CN102089969A - 晶体振子的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无需对晶体振子施加多余的外力而可以实现高精度的微细调整,并且可以对多个晶体振子一并进行调整的晶体振子的制造方法。一种晶体振子的制造方法,其特征在于包括:形成规定的外形形状的第1蚀刻工序;在所述外形形状的表面的至少一部分中形成电极的电极形成工序;对通过所述外形形状的泄漏振动引起的泄漏量进行测定的泄漏量测定工序;为了调整平衡,对所述外形形状进行基于所述泄漏量测定工序的测定结果的量的蚀刻的第2蚀刻工序。

Description

晶体振子的制造方法
技术领域
本发明涉及振动型陀螺仪等中利用的晶体振子的制造方法,特别涉及抑制产生面外振动即泄漏振动的制造方法。
背景技术
振动型陀螺仪等中利用的音叉型的晶体振子通过从晶体晶片切出规定形状的晶体振子的工序、形成用于使晶体振子振荡的电极的工序、以及将形成了电极的晶体振子安装到容器中的工序等而制造。特别,晶体振子的形状决定振动而对晶体振子的性能造成较大的影响,所以从晶体晶片切出晶体振子的外形形成工序是重要的工序。
图1是示意地示出以往的晶体振子的立体图。
此处,晶体振子200的外形是从晶体晶片通过根据蚀刻加工等进行的外形形成工序而切出的。该晶体振子200是用作振动型陀螺仪的振子,是作为振动脚具有2个驱动脚201、202和1个检测脚203的三脚音叉型振子。
在将晶体振子200例如用作振动型陀螺仪的情况下,将图1所示的X轴方向的弯曲振动用作驱动振动、将Z′轴方向的弯曲振动用作施加了角速度的情况的检测振动。因此,在没有施加角速度的状态下不产生Z′轴方向的振动。
图2是图1的以往的晶体振子200的A-A′剖面图,示出了驱动脚201、202的剖面。在图2中,省略了说明中不需要的部分。图2(a)是用于说明晶体振子200的驱动脚的驱动振动的图,图2(b)是用于说明晶体振子200的驱动脚的倾斜的驱动振动以及晶体的残渣形状的图。
图2(a)示出没有对晶体振子200施加角速度的状态下的理想的驱动振动,其振动方向S1是X轴方向。但是,在通过以往的制造方法制作的晶体振子中,即使在实际上没有施加角速度的情况下也如图2(b)所示,观测具有Z′轴方向的振动分量的倾斜振动(振动方向S2)。
其原因为,起因于晶体振子的加工精度、晶体的各向异性等,除了驱动振动(X轴方向的振动)以外,还产生在不对晶体振子200施加角速度的状态下不应产生的面外振动(Z′轴方向的振动)。
如果驱动脚201、202产生倾斜振动,则检测脚203的前端的轨迹成为向Z′轴方向的直线性的振动、或者X-Z′面内的椭圆振动。该Z′轴方向的振动分量被称为泄漏振动,由于该泄漏振动,从检测脚203的检测电极产生与科里奥利输出无关的泄漏信号,存在使陀螺仪的S/N比恶化、使温度特性恶化这样的问题。
另外,即使在基准频率产生用等的通常用途的音叉型晶体振子的情况下,振动也利用X轴方向的弯曲振动,Z′方向分量的泄漏振动导致水晶阻抗(CI值)的上升,存在导致特性恶化这样的问题。
对于泄漏振动,由晶体振动脚剖面形状的制造引起的偏差造成影响。特别,如图2(b)所示,在通过蚀刻制造晶体振子时形成的晶体的残渣形状的偏差造成影响。即,在晶体中存在蚀刻各向异性,具有根据结晶的方向而蚀刻速度不同这样的特性。因此,蚀刻后的晶体振子中的振动脚的侧面未被均匀地蚀刻而残留残渣。
考察由于残渣的影响而产生泄漏振动。
一般,在考察梁等的弯曲的情况下,考虑剖面的主轴。剖面的主轴由正交的2个轴构成,如果对梁向与主轴相同的方向施加弯曲力,则梁向与力相同的方向弯曲。另一方面,在向与主轴不同的方向施加了弯曲力的情况下,梁向与施加了力的方向不同的方向弯曲。
在晶体振子的情况下,通过压电效果施加弯曲力的是X轴方向。因此,如果主轴的一方与X轴相同,则在X轴方向上引起振动,而不产生泄漏振动。另一方面,如果主轴从X轴脱离而倾向于Z′方向,则施加弯曲力的方向与主轴的方向不一致,所以振动成为含有Z′轴分量的倾斜振动,而产生泄漏振动。
主轴由该梁(振动脚)的剖面形状决定。在单纯的例子中,关于具有对称轴的剖面,该对称轴以及与其垂直的轴是该剖面的主轴。例如,如果是长方形的剖面,则各边的2等分线分别是主轴。
在希望得到没有泄漏振动的晶体振子的情况下,需要主轴的一方与X轴平行。主轴由于是正交的2个轴,所以如果与X轴或Z′轴平行的对称轴处于剖面,则存在与X轴平行的主轴。即,如果剖面形状上下对称、或者左右对称,则不产生泄漏振动。
考虑在如已经说明的例子那样制造了晶体振子的情况下,可否得到具有这样的对称轴的振子。如果通过湿蚀刻制造晶体振子,则在振动脚侧面一定残留残渣。因此,由该残渣的形成方法,决定剖面的主轴。在考虑晶体振子的剖面的主轴时,首先需要考虑残渣如何形成的。残渣的形状根据蚀刻的时间、条件而不同,所以无法一概而论,但因为寻找大概相同的倾向,所以此处根据按照发明者进行的实验条件观察的结果来说明残渣的形成方法。
图3是示意地示出图1中示出的晶体振子200的振动脚的A-A′剖面的放大剖面图,是示出振动脚中的残渣的形成状态的一个例子的图。此处,为简化说明,仅记载了一个驱动脚201,将晶体的结晶轴的-X侧的侧面设为第1侧面、将+X侧的侧面设为第2侧面。
图3(a)示出比较短时间的蚀刻的情况。在该情况下,在第2侧面中,形成由从振子的主平面、即表面201a以及背面201b相对Z′轴形成约2°的角度的部分(浅的部分)、和形成约22°的角度的部分(深的部分)构成的残渣。
从该表面201a以及背面201b的深度根据蚀刻的时间而不同,但表面201a侧以及背面201b侧都具有相同的倾向。
图3(b)示出比较长时间的蚀刻的情况。在该情况下,形成约22°的角度的部分消失,而仅残留由形成了约2°的角度的部分构成的残渣。
另外,第1侧面中形成的残渣极其小,但如图3(a)、图3(b)所示,如果详细观察,则观察到残渣。在该情况下,残渣由相对Z′轴形成约1°的角度的部分构成。该第1侧面的残渣形状几乎没有由于时间引起的差。即,蚀刻从蚀刻掩模250a、250b的端部开始,直到贯通为止在表面侧、背面侧中不会相互影响,而独立行进。
这样,可以通过蚀刻来形成残渣,所以在通过从晶体晶片的表背两面进行蚀刻的方法制造了晶体振子的情况下,如下所述。首先,图3(a)、图3(b)示出晶体晶片中形成的表面的蚀刻掩模250a、背面的蚀刻掩模250b的位置正确地对齐的情况。在该情况下,如图所示,不论是短时间蚀刻、还是长时间蚀刻,蚀刻后的驱动脚201的剖面都成为具有与X轴大致平行的对称轴的上下对称形,具有与X轴大致平行的主轴210。在该情况下,施加弯曲力的方向和主轴210的方向都是X轴,而大致一致,所以几乎不会引起泄漏振动。
图4示出在蚀刻掩模250a、250b的位置向X轴方向偏移而形成的情况下形成的驱动脚201的剖面图的一个例子。
如图所示,驱动脚201的剖面成为上下非对称,不具有与X轴平行的对称轴和与Z′轴平行的对称轴。
在该情况下,主轴211相对X轴不平行,而具有偏移角θ1。因此,施加弯曲力的方向与主轴211的方向不同,所以成为倾斜振动,而产生泄漏振动。对于这样的剖面的主轴与倾斜振动的关系,存在于对其解析的文献(例如,参照非专利文献1)。
如图4所示,蚀刻掩模250a与250b的位置偏移量e、和主轴211相对X轴的偏移角θ1处于相关关系。如果位置偏移量e增加,则偏移角θ1也变大,泄漏振动增大。
另外,作为晶体振子的外形形成的制造方法,还已知如下方法:仅在晶体晶片的单面对蚀刻掩模进行图案化,用金属耐蚀膜覆盖另一方的面的全面,而从单面蚀刻的方法;以及使蚀刻掩模的背面图案比表面图案更宽,以表面图案为基准图案进行蚀刻的方法。
图5是示出以表面图案为基准图案进行蚀刻的情况的一个例子的驱动脚的剖面图。
驱动脚221是以表面221a的蚀刻掩模251a为基准图案,利用比表面更宽地形成的背面221b的蚀刻掩模251b而形成的。由此,即使蚀刻掩模251a和251b位置的稍微偏移,对剖面形状的影响也少。但是,如上所述,由于晶体的蚀刻各向异性,在第1侧面形成相对Z′轴形成了约1°的角度的残渣,在第2侧面形成相对Z′轴形成了约2°的角度的残渣。因此,驱动脚221的剖面如图所示成为上下非对称,主轴212不与X轴平行,具有偏移角θ2,产生泄漏振动。
如上所述,振动型陀螺仪等中使用的晶体振子具有起因于蚀刻掩模的精度而产生泄漏振动,使传感器的检测精度等恶化这样的缺点。
为了解决所述缺点,还可以高精度地形成蚀刻掩模,而抑制某种程度的泄漏振动,但在高精度化中存在界限,并且成本变高。另外,由于无法消除残渣,所以难以抑制泄漏振动。
因此,提出了在晶体振子的外形形成后进一步加工振动脚的方法。例如,公开了通过滑动的带研磨晶体振子的振动脚的棱线,通过振动脚的平衡调整来抑制泄漏振动的晶体振子的特性调整方法(例如,参照专利文献1)。
图6是为了说明专利文献1所示的晶体振子的特性调整方法而示意地示出的结构图。
通过由张力辊300产生的重量对带301施加一定的负荷,使这样的带301抵接到基台311上的晶体振子的振动脚310的棱线。另外,晶体振子呈现图2所示那样的振动脚的剖面。通过在该状态下,使驱动辊302往复旋转,在振动脚310中形成研磨部310a,而调整振动脚310的重量平衡。
在专利文献1所示的以往技术中,通过具有张力辊300,可以一边对振动脚310的棱线按照一定的力押压带301一边使其滑动。最后,使带卷绕盘303旋转规定的量而卷绕带301,并且使带送出盘304旋转规定的量,而送出带301。通过这样的动作,可以将与振动脚抵接的带301的部分变更为新的部分。使用了该带的特性调整方法由于可以严密地调整重量平衡,所以可以实现正确的角速度的检测,并且不会通过张力辊300对振子施加过大的外力,所以存在可以防止振子的破损的可能性。
另外,晶体振子的振动脚的研磨除了使带抵接到振动脚而进行以外,还可以通过蚀刻进行(例如,参照专利文献2)。
专利文献2公开了在压电振子的外形形成后,以电极膜等金属膜为掩模进行蚀刻,变更板厚,从而调整振子的频率-温度特性的振子的温度特性调整方法。根据专利文献2所示的以往技术,在振子形成后进行再蚀刻,而可以调整温度特性,所以存在可以高效地制造频率温度特性优良的振子的可能性。
专利文献1:日本特开2002-243451号公报(第7页、第9图)
专利文献2:日本特开昭54-53889号公报(第3页、第5图)
非专利文献1:藤吉基弘及其他5人、「水晶振動式角速度センサのモデル化と振動解析」、電気情報通信学会論文誌C、Vol.J87-C、No.9、p.712-719
发明内容
但是,在专利文献1所示的晶体振子的特性调整方法中,由于对各个振子逐个切削脚,所以加工步骤变多。如果加工步骤变多,则加工中的作业错误、产生不良的机会也增加,所以成为成本增加的主要原因。
另外,如果平衡调整量微细化,则在带、槽刨机(rueter)等中无法正确地接触到振动脚,所以难以实施微细的调整。
进而,即使是使用了张力辊的研磨,由于施加某种程度的针对振子的外力,所以在特别小型的振子的调整作业中,存在由于外力而在振子中易于形成狭缝等,而成品率降低这样的问题。
在专利文献2所示的振子的温度特性调整方法中,在振子形成后再次进行蚀刻而变更板厚,但其目的在于改善振子的频率-温度特性,而并未以振子的泄漏振动的调整、补正为目的,关于泄漏振动调整,没有给出任何公开和启示。
本发明的目的在于,提供一种可以解决所述问题的晶体振子的制造方法。
另外,本发明的目的目的在于,提供一种在晶体振子的泄漏振动调整中,无需对晶体振子施加外力而可以实现高精度的微细调整的晶体振子的制造方法。
进而,本发明的目的在于,提供一种可以一并调整多个晶体振子的晶体振子的制造方法。
进而,本发明的目的在于,提供一种在晶体振子的泄漏振动调整中,无需对晶体振子施加外力而可以实现高精度的微细调整,并且可以一并调整多个晶体振子的晶体振子的制造方法。
本发明提供一种晶体振子的制造方法,其特征在于包括:第1蚀刻工序,形成规定的外形形状;电极形成工序,在所述外形形状的表面的至少一部分中形成电极;泄漏量测定工序,对通过所述外形形状的泄漏振动引起的泄漏量进行测定;以及第2蚀刻工序,为了调整平衡,对所述外形形状进行基于所述泄漏量测定工序的测定结果的量的蚀刻。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,以所述电极为掩模进行所述第2蚀刻工序。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,还具有电极加工工序,基于所述泄漏量测定工序的测定结果,将所述电极加工为规定形状,以在所述电极加工工序中所加工的所述电极为掩模,进行所述第2蚀刻工序。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,所述外形形状具有基部以及从所述基部延伸设置的振动脚,所述电极形成工序在所述振动脚上形成所述电极。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,所述电极加工工序进行加工,以使加工后的所述电极的去除部分的所述电极的宽度方向的大致中心比所述振动脚的宽度方向的大致中心向所述振动脚的宽度方向偏移。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述电极形成工序与所述泄漏量测定工序之间具有:粗调整工序,以通过所述电极形成工序形成的所述电极为掩模,对所述振动脚进行蚀刻。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述电极形成工序中,所述电极的宽度方向的大致中心、和设置有所述电极的所述振动脚的宽度的大致中心向所述电极的宽度方向偏移规定量而形成。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,所述电极加工工序基于所述泄漏量测定工序的测定结果,在所述电极中进行加工,以使接近所述振动脚的所述基部的区域即第1区域、和接近所述振动脚的前端的区域即第2区域中的某一个的宽度变窄。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,所述电极加工工序通过所述泄漏量测定工序的测定结果,在需要大量的调整时进行加工以使所述第1区域的所述电极的宽度变窄,在需要少的调整时进行加工以使所述第2区域的所述电极的宽度变窄。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在进行多次所述第2蚀刻工序和所述电极加工工序时,通过所述电极加工工序最初加工的所述电极是所述第1区域的所述电极。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,所述第2蚀刻工序根据来自所述泄漏量测定工序的测定结果所得到的泄漏量的信息,将蚀刻量换算为加工时间,决定所述振动脚的蚀刻去除量。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,通过第2蚀刻工序实现的蚀刻去除部分在1个振动脚中有多个,在以所述振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过所述原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中的、夹着所述原点而成为对称的象限中设置所述蚀刻去除部分。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,通过第2蚀刻工序实现的蚀刻去除量,在以所述振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过所述原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中的、夹着所述原点而成为对称的象限中相等,相邻的象限的所述蚀刻去除量不同。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述第1蚀刻工序中,在单一的晶体板上形成多个所述外形形状,在所述第2蚀刻工序中,同时蚀刻多个所述外形形状。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述泄漏量测定工序中,针对多个所述外形形状的每一个测定所述泄漏量,存储所测定的所述泄漏量与所述外形形状的位置关系信息。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,通过对所述电极照射激光进行所述电极加工工序。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述第1蚀刻工序中,形成能估计泄漏振动的方向的所述外形形状,在所述电极形成工序中,形成具有切口部的所述电极,所述切口部用于依照在所述第1蚀刻工序中形成的所述外形形状来调整平衡。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述外形形成工序中,在平板形状的晶体板的两面设置掩模部件,通过使两面的所述掩模部件彼此的大小在宽度方向上不同,使其形成为能预先估计所形成的所述外形形状的泄漏振动的方向。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在所述外形形成工序中,在平板形状的晶体板的两面设置掩模部件,通过相互偏移规定量地配设两面的所述掩模部件彼此,使其形成为能预先估计所形成的所述外形形状的泄漏振动的方向。
进而,在本发明的晶体振子的制造方法中,在将所述两面的所述掩模部件的宽度方向的第1侧面的偏置量设为k1、将第2侧面的偏置量设为k2、将掩模的对位精度设为±p、将第1侧面的蚀刻角度设为α、将第2侧面的蚀刻角度设为β、将所述平板形状的晶体板的厚度设为t时,第1突出部的长度c和第2突出部的长度d满足如下关系:
c=t×tan(α-90°)+k1
d=t×tan(β-90°)+k2
k1、k2>p。
本发明提供一种晶体振子的制造方法,该晶体振子具有具备从基部延伸设置的振动脚的外形形状,在该振动脚的主平面和侧面的至少一方中具备电极,其特征在于,具有:外形形成工序,在平板形状的晶体板中形成规定形状的耐蚀刻用掩模部件,使用该掩模部件将该晶体板蚀刻为规定的形状而形成外形形状;电极形成工序,在构成振动脚的主平面或者侧面中的某一个中形成电极;泄漏量测定工序,对晶体振子的泄漏量进行测定;电极加工工序,根据泄漏量测定工序的测定结果将电极加工为规定形状;以及平衡调整工序,以在电极加工工序中加工为规定形状的电极为掩模而蚀刻振动脚。
另外,本发明提供一种晶体振子的制造方法,该晶体振子具有具备从基部延伸设置的振动脚的外形形状,在该振动脚的主平面和侧面的至少一方中具备电极,其特征在于,具有:外形形成工序,在平板形状的单一的晶体板中形成规定形状的耐蚀刻用掩模部件,使用该掩模部件将该晶体板蚀刻为规定的形状而形成多个晶体振子的外形形状;电极形成工序,在构成振动脚的主平面或者侧面中的某一个中形成电极;泄漏量测定工序,对各个晶体振子的泄漏量进行测定;电极加工工序,根据泄漏量测定工序的测定结果将各个晶体振子的电极加工为规定形状;以及平衡调整工序,以在电极加工工序中加工为规定形状的电极为掩模而对晶体板进行一并蚀刻。
另外,在电极加工工序中,以使加工后的电极的去除部分的电极的宽度方向的大致中心比振动脚的宽度方向的大致中心向振动脚的宽度方向偏移的方式,进行加工。
另外,在泄漏量测定工序中,针对各个晶体振子的每一个测定泄漏量,并且测量所测定各个泄漏量与各个晶体振子的位置关系信息,在电极加工工序中,根据位置关系信息,针对各个晶体振子的每一个进行电极加工。
另外,在电极形成工序与泄漏量测定工序之间,具有以通过电极形成工序形成的电极为掩模而蚀刻振动脚的粗调整工序。
另外,电极形成工序的加工部位通过电极的宽度方向的大致中心、和设置了电极的主平面的宽度的大致中心向电极的宽度方向偏移规定量而形成。
另外,在电极加工工序中,还可以通过对电极照射激光而去除其一部分。
另外,在从平面观察设置有电极的主平面时,将接近振动脚的基部的区域定义为第1区域,将与其相比振动脚的前端方向的区域定义为第2区域,在电极加工工序中,根据泄漏量测定工序的测定结果,以使这些2个区域中的某一个的电极的宽度变窄的方式,进行加工。
另外,在电极加工工序中,通过泄漏量测定工序的测定结果,在需要大量的调整时,以使第1区域的电极的宽度变窄的方式进行加工,在少量的调整也可时,以使第2区域的电极的宽度变窄的方式进行加工。
另外,在进行多次平衡调整工序和电极加工工序时,通过电极加工工序最初加工的电极是第1区域的电极。
另外,在平衡调整工序中,根据依据泄漏量测定工序的测定结果得到的泄漏量的信息将蚀刻量换算为加工时间,而决定振动脚的蚀刻去除量。
另外,对于通过调整工序或者粗调整工序而在主平面中具有的蚀刻去除部分,还可以在1个振动脚中设置有多个,在以振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,设置在夹着原点而成为对称的象限中。
另外,对于通过调整工序或者粗调整工序而在主平面中具有的蚀刻去除量,还可以在以振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,夹着原点而成为对称的象限的蚀刻去除量相等,相邻的象限的蚀刻去除量不同。
根据本发明的晶体振子的制造方法,在振子的外形形成后通过再蚀刻对振动脚进行加工而调整泄漏振动,所以与通过带、槽刨机等实现的研磨不同,无需对振子施加多余的外力。因此,不会导致振子的成品率降低、可靠性降低等,而可以稳定且正确地调整泄漏振动。
另外,根据本发明的晶体振子的制造方法,根据泄漏量的测定结果对电极进行加工,并以该电极为掩模而进行再蚀刻,所以可以高精度地调整微细的泄漏振动,可以制造泄漏振动被抑制为可以忽略的程度的高性能的晶体振子。
进而,根据本发明的晶体振子的制造方法,可以对单一的晶体晶片中形成的多个晶体振子一并地通过蚀刻进行调整,所以调整工序被简化,可以削减工时,并且可以高效地大量制造偏差少且性能均匀并稳定的特性的晶体振子。
如果将通过本发明制造的晶体振子用作陀螺仪,则可以实现不会受到泄漏振动的影响的高精度的振动型陀螺仪。另外,如果将通过本发明制造的晶体振子用作频率基准用的晶体振子,则将CI值抑制得较低,所以可以实现低功耗的高性能的频率基准用晶体振子。
本发明提供一种晶体振子的制造方法,该晶体振子具有具备从基部延伸设置的振动脚的外形形状,在该振动脚的主平面和侧面中具备电极,其特征在于,具有:外形形成工序,在平板形状的晶体板中形成规定形状的耐蚀刻用掩模部件,使用该掩模部件将该晶体板蚀刻为预先能估计晶体振子的泄漏振动的方向那样的形状而形成外形形状;电极形成工序,在构成振动脚的主平面中,形成具备用于根据所估计的泄漏振动的方向进行平衡调整的切口部的电极;以及平衡调整工序,以在电极形成工序中形成的电极为掩模而蚀刻振动脚。
另外,在外形形成工序中,还可以在单一的晶体板中形成多个外形形状,在平衡调整工序中,对多个晶体板进行一并蚀刻。
另外,还可以具有切口部的电极的宽度方向的大致中心是相对振动脚的宽度方向的大致中心向振动脚的宽度方向偏移的形状。
另外,在外形形成工序中,还可以在平板形状的晶体板的两面中设置掩模部件,两面的掩模部件彼此通过使其大小在振动脚的宽度方向上不同,从而预先能估计所形成的晶体振子的泄漏振动的方向。
另外,还可以在将两面的掩模部件的宽度方向的第1侧面的偏置量设为k1、将第2侧面的偏置量设为k2、将掩模的对位精度设为±p、将第1侧面的蚀刻角度设为α、将第2侧面的蚀刻角度设为β、将平板形状的晶体板的厚度设为t时,第1突出部的长度c和第2突出部的长度d满足如下关系:
c=t×tan(α-90°)+k1
d=t×tan(β-90°)+k2
k1、k2>p。
另外,在外形形成工序中,还可以在平板形状的晶体板的两面中设置掩模部件,两面的掩模部件彼此通过相互偏移规定量而配设,从而预先估计要形成的晶体振子的泄漏振动的方向。
另外,还可以在平衡调整工序之前,具有测定晶体振子的泄漏量的泄漏量测定工序。
另外,在泄漏量测定工序中,还可以在单一的晶体板中形成了多个外形形状的情况下,针对各个晶体振子的每一个测定泄漏量,并且测定所测定各个泄漏量与各个晶体振子的位置关系信息,在平衡调整工序中,在各个晶体振子中,将最少的泄漏量作为平衡调整的目标值而决定蚀刻量。
另外,泄漏量测定工序的特征在于:在单一的晶体板中形成了多个外形形状的情况下,针对各个晶体振子的每一个测定泄漏量,并且测量所测定各个泄漏量与各个晶体振子的位置关系信息,在平衡调整工序中,将各个晶体振子的泄漏量的平均值作为平衡调整的目标值而决定蚀刻量。
另外,在泄漏量测定工序中,还可以在单一的晶体板中形成了多个外形形状的情况下,针对各个晶体振子的每一个测定泄漏量,并且测量所测定各个泄漏量与各个晶体振子的位置关系信息,在平衡调整工序中,将各个晶体振子的泄漏量的代表值作为平衡调整的目标值而决定蚀刻量。
另外,在平衡调整工序中,还可以根据依据泄漏量测定工序的测定结果得到的泄漏量的信息将蚀刻量变换为加工时间,而决定振动脚的蚀刻去除量。
另外,对于通过平衡调整工序而在主平面中具有的蚀刻去除部分,还可以在1个振动脚中有多个,在以振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,设置在夹着原点而成为对称的象限中。
另外,对于通过平衡调整工序而在主平面中具有的蚀刻去除量,还可以在以振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,夹着原点而成为对称的象限的蚀刻去除量相等,相邻的象限的蚀刻去除量不同。
根据本发明的晶体振子的制造方法,在振子的外形形成后通过再蚀刻对振动脚进行加工而调整泄漏振动,所以与通过带、槽刨机等实现的研磨不同,无需对振子施加多余的外力而可以加工,不会导致振子的成品率降低、可靠性降低等,可以稳定且正确地调整泄漏振动。
另外,通过外形形成工序对晶体振子的外形附加特征,从而预先估计晶体振子的泄漏振动的方向,所以在驱动脚中形成具备基于该泄漏振动的方向的切口部的电极。由此,泄漏振动的平衡调整可以通过以具备该切口部的电极为掩模的蚀刻加工来进行,通过调整切口部的大小、位置、以及蚀刻加工时间,可以正确且微细地调整泄漏振动,可以制造高精度地抑制了泄漏振动的晶体振子。
另外,由于可以针对单一的晶体晶片中形成的多个晶体振子通过一并蚀刻加工进行平衡调整,所以调整工序被简化而可以削减工时,并且可以高效地大量制造偏差少且性能均匀并稳定的特性的晶体振子。
另外,如果将通过本发明制造的晶体振子用作陀螺仪,则可以实现不会受到泄漏振动的影响的高精度的振动型陀螺仪。另外,如果用作频率基准用的晶体振子,则将CI值抑制得较低,所以可以实现低功耗的高性能的频率基准用晶体振子。
附图说明
图1是示出以往的晶体振子的一个例子的立体图。
图2(a)以及图2(b)是图1中示出的以往的晶体振子的振动脚的A-A′剖面图。
图3(a)以及图3(b)是说明以往的晶体振子的振动脚的残渣的放大剖面图。
图4是示出以往的晶体振子的振动脚的一个例子的放大剖面图。
图5是示出通过单面掩模制造的以往的晶体振子的振动脚的一个例子的放大剖面图。
图6是说明以往的晶体振子的特性调整方法的结构图。
图7是示出通过本发明的制造方法制造的晶体振子的一个例子的立体图。
图8是说明本发明的第1制造方法的工序的流程图。
图9(a)~图9(e)是说明本发明的第1制造方法的外形形成工序的剖面图。
图10是通过本发明的第1制造方法的外形形成工序在晶体晶片中形成的多个晶体振子片的立体图。
图11(a)~图11(d)是说明本发明的第1制造方法的电极形成工序的剖面图。
图12是示出通过本发明的第1制造方法的电极形成工序形成的振动脚的电极的放大剖面图。
图13是示出实施本发明的第1制造方法的泄漏量测定工序的泄漏量测定系统的一个例子的说明图。
图14是示出通过本发明的第1制造方法的电极加工工序对晶体振子片照射激光而去除了驱动电极的一部分的一个例子的上面图。
图15(a)~图15(d)是示出通过本发明的第1制造方法的电极加工工序根据泄漏量如何加工电极的一个例子的说明图。
图16是说明在本发明的第1制造方法的平衡调整工序中,晶体振子片的驱动脚的第2象限和第4象限被蚀刻去除的放大剖面图。
图17是说明在本发明的第1制造方法的平衡调整工序中,晶体振子片的驱动脚的第1象限和第3象限被蚀刻去除的放大剖面图。
图18是说明在本发明的第1制造方法的平衡调整工序中,将蚀刻量换算为加工时间而进行的调整方法的放大剖面图。
图19(a)~图19(c)是说明通过本发明的第1制造方法制造的带槽的晶体振子的泄漏调整的剖面图。
图20(a)~图20(c)是用于说明带槽的晶体振子的其他泄漏调整的剖面图。
图21是示出将图8所示的步骤ST3~ST7通过其他工序置换了的晶体振子的制造方法的流程图。
图22是示出用于说明图21所示的流程图的实施经过的一个例子的图。
图23是示出用于说明图21所示的流程图的实施经过的其他例子的图。
图24是示出调整的具体例的图。
图25是用于说明晶体振子片的整形位置的图。
图26是示出每泄漏量单位的效力量(mV/μm)与距根部位置的距离(μm)的关系的图。
图27是示出将图8所示的步骤ST3~ST7通过其他工序置换了的晶体振子的其他制造方法的流程图。
图28是示出用于说明图27所示的流程图的实施经过的一个例子的图。
图29是说明本发明的第2晶体振子的制造方法的工序顺序的流程图。
图30是示出通过本发明的第2晶体振子的制造方法的电极形成工序形成的振动脚的电极的上面图。
图31是说明通过本发明的第2晶体振子的制造方法的粗调整工序蚀刻去除了晶体振子片的驱动脚的一部分的放大剖面图。
图32是示出通过本发明的第3制造方法制造的晶体振子的一个例子的立体图。
图33是说明本发明的第3制造方法的工序顺序的流程图。
图34(a)~图34(e)是说明本发明的第3制造方法的外形形成工序的剖面图。
图35(a)以及图35(b)是与本发明的第3制造方法的表面蚀刻掩模相比背面蚀刻掩模增大规定量地配设而外形形成的晶体振子的驱动脚的放大剖面图。
图36是通过本发明的第3制造方法的外形形成工序在晶体晶片中形成的多个晶体振子片的立体图。
图37(a)~图37(d)是说明本发明的第3制造方法的电极形成工序的剖面图。
图38是示出通过本发明的第3制造方法的电极形成工序形成的振动脚的电极的连接的一个例子的放大剖面图。
图39是示出通过本发明的第3制造方法的电极形成工序形成的电极的一个例子的上面图。
图40(a)以及图40(b)是示出通过本发明的第3制造方法的电极形成工序形成的电极的其他例的上面图。
图41是说明在本发明的第3制造方法的平衡调整工序中,蚀刻去除了晶体振子片的驱动脚的第2象限和第4象限的放大剖面图。
图42是说明本发明的第4制造方法的工序顺序的流程图。
图43是示出实施本发明的第4制造方法的泄漏量测定工序的泄漏量测定系统的一个例子的说明图。
图44是说明本发明的第5制造方法的工序顺序的流程图。
图45是说明在本发明的第5制造方法的平衡调整工序中,为了平衡调整而实施多次再蚀刻的放大剖面图。
图46(a)以及图46(b)是说明通过本发明的制造方法制造的带槽的晶体振子的泄漏调整的剖面图。
图47(a)~图47(e)是说明本发明的第6制造方法的外形形成工序的剖面图。
图48是说明在本发明的第6制造方法的平衡调整工序中,蚀刻去除了晶体振子片的驱动脚的第2象限和第4象限的放大剖面图。
图49是说明在本发明的第6制造方法的平衡调整工序中,蚀刻去除了晶体振子片的驱动脚的第1象限和第3象限的放大剖面图。
具体实施方式
以下,根据附图,详述本发明的制造方法。但是,本发明不限于以下的说明,还包括权利要求书记载的发明和其均等物。
图7是示出通过本发明的制造方法制造的晶体振子的一个例子的图。
图7是示意地示出晶体振子10的立体图,与说明无关的部分、例如在将晶体振子密封到封装等密封部件中时使导电性粘接剂等附着的固定部分等省略。
晶体振子10是与已经说明的例子同样地从晶体晶片通过蚀刻加工切出而形成的。晶体振子10是用作振动型陀螺仪的振子,是作为振动脚具有2个驱动脚11、12和1个检测脚13的三脚音叉型振子。另外,晶体振子10不限于三脚音叉型,而例如也可以是二脚音叉型、T型音叉、以及H型音叉等。另外,晶体振子10还可以用于振动型陀螺仪以外。
驱动脚11、12和检测脚13从基部14延伸设置而形成。驱动电极20、21形成在驱动脚11、12的主平面和侧面中,检测电极22形成在检测脚13的主平面和侧面中。调整区域30是调整晶体振子10的泄漏振动的区域。在调整区域30中,驱动电极20、21通过激光加工其一部分被去除,在平衡调整工序中,以所加工的驱动电极为掩模而对驱动脚11、12进行再蚀刻。
本发明的重大特征在于,在驱动电极20、21的调整区域30中,对晶体进行再蚀刻加工,调整该部位的驱动脚11、12的厚度,从而可以抑制泄漏振动。另外,该晶体振子10形成为X轴成为宽度方向、Y′轴成为长度方向、Z′轴成为厚度方向。该晶体振子10在通过后述第1以及第2制造方法制造的所有晶体振子中是共通的。
图8是示出本发明的晶体振子的第1制造方法的各工序顺序的流程图。
以下,说明在单一的晶体晶片中形成多个晶体振子,作为晶体振子的集合体而一并制造的制造方法。但是,本发明的晶体振子的第1制造方法不限于通过晶体振子的集合体实现的一并制造,而还可以应用于对1个晶体晶片、晶体板形成1个晶体振子的制造方法。
最初,实施在单一的晶体板即晶体晶片中形成耐蚀刻用掩模部件,并形成多个晶体振子片的外形形状的外形形成工序(步骤ST1)。耐蚀刻用掩模部件例如可以使用金(Au)。另外,在该情况下,也可以在金的基底中形成铬(Cr)。即,耐蚀刻用掩模部件也可以是层叠膜构造。通过这样在基底中使用铬(Cr),晶体与金(Au)的密接性提高。在形成了耐蚀刻用掩模部件之后,以其为掩模,使用规定的蚀刻液对晶体晶片进行蚀刻,形成晶体振子片的外形。
接下来,实施在构成所形成的晶体振子片的振动脚的主平面或者侧面中形成电极的电极形成工序(步骤ST2)。在该工序中形成的电极在图7所示的例子中,是驱动电极20、21以及检测电极22。
接下来,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的泄漏量的泄漏量测定工序(步骤ST3)。在泄漏量测定工序中,对晶体晶片中形成的所有晶体振子片的泄漏量进行测定,但在泄漏量的偏差少的情况等下,也可以通过抽样仅对一部分的晶体振子片进行泄漏量的测定。
接下来,实施根据在泄漏量测定工序中得到的测定结果,将各个晶体振子片的电极加工为规定形状的电极加工工序(步骤ST4)。在该工序中加工的电极的形状是指,在调整区域30的部分中不具有电极的驱动电极20、21的形状(参照图7)。
接下来,实施以在电极加工工序中加工为规定形状的电极为掩模而对晶体晶片进行一并蚀刻的平衡调整工序(步骤ST5)。在图7所示的例子中,调整区域30的驱动脚11、12的晶体被蚀刻。
接下来,实施对实施了平衡调整工序的晶体晶片上的各个晶体振子片进行驱动,而对泄漏振动的泄漏量再次进行测定的泄漏量测定工序(步骤ST6)。
接下来,根据在步骤ST6的泄漏量测定工序中得到的测定结果,判定泄漏量是否为规定值以内(步骤ST7)。此处,如果是肯定判定(泄漏量是规定值以内),则晶体振子的泄漏振动被抑制为可以忽略的程度,所以结束泄漏振动调整。另外,如果是否定判定(泄漏量是规定值以上),则回到步骤ST4(在图中,实线F1),直到泄漏量成为规定值以内为止,反复执行步骤ST4至步骤ST7。
如果泄漏振动调整结束,则各个晶体振子从晶体晶片切离,密封到密封部件中而作为产品完成。另外,泄漏振动调整后的工序与本发明没有直接关系,所以说明省略。
另外,在1个晶体晶片中形成的多个晶体振子片中,某晶体振子片的泄漏量成为规定值以内,其他晶体振子片的泄漏量是规定值以上的情况下,也可以在泄漏量成为规定值以内的时刻,将该晶体振子片从晶体晶片切离而送入到接下来的密封工序,使仅带有规定值以上的晶体振子片的晶体晶片返回到步骤ST4。这样,可以减少步骤ST6的泄漏量测定工序中的测定次数,可以提高作业效率。
另外,在所述说明中,说明了直到泄漏量成为规定值以内为止反复执行步骤ST4至步骤ST7的例子,但也可以反复执行步骤ST5至步骤ST7。即,对于步骤ST5的平衡调整工序中的蚀刻,逐次少量地分成多次而蚀刻。
即,进行步骤ST5的平衡调整工序中的第1次的蚀刻,进行步骤ST6的泄漏量测定工序和步骤ST7的判定,回到步骤ST5的平衡调整工序(在图中,虚线F2),进行第2次的蚀刻。当然,也可以进一步反复这些循环。于是,泄漏量最终成为规定值以内。这样,在步骤ST5的平衡调整工序中,可以防止对驱动脚11、12过度进行蚀刻。
接下来,详细说明各工序。
首先,使用图9对晶体振子的外形形成工序(步骤ST1)进行详细说明。
图9是示意地示出晶体晶片上形成的晶体振子片的振动脚的剖面的剖面图。图9是示出排列了2个图7所示的晶体振子10的状态的图,是从驱动脚11、12和检测脚13的前端方向朝向基部14的方向观察的图。
在图9(a)所示的调整为规定的板厚的平板形状的单一的晶体板即晶体晶片1的两面中,如图9(b)所示,形成对晶体用的蚀刻液具有耐性的金属耐蚀膜2a、2b,并在其上形成光致抗蚀剂3a、3b。在图9(a)所示的例子中,为易于图示,金属耐蚀膜2a、2b记载为单层膜,但可以如上所述,使用金(Au)与铬(Cr)的层叠膜。这些金属膜可以使用公知的蒸镀技术、溅射技术形成。另外,光致抗蚀剂3a、3b可以使用公知的旋转涂敷技术来形成。
接下来,如图9(c)所示,将分别描绘了在相互对向时去除误差而正确地重叠的振子图案的2个光掩模4a、4b配置在晶体晶片1的上下,从光掩模4a、4b上照射光(箭头B)而对光致抗蚀剂3a、3b进行曝光。
接下来,如图9(d)所示,进行光致抗蚀剂3a、3b的显影,以所形成的抗蚀剂图案为掩模而对金属耐蚀膜2a、2b进行图案化,形成耐蚀刻用掩模部件即蚀刻掩模5a、5b。在对于金属耐蚀膜2a、2b使用了金(Au)与铬(Cr)的层叠膜时,对这2个金属膜分别进行蚀刻。例如,使用碘与碘化钙的混合溶液,对金(Au)进行蚀刻。在水洗之后,使用硝酸第2铈氨溶液,对铬(Cr)进行蚀刻。
接下来,剥离光致抗蚀剂3a、3b,将在表背两面中形成了蚀刻掩模5a、5b的晶体晶片1浸渍到晶体用蚀刻液即氟酸类的蚀刻液中。于是,如图9(e)所示,没有被蚀刻掩模5a、5b覆盖的部分的晶体从表背两侧溶解。之后,通过去除蚀刻掩模5a、5b,得到晶体振子片的振动脚即驱动脚11、12和检测脚13。晶体用蚀刻液例如可以使用氟酸与氟化氨的混合溶液。在图9所示的例子中,仅示出了振动脚的剖面,但实际上通过该外形形成工序(步骤ST1),形成图7所示的晶体振子10的外形的整体。
图10是为了说明通过该外形形成工序在晶体晶片1中形成的多个晶体振子片7的样子而示意地示出的立体图。
该晶体振子片7通过蚀刻从溶解的溶解部8切出而形成,各个晶体振子片7通过连结部71与晶体晶片1结合。连结部71是在平衡调整结束之后被切断的部分,是被称为所谓折取部的部分。如果切断连结部71的部分,则晶体振子片7从晶体晶片1分离而作为图7所示的晶体振子10完成。
另外,在图10中,示出了在1个晶体晶片1中形成6个晶体振子片7的例子,但其个数不限于图10的例子。其原因为,晶体振子片7根据希望得到的晶体振子的性能、特性而选择其尺寸、形状,与其相伴地决定晶体晶片1的尺寸。当然,如果在1个晶体晶片1中形成的晶体振子片7的数量较多,则可以一并制造多个晶体振子,所以可以降低制造成本。
接下来,使用图11详细说明电极形成工序(步骤ST2)。
图11是示意地示出图10所示的C-C′剖面的剖面图,示出驱动脚11、12和检测脚13的剖面。
在图11(a)所示的驱动脚11、12和检测脚13的表面中,如图11(b)所示,形成金属膜200并在其上形成光致抗蚀剂300。
在图11(b)所示的例子中,为易于图示,金属膜90记载为单层膜,但可以设为以铬(Cr)为基底而在其上设置金(Au)的层叠膜。金属膜90可以使用公知的蒸镀技术、溅射技术来形成。另外,光致抗蚀剂91可以使用公知的喷雾法、电解法等来形成。
接下来,如图11(c)所示,将分别描绘了在驱动脚11、12和检测脚13中设置的电极的形状的2个光掩模92a、92b配置在晶体晶片1的上下,从光掩模92a、92b上照射光(箭头B)而对光致抗蚀剂91进行曝光。另外,在图11(c)中,示出倾斜照射光的进行所谓倾斜曝光的例子。
接下来,如图11(d)所示,进行光致抗蚀剂91的显影,以所形成的抗蚀剂图案为掩模而对金属膜90进行图案化,形成驱动电极20a、20b、20c、20d、21a、21b、21c、21d和检测电极22a、22b、GND电极22c。
接下来,对各电极的连接例进行说明。
图12是示出通过电极形成工序在振动脚即驱动脚11、12和检测脚13中形成的电极的连接的一个例子的图。在驱动脚11的主平面即对向的2面中形成有驱动电极20a、20b,在驱动脚12的主平面即对向的2面中形成有驱动电极21c、21d。另外,在驱动脚11的侧面即对向的2面中形成有驱动电极21a、21b,在驱动脚12的侧面即对向的2面中形成有驱动电极20c、20d。
这些驱动电极20a、20b、20c、20d分别电连接而作为驱动电极端子20向外部输出。另外,驱动电极21a、21b、21c、21d也分别电连接而作为驱动电极端子21向外部输出。
另外,在检测脚13中,在其角的部分中形成成对的检测电极22a、22b,分别作为检测电极端子22、23而向外部输出。另外,与检测电极22a、22b对向的面的GND电极22c作为GND电极端子24而向外部输出,与未图示的电路的GND(0V)连接。当然,图12所示的电极构造或者电极彼此的连接构造不限于此,可以根据晶体振子的规格而任意决定。
另外,在以上的说明中使用的图9、图10、图11、图12所示的例子中,驱动脚11、12和检测脚13各自的侧面如上所述,由于残渣而并非平面,但为易于图示省略了残渣的形状。
接下来,使用图13对泄漏量测定工序(步骤ST3)进行说明。
图13示出用于实施泄漏量测定工序的泄漏量测定系统的一个例子。在图13中,7a~7f是晶体振子片。
形成了晶体振子片7a~7f的晶体晶片1载置固定于XY载置台60中。61是具有多个电极端子62的探测器,配置在XY载置台60的上部。该探测器61的电极端子62电接触到晶体晶片1的晶体振子片7a~7f中形成的驱动电极端子20、21和检测电极端子22、23(参照图12)、GND电极端子24。
另外,控制部63对泄漏量测定进行控制,经由连接电缆64与探测器61连接。驱动部65根据来自控制部63的控制信号驱动XY载置台60,以使晶体晶片1向X方向、或者Y方向移动,而使探测器61可以接触到所有晶体振子片的各个电极的方式动作。另外,在与控制部63连接的存储器66中,通过控制部63,与各个晶体振子片的位置信息一起存储晶体晶片1的所有晶体振子片7的泄漏量信息。
接下来,对泄漏量测定系统的动作进行说明。在图13中,控制部63向驱动部65发送控制信号而驱动XY载置台60,以使晶体晶片1中形成的规定的晶体振子片7a~7f的电极位于探测器61的正下的方式,使晶体晶片1移动。在图13所示的例子中,晶体振子片7f位于探测器61的正下方。
接下来,探测器61通过未图示的升降单元降下,电极端子62接触到晶体振子片7f的电极。
接下来,控制部63将使晶体振子片7f振动的驱动信号经由连接电缆64发送到探测器61,对晶体振子片7f的驱动电极端子20、21供给驱动信号而晶体振子片7f开始振动。
接下来,控制部63从晶体振子片7f的检测电极端子22、23经由探测器61输入检测信号,从该检测信号中检测泄漏信号分量,将该泄漏量与晶体振子片7f的位置关系信息一起存储在存储器66中。即,该泄漏量测定工序的测定结果包括所测定的晶体振子片的泄漏量、和该晶体振子片的位置关系信息。另外,晶体振子片的位置关系信息是作为距XY载置台60的规定的原点的X轴位置、Y轴位置而测量的位置信息。另外,泄漏量测定当然在没有施加角速度的状态下进行。
接下来,控制部63如果一个晶体振子片的泄漏量测定结束,则向驱动部65发送控制信号而驱动XY载置台60,使晶体晶片1移动以使位于邻接的晶体振子片的电极位于探测器61的正下方。例如,如果晶体振子片7f的测定结束,则驱动XY载置台60以使相邻的晶体振子片7e位于探测器61的正下方。
以后,对晶体晶片1中形成的晶体振子片依次进行驱动而测定泄漏量,将晶体振子片7a~7f各自的泄漏量和位置关系信息存储在存储器66中。在该情况下,在存储器66中,存储6个晶体振子片的泄漏量、和与其对应的6个晶体振子片的位置关系信息。
另外,也可以不测定晶体晶片1中设置的晶体振子片的所有泄漏量。例如,还可以对晶体振子片7a进行测定,并将其泄漏量假设为晶体振子片7b~7f的泄漏量。这样的假设可以通过使用过去测定的晶体晶片、其他晶体晶片的信息、例如晶体晶片1的膜厚、外形形成工序(步骤ST1)的蚀刻条件等来进行。在该情况下,在存储器66中,存储1个晶体振子片的泄漏量、和6个各个晶体振子片的位置关系信息。
另外,也可以将晶体晶片1中设置的晶体振子片分成组而测定泄漏量。例如,还可以对相邻的晶体振子片7a、7b、7c进行测定,如果这些是相同的泄漏量,则晶体振子片7d、7e、7f也预测为相同的泄漏量,在对晶体振动片7d进行了测定的时刻,晶体振动片7e、7f也假设为相同的泄漏量。即,将晶体振子片分成晶体振子片7a、7b、7c和晶体振子片7d、7e、7f这2个组。这样的假设、分组与所述例子相同地,可以使用过去测定的晶体晶片、其他晶体晶片的信息来分析倾向等而进行。在该情况下,在存储器66中,存储所分组的晶体振子片的信息、每个该组的晶体振子片的泄漏量、以及晶体振子片的位置关系信息。
进而另外,也可以进行选择晶体晶片1中设置的晶体振子片的所谓抽样测定。例如,也可以随机地选择测定晶体晶片1中设置的某一个晶体振子片或者预先决定的个数的晶体振子片,并将其平均值存储为晶体晶片1的泄漏量。在该情况下,在存储器66中,存储选择测定的个数的晶体振子片的泄漏量、和6个晶体振子片的位置关系信息。
接下来,对电极加工工序(步骤ST4)进行说明。
在该电极加工工序中,根据在所述泄漏量测定工序中取得的晶体晶片1的各个晶体振子片7a~7f的泄漏量和位置关系信息,通过照射激光而去除电极的一部分的电极加工系统来实施。
作为一个例子,该电极加工系统基本上构成为代替图13中示出的泄漏量测定系统的探测器61而配置激光照射器,所以参照图13进行说明。在该电极加工系统中,通过控制部63对驱动部65进行控制而驱动XY载置台60,通过来自激光照射器(未图示)的激光,对XY载置台60上的各个晶体振子片7的驱动脚的电极进行加工。激光例如可以使用YAG激光。
图14是晶体振子片7的上面图,是示出图13所示的晶体振子片7a~7f中的某一个的图。另外,在以后的说明中说明晶体振动片时,简化而称之为晶体振子片7。然后,示出从所述激光照射器向驱动电极照射激光,而去除了驱动电极的一部分的一个例子。在图14所示的例子中,将激光照射为点状的圆形形状。
在驱动脚11的主平面中形成的驱动电极20a、和同样地驱动脚12的主平面中形成的驱动电极21c的前端附近,连续照射点状的激光,在电极的长度方向上连续去除电极的宽度方向的一个端部。在该去除了电极的部分中,晶体振子片7的晶体表面露出,形成大致长方形形状的调整区域30(在图14中用虚线示出的区域)。通过形成该调整区域30,在该部分中残留的电极宽度W2如图所示比没有形成调整区域30的电极宽度W1窄。
然后,晶体的表面露出的调整区域30通过后面的工序即平衡调整工序进行再蚀刻而其表面溶解,调整驱动脚11、12的剖面形状而抑制泄漏振动。
另外,在图14所示的例子中,示出了照射激光而去除的电极的部分(调整区域30)朝向附图设置在左侧的端部的例子,但其是一个例子。但是,照射该激光而去除的电极的部分一定向驱动脚11、12的宽度方向偏移。例如,从照射激光而去除的电极的部分的平面观察的宽度方向的大致中心与驱动脚11、12的宽度方向的大致中相比,向该驱动脚的宽度方向偏移而设置。另外,如果照射激光而去除的电极的部分的形状在俯视时成为长方形形状,则该部分也可以设为如图14所示的例子那样,进入到驱动脚11、12的宽度方向的大致中央与宽度方向的端部之间。
即,以通过该电极加工工序形成的电极为掩模,通过步骤ST5的平衡调整工序蚀刻晶体而进行平衡调整,所以调整区域30必需设置在驱动脚11、12通过蚀刻而使晶体振子的平衡变化那样的部分中。
图15是用于说明调整区域30通过电极加工工序如何形成的说明图。
此处,将接近晶体振子片7的基部14的区域定义为第1区域并将与第1区域相比振动脚的前端方向定义为第2区域。如果在第1区域中形成了调整区域30,则由于该区域接近基部14,所以针对驱动脚11、12的振动的影响大。另外,如果在第2区域中形成了调整区域30,则由于该区域是驱动脚11、12的前端附近,所以针对驱动脚11、12的振动的影响比较小。另外,将图15中的调整区域30简化而示出为长方形形状,但如在图14所示的例子那样,对电极以点状的圆形形状连续照射了激光时,成为在连续的圆形形状中去除了电极的区域。
图15(a)示出在晶体振子片7的泄漏量少的情况下加工的调整区域30。即,在晶体振子片7的泄漏量少的情况下,晶体振子片7仅调整少量即可,所以调整区域30如图所示形成在驱动脚11、12的主平面的第2区域的一部分中,该部分的驱动电极20a、21c的电极宽度变窄。这样,通过在影响比较小的第2区域中形成调整区域30,可以与少的泄漏量对应地进行微细的电极加工,所以可以高精度地调整泄漏量。
图15(b)示出在晶体振子片7的泄漏量是中等程度的情况下加工的调整区域30。此处,晶体振子片7由于需要被调整为中等程度,所以调整区域30如图所示形成在驱动脚11、12的主平面的第2区域的大致全部中而驱动电极20a、21c的电极宽度变窄。由此,调整中等程度的泄漏量,所以可以抑制泄漏振动。
图15(c)示出在晶体振子片7的泄漏量稍大的情况下加工的调整区域30。此处,晶体振子片7由于需要大幅调整,所以调整区域30如图所示形成在驱动脚11、12的主平面的第1区域的一部分中而驱动电极20a、21c的电极宽度变窄。由此,调整稍大的泄漏量,所以可以抑制泄漏振动。
图15(d)示出在晶体振子片7的泄漏量相当大的情况下加工的调整区域30。此处,晶体振子片7需要大幅调整,所以调整区域30如图所示形成在驱动脚11、12的主平面的第1区域和第2区域这双方中而驱动电极20a、21c的电极宽度变窄。由此,调整相当大的泄漏量,所以可以抑制泄漏振动。
这样,电极加工工序是如下工序:根据在泄漏量测定工序中得到的各个晶体振子片7的泄漏量信息和位置关系信息,决定调整区域30的加工区域和其加工量,通过激光对驱动脚11、12的电极进行加工。
另外,调整区域30形成于在图15的附图上偏向接近检测脚13的一侧的区域中,但在晶体振子片7的背面的驱动电极20b、21d(参照图12)中,相反形成于偏向远离检测脚13的一侧的区域中。该调整区域30的偏向方向根据主轴的倾斜方向而决定,其详细的说明后述。另外,在图15中,示出了调整区域30以从晶体振子片7的主平面向侧面跨越的方式,形成在驱动脚的角部中的例子,但调整区域30也可以仅形成在主平面中。
另外,在向晶体晶片1的背面照射激光而加工的情况下,将晶体晶片1翻过来载置于电极加工系统的XY载置台60中,或者使XY载置台60成为不妨碍激光的构造,从XY载置台60的背侧向晶体晶片1照射激光即可。
接下来,根据图16对平衡调整工序(步骤ST5)进行说明。
该平衡调整工序是如下工序:在电极加工工序中将驱动脚11、12的驱动电极加工为规定形状之后,以该加工的驱动电极为掩模而对晶体晶片1再次一并蚀刻,修正晶体振子片7的驱动脚11、12的剖面形状而进行振动的平衡调整,调整泄漏量而抑制晶体振子片7的泄漏振动。
图16是晶体晶片1中形成的晶体振子片7的一个驱动脚11的剖面的一个例子,是从与图12所示的方向相同的方向观察的图。
如果假设为在对晶体晶片1进行蚀刻加工而成的晶体振子片7的振动脚中有残渣,并且用于从晶体晶片1切出晶体振子片7的蚀刻掩模上下偏移了位置偏移量e(背面掩模向附图上右侧偏移),则驱动脚11的剖面如图所示成为上下非对称,驱动脚11的主轴35(用虚线示出)不与X轴平行而具有偏移角θ1(对于这样的驱动脚的形状,与使用图4说明的以往技术的晶体振子的驱动脚201的剖面类似)。由此,驱动脚11成为倾斜振动而产生泄漏振动。
在所述泄漏量测定工序中,对该泄漏振动进行检测而测量泄漏量,在电极加工工序中对驱动脚11的主平面的表面和背面中形成的驱动电极20a、20b的一部分进行加工而形成调整区域30a、30b。在该平衡调整工序中,将晶体晶片1再次浸渍到蚀刻液中进行一并蚀刻,在调整区域30a、30b中露出的晶体振子片7的表面以及背面被蚀刻去除(图16所示的虚线部分),该部分的驱动脚11的厚度稍微减少。通过调整区域30a、30b的晶体被蚀刻去除,成为上下非对称的剖面形状被补正,主轴35如主轴35′(实线)那样修正而抑制泄漏振动。
另外,驱动脚11的主平面的表面即驱动电极20a侧的调整区域30a偏向驱动电极20a的附图上左侧而形成,驱动脚11的主平面的背面即驱动电极20b侧的调整区域30b偏向驱动电极20b的附图上右侧而形成。
此处,将调整区域30a、30b形成在驱动脚11的主平面的表面和背面中的理由在于,利用晶体振子片7在Z′方向上以特异得快的速度被蚀刻的晶体的特性。通过该特性,主平面中形成的调整区域30a、30b通过平衡调整工序的再蚀刻短时间地向Z′方向进行蚀刻,而修正剖面形状。
另外,在图16中,示出了以使调整区域30a、30b从驱动脚11的主面向侧面跨越的方式,形成于驱动脚的角部中的例子,但当然也可以将调整区域30a、30b仅设置在主面中。
此处,在综合叙述通过调整区域实现的蚀刻去除部分的位置关系时,在图16中,对于调整区域30a、30b,在将驱动脚11的振动轴中心作为原点P,并由通过该原点P且正交的2个轴x、y定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,以设置在夹着原点P而成为对象的象限中方式,进行加工而形成。由此,对于通过调整区域30a、30b实现的蚀刻去除量,以夹着原点P而成为对象的象限的蚀刻去除量相等,相邻的象限的蚀刻去除量不同的方式,进行加工。
图16所示的调整区域30a、30b作为一个例子而形成在第2象限和第4象限中的原因在于,由于表面掩模相对背面掩模向左偏移而形成,所以通过以消除偏移并偏向而形成的晶体部分的方式,将调整区域30a、30b形成在第2象限和第4象限中,可以修正其主轴35的倾斜。
图17是示出蚀刻掩模向与图16相反的方向、即背面侧的掩模在附图上向左侧偏移了位置偏移量e的情况的晶体振子片7的驱动脚11的剖面图。
在该情况下,如图所示,以消除偏移并偏向而形成的晶体部分的方式,将调整区域30a、30b设置在第1象限和第3象限中即可。即,通过蚀刻去除第1象限和第3象限中形成的调整区域30a、30b的晶体,校正成为上下非对称的剖面形状,剖面形状依然是上下非对称,但主轴35如主轴35′(实线)那样修正而抑制泄漏振动。
在已经说明的例子中,根据泄漏量的大小改变调整区域的区域和范围而进行了泄漏振动的调整,但不限于该调整方法,例如,也可以限定调整区域的区域和范围,根据泄漏量的大小将蚀刻量换算为加工时间,而决定振动脚的蚀刻去除量。
图18是用于说明将蚀刻量换算为加工时间而进行的调整方法的一个例子的图。
在图18中,调整区域30a、30b的用虚线示出的蚀刻深度K1、K2表示由于蚀刻中的加工时间的差异引起的调整区域30a、30b的深度的差异。此处,蚀刻深度K1是再蚀刻的加工时间短的情况,蚀刻深度K2是再蚀刻的加工时间长的情况。
即,根据泄漏量测定工序中的测定的结果,如果泄漏量小,则将再蚀刻的加工时间设定得较短而加工至蚀刻深度K1,如果泄漏量大,则将再蚀刻的加工时间设定得较长而加工至蚀刻深度K2。由此,可以根据泄漏量来调整蚀刻去除量,主轴35的倾斜如主轴35′(实线)那样被修正而可以抑制泄漏振动。另外,对于基于泄漏量的调整,也可以取入改变调整区域的区域和范围的方法、以及将蚀刻量换算为加工时间的方法这双方而进行泄漏振动的调整。
以下,说明向在驱动脚中形成了槽的晶体振子片,应用所述第1制造方法的情况。
图19是晶体晶片1中形成的晶体振子片7的一个驱动脚11的其他例,是在主平面的表和背中沿着晶体振子片7的长度方向形成了多个槽15的驱动脚11的剖面图。
形成了槽15的晶体振子是公知的,通过该槽15的内侧中形成的电极15a和侧面的驱动电极21a、21b的一部分对向而施加到晶体振子的电场增加,可以提高晶体振子的驱动力。在图19中示出了设置有多个槽15的例子,但也可以是单一的槽。
首先,在图19(a)所示的具有槽15的驱动脚11的主平面的表面和背面中,如图19(b)所示,通过电极加工工序对驱动电极20a、20b的一部分进行加工而去除电极,形成调整区域30a、30b。
接下来,如图19(c)所示,通过平衡调整工序将晶体晶片1再次浸渍到蚀刻液中而进行一并蚀刻,对在调整区域30a、30b中露出的驱动脚11的表面以及背面进行蚀刻去除(虚线部分),使该部分的驱动脚11的厚度稍微减少。通过蚀刻去除该调整区域30a、30b的晶体,补正成为上下非对称的剖面形状,抑制泄漏振动。
调整区域30a、30b如图所示,优选形成在槽15至驱动脚11的端部(角部)的区域中,但在宽度方向中有限制的情况下,还可以直至中央部分用作调整区域。另外,调整区域30a、30b的位置如图16以及图17所示,以消除偏移并偏向而形成的晶体部分的方式,与主轴的倾斜对应地形成。
图20是示出将形成了多个槽15的驱动脚11的其他部分设为调整区域的情况的图。
首先,在图20(a)所示的具有槽15的驱动脚11的主平面的表面和背面中,如图20(b)所示,通过电极加工工序对槽15的内侧的驱动电极20a、20b的一部分进行加工而去除电极,形成调整区域30a、30b。
接下来,如图20(c)所示,通过平衡调整工序将晶体晶片1再次浸渍到蚀刻液中而进行一并蚀刻,对在调整区域30a、30b中露出的驱动脚11的表面以及背面进行蚀刻去除(虚线部分),使该部分的驱动脚11的厚度稍微减少。通过蚀刻去除该调整区域30a、30b的晶体,补正成为上下非对称的剖面形状,抑制泄漏振动。
在如图20所示,对槽15的内侧的驱动电极20a、20b的一部分进行加工而去除电极,形成了调整区域30a、30b的情况下,由于效力量小,所以适合于进行微调整。另外,也可以如图19所示,与在槽15的外侧形成调整区域并用地,如图20所示,在槽15的内侧形成调整区域。
在图8所示的晶体振子的制造方法中,在步骤ST6中测定的泄漏量在步骤ST7中并非规定值以内的情况下,不断地反复规定的步骤。因此,以下说明通过预定的步骤进行图8的步骤ST3~ST7的制造方法。
图21是示出将图8所示的步骤ST3~ST7通过其他工序置换了的晶体振子的制造方法的流程图。
在图8的步骤ST2之后,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的初始泄漏量的初始泄漏量测定工序(步骤ST10)。泄漏量测定工序与图8的步骤ST3同样地,利用图13所示的泄漏测定系统来实施。
接下来,实施在根据在初始泄漏量测定工序中得到的测定结果,第1平衡调整工序、第2平衡调整工序都完成了时,以使所测定的泄漏量成为零为目标,对调整区域30,将各个晶体振子片的电极加工为规定形状的第1电极加工工序(步骤ST11)。在第1平衡调整工序和第2平衡调整工序的蚀刻时间相同的情况下,第1平衡调整工序结束时的泄漏量目标值是初始泄漏测定量的1/2。第1电极加工工序仅目标值不同,而通过与图8的步骤ST4同样的方法实施。
接下来,实施以在第1电极加工工序中加工为规定形状的电极为掩模而对晶体晶片进行一并蚀刻的第1平衡调整工序(步骤ST12)。第1平衡调整工序通过与图8的步骤ST4同样的方法实施。
接下来,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的2次泄漏量的2次泄漏量测定工序(步骤ST13)。泄漏量测定工序与图8的步骤ST3同样地,利用图13所示的泄漏测定系统来实施。
接下来,实施根据在2次泄漏量测定工序中得到的测定结果,以使泄漏量成为零为目标,针对调整区域30,将各个晶体振子片的电极加工为规定形状的第2电极加工工序(步骤ST14)。第2电极加工工序仅目标值不同,而通过与图8的步骤ST4同样的方法实施。
接下来,实施以在第2电极加工工序中加工为规定形状的电极为掩模而对晶体晶片进行一并蚀刻的第2平衡调整工序(步骤ST15)。第2平衡调整工序通过与图8的步骤ST4同样的方法实施。
接下来,实施对实施了第2平衡调整工序的晶体晶片上的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的泄漏量的最终泄漏量测定工序(步骤ST16)。
接下来,根据在步骤ST16的最终泄漏量测定工序中得到的测定结果,判定泄漏量是否为规定值以内(步骤ST17)。如果是肯定判定(泄漏量是规定值以内),则晶体振子的泄漏振动被抑制为可以忽略的程度,所以结束泄漏振动调整。另外,如果是否定判定(泄漏量是规定值以上),则进行个别处理、不利用该振子的丢弃处理等。
图22是示出用于说明图21所示的流程图的实施经过的一个例子的图。
在步骤ST10中的初始泄漏量是V(mV)的情况下,通过第1平衡调整工序将作为目标的泄漏量设定为V/2,在时刻T0~时刻T1的期间进行蚀刻处理。在图22的情况下,将时刻T0~时刻T1之间的间隔和时刻T1~时刻T2之间的间隔设定为1∶1,所以作为目标的泄漏量成为V/2。接下来,在步骤ST13中(时刻T1),测定2次泄漏量。
在图22中,折线40(点线)是时刻T1下的2次泄漏量由于误差而大于V/2的情况。在该情况下,由于泄漏量调整速度慢,所以以在第2平衡调整工序中使泄漏量调整的效力量变多的方式在第2电极加工工序(ST14)中进行与向第1电极加工相同的方向加工的调整,以使泄漏量最终成为零的方式进行调整。相反,在图22中,折线41(单点划线)是时刻T1下的2次泄漏量由于误差而小于V/2的情况。在该情况下,由于泄漏量调整速度快,所以以在第2平衡调整工序中使泄漏量调整的效力量变少的方式在第2电极加工工序(ST14)中进行向与第1电极加工相反的方向加工的调整,以使泄漏量最终成为零的方式进行调整。
接下来,在步骤ST16中(时刻T2),进行最终泄漏量测定,判断最终的泄漏量的误差是否为规定值以内。
这样,在图21以及图22所示的制造方法中,以2个阶段,进行泄漏量的调整,所以易于简易并且容易地将最终的泄漏量调整为规定值以内。另外,在图21以及图22所示的例子中,将第1平衡调整工序和第2平衡调整工序中的蚀刻时间设定为相同(将时刻T0~T1和时刻T1~T2的间隔设定为相同),但也可以设定为其他条件。
图23是示出用于说明图21所示的流程图的实施经过的其他例子的图。
在步骤ST10中的初始泄漏量是V(mV)的情况下,通过第1平衡调整工序将作为目标的泄漏量设定为V/4而进行第1电极加工工序,在时刻T0~时刻T1的期间,进行第1平衡调整工序的蚀刻处理。在图23的情况下,将时刻T0~时刻T1之间的间隔和时刻T1~时刻T2之间的间隔设定为3∶1。接下来,在步骤ST13中(时刻T1),测定2次泄漏量。
在图23中,折线40(点线)是由于误差而时刻T1下的2次泄漏量大于V/4的情况。在该情况下,泄漏量调整速度慢,所以以在第2平衡调整工序中使泄漏量调整效力量进一步变多的方式在第2电极加工工序中进行向与第1电极加工相同的方向进行电极加工的调整,以使泄漏量最终成为零的方式进行调整。相反,在图23中,折线41(单点划线)是时刻T1下的2次泄漏量由于误差而小于V/4的情况。在该情况下,泄漏量调整速度快,所以以在第2平衡调整工序中使泄漏量调整效力量变少的方式在第2电极加工中进行向与第1电极加工相反的方向进行电极加工的调整,以使泄漏量最终成为零的方式进行调整。
接下来,在步骤ST16中(时刻T3),进行最终泄漏量测定,判断最终的泄漏量的误差是否为规定值以内。
在图23的情况下,设定为在第1电极加工工序以及第1平衡调整工序中,使整体的调整内的3/4结束,在第2电极加工工序以及第2平衡调整工序中,使剩余的1/4的调整完成。在已经积蓄大量的经验的数据,且第1平衡调整后的误差(点线40、点线41)不大的情况下,在整体的调整内的3/4的结束时刻(时刻T1)后,无需大的再调整,所以在如图23那样进行了设定时,易于更正确地将最终的泄漏量调整为规定值以内。其原因为,由于第2平衡调整工序引起的误差随着第2平衡调整工序的长度而变大。在估计为T1下的误差更小的情况下,也可以不局限于整体的调整的3/4,而在更接近T2的位置设定T1。
图24是示出调整的具体例的图。
以下,使用图25所示的晶体振子片7,对具体的调整例进行说明。另外,图24所示的6个例子示出将第1平衡调整工序和第2平衡调整工序中的蚀刻时间全部设定为1∶1的情况(参照图22)。
例如,在元件编号3的晶体振子片中,初始泄漏量测定工序(ST10)中的初始泄漏量是1500mV。因此,在第1电极加工工序中,对各振动脚11以及12的左侧的调整区域(参照图25的31a)的距根部位置(参照图25的31)260μm~591μm的部分进行整形(ST11),而进行蚀刻处理(ST12)。
接下来的2次泄漏量测定工序(ST14)中的2次泄漏量是1200mV。如果考虑将第1平衡调整工序和第2平衡调整工序中的蚀刻时间设定为1∶1的情况,则如果原样地进行蚀刻处理,则预计最终泄漏量成为900mV(参照图22的E40)(1/2目标值是750mV)。因此,以使第2平衡调整中的误差量的泄漏调整量成为900mV(泄漏调整量是1200mV)的方式,在第2电极加工工序(ST14)中,对各振动脚11以及12的左侧的调整区域(参照图25的31a)的距根部位置(参照图25的31)618~1200μm的部分进行整形(ST14),而进行了蚀刻处理(ST15)。
其结果,最终泄漏量成为85mV,成为规定值之内。此处,例如规定值设为±150mV,是不会对陀螺的特性造成影响的范围。
图26是示出每单位长度的效力量(mV/μm)与距根部位置的距离(μm)的关系的图。
在图26中,例如在左侧的调整位置(参照图25的31a)中,距根部位置600μm处的每单位长度的效力量是3.4(mV/μm)。其意味着,在该例子中,在距根部位置600μm的位置通过直径1μm波束点进行整形,如果实施了规定的蚀刻处理(在图22、23中T0~T2的蚀刻),则泄漏量被改善+3.4mV。图26的关系曲线是针对图25所示的晶体振子片通过实验求得的。
第1电极加工工序(ST11)中的整形位置设定为,图26所示的关系曲线的定积分值与初始泄漏量一致。在所述元件编号3的晶体振子片的例子中,图26的斜线42的部分对应于初始泄漏量1500mV。另外,对于在第2平衡调整工序中调整的误差量900mV,应在T1~T2的期间进行调整,所以如果换算为T0~T2,则在第2电极加工工序中需要1800mV量的电极加工。斜线43的部分对应于调整误差1800mV。
这样,可以决定第1电极加工工序(ST11)中的整形位置以及第2电极加工工序(ST14)中的整形位置。
图27是示出将图8所示的步骤ST3~ST7通过其他工序置换了的晶体振子的其他制造方法的流程图。
在图8的步骤ST2之后,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的初始泄漏量的初始泄漏量测定工序(步骤ST10)。泄漏量测定工序与图8的步骤ST3同样地,利用图13所示的泄漏测定系统实施。
图27中的ST11~ST15、ST16以及ST17与图21的流程图相同,所以省略其说明。在图21的流程图中,在时刻T2的时刻测定最终泄漏量(ST16),判断是否为规定值以内(ST17)。
但是,在图27所示的制造方法中,进而,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的3次泄漏量的3次泄漏量测定工序(步骤ST20)。泄漏量测定工序与图8的步骤ST3同样地,利用图13所示的泄漏测定系统实施。
第1电极加工工序的整形量、第1平衡调整工序的蚀刻时间、以及第2电极加工工序的整形量相同,但第2平衡调整工序的蚀刻时间与图21的流程图所示的例子相比,在图27所示的例子中设为更短的时间而进行3次泄漏量测定工序(ST20)。
接下来,根据在3次泄漏量测定工序中得到的测定结果,决定第3平衡调整工序的蚀刻时间(ST21)。此处,决定如果之后进行何种程度的蚀刻处理,则泄漏量消失的蚀刻时间。在晶片处理的情况下,决定如果后面进行何种程度的蚀刻处理则得到大量的泄漏量少的元件的蚀刻时间。其用于降低第2平衡调整工序中的误差的影响。
接下来,不进行第1电极加工工序(ST11)以及第2电极加工工序(ST14)那样的整形,而实施以在其之前加工的电极为掩模而对晶体晶片进行一并蚀刻的第3平衡调整工序(步骤ST22)。
图28是示出用于说明图27所示的流程图的实施经过的一个例子的图。
在步骤ST10中的初始泄漏量是V(mV)的情况下,在图28的情况下,将时刻T0~时刻T1之间的间隔和时刻T1~时刻T2之间的间隔设定为1∶1,所以通过第1电极加工工序以及第1平衡调整工序将作为目标的泄漏量设定为V/2,在时刻T0~时刻T1的期间进行蚀刻处理。
接下来,在步骤ST13中(时刻T1),对2次泄漏量进行测定,预测T2下的最终泄漏量(E1)而计算出调整误差,据此实施第2电极加工工序(ST14)以及第2平衡调整工序(ST15)。此处,直至T1~T2’(T2’<T2)进行第2平衡调整工序。
接下来,在步骤20中(时刻T2’),对3次泄漏量(E2)进行测定,在原样地进行了蚀刻处理的情况下,决定使泄漏量成为零那样的蚀刻时间(T3-T2’)(ST21)。
接下来,在步骤ST16中(时刻T3),进行最终泄漏量测定,判断最终的泄漏量的误差是否为规定值以内。另外,在晶片处理的情况下,求出使泄漏量更小的元件的数量变多那样的T3而进行第3平衡调整。
这样,在图27以及图28所示的制造方法中,以3个阶段,进行泄漏量的调整,所以易于简易并且容易地将最终的泄漏量调整为规定值以内。另外,在图27以及图28所示的例子中,将第1平衡调整工序和第2平衡调整工序中的蚀刻时间设定为相同(将时刻T0~T1和时刻T1~T2的间隔设定为相同),但也可以设定为其他条件。
在本发明的第1制造方法中,使通过调整区域实现的蚀刻去除部分与主轴的倾斜对应地相对驱动脚的剖面偏向而形成,从而可以对驱动脚的主轴的倾斜进行修正而抑制泄漏振动。另外,在所述说明中,针对驱动脚11进行了说明,但对于驱动脚12也是同样的。
在本发明的第1制造方法中,如图8的流程图所示,在泄漏量大的情况等下,直到收敛于规定值以内为止反复执行平衡调整工序(步骤ST5),但在最初的泄漏量测定工序(步骤ST3)中,如果测定出大的泄漏量,则在最初的电极加工工序(步骤ST4)中,对针对驱动脚的振动的影响大的第1区域的电极进行加工而形成调整区域即可。由此,由于可以增大最初的平衡调整工序中的调整量,所以可以减少平衡调整工序的反复次数,而削减制造工时。
在本发明的第1制造方法中,调整区域形成在驱动脚11的表面的调整区域30a和背面的调整区域30b这两面中,但不限于此,在泄漏量少的情况下,也可以在表面或者背面中的某一方中形成调整区域30。由此,可以实现更微细的泄漏量的调整。
在本发明的第1制造方法中,根据泄漏量测定工序(步骤ST3)执行电极加工工序(步骤ST4)和平衡调整工序(步骤ST5),但也可以对所测定的泄漏量进行少量的调整区域的加工和少量的平衡调整(蚀刻加工),而使电极加工工序和平衡调整工序以某种程度反复。其原因为,如果平衡调整量超出所测定的泄漏量,则无法使所溢出的调整量返回到调整前。
以上,根据本发明的第1制造方法,可以在晶体振子的外形形成后,通过再蚀刻对振动脚进行加工而调整泄漏量,而抑制泄漏振动。由此,无需对晶体振子施加多余的外力而可以调整泄漏振动,所以不会导致晶体振子的成品率降低、可靠性降低等,可以提供稳定且正确地调整泄漏振动的晶体振子的制造方法。
另外,根据本发明的第1制造方法,根据泄漏量的测定结果对电极进行加工而形成通过调整区域实现的蚀刻去除部分,并以该电极为掩模而进行再蚀刻,所以可以高精度地调整微细的泄漏振动,在高性能的晶体振子的制造中具有大的优势。
进而,根据本发明的第1制造方法,对晶体晶片中形成的多个晶体振子,通过再蚀刻一并进行泄漏振动调整,所以可以大幅削减调整工时,并且可以高效地制造偏差少且性能均匀并稳定的特性的晶体振子。
图29是用于说明本发明的晶体振子的第2制造方法的工序的流程图。
图29所示的第2制造方法的特征在于,预先估计晶体振子的泄漏振动,对在振动脚中形成的电极预先附加特征,通过再蚀刻进行泄漏振动的粗调整。另外,图29所示的第2制造方法相对所述制造方法仅一部分不同,所以对同一要素附加同一编号,而省略重复的说明。
图29所示的步骤ST3~步骤ST7与图8所示的步骤相同,所以此处的说明省略。在图29所示的第2制造方法中,按照外形形成工序(步骤ST1′)、电极形成工序(步骤ST2′)、粗调整工序(步骤ST30)、以及泄漏量测定工序(步骤ST3)的顺序进行工序,泄漏量测定工序(步骤ST3)以后与图8所示的步骤相同。
图29所示的外形形成工序(步骤ST1′)基本上与图8所示的外形形成工序(步骤ST1)相同,但不同点在于,为了从晶体晶片1形成多个晶体振子片7而使用的耐蚀刻用掩模部件如所述图5所示,仅为单侧的掩模,或者以一个掩模为基准图案而宽幅地形成了另一个掩模。在该外形形成工序中,从成为基准图案的掩模侧观察,晶体晶片溶解,所以可以形成不受上下的掩模的位置偏移的影响的晶体振子片的外形。
如图5所示,根据晶体的蚀刻各向异性,振动脚的第1侧面相对Z′轴形成约1°的角度而形成,第2侧面相对Z′轴形成约2°的角度而形成,所以其剖面成为上下非对称,主轴112不与X轴平行,而产生泄漏振动。
但是,在通过该方法进行的外形形成中,没有蚀刻掩模的位置偏移的影响,所以可以根据由于蚀刻各向异性引起的残渣预先估计主轴112的倾斜,由此还可以估计泄漏振动的方向。这样,图29所示的第2制造方法是适合于可以根据蚀刻各向异性等估计主轴的倾斜的情况的制造方法。
图30是用于说明电极形成工序(步骤ST2′)的说明图。
如上所述,在外形形成工序(步骤ST1′)中形成的晶体振子片7根据晶体的蚀刻各向异性而其主轴倾斜,可以预先估计泄漏振动的方向。因此,如图30所示,对于驱动脚11、12中形成的驱动电极20a、21c,使驱动脚11、12的宽度的中心、和驱动电极20a、21c的振动脚内的宽度的中心偏移规定量而形成。
即,通过预先偏移而形成驱动电极20a、21c,驱动电极20a、21c相对驱动脚11、12偏向宽度方向的一方而形成。由此,在驱动脚11、12的表面中,形成沿着驱动电极20a、21c的细长的晶体振子片7的表面露出的区域。该区域是对泄漏振动进行粗调整的粗调整区域31。
图31是用于说明图29中的粗调整工序(步骤ST30)的说明图。
在粗调整工序中,在前面的电极形成工序(步骤ST2′)中在驱动脚11、12中通过驱动电极20、21的偏向而形成了粗调整区域31之后,以该驱动电极20、21为掩模对晶体晶片1再次一并蚀刻,进行晶体振子片7的平衡的粗调整。
图31是示意地示出图30所示的晶体振子片7的D-D′剖面的剖面图,仅示出驱动脚11的部分。该剖面形状与作为以往例所述的图5的晶体振子的驱动脚101的剖面类似。即,驱动脚11的剖面根据晶体的蚀刻各向异性而上下非对称,主轴36(虚线)相对X轴具有偏移角θ2的倾斜,所以产生泄漏振动。
在图31所示的例子中,在驱动脚11的主平面中形成驱动电极20a、20b,该驱动电极20a、20b的大致中心与驱动脚11的主平面的大致中心偏移而形成。由此,在驱动脚11的表面中,在附图上偏向左侧的位置形成了粗调整区域32a,并且,在驱动脚11的背面中,在附图上偏向右侧的位置形成了粗调整区域32b。
另外,在该粗调整区域32a、32b中露出的晶体振子片表面通过粗调整工序一并进行再蚀刻而被蚀刻去除,所以该部分的驱动脚11的厚度稍微减少(图31所示的虚线部分)。通过该粗调整区域32a、32b被蚀刻去除,上下非对称即驱动脚11的剖面形状被修正,虽然依然是上下非对称,但主轴36如主轴36′(实线)那样其倾斜被修正而抑制泄漏振动。
此处,对于通过粗调整区域32a、32b实现的蚀刻去除部分,如图31所示,在将驱动脚11的振动轴中心作为原点P,并由通过该原点P且正交的2个轴x、y定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,以设置在夹着原点P而成为对称的象限中的方式,进行加工。由此,对于通过粗调整区域32a、32b实现的蚀刻去除量,以夹着原点P而成为对象的象限的蚀刻去除量相等,相邻的象限的蚀刻去除量不同的方式,进行加工。
另外,作为一个例子,图31所示的粗调整区域32a、32b形成在第2象限和第4象限中,其原因为,附图右下的残渣大于附图左下的残渣,如果切削该第4象限部分的晶体以及具有与其等同的效果的第2象限部分的晶体,则形成可以调整平衡那样的形状。另外,假如在左右相逆那样的情况下,虽然未图示如果将粗调整区域32a、32b形成在第1象限和第3象限中,可以修正驱动脚11的主轴的倾斜。
另外,在图31中,示出了粗调整区域32a、32b设置成以从驱动脚11的主平面向侧面跨越的方式,对驱动脚的角部进行蚀刻去除的例子,但蚀刻去除部分也可以仅设置在主平面中。
另外,在图31中,在电极形成工序(步骤ST2′)之后进行粗调整工序(步骤ST30)的工序,但也可以在电极形成工序(步骤ST2′)与粗调整工序(步骤ST30)之间导入泄漏量测定工序,与在该泄漏量测定工序中得到的泄漏量对应地调整粗调整工序(步骤ST30)的蚀刻量。
对于平衡调整工序中的蚀刻量,由于蚀刻时间、蚀刻液的温度、以及浓度重要,所以需要适合地对其管理。另外,在平衡调整工序中,也可以不仅将蚀刻量换算为加工时间,而且还将蚀刻量换算为蚀刻液的温度而使温度变化,或者也可以是将蚀刻量换算为蚀刻液的浓度而使蚀刻液的浓度变化等方法。
如果粗调整工序结束,则如图29所示,进入到泄漏量测定工序(步骤ST3),与所述第1制造方法同样地,根据通过泄漏量测定得到的泄漏量信息形成调整区域30,在平衡调整工序(步骤ST5)中,再次进行蚀刻而进一步进行泄漏量的调整。此处,在第2实施方式中,步骤ST3~步骤ST7的工序作为泄漏量的微调整工序而实施。
如果在泄漏量测定工序(步骤ST3)中对泄漏量进行了测定的结果,泄漏量是规定值以内,则也可以不进入到接下来的电极加工工序(步骤ST4),而附加结束泄漏量调整的判定步骤。由此,在仅通过粗调整工序,泄漏量充分变少的情况下,无需多余的调整也可,所以可以减少制造工时。另外,如果知晓仅通过粗调整便可以稳定地调整泄漏量,则也可以省略泄漏量测定工序(步骤ST3)。
如上所述,根据本发明的第2制造方法,在某种程度能估计晶体振子的泄漏振动的情况下,可以预先使电极图案的中心偏移而附加特征,并以该电极为掩模通过再蚀刻进行泄漏振动的粗调整。由此,无需测定泄漏量而可以将泄漏振动的大部分作为晶体晶片而一并进行调整,所以可以简化后工序的微调整工序,可以实现调整工时少的晶体振子的制造方法。其结果,可以提供成本低、且高精度地调整了泄漏振动的晶体振子。
图32是示出通过本发明的第3制造方法制造的晶体振子的一个例子的图。
图32是示意地示出晶体振子110的立体图,与说明无关的部分、例如在将晶体振子密封到封装等密封部件中时使导电性粘接剂等附着的固定部分等省略。
晶体振子110是与已经说明的例子同样地从晶体晶片通过蚀刻加工切出而形成的。晶体振子110是用作振动型陀螺仪的振子,是作为振动脚具有2个驱动脚111、112和1个检测脚113的三脚音叉型振子。另外,晶体振子110不限于三脚音叉型,例如也可以是二脚音叉型、T型音叉、以及H型音叉等。另外,晶体振子110还可以用作振动型陀螺仪以外。
驱动脚111、112和检测脚113从基部114延伸设置而形成。驱动电极120、121形成在驱动脚111、112的主平面和侧面中,检测电极122形成在检测脚113的主平面和侧面中。调整区域116是调整晶体振子110的泄漏振动的区域。在调整区域116中,驱动电极120、121通过激光加工而其一部分被去除,在平衡调整工序中,以所加工的驱动电极为掩模而对驱动脚111、112进行再蚀刻。
本发明的第3制造方法中的重大特征在于,在驱动电极120、121的调整区域116中,通过对晶体进行再蚀刻加工,对该部位的驱动脚111、112的厚度进行调整,从而抑制泄漏振动。另外,该晶体振子110形成为X轴成为宽度方向,Y′轴成为长度方向,Z′轴成为厚度方向。该晶体振子110在后述第3~第6制造方法中制造的所有晶体振子中是共通的。
图33是说明本发明的第3制造工序的概略内容的流程图。
作为说明的前提,对于晶体振子的制造方法,例示出在单一的晶体晶片中形成多个晶体振子,作为晶体振子的集合体一并制造的制造方法。当然,不限于通过该集合体进行的一并制造,还可以在对1个晶体晶片、晶体板形成1个晶体振子的制造方法中,应用本发明。
第3制造方法的特征在于,对晶体振子的外形附加特征,以具备根据预先能估计晶体振子的泄漏振动的方向而形成的切口部的电极为掩模,不测定泄漏而进行再蚀刻,抑制泄漏振动。
向晶体振子的外形附加特征是指,在可以知晓晶体振子的泄漏振动的方向那样的外形形状中作入晶体振子的驱动脚的形状。例如,鉴于事先进行的实验、晶体的蚀刻各向异性,将驱动脚加工为规定的形状。如果通过湿蚀刻而加工晶体,则晶体根据结晶的方向而其蚀刻速度不同,所以一定残留残渣。即使产生了残渣,只要正确地知晓其形状,则可以知晓晶体振子的泄漏振动的方向。
在图33中,实施首先在制造工序的最初在单一的晶体板即晶体晶片中形成耐蚀刻用掩模部件,形成多个晶体振子片的外形形状的外形形成工序(步骤ST41)。耐蚀刻用掩模部件例如可以使用金(Au)。另外,在该情况下,也可以在金的基底中形成铬(Cr)。即,耐蚀刻用掩模部件也可以是层叠膜构造。通过这样在基底中使用铬(Cr),晶体与金(Au)的密接性提高。在形成了这样的耐蚀刻用掩模部件之后,以其为掩模,使用规定的蚀刻液对晶体晶片进行蚀刻,形成晶体振子片的外形。
接下来,实施在所形成的晶体振子片的振动脚的主平面或者侧面形成电极的电极形成工序(步骤ST42)。在该工序中形成的电极在图32所示的例子中,是驱动电极120、121以及检测电极122。另外,在驱动电极120、121中分别形成切口部130。
接下来,实施以在电极形成工序中形成的电极为掩模而对晶体晶片的规定量进行一并蚀刻的平衡调整工序(步骤ST43)。在图32所示的例子中,处于驱动脚111、112的调整区域116中的晶体被蚀刻。此处,对于平衡调整工序中的蚀刻量,如上所述,根据发明者进行的实验、外形形状等而估计残渣的形成方法,与泄漏振动的方向一起,还估计泄漏量的大小,换算为加工时间而决定蚀刻去除量。由此,无需进行泄漏量测定等,而可以决定切口部的蚀刻去除量,所以可以实现制造工序被简化的晶体振子的制造方法。
接下来,如果泄漏振动调整结束,则各个晶体振子从晶体晶片被切离,密封到密封部件中作为产品而完成,但由于泄漏振动调整后的工序与本发明没有直接关系,所以省略说明。
图34是用于详细说明晶体振子的外形形成工序(步骤ST41)的说明图。
图34是示意地示出晶体晶片上形成的晶体振子片的振动脚的剖面的剖面图。图34是示出排列了2个图32所示的晶体振子110的状态的图,是从驱动脚111、112和检测脚113(参照图34(e))的前端方向朝向基部114的方向观察的图。
在图34(a)所示的调整为规定的板厚的平板形状的单一的晶体板即晶体晶片101的两面,如图34(b)所示,形成对晶体用的蚀刻液具有耐性的金属耐蚀膜102a、102b,并在其上形成光致抗蚀剂103a、103b。在图34(b)所示的例子中,为易于图示,金属耐蚀膜102a、102b记载为单层膜,但可以如上所述使用金(Au)与铬(Cr)的层叠膜。这些金属膜可以使用已知的蒸镀技术、溅射技术来形成。另外,光致抗蚀剂103a、103b可以使用已知的旋转涂敷技术来形成。
接下来,如图34(c)所示,将分别描绘了振子图案的2个光掩模104a、104b配置在晶体晶片101的上下,从光掩模104a、104b上照射光(箭头B)而对光致抗蚀剂103a、103b进行曝光。此处,一个光掩模104a是正确地描绘了振子图案的光掩模,另一个光掩模104b描绘了比一个光掩模104a的描绘在振动脚的宽度方向上大规定量的振子图案。
接下来,如图34(d)所示,进行光致抗蚀剂103a、103b的显影,以所形成的抗蚀剂图案为掩模而对金属耐蚀膜102a、102b进行图案化,形成耐蚀刻用掩模部件即蚀刻掩模105a、105b。
在针对金属耐蚀膜102a、102b使用了金(Au)与铬(Cr)的层叠膜时,分别对这些2个金属膜进行蚀刻。例如,使用碘与碘化钙的混合溶液,对金(Au)进行蚀刻。在水洗后,使用硝酸第2铈氨溶液,对铬(Cr)进行蚀刻。
如上所述,光掩模104b描绘了比光掩模104a的描绘大规定量(在图34中宽度宽)的振子图案,所以晶体晶片101的表面的蚀刻掩模105a作为基准图案正确地形成了振子图案的掩模,但背面的蚀刻掩模105b如图所示形成了比蚀刻掩模105a在振动脚的宽度方向上大规定量的掩模。另外,也可以以基准图案为背面的蚀刻掩模105b,将大的掩模作为表面的蚀刻掩模105a。
接下来,如图34(e)所示,在剥离了光致抗蚀剂103a、103b之后,将在表背两面中形成了蚀刻掩模105a、105b的晶体晶片101浸渍到晶体用蚀刻液即氟酸类的蚀刻液中,则没有被蚀刻掩模105a、105b覆盖的部分的晶体从表背两侧溶解。之后,通过去除蚀刻掩模105a、105b,得到晶体振子片的振动脚即驱动脚111、112和检测脚113。晶体用蚀刻液例如可以使用氟酸与氟化氨的混合溶液。
在晶体晶片101中,通过蚀刻掩模105a、105b从表背两面进行蚀刻,但如上所述,在蚀刻掩模105b中,形成了比蚀刻掩模105a大的掩模,所以晶体振子片的外形沿着蚀刻掩模105a形成,外形几乎不会受到蚀刻掩模105b的影响。由此,即使蚀刻掩模105a与105b的位置关系由于制造上的误差而多少偏移,晶体振子片的外形也几乎不会受到影响。
通过所述制造方法形成的晶体振子片等价于通过单面的蚀刻掩模进行了外形形成。此处,背面的蚀刻掩模105b虽然也可以是完全覆盖晶体晶片101的背面那样的全面掩模,但在蚀刻掩模105b中描绘比蚀刻掩模105a大的振子图案,并从表背两面蚀刻的理由在于,防止蚀刻液的沉淀,正确地并且迅速地进行蚀刻加工。
在图34中,为易于图示,图示为在驱动脚111、112、检测脚113中,未设置残渣。但是,实际上,形成了残渣。即,在与通过该单面掩模进行的蚀刻等价的外形形成工序中形成的晶体振子片的剖面与以往例的图3中示出的驱动脚的剖面同样地根据晶体的蚀刻各向异性而成为上下左右非对称,产生泄漏振动。但是,该泄漏振动并非由于蚀刻掩模偏移引起,而由于晶体的蚀刻各向异性(根据结晶的方向而蚀刻速度不同这样的特性)引起,所以可以估计蚀刻后的振动脚的剖面形状。另外,在图34所示的例子中,仅示出了振动脚的剖面,但实际上通过该外形形成工序(步骤ST41),形成图32所示的晶体振子110的外形的整体。
接下来,对晶体晶片101的两面中配设的蚀刻掩模105a、105b的大小的差异的关系进行说明。
图35是示出配设背面的蚀刻掩模105b比表面的蚀刻掩模105a大规定量的掩模而形成外形的晶体振子的驱动脚的一个例子的放大剖面图。
图35(a)与图35(b)的差异是第2侧面中形成的残渣的形状。图35(a)所示的例子是通过第2侧面的残渣引起的斜面为1个的情况,图35(b)所示的例子是斜面为2个的情况。
在将蚀刻掩模105a与蚀刻掩模105b的对位精度设为±p、将第1侧面的偏置量设为k1、将第2侧面的偏置量设为k2、将第1侧面的蚀刻角度设为α、将第2侧面的蚀刻角度设为β、将晶体晶片101的厚度设为t时,相对蚀刻掩模105a的蚀刻掩模105b的第1突出部的长度c与第2突出部的长度d优选满足如下关系。
c=t×tan(α-90°)+k1
d=t×tan(β-90°)+k2
k1>p、并且、k2>p
根据所述结构,由于将侧面的偏置量k1、k2预先设定为比掩模的对位精度p大的值,所以即使在由于装置的定位误差而在表面的蚀刻掩模105a和背面的蚀刻掩模105b中引起了位置偏移的情况下,也在第1侧面形成从表面蚀刻的1个斜面,总是形成一定的残渣。另外同样地,在第2侧面中也形成从表面蚀刻的1个斜面而总是形成一定的残渣。因此,外形形状总是成为一定而不会受到掩模偏移的影响。
这样,通过蚀刻掩模的设定,可以使晶体振子的驱动脚的剖面成为规定的形状。但是,还可以如图35(b)所示,使第2侧面的残渣成为具有2个斜面那样的形状。例如,可以通过变更其蚀刻时间,而设为这样的形状。蚀刻时间的变更是指,缩短蚀刻时间。作为一个例子,与加工为图35(a)所示那样的形状的蚀刻时间相比,缩短20%~30%左右。
正如已知的那样,晶体的第2侧面相对Z′轴以约2°以及22°这2个阶段形成残渣。如果蚀刻较长,则22°的残渣亦即消失。因此,在蚀刻时间长的情况下成为图35(a),但在蚀刻时间短的情况下,成为图35(b)所示那样的形状。
这样,对于使晶体振子的驱动脚的剖面成为规定的形状,有几个手法,但要紧的是加工成能估计振动脚的剖面的形状。如果预先正确地知晓残渣的形状(如果正确地管理),则可知晶体振子的泄漏振动的方向。
图36是为了说明通过外形形成工序在晶体晶片101中形成的多个晶体振子片107的样子而示意地示出的立体图。
晶体振子片107以通过蚀刻从溶解的溶解部8切出的方式形成,各个晶体振子片107通过连结部171与晶体晶片101结合。另外,连结部171是在平衡调整结束之后被切断的部分,也就是被称为所谓的折取部的部分。于是,如果在后工序中切断连结部171的部分,则晶体振子片107从晶体晶片101分离而作为图32所示的晶体振子110完成。
在图36中,示出了在1个晶体晶片101中形成6个晶体振子片107的例子,但其个数不限于图36的例子。对于晶体振子片107,根据希望得到的晶体振子的性能、特性而选择其尺寸、形状,与其相伴地决定晶体晶片101的尺寸。当然,如果1个晶体晶片101中形成的晶体振子片107的数量多,则可以一并制造多个晶体振子,所以可以降低制造成本。
图37是用于详细说明电极形成工序(步骤ST42)的图。
图37是示意地示出图36所示的C-C′剖面的剖面图,示出驱动脚111、112和检测脚113的剖面。另外,对于图37~图39,为易于观察附图而省略了残渣。
驱动脚111、112的剖面形状如图5的说明,单面的蚀刻掩模大,从而由于晶体的蚀刻各向异性而成为上下左右非对称。对于由于该蚀刻各向异性引起的上下左右非对称,+X侧的侧面相对Z′轴形成约2°的角度,-X侧的侧面相对Z′轴形成约1°的角度,所以可以对所形成的晶体振子的外形附加特征,而预先估计泄漏振动的方向。即,可以根据驱动脚111、112的形状预测泄漏振动的方向,所以据此设置切口部。以下,依次详述制造工序。
在图37(a)所示的驱动脚111、112和检测脚113的表面中,如图37(b)所示,形成金属膜180并在其上形成光致抗蚀剂181。
在图37(b)所示的例子中,为易于图示,金属膜180记载为单层膜,但可以设为以铬(Cr)为基底并在其上设置金(Au)的层叠膜。金属膜180可以使用公知的蒸镀技术、溅射技术来形成。另外,光致抗蚀剂181可以使用公知的喷雾法、电解法等来形成。
接下来,如图37(c)所示,将在驱动脚111、112和检测脚113中分别描绘了设置的电极的形状的2个光掩模190a、190b配置在晶体晶片101的上下,从光掩模190a、190b上照射光(箭头B)而对光致抗蚀剂181进行曝光。另外,在图37(c)中,示出了倾斜照射光的进行所谓倾斜曝光的例子。
接下来,如图37(d)所示,进行光致抗蚀剂181的显影,以所形成的抗蚀剂图案为掩模而对金属膜180进行图案化,形成驱动电极120a、120b、120c、120d、121a、121b、121c、121d和检测电极122a、122b、GND电极122c。
图38是示出通过电极形成工序而在振动脚即驱动脚111、112和检测脚113中形成的电极的连接的一个例子的图。
在驱动脚111的主平面即对向的2个面中形成有驱动电极120a、120b,在驱动脚112的主平面即对向的2个面中形成有驱动电极121c、121d。另外,在驱动脚111的侧面即对向的2个面中形成有驱动电极121a、121b,在驱动脚112的侧面即对向的2个面中形成有驱动电极120c、120d。
这些驱动电极120a、120b、120c、120d分别电连接而作为驱动电极端子23向外部输出。另外,驱动电极121a、121b、121c、121d也分别电连接而作为驱动电极端子124向外部输出。
另外,在检测脚113中,在其角的部分中形成成对的检测电极122a、122b,分别作为检测电极端子125、126而向外部输出。另外,与检测电极122a、122b对向的面的GND电极122c作为GND电极端子127而向外部输出,与未图示的电路的GND(0V)连接。当然,图38所示的电极构造或者电极彼此的连接构造不限于此,可以根据晶体振子的规格任意地决定。
图39是图36中示出的晶体晶片101中形成的晶体振子片107的一个的上面图,示出切口部130的一个例子。
在图39中,在晶体振子片107的驱动脚111、112的主平面的表面侧形成驱动电极120a、121c,该驱动电极120a、121c具备用于形成进行平衡调整的调整区域116的切口部130。该切口部130在图39所示的例子中,在驱动电极120a、121c的所有单边中沿着驱动电极120a、121c的长度方向细长地形成。即,该切口部130是其宽度方向的大致中心C2相对驱动脚111、112的宽度方向的大致中心C1向驱动脚111、112的宽度方向偏移而形成的。另外,在该调整区域116中,没有电极120a、121c而晶体面露出。
该晶体面露出的调整区域116通过在后工序即平衡调整工序中进行的再蚀刻而其晶体表面溶解,调整驱动脚111、112的剖面形状而抑制泄漏振动。另外,在图39所示的例子中,示出了切口部130根据泄漏振动的方向而设置在驱动脚111、112的-X轴方向的端部(在附图上,驱动脚111、112的左端部)中的例子,但其是一个例子,切口部130根据泄漏振动的方向还有时设置在相反侧的+X轴方向的端部中。
不论是哪个,切口部130的大致中心C2都必须从驱动脚111、112的宽度方向的大致中心C1偏移。
其原因为,虽然以通过该电极形成工序形成的电极为掩模,通过步骤ST4的平衡调整工序对晶体进行蚀刻而进行平衡调整,但切口部130必须设置在驱动脚111、112的晶体振子的平衡通过蚀刻而变化那样的部分中。另外,图39中示出的切口部130形成在驱动电极120a、121c的所有单边中,所以可以增大驱动脚111、112的蚀刻去除量,可以调整泄漏量比较大的晶体振子。
另外,示出了图39中示出的切口部130形成在驱动电极120a、121c的单侧一边的端侧中的例子,但其形状也可以进一步朝向附图而向右侧方向扩展。通过设置这样的宽面积的切口部,可以进一步扩大泄漏量的调整范围。但是,如果切口部130与振动脚的中心线C1相比靠近右侧,则关于平衡调整生成逆侧的效果,而需要考虑调整范围变窄的情况。
图40是晶体振子片107的上面图的一部分,示出电极中具备的切口部130的其他例。
在图40(a)中,在驱动电极120a、121c的一部分中形成有切口部130,在图40(b)中,以打穿驱动电极120a、121c的一部分的方式形成了切口部130。这些切口部130与图39同样地,其宽度方向的大致中心C2相对驱动脚111、112的宽度方向的大致中心C1向驱动脚111、112的宽度方向偏移而形成。
另外,图40所示的切口部130的形状是大致矩形,但不限于该形状,切口部130的形状也可以是圆形、椭圆等,也可以是多个。另外,图40(a)、图40(b)的切口部130仅形成在电极的一部分中,所以驱动脚111、112的蚀刻去除量少,对泄漏量比较小的晶体振子的调整是有利的。
在图40所示那样的驱动电极120a、121c的一部分中形成切口部130的情况下,如果是面积相同的切口部130,则在晶体振子片107的驱动脚111、112的前端附近设置的切口部130的调整量变小,在驱动脚111、112的根部附近设置的切口部130的调整量变大。这样,通过改变设置切口部130的位置,可以变更调整量。
图41是用于说明平衡调整工序(步骤ST43)的图。
平衡调整工序是如下工序:在前工序即电极形成工序中将驱动脚111、112的驱动电极形成为规定形状之后,以该驱动电极为掩模对晶体晶片101再次一并蚀刻,对晶体振子片107的驱动脚111、112的剖面形状进行修正而进行振动的平衡调整,调整泄漏量而抑制晶体振子片107的泄漏振动。
图41是示意地示出晶体晶片101中形成的晶体振子片107的一个驱动脚111的剖面的剖面图,是从图39的D-D′剖面中的剖面放大了驱动脚111的部分的图。该剖面形状如上所述,由于单面的蚀刻掩模大而不会受到掩模偏移的影响,但由于晶体的蚀刻各向异性而成为上下左右非对称。
通过这样附加特征而得到的形状,驱动脚111的主轴35(虚线)如图所示相对X轴具有偏移角θ3的倾斜,产生预先估计的方向的泄漏振动。
根据该泄漏振动的方向,如图39、图40所示,在驱动脚111、112的驱动电极120a、121c中设置切口部130。在图41所示的驱动脚111中,在其主平面的驱动电极120a、120b的端部中形成切口部130a、130b。此处,表面侧的切口部130a是其宽度方向的大致中心相对驱动脚111的宽度方向的大致中心向-X轴的宽度方向偏移而形成的。另外,背面侧的切口部130b是其宽度方向的大致中心相对驱动脚111的宽度方向的大致中心向+X轴的宽度方向偏移而形成的。
通过该切口部130a露出的驱动脚的晶体部分是调整区域116a,通过切口部130b露出的部分是调整区域116b。
切口部130a、130b中露出的晶体振子片的表面通过平衡调整工序被一并再蚀刻而被蚀刻去除,形成去除部分117a、117b(图中虚线部分)。在图41所示的例子中,表面侧是117a,背面侧是117b。通过这些去除部分,驱动脚111的厚度减少。
切口部130a、130b的蚀刻量(去除部分117a、117b)如上所述,根据发明者进行的实验、晶体振子的外形形状考虑残渣的形成方法,与泄漏振动的方向一起,还估计泄漏量的大小,换算为蚀刻的加工时间而决定蚀刻去除量。
例如,使用与在实验中使用的晶体加工的蚀刻液相同的蚀刻液,且使蚀刻液的温度等也相同。由此,如果可以估计泄漏量的大小,则对于从此应加工的晶体振子,可仅通过蚀刻的加工时间的管理,来管理蚀刻去除量。
对于去除部分117a、117b,在图41中,在将驱动脚111的剖面的图心设为原点P,并由通过该原点P且正交的2个轴x、y定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,形成在夹着原点P而成为对称的象限中。
对于通过切口部130a、130b实现的蚀刻去除量,有时以使夹着原点P而成为对称的象限的蚀刻去除量相等的方式、有时以使相邻的象限的蚀刻去除量不同的方式,进行加工。
作为一个例子,图41所示的去除部分117a、117b形成在第2象限和第4象限中,其原因为,附图右下的残渣形成为大于附图左下的残渣,如果切削该第4象限部分的晶体以及具有与其等同的效果的第2象限部分的晶体,则成为可以调整平衡那样的形状。另外,在残渣的形成成为左右相逆那样的情况下,虽然未图示,如果将切口部130a、30b形成在第1象限和第3象限中,则可以修正驱动脚111的主轴的倾斜。
在图41中,示出了以从驱动脚111的主平面向侧面跨越的方式,对驱动脚的角部进行蚀刻去除,而设置了去除部分117a、117b的例子,但蚀刻去除部分也可以仅设置在主平面中。例如,在图40(b)所示的电极120a、121c的切口部130的情况下,仅主平面被蚀刻去除。
这样,在本发明中,使通过切口部实现的蚀刻去除部分与主轴的倾斜对应地相对驱动脚的剖面中心偏向而形成,从而可以修正驱动脚的主轴的倾斜来抑制泄漏振动。另外,对于以上的说明,针对驱动脚111进行了说明,但对于驱动脚112也是同样的。
另外,已经说明的例子的切口部130形成在驱动脚111的表面的切口部130a、和背面的切口部130b这两面中,但不限于此,在泄漏量少的情况下,也可以在表面或者背面中的某一个中形成切口部130。由此,可以实现更微细的泄漏量的调整。
如上所述,根据第3制造方法,可以在晶体振子的外形形成后、电极形成后,通过再蚀刻对振动脚进行加工而调整泄漏量,抑制泄漏振动。由此,无需对晶体振子施加多余的外力而可以调整泄漏振动,所以不会导致晶体振子的成品率降低、可靠性降低等,可以提供稳定且正确地调整泄漏振动的晶体振子的制造方法。
另外,通过使晶体晶片的表背两面中配设的蚀刻掩模彼此的大小不同,通过在单面掩模中规定了宽度的蚀刻对晶体振子的外形附加特征而预先估计泄漏振动的方向,所以可以将具备基于该泄漏振动的方向的切口部的电极形成在驱动脚中。
另外,根据残渣的实验结果、外形形状估计通过附加特征而形成残渣的形成方法,所以与泄漏振动的方向一起,还可以估计泄漏量的大小。其结果,无需进行泄漏量测定等,而可以将所估计的泄漏量的大小直接换算为加工时间而决定切口部的蚀刻去除量,所以可以通过简化的制造工序,极其短时间且高效地制造将泄漏量调整在规定值内的晶体振子。
另外,由于针对晶体晶片中形成的多个晶体振子,通过再蚀刻一并进行泄漏振动调整,所以可以大幅削减调整工时,可以高效且大量地制造泄漏振动少的晶体振子。
另外,在该第3制造方法中,在每个晶体晶片的泄漏量的偏差少的情况下,可以简化制造工序,所以适合于高效地制造大量的晶体振子的情况。
接下来,对本发明的晶体振子的第4制造方法进行说明。
第4制造方法的特征在于,在对晶体振子附加特征而进行了外形形成之后,对晶体振子的泄漏量进行测定,根据其该泄漏量来决定用于平衡调整的蚀刻量。另外,在第4制造方法中,相对第3制造方法,仅一部分不同,所以对同一要素附加同一编号,省略重复的说明。
图42是说明本发明的第4制造工序的概略内容的流程图。
作为说明的前提,对于本晶体振子的制造方法,例示在单一的晶体晶片中形成多个晶体振子,作为晶体振子的集合体一并制造的制造方法。
在图42中,外形形成工序(步骤ST51)和电极形成工序(步骤ST52)与第3外形形成工序(步骤ST41)和电极形成工序(步骤ST42)相同,所以省略说明。
接下来,实施对晶体晶片中形成的各个晶体振子片进行驱动,而测定泄漏振动的泄漏量的泄漏量测定工序(步骤ST53)。另外,在泄漏量测定工序中,对晶体晶片中形成的所有晶体振子片的泄漏量进行测定即可,但在泄漏量的偏差少的情况等下,也可以通过抽样等而进行泄漏量的测定。
接下来,实施以在电极形成工序中形成的电极为掩模而根据泄漏量对晶体晶片的规定量进行一并蚀刻的平衡调整工序(步骤ST54)。在图32所示的例子中,处于切口部130的驱动脚111、112的调整区域116中的晶体被蚀刻。另外,平衡调整工序中的一并蚀刻在第4制造方法中仅进行1次。
接下来,如果泄漏振动调整结束,则各个晶体振子从晶体晶片切离,密封到密封部件中而作为产品完成,但泄漏振动调整后的工序与本发明没有直接关系,所以省略说明。
接下来,进行各工序的详细说明,但外形形成工序(步骤ST51)和电极形成工序(步骤ST52)与第3制造方法相同,所以省略说明。
图43是用于详细说明第4制造方法的特征即泄漏量测定工序(步骤ST53)的图。
在图43中,示出了用于实施泄漏量测定工序的泄漏量测定系统的一个例子。在图43中,形成了晶体振子片107a~107f的晶体晶片101载置固定于XY载置台160中。XY载置台160的上部中配设的探测器161的电极端子162电接触到晶体晶片101的晶体振子片107a~107f中形成的驱动电极端子123、124和检测电极端子125、126、以及GND电极端子127(参照图38)。
另外,控制部163控制泄漏量测定,经由连接电缆164与探测器161连接。驱动部165根据来自控制部163的控制信号驱动XY载置台160,使晶体晶片101向X方向、或者Y方向移动,以使探测器161可以接触到所有晶体振子片的各个电极的方式动作。另外,在与控制部163连接的存储器166中,通过控制部163,与各个晶体振子片的位置信息一起,存储晶体晶片101的所有晶体振子片107的泄漏量信息。
接下来,对泄漏量测定系统的动作进行说明。在图43中,控制部163向驱动部165发送控制信号而驱动XY载置台160,以使晶体晶片101中形成的规定的晶体振子片107a~107f的电极位于探测器161的正下方的方式,使晶体晶片101移动。在图41所示的例子中,晶体振子片107f位于探测器161的正下方。
接下来,探测器161通过未图示的升降单元降下,电极端子162接触到晶体振子片107f的电极。接下来,控制部163将使晶体振子片107f振动的驱动信号经由连接电缆164发送到探测器161,向晶体振子片107f的驱动电极端子123、124供给驱动信号而晶体振子片107f开始振动。
接下来,控制部163从晶体振子片107f的检测电极端子125、126经由探测器161输入检测信号,从该检测信号中检测泄漏信号分量,将该泄漏量与晶体振子片107f的位置关系信息一起存在存储器166中。即,该泄漏量测定工序的测定结果包括所测定的晶体振子片的泄漏量、和该晶体振子片的位置关系信息。晶体振子片的位置关系信息是作为距XY载置台160的规定的原点的X轴位置、Y轴位置而测量的位置信息。另外,泄漏量测定当然在没有施加角速度的状态下进行。
接下来,如果一个晶体振子片的泄漏量测定结束,则控制部163向驱动部165发送控制信号而驱动XY载置台160,以使相邻的晶体振子片的电极位于探测器161的正下的方式,使晶体晶片101移动。例如,如果晶体振子片107f的测定结束,则以使相邻的晶体振子片107e位于探测器161的正下方的方式,驱动XY载置台160。
以后,对晶体晶片101中形成的晶体振子片依次进行驱动而测定泄漏量,将晶体振子片107a~107f各自的泄漏量和位置关系信息存储在存储器166中。在该情况下,在存储器166中,存储6个晶体振子片的泄漏量、和与其对应的6个晶体振子片的位置关系信息。
也可以不测定晶体晶片101中设置的晶体振子片的所有泄漏量。例如,在可以预测为晶体晶片101的泄漏量的偏差少的情况下,还可以对晶体振子片107a进行测定,将该泄漏量假设为晶体振子片107b~107f的泄漏的代表值。可以通过使用过去测定的晶体晶片、其他晶体晶片的信息、例如晶体晶片101的膜厚、外形形成工序(步骤ST51)的蚀刻条件等,进行这样的假设。在该情况下,在存储器66中,存储1个晶体振子片的泄漏量、和6个各个晶体振子片的位置关系信息。
以在该泄漏量测定工序中得到的各个晶体振子片的泄漏量信息和位置关系信息为基础,在后工序即平衡调整工序中进行再蚀刻而调整泄漏量。另外,对于平衡调整工序中的蚀刻量的目标值,有设为在晶体晶片中最少的值的泄漏量的方法、设为晶体晶片中的所有晶体振子片的泄漏量的平均值的方法、以及将晶体晶片中的特定的晶体振子片的泄漏量作为代表值等方法。
此处,如果将最少的值的泄漏量作为平衡调整的目标值,则可以防止过蚀刻而出现不良品这样的问题。另外,如果将晶体晶片中的晶体振子片的平均值作为平衡调整的目标值,则可以平均地调整晶体晶片的各个晶体振子片的泄漏振动。另外,如果将特定的晶体振子片的泄漏量作为代表值而设为平衡调整的目标值,则在晶体晶片内的泄漏量的偏差少时,可以简化泄漏量测定,所以是有效的。
第4平衡调整工序(步骤ST54)基本上与第3平衡调整工序(步骤ST43、图41)相同。
对于该平衡调整工序(步骤ST54)中的切口部130a、30b(参照图41)的蚀刻量,如上所述,根据在前工序即泄漏量测定工序(步骤ST53)中得到的各个晶体振子片的泄漏量信息将蚀刻量换算为加工时间,而决定振动脚的蚀刻去除量。然后,如果决定了蚀刻去除量,则通过1次的平衡调整工序,实施该换算的加工时间。
如上所述,根据本发明的第4制造方法,在对晶体振子附加特征而进行了外形形成之后,测定晶体振子的泄漏量,根据该泄漏量决定蚀刻去除量而进行平衡调整,所以可以对每个晶体晶片进行适合的平衡调整,可以提供正确地调整了泄漏量的高性能的晶体振子的制造方法。另外,泄漏量测定工序和平衡调整工序都分别仅进行1次,所以制造工序被简化而可以短时间地制造晶体振子。
在该第4制造方法中,在根据晶体晶片的组成、加工状况等而在每个晶体晶片中产生泄漏量的偏差的情况下,针对该每个晶体晶片吸收偏差,所以是优选的。另外,如第3制造方法所述,即使在可以预先预见泄漏量的情况下,也有时根据形成了晶片板厚的偏差、电场形成用的槽的情况的偏差而稍微产生泄漏,可以根据泄漏量来进行平衡调整,所以可以进一步高精度地调整。
接下来,对本发明的第5制造方法进行说明。
另外,第5制造方法的特征在于,在对晶体振子附加特征而进行了外形形成之后,测定晶体振子的泄漏量,根据该泄漏量多次反复进行用于平衡调整的蚀刻和泄漏量测定,制造高精度地调整了的晶体振子。另外,第5制造方法由于相对第3以及第4制造方法仅一部分不同,所以对同一要素附加同一编号,省略重复的说明。
图44是说明本发明的晶体振子的第5制造方法的制造工序的概略内容的流程图。
作为说明的前提,对于本实施方式的晶体振子的制造方法,例示在单一的晶体晶片中形成多个晶体振子,作为晶体振子的集合体而一并制造的制造方法。
在图44中,外形形成工序(步骤ST61)、电极形成工序(步骤ST62)以及泄漏量测定工序(步骤ST63)与第4外形形成工序(步骤ST51)、电极形成工序(步骤ST52)以及泄漏量测定工序(步骤ST53)相同,所以省略说明。
接下来,实施以在电极形成工序中形成的电极为掩模而根据泄漏量对晶体晶片进行一并蚀刻的平衡调整工序(步骤ST64)。此处,对于平衡调整工序中的蚀刻量,与第4制造方法同样地,根据在前工序即泄漏量测定工序(步骤ST63)中得到的晶体振子片的泄漏量信息和位置关系信息,通过将在晶体晶片中最少的值的泄漏量、或者晶体晶片中的晶体振子片的泄漏量的平均值、或者晶体晶片中的特定的晶体振子片的泄漏量作为代表值等方法来决定目标值。
然后,在该平衡调整工序中,将比作为目标值的蚀刻量少的量换算为加工时间而进行蚀刻。例如,设为作为目标值的蚀刻量的50%左右。
接下来,实施对实施了平衡调整工序的晶体晶片上的各个晶体振子片进行驱动,再次测定泄漏振动的泄漏量的泄漏量测定工序(步骤ST65)。通过该步骤ST65的泄漏量测定工序,可以确认通过前工序即衡调整工序调整泄漏量的调整结果。
接下来,实施根据在步骤ST65的泄漏量测定工序中得到的测定结果,判定泄漏量是否为规定值以内的规定值判定工序(步骤ST66)。此处,如果是肯定判定(泄漏量是规定值以内),则晶体振子的泄漏振动被抑制为可以忽略的程度,所以结束泄漏振动调整。另外,如果是否定判定(泄漏量是规定值以上),则返回到步骤ST64,直至泄漏量成为规定值以内为止反复执行步骤ST64至步骤ST66。
这样,直至泄漏量成为规定值以内为止反复多次进行平衡调整工序(步骤ST64),但平衡调整工序中的蚀刻量设为在泄漏量测定工序(步骤ST65)中能得知的目标值的50%等。在多次反复平衡调整工序的工序中,按照首先蚀刻目标值的50%,接下来进一步蚀刻剩余的50%,接下来进一步蚀刻剩余的50%这样的步骤,逐次少量进行蚀刻加工。另外,每次进行50%的蚀刻是一个例子,可以自由地变更为最初蚀刻80%,下次以后对剩余的20%逐次少量进行蚀刻等。不论是哪一个,只要这样做,都可以防止过蚀刻,并且可以提高调整精度。
接下来,如果泄漏振动调整结束,则各个晶体振子从晶体晶片切离,密封到密封部件中而作为产品完成,但泄漏振动调整后的工序与本发明没有直接关系,所以省略说明。
在1个晶体晶片中形成的多个晶体振子片中,某晶体振子片的泄漏量成为规定值以内,其他晶体振子片的泄漏量是规定值以上的情况下,还可以在泄漏量成为规定值以内的时刻,将该晶体振子片从晶体晶片切离而送入到接下来的密封工序,使仅存在有规定值以上的晶体振子片的晶体晶片返回到步骤ST64。这样,即使在产生了晶片内的泄漏量偏差的情况下,也可以降低泄漏振动。
在第5制造方法中,外形形成工序(步骤ST61)、电极形成工序(步骤ST62)以及泄漏量测定工序(步骤ST63)与第4制造方法相同,所以省略说明。
图45是用于详细说明平衡调整工序(步骤ST64)至规定值判定工序(步骤ST66)的说明图。
图45是示意地示出晶体晶片101中形成的晶体振子片107的一个的驱动脚111的剖面的剖面图,是从图39的D-D′剖面放大了驱动脚111的部分的图。对于该剖面形状,如上所述,由于单面的蚀刻掩模大而不会受到掩模偏移的影响,但由于晶体的蚀刻各向异性而成为上下左右非对称。
由于该蚀刻各向异性引起的上下左右非对称、以及切口部130a、130b、调整区域116a、116b的说明与第3和第4制造方法相同,所以省略说明。
对于切口部130a、130b的蚀刻量,将比根据在泄漏量测定工序中得到的泄漏量信息决定的目标值少的量、例如目标值的50%左右的蚀刻量换算为加工时间,实施最初的平衡调整工序(步骤ST64),如图所示作为一个例子直至蚀刻深度K1进行蚀刻。
如图45所示,如果将表面侧的蚀刻去除部分作为去除部分17a、将背面侧的蚀刻去除部分作为去除部分17b,则在蚀刻至蚀刻深度K1为止的晶体的去除部分是去除部分117a1以及117b1。
接下来,在泄漏量测定工序(步骤ST65)中进行再测定。如果在步骤ST66的判定中没有达到规定值以内,则根据新得到的泄漏量信息新设定蚀刻量的目标值而换算为加工时间,再次实施平衡调整工序(步骤ST64),如图所示作为一个例子直至蚀刻深度K2进行蚀刻。即,蚀刻至蚀刻深度K2为止的晶体的去除部分是去除部分117a2以及117b2。
接下来,在泄漏量测定工序(步骤ST65)中进行再测定。如果在步骤ST66的判定中没有达到规定值以内,则根据新得到的泄漏量信息新设定蚀刻量的目标值而换算为加工时间,再次实施平衡调整工序(步骤ST64),如图所示作为一个例子直至蚀刻深度K3进行蚀刻。即,蚀刻至蚀刻深度K3为止的晶体的去除部分是去除部分117a3以及117b3。
去除部分117a1、117a2、117a3的合计和去除部分117b1、117b2、117b3的合计成为蚀刻量的规定值(规定量)。这样,多次反复步骤ST64至步骤ST66,直至泄漏量达到规定值以内为止实施平衡调整。
另外,针对电极120a、121c的调整区域130a、130b的开口宽度是振动脚111、112的宽度的1/2的情况、1/4的情况等,可以预先通过实验决定蚀刻时间与效力量的关系。例如,在调整区域130a、130b的开口宽度是振动脚111、112的宽度的1/2的情况下,蚀刻时间120(s)的情况的效力量是3000mV、60(s)的情况的效力量是1500mV。另外,在调整区域130a、130b的开口宽度是振动脚111、112的宽度的1/4的情况下,蚀刻时间120(s)的情况的效力量是1500mV、60(s)的情况的效力量是750mV。效力量是指,可以调整通过测定得到的泄漏量的量。
如上所述,根据本发明的第5制造方法,在对晶体振子附加特征而进行了外形形成之后,测定晶体振子的泄漏量,根据该泄漏量逐次少量反复进行用于平衡调整的蚀刻加工,从而可以制造极其高精度地调整了的晶体振子。
另外,通过反复实施平衡调整和泄漏量测定,可以从晶体晶片中取出泄漏量进入到规定值的晶体振子片,而直至规定值外的晶体振子片收敛于规定值以内为止,多次实施泄漏量调整。由此,可以实现各个晶体振子片的微细的泄漏量调整,所以可以制造泄漏量的偏差极其少的晶体振子。
该第5制造方法适合于在晶体晶片中的晶体振子片根据组成、加工状况等泄漏量分别偏差离散的情况、特别高精度地调整各个晶体振子片的情况。
以下,对形成了槽的晶体振子进行说明。
图46是所述晶体晶片101中形成的晶体振子片107的一个驱动脚111的其他例,是在主平面的表和背中沿着晶体振子片107的长度方向形成了多个槽115的驱动脚111的剖面图。形成了槽115的晶体振子是公知的,由于该槽115的内侧中形成的槽电极115a和侧面的驱动电极121a、121b的一部分对向,而施加到晶体振子的电场增加,可以提高晶体振子的驱动力。另外,在图46中示出了设置了多个槽115的例子,但也可以是单一的槽。
在图46(a)所示的具有槽115的驱动脚111的主平面的表面和背面中,通过所述电极形成工序形成驱动电极120a、120b,在该驱动电极120a、120b的各个端部中形成切口部130a、130b,而晶体面露出。与已经说明的例子同样地,通过该切口部130a露出的驱动脚的晶体部分是调整区域116a,通过切口部130b露出的部分是调整区域116b。
如图46(b)所示,通过平衡调整工序将晶体晶片101再次浸渍到蚀刻液中而进行一并蚀刻,切口部130a、130b中露出的驱动脚111的表面以及背面被蚀刻去除,形成去除部分117a、117b(图中虚线部分)。通过这些去除部分,驱动脚111的厚度的一部分稍微减少。通过该切口部130a、130b的晶体被蚀刻去除,补正成为上下左右非对称的剖面形状,抑制泄漏振动。
切口部130a、130b优选如图所示,形成在槽115至驱动脚111的端部(角部)的区域中,但在宽度方向中存在限制的情况下,还可以直至中央部分用作切口部。另外,以消除上下左右非对称地偏向而形成的晶体部分的方式,与主轴的倾斜对应地形成切口部130a、130b的位置。
具有该带槽的驱动脚的晶体振子的平衡调整在所述第3~第5制造方法中的任意一个制造工序中都可以实施。
接下来,对本发明的第6制造方法进行说明。
第6制造方法的特征在于,以预先能估计晶体振子的泄漏振动的方向的方式,相互偏移规定量而配设晶体板的表背两面中配设的蚀刻用掩模部件彼此。另外,第6制造方法相对第3~第5制造方法仅一部分不同,所以对同一要素附加同一编号,省略重复的说明。
第6制造工序的顺序可以应用于本发明的第3~第5制造工序(图33、图42、图44)中的任意一个,省略说明。以后,详述各制造工序。
图47是用于详细说明第6制造方法中的晶体振子的外形形成工序的图。
图47是示意地示出与第3制造方法中示出的图34同样的晶体晶片上形成的晶体振子片的振动脚的剖面的剖面图。图47是示出与排列了2个图32所示的晶体振子110的状态相同的状态的图,是从驱动脚111、112和检测脚113的前端方向朝向基部114的方向观察的图。
在图47(a)所示的调整为规定的板厚的平板形状的单一的晶体板即晶体晶片101的两面中,如图47(b)所示,形成对晶体用的蚀刻液具有耐性的金属耐蚀膜102a、102b并在其上形成光致抗蚀剂103a、103b。
在图47(b)所示的例子中,为易于图示,金属耐蚀膜102a、102b记载为单层膜,但可以如上所述,使用金(Au)与铬(Cr)的层叠膜。这些金属膜可以使用已知的蒸镀技术、溅射技术来形成。
接下来,如图47(c)所示,将分别描绘了振子图案的2个光掩模104a、104b配置在晶体晶片101的上下,从光掩模104a、104b上照射光(箭头B)而对光致抗蚀剂103a、103b进行曝光。此处,光掩模104a和104b都是正确地描绘了振子图案的光掩模,但使位置关系相互向X轴方向偏移规定量而配置该光掩模104a和104b。此处,将光掩模104a和104b的偏移量如图所示定义为位置偏移量e。
接下来,如图47(d)所示,进行光致抗蚀剂103a、103b的显影,以所形成的抗蚀剂图案为掩模而对金属耐蚀膜102a、102b进行图案化,形成耐蚀刻用掩模部件即蚀刻掩模105a、105b。在对于金属耐蚀膜102a、102b使用了金(Au)与铬(Cr)的层叠膜时,对这些2个金属膜分别进行蚀刻。
此处,如上所述,由于向X轴方向偏移位置偏移量e而配置光掩模104a和104b,所以其位置关系相互偏移位置偏移量e而形成耐蚀刻用掩模部件即蚀刻掩模105a和105b。
接下来,如图47(e)所示,在剥离了光致抗蚀剂103a、103b之后,将在表背两面中形成了蚀刻掩模105a、105b的晶体晶片101浸渍到晶体用蚀刻液即氟酸类的蚀刻液后,未被蚀刻掩模105a、105b覆盖的部分的晶体从表背两侧溶解。之后,通过去除蚀刻掩模105a、105b,得到晶体振子片的振动脚即驱动脚111、112和检测脚113。
晶体晶片101通过蚀刻掩模105a、105b从表背两面进行蚀刻,但由于如上所述偏移位置偏移量e而形成了蚀刻掩模105a和105b,所以晶体振子片的剖面如图所示,沿着所偏移的蚀刻掩模105a和105b而形成为大致平行四边形。如果该蚀刻掩模的位置偏移量e充分大于以往例中叙述的制造上的误差即位置偏移量e(参照图47),则几乎不会受到制造上的误差的影响而晶体振子片的剖面成为大致平行四边形。此处,残渣省略。
由此,可以对晶体振子的外形附加特征,预先估计晶体振子的泄漏振动的方向。即,对于由于误差引起的掩模偏移,无法确定泄漏振动的方向,但通过故意使蚀刻掩模偏移,可以预先估计泄漏振动的方向。
第6电极形成工序与所述第3电极形成工序(图37~图40)相同。即,如图39所示在晶体振子片107的驱动脚111、112的主平面中形成驱动电极120a、121c,该驱动电极120a、121c具备用于平衡调整的切口部130。该切口部130在驱动电极20a、121c的单边全部中沿着驱动电极120a、121c的长度方向细长地形成。另外,其宽度方向的大致中心C2相对驱动脚111、112的宽度方向的大致中心C1向驱动脚111、112的宽度方向偏移而形成该切口部130。另外,与已经说明的例子同样地,使驱动脚的上面侧成为切口部130a、调整区域116a,使背面侧成为切口部130b、调整区域116b。
晶体面露出的调整区域116a、116b通过在后工序即平衡调整工序中进行的再蚀刻而其表面溶解,调整驱动脚111、112的剖面形状而抑制泄漏振动。即,晶体振子可以通过在外形形成工序中附加特征而预先估计泄漏振动的方向,所以根据该估计在电极形成工序中在电极中形成切口部130。另外,切口部130也可以如第3制造方法中的图40(a)、图40(b)那样,是电极的一部分。
图48以及图49是用于说明第6平衡调整工序的图。
平衡调整工序与第3制造方法相同,是如下工序:在前工序即电极形成工序中驱动脚111、112的驱动电极形成为规定形状之后,以该驱动电极为掩模而对晶体晶片101再次进行一并蚀刻,修正晶体振子片107的驱动脚111、112的剖面形状而进行振动的平衡调整,调整泄漏量而抑制晶体振子片107的泄漏振动。
图48是示意地示出晶体晶片101中形成的晶体振子片107的一个驱动脚111的剖面的剖面图,是从第3制造方法中示出的图39的D-D′剖面放大了驱动脚111的部分的图。该剖面形状通过使背面侧的蚀刻掩模向+X轴方向偏移位置偏移量e而成为大致平行四边形,可以对晶体振子片附加特征,而预先估计泄漏振动的方向。即,驱动脚111的剖面通过附加特征而成为上下左右非对称,主轴136(虚线)相对X轴具有偏移角θ4的倾斜,所以产生泄漏振动。然后,以消除由于该特征附加引起的上下左右非对称的剖面的方式,形成切口部,对由此产生的调整区域的晶体进行蚀刻去除,从而抑制泄漏振动。
在图48中,在驱动脚111的主平面中形成驱动电极120a、120b,与该驱动电极120a、120b的切口部130a、130b对应地,在驱动脚111中形成去除部分117a、117b。此处,对于驱动脚111的切口部130a、130b,与第3制造方法同样地,在将驱动脚111的振动轴中心作为原点P,并由通过该原点P且正交的2个轴x、y定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中,形成在夹着原点P而成为对称的象限中。
对于通过切口部130a、130b实现的蚀刻去除量,夹着原点P而成为对称的象限的蚀刻去除量有时相等,也有时不同。同样地,相邻的象限的蚀刻去除量有时不同,也有时相同。
另外,作为一个例子,图48所示的切口部130a、130b形成在第2象限和第4象限中,其原因为,如果为了消除由于使背面侧的蚀刻掩模向+X轴方向偏移而引起的上下左右非对称的剖面形状,而切削第2象限部分和第4象限部分的晶体,则可以调整平衡。
即,通过对第2象限和第4象限中形成的切口部130a、130b的晶体进行蚀刻去除,补正成为上下左右非对称的剖面形状,虽然剖面形状依然是上下左右非对称,但主轴136如主轴136′(实线)那样修正而抑制泄漏振动。
对于第6切口部130a、130b的蚀刻量,可以如第3制造方法那样,假设晶体振子的残渣的形成方法,与泄漏振动的方向一起,还估计泄漏量的大小,换算为加工时间而决定蚀刻去除量。另外,可以如第4制造方法那样,根据晶体振子片的泄漏量信息将蚀刻量换算为加工时间而决定蚀刻去除量。另外,也可以如第5制造方法那样,以根据晶体振子片的泄漏量信息逐次少量反复用于平衡调整的蚀刻加工的方式,决定蚀刻去除量。
图49是通过蚀刻掩模向与图48相反的方向,使背面侧的蚀刻掩模向-X轴方向偏移位置偏移量e而成为大致平行四边形的剖面图。在该情况下,晶体振子片可以逆向地附加特征付,而预先估计泄漏振动的方向。在该情况下,如图所示,以消除偏移并偏向而形成的晶体部分的方式,在驱动脚111中在第1象限和第3象限中形成切口部130a、130b即可。即,通过对第1象限和第3象限中形成的切口部130a、130b的晶体进行蚀刻去除,补正成为上下左右非对称的剖面形状,虽然剖面形状依然是上下左右非对称,但主轴136如主轴136′(实线)那样修正而抑制泄漏振动。
如上所述,根据本发明的第6制造方法,通过相互偏移规定量而配设晶体晶片的表背两面中配设的蚀刻掩模彼此,对所形成的晶体振子的外形附加特征而预先估计晶体振子的泄漏振动的方向,所以可以在驱动脚中形成具备基于该泄漏振动的方向的切口部的电极。其结果,不会受到制造上的偏差即掩模的位置偏移等的影响而可以通过再蚀刻工序调整泄漏振动,所以可以提供高精度地调整了泄漏振动的晶体振子。
在以上说明的第3~第6制造方法中,在电极形成工序中,在驱动脚的电极中预先形成切口部,通过该切口部对调整区域进行再蚀刻,从而调整晶体振子的泄漏振动,但在晶片内泄漏量的偏差大等情况下,也可以除了预先形成的切口部以外,还通过激光加工等对电极进行加工,进一步追加形成晶体面露出的切口部。例如,在第4制造方法的情况下,可以在泄漏量测定工序(步骤ST53)之后追加该追加加工电极的工序。通过追加该电极加工工序,可以针对各个元件的每一个扩大泄漏量的调整范围,所以即使在晶片内的泄漏量的偏差大的情况下,也可以调整泄漏量以不会产生不良品地产生良品。
另外,用于估计泄漏振动的方向的外形形成的特征附加不限于单面掩模、掩模偏移,而本发明还适用于其他方法。另外,本发明不限于实施方式中示出的流程图、外形图等,只要满足本发明的要旨,则也可以任意地变更。
另外,与所述本发明的第1~第6制造方法相关的流程图、外形图等是一个例子,并不限于这些,只要满足本发明的要旨,则也可以任意地变更。
本发明的第1~第6的晶体振子的制造方法可以低成本地提供小型且高精度地调整了泄漏振动的晶体振子,所以作为小型且高精度的陀螺仪用晶体振子的制造方法是适宜的。

Claims (20)

1.一种晶体振子的制造方法,其特征在于包括:
第1蚀刻工序,形成规定的外形形状;
电极形成工序,在所述外形形状的表面的至少一部分中形成电极;
泄漏量测定工序,对通过所述外形形状的泄漏振动引起的泄漏量进行测定;以及
第2蚀刻工序,为了调整平衡,对所述外形形状进行基于所述泄漏量测定工序的测定结果的量的蚀刻。
2.根据权利要求1所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
以所述电极为掩模进行所述第2蚀刻工序。
3.根据权利要求2所述的晶体振子的制造方法,其特征在于还包括:
电极加工工序,基于所述泄漏量测定工序的测定结果,将所述电极加工为规定形状,
以在所述电极加工工序中所加工的所述电极为掩模,进行所述第2蚀刻工序。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
所述外形形状具有基部以及从所述基部延伸设置的振动脚,
所述电极形成工序在所述振动脚上形成所述电极。
5.根据权利要求4所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
所述电极加工工序进行加工,以使加工后的所述电极的去除部分的所述电极的宽度方向的大致中心比所述振动脚的宽度方向的大致中心向所述振动脚的宽度方向偏移。
6.根据权利要求4所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述电极形成工序与所述泄漏量测定工序之间具有:
粗调整工序,以通过所述电极形成工序形成的所述电极为掩模,对所述振动脚进行蚀刻。
7.根据权利要求6所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述电极形成工序中,所述电极的宽度方向的大致中心、和设置有所述电极的所述振动脚的宽度的大致中心向所述电极的宽度方向偏移规定量而形成。
8.根据权利要求4所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
所述电极加工工序基于所述泄漏量测定工序的测定结果,在所述电极中进行加工,以使接近所述振动脚的所述基部的区域即第1区域、和接近所述振动脚的前端的区域即第2区域中的某一个的宽度变窄。
9.根据权利要求8所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
所述电极加工工序通过所述泄漏量测定工序的测定结果,在需要大量的调整时进行加工以使所述第1区域的所述电极的宽度变窄,在需要少的调整时进行加工以使所述第2区域的所述电极的宽度变窄。
10.根据权利要求8所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在进行多次所述第2蚀刻工序和所述电极加工工序时,
通过所述电极加工工序最初加工的所述电极是所述第1区域的所述电极。
11.根据权利要求1所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
所述第2蚀刻工序根据来自所述泄漏量测定工序的测定结果所得到的泄漏量的信息,将蚀刻量换算为加工时间,决定所述振动脚的蚀刻去除量。
12.根据权利要求1~11中的任意一项所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
通过第2蚀刻工序实现的蚀刻去除部分在1个振动脚中有多个,
在以所述振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过所述原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中的、夹着所述原点而成为对称的象限中设置所述蚀刻去除部分。
13.根据权利要求1~11中的任意一项所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
通过第2蚀刻工序实现的蚀刻去除量,在以所述振动脚的剖面的振动轴中心为原点时,在由通过所述原点且正交的2个轴定义的第1象限、第2象限、第3象限、第4象限中的、夹着所述原点而成为对称的象限中相等,相邻的象限的所述蚀刻去除量不同。
14.根据权利要求1~13中的任意一项所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述第1蚀刻工序中,在单一的晶体板上形成多个所述外形形状,
在所述第2蚀刻工序中,同时蚀刻多个所述外形形状。
15.根据权利要求14所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述泄漏量测定工序中,针对多个所述外形形状的每一个测定所述泄漏量,存储所测定的所述泄漏量与所述外形形状的位置关系信息。
16.根据权利要求3~15中的任意一项所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
通过对所述电极照射激光进行所述电极加工工序。
17.根据权利要求2所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述第1蚀刻工序中,形成能估计泄漏振动的方向的所述外形形状,
在所述电极形成工序中,形成具有切口部的所述电极,所述切口部用于依照在所述第1蚀刻工序中形成的所述外形形状来调整平衡。
18.根据权利要求17所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述外形形成工序中,在平板形状的晶体板的两面设置掩模部件,通过使两面的所述掩模部件彼此的大小在宽度方向上不同,使其形成为能预先估计所形成的所述外形形状的泄漏振动的方向。
19.根据权利要求17所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在所述外形形成工序中,在平板形状的晶体板的两面设置掩模部件,通过相互偏移规定量地配设两面的所述掩模部件彼此,使其形成为能预先估计所形成的所述外形形状的泄漏振动的方向。
20.根据权利要求18或者19所述的晶体振子的制造方法,其特征在于:
在将所述两面的所述掩模部件的宽度方向的第1侧面的偏置量设为k1、将第2侧面的偏置量设为k2、将掩模的对位精度设为±p、将第1侧面的蚀刻角度设为α、将第2侧面的蚀刻角度设为β、将所述平板形状的晶体板的厚度设为t时,第1突出部的长度c和第2突出部的长度d满足如下关系:
c=t×tan(α-90°)+k1
d=t×tan(β-90°)+k2
k1、k2>p。
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