TW202408043A - 壓電振動元件的製造方法 - Google Patents

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薛世峰
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Abstract

一種壓電振動元件的製造方法至少包括以下步驟。提供石英晶圓。全面地分別形成第一金屬材料層與第二金屬材料層於石英晶圓的第一表面與第二表面上。全面地分別形成第一光阻材料層與第二光阻材料層於第一金屬材料層與第二金屬材料層上。僅對第一光阻材料層進行曝光顯影製程，以形成第一圖案化光阻層。藉由第一圖案化光阻層移除部分第一金屬材料層，以形成金屬圖案。移除第一圖案化光阻層與第二光阻材料層。

Description

壓電振動元件的製造方法
本發明是有關於一種製造方法，且特別是有關於一種壓電振動元件的製造方法。
由於小型化的趨勢，在壓電振動元件(例如是石英振盪器)的製造方法中常會使用多道曝光顯影製程來取代切割研磨製程，以符合石英振盪器對精密度的要求，然而，使用越多道曝光顯影製程在人力、光罩及機台等製造成本上就會越高，因此如何在維持石英振盪器對精密度的要求的同時降低製造成本實為一種挑戰。
本發明提供一種壓電振動元件的製造方法，其可以在維持壓電振動元件對精密度的要求的同時降低製造成本。
本發明的一種壓電振動元件的製造方法至少包括以下步驟。提供石英晶圓。全面地分別形成第一金屬材料層與第二金屬材料層於石英晶圓的第一表面與第二表面上。全面地分別形成第一光阻材料層與第二光阻材料層於第一金屬材料層與第二金屬材料層上。僅對第一光阻材料層進行曝光顯影製程，以形成第一圖案化光阻層。藉由第一圖案化光阻層移除部分第一金屬材料層，以形成金屬圖案。完全移除第一表面及第二表面之光阻。
在本發明的一實施例中，上述的製造方法更包括以下步驟。全面地分別形成第三光阻材料層於第一金屬層材料層上與第四光阻材料層於第二金屬材料層上。對第三光阻材料層與第四光阻材料層分別進行曝光顯影製程，以形成第二圖案化光阻層與第三圖案化光阻層。
在本發明的一實施例中，上述的製造方法更包括以下步驟。藉由金屬圖案與第二圖案化光阻層移除石英晶圓的第一部分，以形成從第一表面延伸至石英晶圓內的凹槽圖案。
在本發明的一實施例中，上述的製造方法在形成凹槽圖案後更包括以下步驟。藉由第二圖案化光阻層移除金屬圖案的一部分。藉由所述第三圖案化光阻層移除第二金屬材料層的一部分。移除石英晶圓的第二部分，以將多個凹槽圖案延伸貫穿至第二表面。
在本發明的一實施例中，上述的移除石英晶圓的第二部分後形成元件區、支撐區與分隔區，且分隔區位於元件區與支撐區之間。
在本發明的一實施例中，上述的形成元件區、支撐區與分隔區後移除第二圖案化光阻層、第三圖案化光阻層、金屬圖案的另一部分與第二金屬材料層的另一部分。
在本發明的一實施例中，移除上述的石英晶圓的第二部分後支撐區上的支撐結構與元件區上的壓電振動元件構成H型結構。
在本發明的一實施例中，上述的壓電振動元件為平片狀。
在本發明的一實施例中，上述的壓電振動元件不為音叉狀。
在本發明的一實施例中，上述的壓電振動元件的厚度至少小於50微米。
基於上述，本發明的壓電振動元件的製造方法做了簡化製程的設計，亦即本發明的壓電振動元件的製造方法僅對石英晶圓的一面上的光阻材料層進行一次曝光顯影製程，非同時對石英晶圓的二面上的光阻材料層進行二次曝光顯影製程，且藉由前述曝光顯影後的光阻層所界定出的金屬圖案還是可以在單面上用於定義出壓電振動元件的平面尺寸，因此可以在維持壓電振動元件對精密度的要求的同時降低製造成本。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本文所使用之方向用語（例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部）僅作為參看所繪圖式使用且不意欲暗示絕對定向。
除非另有明確說明，否則本文所述任何方法絕不意欲被解釋為要求按特定順序執行其步驟。
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層或區域的厚度、尺寸或大小會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。
除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。
圖1A至圖1J是依據本發明一實施例的壓電振動元件的部分製造方法的部分剖面示意圖。在本實施例中，壓電振動元件的製造方法可以包括以下步驟。圖2是依據本發明另一實施例的石英晶圓製造成壓電振動元件後的俯視示意圖。
請參照圖1A，首先，提供石英晶圓110，其中石英晶圓110具有相對的第一表面111與第二表面112，在此，石英晶圓110可以是3吋晶圓或4吋晶圓，且厚度例如是介於80微米至100微米之間，但本發明不限於此，石英晶圓110的尺寸與厚度可以依照實際設計上的需求而定。
請繼續參照圖1A，於第一表面111與第二表面112上全面地分別形成第一金屬材料層121與第二金屬材料層122，其中全面地形成可以是完全覆蓋石英晶圓110的表面。接著，於第一金屬材料層121與第二金屬材料層122上全面地分別形成第一光阻材料層131與第二光阻材料層132。在此，第一金屬材料層121與第二金屬材料層122的材料例如是金或其他適宜的金屬材料，且第一金屬材料層121與第二金屬材料層122可以藉由金屬沉積製程或其他適宜的製程形成。此外，第一光阻材料層131與第二光阻材料層132的材料例如是正型光阻或負型光阻，且第一光阻材料層131與第二光阻材料層132可以藉由塗佈製程或其他適宜的製程所形成。
請參照圖1B，僅對第一光阻材料層131進行曝光顯影(exposure and development)製程，以形成第一圖案化光阻層PR1，換句話說，不會對第二光阻材料層132進行曝光顯影製程，因此在此製造階段中可以是僅進行一次曝光顯影製程，且第二光阻材料層132可以完全覆蓋第二金屬材料層122。進一步而言，第一圖案化光阻層PR1可以具有多個開口OP1，以暴露出部分第一金屬材料層121。
請參照圖1C，藉由第一圖案化光阻層PR1移除部分第一金屬材料層121，以形成金屬圖案121a，舉例而言，可以是以第一光阻材料層PR1為蝕刻罩幕，對第一金屬材料層121進行蝕刻(etching)製程，以移除第一圖案化光阻層PR1的開口OP1所裸露的第一金屬材料層121並形成金屬圖案121a，其中對應開口OP1，金屬圖案121a亦可以形成開口OP2，以暴露出部分石英晶圓110的第一表面111。
請參照圖1D，移除第一圖案化光阻層PR1與第二光阻材料層132。據此，本實施例的壓電振動元件的製造方法做了簡化製程的設計，亦即本實施例的壓電振動元件的製造方法僅對石英晶圓110的一面(如第一表面111)上的光阻材料層進行一次曝光顯影製程，非同時對石英晶圓的二面(如第一表面111與第二表面112)上的光阻材料層進行二次曝光顯影製程，且藉由前述曝光顯影後的光阻層所界定出的金屬圖案121a還是可以在單面上用於定義出後續壓電振動元件100(如圖1J所示)的平面尺寸，因此可以在維持壓電振動元件100對精密度的要求的同時降低製造成本。
以下繼續說明本實施例的壓電振動元件的製造方法。請參照圖1E，全面地分別形成第三光阻材料層141與第四光阻材料層142於金屬圖案121a與第二金屬材料層122上。舉例而言，第三光阻材料層141的一部分可以形成於金屬圖案121a上，而第三光阻材料層141的另一部分可以形成於金屬圖案121a的開口OP2內，但本發明不限於此。在此，第三光阻材料層141與第四光阻材料層142的材料例如是正型光阻或負型光阻，且第三光阻材料層141與第四光阻材料層142可以藉由塗佈製程或其他適宜的製程所形成。
請參照圖1F，對第三光阻材料層141與第四光阻材料層142分別進行曝光顯影製程(執行二次曝光顯影製程)，以形成第二圖案化光阻層PR2與第三圖案化光阻層PR3。舉例而言，第二圖案化光阻層PR2具有開口OP3，以暴露出部分金屬圖案121a及金屬圖案121a的開口OP2，而第三圖案化光阻層PR3具有開口OP4，以暴露出第二金屬材料層122。在此，可以是僅有部分第一表面111被裸露出來，而第二表面112被完全覆蓋。
請參照圖1G，藉由金屬圖案121a與第二圖案化光阻層PR2移除石英晶圓110的第一部分(形成石英晶圓110a)，以形成從第一表面111延伸至石英晶圓110內的凹槽圖案150，其中形成凹槽圖案150後的石英晶圓110a可以是沒有被完全貫穿。
在一些實施例中，可以是以金屬圖案121a與第二圖案化光阻層PR2為蝕刻罩幕，對石英晶圓110進行蝕刻製程，以移除金屬圖案121a的開口OP2所裸露的石英晶圓110，其中開口OP2可以連接凹槽圖案150。另一方面，由於石英晶圓110的第二表面112被第二金屬材料層122完全覆蓋，因此可以避免在此製造階段中第二表面112上的蝕刻行為。如此一來，可以是僅先在單一表面上定義出壓電振動元件100的平面尺寸(例如是1毫米(millimeter, mm)*1毫米)，但本發明不限於此。
請參照圖1H，藉由第二圖案化光阻層PR2移除金屬圖案121a的一部分，且藉由第三圖案化光阻層PR3移除第二金屬材料層122的一部分。舉例而言，可以是以第二圖案化光阻層PR2及第三圖案化光阻層PR3為蝕刻罩幕，分別對金屬圖案121a與第二金屬材料層122進行蝕刻製程，以裸露出石英晶圓110的另一部分表面，因此金屬圖案121a與第二金屬材料層122可以是僅剩餘位於石英晶圓110a的兩側的部分，即金屬圖案121b與第二金屬材料層122a，且第一表面111在凹槽圖案150之間中可以呈現凸起的平台狀，但本發明不限於此。
請參照圖1I，移除石英晶圓110a的第二部分，以將多個凹槽圖案150延伸貫穿至第二表面112，因此可以形成元件區R1、支撐區R2與分隔區R3，且分隔區R3位於元件區R1與支撐區R2之間，其中壓電振動元件100形成於元件區R1，而支撐結構160形成於支撐區R2中。此外，在此製造階段中可以定義出壓電振動元件100的厚度T，舉例而言，壓電振動元件100的厚度T至少小於50微米，但本發明不限於此。
請參照圖1J，形成元件區R1、支撐區R2與分隔區R3後移除第二圖案化光阻層PR2、第三圖案化光阻層PR3、金屬圖案121b與第二金屬材料層122a。經由上述製作大致完成壓電振動元件100的製作，其中經由前述製造方法製造出來的壓電振動元件100可以為平片狀，換句話說，壓電振動元件100不為音叉狀。此外，支撐區R2上的支撐結構160與元件區R1上的壓電振動元件100可以構成H型結構(如兩側厚度大於中間厚度，且兩側寬度小於中間寬度)，如此一來，支撐結構160可以用於提升製程中的結構強度，降低晶圓破片的風險，但本發明不限於此。
在一些實施例中，如圖2所示，支撐區R2可以是圍繞多個被分隔區R3分隔開的元件區R1，但本發明不限於此。
應說明的是，儘管圖式中的第一表面111為石英晶圓110的上表面，但本發明不限於此，在未繪示的實施例中，第一表面也可以為石英晶圓的下表面，只要是僅對單面進行曝光顯影製程以形成用於形成壓電振動元件的平面尺寸的金屬圖案皆屬於本發明的保護範圍。
綜上所述，本發明的壓電振動元件的製造方法做了簡化製程的設計，亦即本發明的壓電振動元件的製造方法僅對石英晶圓的一面上的光阻材料層進行一次曝光顯影製程，非同時對石英晶圓的二面上的光阻材料層進行二次曝光顯影製程，且藉由前述曝光顯影後的光阻層所界定出的金屬圖案還是可以在單面上用於定義出壓電振動元件的平面尺寸，因此可以在維持壓電振動元件對精密度的要求的同時降低製造成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:壓電振動元件 110、110a:石英晶圓 111:第一表面 112:第二表面 121:第一金屬材料層 121a、121b:金屬圖案 122、122a:第二金屬材料層 131:第一光阻材料層 132:第二光阻材料層 141:第三光阻材料層 142:第四光阻材料層 150:凹槽圖案 160:支撐結構 OP1、OP2、OP3、OP4:開口 PR1:第一圖案化光阻層 PR2:第二圖案化光阻層 PR3:第三圖案化光阻層 R1:元件區 R2:支撐區 R3:分隔區 T:厚度
圖1A至圖1J是依據本發明一實施例的壓電振動元件的部分製造方法的部分剖面示意圖。 圖2是依據本發明另一實施例的石英晶圓製造成壓電振動元件後的俯視示意圖。
110:石英晶圓
111:第一表面
112:第二表面
121a:金屬圖案
122:第二金屬材料層
OP2:開口

Claims (9)

  1. 一種壓電振動元件的製造方法，包括： 提供石英晶圓，其中所述石英晶圓具有相對的第一表面與第二表面； 全面地分別形成第一金屬材料層與第二金屬材料層於所述第一表面與所述第二表面上； 全面地分別形成第一光阻材料層與第二光阻材料層於所述第一金屬材料層與所述第二金屬材料層上； 僅對所述第一光阻材料層進行曝光顯影製程，以形成第一圖案化光阻層； 藉由第一圖案化光阻層移除部分所述第一金屬材料層，以形成金屬圖案；以及 移除所述第一圖案化光阻層與所述第二光阻材料層。
  2. 如請求項1所述的壓電振動元件的製造方法，更包括： 全面地分別形成第三光阻材料層與第四光阻材料層於所述金屬圖案與所述第二金屬材料層上；以及 對所述第三光阻材料層與所述第四光阻材料層分別進行曝光顯影製程，以形成第二圖案化光阻層與第三圖案化光阻層。
  3. 如請求項2所述的壓電振動元件的製造方法，更包括： 藉由所述金屬圖案與所述第二圖案化光阻層移除所述石英晶圓的第一部分，以形成從所述第一表面延伸至所述石英晶圓內的凹槽圖案。
  4. 如請求項3所述的壓電振動元件的製造方法，其中在形成所述凹槽圖案後更包括： 藉由所述第二圖案化光阻層移除所述金屬圖案的一部分； 藉由所述第三圖案化光阻層移除所述第二金屬材料層的一部分；以及 移除所述石英晶圓的第二部分，以將所述多個凹槽圖案延伸貫穿至所述第二表面。
  5. 如請求項4所述的壓電振動元件的製造方法，其中移除所述石英晶圓的所述第二部分後形成元件區、支撐區與分隔區，且所述分隔區位於所述元件區與所述支撐區之間。
  6. 如請求項5所述的壓電振動元件的製造方法，其中形成所述元件區、所述支撐區與所述分隔區後移除所述第二圖案化光阻層、所述第三圖案化光阻層、所述金屬圖案的另一部分與所述第二金屬材料層的另一部分。
  7. 如請求項5所述的壓電振動元件的製造方法，其中移除所述石英晶圓的所述第二部分後所述支撐區上的支撐結構與所述元件區上的所述壓電振動元件構成H型結構。
  8. 如請求項1所述的壓電振動元件的製造方法，其中所述壓電振動元件為平片狀。
  9. 如請求項1所述的壓電振動元件的製造方法，其中所述壓電振動元件的厚度至少小於50微米。
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