JP2000004138A

JP2000004138A - 振動子の製造方法及び電子機器

Info

Publication number: JP2000004138A
Application number: JP11070279A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Kitamura; 文孝北村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の振動子片の面取り加工を、容易かつ精
密に同時に行うことができ、横振動細棒が音叉形の振動
子や、切削で加工できない小さな振動子片にも対応し、
低コストで、信頼性を確保できる振動子の製造方法を提
供すること。【解決手段】基板１の両面に振動子の基本外形に対応
した第１のパターン形状を有する第１の保護膜２を形成
する工程と、第１の保護膜２上に面取り４を行うための
第２の形状を有する第２の保護膜３を形成する工程と、
第１の保護膜２をマスクとして基板１をエッチングして
振動子の基本外形を形成する工程と、第２の保護膜３を
マスクとして第１の保護膜２をエッチングして面取り４
を行う部分の第１の保護膜２を除去する工程と、第１の
保護膜２をマスクとして基板１をエッチングして、振動
子の面取り４を行う工程と、をこの順序で行い振動子を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の製造方法
及びそのような方法によって製造された振動子を備えた
電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動子や振動子を用いた電子機器の特性
を向上させるには振動子に面取り（コーナーカット）を
施すことが有効である。この理由は、音叉型振動子のよ
うな横振動細棒の振動子に面取りを施すと振動子の振動
モードが安定し振動子の特性が向上するからである。ま
た、振動子の特性が安定することから、振動子を用いた
ジャイロセンサー等の電子機器の特性も向上するからで
ある（電子通信学会論文誌、１９８５年６月号、Ｖｏ
ｌ．Ｊ６８、Ｎｏ．６、６０３頁、図５参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動子の製造方法によれば、振動子片の１個ずつについ
て切削加工によって面取りしていた。この切削加工は、
例えば小型のやすりのような工具を用い、コーナー部分
を研磨することにより行われていた。

【０００４】そのため、この従来技術では、振動子片を
１個ずつ加工しなくてはならないという問題点がある。
また、加工量を精密に調整するためには高度な精密加工
を必要とし、製造コストが高くなってしまうと問題点が
ある。また、例えば、横振動細棒が音叉形の振動子であ
る場合、２本の振動棒を均等に面取りしなくてはなら
ず、やはり時間がかかり、製造コストが高くなってしま
うという問題点がある。また、振動子片が小さい場合、
もはや切削加工では加工することができないという問題
点がある。さらにまた、切削加工では振動子片にチッピ
ングなどの傷やかけを生じさせ、素子の信頼性を著しく
損なわせてしまうという問題点がある。

【０００５】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解決するためになされたものであり、その目的は、複数
の振動子片の面取り加工を、容易かつ精密に同時に行う
ことができ、横振動細棒が音叉形の振動子や、切削で加
工できない小さな振動子片にも対応し、低コストで、信
頼性を確保できる振動子の製造方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の振動子の製造
方法は、基板の両面に振動子の基本外形に対応した第１
のパターン形状を有する第１の保護膜を形成するＡ工程
と、第１の保護膜上に、面取りを行うための第２の形状
を有する第２の保護膜を形成するＢ工程と、第１の保護
膜をマスクとして基板をエッチングして振動子の基本外
形を形成するＣ工程と、第２の保護膜をマスクとして第
１の保護膜をエッチングして、面取りを行う部分の第１
の保護膜を除去するＤ工程と、第１の保護膜をマスクと
して基板をエッチングして、振動子の面取りを行うＥ工
程と、をこの順序で有することを特徴とする。

【０００７】この方法によると、一つの基板に複数の振
動子を形成することができるため、同時に複数の振動子
の面取り加工ができる。これによって、加工時間が大幅
に短縮でき、製造コストを安くすることができる。ま
た、横振動細棒が音叉形の振動子等の場合でも、２本の
振動棒を一度に均等に面取りできるし、同時に複数個の
面取りができる。さらに、高度な精密加工を必要とする
機械加工（切削加工）ではなく、加工量の制御が容易に
行える化学的加工によるため、製造コストを抑えながら
も、精密に加工することができる。そして、切削加工で
は加工できなかった小さな振動子片も簡単に加工でき
る。したがって、切削加工での問題であった振動子片へ
のチッピングや傷やかけも生じることなく、素子の信頼
性を大きく向上させることができる。そして、このよう
に製造された振動子は、面取りの精度が大変良いことか
ら、振動子のモードが非常に安定し特性が大きく向上す
る。

【０００８】請求項１の振動子の製造方法において、Ｅ
工程のエッチングは、基板を溶解するエッチング液を用
いたウエットエッチングで行うことが好ましいが、プラ
ズマガスを用いたドライエッチングで行うこともでき
る。このようにドライエッチングで行えば、さらに面取
り精度は向上する。

【０００９】請求項２の振動子の製造方法は、請求項１
に記載の振動子の製造方法において、基板が水晶基板で
あることを特徴とする。

【００１０】このため、横振動細棒が音叉形の水晶振動
子を加工する場合でも、２本の振動棒を一度に均等に面
取りすることができるため、低コストで製造することが
できる。そして、２本の振動棒が均一に面取りされてい
るので、水晶振動子のモードが非常に安定し、特性を大
きく向上させることができる。

【００１１】また、基板は、水晶基板以外にもシリコン
基板やガラス基板等にも適用できる。ただし、シリコン
基板の場合には、基板をエッチングする液がアルカリを
主成分とするため、アルカリに耐性がないフォトレジス
トをマスクとして使用する場合には、ドライエッチング
が好ましい。

【００１２】請求項３の振動子の製造方法は、請求項1
又は２に記載の振動子の製造方法において、第１の保護
膜が、クロム又はチタンからなる第一層と金からなる第
二層との積層膜であることを特徴とする。

【００１３】このように、第１の保護膜の、基板に近い
層を第一層、第一層の上層を第二層として、第一層は基
板と第二層との接着層、第二層は基板をエッチングする
液に耐性を有する層とすれば、第一層によって基板と第
二層の接着力を向上させることができ、第二層によって
マスクの役割を果たすことができる。第二層は、金が好
ましいが、金以外でも、第一層と接着し基板をエッチン
グする液に耐性を有する材質で、白金等でも構わない。
これは、特に、基板が水晶基板の場合に有効である。そ
の理由は、水晶は、フッ酸を主成分とする溶液に溶解す
るため、水晶基板のエッチングの際にマスクとなる保護
膜は、フッ酸に対して耐性を有する材質とする必要があ
る。そのため、クロムやチタンからなる第一層によって
水晶基板と第二層とを接着し、第二層は耐フッ酸性を有
する金とすることで第１の保護膜をマスクとすることが
できるからである。

【００１４】請求項４の振動子の製造方法は、請求項１
乃至３のいずれかに記載の振動子の製造方法において、
第２の保護膜がフォトレジストであることを特徴とす
る。このように、第２の保護膜をフォトレジストで形成
すれば、第１の保護膜と同様に、基板をエッチングする
液に耐性があり、また、第１の保護膜とも接合している
ため、加工途中で剥離してしまうこともない。この第２
の保護膜は、フォトレジスト以外でも、基板をエッチン
グする液に耐性があり、かつ、第１の保護膜との密着性
が得られればよい。また、第２の保護膜は、第１の保護
膜と同じように、積層構造でも構わない。

【００１５】請求項５の電子機器の製造方法は、前記振
動子の製造方法によって製造された振動子を備えたこと
を特徴とする。このように、精密な加工で形成された振
動子は特性も安定しているので、その振動子を用いたジ
ャイロセンサー等の電子機器はさらに特性が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の振動子の製造方法の好適
な例について、図３のような音叉型の水晶振動子を例に
とって、詳細に説明する。

【００１７】本実施形態の水晶振動子の製造方法は、水
晶基板１をエッチングにより音叉型形状とするのである
が、さらにエッチングによって、振動子の振動部分の角
の部分に面取り４を施す。

【００１８】本実施形態の水晶振動子の製造方法は、水
晶基板１の両面に振動子の基本外形に対応した第１のパ
ターン形状を有する第１の保護膜を形成するＡ工程と、
第１の保護膜上に、面取り４を行うための第２の形状を
有する第２の保護膜を形成するＢ工程と、第１の保護膜
をマスクとして水晶基板１をエッチングして振動子の基
本外形を形成するＣ工程と、第２の保護膜をマスクとし
て第１の保護膜をエッチングして、面取り４を行う部分
の第１の保護膜を除去するＤ工程と、第１の保護膜をマ
スクとして水晶基板１をエッチングして、振動子の面取
り４を行うＥ工程と、をこの順序で有する。図１は、本
実施形態の水晶振動子の製造方法の製造工程断面図であ
る。

【００１９】（Ａ工程）本実施形態のＡ工程は、水晶基
板１の両面に振動子の基本外形に対応した第１のパター
ン形状を有する第１の保護膜を形成する工程であり、図
１の（Ａ１）〜（Ａ３）に示されている。

【００２０】最初に、水晶基板１（図１（Ａ１））の両
面に、水晶基板１を溶解するエッチング液に対して耐性
を有する第１の保護膜２を形成した（図１（Ａ２））。
水晶基板１は、フッ酸を成分とする溶液に溶解するた
め、第１の保護膜２は、フッ酸に対して耐性を有する必
要がある。本実施形態では、第１の保護膜２として、耐
フッ酸性を有する金を表面層として２層の積層膜を形成
した。積層膜の構造は、水晶基板１に近い面を第一層、
第一層の上層を第二層（表面層）とした。第一層は水晶
基板１と第二層との接着層として働く層、第二層は耐フ
ッ酸性を有する層とする。このようにすれば、第一層に
よって水晶基板１と第二層との接着力を向上させること
ができるが、第一層がなくても、耐フッ酸性が得られれ
ば第１の保護膜２は一層構造でも構わない。また、２層
以上の多層構造でも構わない。本実施形態では、第一層
をクロム、第二層を金とした。第一層は、クロム以外で
も、水晶基板１と第二層とが接着できる材質（例えば、
チタン等）であればよく、第二層は、金以外でも、第一
層と接着し耐フッ酸性を有する材質（例えば白金等）で
も構わない。

【００２１】次に、第１の保護膜２を音叉形振動子の所
望の形状となるようにパターニングした（図１（Ａ
３））。この時のパターニング形状によって、水晶基板
１は完成体の大まかな形状に加工される。

【００２２】（Ｂ工程）本実施形態のＢ工程は、第１の
保護膜２上に、面取りを行うための第２の形状を有する
第２の保護膜３を形成する工程であり、図１の（Ｂ１）
及び（Ｂ２）に示されている。また、図１（Ｂ２）の正
面図を図２に示した。図２では説明のため、水晶基板１
上に音叉型振動子を1個のみ形成している場合を示した
が、音叉型振動子の形状は、図２に示したものに限るも
のではない。

【００２３】Ａ工程でパターニングされた第１の保護膜
２の上層、および水晶基板１上にフォトレジストを塗布
し、第２の保護膜３を形成した（図１（Ｂ１））。第２
の保護膜３は、第１の保護膜２と密着していないと、マ
スクとしての役割を果たさない。

【００２４】次に、第２の保護膜３をフォトリソグラフ
ィー技術によりパターニングした（図１（Ｂ２））。こ
の時のパターニング形状は、後工程で面取りされる部分
だけを、第１の保護膜２よりわずかに小さくしたもので
ある。このわずかに小さくした部分６が面取りの大きさ
となり、水晶基板１上には第１の保護膜２だけが形成さ
れている（図２）。なお、面取りを行う以外の部分５
は、水晶基板１上には、第１の保護膜２を覆う形で第２
の保護膜３を形成した。また、次工程で水晶基板１のエ
ッチングが行われる部分７は、第２の保護膜３を除去し
た。

【００２５】本実施形態では、第２の保護膜３をフォト
リソグラフィー技術によってパターニングしたが、レー
ザー光線を利用して除去するような方法でもパターニン
グできる。また、第２の保護膜３は、第１の保護膜２と
同じように、多層構造でも構わない。

【００２６】（Ｃ工程）本実施形態のＣ工程は、第１の
保護膜２をマスクとして水晶基板１をエッチングして振
動子の基本外形を形成する工程であり、図１の（Ｃ）に
示されている。

【００２７】ＡからＢ工程でパターニングされた第１の
保護膜２と第２の保護膜３を形成した水晶基板１を、第
１の保護膜２と第２の保護膜３が形成されている部分５
と、第１の保護膜２のみが形成されている部分６をマス
クとして、水晶基板１を溶解するエッチング液でエッチ
ングを行った（図１（Ｃ））。この時、エッチング液に
耐性のある第１の保護膜２がマスクとしての役割を果た
し、音叉形振動子の形状が出来上がる。

【００２８】（Ｄ工程）本実施形態のＤ工程は、第２の
保護膜３をマスクとして第１の保護膜２をエッチングし
て、面取りを行う部分の第１の保護膜２を除去する工程
であり、図１の（Ｄ）に示されている。

【００２９】Ｃ工程でエッチングされた水晶基板１を、
第２の保護膜３をマスクとしてエッチングし、第１の保
護膜２のみが形成されている部分６を除去した（図１
（Ｄ））。すなわち、次工程（Ｅ工程）で面取りする部
分の第１の保護膜２を除去したものである。

【００３０】（Ｅ工程）本実施形態のＥ工程は、第１の
保護膜２をマスクとして水晶基板１をエッチングして、
振動子の面取り４を行う工程であり、図１の（Ｅ）に示
されている。

【００３１】Ｄ工程で加工された水晶基板１を、水晶基
板１を溶解するエッチング液でエッチングし、水晶基板
１の振動の角の部分に面取り４を形成した（図１
（Ｅ））。この時、長時間エッチングしてしまうと音叉
の幅自体が小さくなってしまうため、エッチング時間
は、水晶基板１の厚みや面取り４の面積に応じて調整し
た。また、本実施形態では、Ｅ工程のエッチングは、水
晶基板１を溶解するエッチング液を用いたウエットエッ
チングで行ったが、プラズマガスを用いたドライエッチ
ングで行っても良い。

【００３２】（Ｆ工程）Ｅ工程終了後、図１の（Ｆ）で
示される保護膜除去工程を行う。

【００３３】Ｅ工程終了後、第一の保護膜２と第二の保
護膜を剥離した（図１（Ｆ））。そして、電極を形成し
て振動子が完成する。

【００３４】このように、本実施形態の水晶振動子の製
造方法によれば、一枚の水晶基板に複数個の水晶振動子
の形成ができるため、複数個の加工が同時に行え、加工
時間が大幅に短縮でき、製造コストを安くできる。ま
た、面取り加工はフォトリソグラフィーとエッチング技
術等の化学的加工によって行うので、加工量を容易に制
御でき、精密な加工を行うことができるし、従来機械加
工では行えなかった小型の水晶振動子も簡単に加工でき
る。さらに、本実施形態によって製造された水晶振動子
は、精密に面取りされているため、振動モードが安定し
水晶振動子の特性が大変良い。このように、水晶振動子
の特性が安定することから、この水晶振動子を、ジャイ
ロセンサー等の電子機器に用いると、電子機器の特性も
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る水晶振動子の製造方
法の製造工程断面図。

【図２】図１（Ｂ２）における水晶基板上に音叉型振
動子を1個のみ形成している場合を説明した正面図。

【図3】本発明の実施形態に係る水晶振動子の斜視
図。

【符号の説明】

１水晶基板２第１の保護膜３第２の保護膜４面取り５第１の保護膜と第２の保護膜が形成されている部
分６第１の保護膜のみが形成されている部分７水晶基板のエッチングされる部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の両面に振動子の基本外形に対応した
第１のパターン形状を有する第１の保護膜を形成するＡ
工程と、第１の保護膜上に、面取りを行うための第２の形状を有
する第２の保護膜を形成するＢ工程と、第１の保護膜をマスクとして基板をエッチングして振動
子の基本外形を形成するＣ工程と、第２の保護膜をマスクとして第１の保護膜をエッチング
して、面取りを行う部分の第１の保護膜を除去するＤ工
程と、第１の保護膜をマスクとして基板をエッチングして、振
動子の面取りを行うＥ工程と、をこの順序で有すること
を特徴とする振動子の製造方法。
【請求項２】請求項1記載の振動子の製造方法におい
て、基板が水晶基板であることを特徴とする振動子の製造方
法。
【請求項３】請求項1又は２記載の振動子の製造方法に
おいて、第１の保護膜が、クロム又はチタンからなる第一層と金
からなる第二層との積層膜であることを特徴とする振動
子の製造方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
振動子の製造方法において、第２の保護膜がフォトレジストであることを特徴とする
振動子の製造方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の
振動子の製造方法によって製造された振動子を備えたこ
とを特徴とする電子機器。