JP4171241B2 - バルク音響波共振器およびフィルタをウェハレベルで同調する方法およびそのためのシステム - Google Patents
バルク音響波共振器およびフィルタをウェハレベルで同調する方法およびそのためのシステム Download PDFInfo
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Description
【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】
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）機械的な波動／音響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素子を作製するとき、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つの並列または分路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１９に図示される。図１９に図示されるように、ＦＢＡＲ素子１は、基板２、下部電極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。下部電極４および上部電極８は、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオビウム（Ｎｂ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、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１０は、電気絶縁体として作用し、圧電体層を保護するために、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、およびポリイミドのような誘電材料から作られることがある。低音響インピーダンス層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チッ化アルミニウム（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、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。その理由から、ＦＢＡＲベースの素子の製造メーカは、素子の作製に直径４インチ以下のウェハを使用する。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】
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】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、一定の許容差内に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、大きな基板上に形成されるデバイスの厚さ不均一性を矯正することによって達成することができる。厚さ変動は、ウェハが個別のチップに切断される前に、すでに上に蒸着されているデバイスの１つまたはそれ以上の層を備えているウェハまたはダイの表面領域から選択的に材料を除去することによって、矯正することができる。その意味合いで、バルク音響波デバイスは、本明細書に説明されるように、１つまたはそれ以上の個別のチップ、またはウェハまたは基板の一部を形成するために、上に蒸着される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、本願に参照されるバルク音響波デバイスは、バルク音響波共振器、積層クリスタルフィルタ、共振器およびフィルタのいずれの組み合わせ、および、共振器およびフィルタの構造的変形例を含む。さらに、１つまたはそれ以上の層がすでにウェハまたは基板上に形成されていても、デバイスは、デバイスの厚さが調整されるときに、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、基板の最上層は、圧電層、上部電極層または他の層であってもよい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このようにして、本発明の第１の態様によると、基板と基板に形成される複数の音響波発生層および制御層とを具備するバルク音響波デバイスを同調する方法が提供され、デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、上部表面層のマッピングによって得られる上部表面層の厚さ不均一プロファイルを備えた表面層厚さとを有し、デバイスは、表面層厚さで変動する共振周波数を有し、共振周波数は上部表面層の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、
上部表面層の上部に、マスク材料から作られるマスクを提供する工程と、
少なくとも１つのマスクの領域からマスク材料を除去するために、マスク上にエッチング媒体を提供して上部表面層の対応する表面領域をエッチング媒体に露出する工程と、
上部表面層の所望の厚さに到達するまで露出された表面領域で上部表面層から表面材料の一部を除去しながら、同時にマスク材料を除去して露出された表面領域を修正する工程と、
を含む。
【０００７】
デバイスの上部表面層は、音響波発生層および制御層のいずれの１つであってもよく、上部表面層の所望の厚さに到達したのちに、１つまたはそれ以上の層を上部表面層の上部に作ることができる。したがって、上部表面層は、上部電極層、圧電層または保護層であってもよい。
【０００８】
好ましくは、マスク材料はフォトレジスト材料であり、マスクのさらなる不均一性は、フォトレジスト材料の光ビームに対する露出深さを制御することによって達成され、露出深さは、上部表面層の厚さ不均一性に基づいて変動する。
【０００９】
光ビームの強度プロファイルを制御して、制御された露出深さを達成することが可能である。
【００１０】
顔料をフォトレジスト材料に導入して、露出深さを制御するために光ビームを減衰することが可能である。
【００１１】
マスク材料が誘電体材料であることが可能であり、マスクのさらなる不均一性は、レーザ融蝕法で誘電体材料をトリミングすることによって達成される。
【００１２】
上部表面層の厚さ不均一性は、上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備することが可能であり、マスクは、上部表面層の複数の場所に対応する複数の部分を有する。
【００１３】
好ましくは、マスク材料は誘電体材料であり、レーザビームを使用してマスクの複数の部分を選択的に除去する。
【００１４】
好ましくは、エッチング剤は、イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームを具備する。
【００１５】
エッチング剤は、反応イオンエッチング法に使用される反応イオンビームを具備することが可能である。
【００１６】
エッチング剤は、化学補助イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームおよび１つまたはそれ以上の化学薬剤を具備することが可能である。
【００１７】
上部表面層の上部にマスクを提供する前に、デバイスの厚さをマッピングしてデバイス表面の厚さ不均一プロファイルを決定することが好ましく、マッピングは、厚さプロファイル測定装置または共振周波数測定装置で実行することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様によると、基板と基板に形成される複数の音響波発生層および制御層と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って、デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、上部表面層にわたる厚さ不均一プロファイルを備えた厚さとを有し、バルク音響波デバイスは共振周波数を有し、これは上部表面層の厚さによって部分的に変動し、共振周波数は、上部表面層に設けられたマスク材料から作られたマスクを通して上部表面層の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、
デバイスの上に位置するマスク材料を除去するための手段と、
マスクの上に位置し、マスク上にエッチング媒体を提供して、少なくとも１つのマスクの領域からマスク材料を除去して上部表面層の対応する表面領域をエッチング媒体に露出するための、かつ、上部表面層の所望の厚さに到達するまで露出された表面領域で上部表面層から表面材料の一部を除去しながら、同時にマスク材料を除去して露出された表面領域を修正するための手段と、
を具備する。
【００１９】
好ましくは、マスク材料はフォトレジスト材料であり、システムは、フォトレジスト材料を露光するための光源をさらに具備し、光源は、不均一な強度プロファイルを有して、デバイス表面にわたるフォトレジスト材料の露光深さを制御する。
【００２０】
マスク材料が誘電体材料であり、システムは、誘電体材料をトリミングするためのレーザ光源と、デバイス表面にわたる光ビーム強度を変動するための手段と、をさらに具備することが可能である。
【００２１】
レーザ光源をデバイス表面に対して面に沿う方向へ動かして、誘電体材料を１度に１スポットずつトリミングすることも可能である。
【００２２】
上部表面層の厚さ不均一プロファイルは、上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備し、マスクが複数の場所に対応する複数の部分を具備することも可能である。
【００２３】
マスク材料は誘電体材料であり、システムはマスクの不均一プロファイルにしたがって誘電体材料を除去するための粒子ビームをさらに具備することが可能である。粒子ビームは、イオンビームエッチング法に使用されるイオンビーム、反応イオンエッチング法に使用される反応イオンビーム、化学補助イオンビームエッチング法に使用されるイオンビーム、または、スパッタリング法に使用されるビームであってもよい。
【００２４】
システムは、厚さ調整の前に、デバイス表面の厚さ不均一プロファイルをマッピングする機構も具備することが好ましい。好ましくは、マッピング機構は、デバイス表面の異なる場所で周波数を測定するために周波数測定装置を具備する。厚さ測定装置を使用して、異なる場所で除去されるべき材料の量を決定することも可能である。
【００２５】
本発明は、図１ないし１８に関連して、説明を読めば明らかになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、上部表面層３０と、基板２２に形成された複数のミラー層２４とを有するバルク音響波デバイス２０を例示する断面図である。ミラー層のいくつかは、パターン化されている。基板２２は、シリコン、ガリウム砒素、ガラスまたは他の材料から作ることができる。上部表面層３０は、上部電極および下部電極を有する複数の共振器を具備してもよいが、圧電層、下部電極層または上部電極層を表わしてもよい。バルク音響波発生または制御層が、薄膜蒸着法でウェハ上に形成されるときには、層は通常、縁部分よりも中心部分のほうが厚い（図１７）。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可能な許容差を上回ることがある。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プロファイルが許容差内に入るようにすることが望ましい。上部表面層の厚さ不均一プロファイル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共振器３１ないし３６が図２に示される。しかし、いくつかの共振器の厚さを減少することによって、上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少することができ、それによって、各共振器の周波数が許容差内に入るようになる。
【００２７】
デバイス２０の上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少するために、不均一なエッチングマスクが、エッチングのために上部層３０の上部に設けられる。図１ないし４は、そのような不均一なエッチングマスクを準備をする方法を示す。フォトレジスト層４０が、デバイス２０の上部表面層３０に設けられることが好ましい。図４に示されるように、制御された方法でフォトレジスト層４０の厚さを減少してエッチングマスク４４を作るために、光源１００を使用して、フォトレジスト層４０を露光する。図４に示されるように、エッチングマスク４４は、上部表面層３０の厚さ不均一性を部分的に補う厚さ不均一プロファイルを有する。縁部分よりも中心部分で上部表面層３０の厚さをより減少することが好ましいばあい、縁部分よりも中心部分のほうが薄いエッチングマスクを作ることが可能である（図４参照）。したがって、フォトレジスト層４０の露光深さは、縁部分よりも中心部分のほうが大きくなければならない。この露光深さの差を達成する１つの方法は、図３に示されるように、不均一な光ビーム１０２を使用して、フォトレジスト層４０の中央部分に縁部分より強い露光量を与えることである。フォトレジスト層４０の露光部分は、参照符号４２が付されている。図示のように、光ビーム１０２は、不均一な強度プロファイルを有する。ビーム形成装置（図示せず）または不均一な光フィルタ（図示せず）を使用して、不均一な光ビーム１０２を達成することが可能である。露出フォトレジスト層４０が現像されて洗浄されたのち、図４に示されるように、不均一なエッチングマスク４４が得られる。
【００２８】
図５に示されるように、エッチングマスク４４とともに、デバイス２０は、エッチングのためにエッチング装置１５０の下に置かれる。たとえば、エッチング装置１５０がイオンビームエッチング（ＩＢＥ）のために使用されるばあい、エッチング媒体は、参照符号１５２が付されるイオンビームである。同様に、反応イオンビームを反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法に使用することができ、イオン化されたアルゴンガスおよび塩素を化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）法に使用することができる。ビーム１５２は、均一であっても不均一であってもよい。ビーム１５２が表面に当たると、その一部を除去する。このようにして、エッチングマスク４４の一部がエッチングされて除去部分５０となり、上部表面層３０の一部をビーム１５２へ露出する。図６に示されるように、共振器３３および３４が、いまはビーム１５２に露出されている。上部表面層３０の露出部分およびエッチングマスク４４の残りの部分４４′がさらなるエッチングを受けると、共振器３３および３４の厚さが減少し、エッチングマスクの除去部分５０が広くなる。図７に示されるように、残りのマスク部分４４′がさらに減少して、除去部分５０′を有するより薄い部分４４”になるときに、減少した上部表面層３０′の厚さ不均一性は、許容差内に入る。したがって、減少した上部表面層３０′をさらに除去する必要はない。図７に示されるように、共振器３１ないし３６の厚さは同一でなくてもよいが、デバイスの共振周波数の広がりは規定内に入る。このようにして、所望の均一性に到達すると、エッチングマスクの残りの部分４４”が剥ぎ取られる。結果として得られた上部表面層３０′が図８に示される。
【００２９】
この過程において、図２ないし７に関連して説明したように、フォトレジスト材料で作られたエッチングマスクが使用される。エッチングマスクに誘電体材料を使用することが可能である。たとえば、図９に示されるように、誘電体層６０が上部表面層３０の上部に設けられる。誘電体層６０は、レーザ融蝕法でレーザビームによってトリミングするかまたは減少することができる。図示のように、レーザ１１０を使用して、出力ビーム１１４が不均一になるように、レーザビームをビーム整形装置１１２へ提供する。あるいは、より狭いレーザビーム１１５を使用して、誘電体層６０を１度に１スポットずつトリミングし、走査機構１４０を使用して、レーザビーム１１５を、矢印１１７で示されるように側面に沿う方向に他の場所へ動かす。目標は、図１１に示されるように、不均一なエッチングマスク６４を作ることである。上部表面層３０は、エッチングマスク６４とともに、図５ないし７に例示された方法工程に類似したエッチングを受ける。上部表面層３０の一部を選択的に除去するために、他の方法を使用して不均一なエッチングマスクを作ることことも可能であることに注意しなければならない。たとえば、イオンビームを使用して、誘電体層の厚さを１度に１スポットずつ減少して、図１１に示されるようなエッチングマスク６４に類似した不均一なエッチングマスクを作ることができる。図１２に示されるように、レーザビーム１１５を使用して、複数の部分７２ないし７５で１度に１つの部分ずつエッチングマスク６６を選択的に除去することも可能である。複数の部分７２ないし７５は、上部表面層が厚さ調整を必要とする上部表面層３０の場所３２ないし３５に対応している。図１２に示されるように、部分７２ないし７４の深さは同一ではなくてもよい。深さは、場所３２ないし３５で必要とされる厚さ調整で変動する。このようして、エッチングマスク６６の厚さ不均一プロファイルは、デバイス２０の上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルに基づいていると言うことができる。
【００３０】
エッチングマスク６６とともに、デバイス２０は、図１３に示されるように、エッチングのためにエッチングビーム１５２を有するエッチング装置１５０の下に置かれる。ビーム１５２がエッチングマスク６６に当たると、その一部を除去する。図１４に示されるように、マスクの残りの部分６６′は、除去部分５２を有し、共振器３３および３４をビーム１５２に露出する。マスク６０の除去された部分７２ないし７５も、エッチングビーム１５２によって、部分７２′ないし７５′へ減少される。この過程は、上部表面層３０の所望の厚さ均一性に到達するまで続けられる。
【００３１】
図１１、１２に示されるように、上部表面層３０のエッチングマスク４４、６４または６６を作る前に、上部表面層３０の厚さ不均一性が全面測定（マッピング）されることが好適である。図１５に示されるように、周波数測定装置１７０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の個別共振器３１ないし３６の共振周波数を測定することが必要である。なお、これらの構成要素の共振周波数を測定するためには、ウェハに上部電極層を形成しパターン化することが必要である。周波数プロファイル１９０に基づいて、上部表面層３０から除去すべき材料の量を計算することが可能である。図１５に示されるように、プロファイルマッピングシステム１７０は、周波数測定装置１７２と、デバイス２０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１７）。
【００３２】
図１６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をマッピング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の厚さを直接測定する。
【００３３】
図１７は、ウェハの上に形成される複数の音響波発生制御層を備えたウェハの不均一厚さプロファイルを例示する厚さチャートである。とくに、図１７は、ナノメートルで表わされる圧電体（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ばあい、層にわたる厚さ変動は約±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。
【００３４】
図１８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。図示のように、工程２０２で、周波数測定装置（図１５）または厚さ測定装置（図１６）を使用して、デバイス２０の表面をマッピングする。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、表面厚さが許容差内に入るばあい、マッピングされた表面の上部に新しい層を加えてもよい。そうでなければ、工程２０６で、エッチングマスク４４、６４または６６がデバイス２０上に設けられる。工程２０８でイオンビーム１５２（図５ないし７、１３および１４）がエッチングマスク４４、６４または６６上に加えられ、エッチングマスクおよび上部表面層３０（図５ないし７、１３および１４）の一部を除去する。上部表面層３０の厚さが調整されたのちに、工程２１０で、上部表面層３０の厚さ不均一性が許容差内に入るか否かが決定される。上部表面層３０からもはや多くの材料を除去する必要がないばあい、工程２１１でエッチングマスクが除去される。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、調整された表面層の上部に１つまたはそれ以上の新しい層が加えられたのちに、工程２０２で、デバイスの表面プロファイルが再度マッピングされ、デバイスが規定にしたがって作られているか否かが決定される。
【００３５】
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ように、ウェハの表面積が大幅に大きいときにとくに有用である。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トリミングすることによって、ＦＢＡＲ製造過程の歩留まりを増加することができる。厚さ調整過程は、個別にかつ続けて実行して、ＦＢＡＲに基づいた装置の１つまたはそれ以上の層を調整することができる。表面層の材料を部分的に除去して、周波数をトリミングするばあい、ＩＢＥまたはＲＩＢＥ等のドライエッチング法を使用して表面をトリミングすることが好適である。しかし、スパッタリング等の他の表面除去法を使用して、同一の目的を達成することができる。上部および下部の電極層の製造が、一般に、電極層のおのおの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、当分野においては公知である。パターン化工程は、それぞれの電極層の厚さを調整したのちに実行されることが好適である。しかし、厚さ調整前にパターン化工程を実行することも可能である。
【００３６】
図２ないし４に関連して説明されたように、フォトレジスト層４０が、不均一な強度プロファイルを有する光ビーム１０２に露光されて、エッチングマスク４４を作る。異なる場所でのフォトレジスト層４０の露光深さを制御して、厚さ不均一プロファイルを備えたエッチングマスクを作らなければならない。フォトレジスト材料に適切な量の顔料を導入して光ビーム１０２を減衰し、それによって異なる場所で光ビーム１０２の浸透深さを制御することが可能である。フォトレジスト層４０において、充分に露出した部分４２は、フォトレジスト層４０が現像されて洗浄されたのちに除去される。加えられた顔料は、フォトレジストのより低い部分が充分に露出されるのを防止する。
【００３７】
上部および下部の電極層の製造が、一般に、電極層のおのおの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、当分野においては公知である。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。
【００３８】
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。それらのすべてが同調しなければならないいくつかの共振器を含むが、それらをすべてのばあいに並列共振器またはシャント共振器と呼ぶことはできない。平衡フィルタがそのようなフィルタタイプの例である。
【００３９】
さらに、上述のように、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目的は、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によって、必ずしも最上層を完全に平らにすることはない。言い替えると、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、均一ではない圧電層の上にある上部電極層であるばあい、たとえ上部電極層自体が均一であったとしても、上部電極層をトリミングする理由は、圧電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、下部層または圧電層等の単一層であってもよいが、表面層はまた、上部電極層および圧電層の組み合わせ等の、層の組み合わせであってもよい。
【００４０】
このようにして、本発明はその好適な実施形態に関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さまざまな他の変更、省略および変形がなされることは、当業者には理解される。
【００４１】
【発明の効果】
バルク音響波デバイスを、面積の大きい基板またはウェハ上に形成する場合に発生するデバイスの厚さの不均一性に対して、その厚さの不均一性を補正するような厚さの不均一性を有するエッチングマスクを用いてデバイスの厚さの不均一性を補正するので、大きい面積の基板またはウェハ上に動作周波数の均一な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】デバイスの上部表面層の厚さ不均一性を例示する簡略化したバルク音響波デバイスの断面図である。
【図２】デバイスの上部表面層の上部に設けられたフォトレジスト層を例示する断面図である。
【図３】フォトレジスト材料を露出するための不均一な強度プロファイルを有する光源を例示する概略図である。
【図４】デバイスの上部表面層の厚さ不均一性に部分的に基づいた厚さ不均一プロファイルを有するエッチングマスクを例示する断面図である。
【図５】エッチング過程でエッチング剤によって除去されているエッチングマスクの一部を例示する概略図である。
【図６】上部表面層の露出部分とエッチング過程でさらに減少されているエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図７】上部表面層の実質的な部分とエッチング過程で大半が除去されているエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図８】エッチングマスクが剥ぎ取られたのちの上部表面層を示すバルク音響波デバイスの断面図である。
【図９】誘電体マスクの上部表面を減少するために使用されている不均一な強度プロファイルを有するレーザ光源を例示する概略図である。
【図１０】誘電体マスクの上部表面を減少するために使用されているレーザ光源およびスキャン機構を例示する概略図である。
【図１１】デバイスの上部表面の厚さ不均一性に部分的に基づいた厚さ不均一プロファイルを有する誘電体マスクを例示する断面図である。
【図１２】エッチングマスクの複数の部分を選択的に除去するために使用されるレーザビームを例示する断面図である。
【図１３】エッチング過程でエッチング剤によって除去されている図１２のエッチングマスクの一部を例示する断面図である。
【図１４】上部表面層の露出部分とエッチング過程でさらに減少されている図１２のエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図１５】本発明による、共振周波数を測定することによってバルク音響波デバイスをマッピングするためのシステムを例示する概略図である。
【図１６】本発明による、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をマッピングするためのシステムを例示する概略図である。
【図１７】上に作られる複数の音響波発生層および制御層を備えたウェハの不均一厚さプロファイルを例示する厚さチャートである。
【図１８】本発明による、バルク音響波デバイスを同調するための工程を例示するフローチャートである。
【図１９】基板に形成される複数の層を例示する典型的なバルク音響波デバイスの断面図である。
【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】
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）機械的な波動／音響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素子を作製するとき、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つの並列または分路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１９に図示される。図１９に図示されるように、ＦＢＡＲ素子１は、基板２、下部電極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。下部電極４および上部電極８は、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオビウム（Ｎｂ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、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１０は、電気絶縁体として作用し、圧電体層を保護するために、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、およびポリイミドのような誘電材料から作られることがある。低音響インピーダンス層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チッ化アルミニウム（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、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。その理由から、ＦＢＡＲベースの素子の製造メーカは、素子の作製に直径４インチ以下のウェハを使用する。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】
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】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、一定の許容差内に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、大きな基板上に形成されるデバイスの厚さ不均一性を矯正することによって達成することができる。厚さ変動は、ウェハが個別のチップに切断される前に、すでに上に蒸着されているデバイスの１つまたはそれ以上の層を備えているウェハまたはダイの表面領域から選択的に材料を除去することによって、矯正することができる。その意味合いで、バルク音響波デバイスは、本明細書に説明されるように、１つまたはそれ以上の個別のチップ、またはウェハまたは基板の一部を形成するために、上に蒸着される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、本願に参照されるバルク音響波デバイスは、バルク音響波共振器、積層クリスタルフィルタ、共振器およびフィルタのいずれの組み合わせ、および、共振器およびフィルタの構造的変形例を含む。さらに、１つまたはそれ以上の層がすでにウェハまたは基板上に形成されていても、デバイスは、デバイスの厚さが調整されるときに、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、基板の最上層は、圧電層、上部電極層または他の層であってもよい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このようにして、本発明の第１の態様によると、基板と基板に形成される複数の音響波発生層および制御層とを具備するバルク音響波デバイスを同調する方法が提供され、デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、上部表面層のマッピングによって得られる上部表面層の厚さ不均一プロファイルを備えた表面層厚さとを有し、デバイスは、表面層厚さで変動する共振周波数を有し、共振周波数は上部表面層の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、
上部表面層の上部に、マスク材料から作られるマスクを提供する工程と、
少なくとも１つのマスクの領域からマスク材料を除去するために、マスク上にエッチング媒体を提供して上部表面層の対応する表面領域をエッチング媒体に露出する工程と、
上部表面層の所望の厚さに到達するまで露出された表面領域で上部表面層から表面材料の一部を除去しながら、同時にマスク材料を除去して露出された表面領域を修正する工程と、
を含む。
【０００７】
デバイスの上部表面層は、音響波発生層および制御層のいずれの１つであってもよく、上部表面層の所望の厚さに到達したのちに、１つまたはそれ以上の層を上部表面層の上部に作ることができる。したがって、上部表面層は、上部電極層、圧電層または保護層であってもよい。
【０００８】
好ましくは、マスク材料はフォトレジスト材料であり、マスクのさらなる不均一性は、フォトレジスト材料の光ビームに対する露出深さを制御することによって達成され、露出深さは、上部表面層の厚さ不均一性に基づいて変動する。
【０００９】
光ビームの強度プロファイルを制御して、制御された露出深さを達成することが可能である。
【００１０】
顔料をフォトレジスト材料に導入して、露出深さを制御するために光ビームを減衰することが可能である。
【００１１】
マスク材料が誘電体材料であることが可能であり、マスクのさらなる不均一性は、レーザ融蝕法で誘電体材料をトリミングすることによって達成される。
【００１２】
上部表面層の厚さ不均一性は、上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備することが可能であり、マスクは、上部表面層の複数の場所に対応する複数の部分を有する。
【００１３】
好ましくは、マスク材料は誘電体材料であり、レーザビームを使用してマスクの複数の部分を選択的に除去する。
【００１４】
好ましくは、エッチング剤は、イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームを具備する。
【００１５】
エッチング剤は、反応イオンエッチング法に使用される反応イオンビームを具備することが可能である。
【００１６】
エッチング剤は、化学補助イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームおよび１つまたはそれ以上の化学薬剤を具備することが可能である。
【００１７】
上部表面層の上部にマスクを提供する前に、デバイスの厚さをマッピングしてデバイス表面の厚さ不均一プロファイルを決定することが好ましく、マッピングは、厚さプロファイル測定装置または共振周波数測定装置で実行することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様によると、基板と基板に形成される複数の音響波発生層および制御層と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って、デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、上部表面層にわたる厚さ不均一プロファイルを備えた厚さとを有し、バルク音響波デバイスは共振周波数を有し、これは上部表面層の厚さによって部分的に変動し、共振周波数は、上部表面層に設けられたマスク材料から作られたマスクを通して上部表面層の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、
デバイスの上に位置するマスク材料を除去するための手段と、
マスクの上に位置し、マスク上にエッチング媒体を提供して、少なくとも１つのマスクの領域からマスク材料を除去して上部表面層の対応する表面領域をエッチング媒体に露出するための、かつ、上部表面層の所望の厚さに到達するまで露出された表面領域で上部表面層から表面材料の一部を除去しながら、同時にマスク材料を除去して露出された表面領域を修正するための手段と、
を具備する。
【００１９】
好ましくは、マスク材料はフォトレジスト材料であり、システムは、フォトレジスト材料を露光するための光源をさらに具備し、光源は、不均一な強度プロファイルを有して、デバイス表面にわたるフォトレジスト材料の露光深さを制御する。
【００２０】
マスク材料が誘電体材料であり、システムは、誘電体材料をトリミングするためのレーザ光源と、デバイス表面にわたる光ビーム強度を変動するための手段と、をさらに具備することが可能である。
【００２１】
レーザ光源をデバイス表面に対して面に沿う方向へ動かして、誘電体材料を１度に１スポットずつトリミングすることも可能である。
【００２２】
上部表面層の厚さ不均一プロファイルは、上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備し、マスクが複数の場所に対応する複数の部分を具備することも可能である。
【００２３】
マスク材料は誘電体材料であり、システムはマスクの不均一プロファイルにしたがって誘電体材料を除去するための粒子ビームをさらに具備することが可能である。粒子ビームは、イオンビームエッチング法に使用されるイオンビーム、反応イオンエッチング法に使用される反応イオンビーム、化学補助イオンビームエッチング法に使用されるイオンビーム、または、スパッタリング法に使用されるビームであってもよい。
【００２４】
システムは、厚さ調整の前に、デバイス表面の厚さ不均一プロファイルをマッピングする機構も具備することが好ましい。好ましくは、マッピング機構は、デバイス表面の異なる場所で周波数を測定するために周波数測定装置を具備する。厚さ測定装置を使用して、異なる場所で除去されるべき材料の量を決定することも可能である。
【００２５】
本発明は、図１ないし１８に関連して、説明を読めば明らかになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、上部表面層３０と、基板２２に形成された複数のミラー層２４とを有するバルク音響波デバイス２０を例示する断面図である。ミラー層のいくつかは、パターン化されている。基板２２は、シリコン、ガリウム砒素、ガラスまたは他の材料から作ることができる。上部表面層３０は、上部電極および下部電極を有する複数の共振器を具備してもよいが、圧電層、下部電極層または上部電極層を表わしてもよい。バルク音響波発生または制御層が、薄膜蒸着法でウェハ上に形成されるときには、層は通常、縁部分よりも中心部分のほうが厚い（図１７）。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可能な許容差を上回ることがある。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プロファイルが許容差内に入るようにすることが望ましい。上部表面層の厚さ不均一プロファイル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共振器３１ないし３６が図２に示される。しかし、いくつかの共振器の厚さを減少することによって、上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少することができ、それによって、各共振器の周波数が許容差内に入るようになる。
【００２７】
デバイス２０の上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルを減少するために、不均一なエッチングマスクが、エッチングのために上部層３０の上部に設けられる。図１ないし４は、そのような不均一なエッチングマスクを準備をする方法を示す。フォトレジスト層４０が、デバイス２０の上部表面層３０に設けられることが好ましい。図４に示されるように、制御された方法でフォトレジスト層４０の厚さを減少してエッチングマスク４４を作るために、光源１００を使用して、フォトレジスト層４０を露光する。図４に示されるように、エッチングマスク４４は、上部表面層３０の厚さ不均一性を部分的に補う厚さ不均一プロファイルを有する。縁部分よりも中心部分で上部表面層３０の厚さをより減少することが好ましいばあい、縁部分よりも中心部分のほうが薄いエッチングマスクを作ることが可能である（図４参照）。したがって、フォトレジスト層４０の露光深さは、縁部分よりも中心部分のほうが大きくなければならない。この露光深さの差を達成する１つの方法は、図３に示されるように、不均一な光ビーム１０２を使用して、フォトレジスト層４０の中央部分に縁部分より強い露光量を与えることである。フォトレジスト層４０の露光部分は、参照符号４２が付されている。図示のように、光ビーム１０２は、不均一な強度プロファイルを有する。ビーム形成装置（図示せず）または不均一な光フィルタ（図示せず）を使用して、不均一な光ビーム１０２を達成することが可能である。露出フォトレジスト層４０が現像されて洗浄されたのち、図４に示されるように、不均一なエッチングマスク４４が得られる。
【００２８】
図５に示されるように、エッチングマスク４４とともに、デバイス２０は、エッチングのためにエッチング装置１５０の下に置かれる。たとえば、エッチング装置１５０がイオンビームエッチング（ＩＢＥ）のために使用されるばあい、エッチング媒体は、参照符号１５２が付されるイオンビームである。同様に、反応イオンビームを反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法に使用することができ、イオン化されたアルゴンガスおよび塩素を化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）法に使用することができる。ビーム１５２は、均一であっても不均一であってもよい。ビーム１５２が表面に当たると、その一部を除去する。このようにして、エッチングマスク４４の一部がエッチングされて除去部分５０となり、上部表面層３０の一部をビーム１５２へ露出する。図６に示されるように、共振器３３および３４が、いまはビーム１５２に露出されている。上部表面層３０の露出部分およびエッチングマスク４４の残りの部分４４′がさらなるエッチングを受けると、共振器３３および３４の厚さが減少し、エッチングマスクの除去部分５０が広くなる。図７に示されるように、残りのマスク部分４４′がさらに減少して、除去部分５０′を有するより薄い部分４４”になるときに、減少した上部表面層３０′の厚さ不均一性は、許容差内に入る。したがって、減少した上部表面層３０′をさらに除去する必要はない。図７に示されるように、共振器３１ないし３６の厚さは同一でなくてもよいが、デバイスの共振周波数の広がりは規定内に入る。このようにして、所望の均一性に到達すると、エッチングマスクの残りの部分４４”が剥ぎ取られる。結果として得られた上部表面層３０′が図８に示される。
【００２９】
この過程において、図２ないし７に関連して説明したように、フォトレジスト材料で作られたエッチングマスクが使用される。エッチングマスクに誘電体材料を使用することが可能である。たとえば、図９に示されるように、誘電体層６０が上部表面層３０の上部に設けられる。誘電体層６０は、レーザ融蝕法でレーザビームによってトリミングするかまたは減少することができる。図示のように、レーザ１１０を使用して、出力ビーム１１４が不均一になるように、レーザビームをビーム整形装置１１２へ提供する。あるいは、より狭いレーザビーム１１５を使用して、誘電体層６０を１度に１スポットずつトリミングし、走査機構１４０を使用して、レーザビーム１１５を、矢印１１７で示されるように側面に沿う方向に他の場所へ動かす。目標は、図１１に示されるように、不均一なエッチングマスク６４を作ることである。上部表面層３０は、エッチングマスク６４とともに、図５ないし７に例示された方法工程に類似したエッチングを受ける。上部表面層３０の一部を選択的に除去するために、他の方法を使用して不均一なエッチングマスクを作ることことも可能であることに注意しなければならない。たとえば、イオンビームを使用して、誘電体層の厚さを１度に１スポットずつ減少して、図１１に示されるようなエッチングマスク６４に類似した不均一なエッチングマスクを作ることができる。図１２に示されるように、レーザビーム１１５を使用して、複数の部分７２ないし７５で１度に１つの部分ずつエッチングマスク６６を選択的に除去することも可能である。複数の部分７２ないし７５は、上部表面層が厚さ調整を必要とする上部表面層３０の場所３２ないし３５に対応している。図１２に示されるように、部分７２ないし７４の深さは同一ではなくてもよい。深さは、場所３２ないし３５で必要とされる厚さ調整で変動する。このようして、エッチングマスク６６の厚さ不均一プロファイルは、デバイス２０の上部表面層３０の厚さ不均一プロファイルに基づいていると言うことができる。
【００３０】
エッチングマスク６６とともに、デバイス２０は、図１３に示されるように、エッチングのためにエッチングビーム１５２を有するエッチング装置１５０の下に置かれる。ビーム１５２がエッチングマスク６６に当たると、その一部を除去する。図１４に示されるように、マスクの残りの部分６６′は、除去部分５２を有し、共振器３３および３４をビーム１５２に露出する。マスク６０の除去された部分７２ないし７５も、エッチングビーム１５２によって、部分７２′ないし７５′へ減少される。この過程は、上部表面層３０の所望の厚さ均一性に到達するまで続けられる。
【００３１】
図１１、１２に示されるように、上部表面層３０のエッチングマスク４４、６４または６６を作る前に、上部表面層３０の厚さ不均一性が全面測定（マッピング）されることが好適である。図１５に示されるように、周波数測定装置１７０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の個別共振器３１ないし３６の共振周波数を測定することが必要である。なお、これらの構成要素の共振周波数を測定するためには、ウェハに上部電極層を形成しパターン化することが必要である。周波数プロファイル１９０に基づいて、上部表面層３０から除去すべき材料の量を計算することが可能である。図１５に示されるように、プロファイルマッピングシステム１７０は、周波数測定装置１７２と、デバイス２０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１７）。
【００３２】
図１６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をマッピング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の厚さを直接測定する。
【００３３】
図１７は、ウェハの上に形成される複数の音響波発生制御層を備えたウェハの不均一厚さプロファイルを例示する厚さチャートである。とくに、図１７は、ナノメートルで表わされる圧電体（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ばあい、層にわたる厚さ変動は約±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。
【００３４】
図１８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。図示のように、工程２０２で、周波数測定装置（図１５）または厚さ測定装置（図１６）を使用して、デバイス２０の表面をマッピングする。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、表面厚さが許容差内に入るばあい、マッピングされた表面の上部に新しい層を加えてもよい。そうでなければ、工程２０６で、エッチングマスク４４、６４または６６がデバイス２０上に設けられる。工程２０８でイオンビーム１５２（図５ないし７、１３および１４）がエッチングマスク４４、６４または６６上に加えられ、エッチングマスクおよび上部表面層３０（図５ないし７、１３および１４）の一部を除去する。上部表面層３０の厚さが調整されたのちに、工程２１０で、上部表面層３０の厚さ不均一性が許容差内に入るか否かが決定される。上部表面層３０からもはや多くの材料を除去する必要がないばあい、工程２１１でエッチングマスクが除去される。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、調整された表面層の上部に１つまたはそれ以上の新しい層が加えられたのちに、工程２０２で、デバイスの表面プロファイルが再度マッピングされ、デバイスが規定にしたがって作られているか否かが決定される。
【００３５】
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ように、ウェハの表面積が大幅に大きいときにとくに有用である。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トリミングすることによって、ＦＢＡＲ製造過程の歩留まりを増加することができる。厚さ調整過程は、個別にかつ続けて実行して、ＦＢＡＲに基づいた装置の１つまたはそれ以上の層を調整することができる。表面層の材料を部分的に除去して、周波数をトリミングするばあい、ＩＢＥまたはＲＩＢＥ等のドライエッチング法を使用して表面をトリミングすることが好適である。しかし、スパッタリング等の他の表面除去法を使用して、同一の目的を達成することができる。上部および下部の電極層の製造が、一般に、電極層のおのおの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、当分野においては公知である。パターン化工程は、それぞれの電極層の厚さを調整したのちに実行されることが好適である。しかし、厚さ調整前にパターン化工程を実行することも可能である。
【００３６】
図２ないし４に関連して説明されたように、フォトレジスト層４０が、不均一な強度プロファイルを有する光ビーム１０２に露光されて、エッチングマスク４４を作る。異なる場所でのフォトレジスト層４０の露光深さを制御して、厚さ不均一プロファイルを備えたエッチングマスクを作らなければならない。フォトレジスト材料に適切な量の顔料を導入して光ビーム１０２を減衰し、それによって異なる場所で光ビーム１０２の浸透深さを制御することが可能である。フォトレジスト層４０において、充分に露出した部分４２は、フォトレジスト層４０が現像されて洗浄されたのちに除去される。加えられた顔料は、フォトレジストのより低い部分が充分に露出されるのを防止する。
【００３７】
上部および下部の電極層の製造が、一般に、電極層のおのおの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、当分野においては公知である。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。
【００３８】
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。それらのすべてが同調しなければならないいくつかの共振器を含むが、それらをすべてのばあいに並列共振器またはシャント共振器と呼ぶことはできない。平衡フィルタがそのようなフィルタタイプの例である。
【００３９】
さらに、上述のように、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目的は、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によって、必ずしも最上層を完全に平らにすることはない。言い替えると、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、均一ではない圧電層の上にある上部電極層であるばあい、たとえ上部電極層自体が均一であったとしても、上部電極層をトリミングする理由は、圧電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、下部層または圧電層等の単一層であってもよいが、表面層はまた、上部電極層および圧電層の組み合わせ等の、層の組み合わせであってもよい。
【００４０】
このようにして、本発明はその好適な実施形態に関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さまざまな他の変更、省略および変形がなされることは、当業者には理解される。
【００４１】
【発明の効果】
バルク音響波デバイスを、面積の大きい基板またはウェハ上に形成する場合に発生するデバイスの厚さの不均一性に対して、その厚さの不均一性を補正するような厚さの不均一性を有するエッチングマスクを用いてデバイスの厚さの不均一性を補正するので、大きい面積の基板またはウェハ上に動作周波数の均一な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】デバイスの上部表面層の厚さ不均一性を例示する簡略化したバルク音響波デバイスの断面図である。
【図２】デバイスの上部表面層の上部に設けられたフォトレジスト層を例示する断面図である。
【図３】フォトレジスト材料を露出するための不均一な強度プロファイルを有する光源を例示する概略図である。
【図４】デバイスの上部表面層の厚さ不均一性に部分的に基づいた厚さ不均一プロファイルを有するエッチングマスクを例示する断面図である。
【図５】エッチング過程でエッチング剤によって除去されているエッチングマスクの一部を例示する概略図である。
【図６】上部表面層の露出部分とエッチング過程でさらに減少されているエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図７】上部表面層の実質的な部分とエッチング過程で大半が除去されているエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図８】エッチングマスクが剥ぎ取られたのちの上部表面層を示すバルク音響波デバイスの断面図である。
【図９】誘電体マスクの上部表面を減少するために使用されている不均一な強度プロファイルを有するレーザ光源を例示する概略図である。
【図１０】誘電体マスクの上部表面を減少するために使用されているレーザ光源およびスキャン機構を例示する概略図である。
【図１１】デバイスの上部表面の厚さ不均一性に部分的に基づいた厚さ不均一プロファイルを有する誘電体マスクを例示する断面図である。
【図１２】エッチングマスクの複数の部分を選択的に除去するために使用されるレーザビームを例示する断面図である。
【図１３】エッチング過程でエッチング剤によって除去されている図１２のエッチングマスクの一部を例示する断面図である。
【図１４】上部表面層の露出部分とエッチング過程でさらに減少されている図１２のエッチングマスクとを例示する概略図である。
【図１５】本発明による、共振周波数を測定することによってバルク音響波デバイスをマッピングするためのシステムを例示する概略図である。
【図１６】本発明による、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をマッピングするためのシステムを例示する概略図である。
【図１７】上に作られる複数の音響波発生層および制御層を備えたウェハの不均一厚さプロファイルを例示する厚さチャートである。
【図１８】本発明による、バルク音響波デバイスを同調するための工程を例示するフローチャートである。
【図１９】基板に形成される複数の層を例示する典型的なバルク音響波デバイスの断面図である。
Claims (27)
- 基板と該基板に形成される複数の音響波発生層および制御層とを具備するバルク音響波デバイスを同調する方法であって、該デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、該上部表面層のマッピングによって得られる上部表面層の厚さ不均一プロファイルを備えた厚さとを有し、該デバイスは、該上部表面層の厚さによって変動する共振周波数を有し、該共振周波数は該上部表面層の厚さを調整することによって調整することができる方法であって、前記方法が、
該上部表面層の上部に、マスク材料から作られるマスクを提供する工程と、
少なくとも１つのマスクの領域から該マスク材料を除去するために、該マスク上にエッチング媒体を提供して該上部表面層に対応する表面領域を該エッチング媒体に露出する工程と、
該上部表面層の所望の厚さに到達するまで該露出された表面領域で該上部表面層から表面材料の一部を除去しながら、同時に該マスク材料を除去して該露出された表面領域を修正する工程と、
を含む方法。 - 前記エッチング媒体は、イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームを具備して、前記マスク材料と前記表面材料とを除去する請求項１記載の方法。
- 該エッチング媒体は、反応イオンエッチング法に使用される反応イオンビームを具備して、該マスク材料と該表面材料とを除去する請求項１記載の方法。
- 該エッチング媒体は、化学補助イオンビームエッチング法に使用されるイオンビームを具備して、該マスク材料と該表面材料とを除去する請求項１記載の方法。
- 該マスク材料は、フォトレジスト材料を具備する請求項１記載の方法。
- 該マスク材料は、誘電体材料を具備する請求項１記載の方法。
- 該上部表面層は、圧電層を具備する請求項１記載の方法。
- 該上部表面層は、電極層を具備する請求項１記載の方法。
- 該上部表面層は、保護層を具備する請求項１記載の方法。
- 該バルク音響波デバイスは、フィルムバルク音響波共振器を具備する請求項１記載の方法。
- 該バルク音響波デバイスは、フィルムバルク音響波フィルタを具備する請求項１記載の方法。
- 該バルク音響波デバイスは、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。
- 該バルク音響波デバイスは、複数の個別のバルク音響デバイスチップを具備する請求項１記載の方法。
- 厚さ不均一プロファイルを決定するために該デバイスの厚さをマッピングする工程をさらに含む請求項１記載の方法。
- 該マッピング工程は、該デバイス表面にわたって該デバイスの共振周波数を測定することによって実行される請求項１３記載の方法。
- 該マッピング工程は、該音響波発生制御層の１つの厚さを測定することによって実行される請求項１３記載の方法。
- 該上部表面層の厚さ不均一プロファイルは、該上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備し、該マスクは前記複数の場所に対応する複数の部分を有し、該マスク材料は前記複数の部分で選択的に除去され該マスクのさらなる不均一プロファイルを提供する請求項１記載の方法。
- 該マスク材料は、１度に１部分ずつ、レーザビームによって該複数の部分で選択的に除去される請求項１７記載の方法。
- 基板と該基板に形成される複数の音響波発生層および制御層と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って、該デバイスは、表面材料から作られる上部表面層と、該上部表面層のマッピングによって得られる上部表面層の厚さ不均一プロファイルを備えた厚さとを有し、該バルク音響波デバイスは共振周波数を有し、これは該上部表面層の厚さによって変動し、該共振周波数は、該上部表面層の上部に設けられたマスク材料から作られたマスクを通して該上部表面層の厚さを調整することによって調整することができるシステムであって、該システムは、
該デバイスの上に位置する該マスク材料を除去するための手段と、
該マスクの上に位置し、該マスク上にエッチング媒体を提供して、少なくとも１つのマスクの領域から該マスク材料を除去して該上部表面層の対応する表面領域を該エッチング媒体に露出し、かつ、該上部表面層の所望の厚さに到達するまで前記露出された表面領域で前記上部表面層から前記表面材料の一部を除去しながら、同時に前記マスク材料を除去して前記露出された表面領域を修正するための手段と、
を具備するシステム。 - 該マスク材料はフォトレジスト材料であり、前記システムは、該フォトレジスト材料を露光するための光源をさらに具備し、該光源は、不均一な強度プロファイルを有して、該デバイス表面にわたる該フォトレジスト材料の露光深さを制御する請求項１９記載のシステム。
- 該マスク材料はフォトレジスト材料であり、前記システムは、該フォトレジスト材料を露光するための光源をさらに具備し、該フォトレジスト材料は、異なる場所で該光源の浸透深さを制御するために、光吸収材料を具備して光源を減衰する請求項１９記載のシステム。
- 該マスク材料は誘電体材料であり、前記システムは、該誘電体材料を除去するためのレーザビームをさらに具備し、該レーザビームは、不均一な強度プロファイルを有して、該デバイス表面にわたる該誘電体材料の除去を制御する請求項１９記載のシステム。
- 該マスク材料は誘電体材料であり、前記システムは、１度に該マスクの１つの場所で該誘電体材料を除去するためのレーザビームと、該レーザビームを他の場所へ該デバイスに対して面に沿う方向に動かすスキャン機構と、をさらに具備する請求項１９記載のシステム。
- 該マスク材料は誘電体材料であり、前記システムは、該マスクのさらなる不均一プロファイルにしたがって該誘電体材料を除去するための粒子ビームを提供するために粒子源をさらに具備する請求項１９記載のシステム。
- 該上部表面層の不均一性は、該上部表面層が厚さ調整を必要とする複数の場所を具備し、該マスクは、前記複数の場所に対応する複数の部分を有し、前記システムは、該マスクのさらなる不均一プロファイルを提供するために、該マスクの前記複数の部分で、１度に１部分ずつ、該マスク材料を選択的に除去するためのレーザビームをさらに具備する請求項１９記載のシステム。
- 該上部表面層の不均一プロファイルを得るために、マッピング機構をさらに具備する請求項１９記載のシステム。
- 該上部表面層の不均一プロファイルをマッピングするために、周波数測定装置をさらに具備する請求項１９記載のシステム。
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