WO2011034136A1 - 基板、基板の製造方法、ｓａｗデバイスおよびデバイス - Google Patents

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中山　茂
裕 辻
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate for a SAW device, a method for manufacturing a substrate for a SAW device, a SAW device using the substrate, a substrate for other devices, and a device using the substrate.
  • 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.
  • the SAW filter uses a piezoelectric substrate made of a material having a piezoelectric effect.
  • the SAW filter is usually used in a state where it is bonded to a substrate (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 SAW filter piezoelectric substrate 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 substrate on which the piezoelectric substrate of the SAW filter conventionally used is placed is, for example, made of sapphire as shown in the FUJITSU SAW filter (Non-Patent Document 1).
  • 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 on which a SAW filter made of sapphire is placed is expensive.
  • sapphire has a sufficient strength as a substrate on which the SAW filter 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 purpose is to provide a substrate having a moderate strength at a lower cost and capable of being firmly bonded to a piezoelectric substrate by van der Waals force, and a method for manufacturing the substrate. It is to provide a SAW device and a device using the.
  • the substrate according to one aspect of the present invention is a substrate made of spinel for SAW devices.
  • substrate which concerns on this invention is a board
  • 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 bonding surface of the spinel holding substrate to be bonded to the piezoelectric substrate using van der Waals force is flat, the bonding surface is bonded to the piezoelectric substrate satisfactorily.
  • 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 3.0 nm or less.
  • the main surface means a main surface having the largest area among the surfaces.
  • the average roughness Ra of one main surface of the substrate is 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 is controlled to 0.01 nm to 3.0 nm (more preferably 0.01 nm to 0.5 nm) by controlling the processing method.
  • the inventors of the present invention have found that an excellent flatness can be obtained. 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.
  • 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.
  • the PV value that is 2 nm or more and 8 nm or less or the Ra value that is 0.01 nm or more and 3.0 nm or less (0.01 nm or more and 0.5 nm or less) of the main surface of the substrate according to the present invention is one main surface of the substrate.
  • This can be achieved by performing CMP (Chemical Mechanical Polishing) which is chemical mechanical polishing. Therefore, if chemical mechanical polishing is performed on the holding substrate made of spinel, the holding substrate can be satisfactorily bonded to the piezoelectric substrate using van der Waals force.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • 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 above-described SAW device using a spinel substrate is cheaper than the conventional SAW device using sapphire as described above, but is equivalent to a sapphire substrate and has a level of strength that is practically acceptable. Is used, the electric signal transmission characteristics and the like are stabilized.
  • the substrate according to another aspect of the present invention is a substrate made of spinel for devices.
  • the device here refers to, for example, a filter of a high-frequency transmitter other than a SAW filter for a mobile phone.
  • a spinel substrate can be used instead of a sapphire substrate.
  • 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 Young's modulus of the spinel substrate for the SAW device or other devices described above is preferably 150 GPa or more and 350 GPa or less. If a spinel having a Young's modulus in the above range is used, the processing for forming the substrate can be easily performed. For this reason, processing cost can be reduced more. A spinel having a Young's modulus in the above range has a strength at a level that is not problematic in practice.
  • the present invention it is possible to provide 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.
  • 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.
  • strength which is satisfactory practically can be provided at low cost.
  • 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 and 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 in FIG. 5 by the low-impedance film 11 and the high-impedance film 12 as the acoustic multilayer film provided in the lower part of the resonator 20 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. For this reason, the holding substrate 1 and the piezoelectric substrate 10 can be firmly and stably joined using the van der Waals force with the main surface 1a as a 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 a value of arithmetic average roughness Ra of the main surface 1a of 0.01 nm to 3.0 nm, and more preferably 0.01 nm to 0.5 nm. If the value of Ra is 3.0 nm or less, the main surface 1a has excellent flatness. If the Ra value is 0.5 nm or less, the main surface 1a has more excellent flatness. For this reason, the holding substrate 1 and the piezoelectric substrate 10 can be firmly and stably joined using the van der Waals force with the main surface 1a as a joining surface.
  • the above-described value of Ra is preferably 0.01 nm or more and 3.0 nm or less, and more preferably 0.01 nm or more and 0 or less. More preferably, it is 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, a 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, the MgAl 2 O 4 (MgO.nAl 2 O 3 ) powder prepared in the step (S10) is preferably preliminarily molded by press molding, and then CIP is performed to obtain a molded body. . 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 molded body is placed in a vacuum atmosphere and heated to 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower under a condition where a pressure of 1600 MPa or higher and 1850 MPa or lower is applied, and is 1 hour or longer and 3 hours or shorter. It is preferable to hold the following. 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 step surface PV of the main surface 1a described above is 2 nm to 8 nm and the average roughness Ra is 0.01 nm to 3.0 nm (0.5 nm or less).
  • 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 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 the unevenness of the main surface 1a, and more specifically indicates the size of the largest step on the main surface 1a.
  • TTV refers to the maximum value and minimum value of the 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 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.

Abstract

　本発明は、より低コストで適度な強度を有し、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。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（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３．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下であることが好ましい。またＳＡＷデバイス（２）用または他のデバイス用の、スピネル製の基板（１）のヤング率は１５０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下であることが好ましい。

Description

基板、基板の製造方法、ＳＡＷデバイスおよびデバイス
　本発明は、ＳＡＷデバイス用の基板、ＳＡＷデバイス用の基板の製造方法、上記基板を用いたＳＡＷデバイス、その他のデバイス用の基板および上記基板を用いた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フィルタは通常、使用時に圧電体基板が発生する熱を放出するために、放熱性に優れた基板（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フィルタ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フィルタ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。
特開２００８－３０１０６６号公報 特開２００４－３４３３５９号公報
"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フィルタ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フィルタ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、および当該基板の製造方法を提供することであり、また当該基板を用いたＳＡＷデバイスおよびデバイスを提供することである。
　本発明の一の局面に係る基板は、ＳＡＷデバイス用のスピネルからなる基板である。
　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、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３．０ｎｍ以下であることが好ましい。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。
　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以下であることがより好ましい。
　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３．０ｎｍ（より好ましくは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。
　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。
　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３．０ｎｍ以下（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。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。
　本発明の他の局面に係る基板は、デバイス用のスピネルからなる基板である。ここで言うデバイスとは、たとえば携帯電話用のＳＡＷフィルタ以外の、高周波発信機のフィルタなどを指す。このようなデバイスを載置するための基板としても、サファイア製の基板の代わりにスピネル製の基板を用いることができる。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。
　以上に述べたＳＡＷデバイス用または他のデバイス用の、スピネル製の基板のヤング率は１５０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下であることが好ましい。上記の範囲のヤング率を有するスピネルを用いれば、基板を形成する加工を容易に行なうことができる。このため加工コストをより低減することができる。また上記の範囲のヤング率を有するスピネルは、実用上問題ないレベルの強度を有するものとなる。
　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。本発明によれば、実用上問題ない強度を有する、ＳＡＷデバイスまたは他のデバイス用のスピネル製の基板を、安価に提供することができる。
本実施の形態に係る基板の態様を示す概観図である。 図１の基板を用いたＳＡＷフィルタの態様を示す概観図である。 図１の基板を用いたＢＡＷフィルタの態様を示す概観図である。 図３のＩＶ，Ｖ－ＩＶ，Ｖ線に沿う部分における断面の態様の一例を示す概略断面図である。 図３のＩＶ，Ｖ－ＩＶ，Ｖ線に沿う部分における断面の態様の、図４とは異なる他の例を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態に係る基板の研磨方法を説明するためのフローチャートである。
　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。
　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３．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下であることがより好ましい。当該Ｒａの値を３．０ｎｍ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。また当該Ｒａの値を０．５ｎｍ以下とすれば、主表面１ａがより優れた平坦性を有することになる。このため、保持基板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３．０ｎｍ以下であることが好ましく、なかでも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ＭｇＡｌ2Ｏ4（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、１６００ＭＰａ以上１８５０ＭＰａ以下の圧力を加えた条件の下で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３．０ｎｍ以下（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。この場合は、その結果、形成される基板の主表面の平均粗さＲａの値は５ｎｍ程度となる。しかし、ＣＭＰを用いて多結晶であるスピネル製の基板の主表面を研磨した場合は、研磨後の主表面において多結晶粒子の粒界における凹凸が多数残存することになる。これに対し、ダイヤ砥粒を用いて仕上げ加工を行なえば、スピネル製の基板を構成する多結晶の粒界の凹凸をも研磨して平坦にすることができる。以上より、上述したダイヤ砥粒を用いた仕上げ加工により、主表面１ａの平均粗さＲａが極めて良好な値になることがわかる。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
　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。

Claims (12)

  1. 　ＳＡＷデバイス（２）用のスピネルからなる基板（１）。
  2. 　前記基板（１）の一方の主表面（１ａ）の平均粗さＲａの値が０．０１ｎｍ以上３．０ｎｍ以下である、請求の範囲第１項に記載の基板（１）。
  3. 　請求の範囲第１項に記載の基板（１）を用いたＳＡＷデバイス（２）。
  4. 　ヤング率が１５０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下である、請求の範囲第１項に記載の基板（１）。
  5. 　デバイス用のスピネルからなる基板（１）。
  6. 　ヤング率が１５０ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下である、請求の範囲第５項に記載の基板（１）。
  7. 　請求の範囲第５項に記載の基板（１）を用いたデバイス。
  8. 　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（１）。
  9. 　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、請求の範囲第８項に記載の基板（１）。
  10. 　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（１）の製造方法。
  11. 　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、請求の範囲第１０項に記載の基板（１）の製造方法。
  12. 　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、請求の範囲第１１項に記載の基板（１）の製造方法。
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