(57)【要約】【課題】所望の共振周波数を精度よく得ることができる薄膜共振子の製造方法を提供する。【解決手段】圧電膜３の両面側に上部電極膜１及び下部電極膜２が形成された圧電共振部９をＳｉ基板６の表面上に形成する。その後、レーザビーム１１によるエッチングを行うことで、キャビティ部２０を形成する。その際に、検出プローブ１５を上部電極膜１及び下部電極膜２に接触させて薄膜共振子の共振周波数を監視しながらレーザビーム１１によるエッチングを行い、共振周波数が設定周波数に略一致したときに、レーザビーム１１によるエッチングを終了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電膜の両面側に電極膜が形成された圧電共振部が基板の一主面上に形成されており、該基板の一主面の裏面側から該圧電共振部へ向けてキャビティ部が形成されている薄膜共振子を製造する方法であって、
前記圧電共振部を基板の一主面上に形成する圧電共振部形成工程と、
該基板の一主面の裏面側から前記圧電共振部へ向けてエッチングを行うことで、前記キャビティ部を形成するエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング工程は、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数を監視すると同時に前記エッチングを行う工程を含み、
エッチング中の薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、前記エッチングを終了することを特徴とする薄膜共振子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜共振子の製造方法であって、
前記エッチング工程は、レーザビームによる大気中でのエッチングによって、前記キャビティ部の形成を行う工程を含むことを特徴とする薄膜共振子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜共振子の製造方法であって、
前記エッチングを終了した後に、レーザビームにより前記キャビティ部の底面部のアニールを行うアニール工程をさらに含むことを特徴とする薄膜共振子の製造方法。
【請求項４】
圧電膜の両面側に電極膜が形成された圧電共振部が基板の一主面上に形成されており、該基板の一主面の裏面側から該圧電共振部へ向けてキャビティ部が形成されている薄膜共振子の該キャビティ部を形成するときに用いられるエッチング装置であって、
前記基板の一主面の裏面側から前記圧電共振部へ向けてエッチングを行うことで、前記キャビティ部を形成するエッチング手段と、
エッチング中の薄膜共振子の共振周波数を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された共振周波数に基づいて、前記エッチング手段によるエッチング量を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された共振周波数が設定周波数に略一致したときに、前記エッチング手段によるエッチングを終了させることを特徴とする薄膜共振子のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜共振子の製造方法、及び薄膜共振子のエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜共振子の製造方法が特許文献１に開示されている。特許文献１においては、基板の裏面側から開口部を形成し、その後、圧電膜の両面側に電極膜が形成された圧電共振部を基板の表面に形成している。そして、薄膜共振子の共振周波数を測定し、測定した共振周波数が規定周波数より高い場合は、蒸着により開口部の底面部に周波数調整膜を形成することで、共振周波数の調整を行っている。
【０００３】
その他にも、特許文献２の薄膜共振子の製造方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６４４４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄膜共振子の共振周波数の調整においては、共振周波数が高周波になるほど微調整が要求される。特許文献１においては、蒸着により開口部の底面部に周波数調整膜を形成することで、共振周波数の調整を行っているが、開口部の底面部に微少な膜を形成することが困難であるため、開口部の底面部への膜の形成によって共振周波数を規定周波数に合わせることが困難である。したがって、所望の共振周波数を精度よく得ることが困難であるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、所望の共振周波数を精度よく得ることができる薄膜共振子の製造方法、及び薄膜共振子のエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る薄膜共振子の製造方法は、圧電膜の両面側に電極膜が形成された圧電共振部が基板の一主面上に形成されており、該基板の一主面の裏面側から該圧電共振部へ向けてキャビティ部が形成されている薄膜共振子を製造する方法であって、前記圧電共振部を基板の一主面上に形成する圧電共振部形成工程と、該基板の一主面の裏面側から前記圧電共振部へ向けてエッチングを行うことで、前記キャビティ部を形成するエッチング工程と、を含み、前記エッチング工程は、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数を監視すると同時に前記エッチングを行う工程を含み、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、前記エッチングを終了することを要旨とする。
【０００８】
この本発明においては、基板の裏面側から圧電共振部へ向けてエッチングを行う際に、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数を監視しながらエッチングを行う。そして、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、エッチングを終了することにより、キャビティ部への膜の形成やエッチングの繰り返しによる共振周波数の調整を行う必要がないので、所望の共振周波数を精度よく、また効率よく得ることができる。
【０００９】
本発明に係る薄膜共振子の製造方法において、前記エッチング工程は、レーザビームによる大気中でのエッチングによって、前記キャビティ部の形成を行う工程を含むものとすることもできる。この態様の本発明に係る薄膜共振子の製造方法において、前記エッチングを終了した後に、レーザビームにより前記キャビティ部の底面部のアニールを行うアニール工程をさらに含むものとすることもできる。こうすれば、薄膜共振子の共振特性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る薄膜共振子のエッチング装置は、圧電膜の両面側に電極膜が形成された圧電共振部が基板の一主面上に形成されており、該基板の一主面の裏面側から該圧電共振部へ向けてキャビティ部が形成されている薄膜共振子の該キャビティ部を形成するときに用いられるエッチング装置であって、前記基板の一主面の裏面側から前記圧電共振部へ向けてエッチングを行うことで、前記キャビティ部を形成するエッチング手段と、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数を検出する検出手段と、該検出手段により検出された共振周波数に基づいて、前記エッチング手段によるエッチング量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検出手段により検出された共振周波数が設定周波数に略一致したときに、前記エッチング手段によるエッチングを終了させることを要旨とする。
【００１１】
この本発明においては、検出したエッチング中の薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、基板の裏面側から圧電共振部へ向けたエッチングを終了させることにより、キャビティ部への膜の形成やエッチングの繰り返しによる共振周波数の調整を行う必要がないので、所望の共振周波数を精度よく、また効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る薄膜共振子の製造方法を説明するための基板の断面図である。本実施形態に係る薄膜共振子の製造方法は、圧電共振部形成工程、エッチング工程、及びアニール工程を含む。なお、図１では説明の便宜上、１つの素子のみ図示しているが、実際はウェハ上に多数の素子が形成される。
【００１４】
「圧電共振部形成工程」
まずＳｉ基板（ウェハ）６の表面及び裏面に、例えばＳｉＯ2による絶縁膜７，８を３００〜５００ｎｍ程度の厚さでそれぞれ形成する（図１（ａ））。次に、下部電極膜２として、例えばＡｌ膜２ａ及びＭｏ膜２ｂを絶縁膜７上に形成する。次に、圧電膜３として、例えばＡｌＮ膜を下部電極膜２上に形成する。次に、上部電極膜１として、例えばＡｌ膜を圧電膜３上に形成する（図１（ｂ））。特に、圧電膜３については、設定共振周波数に応じてその厚さを決定する。
【００１５】
下部電極膜２、圧電膜３、及び上部電極膜１をＳｉ基板６の表面上に形成した後は、フォトリソグラフィ法等を用いて、上部電極膜１、圧電膜３、及び下部電極膜２のパターンニングをそれぞれ行うことで、圧電共振部９の成形を行う（図１（ｃ））。以上の工程によって、圧電膜３の両面側に上部電極膜１及び下部電極膜２が形成された圧電共振部９をＳｉ基板６の表面に形成することができる。
【００１６】
「エッチング工程」
圧電共振部９の形成後は、まずレジスト１０を絶縁膜８に塗布し、ベーキングを行う（図１（ｄ））。次に、エキシマレーザまたはＹＡＧレーザのビーム径を例えば２０〜１００μｍに成形する。そして、大気中において、レーザビーム１１をＳｉ基板６の裏面へ向けてＳｉ基板６の面と略垂直方向に照射する。ここで、レーザビーム１１は、Ｓｉ基板６の裏面における圧電共振部９の形成位置とほぼ裏側の位置へ照射される。このレーザビーム１１の照射によって、Ｓｉ基板６の裏面側から圧電共振部９へ向けてエッチングが行われることで、キャビティ部２０の形成が行われる（図１（ｅ））。なお、キャビティ部２０の深さが変化すると、薄膜共振子の共振周波数も変化する。
【００１７】
本実施形態においては、キャビティ部２０の形成の際に、検出プローブ１５を上部電極膜１及び下部電極膜２に接触させてエッチング中の薄膜共振子の共振周波数を監視しながらレーザビーム１１によるエッチングを行う。そして、エッチング中の薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、レーザビーム１１によるエッチングを終了する。
【００１８】
以下、キャビティ部２０の形成の際に用いられるエッチング装置の構成について、図２を用いて説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る薄膜共振子のエッチング装置の構成の概略を示す図である。本実施形態に係るエッチング装置は、レーザ装置１２、試料測定台１３、プローブカード１４、検出プローブ１５、ウェハロック装置１７、撮像装置１８、及び制御装置１９を備えている。
【００２０】
試料測定台１３上には、ベーキングが行われた後（図１（ｄ）に示す状態）のＳｉ基板６がセットされる。試料測定台１３上のＳｉ基板６は、ウェハロック装置１７により固定される。試料測定台１３は、Ｓｉ基板６の配置を考慮した格子状の支持台となっており、検出プローブ１５の接触圧力によるＳｉ基板６の破損を防ぐとともに、Ｓｉ基板６の裏面側からレーザビーム１１を照射できるようになっている。
【００２１】
レーザ装置１２は、試料測定台１３の下側に配設されており、レーザビーム１１をＳｉ基板６の面と略垂直方向に出力することで、Ｓｉ基板６の裏面へレーザビーム１１を照射することができる。
【００２２】
撮像装置１８は、Ｓｉ基板６の撮像を行うことで、Ｓｉ基板６の上に形成された素子（薄膜共振子を含む）１６における上部電極膜１と下部電極膜２などの形成位置、及びＳｉ基板６とレーザ装置１２との相対位置関係を検出することが可能である。撮像装置１８により撮像された画像情報は制御装置１９に入力される。
【００２３】
プローブカード１４は、並進移動及び回転移動が可能であることで、プローブカード１４に接続された検出プローブ１５の先端をＳｉ基板６の上部電極膜１及び下部電極膜２に接触させることができる。これによって、薄膜共振子の共振周波数を検出することができる。
【００２４】
制御装置１９は、撮像装置１８により撮像された画像情報に基づいて、Ｓｉ基板６の並進駆動及び回転駆動の制御と、検出プローブ１５の上下駆動の制御と、を行う。また、レーザビーム１１がＳｉ基板６の裏面における圧電共振部９の形成位置とほぼ裏側の位置へ照射されるように、レーザ装置１２に対するＳｉ基板６の相対位置が調整され、かつ既に述べたように検出プローブ１５との相対位置関係も調整された後、共振周波数調整の工程が実行される。
【００２５】
また、制御装置１９は、検出プローブ１５の信号から検出した薄膜共振子の共振周波数に基づいて、レーザビーム１１によるエッチング速度の制御を行う。例えばレーザビーム１１のエネルギー密度や単位時間あたりのパルス回数を調整することで、エッチング速度を調整することができる。さらに、制御装置１９は、検出プローブ１５の信号から検出した薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したときに、レーザビーム１１によるエッチングを終了させる。
【００２６】
以下、制御装置１９内で実行される処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
まずステップ（以下Ｓとする）１０１においては、予め設定された初期のエッチング速度Ｖ０でレーザビーム１１によるエッチングが行われる。そして、Ｓ１０２に進む。
【００２８】
Ｓ１０２においては、検出プローブ１５の信号から検出した薄膜共振子の共振周波数に基づくエッチング速度の制御を行うか否かが判定される。エッチング初期においては、薄膜共振子の共振周波数と設定周波数との偏差が大きいと考えられるため、例えばエッチングを開始してから所定時間経過していない場合は、Ｓ１０２の判定結果をＮＯとする。その場合はＳ１０１に戻り、エッチング速度が予め設定された所定値に維持される。一方、エッチングを開始してから所定時間経過した場合は、Ｓ１０２の判定結果をＹＥＳとし、Ｓ１０３に進む。
【００２９】
Ｓ１０３においては、検出プローブ１５の信号から薄膜共振子の共振周波数が検出される。そして、Ｓ１０４に進む。
【００３０】
Ｓ１０４においては、Ｓ１０３で検出された薄膜共振子の共振周波数が設定周波数に略一致したか否かが判定される。Ｓ１０４の判定結果がＮＯの場合は、Ｓ１０５に進む。一方、Ｓ１０４の判定結果がＹＥＳの場合は、本処理の実行、すなわちレーザビーム１１によるエッチングを終了する。
【００３１】
Ｓ１０５においては、Ｓ１０３で検出された薄膜共振子の共振周波数に基づくエッチング速度の制御が行われる。例えば薄膜共振子の共振周波数と設定周波数との偏差が大きいほど速いエッチング速度でエッチングが行われるように制御される。また、薄膜共振子の共振周波数と設定周波数との偏差が所定値以上のときは、エッチング速度Ｖ１でエッチングが行われるように制御され、薄膜共振子の共振周波数と設定周波数との偏差が所定値より小さいときは、Ｖ２＜Ｖ１を満たすエッチング速度Ｖ２でエッチングが行われるように制御されてもよい。そして、Ｓ１０３に戻る。
【００３２】
以上説明した処理によって、薄膜共振子の共振周波数と設定周波数にほぼ一致させることができる。なお、エッチングの終了後は、レジスト１０を除去し、洗浄を行うことで材料の飛沫を除去する。
【００３３】
「アニール工程」
エッチング工程を終了した後は、レーザビームによりキャビティ部２０の底面部等のエッチングを行った部分のアニールを行う。このアニールによって、エッチングの際に生じたストレスやダメージの回復を行うことができる。特に、絶縁膜７や下部電極膜２まで達するようなエッチングを行った場合は、アニールを行うことで共振特性を安定させることができる。なお、アニール工程においては、エッチング工程に用いたレーザ装置１２を用いて照射エネルギー密度をエッチング時より弱めることでアニールを行ってもよいし、エッチング工程に用いたレーザ装置１２と別のレーザ装置を用いてアニールを行ってもよい。
【００３４】
以上説明した圧電共振部形成工程、エッチング工程、及びアニール工程に基づいて、圧電膜３の両面側に上部電極膜１及び下部電極膜２が形成された圧電共振部９がＳｉ基板６の表面上に形成されており、Ｓｉ基板６の裏面側から圧電共振部９へ向けてキャビティ部２０が形成されている薄膜共振子を得ることができる（図１（ｆ）または図１（ｇ））。なお、図１（ｆ）は、絶縁膜７に達するまでエッチングを行った場合を示し、図１（ｇ）は、下部電極膜２に達するまでエッチングを行った場合を示す。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態においては、圧電膜３の両面側に上部電極膜１及び下部電極膜２が形成された圧電共振部９をＳｉ基板６の表面上に形成し、その後、レーザビーム１１によるエッチングを行うことで、キャビティ部２０を形成する。その際に、検出プローブ１５を上部電極膜１及び下部電極膜２に接触させて薄膜共振子の共振周波数を監視しながらレーザビーム１１によるエッチングを行う。エッチングによりキャビティ部２０の深さが増大するとともに共振周波数が変化するため、共振周波数が設定周波数に略一致したときにエッチングを終了することにより、キャビティ部２０への膜の形成やエッチングの繰り返しを行うことなく共振周波数の調整を完了させることができる。したがって、本実施形態によれば、所望の共振周波数を精度よく、また効率よく得ることができる。また、素子ごとにエッチング量を調整することができるので、複数の素子間の共振特性のばらつきも抑えることができ、歩留まり向上を実現することができる。さらに、エッチングによりキャビティ部２０を形成した後に、共振周波数の調整を行う必要がないため、製造コストの低減を実現することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態においては、エッチングを終了した後に、レーザビームによりキャビティ部２０の底面部等のエッチングを行った部分のアニールを行うことで、エッチングの際に生じたストレスやダメージの回復を行うことができる。したがって、薄膜共振子の共振特性を向上させることができる。
【００３７】
以上の説明においては、レーザビーム１１によるエッチングを行うことでキャビティ部２０の形成を行う場合について説明した。ただし、ドライエッチングやウェットエッチングを行うことでキャビティ部２０の形成を一部行った後に、レーザビーム１１によるエッチングを行うことでキャビティ部２０の形成を行うこともできる。
【００３８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜共振子の製造方法を説明するための基板の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る薄膜共振子のエッチング装置の構成の概略を示す図である。
【図３】制御装置により実行される処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  上部電極膜、２  下部電極膜、３  圧電膜、６  Ｓｉ基板、７，８  絶縁膜、９  圧電共振部、１０  レジスト、１１  レーザビーム、１２  レーザ装置、１３  試料測定台、１４  プローブカード、１５  検出プローブ、１６  素子、１７  ウェハロック装置、１８  撮像装置、１９  制御装置、２０  キャビティ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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