JP2005303781A - 薄膜共振素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜共振素子を、両面マスクアライナを用いることなく製造する方法を実現する。
【解決手段】ウェハの表裏（おもてうら）に共通のマークとなる貫通孔を設け、このマークを基準として、ウェハの表裏を片面づつマスキングする。これにより、ウェハの表裏に形成されるパターンの相対的な位置関係を保つことができ、薄膜共振素子を、片面マスクアライナ装置によって製造することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜共振素子の製造方法に関する。

近年、携帯電話に代表される無線機器を用いたサービスが普及しつつある。このような無線機器の小型化、高性能化のために、薄膜共振素子を用いた共振器あるいはフィルタ等の高周波デバイスが用いられている。この薄膜共振素子を製造するには、ウェハの表面側の加工だけでなく、裏面側の加工も必要である。

従来、このようなウェハの両面を加工する場合、両面マスクアライナ装置が用いられている。この両面マスクアライナ装置は、ウェハ両面のマスクパターンの相対的な位置が精度良く配置されるように、ウェハの両面をマスキングする装置である（特許文献１）。このように両面がマスキングされたウェハをエッチングすることにより、ウェハの両面に位置精度の高いパターンを形成することができ、薄膜共振素子の製造が可能となる。

特開平１０−１３５２６６

以上説明したように、従来は、両面マスクアライナ装置を用いる以外に薄膜共振素子を製造する方法がなかった。しかし、両面マスクアライナ装置は、片面マスクアライナ装置に比べ高価であり、少量生産かつアライメント精度をそれ程要求されない場合は、なるべく片面マスクアライナ装置を使いたいという要望がある。本発明の目的は、両面マスクアライナ装置を用いることなく片面マスクアライナ装置を用いて薄膜共振素子を製造する方法を実現することにある。

本発明は、薄膜共振素子の製造方法であって、ウェハの表面に形成された薄膜をエッチングにより部分的に除去し、第一の凹部を形成する工程と、前記ウェハの裏面に形成された薄膜を、前記第一の凹部とウェハの表裏で一致するようエッチングにより部分的に除去した第二の凹部を形成する工程と、エッチングにより、前記第一の凹部と、前記第二の凹部と、を貫通させた貫通孔を形成する工程と、を含み、前記貫通孔の位置を基準にして、薄膜共振素子を製造することを特徴とする。

また、前記ウェハの表面をエッチングから防護し、前記ウェハの裏面がエッチングに浸される治具を使用して前記第二の凹部を形成し、これと同時に前記ウェハの所定箇所をエッチングすることが望ましい。

また、前記エッチングはウェットエッチングであり、前記治具は、前記ウェハの一面を覆う表面を有する支持板と、前記ウェハと前記支持板との間を外部から遮蔽する支持部材と、前記ウェハの少なくとも一部を押圧することにより、前記支持板に固定する固定具と、を有し、前記ウェハの片面のみをエッチングすることが望ましい。

また、前記支持部材がＯリングであることが望ましい。

本発明の薄膜共振素子の製造方法によれば、ウェハの表裏に共通のマークとなる貫通孔を設け、このマークを基準として、ウェハの表裏を片面ずつ加工する。これにより、ウェハの表裏に形成されるパターンの相対的な位置関係を保つことができる。従って、薄膜共振素子を、両面マスクアライナ装置を使用することなく、片面マスクアライナ装置によって製造することが可能となる。

以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。図１に、本発明の実施形態に係るウェハの表面加工のプロセスを示す。図２に、本発明の実施形態に係るウェハの裏面加工のプロセスを示す。図３に、本発明の実施形態に係る貫通孔によりマークされたウェハを示す。図４に、本発明の実施形態に係るエッチング治具を示す。以下、本発明の第一の実施形態に係るウェハの加工プロセスを詳細に説明する。

「第一の実施形態」
以下、ウェハの表裏に共通のマークとなる貫通孔を設けるプロセスから説明する。図１の（ａ）に示すウェハ１０ａは、Ｓｉウェハ１の表面上に多層膜が形成されたウェハである。このウェハ１０ａは、Ｓｉウェハ１の両面に酸化膜２−１，２−２が予め成膜され、表面側の酸化膜２−２上に、電極となるＡｌ膜３，Ｍｏ膜４，圧電膜となるＡｌＮ膜５，電極となるＡｌ膜６が多層膜として形成される。このウェハ１０ａは、オリエンターション・フラット（ＯＦ）と、インデックス・フラット（ＩＦ）を有している。

次に、図１（ｂ）に示すように、ウェハ１０ｂの多層膜側（表面側）に合わせマーク検出用溝１００を形成する。この合わせマーク検出用溝１００の形成は、以下の通りである。まずウェハ１０ｂの多層膜表面にレジスト液を滴下し感光膜を形成する。次に、合わせマーク検出用溝１００となる箇所以外が露光されるようなフォトマスクをかけ、露光及び現像する。そして、これにより、ウェハ１０ｂ上の複数箇所に合わせマーク検出用溝１００のパターニングがなされる。

このフォトマスクの位置は、後述する合わせマークパターン２００ａを、合わせマーク検出用溝１００から検出するために、ウェハのＯＦ又はＩＦを基準軸として行う。また、合わせマーク検出用溝１００は、後述する合わせマークパターン２００ａが検出しやすくなるようマークパターン２００ａの外形よりも大きな形状であることが望ましい。そして、ウェハ１０ｂの多層膜に形成された合わせマーク検出用溝１００がパターニングされた箇所から酸化膜２−２の面が出るまでエッチングを行う。エッチングした後、ウェハ１０ｂを洗浄する。これにより、ウェハ１０ｂ上に、凹部形状の合わせマーク検出用溝１００が形成される。次に、ウェハ１０ｂの裏面側の加工処理について説明する。

図２（ａ）に示すように、ウェハ２０ａの裏面側に、合わせマークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａを形成する。この合わせマークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａの形成は以下の通りである。まず、ウェハ２０ａの裏面側にレジスト液を滴下し感光膜を形成する。次に、マークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａとなる箇所が露光されるようフォトマスクをかけ、露光及び現像する。そして、これにより、ウェハ２０ａ上に、合わせマークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａのパターニングがなされる。

次に、前述した、合わせマークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａのパターニングがなされたウェハ２０ａの表面側に（酸化膜２−１上に）、Ｔｉ膜７，Ａｕ膜８を順次成膜する。そして、成膜されたＴｉ膜７とＡｕ膜８を、リフトオフする（引き剥がす）。これにより合わせマークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａを形成する。なお、このＡｕ膜８は、後述する強アルカリ液によって、ウェハ２０ａの裏面側をエッチングする際に、マークパターン２００ａとキャビティパターン３００ａ以外をエッチング液により腐食させないための保護膜である。また、Ａｕ膜８は、酸化膜２−１との密着性が弱いためＴｉ膜７を酸化膜２−１に成膜させてから、Ａｕ膜８を成膜する。

前述したフォトマスクの位置は、前述した合わせマーク検出用溝１００の領域にマークパターン２００ａが入るように、表面側のフォトマスクとが同じ基準（ＯＦとＩＦ）によって位置合わせを行う（一次合わせ）。従って、裏面側のフォトマスクと、表面側のフォトマスクとが同じ基準（ＯＦとＩＦ）によって位置合わせされるため、表面側の合わせマーク検出用溝１００の領域に裏面側の合わせマークパターン２００ａを入れることができる。なお、マスクアライナ装置の性能等により、ＯＦ、ＩＦだけでは、十分な精度で表面側の合わせマーク検出用溝１００の領域に裏面側の合わせマークパターン２００ａを入れることができない場合は、ウェハ周辺の４箇所（場合によってはそれ以上）をダイシングでカットし、ウェハ２０ａの裏面側フォトパターン形成の基準軸としても良い。また、後述する薄膜共振素子の電極の形成を精度良く行うために、合わせマークパターン２００ａは、円形よりは十字等の形状を有していることが望ましい。

そして、図２の（ｂ）に示すように、ウェハ２０ｂの表面に耐薬性のある保護支持部材を貼り付ける。保護支持部材としては、Ａｕ膜１３が（Ｔｉ膜１２と共に）成膜されたＳｉウェハ１１を用いる。まず、Ａｕ膜１３が（Ｔｉ膜１２と共に）成膜されたＳｉウェハ１１のＡｕ膜１３が成膜された面をホットプレートにより加熱する。次に、Ｓｉウェハ１１の表面全体にエレクトロンワックス９が広がるように塗布する。そして、このＳｉウェハ１１のエレクトロンワックス９が塗布された面に、ウェハ２０ｂの表面を密着させ、保護支持部材にウェハ２０ｂを固定する。

後述するエッチング処理では、この保護支持部材が貼り付けられたウェハ２０ｂを７０度の強アルカリ液に浸漬する。このとき、Ａｌ膜６（及び合わせマーク検出用溝１００）とＳｉウェハ１１の間（のエレクトロンワックス９）に気泡が入っていると、熱により膨らんだ気泡に、強アルカリ液が入り込みＡｌ膜６（及び合わせマーク検出用溝１００の周辺）を浸食してしまうため望ましくない。従って、Ａｌ膜６（及び合わせマーク検出用溝１００）とＳｉウェハ１１（のエレクトロンワックス９）の間に確実に気泡が入らないようにするために、前述したプロセスを、真空中で行うことが望ましい。そして、保護支持部材が取り付けられたウェハ２０ｂは、エッチングの際、裏面のみがエッチングされ、Ａｕ膜８が成膜されていない箇所の酸化膜２−１が除去される。そして、酸化膜２−１が除去されることにより、合わせマークパターン２００ｂとキャビティ用パターン３００ｂが形成される。なお、エッチング液には、まず酸化膜２−１のみが除去されるようバッファード沸酸液などを用いるのが望ましい。これにより、その後のエッチングが均等に行われる。

次に図２の（ｃ）の加工プロセスを説明する。前述した図２の（ｂ）で保護支持部材が取り付けられたウェハ２０ｂを、７０℃に加熱した強アルカリ液の中に浸漬しエッチングする。ウェハ２０ｂは、エッチングにより、合わせマークパターン２００ｂ及びキャビティ用パターン３００ｂが浸食される。そして、ウェハ２０ｂは、合わせマークパターン２００ｂからエレクトロンワックス９の面が、キャビティ用パターン３００ｂからＭｏ膜４が出るまでエッチングされる。これにより、合わせマークエッチ２００ｃ及びキャビティエッチ３００ｃが形成される。なお、この強アルカリ液には、ＫＯＨ液などが用いられる。

エッチング終了後、ウェハ２０ｃを洗浄し（エッチング液を除去し）、この保護支持部材たるＳｉウェハ１１を取り外す。そして再度、エレクトロンワックス９を洗浄により除去する。これにより、図３に示すように、ウェハ３０ａには、表面に多層膜が形成され、裏面にキャビティエッチ３００ｃが形成され、両面に合わせマーク４００（貫通孔）が形成される。ウェハ３０ａの表面には、前述したように圧電電極たる多層膜（Ａｌ膜３，Ｍｏ膜４，ＡｌＮ膜５，Ａｌ膜６）が形成されている。このウェハ３０ａの表面に形成された圧電電極を、ウェハ３０ａの裏面のキャビティエッチ３００ｃが形成された箇所に対応する部位だけ残して、エッチングにより除去する。

まず、キャビティエッチ３００ｃと共に形成された合わせマーク４００を、片面マスクアライナ装置のフォトマスクの基準位置として用いる。これにより、多層膜は、キャビティエッチ３００ｃが形成された箇所に対応する部位のみが、位置精度良く残るようにマスキングされる。これを、エッチングをすることにより、キャビティエッチ３００ｃとそれに対応する圧電電極（Ａｌ膜３，Ｍｏ膜４，ＡｌＮ膜５，Ａｌ膜６）を含む複数の薄膜共振素子が、ウェハ３０ａ上に形成される。

このウェハ３０ａ上に形成された薄膜共振素子を用いて、共振器を製造する場合、ウェハ３０ａ上に形成された薄膜共振素子を一つずつダイシングする。同様に、ウェハ３０ａ上に形成された複数の薄膜共振素子を用いて、フィルタ等の高周波デバイスを製造する場合、その高周波デバイスを形成する複数の薄膜共振素子毎にダイシングする。薄膜共振素子を用いてフィルタを製造するには、ウェハ３０ａ上に形成された薄膜共振素子を、所要のフィルタ特性が得られるような組み合わせで、その圧電電極間を薄膜電極により接続する。これによりウェハ３０ａ上に形成されたフィルタを、ダイシングによって切り出すことにより、一つのフィルタが出来上がる。

以上説明したように、ウェハ３０ａの両面に位置の基準となる貫通孔を形成することにより、薄膜共振素子及びそれを用いたフィルタ等の高周波デバイスを、片面マスクアライナ装置で製造することが可能となる。

「第二の実施形態」
第一の実施形態に示した薄膜共振素子の製造方法では、ウェハの表面に保護支持部材を貼り付け、ウェハの裏面をエッチングした。この場合、ウェハ毎に保護支持部材を用意しなければならず、かつ、保護支持部材が使い捨てである。より製造コストの低廉化を図るために、このような保護支持部材の代わりにエッチング用治具を用いても良い。そこで第二の実施形態では、エッチングの際に、ウェハの片面のみがエッチングされる治具を用いた実施形態について説明する。以下、図４を用いて本発明の第二の実施形態に係る治具について詳細に説明する。

図４において、治具４０は、支持板４１、押さえ板４３、ネジ４７−１〜４７−４、Ｏリング４８，４９を有している。この治具４０は、ウェハ４５の両面にＯリング４８，４９を挟み、さらにその上から支持板４１と押さえ板４３によって挟みこみ、ネジ４７−１〜４７−４によって押圧を加えＳｉウェハ４５を治具に固定する構造である。

支持板４１は、ウェハ４５の一面を覆う表面を有している。また支持板４１には、Ｏリング４８の当たる面に、Ｏリングが１／３程度隠れる程度の溝が掘られている。これによりＯリング４８をセットするときにウェハ４５との位置関係が適切になると共に、シール面積が増え、エッチング液の浸漬からウェハ表面を確実に保護することが出来る。この支持板４１は耐薬品性の素材であるテフロン、または、金属やセラミックにテフロンコートしたものを用いるのが望ましい。後述するネジ４７−１〜４７−４が通る穴は、ネジ穴が切られている。

押さえ板４３は、ウェハ４５の外形よりも小さな内径の空洞を有する構造である。この押さえ板４３は、Ｏリング４９を介してウェハ４５を押圧し固定する。なお、この押さえ板４３は、ウェハ４５の一部を押圧して固定できるものであれば、どのような構成であっても良い。またこの押さえ板４３についても耐薬品性の素材であるテフロン、または、金属やセラミックにテフロンコートしたものを用いるのが望ましい。後述するネジ４７−１〜４７−４が通る穴は、ネジを切らず、ネジ取り付け用の貫通孔とする。

ネジ４７−１〜４７−４は、下方から半分程度までネジが切られた蝶ネジ構造を持つ。このネジ４７−１〜４７−４もテフロンやテフロンコートした材料にするのが望ましい。このネジ４７−１〜４７−４は４箇所である必要は無く、ウェハ４５を固定できるものであれば、何箇所であっても良い。

Ｏリング４８は、ウェハ４５の表面をエッチング液から保護するように、支持板４１とウェハ４５との間の空間を遮蔽する。Ｏリング４８，４９は、支持板４１及び押さえ板４３による押圧により、ウェハ４５が破損しないよう弾力性があり、弱い力で変形し、シール性が高く、しかも高温の酸、アルカリ液に対する耐薬品性の高い素材を用いる。このような素材としてプロピレン系フッ素ゴム製のものを使用するのが望ましい。前述したようなウェハ４５周辺をダイシングによりカットした場合は、その形状に合わせてＯリング４８，４９の形状のものを用いればよい。

この治具４０は、図４に示すようにウェハ４５を取り付け、ネジ４７−１〜４７−４でＯリング４８，４９を締め付けることにより、ウェハ４５の表面をエッチング液から保護する。なお、ウェハ４５を固定できるのであれば、一部のみを押圧するような構造であっても良い。

後の工程は第一の実施形態に示したとおりである。すなわち図２の（ａ）で示したウェハ２０ａの裏面を上側にして、治具４０に固定し、これをエッチングすることにより、図３の（ａ）に示す合わせマーク４００が形成される。そして、合わせマーク４００が形成されたら、ウェハ４５が取り付けられた治具４０をエッチング液から取り出し、直ぐに洗浄することにより、Ａｌ膜６がアルカリ液による浸食を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態に示した薄膜共振素子の製造方法を用いることにより、高価な両面マスクアライナを用いることなく、容易に片面マスクアライナで薄膜共振素子を製造することが可能となる。

本発明の実施形態に係るウェハの表面加工のプロセスを示す図である。 本発明の実施形態に係るウェハの裏面加工のプロセスを示す図である。 本発明の実施形態に係る貫通孔によりマークされたウェハを示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るエッチング用の治具を示す図である。

符号の説明

１，１１ Ｓｉウェハ、２−１，２−２ 酸化膜、３，６ Ａｌ膜、４ Ｍｏ膜、５ ＡｌＮ膜、７，１２ Ｔｉ膜、８，１３ Ａｕ膜、９ エレクトロンワックス、１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，３０ａ ウェハ、４０ 治具、４１ 支持板、４３ 押さえ板、４５ ウェハ、４７−１，４７−２，４７−３，４７−４ ネジ、４８，４９ Ｏリング、１００ マーク検出用溝、２００ａ，２００ｂ 合わせマークパターン、２００ｃ マークエッチ、３００ａ，３００ｃ キャビティパターン、４００ 合わせマーク。

Claims (4)

1. 薄膜共振素子の製造方法であって、
   ウェハの表面に形成された薄膜をエッチングにより部分的に除去し、第一の凹部を形成する工程と、
   前記ウェハの裏面に形成された薄膜を、前記第一の凹部とウェハの表裏で一致するようエッチングにより部分的に除去し、第二の凹部を形成する工程と、
   エッチングにより、前記第一の凹部と、前記第二の凹部と、を貫通させた貫通孔を形成する工程と、
   を含み、
   前記貫通孔の位置を基準にして、薄膜共振素子を製造することを特徴とする薄膜共振素子の製造方法。
2. 請求項１記載の薄膜共振素子の製造方法において、
   前記ウェハの表面をエッチングから防護し、前記ウェハの裏面がエッチングに浸される治具を使用して前記第二の凹部を形成し、
   これと同時に前記ウェハの所定箇所をエッチングすることを特徴とする薄膜共振素子の製造方法。
3. 請求項２記載の薄膜共振素子の製造方法において、
   前記エッチングはウェットエッチングであり、
   前記治具は、
   前記ウェハの一面を覆う表面を有する支持板と、
   前記ウェハと前記支持板との間を外部から遮蔽する支持部材と、
   前記ウェハの少なくとも一部を押圧することにより、前記支持板に固定する固定具と、
   を有し、前記ウェハの裏面のみをエッチングすることを特徴とする薄膜共振素子の製造方法。
4. 請求項３記載の薄膜共振素子の製造方法において、
   前記支持部材がＯリングであることを特徴とする薄膜共振素子の製造方法。