristalloszillatoren wie QCM-Sensoren und Elastikwellenvorrichtungen anwendbar.
Bezugszeichenliste

10 piezoelektrische Vorrichtung; 12 piezoelektrisches Substrat; 14, 15 Elektrode; 16 Adhesivschicht; 17 Stützsubstrat; 14a Anschlussdraht bzw. Leitung; 20, 20a Kompositsubstrat; 22 piezoelektrisches Substrat; 26 Adhesivschicht; 27 Stützsubstrat; 28 Furche; 29 Loch; 90 Kristalloszillator; 92 Kristallscheibe; 92a peripherer Abschnitt; 92b Loch; 92c Boden; 94, 95 Elektrode; 96 Bruchvermeidungsfilm.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung mit den Schritten: (a) Vorbereiten eines piezoelektrischen Substrats und eines Stützsubstrats, (b) Verbinden des piezoelektrischen Substrats und des Stützsubstrats mittels einer Adhesivschicht dazwischen, um ein Kompositsubstrat zu bilden, (c) Polieren einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber einer mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche, um das piezoelektrische Substrat dünner zu machen, (d) Trennen des Kompositsubstrats oder Halbtrennen des Kompositsubstrats von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche aus, und dadurch Unterteilen des piezoelektrischen Substrats in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung, (e) Eintauchen des Kompositsubstrats, nachdem das Trennen oder das Halbtrennen durchgeführt ist, in einem Lösungsmittel, wodurch die Adhesivschicht unter Verwendung des Lösungsmittels entfernt wird, und Ablösen des piezoelektrischen Substrats von dem Stützsubstrat, und (f) Erhalten einer piezoelektrischen Vorrichtung unter Verwendung des piezoelektrischen Substrats, das von dem Stützsubstrat abgelöst ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt (d) Furchen, die das piezoelektrische Substrat in Abschnitte mit einer Größe für eine piezoelektrische Vorrichtung unterteilen, mittels Halbtrennen des Kompositsubstrats von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats an der Seite gegenüber der mit dem Stützsubstrat zusammengefügten Oberfläche aus gebildet sind, und die Adhesivschicht in den Furchen freigelegt ist, wobei in dem Schritt (e) mittels Eintauchen des Kompositsubstrats, nachdem das Halbtrennen durchgeführt ist, in einem Lösungsmittel die Adhesivschicht unter Verwendung des Lösungsmittels entfernt ist, und das piezoelektrische Substrat von dem Stützsubstrat abgelöst ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Schritt (c) ein Polieren durchgeführt ist, bis die Dicke des piezoelektrischen Substrats 0,2µm bis 5µm wird.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Schritt (d) ein Loch in dem Stützsubstrat von einer Oberfläche des Stützsubstrats an der Seite gegenüber einer mit dem piezoelektrischen Substrat zusammengefügten Oberfläche aus gebildet ist, um die Adhesivschicht in dem Loch freizulegen.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Stützsubstrat, das aus einem porösen Körper gebildet ist, in dem das Lösungsmittel zwischen der mit dem piezoelektrischen Substrat zusammengefügten Oberfläche des Stützsubstrats und einer Oberfläche an der Seite gegenüber davon in dem Schritt (e) fließen kann, als das Stützsubstrat in dem Schritt (a) vorbereitet ist.
Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, das in dem Schritt (a) vorbereitet ist, die als die mit dem Stützsubstrat in den Schritt (b) zusammengefügte Oberfläche dient, bereits spiegelpoliert ist, oder eine Oberfläche des vorbereiteten piezoelektrischen Substrats, die als die in dem Schritt (b) mit dem Stützsubstrat zusammengefügte Oberfläche dient, in dem Schritt (a) spiegelpoliert wird.
Piezoelektrische Vorrichtung, die mittels des Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
Piezoelektrisches, selbststützendes Substrat mit einer Dicke von 0,2µm oder mehr und 5µm oder weniger, eine Länge von 0,1mm oder mehr, einer Breite von 0,1mm oder mehr, und einer TVV (Gesamtdickenschwankung) von 0,1µm oder weniger.
Piezoelektrisches, selbststützendes Substrat nach Anspruch 8, wobei die Durchschnittsrauhigkeit Ra von sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche 1nm oder weniger beträgt.
Piezoelektrisches, selbststützendes Substrat nach Anspruch 8 oder 9, wobei das piezoelektrische, selbststützende Substrat ein Einkristallsubstrat ist.