KR20020089270A - Resonant frequency tuning of fbars by using laser beam - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for tuning a resonant frequency of an FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) using a laser beam is provided to control thickness of a resonant portion of an FBAR by radiating a laser beam on an upper surface or a lower surface of the resonant portion of the FBAR. CONSTITUTION: A reference value is set up. A reference position of an element is set up on a wafer. A resonant frequency of a designated FBAR within the designated element is measured. The measured resonant frequency is compared with the setup resonant frequency. The resonant frequency of the designated FBAR is tuned according to the setup value. A progressive state of the tuning process for the designated element is determined. The measured object is moved to the next FBAR and the comparing process is repeated. A progressive state of the tuning process for the wafer is determined. The measured object is shifted to the next designated element. The comparing process is repeated.

Description

레이저 광선을 이용한 FBAR의 공진주파수 튜닝 방법{RESONANT FREQUENCY TUNING OF FBARS BY USING LASER BEAM}Resonant frequency tuning method of FBAR using laser beam {RESONANT FREQUENCY TUNING OF FBARS BY USING LASER BEAM}

최근 무선 이동통신 시장의 비약적인 성장과 더불어, 이동통신 단말기가 소형화, 고기능화 되는 추세이고, 따라서 정보통신 부품도 이러한 추세를 충족하는 방향으로 연구되고 있다. 즉, 정보처리 장치와 통신기기 부품의 초소형화, 동작속도의 고속화, 여러 부품을 하나의 칩으로 만드는 MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)화가 요구되고 있다. 따라서 이용되는 신호의 주파수가, 수백 MHz에서 수 GHz 대역인 고주파(Radio Frequency)대로 높아졌고, 초소형이면서 이러한 고주파대에서 동작할 수 있는 필터가 요구되고 있다.Recently, with the rapid growth of the wireless mobile communication market, mobile communication terminals are becoming smaller and more functional, and information and communication parts are also being researched in order to satisfy these trends. In other words, there is a demand for miniaturization of components of information processing devices and communication devices, high speed of operation, and MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit) that makes several components into one chip. Therefore, the frequency of the signal to be used has increased from the hundreds of MHz to several GHz band (Radio Frequency), and there is a need for a filter that can operate at such a high frequency band while being extremely small.

FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator) 필터는 반도체 기판인 웨이퍼 즉, 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)기판에 압전물질인 산화아연(ZnO) 또는 질화알미늄(AlN)을 물리기상증착(Physical Vapour Deposition)방법으로 직접 원하는 두께만큼 얇게 증착해 압전특성으로 인한 공진을 유발하는 박막 형태의 소자 즉, FBAR를 필터로 구현한 것이다. 이는 유전체 필터에 비해 초소형화가 가능하고 표면 탄성파소자보다 삽입손실이 작고 파워핸들링범위가 넓으며 반도체 웨이퍼를 사용하므로 MMIC 화가 용이하다.Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR) filter is a physical vapor deposition of zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN), a piezoelectric material, on a semiconductor wafer, that is, a silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) substrate. The FBAR is implemented as a filter, which is a thin film type device, which is directly deposited to a desired thickness and causes resonance due to piezoelectric properties. Compared to the dielectric filter, it can be miniaturized, has a smaller insertion loss than the surface acoustic wave device, has a wider power handling range, and uses a semiconductor wafer, thereby facilitating MMIC.

상기 FBAR는, 브래그 반사형태, 멤브레인형태, 에어브릿지형태, 에어갭(Air-gap)형태가 있다.The FBAR has a Bragg reflection type, a membrane type, an air bridge type, and an air gap shape.

도 2a에 도시한 브래그 반사형태는 실리콘웨이퍼(Si-Wafer; 이하 '웨이퍼' 라함) 위에 탄성 임피던스(Acoustic Impedance) 차가 큰 물질을 격층으로 증착하여 탄성반사층 (Acoustic Reflecting Layer)을 구성한다. 그러면 압전층을 통과한 탄성파에너지(Acoustic Energy)가 웨이퍼 방향으로 전달되지 못하고 탄성반사층에서 모두 반사되어 효율적인 공진을 발생시킬 수 있게 한 것이다.The Bragg reflection type shown in FIG. 2A forms an acoustic reflective layer by depositing a material having a large difference in acoustic impedance on a silicon wafer (Si-Wafer, hereinafter referred to as a "wafer"). Then, acoustic energy passing through the piezoelectric layer is not transmitted to the wafer direction, but is reflected from the elastic reflection layer so that efficient resonance can be generated.

도 2b에 도시한 멤브레인 형태는 멤브레인을, 실리콘 p+층을 웨이퍼위에 이온성장법으로 증착하고 웨이퍼 반대면을 이방성 에칭(Anisotropic Etching)해 에칭캐비티(Etching Cavity)를 형성하는 방법이다.The membrane form shown in FIG. 2B is a method of depositing a membrane, a silicon p + layer on the wafer by ion growth, and anisotropic etching on the opposite side of the wafer to form an etching cavity.

도 2c에 도시한 에어브릿지 형태는 마이크로 머시닝 기법을 이용하여 웨이퍼 표면에 희생층을 형성해 에어갭을 만듬으로써 소자 제조공정을 단순화 시킨 것이다.The airbridge form shown in FIG. 2C simplifies the device fabrication process by forming an air gap by forming a sacrificial layer on the wafer surface using a micromachining technique.

도 2d는 에어갭 형태로, 웨이퍼 표면을 이방성 에칭(Anisotropic Etching)해 희생층을 형성하는 방법으로 공정의 마지막 단계에서 희생층을 제거하여 에어갭을 만든다.FIG. 2D shows an air gap, in which an sacrificial layer is formed by anisotropic etching of the wafer surface to form a sacrificial layer, thereby forming an air gap.

FBAR는 양전극 사이에 압전박막을 증착해 전극에 전기적 에너지를 인가하면 압전박막층내에 시간적으로 변화하는 전계가 유기되고, 이 전계는 압전결합이 잘이루어지도록 만들어진 압전박막내에서 두께 진동방향과 동일한 방향으로 체적 탄성파(Bulk Acoustic Wave)를 유발시켜 공진을 발생시키는 원리를 이용한다. 이러한 FBAR의 제조공정은 압전물질인 산화아연(ZnO) 또는 질화알미늄(AIN)을 웨이퍼 위에 압전박막층(Piezoelectric Film)을 증착하는 공정, Al, Cu, Pt, Au, Mo등으로 전극(Electrode)층을 형성하는 공정, 탄성 반사층 또는 에어갭을 형성하는 공정 등으로 나눌 수 있다. 이들 박막층은 우수한 부착력, 평탄성 및 치밀화가 이루어져야 한다.FBAR deposits a piezoelectric thin film between the two electrodes and applies electrical energy to the electrode to induce a time-varying electric field in the piezoelectric thin film layer, and the electric field is in the same direction as the thickness direction of vibration in the piezoelectric thin film which is well formed. It uses the principle of generating resonance by inducing bulk acoustic wave. The manufacturing process of the FBAR is a process of depositing a piezoelectric film (ZnO) or aluminum nitride (AIN) as a piezoelectric material on the wafer, electrode layer (Al, Cu, Pt, Au, Mo, etc.) And a step of forming an elastic reflective layer or an air gap. These thin film layers should have good adhesion, flatness and densification.

상기 FBAR의 공진주파수는, 상하부 전극 및 압전물질(Piezoelectric material)의 두께와 그 구성 물질의 물성에 의하여 결정된다. MEMS기술을 이용하여, 일반적인 반도체 공정을 적용 웨이퍼(Wafer) 상에 초소형으로 제조되는 FBAR는 공진주파수를 튜닝(Tuning) 할 수 없다는 단점이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 웨이퍼(Wafer) 위에 전체적으로 동일한 두께의 박막을 증착할 수가 없다. 웨이퍼(Wafer)위의 위치에 따른 박막의 두께는 수 Å에서 수백 Å정도 차이가 있게 되는데, 이런 이유로 웨이퍼(Wafer) 위에 제조된 FBAR의 특성이 위치에 따라서 조금씩 차이가 있게 된다. 상기와 같은 사항은, FBAR 제조 시 수율감소의 요인이 되고 있다.The resonance frequency of the FBAR is determined by the thickness of the upper and lower electrodes and the piezoelectric material and the physical properties of the constituent material. It is known that FBAR manufactured in a very small size on a wafer to which a general semiconductor process is applied by using a MEMS technique has a disadvantage in that the resonance frequency cannot be tuned. In addition, it is not possible to deposit thin films of the same thickness as a whole on a wafer. The thickness of the thin film according to the position on the wafer varies from several millimeters to several hundred millimeters. For this reason, the characteristics of the FBAR fabricated on the wafer vary slightly depending on the position. The above-mentioned matters are a factor of yield reduction in FBAR manufacturing.

다른 한편, 레이저는 통신, 의료, 가공 등 산업분야 전반에서 널리 이용되고 있는데, 특히, 물체에 구멍을 뚫거나 각인을 하여 마킹을 하는 기술, 웨이퍼(Wafer) 표면을 세정하는 기술 등에 주목할 필요가 있다. 상기 기술의 원리는 레이저 광선이 물질에 조사되면, 물질은 레이저광선의 에너지를 흡수하여 물질을 구성하는 분자 혹은 원자들의 결합을 파쇄(Breakdown) 시켜서 플라즈마 상태나 기체상태로 본체로부터 물질의 일부를 이탈시킨다. 레이저의 이러한 원리를 이용하여 FBAR의 공진부(1)의 상부 또는 하부 표면을 일부 두께 제거, 공진부(1)의 두께를 조절하면 FBAR의 공진주파수를 튜닝(Tuning) 할 수가 있다.On the other hand, lasers are widely used in the industrial fields such as communication, medical, processing, and the like, in particular, it is necessary to pay attention to the technology of marking by punching or stamping an object, the technology of cleaning the wafer surface. The principle of the technique is that when a laser beam is irradiated onto the material, the material absorbs the energy of the laser beam and breaks down a bond of molecules or atoms constituting the material, thereby releasing a part of the material from the body in a plasma state or a gas state. Let's do it. By using this principle of the laser, by removing some thickness of the upper or lower surface of the resonator unit 1 of the FBAR and adjusting the thickness of the resonator unit 1, the resonance frequency of the FBAR can be tuned.

본 발명은, FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)의 공진주파수 튜닝(Tuning)방법에 관한 것으로 상세하게는, FBAR의 공진부(1)의 상부 또는 하부 표면에 레이저(Laser)광선을 조사하여 상기 표면을 일부 두께만 제거함으로써, FBAR의 공진부(1)의 두께를 조절하는 방법으로 FBAR의 공진주파수를 튜닝(Tuning)하고자 한다.The present invention relates to a resonant frequency tuning method of a FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator). Specifically, the surface of the FBAR by irradiating a laser beam to the upper or lower surface of the resonator 1 By removing only a part of the thickness, it is intended to tune the resonance frequency of the FBAR by adjusting the thickness of the resonator 1 of the FBAR.

도 1a은 박막표면에 레이저광선이 조사되는 단면도.Figure 1a is a cross-sectional view of the laser beam is irradiated on the thin film surface.

도 1b은 레이저광선이 조사된 후 박막표면의 일부 두께가 제거된 단면도.Figure 1b is a cross-sectional view of a portion of the thin film surface is removed after the laser beam is irradiated.

도 2a는 탄성반사층 위에 FBAR를 구성한 단면도.Figure 2a is a cross-sectional view of the FBAR on the elastic reflection layer.

도 2b는 멤브레인위에 FBAR를 구성한 단면도.Figure 2b is a cross-sectional view of the FBAR on the membrane.

도 2c는 에어브릿지 형태의 FBAR의 단면도.2C is a cross-sectional view of an FBAR in the form of an airbridge.

도 2d는 이방성에칭으로 에어갭을 형성한 FBAR의 단면도.Figure 2d is a cross-sectional view of the FBAR to form an air gap by anisotropic etching.

도 3a는 FBAR의 공통적 구조를 나타내는 단면도.3A is a cross-sectional view showing a common structure of FBAR.

도 3b는 도 3a에서 레이저광선을 공진부(1)의 상부표면에 조사한 후 상부 표면이 일부 두께만큼 제거된 단면도.FIG. 3B is a cross-sectional view of the upper surface removed by a portion thickness after irradiating the laser beam to the upper surface of the resonator 1 in FIG.

도 4는 웨이퍼상에 소자를 구성한 평면도.4 is a plan view of an element formed on a wafer;

도 5a는 도 4의 웨이퍼상의 소자가 FBAR인 경우, 소자의 평면도.FIG. 5A is a plan view of an element when the element on the wafer of FIG. 4 is an FBAR; FIG.

도 5b는 도 5a에서 D-D' 선를 따라 절취한 단면도.5B is a cross-sectional view taken along the line D-D 'in FIG. 5A.

도 5c는 도 5a에서 A-A'선을 따라 절취한 단면도.FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 5A;

도 5d는 레이저광선을 공진부(1) 상부 표면에 조사후, 도 5a에서 A-A' 선을 따라 절취한 단면도.5D is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 5A after irradiating a laser beam to the upper surface of the resonator unit 1;

도 6a는 도 4의 웨이퍼상의 소자가 FBAR필터인 경우, 소자의 평면도6A is a plan view of an element when the element on the wafer of FIG. 4 is an FBAR filter;

도 6b는 도 6a에서 B-B' 선을 따라 절취한 단면도.FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 6A;

도 6c는 레이저광선을 FBAR필터 내의 F2의 공진부(1) 상부표면에 조사후, 도 6a에서 B-B' 선을 따라 절취한 단면도,6C is a cross-sectional view taken along the line B-B 'in FIG. 6A after irradiating a laser beam to the upper surface of the resonator 1 of F2 in the FBAR filter;

도 6d는 도 6a에 도시한 FBAR 필터의 회로도.FIG. 6D is a circuit diagram of the FBAR filter shown in FIG. 6A. FIG.

도 7은 본 발명에 관계된, 웨이퍼 상에서 공진주파수를 튜닝하는 자동제어의 흐름도.7 is a flow chart of automatic control for tuning a resonant frequency on a wafer, in accordance with the present invention.

도 8은 본 발명에 관계된, 웨이퍼 상에서 공진주파수를 자동 튜닝하는 장비를 나타낸 블록도.8 is a block diagram showing equipment for automatically tuning the resonant frequency on a wafer, in accordance with the present invention;

도 9는 본 발명에 관계된, 프르브스테이션의 옆면도 및 가공용 봉의 상세도.9 is a side view of a probe station and a detailed view of a rod for processing according to the present invention.

도 10a는 도 4의 웨이퍼상의 소자가 FBAR듀플렉스인 경우, 소자의 평면도.FIG. 10A is a plan view of an element when the element on the wafer of FIG. 4 is an FBAR duplex; FIG.

도 10b는 도 10a에 도시한 FBAR 듀플렉스의 회로도.Fig. 10B is a circuit diagram of the FBAR duplex shown in Fig. 10A.

도 10c는 도 10a에서 C-C' 선을 따라 절취한 단면도.FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 10A.

도 10d는 FBAR 듀플렉스 내의 F2 와 F4의 공진부(1) 상부 표면에 레이저광선을 조사후 도 10a에서 C-C'선을 따라 절취한 단면도.10D is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 10A after irradiating a laser beam to the upper surface of the resonator 1 of F2 and F4 in the FBAR duplex.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 ; 공진부 2 ; 척이동장치One ; Resonator 2; Chuck Shifter

3 ; 척 4 ; 가공용 봉3; Chuck 4; Machining Rods

5 ; 주파수 측정용 탐침 6 ; 광섬유5; Frequency measuring probes 6; Fiber optic

7 ; 감지센서 8 ; 가공용 봉 지지대7; Detecting sensor 8; Machining Rod Support

9 ; 척 지지대 10 ; 하부전극9; Chuck support 10; Bottom electrode

11 ; 하부전극 측정단자 14 ; 압전박막층11; Lower electrode measurement terminal 14; Piezoelectric Thin Film Layer

20 ; 상부전극 21 ; 상부전극 측정단자20; Upper electrode 21; Upper electrode measuring terminal

30 ; 그라운드30; ground

본 발명은, FBAR의 공진부(1)의 상부 또는 하부 표면에 레이저광선을 조사함으로써 공진부(1)표면을 일부 두께만 제거 한다. 그러면, FBAR의 공진부(1)의 두께가 처음보다 감소되므로 공진주파수는 처음보다 조금 높아지게 된다. 레이저광선이 물질표면에 조사되면 물질표면은 상기 레이저광선으로부터 에너지를 전달받게 된다. 상기 레이저(Laser) 광선의 에너지밀도와 초당 펄스 수, 레이저광선이 조사되는 시간 등을 조절하여 물질표면에 레이저광선을 조사하면, 물질표면을 구성하는 분자 또는 원자의 결합을 파쇄 시킬 수가 있고, 상기 분자 혹은 원자들은 플라즈마 상태 또는 기체 상태로 물질표면을 이탈하게 된다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 레이저 광선을 박막표면에 초점을 맞추어, 에너지밀도, 초당 펄스 수, 조사시간을 조절하여 조사하면, 박막표면의 두께를 수 Å 내지 수백 Å까지 조절하여 제거할 수 있다. 도 1b 는 레이저광선이 조사된 박막표면 영역이 일부 두께만큼 제거된 것을 도시한 것이다. 이때 사용하는 레이저는, KrF 엑시머 레이저 또는 CO2레이저 또는 YAG 레이저 등 그 외에도 공진부(1) 표면에 증착된 물질의 특성에 맞는 레이저를 선택하여, 레이저광선의 에너지밀도와 초당 펄스 수, 조사 시간을 조절하여 공정처리를 시행하면 된다.The present invention removes only a part of the thickness of the surface of the resonator unit 1 by irradiating a laser beam to the upper or lower surface of the resonator unit 1 of the FBAR. Then, since the thickness of the resonator unit 1 of the FBAR is reduced from the beginning, the resonance frequency is slightly higher than the beginning. When the laser beam is irradiated onto the material surface, the material surface receives energy from the laser beam. When the laser beam is irradiated to the surface of the material by adjusting the energy density of the laser beam, the number of pulses per second, the time for which the laser beam is irradiated, and the like, the bond of molecules or atoms constituting the material surface can be broken. Molecules or atoms leave the material surface in a plasma or gaseous state. As shown in Fig. 1A, by focusing the laser beam on the thin film surface and controlling the energy density, the number of pulses per second, and the irradiation time, the thickness of the thin film surface can be removed and adjusted to several hundreds of microseconds. FIG. 1B shows that the thin film surface region irradiated with the laser beam is removed by some thickness. The laser used at this time is selected from a KrF excimer laser, a CO 2 laser, or a YAG laser, in addition to a laser suitable for the characteristics of the material deposited on the surface of the resonator unit 1, and the energy density of the laser beam, the number of pulses per second, and the irradiation time. You can adjust the process to implement the process.

FBAR는 웨이퍼상에 MEMS 기술을 이용하여 초소형으로 제조되기 때문에, 상기 레이저를 이용한 튜닝(Tuning) 공정은 공진주파수 측정 장치, 레이저 발생장치 및 광학계, 프르브스테이션(Probe Station;웨이퍼상태에서 FBAR의 표면처리를 할 수 있는 장치) 등을 컴퓨터로 컨트롤(Control) 할 수 있는 시스템을 갖추어 실행하는 것이 바람직하다.Since FBAR is manufactured on a wafer in a very small size using MEMS technology, the tuning process using the laser is a resonance frequency measuring device, a laser generating device and an optical system, and a probe station (probe station). It is desirable to have a system capable of controlling a computer) and the like.

FBAR를 회로로 구성한 소자, 즉, FBAR필터(Filter), FBAR듀플렉스(Duplexer) 등도 회로를 구성하고 있는 각각의 FBAR 들의 공진주파수를 튜닝(Tuning) 함으로써 목적하는 특성에 정확히 도달시킬 수가 있는데, 이하에서 이를 '소자의 튜닝' 이라 한다.An FBAR circuit, that is, an FBAR filter, an FBAR duplexer, and the like can also accurately reach the desired characteristics by tuning the resonance frequencies of the respective FBARs constituting the circuit. This is called tuning the device.

이하, 본 발명을, 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

현재 연구개발 중 이거나 일부 상용화 되고 있는 FBAR는, 도 2a에서 도 2d까지 도시한 바와 같이, 브라그 반사형태, 멤브레인 형태, 에어브릿지 형태, 에어갭 형태 등이 있다. 이들 모두의 공통점은 상부와 하부에 전극(20)(10)이 있고 그 사이에 압전박막층(14)을 형성하고 있는 것이다, 압전박막층(14)과 상하부 전극층(20)(10)을 포함하는 공진부(1)의 두께에 따른 고유진동수의 신호가 외부에서 인가되면 FBAR는 공진을 하게 된다. 이때 공진주파수는 f0= v/2d 에 근사되며, 여기서 v는 압전박막층(14)에서 탄성파의 속도이고, d는 압전박막층(14)과 상하부전극(20)(10)을 포함하는 공진부(1)의 두께이다. 따라서, FBAR의 공진주파수 f0가 2GHz가 되려면, 상기 압전박막층(14)이 산화아연(ZnO)인 경우 그 두께는 약 15825 Å 이고, 질화알미늄(AIN)인 경우 26000 Å 이다.The FBAR, which is currently being researched or partially commercialized, has a Bragg reflection form, a membrane form, an air bridge form, an air gap form, and the like, as shown in FIGS. 2A to 2D. Common to all of them is that the electrodes 20 and 10 are formed at the upper and lower portions, and the piezoelectric thin film layer 14 is formed therebetween. The resonance includes the piezoelectric thin film layer 14 and the upper and lower electrode layers 20 and 10. When a signal of natural frequency according to the thickness of the unit 1 is applied from the outside, the FBAR resonates. At this time, the resonant frequency is approximated to f 0 = v / 2d, where v is the velocity of the acoustic wave in the piezoelectric thin film layer 14, and d is the resonator including the piezoelectric thin film layer 14 and the upper and lower electrodes 20 and 10 ( 1) is the thickness. Therefore, if the resonant frequency f 0 of the FBAR is 2 GHz, the thickness of the piezoelectric thin film layer 14 is zinc oxide (ZnO) is about 15825 kHz, and the thickness is 26000 kHz when the aluminum nitride (AIN).

그런데 박막 공정은, 기판의 온도, 공정압력, 가스 비, 인가전력 등 여러 가지 변수들을 조절해야 하기 때문에 목적하는 두께만큼 정확히 증착하기가 어렵고 오차범위를 두고 증착된다.However, the thin film process is difficult to deposit precisely to the desired thickness because the various parameters such as the temperature, the process pressure, the gas ratio, the applied power of the substrate is deposited with a margin of error.

공진주파수 f0가 2GHz인 FBAR를 튜닝(Tuning)을 하여 제조하는 한 가지 실시예를 든다. 먼저 도 3a에 도시한 도면을 참고한다.One embodiment of tuning and manufacturing a FBAR having a resonance frequency f 0 of 2 GHz is described. First, reference is made to the drawing shown in FIG. 3A.

압전박막층(14)이 산화아연(ZnO)인 경우, 하부전극(10) 1000 Å, 산화아연(ZnO)(14) 13825Å, 상부전극(20) 1000 Å이면, 공진부(1)의 두께가 15825 Å이 되지만, 실제로 공정을 진행하면 박막층이 상기와 같이 정확하게 증착되지가 않는다. 따라서, 상기 각 박막층의 증착공정 시 설정한 두께에 근사하도록 공정을 진행하고, 다만 상부전극(20) 증착 시 두께가 1000 Å을 상회 하도록 증착한다. 그래서 공진부(1)의 두께를 16200 Å 정도를 증착하였다면, 이때 상부전극(20) 두께는 1375Å 정도 되는데, 레이저광선을 공진부(1)의 상부전극(20) 표면에 조사하여두께를 375Å 제거하면, 도 3b와 같이, 공진부(1)의 두께가 15825 Å 이 된다. 물론, 수 Å의 오차는 있게 된다.When the piezoelectric thin film layer 14 is zinc oxide (ZnO), the thickness of the resonator unit 1 is 15825 when the lower electrode 10 is 1000 mV, the zinc oxide (ZnO) 14 is 13825 mV, and the upper electrode 20 is 1000 mV. However, in practice, the thin film layer is not deposited exactly as described above. Therefore, the process proceeds to approximate the thickness set during the deposition process of each thin film layer, but the deposition is performed so that the thickness of the upper electrode 20 is greater than 1000 kPa when the upper electrode 20 is deposited. Thus, if the thickness of the resonator 1 is about 16200 Å, the thickness of the upper electrode 20 is about 1375 ,, and the laser beam is irradiated onto the surface of the upper electrode 20 of the resonator 1 to remove the thickness of 375 Å. 3B, the resonator 1 has a thickness of 15825 GPa. Of course, there are several orders of magnitude error.

압전박막층(20)이 질화알미늄(AlN)인 경우에도 상기한 바와 같은 방법으로 공진부(1)의 두께를 조절한다.Even when the piezoelectric thin film layer 20 is aluminum nitride (AlN), the thickness of the resonance part 1 is adjusted in the same manner as described above.

FBAR, FBAR필터(Filter), FBAR듀플렉스(Duplexer)와 같은 소자는 패키징(Packaging)하기 전 웨이퍼 상태에서 튜닝공정을 마무리 하는 것이 바람직하다.Devices such as FBARs, FBAR filters, and FBAR duplexers are recommended to complete the tuning process in the wafer state prior to packaging.

도 4는 웨이퍼상에 있는 소자( FBAR 또는 FBAR필터 또는 FBAR듀플렉스 )를 도시한 도면이다.4 shows a device (FBAR or FBAR filter or FBAR duplex) on the wafer.

도 5a는, 도 4에서 웨이퍼상에 도시된 소자가 FBAR인 경우의 평면도이다. 도 5b는, 도 5a에서 D-D'선을 따라 절취한 단면도로서, 하부전극의 측정단자(11)와 상부전극의 측정단자(21) 그리고 그라운드(Ground)(30)가 같은 높이에 있음을 보이고 있는데, 이것은 공진주파수 측정 시 주파수측정용탐침(5)을 보호하고 측정을 용이하게 한다. 도 5d는, 웨이퍼상태에 있는, 하나의 소자인 FBAR의 공진주파수를 튜닝 한 단면도인데, 도 5c에 도시한 공진주파수를 튜닝하기 전의 FBAR보다 공진부(1)의 두께가 감소되어 있다.FIG. 5A is a plan view when the element shown on the wafer in FIG. 4 is an FBAR. FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line D-D 'of FIG. 5A and shows that the measuring terminal 11 of the lower electrode, the measuring terminal 21 of the upper electrode, and the ground 30 are at the same height. This protects the frequency measuring probe 5 and makes the measurement easy when measuring the resonance frequency. FIG. 5D is a cross-sectional view of tuning a resonance frequency of one element FBAR in a wafer state, wherein the thickness of the resonance portion 1 is smaller than that of the FBAR before tuning the resonance frequency shown in FIG. 5C.

도 6a는, 도 4의 웨이퍼상에 도시된 소자가 FBAR 필터인 경우의 평면도이며, F1은 회로상 직렬로 연결된 FBAR 이고 F2는 병렬로 연결된 FBAR 이다. 하부전극의 측정단자(11)와 상부전극의 측정단자(21)와 그라운드(30)가 상부 표면으로 표출되어 있어 각 FBAR 마다 공진주파수 측정이 가능하다.FIG. 6A is a plan view when the element shown on the wafer of FIG. 4 is an FBAR filter, where F1 is FBAR connected in series on a circuit and F2 is FBAR connected in parallel. Since the measuring terminal 11 of the lower electrode, the measuring terminal 21 and the ground 30 of the upper electrode are exposed to the upper surface, the resonance frequency can be measured for each FBAR.

도 10a는, 도 4의 웨이퍼상에 도시된 소자가 FBAR 듀플렉스인 경우의 평면도이며, 전송필터(Tx)에서 F1은 회로상 직렬로 연결된 FBAR 이고 F2는 병렬로 연결된 FBAR 이며, 수신필터(Rx)에서 F3은 회로상 직렬로 연결된 FBAR 이고 F4는 병렬로 연결된 FBAR 이다. 또한, 하부전극의 측정단자(11)와 상부전극의 측정단자(21)와 그라운드(30)가 상부 표면으로 표출되어 있어 각 FBAR마다 공진주파수 측정이 가능하다.FIG. 10A is a plan view when the device shown on the wafer of FIG. 4 is an FBAR duplex, where F1 is FBAR connected in series in a circuit, F2 is FBAR connected in parallel, and a reception filter Rx Where F3 is FBAR connected in series in circuit and F4 is FBAR connected in parallel. In addition, since the measuring terminal 11 of the lower electrode, the measuring terminal 21 and the ground 30 of the upper electrode are exposed on the upper surface, the resonance frequency can be measured for each FBAR.

공진주파수를 튜닝하기 위해서, 먼저, FBAR의 공진주파수를 튜닝 할 수 있는 장비를 구비해야 한다.In order to tune the resonant frequency, first, the equipment to tune the resonant frequency of the FBAR must be provided.

도 8은 웨이퍼상태에서 공진주파수를 자동 튜닝 하는 장비를 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 레이저발생기 및 광학계, 주파수 측정장치, 프르브스테이션(Probe Station,웨이퍼상태에서 FBAR의 표면처리를 할 수 있는 장치)과, 컴퓨터를 구비하여 상기 장치들을 하나의 시스템으로 컨트롤 할 수 있도록 한다.8 is a block diagram showing equipment for automatically tuning the resonant frequency in a wafer state. It is equipped with a laser generator, optical system, frequency measuring device, probe station (a device capable of surface treatment of FBAR in a wafer state), and a computer so that the devices can be controlled by one system.

상기 장치들은 다음과 같이 기능 한다.The devices function as follows.

프르브스테이션(Probe Station)은 웨이퍼상태에 있는 소자 내의 각 FBAR의 공진주파수를 측정할 수 있도록 보조하고, 동시에 가공용 봉(4)을 통하여 레이저광선으로 FBAR의 공진부(1)의 표면을 직접 가공할 수 있는 장치로써, 상기 프르브스테이션의 구조를 도 9에 도시하였다. 도 9에 의하면, 하부에 척이동장치(2)와, 상기 척이동장치의 상부에 척지지대(9)에 의하여 척(3)이 위치하고, 척(3)은 척이동장치(2)에 의하여 수평이동, 수직이동, 회전이동을 할 수 있도록 하며, 척(3)은 진공 등의 방법을 이용하여 웨이퍼를 수평으로 고정 시킬 수 있는 장치이고, 척의 상부에는 가공용 봉(4)(주파수측정용 탐침(5)과 레이저광선을 전달하는 광섬유(6)와 소자 감지용 센서(7)가 내장되어 있음)이 봉지지대(8)에 고정되어 있다. 레이저발생기는 FBAR의 공진부(1)의 상부 물질을 가공하기에 적합한 레이저를 발생(에너지 밀도와 초당 펄스 수가 적합하게)하고, 광학계는 발생한 레이저광선을 렌즈와 광섬유 등을 통하여 프르브스테이션의 가공용 봉(4)으로 전달하는 역할을 한다. 주파수 측정장치는 상기 가공용 봉(4) 내의 주파수 측정용 탐침(5)으로부터 측정된 신호를 수신해서 공진주파수를 측정하고 상기 공진주파수에 대한 정보를 컴퓨터에 송신한다. 컴퓨터는 주파수 측정장치로부터 FBAR의 공진주파수에 대한 정보를 수신 받아서, 기준으로 설정된 공진주파수와 비교하여, 레이저발생기에 공진주파수 튜닝에 적합한 레이저광선이 발생되도록 컨트롤하며, 가공용 봉(4)에 내장된 감지 센서(7)로부터 정보를 수집하여 척이동장치(2)를 통하여 척(3)을 컨트롤한다.The probe station assists in measuring the resonant frequency of each FBAR in the device in the wafer state, and simultaneously processes the surface of the resonator 1 of the FBAR directly with a laser beam through the processing rod 4. As a device capable of doing this, the structure of the probe station is shown in FIG. According to FIG. 9, the chuck 3 is positioned at the lower part of the chuck moving device 2, and the chuck 3 is positioned at the upper part of the chuck moving device by the chuck support 9, and the chuck 3 is horizontally positioned by the chuck moving device 2. The chuck 3 is a device that can fix the wafer horizontally by using a vacuum or the like. The upper part of the chuck has a processing rod 4 (frequency measuring probe) 5) and an optical fiber 6 for transmitting a laser beam and a sensor 7 for element detection are built in the rod support 8. The laser generator generates a laser suitable for processing the upper material of the resonator unit 1 of the FBAR (adjusting the energy density and the number of pulses per second), and the optical system uses the generated laser beam for processing the probe station through the lens and the optical fiber. It serves to deliver to the rod (4). The frequency measuring device receives the signal measured from the frequency measuring probe 5 in the processing rod 4, measures the resonance frequency, and transmits information about the resonance frequency to a computer. The computer receives information about the resonant frequency of the FBAR from the frequency measuring device, and compares the resonant frequency set as a reference, and controls the laser generator to generate a laser beam suitable for resonant frequency tuning. Information is collected from the sensing sensor 7 to control the chuck 3 through the chuck moving device 2.

상기와 같은 자동튜닝장비를 구비한 다음, 도 7에 도시한 흐름도(Flow Chart)를 프로그램화 하여 컴퓨터에 설치한다.After the automatic tuning equipment as described above, a flow chart shown in FIG. 7 is programmed and installed in a computer.

도 7에 도시한 흐름도는 다음과 같다.The flowchart shown in FIG. 7 is as follows.

기본값을 설정하는 제 1 단계,The first step of setting defaults,

웨이퍼상에 소자의 기준위치를 설정하는 제 2 단계,A second step of setting the reference position of the element on the wafer,

지정된 소자내의 지정된 FBAR의 공진주파수를 측정하는 제 3단계,A third step of measuring the resonant frequency of the designated FBAR in the designated device,

측정된 공진주파수와 설정된 공진주파수를 비교 판단하는 제 4단계,A fourth step of comparing and determining the measured resonance frequency with the set resonance frequency;

지정된 FBAR의 공진주파수를 설정치로 튜닝 하는 제 5단계,The fifth step of tuning the resonance frequency of the designated FBAR to the set value;

지정된 소자의 '튜닝 공정을 계속 진행 할 것인가' 를 판단하는 제 6단계,A sixth step of determining whether to continue the tuning process of the designated device;

측정 대상을 다음 지정 FBAR로 이동하고 제 3단계부터 다시 실행하는 제 7단계,The seventh step of moving the measurement target to the next designated FBAR and executing again from the third step,

'웨이퍼의 튜닝공정을 계속 진행할 것인가' 를 판단하는 제 8단계,The eighth step of judging whether to continue the tuning process of the wafer;

측정 대상을 다음 지정 소자로 이동하고 제 3단계부터 다시 실행하는 제 9단계,The ninth step of moving the measurement target to the next designated element and executing again from the third step,

상기의 제 1단계부터 제 9단계 까지 순서에 따라, 웨이퍼상에 있는 각 소자 내의 FBAR들의 공진주파수 튜닝을 자동제어 한다. 상기 제 1단계에서는, 기본값으로, 공진부(1)의 상부 표면에 증착된 물질에 따른, 레이저광선의 적합한 에너지밀도, 초당 펄스수를 설정하고, 소자 내의 각 FBAR의 튜닝 하여 목표하는 공진주파수 값을 설정하며, 튜닝 해야 할 대상 소자를 지정하여 컴퓨터에 입력하는 단계이다. 상기 제 1단계에서는 레이저광선과 어떤 물질과의 반응에 대한 정보를 자료화하여 컴퓨터에 저장하여 두고 필요시 불러내어 이용하는 것이 바람직하다. 제 2단계는 컴퓨터의 제어에 따라 척(3)을 이동하여 첫 번째 튜닝 대상 소자와 가공용 봉(4)의 위치를 정하고, 튜닝공정의 진행을 위해 웨이퍼를 정렬하는 단계이다. 제 3단계는 가공용 봉(4)내에 내장된 주파수 측정용 탐침(5)이 하향 이동하여(척(3)을 상향 이동하여도 됨), 지정된 FBAR의 측정단자에 접촉함으로써 공진주파수를 측정하는 단계이다. 제 4단계는 설정된 공진주파수 값과 측정된 공진주파수 값을 비교분석하여, 측정된 공진주파수 값이 설정된 공진주파수 값과 같으면 튜닝 할 필요가 없으므로 제 6단계를 실행하고, 측정된 공진주파수 값이 설정된 공진주파수 값 보다 적으면 튜닝을 해야 함으로 제 5단계를 실행하게 한다. 제 5단계에서는 레이저광선의 조사시간을 조절하여 공진부(1)의 상부에 조사함으로써 두께를 컨트롤(Control)하는 방식으로 튜닝을 한다. 제 6단계는 지정소자 내에서 더 이상 측정 대상이 없으면 제 8단계를 실행하고, 측정대상이 남아 있으면 제 7단계를 실행하게 한다. 제 8단계는 웨이퍼상에 더 이상 측정대상 소자가 없으면 웨이퍼상의 튜닝을 끝내고, 측정대상 소지가 남아 있으면 제 9단계를 실행하게 한다.In accordance with the first to ninth steps described above, resonant frequency tuning of FBARs in each device on the wafer is automatically controlled. In the first step, by default, the appropriate energy density of the laser beam, the number of pulses per second, according to the material deposited on the upper surface of the resonator 1, and tuning each target FBAR in the device to the target resonance frequency value This step is to set the target device to be tuned and input it to the computer. In the first step, it is preferable that information on the reaction between the laser beam and a substance is documented, stored in a computer, and recalled when necessary. The second step is to move the chuck 3 under the control of the computer to position the first tuning target element and the machining rod 4 and to align the wafer for the tuning process. The third step is to measure the resonant frequency by contacting the measuring terminal of the designated FBAR by moving the frequency measuring probe 5 embedded in the processing rod 4 downward (may move the chuck 3 upward). to be. Step 4 compares and analyzes the set resonance frequency value and the measured resonance frequency value. If the measured resonance frequency value is equal to the set resonance frequency value, tuning is not necessary. Therefore, the fourth step is performed, and the measured resonance frequency value is set. If it is less than the resonant frequency value, tuning is required to execute the fifth step. In the fifth step, tuning is performed by controlling the thickness of the laser beam by controlling the irradiation time of the laser beam to irradiate the upper portion of the resonator unit 1. The sixth step causes the eighth step to be performed when there are no more measurement targets in the designated device, and the seventh step if the measurement targets remain. In the eighth step, if the device to be measured is no longer on the wafer, the tuning is completed on the wafer, and if the measurement object remains, the ninth step is executed.

상기한 도 8의 튜닝장비와, 상기한 자동제어 방법으로 웨이퍼상태에서 소자내의 FBAR의 공진주파수를 튜닝한 실시예를 아래에 설명한다.An embodiment in which the resonant frequency of the FBAR in the device is tuned in the wafer state by the tuning device of FIG. 8 and the above-described automatic control method is described below.

도 9의 프르브스테이션에 웨이퍼상태에서 소자 공정이 마무리된 웨이퍼를 올려놓고 기본값을 컴퓨터에 입력한다. 여기서 기본값은 첫째, 레이저광선에 대한 정보, 즉, FBAR의 공진부(1) 상부에 증착된 물질에 따른 레이저광선의 에너지밀도 설정, 초당 펄스 수 설정이며, 둘째, 소자내의 튜닝해야 할 FBAR의 수와 각 FBAR 마다 튜닝하여 목표하는 공진주파수 설정이며, 셋째, 튜닝해야 할 소자의 순서 등이다. 기본값 입력 후 실행을 시작하면, 가공용 봉(4)에 내장된 감지센서(7)가 웨이퍼의 정보를 컴퓨터에 전달, 컴퓨터는 척(3)을 이동하여 가공용 봉(4)이 첫 번째 튜닝 할 소자의 상부에 위치하도록 하고, 튜닝공정이 용이하도록 웨이퍼를 정렬한다. 컴퓨터는 척(3)을 제어하여 상향 이동시키고 가공용 봉(4) 내에 내장된 주파수 측정용 탐침(5)을 지정된 소자내의 지정된 FBAR 측정단자에 접촉되게 한다. 다른 방법으로, 척(3)을 고정하여 두고 가공용 봉(4) 내의 주파수 측정용 탐침(5)을 하향 이동하여 지정된 FBAR 측정단자에 접촉시켜도 된다. 주파수측정 장치가 지정된FBAR의 공진주파수 값을 컴퓨터에 전달, 컴퓨터는 튜닝을 할 것인가를 입력된 설정 공진주파수 값과 비교 판단한다. 튜닝을 할 경우에는, 레이저발생기를 제어하여 레이저광선이 가공용 봉(4) 내에 내장된 광섬유(6)를 통하여 FBAR의 공진부(1) 상부 표면에 도달하여 튜닝이 실시된다. 지정된 FBAR의 튜닝이 필요 없는 경우 또는 튜닝이 끝난 경우에는 척(3)을 하향으로 이동한 다음, 척(3)을 수평 이동하여 다음 측정대상 FBAR로 가공용 봉(4)을 이동시킨다. 여기서, 척(3)을 하향이동하지 않고 측정용 탐침(5)을 상향 이동한 다음 척(3)을 수평 이동하게 하여, 다음 측정대상 FBAR로 가공용 봉(4)을 이동시켜도 된다.In the wafer station of FIG. 9, the wafer on which the device process is completed in the wafer state is placed and the default value is input to the computer. Here, the default value is first, information on the laser beam, that is, the energy density of the laser beam according to the material deposited on the resonator 1 of the FBAR, the number of pulses per second setting, and second, the number of FBAR to be tuned in the device And the target resonance frequency setting by tuning for each FBAR. Third, the order of elements to be tuned. After entering the default value and starting execution, the sensor 7 embedded in the machining rod 4 transmits the wafer information to the computer, and the computer moves the chuck 3 so that the machining rod 4 can be tuned first. The wafer is positioned at the top of the wafer, and the wafer is aligned to facilitate the tuning process. The computer controls the chuck 3 to move upward and bring the frequency measuring probe 5 embedded in the machining rod 4 into contact with the designated FBAR measurement terminal in the designated element. Alternatively, the chuck 3 may be fixed, and the frequency measuring probe 5 in the machining rod 4 may be moved downward to contact the designated FBAR measurement terminal. The frequency measuring device transmits the resonant frequency value of the designated FBAR to the computer, and the computer determines whether or not to tune with the input set resonant frequency value. When tuning, the laser generator is controlled to reach the upper surface of the resonance section 1 of the FBAR through the optical fiber 6 embedded in the processing rod 4, and tuning is performed. When the tuning of the designated FBAR is not necessary or the tuning is completed, the chuck 3 is moved downward, and then the chuck 3 is horizontally moved to move the machining rod 4 to the next measurement target FBAR. Here, the measuring rod 5 may be moved upward without moving the chuck 3 downward, and then the chuck 3 may be horizontally moved to move the processing rod 4 to the next measurement target FBAR.

상기와 같은 방법으로, 하나의 소자에 대한 FBAR의 공진주파수 튜닝이 끝나면, 다음 튜닝대상 소자로 가공용 봉(4)이 이동되도록 하여, 다시 상기소자 내의 FBAR들의 공진주파수 튜닝이 실시 되도록 하여, 결국에는 웨이퍼상의 지정된 소자는 모두 튜닝이 되도록 한다.In the same manner as described above, when the resonant frequency tuning of the FBAR for one device is completed, the processing rod 4 is moved to the next tuning target device, and the resonant frequency tuning of the FBARs in the device is performed again. All specified devices on the wafer are tuned.

이상에서와 같이, FBAR, FBAR필터, FBAR듀플렉스 등을 MEMS 기술을 이용하여 일반적인 반도체공정으로 웨이퍼상에 초소형으로 제조하면, 박막공정상 웨이퍼상에 제조된 모든 소자를 동일 특성이 되도록 제조하기가 어려움으로, 결국 수율이 저하되어 경제성을 잃게 된다. 본 발명에 따르면 각 소자마다 튜닝공정을 하여, 웨이퍼상에 제조된 모든 소자를 거의 동일 특성이 되도록 제조할 수가 있어서, 수율이 저하되는 문제를 극복할 수가 있다. 따라서 경제성을 확보하여 통신부품 산업의 고주파분야에 일익 할 수가 있다.As described above, if FBAR, FBAR filter, FBAR duplex, etc. are manufactured in a microminiature on a wafer by a general semiconductor process using MEMS technology, it is difficult to manufacture all devices manufactured on the wafer in the thin film process to have the same characteristics. As a result, the yield is lowered and the economy is lost. According to the present invention, a tuning step is performed for each device, so that all devices manufactured on the wafer can be manufactured to have almost the same characteristics, thereby overcoming the problem of reduced yield. Therefore, it is possible to secure economic feasibility and to benefit the high frequency field of the communication component industry.

Claims (4)

FBAR의 공진 주파수를 튜닝 하는 방법에 있어서In the method of tuning the resonant frequency of the FBAR 공진부(1)의 상부 표면을 레이저 광선을 이용하여 일부 두께만 제거함으로써 공진부(1)의 두께를 조절하여 FBAR의 공진주파수를 튜닝 하는 것을 특징으로 하는 FBAR의 공진주파수 튜닝방법.Resonance frequency tuning method of the FBAR, characterized in that by tuning the resonant frequency of the FBAR by adjusting the thickness of the resonator (1) by removing only a part of the thickness of the upper surface of the resonator (1) using a laser beam. 제 1 항에 있어서 웨이퍼 상태에서, 웨이퍼 상에 있는 소자 각각에 대하여 소자를 구성하는 FBAR의 공진주파수를 튜닝 하는 것을 특징으로 하는 FBAR의 공진주파수 튜닝방법.The resonance frequency tuning method of an FBAR according to claim 1, wherein the resonance frequency of the FBAR constituting the element is tuned to each element on the wafer in the wafer state. FBAR의 공진주파수를 튜닝 하는데 있어서,In tuning the resonant frequency of the FBAR, 기본값을 설정하는 제 1 단계,The first step of setting defaults, 웨이퍼상에 소자의 기준위치를 설정하는 제 2 단계,A second step of setting the reference position of the element on the wafer, 지정된 소자내의 지정된 FBAR의 공진주파수를 측정하는 제 3단계,A third step of measuring the resonant frequency of the designated FBAR in the designated device, 측정된 공진주파수와 설정된 공진주파수를 비교 판단하는 제 4단계,A fourth step of comparing and determining the measured resonance frequency with the set resonance frequency; 지정된 FBAR의 공진주파수를 설정치로 튜닝 하는 제 5단계,The fifth step of tuning the resonance frequency of the designated FBAR to the set value; 지정된 소자의 '튜닝 공정을 계속 진행 할 것인가' 를 판단하는 제 6단계,A sixth step of determining whether to continue the tuning process of the designated device; 측정 대상을 다음 지정 FBAR로 이동하고 제 3단계부터 다시 실행하는 제 7단계,The seventh step of moving the measurement target to the next designated FBAR and executing again from the third step, '웨이퍼의 튜닝공정을 계속 진행할 것인가' 를 판단하는 제 8단계,The eighth step of judging whether to continue the tuning process of the wafer; 측정 대상을 다음 지정 소자로 이동하고 제 3단계부터 다시 실행하는 제 9단계,The ninth step of moving the measurement target to the next designated element and executing again from the third step, 를 포함하여 이루어지는 FBAR의 튜닝을 자동 제어하는 방법.Method for automatically controlling the tuning made of a FBAR. 레이저광선을 이용하여 FBAR의 공진주파수를 튜닝하는데 있어서,In tuning the resonant frequency of the FBAR using a laser beam, 레이저발생기 및 광학계, 주파수 측정장치, 프르브스테이션, 컴퓨터를 구비하여 상기 장치들을 도 8에 도시한바와 같이 하나의 시스템으로 구성하여 FBAR의 공진주파수를 자동 튜닝 할 수 있는 것을 특징으로 하는 FBAR 공진주파수 튜닝장치.FBAR resonant frequency, characterized in that the laser generator and the optical system, frequency measuring device, probe station, computer can be configured as one system as shown in Figure 8 to automatically tune the resonant frequency of the FBAR Tuning device.
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