DE112016000125B4

DE112016000125B4 - Verbundwerkstoff-Substrat und Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für ein piezoelektrisches Substrat

Info

Publication number: DE112016000125B4
Application number: DE112016000125.8T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Nagae; Ayato Koizumi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2036-09-15
Also published as: DE112016000125T5; KR101889237B1; CN108352442B; US10566518B2; KR20170139489A; WO2017047605A1; TW201728893A; CN108352442A; TWI625516B; US20170170385A1

Abstract

Verbundwerkstoff-Substrat, aufweisend:ein Trägersubstrat mit einem Durchmesser von 5·10m (2 inch) oder mehr; undein piezoelektrisches Substrat mit einer Dicke von 20 µm oder weniger und gebondet an das Trägersubstrat, um Licht zu übertragen,wobei das piezoelektrische Substrat eine wie ein Streifenmuster geformte Dickenverteilung aufweist, undwobei eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger in Dickenrichtung und einem Abstand im Bereich von 0,5 bis 20 mm in Breitenrichtung in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats im Querschnitt des Verbundwerkstoff-Substrats, genommen entlang einer Linie rechtwinklig zu dem Streifenmuster, erscheint und der Abstand der Wellenform mit einer Breite des Streifenmusters korreliert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundwerkstoff-Substrat und ein Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für ein piezoelektrisches Substrat.
Es wird erwartet, eine unkonventionelle elastische Wellenvorrichtung bei einer hohen Frequenz funktionsbereit zu realisieren, indem man einen piezoelektrischen Dünnfilm, der eine sehr geringe Dicke aufweist, verwendet. Vorzugsweise ist der piezoelektrische Dünnfilm ein piezoelektrischer Einkristall-Dünnfilm, der hohe Kristallinität, eine willkürliche Kristallachse und gleichförmige Dicke aufweist. Als Verfahren zum Gewinnen eines solchen piezoelektrischen Dünnfilms schlägt PTL 1 zum Beispiel vor, dass eine piezoelektrische Substratseite von einem laminierten Substrat mit einem Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr und erhalten durch Bonden eines piezoelektrischen Substrats und eines Trägersubstrats, Hochglanz-poliert wird, Daten hinsichtlich einer Dickenverteilung des polierten piezoelektrischen Substrats erzeugt werden und lonenstrahl-Fräsen auf der Basis der Daten hinsichtlich der Dickenverteilung ausgeführt wird.
Zitatenliste
Patent-Literatur
PTL 1: WO 2014/ 104 098 A1
JP 2015 - 50 653 A beschreibt ein Verbundsubstrat mit einem piezoelektrischen Substrat und einem Trägersubstrat.
Während die Dicke des piezoelektrischen Substrats mit relativ hoher Genauigkeit durch lonenstrahl-Fräsen eingestellt werden kann, ist es schwierig, die Gesamttendenz der Dicke des piezoelektrische Substrats (hierin anschließend auch als eine Dicken-Tendenz bezeichnet) visuell einzuschätzen. Aus diesem Grund gibt es Bedarf für ein Verbundwerkstoff-Substrat, das erlaubt, die Dicken-Tendenz eines piezoelektrischen Substrats visuell einzuschätzen.
Die vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um ein solches Problem zu lösen und eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verbundwerkstoff-Substrat bereitzustellen, das die visuelle Einschätzung einer Dicken-Tendenz von einem piezoelektrischen Substrat erlaubt.
Im Ergebnis von ernsthafter Untersuchung zum Lösen des vorstehenden Problems haben die Erfinder gefunden, dass die Dicken-Tendenz von einem piezoelektrischen Substrat auf einem Trägersubstrat in einem Verbundwerkstoff-Substrat, bei welchem das piezoelektrische Substrat vorbestimmtem Polieren unterzogen worden ist, visuell eingeschätzt werden könnte und schufen die vorliegende Erfindung.
Ein Verbundwerkstoff-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein:

ein Trägersubstrat mit einem Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr; und
ein piezoelektrisches Substrat mit einer Dicke von 20 µm oder weniger und gebondet an das Trägersubstrat, um Licht zu übertragen,
wobei das piezoelektrische Substrat eine wie ein Streifenmuster geformte Dickenverteilung aufweist, und
wobei eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger in Dickenrichtung und einem Abstand von 0,5 oder mehr und 20 mm oder weniger in Breitenrichtung in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats im Querschnitt des Verbundwerkstoff-Substrats, genommen entlang einer Linie rechtwinklig zu dem Streifenmuster, erscheint und der Abstand der Wellenform mit einer Breite des Streifenmusters korreliert.

Ein Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für ein Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Dicken-Tendenz von einem piezoelektrischen Substrat in dem vorstehend beschriebenen Verbundwerkstoff-Substrat einschätzt und einschließt:

Bestrahlen des piezoelektrischen Substrats des Verbundwerkstoff-Substrats mit monochromatischem Licht;
Bestimmen, ob oder nicht ein zweites Interferenz-Streifenmuster, verschieden von einem ersten Interferenz-Streifenmuster, das die Streifenmuster-förmige Dickenverteilung wiedergibt, erscheint; und
Bestimmen der Dicken-Tendenz des piezoelektrische Substrats aus der Gestalt der Überschneidung einer hellen Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters und einer dunklen Linie des zweiten Interferenz-Streifenmusters, wenn festgestellt wird, dass das zweite Interferenz-Streifenmuster erscheint, auf der Basis, dass, wenn die helle Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters bei der Überschneidung ausgespart ist, die Dicke in Aussparungsrichtung zunimmt, und wenn die helle Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters bei der Überschneidung herausragt, die Dicke in Herausragungsrichtung zunimmt, und Bestimmen dass eine Dicken-Tendenz in der Dicke des piezoelektrischen Substrats nicht gefunden wird, wenn bestimmt wird, dass das zweite Interferenz-Streifenmuster nicht erscheint.

Das Verbundwerkstoff-Substrat und das Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für das Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine visuelle Einschätzung der Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats auf dem Trägersubstrat. Der Grund dafür wird nachstehend angegeben. In dem Verbundwerkstoff-Substrat der vorliegenden Erfindung ist das piezoelektrische Substrat, das eine Dicke von 20 µm oder weniger aufweist und ausgelegt ist, um Licht zu übertragen, an das Trägersubstrat gebondet. Aus diesem Grund tritt, wenn monochromatisches Licht angewendet wird, durch eine Oberfläche des piezoelektrische Substrats reflektiertes Licht und durch eine Oberfläche des Trägersubstrats (eine Rückfläche des piezoelektrische Substrats) reflektiertes Licht miteinander in Wechselwirkung. Da das piezoelektrische Substrat eine vorbestimmte Streifenmuster-förmige Dickenverteilung aufweist, wenn die Oberfläche davon beobachtet wird, erscheinen gemäß der optischen WegDifferenz (Dicke von piezoelektrischem Substrat x 2) zwischen dem durch die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats reflektierten Lichts und dem durch die Oberfläche des Trägersubstrats reflektierten Licht abwechselnd Bereiche (helle Linien), welche hell aussehen, weil die beiden Lichter einander intensivieren, und Bereiche (dunkle Linien), welche dunkel aussehen, weil die beiden Lichter einander aufheben, (Interferenz-Streifenmuster). Wenn das piezoelektrische Substrat eine Dicken-Tendenz aufweist, erscheinen auch Interferenz-Streifenmuster, die die Dicken-Tendenz wiedergeben. Hierbei ist bekannt, dass, wenn die Formen der Überschneidungen der hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters, das die Streifenmuster-förmige Dickenverteilung wiedergibt, und der dunklen Linien des zweiten Interferenz-Streifenmusters, das die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats wiedergibt, beobachtet werden, es bekanntlich in Bereichen, bei denen die hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters ausgespart sind, die Dicke in der Aussparungsrichtung zunimmt, und in Bereichen, bei denen die hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters herausragen, die Dicke in der Herausragungsrichtung zunimmt. Aus diesem Grund kann die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats aus den Formen der Überschneidungen des Interferenz-Streifenmusters visuell eingeschätzt werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Verbundwerkstoff-Substrat 20.
2 schließt erläuternde Ansichten von einem Herstellungsverfahren für das Verbundwerkstoff-Substrat 20 ein.
3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Polier-Teil in einer typischen CMP-Maschine 30.
4 ist eine perspektivische Ansicht von einem Polier-Teil in einer CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser.
5 ist eine erläuternde Ansicht der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser.
6 zeigt Messergebnisse der Dicke des Verbundwerkstoff-Substrats gemäß Beispiel 1.
7 zeigt Interferenz-Streifenmuster in dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 1.
8 ist eine erläuternde Ansicht einer Messreihe.
9 zeigt Kurven von Dicken-Tendenzen des piezoelektrischen Substrats vor und nach Schritt (c) in Beispiel 1.
10 zeigt eine Kurve von Dicken-Tendenzen des piezoelektrischen Substrats nach Schritt (c) in Beispiel 2.
11 zeigt Kurven von Dicken-Tendenzen des piezoelektrischen Substrats vor und nach Schritt (c) in Beispiel 3.
12 zeigt Kurven von Dicken-Tendenzen des piezoelektrischen Substrats vor und nach Schritt (c) in Beispiel 4.
13 zeigt Interferenz-Streifenmuster in dem Verbundwerkstoff-Substrat von Vergleichs-Beispiel 1.

Ein Verbundwerkstoff-Substrat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Verbundwerkstoff-Substrat 20 gemäß der Ausführungsform.
Das Verbundwerkstoff-Substrat 20 hat einen Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr und wird durch Bonden eines piezoelektrischen Substrats 12 und eines Trägersubstrats 14 gebildet. Das piezoelektrische Substrat 12 überträgt Licht und Beispiele des Materials des piezoelektrischen Substrats 12 schließen Lithiumtantalat, Lithiumniobat, einen Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Feststoff-Lösung-Einkristall, Lithiumborat, Langasit und Kristall ein. Die Größe des piezoelektrischen Substrats 12 kann dabei derart sein, dass der Durchmesser 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr, vorzugsweise 1·10^-1 m (4 inch) oder mehr, und bevorzugter 1·10^-1 bis 2·10^-1 m (4 bis 8 inch) ist und die Dicke 20 µm oder weniger und vorzugsweise 0,2 bis 15 µm ist. Die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist vorzugsweise 100 nm oder weniger und bevorzugter 60 nm oder weniger über der gesamten Oberfläche. Beispiele des Materials des Trägersubstrats 14 schließen Silizium, Saphir, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Alkali-freies Glas, Borsilikatglas, Quarzglas, Lithiumtantalat, Lithiumniobat, einen Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Feststoff-Lösung-Einkristall, Lithiumborat, Langasit und Kristall ein. Die Größe des Trägersubstrats 14 kann dabei derart sein, dass der Durchmesser größer als oder gleich jenem des piezoelektrischen Substrats 12 ist und die Dicke 100 bis 1000 µm und vorzugsweise 150 bis 500 µm ist. Obwohl das Verbundwerkstoff-Substrat 20 eine Orientierungsebene (OF) einschließen kann, wie in 1 erläutert, mag es keine OF einschließen.
Das Verbundwerkstoff-Substrat 20 wird durch Vereinigen des piezoelektrischen Substrats 12 und des Trägersubstrats 14 durch direktes Bonden oder durch Bonden des piezoelektrischen Substrats 12 und des Trägersubstrats 14, mit einer organischen Haftschicht dazwischen eingefügt, gebildet. Das Material der organischen Haftschicht ist zum Beispiel Epoxidharz oder Acrylharz. Direktes Bonden kann durch Aktivieren der Bondungs-Oberflächen des piezoelektrischen Substrats und des Trägersubstrats und dann Pressen des Substrats mit den Bondungs-Oberflächen, die entgegengesetzt zueinander sind, ausgeführt werden. Die Bondungs-Oberflächen können zum Beispiel durch Bestrahlen mit einem lonenstrahl von einem Inertgas (wie Argon) oder durch Bestrahlen mit Plasma oder mit einem neutralen Atomstrahl aktiviert werden. Das Verbundwerkstoff-Substrat 20 wird vorzugsweise durch Vereinigen des piezoelektrischen Substrats 12 und des Trägersubstrats 14 durch direktes Bonden gebildet. Wenn das piezoelektrische Substrat 12 und das Trägersubstrat 14 durch direktes Bonden vereinigt werden, wird keine organische Haftschicht dazwischen bereitgestellt, und selten wird ein Spalt dazwischen gebildet. Folglich gibt es einige Schichten zum Bilden der Differenz in der optischen Weglänge, die von dem piezoelektrischen Substrat 12 verschieden sind. Aus diesem Grund werden die Interferenz-Streifenmuster kaum gestört und die Formen von Überschneidungen der Interferenz-Streifenmuster werden leicht eingeschätzt.
Das piezoelektrische Substrat 12 hat eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung. Eine Wellenform W, die eine Amplitude A in der Dickenrichtung und einen Abstand P in der Breitenrichtung aufweist, erscheint in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats 12 in einem Querschnitt des Verbundwerkstoff-Substrats 20, genommen entlang einer Linie rechtwinklig zu den Streifenmustern. Der Abstand P in der Wellenform W korreliert mit der Breite des Streifenmusters in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung. Tabelle 1 zeigt Beispiele von Streifenmuster-förmigen Dickenverteilungen. In Tabelle 1 wird ein dünner Bereich, der einer Senkenseite der Wellenform W entspricht, in grau gezeigt, und ein dicker Bereich, der einem Scheitelpunkt der Wellenform W entspricht, wird in weiß gezeigt. Die Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung können parallele Streifenmuster, wie vertikale Streifenmuster, horizontale Streifenmuster oder schräge Streifenmuster, Spiral-Streifenmuster oder konzentrische Streifenmuster, sein. [Tabelle 1]

Streifentyp Vertikale Streifen Spiralstreifen Konzentrische Streifen

Muster
Die Amplitude A ist die Dicken-Differenz zwischen der Senke bzw. Trog (unten von einem ausgesparten Bereich) und dem Scheitel bzw. Berg (oben von einem herausragenden Bereich) in der Wellenform W, und kann entweder ein Festwert oder ein Wert, der in einem vorbestimmten Bereich variiert, sein. Während es dabei nur notwendig ist, dass die Amplitude A 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger sein sollte, ist die Amplitude A vorzugsweise 5 nm oder mehr und 50 nm oder weniger, und bevorzugter 5 nm oder mehr und 30 nm oder weniger. Wenn die Amplitude A 5 nm oder mehr ist, kann die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats 12 aus den Interferenz-Streifenmustern eingeschätzt werden, wie bei einem Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für das piezoelektrische Substrat, welches später beschrieben werden soll. Wenn die Amplitude A 100 nm oder weniger ist, sind Variationen in der Dicke des piezoelektrischen Substrats nicht zu groß, und das piezoelektrische Substrat kann geeigneterweise verwendet werden (zum Beispiel in einer elastischen Wellenvorrichtung). Der Abstand P ist die Strecke zwischen benachbarten Senken (die unteren von ausgesparten Bereichen) oder benachbarten Scheiteln (die oberen von herausragenden Bereichen) in der Wellenform W, und kann entweder ein Festwert oder ein Wert, der in einem vorbestimmten Bereich variiert, sein. Obwohl es dabei nur notwendig ist, dass der Abstand P 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger sein sollte, ist der Abstand P 1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger und bevorzugter 1 mm oder mehr und 5 mm oder weniger. Wenn der Abstand P 0,5 mm oder mehr und 20 mm oder weniger ist, kann die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats 12 von den Interferenz-Streifenmustern eingeschätzt werden. Der Abstand P ist vorzugsweise 0,5% oder mehr und 20% oder weniger des äußeren Durchmessers des piezoelektrischen Substrats 12, und bevorzugter 1 % oder mehr und 5% oder weniger. Wenn der Abstand P 0,5% oder mehr und 20% oder mehr ist, werden die Formen von Überschneidungen der Interferenz-Streifenmuster leicht eingeschätzt. Die Amplitude A und der Abstand P können entweder fest sein oder unter den Wellen verschieden sein. Weiterhin kann eine Hoch-Frequenz-Komponente auf der vorstehend beschriebenen Wellenform W übereinander gelegt werden. In diesem Fall können eine Amplitude A und ein Abstand P, wenn die Hoch-Frequenz-Komponente (zum Beispiel eine Komponente, die einen Abstand von weniger als 0,5 mm aufweist) entfernt ist, als die Amplitude A und der Abstand P der Wellenform W verwendet werden.
Das Verbundwerkstoff-Substrat der Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren, das die nachstehenden Schritte (a) bis (c) einschließt, hergestellt werden. 2 schließt erläuternde Ansichten von einem Herstellungsverfahren für das Verbundwerkstoff-Substrat 20 der Ausführungsform ein. 3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Polier-Teil in einer typischen CMP-Maschine 30, die zum Beispiel in Schritt (a) verwendet wird. 4 ist eine perspektivische Ansicht von einem Polier-Teil in einer CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser, verwendet in zum Beispiel Schritt (c), und 5 ist eine erläuternde Ansicht der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser.
Schritt (a)
Zuerst wird ein laminiertes Substrat 10 mit einem Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr und gebildet durch Bonden eines piezoelektrischen Substrats 12 und eines Trägersubstrats 14 hergestellt (2(A)). In dem laminierten Substrat 10 kann die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 100 bis 1000 µm und vorzugsweise 150 bis 500 µm sein.
Nun wird eine piezoelektrische Substrat-12-Seite des laminierten Substrats 10, das den Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr aufweist, und durch Bonden des piezoelektrischen Substrats 12 und des Trägersubstrats 14 gebildet wurde, Hochglanz-poliert, bis die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 20 µm oder weniger, und vorzugsweise 1 bis 15 µm (2(B)) erreicht. Zum Beispiel kann die piezoelektrische Substrat-12-Seite des laminierten Substrats 10 mit einem Schleifer poliert werden, kann dann mit einer Läppmaschine poliert werden und kann weiterhin mit einer CMP-Maschine Hochglanz-poliert werden, bis die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 20 µm oder weniger erreicht. Dies kann die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 bis 20 µm oder weniger effizient vermindern. Hierin ist der Begriff CMP eine Abkürzung für chemisch-mechanisches Polieren.
Als CMP-Maschine kann zum Beispiel eine typischen CMP-Maschine 30, erläutert in 3, verwendet werden. Die CMP-Maschine 30 schließt eine Scheiben-förmige Polierplatte 32, ausgestattet mit einem Polierkissen 34, und mit einem großen Durchmesser, einen Scheiben-förmigen Substratträger 36, der einen kleinen Durchmesser aufweist, ein Rohr 38, das Schleifkörner enthaltenden Schlamm für das Polierkissen 34 zuführt, und einen Konditionierer 40, der das Polierkissen 34 konditioniert, ein. Die Polierplatte 32 umfasst eine Welle und einen Antriebsmotor, welche nicht erläutert werden, in der Mitte von einer unteren Oberfläche davon, und axial zusammen mit Rotationsantrieb der Welle durch den Antriebsmotor rotiert (dreht). Der Substratträger 36 und der Konditionierer 40 haben ihre entsprechenden Wellen in der Mitte von oberen Oberflächen davon, und rotieren axial (drehen) zusammen mit Rotationsantrieb der Wellen durch nicht veranschaulichte Antriebsmotoren. Der Substratträger 36 ist bei einer Position angeordnet, die von der Mitte der Polierplatte 32 abweicht. Zum Polieren des laminierten Substrats 10 mit der CMP-Maschine 30 wird das laminierte Substrat 10 auf eine untere Oberfläche des Substratträgers 36 mit seiner piezoelektrischen Substrat-12-Seite, die abwärts zeigt, geladen und das laminierte Substrat 10 wird zwischen dem Polierkissen 34 der Polierplatte 32 und dem Substratträger 36 gehalten. Dann wird Schleifkörner enthaltender Schlamm von dem Rohr 38 auf das Polierkissen 34 zugeführt. Somit wird der Schlamm zwischen das laminierte Substrat 10 und das Polierkissen 24 der Polierplatte 32 zugeführt. In diesem Zustand wird CMP durch Rotieren der Polierplatte 32 und des Substratträgers 36 unter Pressen des laminierten Substrats 10 gegen das Polierkissen 34 durch den Substratträger 36 ausgeführt.
Schritt (b)
Die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 wird lonenstrahl-Fräsen unterzogen, so dass die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 100 nm oder weniger über die gesamte Oberfläche (2(C)) wird.
Daten hinsichtlich einer Dickenverteilung des vor dem lonenstrahl-Fräsen Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 können erzeugt werden, und lonenstrahl-Fräsen kann auf der Basis der Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 ausgeführt werden. Die Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 können durch Messen der Dicke des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 mit einem optischen Dicken-Messgerät unter Verwendung von Laser-Interferometrie erzeugt werden. Dies ermöglicht die Erzeugung von genauen Daten hinsichtlich der Dickenverteilung. Danach können die Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 bei einer lonenstrahlfräse eingegeben werden, wobei die Bestrahlungszeit an entsprechenden Punkten auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 bestimmt werden kann, und Fräsen kann unter Verwendung der Bestrahlungszeit ausgeführt werden. Dies ermöglicht genaues Fräsen. In diesem Fall kann der Strahlausgabewert festgelegt sein und die Bestrahlungszeit kann erhöht werden, wenn die vorstehend beschriebene Dicke zunimmt. Alternativ können die Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 auf der lonenstrahlfräse eingegeben werden, wobei der Strahlausgabewert bei den entsprechenden Punkten auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 bestimmt werden kann und Fräsen unter Verwendung des Strahlausgabewerts ausgeführt werden kann. Dies ermöglicht auch genaues Fräsen. In diesem Fall ist die Bestrahlungszeit festgelegt, und der Strahlausgabewert wird erhöht, wenn die vorstehend beschriebene Dicke zunimmt.
Ionenstrahl-Fräsen wird vorzugsweise unter Verwendung einer lonenstrahlfräse, ausgestattet mit einer Gleichstrom-angeregten Ar-Strahlenquelle, ausgeführt. Als lonenstrahlfräse kann eine lonenstrahlfräse, ausgestattet mit einer Plasma-angeregten Ar-Strahlenquelle, verwendet werden, aber die lonenstrahlfräse, ausgestattet mit der Gleichstrom-angeregten Ar-Strahlenquelle, wird vorzugsweise verwendet, weil eine auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 gebildete veränderte Schicht 18 weiter vermindert wird.
Nach lonenstrahl-Fräsen kann bei dem laminierten Substrat 10 die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 zum Beispiel 20 µm oder weniger sein, die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 kann über die gesamte Oberfläche 100 nm oder weniger sein, und das piezoelektrischen Substrat 12 kann solche Kristallinität aufweisen, dass die volle Breite bei einem halben Maximum einer Schwingungskurve, erhalten durch Röntgenbeugung, 100 arcs oder weniger ist. Ein solches laminiertes Substrat 10 schließt einen piezoelektrischen Einkristall-Dünnfilm (piezoelektrisches Substrat 12) ein, der hohe Kristallinität, eine willkürliche Kristallachse und eine gleichförmige Dicke aufweist, und kann geeigneterweise in zum Beispiel einer elastischen Wellenvorrichtung nach Schritt (c) verwendet werden.
Schritt (c)
Ein Polierkissen mit einem Durchmesser von 5 mm oder mehr und 30 mm oder weniger wird verwendet, und CMP wird durch Rotieren und Bewegen des Polierkissens bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 ausgeführt, um unter Halten einer konstanten Druckkraft des Polierkissens (hierin anschließend auch als CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser bezeichnet) poliert zu werden. Da der Durchmesser des Polierkissens ausreichend geringer als jener des piezoelektrischen Substrats 12 ist wird bei solchem CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser, wenn das Polierkissen bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12, während rotiert wird, bewegt wird, eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung in dem piezoelektrische Substrat 12 gebildet. Wenn zudem das Polierkissen, das den Durchmesser 5 mm oder mehr und 30 mm oder weniger aufweist, verwendet wird, kann Polieren in einer derartigen Weise effizient ausgeführt werden, dass eine Wellenform W, die einen Abstand P in dem Bereich von 0,5 bis 20 mm in der Breitenrichtung aufweist, in der Dickenverteilung des piezoelektrische Substrats 12 im Querschnitt des Verbundwerkstoff-Substrats 20, genommen entlang einer Linie rechtwinklig zu den Streifenmustern, erscheint. Wenn weiterhin CMP unter Halten einer konstanten Druckkraft des Polierkissens ausgeführt wird, kann die Dicke mit hoher Genauigkeit gesteuert werden und die Amplitude A der Wellenform W in der Dickenrichtung wird zu dem Bereich von 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger leicht gesteuert.
Bei CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser kann zum Beispiel die Amplitude A durch Steuern mindestens einer von der Druckkraft, der Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens, der Bewegungsgeschwindigkeit des Polierkissens, der Schlammkonzentration und dem Schlamm-pH-Wert auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Zum Beispiel ist die Druckkraft vorzugsweise 5 kPa oder mehr und 200 kPa oder weniger und bevorzugter 20 kPa oder mehr und 100 kPa oder weniger. Zum Beispiel ist die Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens vorzugsweise 50 U/min oder mehr und 20000 U/min oder weniger, und bevorzugter 2000 U/min oder mehr und 6000 U/min oder weniger. Bei CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser kann der Abstand P zum Beispiel durch Einstellen der Größe des Polierkissens oder Einstellen des Wegs des Polierkissens auf dem piezoelektrischen Substrat 12 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Während es dabei nur notwendig ist, dass der Durchmesser des Polierkissens 5 mm oder mehr und 30 mm oder weniger sein sollte, ist der Durchmesser vorzugsweise 5 mm oder mehr und 25 mm oder weniger, und bevorzugter 10 mm oder mehr und 20 mm oder weniger. Alternativ ist die Größe des Polierkissens vorzugsweise 5% oder mehr und 30% oder weniger des äußeren Durchmessers des piezoelektrischen Substrats 12 und bevorzugter 10% oder mehr und 20% oder weniger. Der Weg des Polierkissens auf dem piezoelektrischen Substrat 12 kann zum Beispiel eine Zick-Zack-Gestalt oder eine Spiralgestalt aufweisen. Wenn Polieren zusammen mit dem Zick-Zack-Weg ausgeführt wird, können parallele Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung gebildet werden. Wenn Polieren zusammen mit dem Spiral-Weg ausgeführt wird, können die spiralförmigen Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung gebildet werden. Bei dem Weg des Polierkissens auf dem piezoelektrischen Substrat 12 ist die Strecke zwischen benachbarten Wegteilen (Trajektorien der Mitte des Polierkissens) vorzugsweise in dem Bereich von 5% bis 50% des äußeren Durchmessers des Polierkissens und bevorzugter in dem Bereich von 10% bis 30%. Die Strecke zwischen den benachbarten Wegteilen ist vorzugsweise 0,5 mm oder mehr und 20 m oder weniger, und bevorzugter 1 mm oder mehr und 10 mm oder weniger.
Bei CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser kann das Polierkissen bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 in einer solchen Tendenz bewegt werden, dass die Verweilzeit in einem äußeren Randbereich (wenn die Mitte des Polierkissens in dem äußeren Randbereich angeordnet ist) kürzer als in einem inneren Randbereich ist. In dem äußeren Randbereich wird sich wahrscheinlich die Belastung konzentrieren, wenn der äußere Randbereich mit dem Polierkissen in Kontakt ist, und die Poliermenge pro Einheitszeit ist größer als in dem inneren Randbereich. Folglich wird Verformung, die sich auf Grund von Polieren ergibt, wahrscheinlich auftreten. Jedoch wird Verformung bzw. Konkavierung zum Beispiel auf Grund von Polieren durch Verkürzen der Verweilzeit des Polierkissens in dem äußeren Randbereich wie in dem inneren Randbereich unterdrückt. Weiterhin kann das Polierkissen bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 in einer solchen Tendenz bewegt werden, dass dabei die Verweilzeit abnimmt, wenn die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 abnimmt. Dies kann die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 gleichförmiger machen. Alternativ kann das Polierkissen bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 in einer solchen Tendenz bewegt werden, dass dabei die Verweilzeit in dem äußeren Randbereich kürzer als in dem inneren Randbereich ist und die Verweilzeit abnimmt, wenn die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 abnimmt. Dies kann Verformung unterdrücken und kann die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 gleichförmiger machen. Ein Bereich, der 60% bis 100% des äußeren Durchmessers des piezoelektrischen Substrats 12 (vorzugsweise 80% bis 100%) entspricht, kann als ein äußerer Randbereich bezeichnet werden, und ein Bereich auf einer inneren Seite des äußeren Randbereichs kann als ein innerer Randbereich bezeichnet werden. Alternativ kann ein Bereich in 20 mm von dem äußersten Rand des piezoelektrischen Substrats 12 (vorzugsweise 10 mm von dem äußersten Rand) als ein äußerer Randbereich bezeichnet werden und ein Bereich auf einer inneren Seite des äußeren Randbereichs kann als ein innerer Randbereich bezeichnet werden. Zum Beispiel ist die Verweilzeit in dem äußeren Randbereich vorzugsweise 20% bis 95%, und bevorzugter 40% bis 95% der Verweilzeit in dem inneren Randbereich.
Wenn die Apparatur für CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser verwendet wird, kann zum Beispiel eine CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser, erläutert in 4 und 5, verwendet werden. Die CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser schließt einen Scheiben-förmigen Kopf 56, der einen kleinen Durchmesser aufweist und mit einem Polierkissen 54 ausgestattet ist, eine Scheiben-förmige Bühne 52, die einen großen Durchmesser aufweist, und ein Rohr 58, das Schleifkörner enthaltenden Schlamm dem Polierkissen 54 zuführt, ein. Die Bühne 52 schließt einen nicht veranschaulichten Antriebsteil ein und bewegt sich in der horizontalen Ebene (X-Achsen- und Y-Achsen-Richtungen). Der Kopf 56 hat eine Welle in der Mitte von einer oberen Oberfläche davon und rotiert axial (rotiert) zusammen mit dem Rotationsantrieb der Welle durch einen nicht veranschaulichten Antriebsmotor. Die Welle des Kopfes 56 ist an einem Träger 60 angebracht, befestigt an einem Antriebsteil 62 beweglich in der vertikalen Richtung mit einem nicht veranschaulichten befestigenden Teil, der dazwischen eingefügt ist, und sich in die vertikale Richtung (Z-Achsen-Richtung) bewegt. Der Antriebsteil 62, der Antriebsteil der Bühne 52, der Antriebsteil des Kopfes 56 und so weiter sind mit einer nicht veranschaulichten Steuereinheit verbunden und werden zum Rotieren und Bewegen des Polierkissens 54 bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 gesteuert, um unter Halten einer konstanten Druckkraft des Polierkissens 54 poliert zu werden.
Um das laminierte Substrat 10 mit der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser zu polieren, wird das laminierte Substrat 10 auf einer oberen Oberfläche der Bühne 52 mit einer piezoelektrischen Substrat 12-Seite, die aufwärts weist, geladen und das laminierte Substrat 10 wird zwischen der Bühne 52 und dem Polierkissen 54 gehalten. Dann wird Schleifkörner enthaltender Schlamm von dem Rohr 58 dem Polierkissen 54 zugeführt. Somit wird der Schlamm zwischen dem laminierten Substrat 10 und dem Polierkissen 54 zugeführt. Das Polierkissen 54 wird bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 durch Bewegen der Bühne 52 in der horizontalen Richtung in diesem Zustand bewegt und die Druckkraft des Polierkissens 54 wird durch Steuern der Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Antriebsteils 62 konstant gehalten. Das laminierte Substrat 10 wird während des Rotierens des Polierkissens 54 CMP unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt können zum Beispiel das Polierkissen 54 und das piezoelektrische Substrat 12 bezüglich einander bewegt werden, so dass die Mitte des Polierkissens 54 sich auf dem piezoelektrischen Substrat 12 in einer Zick-Zack-Form bewegt (siehe ein Weg R in 4) oder sich in einer Spiralform bewegt.
Während des Polierens mit der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser wird die auf das Polierkissen 54 angewendete Druckkraft mit einer Kraftmesseinheit 70 (zum Beispiel eine Kraftmessdose oder ein Dynamometer), angeordnet zwischen dem Träger 60 und dem Antriebsteil 62, gemessen und der gemessene Wert wird bei der vorstehend beschriebenen Steuereinheit eingegeben. Die Steuereinheit steuert Aufwärts- und Abwärts-Bewegungen des Antriebsteils 62 auf der Basis des eingegebenen gemessenen Werts. Auf diese Weise kann die Druckkraft des Polierkissens 54 konstant gehalten werden. Während das Polierkissen 54 bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 durch Bewegung des piezoelektrischen Substrats 12 in der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser bewegt wird, kann es bezüglich des piezoelektrischen Substrats 12 durch Bewegung des Polierkissens 54 bewegt werden. Außerdem kann sich, während sich das Polierkissen 54 in der vertikalen Richtung bewegt, das piezoelektrischen Substrat 12 in die vertikale Richtung bewegen.
Bei CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser kann CMP ausgeführt werden, so dass die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 20 µm oder weniger, und vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger ist und die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke 100 nm oder weniger, und vorzugsweise 50 nm oder weniger über die gesamte Oberfläche ist.
Das Verbundwerkstoff-Substrat der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch Bilden eines Elektrodenmusters auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats als eine elastische Wellenvorrichtung verwendet werden.
Nun wird eine Beschreibung von einem Dicken-Tendenz-Einschätz-Verfahren für ein piezoelektrisches Substrat gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben. In diesem Einschätz-Verfahren wird zuerst das vorstehend beschriebene Verbundwerkstoff-Substrat 20 mit monochromatischem Licht bestrahlt. Es ist dabei nur notwendig, dass das monochromatische Licht, mit welchem das Verbundwerkstoff-Substrat 20 bestrahlt wird, sichtbares Licht sein sollte und zum Beispiel kann das monochromatische Licht entweder eine Wellenlänge in dem Bereich von 600 bis 650 nm oder eine Wellenlänge in dem Bereich von 380 bis 750 nm aufweisen. Das monochromatische Licht wird vorzugsweise vertikal auf die gesamte Oberfläche des Verbundwerkstoff-Substrats 20 angewendet. Das monochromatische Licht kann Licht-Komponenten einschließen, die verschiedene Wellenlängen aufweisen, so lange wie sie die Formen von Überschneidungen der Interferenz-Streifenmuster nicht verdecken.
Nun wird festgestellt, ob oder nicht zweite Interferenz-Streifenmuster, verschieden von ersten Interferenz-Streifenmustern, die sich von der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung ergeben, erscheinen. Zum Beispiel kann festgestellt werden, ob oder nicht Interferenz-Streifenmuster, die die ersten Interferenz-Streifenmuster überschneiden, erscheinen. Zu diesem Zeitpunkt kann die OF von dem piezoelektrischen Substrat 12 als Bezug verwendet werden und die ersten Interferenz-Streifenmuster und die zweiten Interferenz-Streifenmuster können durch die Positionen oder Winkel bezüglich der OF unterschieden werden. Bei der Bestimmung kann die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats direkt oder durch eine Linse visuell untersucht werden oder ein aufgenommenes Bild der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats kann verwendet werden. Jedoch ist visuelles Untersuchen leichter und die Interferenz-Streifenmuster sind deutlicher zu sehen. Wenn das aufgenommene Bild verwendet wird, können helle Linien und dunkle Linien durch Erhöhen des Kontrasts des Bildes oder Binärisieren des Bildes unterschieden werden. Die hellen Linien und die dunklen Linien können durch die relative Differenz in der Helligkeit dazwischen unterschieden werden.
Wenn festgestellt wird, dass die zweiten Interferenz-Streifenmuster erscheinen, wird die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats aus den Formen von Überschneidungen von hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters und dunklen Linien des zweiten Interferenz-Streifenmusters auf der Basis bestimmt, dass, wenn die hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters bei den Überschneidungen ausgespart sind, die Dicke in der Aussparungsrichtung zunimmt und dass, wenn die hellen Linien des ersten Interferenz-Streifenmusters bei den Überschneidungen herausragen, nimmt die Dicke in der Herausragungsrichtung ab. Bei der Bestimmung kann die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats direkt oder durch eine Linse visuell untersucht werden oder ein aufgenommenes Bild der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats kann verwendet werden. Wenn das aufgenommene Bild verwendet wird, können helle Linien und dunkle Linien durch Binärisieren des Bildes unterschieden werden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Bestimmung für die Formen von Überschneidungen von allen Interferenz-Streifenmustern vorgenommen werden. Jedoch kann eine Bestimmung für die Gestalt von mindestens einer Überschneidung auf jeder Seiten-Oberfläche von jeder der dunklen Linien in den zweiten Interferenz-Streifenmustern vorgenommen werden und eine Bestimmung für andere Überschneidungen kann weggelassen werden. In einer dunklen Linie ist die Dicke in der Richtung zusammen mit der Linie im Wesentlichen konstant. Folglich kann die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats ohne Ausführen einer Bestimmung für die Formen von allen Überschneidungen eingeschätzt werden.
Wenn festgestellt wird, dass die zweiten Interferenz-Streifenmuster nicht erscheinen, wird bestimmt, dass keine Tendenz in der Dicke des piezoelektrische Substrats gefunden wird.
Auf diese Weise wird die Dicken-Tendenz des piezoelektrische Substrats eingeschätzt. In dem Verbundwerkstoff-Substrat 20, in welchem die Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung parallele Streifenmuster sind, werden die Formen der Überschneidungen leicht untersucht, zum Beispiel, wenn die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats 12 konzentrische Konturen zeichnet oder wenn die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats 12 horizontale Konturen zeichnet, die die Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung bei einem vorbestimmten Winkel (zum Beispiel, 30° bis 90°, vorzugsweise 60° bis 90°) überschneiden. In dem Verbundwerkstoff-Substrat 20, in welchem die Streifenmuster in der Streifenmuster-förmigen Dickenverteilung Spiral-Streifenmuster oder konzentrische Streifenmuster sind, werden die Formen der Überschneidungen leicht untersucht, zum Beispiel, wenn die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats 12 horizontale Konturen zeichnet.
Hierin anschließend wird das Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für das Substrat gemäß der Ausführungsform unter Verwendung spezieller Beispiele beschrieben. Tabelle 2 zeigt Beispiele von Interferenz-Streifenmustern, beobachtet wenn das Verbundwerkstoff-Substrat ein piezoelektrisches Substrat einschließt, das eine horizontal gestreifte Dickenverteilung als eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung und X-X-Kreuz-Querschnitte aufweist, die den Beispielen entsprechen. In Verbundwerkstoff-Substraten von (A) bis (C) erscheinen konzentrische zweite Interferenz-Streifenmuster neben ersten Interferenz-Streifenmustern, die eine horizontal gestreifte Dickenverteilung wiedergeben. Da die zweiten Interferenz-Streifenmuster erscheinen, werden die Formen von Überschneidungen von hellen Linien der (horizontal gestreiften) ersten Interferenz-Streifenmuster und dunklen Linien der (konzentrischen) zweiten Interferenz-Streifenmuster untersucht. Es wird bestimmt, dass, wenn die horizontal gestreiften hellen Linien bei den Überschneidungen ausgespart werden, die Dicke in der Aussparungsrichtung zunimmt und dass, wenn die horizontalgestalteten hellen Linien bei den Überschneidungen herausragen, die Dicke in der Herausragungsrichtung zunimmt. In den Zeichnungen der zweiten Interferenz-Streifenmuster in Tabelle 2 zeigen Pfeile die Richtungen an, die als in der Dicke ansteigende Richtungen beurteilt werden. Auf diese Weise können die Dicken-Tendenzen in den X-X-Querschnitten zu den erläuterten Tendenzen eingeschätzt werden. Wenn die konzentrischen Interferenz-Streifenmuster zentriert auf der Mitte des Substrats wie die zweiten Interferenz-Streifenmuster in den Verbundwerkstoff-Substraten von (A) bis (C) erscheinen, kann eingeschätzt werden, dass die Dicken-Tendenz ähnlich zu jener in dem X-X-Querschnitt ist, auch in Querschnitten, die anders als der X-X-Querschnitt ist, so lange wie die Querschnitte durch die Mitte des Substrats gelangen. Im Gegensatz dazu, da nur erste Interferenz-Streifenmuster, die die horizontal gestreifte Dickenverteilung wiedergeben, in (D) erscheinen, wird festgestellt, dass keine zweiten Interferenz-Streifenmuster erscheinen. Da in (D) festgestellt wird, dass die zweiten Interferenz-Streifenmuster nicht erscheinen, erfolgt eine Bestimmung auf der Basis, dass keine Tendenz in der Dicke des piezoelektrischen Substrats gefunden wird. Auf diese Weise kann die Dicken-Tendenz in dem X-X-Querschnitt für die erläuterte Tendenz eingeschätzt werden. [Tabelle 2]

Verbundsubstrat (A) (B)

Interferenzstreifen

X-X Querschnitte

Verbundsubstrat (C) (D)

Interferenzstreifen

X-X Querschnitte
Tabelle 3 zeigt Beispiele von Interferenz-Streifenmustern, beobachtet, wenn das Verbundwerkstoff-Substrat ein piezoelektrisches Substrat einschließt, das eine konzentrische Dickenverteilung wie eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung, und X-X-Querschnitte, die den Beispielen entsprechen, aufweist. In Verbundwerkstoff-Substraten von (A) bis (C) erscheinen vertikal-gestreifte zweite Interferenz-Streifenmuster neben ersten Interferenz-Streifenmustern, die die konzentrische Dickenverteilung wiedergeben. Wenn die zweiten Interferenz-Streifenmuster erscheinen, werden die Formen von Überschneidungen von hellen Linien der (konzentrischen) ersten Interferenz-Streifenmuster und dunklen Linien der (vertikal-gestreiften) zweiten Interferenz-Streifenmuster untersucht. Es wird bestimmt, dass, wenn die konzentrischen hellen Linien bei den Überschneidungen ausgespart sind, die Dicke in der Aussparungsrichtung zunimmt und dass, wenn die konzentrischen hellen Linien bei den Überschneidungen herausragen, die Dicke in der Herausragungsrichtung zunimmt. In den Interferenz-Streifenmustern in Tabelle 3 zeigen Pfeile die Richtungen an, die als die Richtungen ansteigender Dicke beurteilt werden. Auf diese Weise können die Dicken-Tendenzen in den X-X-Querschnitten eingeschätzt werden, um die veranschaulichten Tendenzen zu sein. Wenn die vertikal-gestreiften Interferenz-Streifenmuster wie die zweiten Interferenz-Streifenmuster in den Verbundwerkstoff-Substraten von (A) bis (C) erscheinen, kann eingeschätzt werden, dass die Dicken-Tendenz ähnlich zu jener in dem X-X-Querschnitt ist auch bei Querschnitten, die anders als der X-X-Querschnitt sind, so lange wie die Querschnitte parallel zu dem X-X-Querschnitt sind. Im Gegensatz dazu wird, wenn nur erste Interferenz-Streifenmuster, die die konzentrische Dickenverteilung wiedergeben, in (D) erscheinen, festgestellt, dass zweite Interferenz-Streifenmuster nicht erscheinen. Wenn in (D) festgestellt wird, dass die zweiten Interferenz-Streifenmuster nicht erscheinen, erfolgt eine Bestimmung auf der Basis, dass keine Tendenz in der Dicke des piezoelektrischen Substrats gefunden wird. Auf diese Weise kann die Dicken-Tendenz in dem X-X-Querschnitt eingeschätzt werden, um die erläuterte Tendenz zu sein. [Tabelle 3]

Verbundsubstrat (A) (B)

Interferenzstreifen

X-X Querschnitte

Verbundsubstrat (C) (D)

Interferenzstreifen

X-X Querschnitte
Gemäß dem Verbundwerkstoff-Substrat und dem Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für das Substrat der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats durch visuelle Untersuchung eingeschätzt werden.
Es ist unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt ist, jedoch in unterschiedlichen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, so lange wie sie zu dem technischen Umfang der Erfindung gehört.
Während das vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren für das Verbundwerkstoff-Substrat zum Beispiel Schritte (a) bis (c) einschließt, können Schritt (a) und Schritt (b) weggelassen werden. Da Schritt (b) genaues Fräsen ermöglicht, ist es bevorzugt, Schritt (c) nach Schritt (b) auszuführen, weil dies die Dickenänderung des piezoelektrische Substrats näher an eine gewünschte bringen kann. Da zudem Schritt (a) Hochgeschwindigkeits-Fräsen ermöglicht (die Dicke des piezoelektrische Substrats kann gering gestaltet werden), ist es bevorzugt, Schritt (b) und Schritt (c) auszuführen, nachdem die Dicke des piezoelektrischen Substrats auf einen vorbestimmten Wert oder weniger in Schritt (a) vermindert ist, weil dies die Fräseffizienz steigert.
Zum Beispiel führt in dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren für das Verbundwerkstoff-Substrat Schritt (b) lonenstrahl-Fräsen aus, so dass die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 100 nm oder weniger über die gesamte Oberfläche ist. Jedoch kann die Dicke des äußeren Randbereichs außerhalb dieser Differenz dicker sein. Zum Beispiel kann Schritt (b) gegen einen Schritt zum Ausführen von lonenstrahl-Fräsen ersetzt sein, so dass die Dicke des äußeren Randbereichs des piezoelektrischen Substrats 12 größer als die Dicke des inneren Randbereichs ist und die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des inneren Randbereichs des piezoelektrischen Substrats 12 100 nm oder weniger über die gesamte Oberfläche ist. Somit tritt Verformung bzw. Konkavierung auf Grund von Polieren in Schritt (c) kaum auf. In diesem Fall ist der Mittelwert (oder der Zentrumswert) der Dicke des äußeren Randbereichs 16 vorzugsweise um 10 bis 50 nm größer als der Mittelwert (oder der Zentrumswert) der Dicke des inneren Randbereichs.
In Schritt (b) können Daten hinsichtlich einer Dicken-Differenz-Verteilung durch Verwendung der Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats 12 und der Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats 12 nach lonenstrahl-Fräsen gewünschter erzeugt werden, und lonenstrahl-Fräsen kann auf der Basis der Daten hinsichtlich der Dicken-Differenz-Verteilung ausgeführt werden.
Beispiele
Fälle, in denen das Verbundwerkstoff-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung speziell hergestellt wurde, werden nachstehend als Beispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehenden Beispiele begrenzt.
[Beispiel 1]
Ein Silizium-Substrat (Trägersubstrat) und ein LiNbO₃-Substrat (piezoelektrisches Substrat), jedes von ihnen wurde auf beiden Oberflächen poliert und hatte eine Dicke von 230 µm und einen Durchmesser von 1·10^-1 m (4 inch), wurden hergestellt. Diese Substrate wurden in eine Vakuumkammer eingeführt unter Halten eines Vakuumgrads in der Größenordnung von 10^-6 Pa und wurden mit ihren Bondungs-Oberflächen, die entgegengesetzt zueinander sind, gehalten. Die Bondungs-Oberflächen des Substrats wurden mit einem Ar-Strahl für 80 Sekunden zum Entfernen inaktiver Schichten und zum Aktivieren der Oberflächen bestrahlt. Nun wurden die Substrate miteinander in Kontakt gebracht und wurden unter einer Belastung von 1200 kgf zusammen gebondet. Nachdem ein so erhaltenes laminiertes Substrat herausgenommen wurde, wurde eine piezoelektrische Substratseite davon mit einem Schleifer geschliffen, bis die Dicke des piezoelektrischen Substrats 10 µm erreichte. Nun wurde das laminierte Substrat auf einer Läppmaschine angeordnet und wurde durch die Verwendung eines Diamant-Schlamms poliert, bis die Dicke der piezoelektrischen Dicke 3 µm erreichte. Weiterhin wurde die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer CMP-Maschine Hochglanz-poliert, bis die Dicke 0,8 µm erreichte. Zu diesem Zeitpunkt wurde kolloidales Siliziumdioxid als Schleifmittel verwendet (Schritt (a)).
Die Dicke des piezoelektrische Substrats wurde mit einem optischen Dicken-Messgerät unter Verwendung von Laser-Interferometrie gemessen. Im Ergebnis fiel die Dicke in den Bereich von 0,8 µm ±0,1 µm über die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, einschließlich des äußeren Randbereichs. Die Messung wurde bei einer Summe von 80 Punkten über der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgeführt, ausgenommen für abgeschrägte Kanten.
Das so erhaltene laminierte Substrat wurde auf einer lonenstrahlfräse, ausgestattet mit einer Plasma-angeregten Ar-Strahlenquelle, angeordnet. Nun wurden Daten hinsichtlich einer Dickenverteilung des Hochglanz-polierten piezoelektrischen Substrats mit dem vorstehend beschriebenen optischen Dicke-Messgerät gemessen und Daten hinsichtlich einer gewünschten Dickenverteilung, nach lonenstrahl-Fräsen (die Dicke des äußeren Randbereichs war größer als jene des inneren Randbereichs), wurden in die lonenstrahlfräse eingebracht, um Daten hinsichtlich einer Dicken-Differenz-Verteilung zu erzeugen. Durch Verwendung der Daten hinsichtlich der Dicken-Differenz-Verteilung wurden der Fräsgrad an den entsprechenden Messpunkten in dem piezoelektrischen Substrat, hier die Längen der Bestrahlungszeit mit dem Ar-Strahl, bestimmt. Die Bestrahlungszeit wurde durch die Zuführgeschwindigkeit des laminierten Substrats eingestellt. Während des Änderns der Zuführgeschwindigkeit des laminierten Substrats wurde die gesamte Oberfläche der piezoelektrischen Oberfläche mit dem Ar-Strahl bei einer konstanten Ausstoßleistung bestrahlt. Der Strahlpunkt war 6 mm im Durchmesser. Unter festen Bedingungen, bei denen die lonenbeschleunigungsspannung 1300 eV war und der lonenstrom 30 mA war, wurde RF-Plasma angeregt. Die tatsächliche Fräszeit war etwa 5 Minuten (Schritt (b)).
Die Dicke des piezoelektrischen Substrats in dem gefrästen laminierten Substrat wurde erneut gemessen. Im Ergebnis war die zentrale Dicke 450 nm und die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke war 65 nm über der gesamten Oberfläche einschließlich des äußeren Randbereichs. Wenn eine Schwingungskurve mit einem Röntgenspektrograph gemessen wurde, war die volle Breite bei einem halben Maximum (FWHM) davon 80 arcs und diese war gleich jener des Bulk-Einkristalls.
Das so erhaltene laminierte Substrat wurde in der CMP-Maschine 50 mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser, erläutert in 4 und 5, angeordnet. Nun wurden Daten hinsichtlich der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats, welches lonenstrahl-Fräsen unterzogen wurde, gemessen mit dem vorstehend beschriebenen optischen Dicke-Messgerät, zu der CMP-Maschine 50 einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser eingebracht und die Verweilzeit des Polierkissens 54 wurde bestimmt. Dann wurde CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser durch Betreiben der Werkzeug-CMP-Maschine mit kleinem Durchmesser 50 unter Verwendung dieser Verweilzeit ausgeführt. In dem CMP mit einem Werkzeug mit kleinem Durchmesser war der Kissen-Durchmesser des Polierkissens 30 mm, der Weg des Polierkissens hatte eine Zick-Zack-Gestalt mit einem Intervall von 3 bis 5 mm und die Rotationsgeschwindigkeit des Polierkissens war 4000 U/min (Schritt (c)).
Die Dicke des Verbundwerkstoff-Substrats gemäß Beispiel 1 (eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung) wurde gemessen. Das Messergebnis wurde in 6 gezeigt. 6 zeigt Wellenformen von Dickenverteilungen in Querschnitten, genommen entlang einer Linie, die durch die Mitte des Verbundwerkstoff-Substrats gelangt, die sich rechtwinklig zu der OF erstrecken und die eine Länge von 40 mm (X=0) aufweisen, und Linien, die eine Länge von 40 mm aufweisen und sich parallel zu und 20 mm weg von der vorstehenden Linie auf den linken und rechten Seiten (X=-20, 20) erstrecken. Wie in 6 gezeigt, erschienen in dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 1 Wellenformen mit einer Amplitude von 5 bis 20 nm in der Dickenrichtung und einem Abstand von 3 bis 5 mm in der Breitenrichtung in den Dickenverteilungen des piezoelektrischen Substrats.
Wenn das piezoelektrische Substrat in dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 1 mit monochromatischem Licht mit einer Wellenlänge von 632,8 nm bestrahlt wurde, wurden horizontal gestreifte ersten Interferenz-Streifenmuster, die die Dickenverteilung wiedergeben, und konzentrische zweite Interferenz-Streifenmuster gefunden. 7(A) zeigt ein aufgenommenes Bild des Interferenz-Streifenmusters und 7(B) zeigt ein Bild mit einem erhöhten Kontrast. In einem oberen rechten Bereich von 7(B) ragen helle Linien (weiße Bereiche) des ersten Interferenz-Streifenmusters (horizontale Streifen) bei Überschneidungen des Interferenz-Streifenmusters auf die rechten und linken Seiten heraus. Dies zeigt, dass Bereiche, zu welchen die hellen Linien herausragen, das heißt, schwarze Bereiche dicker und weiße Bereiche dünn sind. Während hier die weißen Bereiche nur in einem Teil von 7(B) gefunden werden können, ist es bekannt, da die konzentrischen zweiten Interferenz-Streifenmuster gefunden werden, wie in 7(A) gezeigt, dass dabei die Bereiche konzentrisch bei den weißen Bereichen in 7(B) dünner sind als die anderen Bereiche. Von dem Vorstehenden wurde vermutet, dass dabei die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats von Beispiel 1 konzentrische Konturen zeichnet und drei herausragende Bereiche in dem Querschnitt, das durch die Mitte des Substrats gelangt, aufwies. Visuell wurden die ersten und zweiten Interferenz-Streifenmuster deutlicher als in 7 bestätigt.
Vor und nach Schritt (c) wurde die Dicke des piezoelektrischen Substrats auf einer Messreihe des laminierten Substrats in 8 gemessen. 9 zeigt Dicken-Tendenzen des piezoelektrischen Substrats vor und nach Schritt (c) in Beispiel 1. 9(A) zeigt die Dicken-Tendenz vor Schritt (c) und 9(B) zeigt die Dicken-Tendenz nach Schritt (c). Nach Schritt (c) hatte die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats von Beispiel 1 drei herausragende Bereiche im Querschnitt, die durch die Mitte des Substrats gelangen, wie von den Interferenz-Streifenmustern von 7 vermutet.
[Beispiel 2]
In Schritt (b) wurde lonenstrahl-Fräsen ausgeführt, so dass die Dicke des äußeren Randbereichs und die Dicke des inneren Randbereichs zueinander gleich waren. In Schritt (c) war die Verweilzeit des Polierkissens in dem äußeren Randbereich kürzer als in dem inneren Randbereich. Andererseits wurde ein Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 2 ähnlich zu Beispiel 1 hergestellt und ein Versuch wurde ähnlich zu Beispiel 1 durchgeführt.
Die Dicke von einem piezoelektrischen Substrat in einem laminierten Substrat nach Schritt (b) wurde gemessen. Im Ergebnis war die zentrale Dicke 450 nm und die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke war 100 nm über der gesamten Oberfläche, einschließlich des äußeren Randbereichs. Wenn eine Schwingungskurve mit dem Röntgenspektrograph gemessen wurde, war die volle Breite bei einem halben Maximum (FWHM) davon 80 arcs, und diese war gleich jener des Bulk-Einkristalls.
In dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 2 erschien ähnlich zu dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 1 eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 bis 20 nm in der Dickenrichtung und einem Abstand von 3 bis 5 mm in der Breitenrichtung in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats. Die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats nach Schritt (c) (siehe 10) war wie aus den Formen von Überschneidungen von Interferenz-Streifenmustern eingeschätzt.
[Beispiel 3]
In Schritt (c) wurde die Verweilzeit in dem äußeren Randbereich gleich der Verweilzeit in dem inneren Randbereich gemacht. Andererseits wurde ein Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 3 ähnlich zu Beispiel 2 hergestellt und ein Versuch wurde ähnlich zu Beispiel 2 durchgeführt.
In dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 3 erschien ähnlich zu dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 2 eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 bis 20 nm in der Dickenrichtung und einem Abstand von 3 bis 5 mm in der Breitenrichtung in einer Dickenverteilung von einem piezoelektrischen Substrat. Die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats nach Schritt (c) (siehe 11 (B), 11(A) zeigt die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats vor Schritt (c)) war wie aus den Formen von Überschneidungen von Interferenz-Streifenmustern eingeschätzt.
In Beispiel 3, wie in 11 (B) gezeigt, trat Verformung bzw. Konkavierung in dem äußeren Randbereich auf, und die Dicke an dem äußersten Rand war um 100 nm oder mehr vermindert.
Im Gegensatz dazu trat solche große Verformung in Beispiel 1 und Beispiel 2 nicht auf. Dies zeigte dabei, dass das Auftreten von Verformung in Schritt (c) zum Beispiel durch Ausführen von Fräsen in Schritt (b) unterdrückt werden könnte, so dass der äußere Randbereich dicker war als der innere Randbereich, wie in Beispiel 1 oder unter Verkürzen der Verweilzeit des Polierkissens in dem äußeren Randbereich als in dem inneren Randbereich in Schritt (c), wie in Beispiel 2.
[Beispiel 4]
Schritt (b) wurde weggelassen. Weiterhin wurde in Schritt (c) die Verweilzeit des Polierkissens in dem äußeren Randbereich kürzer als in dem inneren Randbereich gestaltet. Andererseits wurde ein Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 4 ähnlich zu Beispiel 1 hergestellt und ein Versuch wurde ähnlich zu Beispiel 1 durchgeführt.
Die Dicke von einem piezoelektrischen Substrat in einem laminierten Substrat nach Schritt (a) wurde gemessen. Im Ergebnis war die zentrale Dicke 1800 nm und die Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke war 80 nm über der gesamten Oberfläche, einschließlich des äußeren Randbereichs.
In dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 4 erschien ähnlich zu dem Verbundwerkstoff-Substrat von Beispiel 1 eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 bis 20 nm in der Dickenrichtung und einem Abstand von 3 bis 5 mm in der Breitenrichtung in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats. Die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats nach Schritt (c) (siehe 12) war wie aus den Formen von Überschneidungen von Interferenz-Streifenmustern eingeschätzt.
[Vergleichs-Beispiel 1]
Ein Verbundwerkstoff-Substrat von Vergleichs-Beispiel 1 wurde ähnlich zu Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen dass Schritt (c) weggelassen wurde (eine Streifenmuster-förmige Dickenverteilung wurde nicht bereitgestellt) und ein Versuch wurde ähnlich zu Beispiel 1 durchgeführt.
In dem Verbundwerkstoff-Substrat von Vergleichs-Beispiel 1 wurden Interferenz-Streifenmuster, gezeigt in 13, gefunden. Diese Interferenz-Streifenmuster schließen keine Überschneidungen davon ein. Folglich konnte die Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats nicht aus den Formen der Überschneidungen der Interferenz-Streifenmuster eingeschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf zum Beispiel eine elastische Wellenvorrichtung, wie ein SAW-Filter, anwendbar.
Bezugszeichenliste

10: laminiertes Substrat
12: piezoelektrisches Substrat
14: Trägersubstrat
18: veränderte Schicht
20: Verbundwerkstoff-Substrat
30: CMP-Maschine
32: Scheiben-förmige Polierplatte
34: Polierkissen
36: Substratträger
38: Rohr
40: Konditionierer
50: CMP-Maschine mit Werkzeug mit kleinem Durchmesser
52: Bühne
54: Polierkissen
56: Kopf
58: Rohr
60: Träger
62: Antriebsteil
64: feste Welle
66: Strom übertragende Platte
68: Kraftübertragungspol
70: Kraftmesseinheit
A: Amplitude
P: Abstand
W: Wellenform
R: Weg.

Claims

Verbundwerkstoff-Substrat, aufweisend: ein Trägersubstrat mit einem Durchmesser von 5·10^-2 m (2 inch) oder mehr; und ein piezoelektrisches Substrat mit einer Dicke von 20 µm oder weniger und gebondet an das Trägersubstrat, um Licht zu übertragen, wobei das piezoelektrische Substrat eine wie ein Streifenmuster geformte Dickenverteilung aufweist, und wobei eine Wellenform mit einer Amplitude von 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger in Dickenrichtung und einem Abstand im Bereich von 0,5 bis 20 mm in Breitenrichtung in der Dickenverteilung des piezoelektrischen Substrats im Querschnitt des Verbundwerkstoff-Substrats, genommen entlang einer Linie rechtwinklig zu dem Streifenmuster, erscheint und der Abstand der Wellenform mit einer Breite des Streifenmusters korreliert.
Verbundwerkstoff-Substrat nach Anspruch 1, wobei das Streifenmuster parallele Streifenmuster in dem piezoelektrischen Substrat einschließt.
Verbundwerkstoff-Substrat nach Anspruch 1, wobei das Streifenmuster spiralförmige Streifenmuster oder konzentrische Streifenmuster in dem piezoelektrischen Substrat einschließt.
Verbundwerkstoff-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Differenz zwischen der größten Dicke und der kleinsten Dicke des piezoelektrischen Substrats 100 nm oder weniger über eine gesamte Oberfläche ist.
Verbundwerkstoff-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das piezoelektrische Substrat an das Trägersubstrat durch direktes Bonden gebondet ist.
Dicken-Tendenz-Schätzverfahren für ein piezoelektrisches Substrat, das eine Dicken-Tendenz von einem piezoelektrischen Substrat in dem Verbundwerkstoff-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5 einschätzt, wobei das Verfahren umfasst: Bestrahlen des piezoelektrischen Substrats des Verbundwerkstoff-Substrats mit monochromatischem Licht; Bestimmen, ob oder nicht ein zweites Interferenz-Streifenmuster, verschieden von einem ersten Interferenz-Streifenmuster, das die Streifenmuster-förmige Dickenverteilung wiedergibt, erscheint; und Bestimmen der Dicken-Tendenz des piezoelektrischen Substrats aus der Gestalt einer Überschneidung einer hellen Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters und einer dunklen Linie des zweiten Interferenz-Streifenmusters, wenn bestimmt wird, dass das zweite Interferenz-Streifenmuster erscheint, auf der Basis, dass, wenn die helle Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters bei der Überschneidung ausgespart ist, die Dicke in Aussparungsrichtung zunimmt, und wenn die helle Linie des ersten Interferenz-Streifenmusters bei der Überschneidung herausragt, die Dicke in Herausragungsrichtung zunimmt, und Bestimmen, dass keine Dicken-Tendenz in der Dicke des piezoelektrischen Substrats gefunden wird, wenn bestimmt wird, dass das zweite Interferenz-Streifenmuster nicht erscheint.