JP2001264065A - 振動子の製造方法および振動型ジャイロスコープの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水晶からなる基板をウエットエッチングするこ
とによって振動子を製造するのに際して、振動子の表面
におけるピットの発生を防止する。 【解決手段】水晶からなる基板１と、基板１の表面の一
部を被覆する、金、タングステン、モリブデンおよびこ
れらの合金からなる群より選択された金属からなる金属
メッキ被膜４Ａ、４Ｂとを備えており、金属メッキ被膜
が振動子１７の外形に合わせてパターニングされている
被加工体をウエットエッチングに供する。これによって
基板１のうちメッキ被膜４Ａ、４Ｂによって被覆されて
いない領域３に貫通孔を形成し、振動子１７を成形す
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
および振動型ジャイロスコープの製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車の車体回転速度フィードバ
ック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振
動型ジャイロスコープを使用することが検討されてい
る。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身
は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時
に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロ
スコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実
際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づ
いて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、
安定した車体制御を実現する。

【０００３】特開平１１−２５７９６８号公報において
は、振動子の駆動振動片、検出振動片上に、振動片の振
動のＱ値を調節するためのＱ値調整膜を形成することを
開示した。この膜は、好ましくは金膜、金とクロムとの
多層膜、銀膜、銀とクロムとの多層膜などが好ましいと
記載されている。また、クロム等からなる下地層と、下
地層上の金メッキ膜からなるＱ値調整膜が記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特に水晶から
なる振動子をウエットエッチングによって成形する場合
には、得られた振動子の表面にピットが発生しているこ
とがあり、歩留り低下の原因となっていた。ピットと
は、径１０−４０ミクロン程度の小さい凹部である。こ
うしたピットの生成状況は一定しておらず、製造時の偶
然にかなり左右されるようであり、生成防止が難しかっ
た。ピット防止方法としては、一般的には、次の方法が
ある。 （１）基板洗浄を徹底的に行うことによって、ウエット
エッチング前にパーティクル数を減少させておく。 （２）基板を取り扱う際にパーティクルが付着しないよ
うに、周囲環境等に気をつける。 （３）エッチング時間を短くすることによって、エッチ
ャントがマスクの下地と接触する可能性を低下させる。

【０００５】しかし、これらの方法を試みても、必ずし
も満足のいく結果は得られなかった。しかも、（１）
（２）のような方法では、特別な洗浄力の強い洗浄液が
必要になったり、特別な無塵設備や器具が必要になった
りするので、コストの多大な上昇要因となり、好ましく
ない。

【０００６】本発明の課題は、水晶からなる基板をウエ
ットエッチングすることによって振動子を製造するのに
際して、振動子の表面におけるピットの発生を防止する
ことである。

【０００７】また、本発明の課題は、水晶からなる振動
子と、この振動子の一部を被覆する金属メッキ被膜とを
備えている振動型ジャイロスコープを製造するのに際し
て、振動子の表面におけるピットの発生を防止すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶からなる
振動子を製造する方法であって、水晶からなる基板と、
この基板の表面の一部を被覆する、金、タングステン、
モリブデンおよびこれらの合金からなる群より選択され
た金属からなる金属メッキ被膜とを備えており、金属メ
ッキ被膜が振動子の外形に合わせてパターニングされて
いる被加工体をウエットエッチングに供し、これによっ
て基板のうちメッキ被膜によって被覆されていない領域
に貫通孔を形成し、振動子を成形することを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明は、水晶からなる振動子と、
この振動子の一部を被覆する金属メッキ被膜とを備えて
いる振動型ジャイロスコープを製造する方法であって、
水晶からなる基板と、この基板の表面の一部を被覆す
る、金、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金
からなる群より選択された金属からなる金属メッキ被膜
とを備えており、金属メッキ被膜が振動子の外形に合わ
せてパターニングされている被加工体をウエットエッチ
ングに供し、これによって基板のうちメッキ被膜によっ
て被覆されていない領域に貫通孔を形成し、振動子を成
形することを特徴とする。

【００１０】本発明者は、前述したような振動型ジャイ
ロスコープの成形プロセスについて詳細に検討を加えた
結果、特定金属からなる金属メッキ被膜を振動子の外形
に合わせてパターニングした状態で、基板をウエットエ
ッチングに供することで、ピットの発生を著しく低減で
きることを発見し、本発明に到達した。

【００１１】本発明者は、最初に振動子の成形プロセス
の全体を詳細に検討した。このプロセスを説明する。最
初に図３を参照しつつ、本発明によって成形可能な振動
子１７について説明する。

【００１２】振動子１７は、基部１４を備えている。基
部１４は、振動子の重心ＧＯ（振動子が振動していない
ときの重心）を中心として四回対称の略正方形をなして
いる。基部１４の中央部分に支持孔１６が形成されてお
り、支持孔１６の中に重心ＧＯが位置している。

【００１３】基部１４の周縁部１４ａから細長い支持部
１３が重心ＧＯから径方向へと向かって突出しており、
各支持部１３の長手方向に直交する方向に向かって，一
対の駆動振動片１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが延び
ている。１２は、各駆動振動片と各支持部との連結部分
である。１３ａは支持部の付け根であり、１３ｂは支持
部の先端部分である。基部１４の周縁部１４ａから、細
長い検出振動片１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ、ＧＯから見
て径方向と向かって突出している。

【００１４】図３の段階では、振動子１７は基板本体１
８へと連結一体化されており、基板１を形成している。
基板本体１８と振動子１７との間には、貫通孔５が形成
されている。振動子１７が、基板本体１８と、割断片１
９を通して例えば４箇所において接続されている。

【００１５】各割断片１９と振動子との間には割断部２
０があり、各割断片１９と基板本体１８との間にも割断
部２０がある。割断片１９を押圧することによって、２
つの割断部２０を同時に割断させ、振動子を割断片１９
および本体１８から切り離す。

【００１６】ここで、例えば各駆動振動片１１Ａ−１１
Ｄの先端領域には、それぞれＱ値調整膜７が形成されて
いる。本発明者は、図４，図５に示すような手順に従っ
て、振動子１７とＱ値調整膜７との成形を行っていた
（図４、図５に示す断面は、図３における矢印断面に相
当している。

【００１７】まず、基板１を洗浄し、次いで基板１の表
面の全体にわたってマスク用の金膜を形成し、この金膜
上にレジスト層を形成し、金膜をエッチングし、次いで
レジスト層を除去することで、図４（ａ）に示すマスク
２４Ａ、２４Ｂを形成する。次いで、図４（ｂ）に示す
ように、レジスト層２８を形成し、開口２９を設ける。
次いで、図４（ｃ）に示すように、開口２９内に電解メ
ッキ法によって金メッキ膜２３を形成し、レジスト層２
８を除去し、ウエットエッチング用の被加工体２１を得
る。次いで、図４（ｄ）に示すように、被加工体２１を
ウエットエッチングに供し、マスク２４Ａ、２４Ｂの開
口３下に貫通孔５を形成し、振動子１７の外形を成形す
る。

【００１８】次いで、図５（ａ）に示すように、Ｑ値調
整膜７の部分をマスク剥離から保護するために、レジス
トからなる保護膜２７によって金メッキ膜２３および金
膜２４Ｂの一部を覆う。この状態で振動子をウエットエ
ッチングし、図５（ｂ）に示すように金膜２Ａおよび金
膜２Ｂの露出部分を取り除く。そして保護膜２７を除去
する。

【００１９】この方法では、金膜２４Ａと２４Ｂとを、
水晶をウエットエッチングして貫通孔５を形成し、振動
子の外形輪郭を基板から切り出すたのめマスクとして使
用している。しかし、得られた振動子中にはエッチング
ピットが多数発見されることがあった。

【００２０】これに対して、ウエットエッチングに対す
る耐性を有する金属からなるメッキ膜それ自体を、水晶
をウエットエッチングするためのマスクとして使用すれ
ば、振動子中にエッチングピットが生成しないことを発
見した。

【００２１】本発明者の知る限り、従来は、水晶のウエ
ットエッチングの際のマスクを工夫することによって、
エッチングピットを防止するという発想はなかった。例
えば時計用の音叉型振動子も、水晶のウエットエッチン
グによって成形されているのだが、この場合にはウエハ
ーが薄い（０．１５ｍｍ程度）ので、ウエットエッチン
グ時間が短く、このためにエッチングピットが重大な問
題となりにくかったために、検討がなされてこなかった
ものと思われる。これに対し、振動型ジャイロスコープ
用の振動子は、通常０．３ｍｍ程度の厚さがあり、この
ためにエッチング時間が比較的に長く、エッチングピッ
トが多大な問題となり得る。

【００２２】金属メッキ被膜の材質は、金、タングステ
ン、モリブデン、またはこれらの合金である。これら
は、水晶をウエットエッチングする際にエッチャントに
よって腐食を受けにくい。この中でも金および金合金が
特に好ましい。

【００２３】好ましくは、メッキ被膜と基板との間に、
金、クロム、チタンおよびこれらの合金からなる群より
選ばれた金属からなる下地層を形成する。こうした下地
層は、２層以上設けることができる。特に好ましくは、
下地層の少なくとも基板と接触する部分がクロムまたは
チタンからなる。

【００２４】好ましくは、基板を、ふっ酸を含有する水
溶液に接触させることによって振動子をウエットエッチ
ングする。

【００２５】以下、本発明の好適な実施形態について、
図１−図２を参照しつつ述べる。

【００２６】最初に、水晶基板（ウエハー）を準備す
る。基板はＺ板、Ｘ板であってよい。次いで、基板の表
面をエッチングすることによって、表面の加工変質層を
除去する。

【００２７】次いで、基板を洗浄することによって、パ
ーティクルを減らす。この際の洗浄液としては、アルカ
リ系洗剤、超純水、イソプロピルアルコール（ＥＬグレ
ード）などがある。特に、本発明の方法を採用した場合
には、エッチングピットの発生確率が減る。従って、洗
浄液のグレードを落とし、コストを削減しても、振動子
のウエットエッチングの際の歩留りが落ちない。

【００２８】次に、図１（ａ）に示すように、基板１の
表面に下地層２Ａ、２Ｂを形成する。この下地層もウエ
ットエッチングの際にマスクとして機能するものである
ので、エッチャントに対して耐性の材質を選択する必要
がある。ふっ酸系水溶液を使用する場合には、金が好ま
しい。この場合には、金と水晶との密着性を向上させる
ために、金層を成膜する前にクロム膜を成膜することが
好ましい。下地層の成膜装置としては、蒸着機あるいは
スパッタ機を使用できる。

【００２９】ここで、図４、図５に示したように金膜を
マスクとして使用する場合には、エッチャントに対する
耐性を付与するために、金膜の厚さを５０００〜６００
０オングストロームとする必要があった。しかし、本発
明では、後述するように、下地層２Ｂ上の金属メッキ被
膜をもマスクとして使用するので、金膜の厚さを小さく
しても差し支えない。このため、金膜の厚さを５００−
３０００オングストロームとすることができる。この厚
さは、１０００−２０００オングストロームが特に好ま
しい。クロム膜の厚さは、２００〜１０００オングスト
ロームが好ましい。また、この実施形態において、金の
代わりにタングステン、モリブデンを使用した場合も同
様であり、クロムの代わりにチタンを使用した場合も同
様である。

【００３０】下地層２Ａ、２Ｂの形成方法は限定されな
い。例えば、基板１の全面にわたってクロム膜と金膜と
を成膜した後、金膜の上にレジストを塗布し、露光して
パターニングし、レジストの一部を開口させ、次いでレ
ジストの開口部分で金膜とクロム膜とを順番にウエット
エッチングすることによって、開口３を形成できる。レ
ジストとしては、ポジレジストを使用できる。露光時に
はコンタクトアライナーを使用する。また、いわゆるリ
フトオフ法を利用してもよい。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、下地層２
Ａ、２Ｂの上に金属メッキ被膜４Ａ、４Ｂを形成し、ウ
エットエッチング用の被加工体２０を得る。メッキ時の
温度は４０−８０℃が好ましい。メッキ被膜の厚さは、
エッチングピッチの減少として観点からは２μｍ以上が
好ましく、３μｍ以上が更に好ましい。また、メッキ被
膜の膜厚の上限は特に限定されないが、本例のようにメ
ッキ被膜をＱ値調整膜として使用する場合には、５μｍ
以下とすることが好ましい。メッキ被膜４Ａ、４Ｂの間
隙には、メッキ被覆されていない領域２２が形成されて
いる。

【００３２】次いで、図１（ｃ）に示すように、被加工
体２０をウエットエッチングし、所定パターンの貫通孔
５を形成する。ウエットエッチングの際の条件は特に限
定されない。エッチャントは、ふっ酸を含有しているこ
とが好ましく、ふっ酸水溶液か、あるいはふっ酸とふっ
化アンモニウムとを任意の割合で混合した水溶液が好ま
しい。エッチャントの濃度は４０重量％以下が好まし
く、エッチャントの温度は、４０℃〜８０℃が好まし
い。特に、本発明においては、エッチングピットの発生
確率が減るので、より激しい条件でのエッチングが可能
になる。

【００３３】次いで、図２（ａ）に示すように、金属メ
ッキ被膜４Ａ、４Ｂ上にレジストを塗布し、露光してパ
ターニングし、レジスト膜６を残す。レジストとして
は、ポジレジストを使用できる。露光時にはコンタクト
アライナーを使用する。

【００３４】次いで、図２（ｂ）に示すように、金属メ
ッキ被膜４Ａ、下地層２Ａと、メッキ被膜４Ｂの一部お
よび下地層２Ｂの一部をウエットエッチングし、Ｑ値調
整膜７を残す。金属メッキ被膜や下地層のエッチング方
法は公知である。例えば、金用エッチャントとしては、
よう素とよう化カリウムの水溶液が好ましく、クロム用
エッチャントとしては、硝酸第二セリウムアンモニウム
と過塩素酸の水溶液が好ましい。

【００３５】次いで、振動子１７の上に、電極を構成す
る金属の膜を形成する。この膜は、スパッタ機や蒸着装
置によって形成できる。次いで、フォトリソパターニン
グ技術を用いて金属膜をエッチングし、所望の形状の電
極を形成する。

【００３６】

【実施例】図１−図３を参照しつつ説明した前述の方法
に従って、振動子を作製した。具体的には、厚さ０．３
ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、
所定位置に、厚さ２００オングストロームのクロム膜
と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形
成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし
た。

【００３７】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウム
との水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって
除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との
水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチン
グして除去し、図１（ａ）の下地層２Ａ、２Ｂを形成し
た。

【００３８】下地層２Ａ、２Ｂ上に、非シアン系メッキ
液を使用し、温度６０℃、電流値０．１Ａ程度で金メッ
キ膜４Ａ、４Ｂを形成した（図１（ｂ））。メッキ膜の
厚さは３−５μｍとした。

【００３９】次いで、ふっ酸とアンモニウムとの混合水
溶液によってウエハーをエッチングし、図１（ｃ）の状
態とした。次いで、レジスト膜６を形成し（図２
（ａ））、よう素とよう化カリウムとの水溶液によって
金をエッチングし、硝酸第二セリウムアンモニウムと過
塩素酸との水溶液によってクロムをエッチングした（図
２（ｂ））。

【００４０】こうして得られた振動子の表面のエッチン
グピットを、工具顕微鏡あるいは金属顕微鏡を使用し、
５０−２００の倍率によって観察した。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、水
晶からなる基板をウエットエッチングすることによって
振動子を製造するのに際して、振動子の表面におけるピ
ットの発生を防止できる。また、水晶からなる振動子
と、この振動子の一部を被覆する金属メッキ被膜とを備
えている振動型ジャイロスコープを製造するのに際し
て、振動子の表面におけるピットの発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は下地層２Ａ、２Ｂが形成された基板１
を示しており、（ｂ）は、更に金属メッキ被膜４Ａ、４
Ｂが形成された基板１を示しており、（ｃ）は、貫通孔
５が形成された基板を示している。

【図２】（ａ）は、金属メッキ膜４Ｂ上に形成されたレ
ジスト６を示しており、（ｂ）は、振動子１７上に形成
されたＱ値調整膜７を示している。

【図３】振動子１７が連結された基板１を示している。

【図４】（ａ）は、基板１上に形成されたマスク２Ａ、
２Ｂを示しており、（ｂ）は、基板の表面を被覆するレ
ジスト２８を示しており、（ｃ）は、マスク２Ｂ上に形
成された金属メッキ被膜２３を示しており、（ｄ）は、
基板に形成された貫通孔５を示している。

【図５】（ａ）は、金属メッキ被膜２３を被覆する保護
膜２７を示しており、（ｂ）は、振動子１７上に形成さ
れたＱ値調整膜７を示している。

【符号の説明】

１ 基板 ２Ａ、２Ｂ 下地層 ３ 開口 ４Ａ、４Ｂ 金属メッキ被膜 ５ 貫通孔
６ レジスト ７ Ｑ値調整膜 １７ 振動子 ２０、２
１ ウエットエッチング用の被加工体 ２２ 金
属メッキ被膜によって被覆されていない領域 ２３ 金属メッキ被膜 ２７ 保護膜 ２
９ レジスト２８の開口

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水晶からなる振動子を製造する方法であっ
   て、 水晶からなる基板と、この基板の表面の一部を被覆す
   る、金、タングステン、モリブデンおよびこれらの合金
   からなる群より選択された金属からなる金属メッキ被膜
   とを備えており、前記金属メッキ被膜が前記振動子の外
   形に合わせてパターニングされている被加工体をウエッ
   トエッチングに供し、これによって前記基板のうち前記
   メッキ被膜によって被覆されていない領域に貫通孔を形
   成し、前記振動子を成形することを特徴とする、振動子
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記メッキ被膜と前記基板との間に、金、
   クロム、チタンおよびこれらの合金からなる群より選ば
   れた金属からなる下地層が形成されていることを特徴と
   する、請求項１記載の振動子の製造方法。
3. 【請求項３】前記基板を、ふっ酸を含有する水溶液に接
   触させることによって前記振動子をウエットエッチング
   することを特徴とする、請求項１または２記載の振動子
   の製造方法。
4. 【請求項４】水晶からなる振動子と、この振動子の一部
   を被覆する金属メッキ被膜とを備えている振動型ジャイ
   ロスコープを製造する方法であって、水晶からなる基板
   と、この基板の表面の一部を被覆する、金、タングステ
   ン、モリブデンおよびこれらの合金からなる群より選択
   された金属からなる金属メッキ被膜とを備えており、前
   記金属メッキ被膜が前記振動子の外形に合わせてパター
   ニングされている被加工体をウエットエッチングに供
   し、これによって前記基板のうち前記メッキ被膜によっ
   て被覆されていない領域に貫通孔を形成し、前記振動子
   を成形することを特徴とする、振動型ジャイロスコープ
   の製造方法。
5. 【請求項５】前記メッキ被膜と前記基板との間に、金、
   クロム、チタンおよびこれらの合金からなる群より選ば
   れた金属からなる下地層が形成されていることを特徴と
   する、請求項４記載の振動型ジャイロスコープの製造方
   法。
6. 【請求項６】前記基板を、ふっ酸を含有する水溶液に接
   触させることによって前記振動子をウエットエッチング
   することを特徴とする、請求項４または５記載の振動型
   ジャイロスコープの製造方法。
7. 【請求項７】前記振動子をウエットエッチングによって
   成形した後に、前記金属メッキ被膜をパターニングする
   ことによって、前記振動子の質量を調節するための質量
   調節膜を形成することを特徴とする、請求項４−６のい
   ずれか一つの請求項に記載の振動型ジャイロスコープの
   製造方法。
8. 【請求項８】前記振動子が屈曲振動片を備えており、前
   記質量調節膜が、前記屈曲振動片の屈曲振動のＱ値を調
   整するためのＱ値調整膜であることを特徴とする、請求
   項７記載の振動型ジャイロスコープの製造方法。