特開 2024-21040 圧電振動素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024021040

(43)【公開日】2024-02-15

(54)【発明の名称】圧電振動素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 3/02 20060101AFI20240207BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20240207BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

H03H3/02 B

G03F7/20 501

H10N30/20

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023076967

(22)【出願日】2023-05-08

(31)【優先権主張番号】111129015

(32)【優先日】2022-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】506413591

【氏名又は名称】台灣晶技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】黄 博聲

(72)【発明者】

【氏名】卓 介仁

(72)【発明者】

【氏名】薛 世峰

(72)【発明者】

【氏名】莊 青叡

(72)【発明者】

【氏名】陳 子帆

(72)【発明者】

【氏名】陳 秋華

【テーマコード（参考）】

2H197

5J108

【Ｆターム（参考）】

2H197AB20

2H197CE01

2H197CE10

2H197HA10

5J108MM08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】圧電振動素子の正確性の要件を維持しながら製造コストを削減する圧電振動素子の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電振動素子の製造方法は、少なくとも以下の工程を含む。石英ウェーハ１１０が提供される。第１の金属材料層及び第２の金属材料層１２２が、石英ウェーハの第１の表面１１１及び第２の表面１１２上にそれぞれ完全に形成される。第１のフォトレジスト材料層及び第２のフォトレジスト材料層が、第１の金属材料層及び第２の金属材料層上にそれぞれ完全に形成される。第１のフォトレジスト材料層のみに露光及び現像工程が実施されて、第１のパターン化されたフォトレジスト層が形成される。第１の金属材料層の一部は、第１のパターン化されたフォトレジスト層によって除去され、金属パターン１２１ａを形成する。第１のパターン化されたフォトレジスト層及び第２のフォトレジスト材料層が除去される。
【選択図】図１Ｄ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第１の表面及び第２の表面を有する石英ウェーハを提供することと、
前記第１の表面及び前記第２の表面上に第１の金属材料層及び第２の金属材料層をそれぞれ完全に形成することと、
前記第１の金属材料層及び前記第２の金属材料層上に第１のフォトレジスト材料層及び第２のフォトレジスト材料層をそれぞれ完全に形成することと、
前記第１のフォトレジスト材料層のみに露光及び現像工程を実施して、第１のパターン化されたフォトレジスト層を形成することと、
前記第１のパターン化されたフォトレジスト層によって前記第１の金属材料層の一部を除去して、金属パターンを形成することと、
前記第１のパターン化されたフォトレジスト層及び前記第２のフォトレジスト材料層を除去することと、
を備える、
圧電振動素子の製造方法。

【請求項2】

前記金属パターン及び前記第２の金属材料層上に第３のフォトレジスト材料層及び第４のフォトレジスト材料層を完全に形成することと、
前記第３のフォトレジスト材料層及び前記第４のフォトレジスト材料層に露光及び現像工程をそれぞれ実施して、第２のパターン化されたフォトレジスト層及び第３のパターン化されたフォトレジスト層を形成することと、
をさらに備える
請求項１に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項3】

前記金属パターン及び前記第２のパターン化されたフォトレジスト層によって前記石英ウェーハの第１の部分を除去して、前記第１の表面から前記石英ウェーハ内に延在する溝パターンを形成することと、
をさらに備える、
請求項２に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項4】

前記溝パターンを形成した後、さらに、
前記第２のパターン化されたフォトレジスト層によって前記金属パターンの一部を除去することと、
前記第３のパターン化されたフォトレジスト層によって前記第２の金属材料層の一部を除去することと、
前記複数の溝パターンが第２の表面まで延在して貫通するように、前記石英ウェーハの第２の部分を除去することと、
をさらに備える、
請求項３に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項5】

前記石英ウェーハの前記第２の部分が除去された後に、素子領域、支持領域、及び分割領域が形成され、前記分割領域は、前記素子領域と前記支持領域との間に位置する、
請求項４に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項6】

前記第２のパターン化されたフォトレジスト層、前記第３のパターン化されたフォトレジスト層、前記金属パターンの別の部分、前記第２の金属材料層の別の部分は、前記素子領域、前記支持領域、及び前記分割領域が形成された後に除去される、
請求項５に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項7】

前記石英ウェーハの前記第２の部分が除去された後、前記支持領域上の支持構造及び前記素子領域上の前記圧電振動素子は、Ｈ構造を形成する、
請求項５に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項8】

前記圧電振動素子が平板である、
請求項１に記載の圧電振動素子の製造方法。

【請求項9】

前記圧電振動素子の厚さは、少なくとも５０マイクロメートル未満である、
請求項１に記載の圧電振動素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は製造方法に関し、特に、圧電振動素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在の小型化の趨勢に伴い、圧電振動素子（水晶振動子など）の製造方法では、水晶振動子の精密な要件を満たすために切断及び研磨工程に代わる露光現像工程が使用されることが良くある。しかし、用いられる露光や現像の工程が多ければ多いほど、人手、マスク、機械の面で製造コストが高くなる。したがって、水晶発振器の正確性の要件を維持しながら、製造コストを削減することが課題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、圧電振動素子の正確性の要件を維持しながら製造コストを削減する、圧電振動素子の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の圧電振動素子の製造方法は、少なくとも以下の工程を含む。石英ウェーハが提供される。第１の金属材料層及び第２の金属材料層が、石英ウェーハの第１の表面及び第２の表面上にそれぞれ完全に形成される。第１のフォトレジスト材料層及び第２のフォトレジスト材料層が、第１の金属材料層及び第２の金属材料層上にそれぞれ完全に形成される。第１のフォトレジスト材料層のみに露光及び現像工程が実施されて、第１のパターン化されたフォトレジスト層が形成される。第１の金属材料層の一部は、第１のパターン化されたフォトレジスト層によって除去され、金属パターンを形成する。第１の表面及び第２の表面のフォトレジストは完全に除去される。

【0005】

本発明の一実施形態において、前記製造方法は、以下の工程をさらに含む。第３のフォトレジスト材料層及び第４のフォトレジスト材料層が、第１の金属材料層及び第２の金属材料層上にそれぞれ完全に形成される。第３のフォトレジスト材料層及び第４のフォトレジスト材料層に露光及び現像工程がそれぞれ実施されて、第２のパターン化されたフォトレジスト層及び第３のパターン化されたフォトレジスト層が形成される。

【0006】

本発明の一実施形態において、前記製造方法は、以下の工程をさらに含む。石英ウェーハの第１の部分は、金属パターンと第２のパターン化されたフォトレジスト層によって除去され、第１の表面から石英ウェーハ内に延在する溝パターンが形成される。

【0007】

本発明の一実施形態において、溝パターンが形成された後、前記製造方法は、以下の工程をさらに含む。金属パターンの一部は、第２のパターン化されたフォトレジスト層によって除去される。第２の金属材料層の一部は、第３のパターン化されたフォトレジスト層によって除去される。複数の溝パターンが第２の表面まで延在して貫通するように、石英ウェーハの第２の部分が除去される。

【0008】

本発明の一実施形態において、前掲のように、石英ウェーハの第２の部分が除去された後、素子領域、支持領域、及び分割領域が形成される。分割領域は、素子領域と支持領域との間に位置する。

【0009】

本発明の一実施形態において、第２のパターン化されたフォトレジスト層、第３のパターン化されたフォトレジスト層、金属パターンの別の部分、第２の金属材料層の別の部分は、素子領域、支持領域、及び分割領域が形成された後に除去される。

【0010】

本発明の一実施形態において、石英ウェーハの第２の部分が除去された後、支持領域上の支持構造及び素子領域上の圧電振動素子がＨ構造に形成される。

【0011】

本発明の一実施形態において、圧電振動素子は平板である。

【0012】

本発明の一実施形態において、圧電振動素子は音叉状ではない。

【0013】

本発明の一実施形態において、圧電振動素子の厚さは、少なくとも５０マイクロメートル未満である。

【発明の効果】

【0014】

以上に基づき、本発明の圧電振動素子の製造方法は、工程の簡略化を図るものである。すなわち、本発明の圧電振動素子の製造方法は、石英ウェーハの一面のフォトレジスト材料層に対して露光及び現像工程を１回のみ行い、石英ウェーハの両面のフォトレジスト材料層に同時に二次露光及び現像工程を実施しない。露光及び現像工程後にフォトレジスト層によって画定された金属パターンは、圧電振動素子の一面の平面サイズを画定するために引き続き使用することができ、これにより、圧電振動素子の正確性の要件を維持しながら製造コストを削減することができる。

【0015】

上述した本発明の特徴及び利点を理解できるようにするために、図面を伴う実施形態を以下で詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1B】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1C】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1D】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1E】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1F】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1G】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1H】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1I】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図1J】本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。

【図2】本発明の別の実施形態に係る圧電振動素子に製造された水晶ウエハの概略上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本明細書で使用される方向用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、下部）は、専ら図面参照用に提供されるものであり、絶対的な向きを意図するものではない。

【0018】

特に明示されない限り、本発明で提供される任意の方法は、その中の工程が特定の順序で実施される必要があると解釈されるべきではない。

【0019】

本発明は、本実施形態の図を参照してより十分に説明される。しかしながら、本発明はまた、様々な異なる形態で実施することができ、本明細書の実施形態に限定されない。図面中の層または領域の厚さ、寸法、及びサイズは、明確にするために誇張されている。以下の実施形態では、同一または類似の部分を示すために、図面及び説明において同一の符号が使用され、それらは繰り返されない。

【0020】

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。

【0021】

図１Ａから図１Ｊは、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の製造方法の部分断面概略図である。本実施形態において、圧電振動素子の製造方法は、以下の工程を含んでいてもよい。図２は、本発明の別の実施形態に係る圧電振動素子に製造された水晶ウエハの概略上面図である。

【0022】

図１Ａを参照すると、まず、石英ウェーハ１１０が提供される。石英ウェーハ１１０は、互いに対向する第１の表面１１１及び第２の表面１１２を有する。石英ウェーハ１１０は、３インチウェーハまたは４インチウェーハであってよく、厚さは、例えば、８０マイクロメートルから１００マイクロメートルの間であるが、本発明はこれに限定されない。石英ウェーハ１１０のサイズ及び厚さは、実際の設計要件に従って決定することができる。

【0023】

引き続き図１Ａを参照すると、第１の金属材料層１２１及び第２の金属材料層１２２が、第１の表面１１１及び第２の表面１１２上にそれぞれ完全に形成される。「完全に形成される」とは、石英ウェーハ１１０の表面を完全に覆うことを意味しうる。次に、第１のフォトレジスト材料層１３１及び第２のフォトレジスト材料層１３２が、第１の金属材料層１２１及び第２の金属材料層１２２上にそれぞれ完全に形成される。第１の金属材料層１２１及び第２の金属材料層１２２の材料は、例えば、金または他の適切な金属材料である。第１の金属材料層１２１及び第２の金属材料層１２２は、金属蒸着工程または他の適切な工程によって形成することができる。また、第１フォトレジスト材料層１３１及び第２フォトレジスト材料層１３２の材料は、例えば、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストである。第１のフォトレジスト材料層１３１及び第２のフォトレジスト材料層１３２は、コーティング工程または他の適切な工程によって形成することができる。

【0024】

図１Ｂを参照すると、第１フォトレジスト材料層１３１のみに露光及び現像工程が行われて第１のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ１が形成される。つまり、第２のフォトレジスト材料層１３２に対して露光及び現像工程は実施されない。したがって、露光及び現像工程は、この製造段階で１回だけ実施され、第２のフォトレジスト材料層１３２は第２の金属材料層１２２を完全に覆うことができる。さらに、第１のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ１は、第１の金属材料層１２１の一部を露出させるための複数の開口部ＯＰ１を有していてもよい。

【0025】

図１Ｃを参照すると、第１の金属材料層１２１の一部が第１のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ１によって除去されて、金属パターン１２１ａが形成される。例えば、第１のフォトレジスト材料層ＰＲ１をエッチングマスクとして使用し、第１の金属材料層１２１にエッチング工程を行って、第１のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ１の開口部ＯＰ１によって露出された第１金属材料層１２１を除去し、金属パターン１２１ａを形成することができる。開口部ＯＰ１に対応して、金属パターン１２１ａも開口部ＯＰ２を形成して、一部の石英ウェーハ１１０の第１の表面１１１を露出させることができる。

【0026】

図１Ｄを参照すると、第１のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ１及び第２のフォトレジスト材料層１３２が除去される。したがって、本実施形態の圧電振動素子の製造方法は、工程の簡略化を図るものである。すなわち、本実施形態の圧電振動素子の製造方法は、石英ウェーハ１１０の一面（例えば第１の表面１１１）上のフォトレジスト材料層に対して露光及び現像工程を１回のみ行い、二次露光を行わない。石英ウェーハの両面（第１の表面１１１及び第２の表面１１２など）上のフォトレジスト材料層に対して二次露光及び現像工程を同時に行わない。露光及び現像工程後にフォトレジスト層によって画定された金属パターン１２１ａは、一面で後続の圧電振動素子１００（図１Ｊに示される通り）の平面サイズを画定するために引き続き使用されることができ、これによって、圧電振動素子１００の正確性の要件を維持しながら、製造コストを削減することができる。

【0027】

以下、本実施形態の圧電振動素子の製造方法についてさらに説明する。図１Ｅを参照すると、第３のフォトレジスト材料層 １４１及び第４のフォトレジスト材料層１４２が、金属パターン１２１ａ及び第２金属材料層１２２上にそれぞれ完全に形成される。例えば、第３フォトレジスト材料層１４１の一部を金属パターン１２１ａ上に形成し、第３フォトレジスト材料層１４１の別の一部を金属パターン１２１ａの開口部ＯＰ２内に形成することができるが、本発明はこれに限定されない。第３のフォトレジスト材料層１４１及び第４のフォトレジスト材料層１４２の材料は、例えば、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストであり、第３のフォトレジスト材料層１４１及び第４のフォトレジスト材料層１４２は、コーティング工程または他の適切な工程によって形成することができる。

【0028】

図１Ｆを参照すると、第３のフォトレジスト材料層１４１及び第４のフォトレジスト材料層１４２に対してそれぞれ露光及び現像工程を実施し（二次露光及び現像工程を実施する）、第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２及び第３のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ３を形成する。例えば、第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２は、金属パターン１２１ａの一部と金属パターン１２１ａの開口部ＯＰ２を露出させる開口部ＯＰ３を有し、第３のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ３は、第２の金属材料層を露出させる開口部ＯＰ４を有する。ここで、第１の表面１１１の一部のみが露出され、第２の表面１１２は完全に覆われてもよい。

【0029】

図１Ｇを参照すると、石英ウェーハ１１０の第１の部分（石英ウェーハ１１０ａを形成する）は、金属パターン１２１ａ及び第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２によって除去され、第１の表面１１１から石英ウェーハ１１０内に延在する溝パターン１５０を形成する。溝パターン１５０が形成された後の石英ウェーハ１１０ａは完全に貫通されなくてもよい。

【0030】

いくつかの実施形態において、金属パターン１２１ａ及び第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２をエッチングマスクとして使用することができ、金属パターン１２１ａの開口部ＯＰ２によって露出された石英ウェーハ１１０を除去するために石英ウェーハ１１０にエッチング工程が実施される。開口部ＯＰ２は、溝パターン１５０を連結することができる。一方、石英ウェーハ１１０の第２の表面 １１２は、第２の金属材料層１２２によって完全に覆われているので、この製造段階における第２の表面１１２のエッチング挙動は回避される。このように、圧電振動素子１００の平面サイズ（例えば、１ミリメートル（ｍｍ）×１ミリメートル）は、先に単一の表面上でのみ定義されてもよいが、本発明はこれに限定されない。

【0031】

図１Ｈを参照すると、金属パターン１２１ａの一部が第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２によって除去され、第２の金属材料層１２２の一部が第３のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ３によって除去される。例えば、第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２及び第３のパターン化されたフォトレジスト層 ＰＲ３をエッチングマスクとして使用することができ、エッチング工程が、金属パターン１２１ａ及び第２の金属材料層１２２に対してそれぞれ実施され、石英ウェーハ１１０の表面の別の部分を露出させる。したがって、金属パターン１２１ａ及び第２金属材料層１２２は、石英ウェーハー１１０ａの両側に位置する一部のみを残すことができ、すなわち、金属パターン１２１ｂ及び第２の金属材料層１２２ａのみを残すことができる。第１の表面１１１は、溝パターン１５０内に突出したプラットフォーム形状であってよいが、本発明はこれに限定されない。

【0032】

図１Ｉを参照すると、石英ウェーハ１１０ａの第２の部分が除去され、これにより、複数の溝パターン１５０が第２の表面１１２まで延在して貫通する。したがって、素子領域Ｒ１、支持領域Ｒ２、及び分割領域 Ｒ３が形成され、分割領域Ｒ３は、素子領域Ｒ１と支持領域Ｒ２との間に位置する。圧電振動素子１００は素子領域Ｒ１に形成され、支持構造体１６０は支持領域Ｒ２に形成される。また、圧電振動素子１００の厚さＴは、この製造段階で規定される。例えば、圧電振動素子１００の厚さＴは、少なくとも５０マイクロメートル未満であるが、本発明はこれに限定されない。

【0033】

図１Ｊを参照すると、素子領域Ｒ１、支持領域Ｒ２、及び分割領域Ｒ３が形成された後、第２のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ２、第３のパターン化されたフォトレジスト層ＰＲ３、金属パターン１２１ｂ、及び第２金属材料層１２２ａが除去される。以上の製造により、圧電振動素子１００の製造が概ね完了する。上記製造方法により製造された圧電振動素子１００は、平板状であってもよい。つまり、圧電振動素子１００は音叉状ではない。また、支持領域Ｒ２上の支持構造体１６０と素子領域Ｒ１上の圧電振動素子１００は、Ｈ型構造（例えば、両側の厚さが中央の厚さよりも大きく、両側の幅は中央の幅よりも小さい）を形成してもよい。このように、支持構造１６０は、工程中の構造強度を改善し、ウェーハ破損のリスクを低減するように構成されるが、本発明はこれに限定されない。

【0034】

いくつかの実施形態では、図２に示すように、支持領域Ｒ２は、分割領域Ｒ３によって分割された複数の素子領域Ｒ１を囲むことができるが、本発明はこれに限定されない。

【0035】

なお、図中の第１面１１１は石英ウェーハ１１０の上面であるが、本発明はこれに限定されない。図示されていない実施形態では、第１の表面は石英ウェーハの下面であってもよい。圧電振動素子の平面サイズを形成するための金属パターンを形成するために、露光及び現像工程が一面のみに実施される限り、それはすべて本発明の保護範囲内に入る。

【0036】

まとめると、本発明の圧電振動素子の製造方法は、工程を簡略化するように設計されている。つまり、本発明の圧電振動素子の製造方法は、石英ウェーハの一面のフォトレジスト材料層に対して露光及び現像工程を１回のみ行い、石英ウェーハの両面のフォトレジスト材料層に対して二次露光及び現像工程を同時に行わない。露光及び現像工程後にフォトレジスト層によって画定された金属パターンは、他面の圧電振動素子の平面サイズを画定するために使用することがすることができ、圧電振動素子の正確性の要件を維持しながら製造コストを削減することができる。

【0037】

以上、実施形態を参照しながら本発明を詳細に説明したが、これらは本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変更及び修正を行うことが可能であることを理解すべきである。したがって、開示の保護範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義されるものとする。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の製造方法は、圧電振動素子の製造に応用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１１０： 石英ウェーハ
１１１： 第１の表面
１１２： 第２の表面
１２１ａ： 金属パターン
１２２： 第２の金属材料層
ＯＰ２： 開口部

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図1H】

【図1I】

【図1J】

【図2】

【外国語明細書】