JP2014165314A

JP2014165314A - 圧電素子ウエハ形成方法

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Publication number: JP2014165314A
Application number: JP2013034634A
Authority: JP
Inventors: Kohei Sasaoka; 康平笹岡
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP6162426B2

Abstract

【課題】生産性および特性を良くする圧電素子ウエハ形成方法を提供する。
【解決手段】圧電素子ウエハ形成方法は、レジスト膜形成工程（Ｓ１）、露光工程（Ｓ２）、所定レジスト膜剥離工程（Ｓ３）、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）、全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）、段差用レジスト膜形成工程（Ｓ６）、段差用露光工程（Ｓ７）、段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ８）、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）、全段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）を含み、圧電ウエハの表裏の主面に所望の段差が形成されるまで段差用レジスト膜形成工程（Ｓ６）と全段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）とを繰り返し、所望の段差が形成された後、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）、露光工程（Ｓ１３）、所定レジスト膜剥離工程（Ｓ１４）、エッチングにより表面から裏面まで貫通させる圧電ウエハ外形エッチング工程（Ｓ１５）、全レジスト膜剥離工程（Ｓ１６）を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エッチング技術による圧電素子ウエハ形成方法に関するものである。

従来より、圧電デバイスに用いられる圧電素子などの小さい電子部品の外形は、フォトリソグラフィ技術，ウエットエッチング技術，ドライエッチング技術を用いて形成されている。また、小型化された圧電素子は、結晶軸に対し所定の角度で切断された板状の圧電ウエハに圧電素子を複数個形成されている。

例えば、図４に示されているように、圧電素子ウエハ形成方法は、以下の順序で形成される。まず始めに、圧電ウエハにレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程（Ｓ１）を行う。次に、レジスト膜上に所定の外形パターンを有したマスクを設置して、レジスト膜を露光する露光工程（Ｓ２）を行う。次に、露光部分のレジスト膜を現像することにより露光部分のレジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程（Ｓ３）を行う。次に、圧電ウエハをエッチングする圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）を行う。次に、露光していない部分のレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）を行う。次に、圧電ウエハにレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程（Ｓ７）を行う。次に、レジスト膜上に圧電素子となる部分の１辺を残すように形成された外形パターンを有したマスクを設置して露光する露光工程（Ｓ８）を行う。次に、露光部分のレジスト膜を現像することにより露光部分のレジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程（Ｓ９）を行う。次に、圧電ウエハをエッチングにより１辺を残しかつ圧電ウエハの表面から裏面まで貫通させる圧電ウエハ外形エッチング工程（Ｓ１０）を行う。最後に、露光していない部分のレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程（Ｓ１１）を経て、圧電ウエハに圧電素子の外形を形成して圧電素子ウエハを形成している。

特開２００７−２９４７５１号公報

しかしながら、圧電素子は、振動エネルギーを圧電素子の中心に集中させるため圧電素子の主面の中央部が圧電素子の主面の端部より厚く形成されており、圧電素子の主面の端部から圧電素子の主面の中央部に向けて複数の段差が設けられることにより形成されている。また、圧電素子は、電気的特性を向上させるため、圧電素子の表面に段差の数を多く設けることにより圧電素子の主面を滑らかな状態とする必要があった。

これらの圧電素子の段差形成は、図４の全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）の後、所望の段差が圧電素子に形成されたかを判定（Ｓ６）し、所望の段差が形成されていない場合は、レジスト膜形成工程（Ｓ１）から全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）までを所望の段差が形成されるまで繰り返すこととなる。なお、レジスト膜形成工程（Ｓ１）から全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）までで形成される段差は、１段である。また、所望の段差が形成された場合は、レジスト膜形成工程（Ｓ７）に進むこととなる。このことにより、圧電素子の主面の端部から圧電素子の主面の中央部に向けて複数の段差が設けられる。また、この段差を設けるため、レジスト膜上に所定の外形パターンを有したマスクを所望の段差が形成される回数だけ取り換えなければならなかった。そのため、従来の圧電素子ウエハ形成方法は、工数がかかり生産性を悪化させる要因となっていた。また、従来の圧電素子ウエハ形成方法は、複数の段差を設けるために複数のマスクが必要となるため、コストおよびマスクの管理工数が多大になる場合があった。そこで、本発明は、前記問題を解決し工数がかからず生産性および特性を良くする圧電素子ウエハ形成方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、圧電素子ウエハ形成方法は、圧電ウエハの表裏の主面にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、レジスト膜を所定の外形パターンで露光する露光工程と、露光工程により露光された又は露光されなかった前記レジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程と、レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングする圧電ウエハエッチング工程と、圧電ウエハ上の全てのレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程と、圧電ウエハの表裏の主面に段差用レジスト膜を形成する段差用レジスト膜形成工程と、段差用レジスト膜を所定の段差の奇数段となる部分を覆う外形パターンで露光する段差用露光工程と、段差用露光工程により露光された段差用レジスト膜を剥離する段差用レジスト膜剥離工程と、段差用レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングする圧電ウエハエッチング工程と、圧電ウエハ上の全ての段差用レジスト膜を剥離する全段差用レジスト膜剥離工程とを含み、圧電ウエハの表裏の主面に所望の段差が形成されるまで段差用レジスト膜形成工程と全段差用レジスト膜剥離工程とを繰り返し、圧電ウエハの表裏の主面にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、レジスト膜を所定の外形パターンで露光する露光工程と、露光工程により露光された又は露光されなかったレジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程と、レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングにより表面から裏面まで貫通させる圧電ウエハ外形エッチング工程と、圧電ウエハ上の全てのレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程とを含んで構成されることを特徴とする。

本発明による圧電素子ウエハ形成方法において、圧電ウエハに設けられる圧電素子は、段差用レジスト膜を所定の段差の奇数段となる部分を覆う外形パターンで露光する段差用露光工程によって、圧電ウエハエッチング工程で１度に複数の段差を設けることができる。したがって、圧電ウエハに設けられる圧電素子は、段差の数が多くなっても工数をかけずに生産性を向上させることができる。また、圧電ウエハに設けられる圧電素子は、工数をかけずに圧電素子の主面の端部から圧電素子の主面の中央部に向かって複数の段差を設けることができるので、圧電素子の主面を滑らかな状態に形成することができる。したがって、圧電素子の電気的特性を向上させることができる。

本発明の実施形態における圧電素子ウエハ形成方法の工程を説明するフローチャートである。本発明の実施形態における圧電素子ウエハ形成方法の工程を示す図であり、（ａ）はレジスト膜を形成した状態を示す図であり、（ｂ）は露光の状態を示す図であり、（ｃ）は所定レジスト膜を剥離した状態を示す図であり、（ｄ）は圧電ウエハのエッチングを行った状態を示す図であり、（ｅ）は全レジスト膜を剥離した状態を示す図であり、（ｆ）は段差用レジスト膜を形成した状態を示す図であり、（ｇ）は露光の状態を示す図であり、（ｈ）は段差用レジスト膜を剥離した状態を示す図であり、（ｉ）は圧電ウエハのエッチングを行った状態を示す図であり、（ｊ）は全段差用レジスト膜を剥離した状態を示す図である。本発明の実施形態における圧電素子ウエハの一部を示す図であり、（ａ）はレジスト膜を形成した状態を示す図であり、（ｂ）は露光の状態を示す図であり、（ｃ）は所定レジスト膜を剥離した状態を示す図であり、（ｄ）は圧電ウエハをエッチングにより表面から裏面まで貫通させた状態を示す図であり、（ｅ）は全レジスト膜を剥離した状態を示す図である。従来の圧電素子ウエハ形成方法の工程を説明するフローチャートである。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。また、構成を明確にするために誇張して図示している。なお、本実施形態における主面とは、立体的に形成される圧電ウエハにおいて、最も広い面およびそれと平行する平面をいう。

図１に示されているように、本発明の実施形態における圧電素子ウエハ形成方法は、レジスト膜形成工程（Ｓ１）を行い、次に露光工程（Ｓ２）を行い、次に所定レジスト膜剥離工程（Ｓ３）を行い、次に圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）を行い、次に全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）を行い、次に段差用レジスト膜形成工程（Ｓ６）を行い、次に段差用露光工程（Ｓ７）を行い、次に段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ８）を行い、次に圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）を行い、次に全段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）の後、所望の段差数が形成されたか判定（Ｓ１１）を行う。このとき所望の段差数が形成されていない場合、段差用レジスト膜形成工程（Ｓ６）から全段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）とを繰り返すこととなる。また、所望の段差数が形成された場合、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）を行い、次に露光工程（Ｓ１３）を行い、次に所定レジスト膜剥離工程（Ｓ１４）を行い、次に圧電ウエハ外形エッチング工程（Ｓ１５）を行う。最後に、全レジスト膜剥離工程（Ｓ１６）を経て圧電ウエハ１００に圧電素子１０が複数個形成されることとなる。

圧電ウエハ１００は、例えば結晶軸に対し所定の角度で切断された平板状の水晶よりなり、ポリッシュ加工により荒らされた層を取り除くために、例えばライトエッチングが施されている。

［レジスト膜形成工程（Ｓ１）］
図１および図２（ａ）に示すように、レジスト膜形成工程（Ｓ１）は、圧電ウエハ１００の表裏主面にレジスト膜２０を形成する工程である。このレジスト膜２０は、スピンコート法，電着レジスト法，スプレーコート法等により耐食膜２の圧電ウエハ１００の表裏主面上に形成される。

［露光工程（Ｓ２）］
図１および図２（ｂ）に示すように、露光工程（Ｓ２）は、レジスト膜２０が形成された圧電ウエハ１００を所定の外形パターンが形成されたマスク３０で挟み込んでレジスト膜２０を露光させる工程である。これにより、圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０の面が所定の外形パターンで露光される。

［所定レジスト膜剥離工程（Ｓ３）］
図１および図２（ｃ）に示すように、所定レジスト膜剥離工程（Ｓ３）は、露光工程（Ｓ２）により露光された又は露光されなかった圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０を現像することにより露光された又は露光されなかった圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０を剥離する工程である。また、現像方法は、露光したレジスト膜２０が剥離されるポジ型方法と露光しなかったレジスト膜２０が剥離されるネガ型方法がある。

［圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）］
図１および図２（ｄ）に示すように、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）は、所定のレジスト膜２０が剥離されて露出している圧電ウエハ１００の表裏の表面をエッチングによって所望の深さまで除去し、段差を形成する工程である。つまり、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）において、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分は、エッチングされた圧電ウエハ１００の表裏の表面が０段目１となり、レジスト膜２０で覆われた圧電ウエハ１００の表裏の表面が1段目２となる。

［全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）］
図１および図２（ｅ）に示すように、全レジスト膜剥離工程（Ｓ５）は、圧電ウエハ１００上に形成されたレジスト膜２０を全て剥離する工程である。

［レジスト膜形成工程（Ｓ６）］
図１および図２（ｆ）に示すように、レジスト膜形成工程（Ｓ６）は、圧電ウエハ１００の表裏主面にレジスト膜２０を新たに形成する工程である。このレジスト膜２０は、スピンコート法，電着レジスト法，スプレーコート法等により形成される。

［段差用露光工程（Ｓ７）］
図１および図２（ｇ）に示すように、段差用露光工程（Ｓ７）は、レジスト膜２０が形成された圧電ウエハ１００を所定の外形パターンが形成されたマスク３０で挟み込んでレジスト膜２０を露光させる工程である。これにより、圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０の面が所定の外形パターンで露光される。また、このとき使用するマスク３０の外形パターンは、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の所定の段差となる部分の奇数段部のところが露光しないように形成されている。

［段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ８）］
図１および図２（ｈ）に示すように、段差用レジスト膜剥離工程（Ｓ８）は、段差用露光工程（Ｓ７）により露光された圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０を現像することにより露光された圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０を剥離する工程である。また、現像方法は、露光したレジスト膜２０が剥離されるポジ型方法と露光しなかったレジスト膜２０が剥離されるネガ型方法がある。

［圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）］
図１および図２（ｉ）に示すように、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）は、段差用レジスト膜２０が剥離されて露出している圧電ウエハ１００の表裏の表面をエッチングによって所望の深さまで除去し、段差を形成する工程である。また、段差用レジスト膜２０が剥離されて露出している圧電ウエハ１００は、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の所定の奇数段の段差となる部分にレジスト膜２０が残っているため、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の所定の偶数段の段差となる部分がエッチングされることとなる。つまり、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）において形成された０段目１は、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）においてエッチングされた０段目１の表裏の表面が０ａ段目３となり、レジスト膜２０で覆われた０段目１の表裏の表面が０ｂ段目４となる。また、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ４）において形成された１段目２は、圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）においてエッチングされた１段目２の表裏の表面が１ａ段目５となり、レジスト膜２０で覆われた１段目２の表裏の表面が１ｂ段目６となる。したがって、１回の圧電ウエハエッチング工程（Ｓ９）によって、２倍の段差が形成されることとなる。

［全レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）］
図１および図２（ｊ）に示すように、全レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）は、圧電ウエハ１００上に形成されたレジスト膜２０を全て剥離する工程である。

［所望の段差数が形成されたか判定（Ｓ１１）］
圧電素子１０は、振動エネルギーを圧電素子１０の中心に集中させるために、圧電素子１０の主面の中央部が圧電素子１０の主面の端部より厚く形成する必要があった。また、圧電素子１０は、電気的特性を向上させるため、圧電素子１０の主面の表面を滑らかにする必要があった。これらの条件を満足させるために、圧電素子１０の主面の中央部が圧電素子１０の主面の端部より厚く形成させる方法は、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面の端部から圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面の中央部に向けて複数の段差を設けることにより解決している。また、圧電素子１０の主面の表面を滑らかにする方法は、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面に複数の段差を設け、１段あたりの段差の高さを小さくして圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面を滑らかにしている。つまり、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分に所望の段差数が形成されたかを判定し、所望の段差数が形成されていない場合は、所望の段差数になるまでレジスト膜形成工程（Ｓ６）と全レジスト膜剥離工程（Ｓ１０）とを繰り返す。また、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分に所望の段差数が形成された場合は、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）へと進むことにより解決している。

［レジスト膜形成工程（Ｓ１２）］
図１および図３（ａ）に示すように、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）は、圧電ウエハ１００の表裏主面にレジスト膜２０を新たに形成する工程である。このレジスト膜２０は、スピンコート法，電着レジスト法，スプレーコート法等により形成される。

［露光工程（Ｓ１３）］
図１および図３（ｂ）に示すように、露光工程（Ｓ１３）は、圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０上に圧電素子１０となる部分の１辺を残すように形成された外形パターンを有したマスク３０で挟み込んでレジスト膜２０を露光させる工程である。これにより、圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０上に圧電素子１０となる部分の１辺を残すように形成された所定の外形パターンで露光される。

［所定レジスト膜剥離工程（Ｓ１４）］
図１および図３（ｃ）に示すように、所定レジスト膜剥離工程（Ｓ１４）は、露光工程（Ｓ１３）により露光された又は露光されなかった圧電ウエハ１００の表裏主面に設けられたレジスト膜２０を現像することにより剥離する工程である。また、現像方法は、露光したレジスト膜２０が剥離されるポジ型方法と露光しなかったレジスト膜２０が剥離されるネガ型方法がある。また、レジスト膜２０が剥離される部分は、圧電素子１０となる部分の１辺を残すように形成された所定の外形パターンで露光されているため、圧電素子１０となる部分の他の３辺となる。

［圧電ウエハ外形エッチング工程（Ｓ１５）］
図１および図３（ｄ）に示すように、圧電ウエハ外形エッチング工程（Ｓ１５）は、露出している圧電ウエハ１００の表裏の表面の３辺をエッチングにより圧電ウエハ１００の表面から裏面まで貫通させる工程である。

［全レジスト膜剥離工程（Ｓ１６）］
図１および図３（ｅ）に示すように、全レジスト膜剥離工程（Ｓ１６）は、圧電ウエハ１００上に形成されたレジスト膜２０を全て剥離する工程である。

このように、本発明の実施形態に係る圧電素子ウエハ形成方法を構成したことにより、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分は、従来よりも工数をかけずに圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面の中央部が圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の主面の端部より厚く形成することができる。したがって、本発明による圧電素子ウエハ形成方法は、生産性および信頼性を向上された圧電素子ウエハを形成することができる。また、本発明による圧電素子ウエハ形成方法は、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分に複数の段差を容易に設けることができるため、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の両主面の表面を滑らかな状態に形成することができる。したがって、圧電ウエハ１００の圧電素子１０となる部分の電気的特性が向上する。

１０段目
２１段目
３０ａ段目
４０ｂ段目
５１ａ段目
６１ｂ段目
１０圧電素子
２０レジスト膜
３０マスク
１００圧電ウエハ

Claims

圧電ウエハの表裏の主面にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜を所定の外形パターンで露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された又は露光されなかった前記レジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程と、
前記レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングする圧電ウエハエッチング工程と、
前記圧電ウエハ上の全てのレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程と、
前記圧電ウエハの表裏の主面に段差用レジスト膜を形成する段差用レジスト膜形成工程と、
前記段差用レジスト膜を所定の段差の奇数段となる部分を覆う外形パターンで露光する段差用露光工程と、
前記段差用露光工程により露光された前記段差用レジスト膜を剥離する段差用レジスト膜剥離工程と、
前記段差用レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングする圧電ウエハエッチング工程と、
前記圧電ウエハ上の全ての段差用レジスト膜を剥離する全段差用レジスト膜剥離工程とを含み、
前記圧電ウエハの表裏の主面に所望の段差が形成されるまで前記段差用レジスト膜形成工程と前記全段差用レジスト膜剥離工程とを繰り返し、
前記圧電ウエハの表裏の主面にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜を所定の外形パターンで露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された又は露光されなかった前記レジスト膜を剥離する所定レジスト膜剥離工程と、
前記レジスト膜が剥離されて露出する部分をエッチングにより表面から裏面まで貫通させる圧電ウエハ外形エッチング工程と、
前記圧電ウエハ上の全てのレジスト膜を剥離する全レジスト膜剥離工程とを含んで構成されることを特徴とする圧電素子ウエハ形成方法。