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Fabrication of SMD 32.768 kHz tuning fork-type crystals: Photolithography and selective etching of an array of quartz tuning fork resonators

2001; Wiley; Volume: 52; Issue: 9 Linguagem: Inglês

10.1002/1521-4176(200109)52

1521-4176

S. Lee, J.-Y. Lee, T.-S. Park,

Photonic and Optical Devices

Negative photoresist photolithography was used to etch array of quartz tuning forks for use in Qualcomm® mobile station modem (MSM)-3000™ central processing unit (CPU) chips of code division multiple access (CDMA), personal communication system (PCS), and global system for mobile communication (GSM) units. It was found superior to positive photoresist photolithography. Quartz tuning fork blanks with optimum shock-resistant characteristics were designed using finite element method (FEM) and processing condition was devised for reproducible precision etching of Z-cut quartz wafer into array of tuning forks. Tuning fork pattern was transferred via ordinary photolithographical chromium/quartz glass template using a standard single-sided aligner and subsequent negative photoresist development. Tightly adhering and pinhole-free 600/2000 Å chromium/gold mask is coated over the developed photoresist pattern which was subsequently stripped in acetone. This procedure was repeated on the backside of the wafer. With protective metallization area of tuning fork geometry thus formed, etching through quartz wafer was done at 80°C in a ± 1.5°C controlled bath containing concentrated solution of ammonium bifluoride to remove unwanted area of the quartz wafer. Surface finish of quartz wafer prior to etching and the quality of quartz crystals used primarily affected the quality of quartz wafer surface finish after quartz etching. At 80°C, selective etching of 100 μm quartz wafer could be effected within 90 min. Reproducible precision selective etching method has thus been established and enables mass production of miniature tuning fork resonators photolithographically. Herstellung von Stimmgabelkristallen: Photolithographie und selektives Ätzen einer Anordnung von Quarzstimmgabelresonanzkörpern Negative Photolack-Photolithographie wurde eingesetzt, um Quarzstimmgabelanordnungen für Qualcomm™ MSM (mobile station modem)-3000 CPU (central processor unit) Chips von CDMA- (code division multiple access), PCS- (personal communication system) und GSM-(global system for mobile communication)-Systemen zu ätzen. Es wurde festgestellt, dass diese Technik der positiven Photolack-Photolithographie überlegen ist. Mit Hilfe der Finiten Elementen Methode wurden Quarzstimmgabelrohlinge entworfen und für reproduzierbares Präzisionsätzen von Quarzwafern in Stimmgabelarrays wurden die Prozessbedingungen entwickelt. Das Stimmgabelmuster wurde mittels üblicher photolithographischer Maske übertragen mit anschließender Photolackentwicklung. Eine festhaftende und porenfreie 600/2000 Å Chrom/Gold-Maske wurde über das entwickelte Photolackmuster aufgetragen, das in Azeton abgelöst wurde. Dieser Vorgang wurde auf der Rückseite des Wafers wiederholt. Mit der so gebildeten schützenden Metallisierungsfläche der Stimmgabelgeometrie erfolgte das Ätzen durch den Quarzwafer bei 80°C in einem ± 1,5°C kontrollierten Bad, das eine konzentrierte Ammoniumbifluoridlösung zur Entfernung der unerwünschten Bereiche auf dem Quarzwafer enthielt. Die Quarzwaferoberflächengüte vor dem Ätzen und die Qualität der verwendeten Quarzkristalle beeinflusste im wesentlichen die Qualität der Oberflächengüte des Quarzwafers nach dem Ätzen. Bei 80°C konnte selektives Ätzen von 100 μm Quarzwafer innerhalb von 90 min herbeigeführt werden. Auf diese Weise konnte eine reproduzierbare selektive Präzisionsätzmethode eingeführt werden, die auf photolithographischem Wege eine Massenproduktion von Miniaturstimmgabelresonanzkörpern mit Elektrodenmustern ermöglicht.