(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成される複数の音響波発生層および制御層を具備するバルク音響波デバイスを同調する方法であり、前記バルク音響波デバイスは、表面層と、前記表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を規定する不均一プロファイルで表される厚さ不均一を有する表面層厚さとを有し、前記バルク音響波デバイスは、前記表面層厚さによって変動する動作周波数を有し、前記動作周波数は、前記表面層厚さを調整することによって調整することができ、前記表面層が、複数の個別バルク音響波構成要素を具備し、当該個別バルク音響波構成要素の各々が前記場所の１つに位置した上部表面を有する、方法であって、
レーザビームを使用して、１度に１つずつ、前記個別バルク音響波構成要素の前記上部表面をトリミングする工程を含む方法。
【請求項２】
前記頂部表面が圧電体層を具備する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記頂部表面がパシベーション層を具備する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記頂部表面が電極層を具備する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記頂部表面が電極層および圧電体層を具備する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記頂部表面が、前記電極層の少なくとも一部に重なり合うパシベーション層をさらに具備する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記個別バルク音響波構成要素が、１つまたはそれ以上の共振器を具備する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記個別バルク音響波構成要素が、１つまたはそれ以上のフィルタを具備する請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記個別バルク音響波構成要素が、１つまたはそれ以上の積層クリスタルフィルタを具備する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
厚さを調整する前に、前記表面層の厚さ不均一性を全面測定する工程をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
基板に形成される複数の音響波発生層および制御層を具備するバルク音響波デバイスを同調するシステムであり、前記バルク音響波デバイスは、表面材料から作られる表面層と、前記表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を規定する不均一プロファイルで表される厚さ不均一を有する表面層厚さとを有し、前記バルク音響波デバイスは前記表面層厚さで変動する動作周波数を有し、前記動作周波数は、前記表面層厚さを調整することによって調整することができ、前記表面層が、複数の個別バルク音響波構成要素を具備し、当該個別バルク音響波構成要素の各々が前記場所の１つに位置した上部表面を有する、システムであって、
レーザビームを使用して、１度に１つずつ、前記個別バルク音響波構成要素の前記上部表面をトリミングするトリミング手段と、
他の個別バルク音響波構成要素の上記表面をトリミングするため、前記トリミング手段を再配置する、前記トリミング手段に連結された移動機構と
を具備するシステム。
【請求項１２】
厚さを調整する前に、前記表面層の厚さ不均一プロファイルを全面測定する手段をさらに具備する請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記全面測定手段が、厚さ不均一プロファイルを提供するために様々な場所で前記デバイスの周波数を測定するための周波数測定装置を具備する請求項１２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概してバルク音響波共振器およびフィルタに関し、さらに特定すると、このような共振器およびフィルタの同調に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
バルク音響波（ＢＡＷ）素子が、一般的に、電極としての役割を果たす２つの電気的に導電性の層のあいだに挟まれている圧電体層から構成されることは既知である。無線周波数（ＲＦ）信号が素子全体に印加されると、それは圧電体層内で機械的な波動を生成する。（ＲＦ信号によって生成される）機械的な音響的に発生された波が圧電体層の厚さの約２倍である時に、基本的な共振が起こる。ＢＡＷ素子の共振周波数はそれ以外の要因にも依存するが、圧電体層の厚さは共振周波数を決定する上で最も重要な要因である。圧電体層の厚さが小さくなると、共振周波数が増す。ＢＡＷ素子は、従来、水晶結晶板の薄板の上に作製されてきた。一般的には、この製作方法を使用して高い共振周波数の素子を達成するのは困難である。薄膜層を受動基板材料の上に蒸着することによってＢＡＷ素子を作製すると、共振周波数を０．５−１０ＧＨｚの範囲に拡張することができる。これらの種類のＢＡＷ素子は、一般的には薄膜バルク音響共振器つまりＦＢＡＲと呼ばれている。おもに２種類のＦＢＡＲ、つまりＢＡＷ共振器および積層結晶フィルタ（ＳＣＦ）がある。これら２種類の素子の相違点は、おもにその構造にある。ＳＣＦは、通常２つまたは３つ以上の圧電体層および３つまたは４つ以上の電極を有し、いくつかの電極は接地されている。ＦＢＡＲは、通常、帯域通過フィルタまたは帯域阻止フィルタを作成するために組み合わされて使用される。１つの直列ＦＢＡＲおよび１つの分路ＦＢＡＲが、いわゆるはしごフィルタの１つのセクションを構成する。はしごフィルタに関する記述は、たとえば、Ｅｌｌａ（米国特許番号第６，０８１，１７１号）に見られる。Ｅｌｌａに開示されているように、ＦＢＡＲベースの素子は、一般的にパシベーション層とよばれる１つまたは複数の保護層を有してよい。典型的なＦＢＡＲベースの素子が図８に図示される。図８に図示されるように、ＦＢＡＲ素子１は、基板２、底部電極４、圧電体層６、上部電極８、およびパシベーション層１０を備える。ＦＢＡＲ素子１は、さらに、低音響インピーダンスの２つの層１４と１８のあいだに挟まれる高音響インピーダンスの層１６から構成される、音響ミラー層１２を含んでよい。ミラーは、必ずしもではないが通常、高インピーダンス層と低インピーダンス層の複数の対（偶数の層）から成り立っている。ＳｉＯ2、Ｗ、ＳｉＯ2、Ｗのような順序で配列される２組の対からなるミラーもある。ミラーの代わりに、ＦＢＡＲ素子は、ＳｉＯ2の１つまたは複数の膜層および１つの犠牲層をさらに含んでよい。基板２は、珪素（Ｓｉ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガラスまたはセラミック材から作られることがある。底部電極４および上部電極８は、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）またはその他の電気的に導電性の材料から作られることがある。圧電体層６は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、タンタル酸塩リチウム（ＬｉＴａＯ3）またはいわゆるジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン族の他の要素から作られることがある。パシベーション層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ3Ｎ4、またはポリイミドから作られることがある。低音響イ��ピーダンス層１４と１８は、Ｓｉ、ＳｉＯ2、ポリシリコン、Ａｌまたは高分子材料から作られることがある。高音響インピーダンス層１６は、Ａｕ、Ｍｏ、またはタングステン（Ｗ）、から作られ、ある場合には、数多くの層の対を形成するためにＡＩＮなどの誘電体から作られることがある。ＦＢＡＲはしごフィルタは、典型的には、直列共振器がそれぞれのフィルタの所望されている、または設計されている中心周波数にほぼ等しい、または近い周波数で直列共振を生じさせるように設計される。同様に、分路、または並列共振器は、直列ＦＢＡＲ共振からわずかに偏位された周波数で並列共振を生じさせる。直列共振器は、通常、中心周波数に伝送の最大ピークを有するように設計され、その結果信号は直列共振器を通して伝送される。対照的に、分路共振器は、信号が接地に短絡されないように、中心周波数に最小の伝送を有するように設計される。層の種類および素子内で利用されるその他の材料などのその他の要因に加えて、ＦＢＡＲは、素子を作製するために使用される圧電材料の圧電係数の関数である量だけ異なる周波数で並列共振および直列共振を生じさせる。特に、ＦＢＡＲはしごフィルタは、たとえば、共振層の圧電体層を形成するために使用される材料の種類、および素子内の多様な層の厚さの関数である帯域幅を有する通過帯域を生じさせる。
【０００３】
素子内の多様な層の厚さの差異は、素子の作製のあいだにもたらされることがある。現在、ＦＢＡＲは、ガラス基板またはシリコンウェハ上に作製される。ＦＢＡＲベースの素子の多様な層は、薄膜蒸着によって順次形成される。ＦＢＡＲベースの素子では、素子の共振周波数は、通常、０．２％から０．５％の公差の範囲内に制御されなければならない。つまり、同調が全く用いられないならば、素子内の各層の厚さは、同じように制御されなければならない。しかしながら、薄膜層の蒸着は、基板またはウェハの面積が大きいときに、このような公差範囲内で厚さを生じさせるために制御するのは困難である。小さいウェハまたは基板を用いると、動作周波数が規格外であるために多くの素子を失うことなく、一定の厚さの非均一性が許容できる。しかしながら、小さいウェハまたは基板上に素子を作製することは、同じことを大きな基板の上で行うより費用低減効果が低い。一方、大きな基板を使用する場合では、厚さの非均一性にまつわる問題は深刻になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、大きな基板またはウェハでのＦＢＡＲベースの素子の作製における厚さの非均一性に関する問題を解決するための方法およびシステムを提供することが有利であり、所望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、所与の許容度内でバルク音響波デバイスの所望の共振周波数を達成するための方法および装置を提供することである。この目的は、基板上のデバイスの厚さ不均一性を減少することによって達成することができる。厚さ不均一性は、ウェハが複数のデバイスチップに切断される前に、ウェハまたはダイの最上表面層から選択的かつ局所的に材料を除去することによって、減少することができる。このようにして、ウェハは、その上に形成されるバルク音響波発生層および制御層を有する。その意味合いで、バルク音響波デバイスは、上述のように、１つまたはそれ以上の個別のデバイスチップまたはウェハまたは基板の一部を形成するために、基板上に形成される１つまたはそれ以上の層を有するウェハまたは基板全体を意味する。さらに、本願で称されるバルク音響波デバイスは、バルク音響波共振器と、バルク音響波フィルタと、積層クリスタルフィルタと、共振器およびフィルタの任意の組み合わせと、共振器およびフィルタの構造的変形例とを含む。さらに、最上層の厚さ不均一性が減少されたときに１つまたはそれ以上の層が既にウェハまたは基板上に形成されているが、デバイスは、すべての必要な層または層のパターンを有していても有さなくてもよい。たとえば、デバイスの最上層は圧電体層であってもよい。その場合、１つまたはそれ以上の層が調整された層に加えられ、デバイスを完成する。
【０００６】
したがって、本発明の第１の態様によると、基板に形成される複数の音響波発生層および制御層から作られるバルク音響波デバイスを同調する方法であって、バルク音響波デバイスは、表面層と、表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を規定する不均一プロファイルを有する表面層厚さとを有し、バルク音響波デバイスは、表面層厚さで部分的に変動する動作周波数を有し、動作周波数は表面層厚さを調整することによって調整することができる。この方法は、
ある時点で、表面層の少なくとも１つの場所の厚さを局所的に調整するために、１つの部分で表面層上にエッチング媒体を提供する工程と、
表面層の少なくとも１つの他の場所の厚さを調整するために、表面層の別の部分へエッチング媒体を再配置する工程と、
表面層の少なくとも１つの残りの場所が厚さ調整を必要とする場合、再配置工程を繰り返す工程とを含む。
【０００７】
エッチング媒体は、レーザビームであることが好ましい。
【０００８】
各々が場所の１つに位置する上部表面を有する複数の個別バルク音響波構成要素を表面層が具備するときに、レーザビームを使用して、１度に１つずつ、個別バルク音響波構成要素の上部表面をトリミングすることが好ましい。上部表面は、圧電体層、上部電極層、下部電極層、デバイスの活動領域に重なり合う不動態化層、または、それらの組み合わせであってもよい。たとえば、上部表面は、圧電体層と下部電極層とを含んでもよい。
【０００９】
個別バルク音響構成要素の各々は、共振器、フィルタ、積層クリスタルフィルタまたはそれらの組み合わせの一部であってもよい。
【００１０】
本方法は、厚さを調整する前に、表面層の厚さ不均一性を全面測定（mapping）する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の態様によると、基板に形成される複数の音響波発生制御層から作られるバルク音響波デバイスを同調するシステムであって、バルク音響波デバイスは、表面材料から作られる表面層と、表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を規定する不均一プロファイルを有する表面層厚さとを有し、バルク音響波デバイスは動作周波数を有し、かつ表面層厚さで部分的に変動し、動作周波数は層厚さを調整することによって調整することができる。このシステムは、
表面層の一部の上に位置し、ある時点で表面層の少なくとも１つの場所の厚さを局所的に調整するための手段と、
表面層の少なくとも１つの他の場所の厚さを調整するために、表面層の別の部分へ、デバイスに対して厚さ調整手段を再配置するための手段とを具備する。
【００１２】
厚さ調整手段は、表面材料を除去するためのレーザビームを提供するレーザを具備することが好ましい。
【００１３】
本システムは、厚さを調整する前に、表面層の厚さ不均一プロファイルを全面測定する手段をさらに具備することが好ましい。
【００１４】
圧電体層の厚さが上述の方法によって調整される場合に、上部電極層は、圧電体層の厚さが調整された後に圧電体層上に蒸着されることが理解される。同一の方法を使用して、上部電極層の厚さを調整することも必要である。さらに、通常、電極層に所望のパターンを生成するためにパターン化工程が必要である。パターン化工程は、電極層の厚さが調整される前にまたは調整された後に実行することができる。パターン化工程は、本発明の一部ではない。さらに、不動態化層が頂部電極層の頂部に蒸着される場合には、不動態化層の厚さを調整することが必要である。したがって、本発明による厚さ調整工程は、必要に応じて、デバイス全体を同調するために１回または複数回実行されてもよい。
【００１５】
厚さ調整手段に対してデバイスを再配置するために、再配置手段を使用することが理解される。
【００１６】
本発明は、図１〜図７に関連して、説明を読めば明らかになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、ウェハレベルでバルク音響波デバイス２０を示し、デバイス２０は、ウェハまたは基板２２に形成される複数のバルク音響波発生層および制御層を有する。最上層は参照符号３０が付され、下部にある層は一括して参照符号２４が付される。たとえば、下部層２４は、複数のミラー層を具備してもよく、そのうちのいくつかはパターン化される。上部層３０は、上部電極および下部電極を有する複数の個別バルク音響構成要素を具備してもよいが、上部層３０は、圧電体層、下部電極層または上部電極層を表してもよい。ウェハが十分に大きく、層が真空蒸着によって作られる場合、通常、層の厚さは不均一である（図６参照）。上部表面層３０の厚さ不均一性は、デバイス２０の共振周波数に広がることが許される許容差を超えることもある。したがって、上部表面層３０の一部を除去して、減少した表面の不均一性が許容差内に入るようにすることが望ましい。上部表面層３０の厚さ不均一性に関連する問題を例示するために、異なる厚さを備えた複数の個別バルク音響波構成要素３１〜３６が図１に示される。個別バルク音響波構成要素３１〜３６は、共振器（または、フィルタ、積層クリスタルフィルタまたはそれらの組み合わせ）であってもよい。しかし、共振器のいくつかの厚さを減少することによって、頂部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少することができ、そのため、共振周波数の広がりが許容差内に入るようになる。
【００１８】
上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少するためのシステム１００が、図２に示される。図示のように、レーザ１１０を使用してレーザ形成装置１１２へレーザビームを提供し、それにより、出力ビーム１１５を使用して共振器３１〜３６のいくつかの厚さを、１度に１つずつ、局所的に減少することができる。ビーム移動機構１４０を使用して、共振器をトリミングするために、レーザビーム１１５を表面に沿う方向１１７に異なる場所へ動かす。たとえば、共振器３２〜３５のみをトリミングすることが望ましい場合、機構１４０を対応する場所にだけ動かすことによってレーザビーム１１５を再配置すればよい。類似の移動機構を使用して、デバイス２０をトリミングのために異なる場所へ再配置し、一方、レーザビーム１１５を静止したままにすることも可能である。
【００１９】
図３に示されるように、レーザビーム１１５によってトリミングされた後に、減少した上部表面層は、参照符号３０’が付される。図示のように、共振器３１〜３６の厚さは同一ではないが、デバイス２０の共振周波数の広がりは仕様以内に入る。
【００２０】
図２および図３に関連して述べられるように、デバイス２０の最上層３０を厚さ調整する前に、デバイス２０の厚さのプロファイルを全面測定することが好適である。周波数測定装置１７２（図４）を使用して、デバイス２０の共振周波数の局所測定を実行することが好ましい。デバイス２０の個別の共振器および／またはフィルタの共振周波数を測定することが必要であることもある。これらの構成要素の共振周波数を測定するために、ウェハ上に上部電極層を形成しこれをパターン化することが必要であることに注意しなければならない。周波数プロファイル１９０に基づいて、上部表面層３０から除去されるべき材料の量を計算することが可能である。図４に示されるように、プロファイル全面測定システム１７０は、周波数測定装置１７２と、表面の周波数プロファイル１９０を得るためにデバイス２０に対して周波数測定装置１７２を動かすための移動機構１８０とを具備する。周波数測定装置１７２の移動方向は、矢印１６８によって表されている。周波数プロファイル１９０から、厚さ不均一プロファイル１９２を得ることが可能である（図６）。
【００２１】
図５は、デバイスの物理的厚さを測定することによってバルク音響波デバイス２０を全面測定するためのシステム１７１を例示する概略図である。周波数測定装置１７２の代わりに、厚さ測定装置１７４を使用して、デバイス２０の厚さを測定し、厚さ不均一プロファイル１９２を直接得る。
【００２２】
図６は、ウェハの上に作られる複数のバルク音響波発生層および制御層を備えたウェハの厚さの不均一性プロファイルを例示する厚さチャートである。とくに、図６は、ナノメートルで表される圧電体（ＺｎＯ）層の不均一プロファイルを示す。平均厚さを基準として使用する場合、層の全面にわたる厚さの変動は約±２３％である。厚さがそのように大きく変動するため、ウェハの全面にわたる周波数変動は、通常、受け入れることはできない。したがって、デバイスは、デバイスの厚さを調整することによって同調されなければならない。
【００２３】
図７は、本発明によるバルク音響波デバイスを同調するためのプロセス２００を例示するフローチャートである。工程２０２で示されるように、周波数測定装置（図４）または厚さ測定装置（図５）を使用して、デバイス２０の表面を全面測定する。厚さ不均一プロファイル１９２は、このようにして得られる。工程２０４で決定されるように、表面厚さの変動が、所与の許容度内である場合、写像された表面の厚さを調整する必要はない。しかし、決定工程２１２によって、写像された表面の頂部に新しい層を加えてもよい。そうでなければ、デバイス２０の頂部層３０は、工程２０６で、レーザビーム１１５（図２）によって局所的にトリミングされる。工程２０８でレーザビームはデバイス２０に対して再配置され、その別の場所で最上層３０を局所的にトリミングする。工程２１０で、局所トリミングが完了したか否かが決定される。工程２１２で、デバイスを完成するためにより多くの層を作る必要があるか否かが決定される。工程２１４で、調整された層の頂部に１つまたはそれ以上の新しい層が加えられた後に、工程２０２で、デバイスの表面プロファイルが再度写像され、デバイスが仕様書にしたがって作られているか否かが決定される。
【００２４】
要約すると、本発明は、ウェハレベルでまたはダイレベルでバルク音響波デバイスを同調するための方法およびシステムを開示する。この方法およびシステムは、開示されたように、薄膜の蒸着が受け入れ可能な厚さの均一性を達成することができないほど、ウェハの表面積が大きいときに特に有用である。ウェハ表面の局所領域で厚さを調整することによってウェハにわたって周波数を同調することによって、ＦＢＡＲ製造過程の歩留まりを増加することができる。
【００２５】
上部および下部の電極層の製造が、一般に、電極層の各々からパターンを作る１つまたはそれ以上の追加工程を含むことは、業界では公知である。パターン化工程は、それぞれの電極層の厚さを調整する前に、実行されることが好適である。しかし、厚さ調整後にパターン化工程を実行することも可能である。
【００２６】
本発明によるバルク音響波デバイスは、個別の共振器、積層クリスタルフィルタ、ラダーフィルタおよびそれらの組み合わせを含むことに注意しなければならない。しかし、ラダー構造に加えて、ＦＢＡＲから作ることができる他のフィルタのタイプもある。それらのすべてが、いくつかの共振器を含み、これは同調されなければならないが、すべての場合に並列共振器またはシャント共振器とよぶことはできない。平衡フィルタがそのようなフィルタタイプの例である。
【００２７】
さらに、前述のように、厚さ不均一性はウェハ上のＢＡＷデバイスの周波数不均一性に関連する。表面層をトリミングする理由は、デバイスの周波数不均一性を減少することである。したがって、表面層をトリミングすることは、最上層を完全に平らにすることを必ずしも必要としない。換言すると、最上層が非常に均一な厚さであったとしても、１つまたはそれ以上の下部の層の不均一性を矯正するために、トリミングをする必要があることもある。たとえば、最上層が、均一ではない圧電体層の上にある上部電極層である場合、上部電極層をトリミングする理由は、上部電極層自体が均一であったとしても、圧電体層の厚さ不均一性によるデバイスの周波数不均一性を減少するためである。本発明の目的は、デバイスの最終的な周波数の所望の均一性を達成することである。したがって、表面層は、上部層、下部層または圧電体層等の単一層であってもよいが、表面層は、上部電極層および圧電体層の組み合わせ等の、層の組み合わせであってもよい。
【００２８】
このようにして、本発明はその好適な実施形態に関連して説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細における前述のおよび様々な他の変更、省略および変形を作ることができることは、当業者には理解される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のバルク音響波デバイスの同調方法およびシステムによれば、基板上の複数のデバイスの厚さの不均一性を各局所について修正する手段を備えているので、サイズの大きいウェハまたは基板上に均一な動作周波数を有するバルク音響波デバイスを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を備えた表面層を具備する簡略化したバルク音響波デバイスを例示する概略図である。
【図２】本発明の好適な実施形態による、ウェハレベルでバルク音響波デバイスの表面層から材料を除去するためのシステムを例示する概略図である。
【図３】表面層の厚さ不均一性が減少した後の簡略化したバルク音響波デバイスを例示する概略図である。
【図４】本発明によるバルク音響波デバイスの厚さ不均一プロファイルを全面測定するためのシステムを例示する概略図である。
【図５】本発明によるバルク音響波デバイスの厚さ不均一を全面測定するための別のシステムを例示する概略図である。
【図６】上に形成される複数のバルク音響波発生制御層を備えたウェハの不均一プロファイルを例示する厚さチャートである。
【図７】本発明による、ウェハレベルでバルク音響波デバイスを同調する工程を例示するフローチャートである。
【図８】複数のバルク音響波発生制御層を例示する典型的なバルク音響波デバイスの断面側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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