JP2003258331A - 音叉振動子の製造方法 - Google Patents
音叉振動子の製造方法Info
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Abstract
つ、音叉振動の効率が高い音叉振動子の製造方法を提供
することを目的とするものである。 【解決手段】 2枚の水晶ウエハ4,5の各XY面を平
滑にする工程と、各XY面を親水化処理し水酸基を吸着
させる工程と、ウエハ4,5のX軸が互いに逆方向を向
くように重ね合わせ熱処理する工程と、ウエハ4,5を
溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第1、
第2の保護膜6,7と第1、第2のフォトレジスト8,
9を形成する工程と、第1、第2の保護膜6,7と第
1、第2のフォトレジスト8,9を各ウエハ4,5上で
それぞれX軸の負極性の方向に所定量シフトするように
パターニングする工程と、各ウエハ4,5をエッチング
液によりエッチングする工程とを備えたものである。
Description
られる音叉振動子の製造方法に関するものである。
(LiTa2O3)等の単結晶圧電材料を音叉振動子とし
て用いた角速度センサが提案されている。例えば、図3
に示すように水晶のZ板(ウエハ)を圧電現象を生ずる
電気軸(X軸)が互いに逆方向を向くように重ね合わせ
原子レベルで接合し、接合されたウエハをZ軸方向にエ
ッチングして音叉振動子を製造する方法が知られてい
る。図3(a)はウエハとマスクの位置関係を示す断面
図である。図3(b)は図3(a)に示すようなマスク
が設けられたウエハがZ軸方向にウエットエッチングさ
れた後の音叉振動子の一方のアームの断面形状を示す断
面図である。100a,100bは水晶のZ板からなる
ウエハ、100c,100dはウエハ100a,100
bのそれぞれ露出した平面(XY面)、101a,10
1bは音叉型振動子形状のマスク、102は水晶からな
る音叉振動子の一方のアーム、102a,102bは一
方のアーム102を構成する片、102c,102dは
片102a,102bの突起部である。
気軸(X軸)が互いに逆方向を向くように重ね合わせ原
子レベルで接合したウエハ100a,100bのそれぞ
れ露出した平面(XY面)100c,100dには所定
の寸法の音叉型振動子形状のマスク101a,101b
の各エッジが正確に一致するように位置決めされてい
る。
101bが設けられたウエハ100a,100bをZ軸
方向にウエットエッチングすると、図3(b)に示すよ
うに片102aの電気軸(X軸)の+側には突起部10
2cが生じ、電気軸(X軸)の−側にはXY面にほぼ垂
直な面(YZ面)が形成される。同様に、片102bの
電気軸(X軸)の+側には突起部102dが生じ、電気
軸(X軸)の−側にはXY面にほぼ垂直な面(YZ面)
が形成される。
ような音叉振動子の製造方法においては、図3(b)に
示すように片102aでは突起部102cに相当する面
積分だけ片102bの垂直な面(YZ面)より飛び出
し、また、片102bでは突起部102dに相当する面
積分だけ片102aの垂直な面(YZ面)より飛び出
す。このような断面形状をしたアーム102をX軸方向
に音叉振動させようとしてもX軸方向から突起部102
cと突起部102dを結ぶ方向にやや傾いた斜め振動モ
ードが発生してしまう。これにより、X軸方向への音叉
振動の効率が低下するばかりか、斜め振動モードの発生
により実際にはY軸まわりに角速度が入力されていない
にもかかわらず恰も角速度が入力されたかのようにアー
ム102をZ軸方向に撓ませる力が発生してしまうとい
う課題を有していた。
し、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子の製造方法
を提供することを目的とするものである。
に本発明の請求項1に記載の発明は、音叉振動子の製造
方法において、圧電現象を生ずる電気軸(X軸)とほぼ
平行な2つの平面(XY面)を有する単結晶圧電材料か
らなる2枚のウエハの各平面(XY面)を平滑にする工
程と、平滑にされた前記2枚のウエハの各平面(XY
面)を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面
(XY面)に水酸基が吸着された前記2枚のウエハの電
気軸(X軸)が互いに逆方向を向くように重ね合わせ熱
処理する工程と、熱処理された前記2枚のウエハの内の
一方のウエハの露出した平面(XY面)及び他方のウエ
ハの露出した平面(XY面)にそれぞれ前記2枚のウエ
ハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第
1、第2の保護膜を形成する工程と、この第1、第2の
保護膜をそれぞれ少なくとも2本のアームと前記アーム
を連結する少なくとも1つの基部から構成され互いにほ
ぼ相似形な音叉型振動子形状で、前記アームの幅方向
(X軸方向)が前記各ウエハの電気軸(X軸)の方向を
向き、かつ、前記各ウエハ上でそれぞれ電気軸(X軸)
の負極性の方向に所定量シフトするようにパターニング
し第1、第2のマスクを形成する工程と、この第1、第
2のマスクがそれぞれ形成された前記各ウエハを前記エ
ッチング液によりエッチングする工程とを備えたもので
ある。
保できるため、斜め振動モードの発生が抑制され、か
つ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することが
できる。
音叉振動子の製造方法において、圧電現象を生ずる電気
軸(X軸)とほぼ平行な2つの平面(XY面)を有する
単結晶圧電材料からなる2枚のウエハの各平面(XY
面)を平滑にする工程と、前記2枚のウエハの各平面
(XY面)にそれぞれウエハを溶解するエッチング液に
対して耐腐食性を有する保護膜を形成する工程と、前記
2枚のウエハの各平面(XY面)にそれぞれ形成された
保護膜を少なくとも2本のアームと前記アームを連結す
る少なくとも1つの基部から構成され互いにほぼ相似形
な音叉型振動子形状で、前記アームの幅方向(X軸方
向)が前記ウエハの電気軸(X軸)の方向を向き、か
つ、対置するようにそれぞれパターニングしマスクを形
成する工程と、このマスクが形成された前記各ウエハ内
に音叉型振動子が残存するように前記エッチング液によ
りエッチングする工程と、エッチングされた前記各ウエ
ハの各平面(XY面)を親水化処理し水酸基を吸着させ
る工程と、平面(XY面)に水酸基が吸着された前記各
ウエハ内に残存する前記音叉型振動子が対置し、前記各
ウエハの電気軸(X軸)が互いに逆方向を向き、かつ、
前記各ウエハをそれぞれ電気軸(X軸)の負極性の方向
に所定量シフトさせ、重ね合わせ熱処理する工程とを備
えたものである。
保できるため、斜め振動モードの発生が抑制され、か
つ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することが
できる。
音叉振動子の製造方法において、圧電現象を生ずる電気
軸(X軸)とほぼ平行な2つの平面(XY面)を有する
単結晶圧電材料からなる2枚のウエハの各平面(XY
面)を平滑にする工程と、前記2枚のウエハの各平面
(XY面)にそれぞれウエハを溶解するエッチング液に
対して耐腐食性を有する保護膜を形成する工程と、前記
2枚のウエハの各平面(XY面)にそれぞれ形成された
保護膜を少なくとも2本のアームと前記アームを連結す
る少なくとも1つの基部から構成され互いにほぼ相似形
な音叉型振動子形状で、前記アームの幅方向(X軸方
向)が前記ウエハの電気軸(X軸)の方向を向き、か
つ、対置するようにそれぞれパターニングしマスクを形
成する工程と、このマスクが形成された前記各ウエハか
ら前記エッチング液により音叉型振動子を形成するエッ
チング工程と、エッチングにより形成された各音叉型振
動子の各平面(XY面)を親水化処理し水酸基を吸着さ
せる工程と、平面(XY面)に水酸基が吸着された前記
各音叉型振動子が対置し、対置した前記各音叉型振動子
のアームの幅方向(X軸方向)を向く電気軸(X軸)が
互いに逆方向を向き、かつ、前記各音叉型振動子をそれ
ぞれ電気軸(X軸)の負極性の方向に所定量シフトさ
せ、重ね合わせ熱処理する工程とを備えたものである。
保できるため、斜め振動モードの発生が抑制され、か
つ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することが
できる。
請求項1から3に記載の音叉振動子の製造方法におい
て、単結晶圧電材料を水晶としたものである。
ら斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の
効率が高い音叉振動子を実現することができる。
請求項4に記載の音叉振動子の製造方法において、水晶
からなるウエハをZ板としたものである。
なる。
て図面を用いて説明する。
振動子を示す斜視図である。図2は同音叉振動子を形成
するエッチング方法を示す工程断面図である。
はアーム1a,1bを連結する基部、1はアーム1a,
1bと基部1cから構成される水晶音叉型振動子、2
a,2bはアーム、2cはアーム2a,2bを連結する
基部、2はアーム2a,2bと基部2cから構成される
水晶音叉型振動子、3は水晶音叉型振動子1,2におい
てアーム1aとアーム2aのそれぞれの幅方向(X軸方
向)並びにアーム1bとアーム2bのそれぞれの幅方向
(X軸方向)が互いに逆方向を向くように接合された角
速度センサ用の音叉振動子である。また、3a,3bは
それぞれ接合された角速度センサ用の音叉振動子3のア
ーム、3cは同音叉振動子3の基部である。
3a,3bの断面形状に特徴がある。そこで、図1に示
す音叉振動子3のアーム3bを例に、そのA・A断面形
状を形成するためのエッチング方法を図2を用いて以下
に詳述する。
晶のウエハ、6,7はCr,Auの2層からなる第1、
第2の保護膜、8,9は第1、第2のフォトレジストで
ある。
のウエハ4,5の表面(XY面)を研磨により鏡面に加
工する。
Y面)を親水化処理し水酸基を吸着させた後、水酸基が
吸着された2枚のウエハ4,5の電気軸(X軸)が互い
に逆方向を向くように重ね合わせ熱処理する。この熱処
理により、重ね合わされた2枚のウエハ4,5の界面か
ら水酸基や水素が離脱することで2枚のウエハ4,5が
完全に接合される(図2(b))。
出したそれぞれの平面(XY面)にウエハ4,5を溶解
するエッチング液(例えば、弗酸と弗化水素アンモニウ
ムの混合液)に対して耐腐食性を有するCr,Auの2
層からなる第1、第2の保護膜6,7を形成する(図2
(c))。
れぞれ第1、第2のフォトレジスト8,9を塗布する
(図2(d))。
を露光し、現像することにより、ウエハ4,5に形成し
たい所定の音叉型振動子形状(例えば、アームの幅d2
=280μm)の第1、第2のフォトレジスト8,9の
パターンをそれぞれ形成し、この対向する上下の第1、
第2のフォトレジスト8,9のパターンが各ウエハ4,
5上でそれぞれ電気軸(X軸)の負極性の方向に所定量
(d1=7μm)シフトするようにする(図2
(e))。図2(e)においては、7μmシフトさせて
いるが、このシフト量はエッチング液の温度、その配合
比や接合後のウエハ4,5の厚みと目的とするアーム3
bの幅によって適宜変更する必要がある。
ォトレジスト8,9のパターンをマスクにして第1、第
2の保護膜6,7をウエットエッチングする(図2
(f))。
ォトレジスト8,9と第1、第2の保護膜6,7をそれ
ぞれ第1、第2のマスクにしてウエハ4,5を約50℃
で、約10時間ウエットエッチングする(図2
(g))。図2(g)においては、第1、第2のフォト
レジスト8,9のパターンを剥離せずにウエハ4,5を
ウエットエッチングしているが、ウエハ4,5をウエッ
トエッチングする前に剥離しておいても構わない。
ングする際の第1、第2のマスクとして使用された第
1、第2のフォトレジスト8,9及び第1、第2の保護
膜6,7を剥離する。
グした後のウエハ4,5のそれぞれの断面(XZ面)の
+X軸方向には突起部4a,5aが発生しており、その
面積はほぼ等しい。また、ウエハ4,5の露出したそれ
ぞれの平面(XY面)上の+X軸方向の端から突起部4
a,5aの先端4b,5bまでの距離d3はほぼ等し
く、約20μmである。また、ウエハ4,5のそれぞれ
の断面(XZ面)の−X軸方向は、ほぼXY面に垂直な
形状を有する面4c,5cとなる。また、ウエハ4の露
出した平面(XY面)上の+X軸方向の端から面5cま
での距離d1は約7μmである。同様に、ウエハ5の露
出した平面(XY面)上の+X軸方向の端から面4cま
での距離d1も約7μmである。
部4aとウエハ5のB・B線より右側の断面部分5dの
面積はほぼ等しい。同じく、ウエハ4のC・C線より左
側の断面部分4dとウエハ5のC・C線より左側の突起
部5aの面積はほぼ等しい。
の片方のアーム3bの製造方法について説明したが、他
方のアーム3aも同一の製造方法により同時に形成さ
れ、その断面形状も図2に示したものと同じである。
a,3bの断面ともに、B・B線より右側の突起部4a
とB・B線より右側の断面部分5dの面積がほぼ等し
く、また、C・C線より左側の断面部分4dとC・C線
より左側の突起部5aの面積もほぼ等しくなる。これに
より、両アーム3a,3b内の質量バランスが確保され
るため、音叉振動子3の両アーム3a,3bをX軸方向
に励振しても斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、
音叉振動の効率が高くなる。
士を先に接合してからエッチングし、所定の音叉振動子
を形成する製造方法について説明してきたが、それぞれ
のウエハを先にエッチングし音叉型振動子を形成した後
に、各音叉型振動子のアームの幅方向(X軸方向)が互
いに逆方向を向くように重ね合わせて接合し所定の音叉
振動子を形成することも可能である。また、上記の製造
方法の場合において、ウエハ内に音叉型振動子を残した
まま接合する方法とエッチングによりウエハから音叉型
振動子を切り離してから接合する方法の二通りある。
して水晶を用いた場合について説明してきたが、これ以
外の単結晶圧電材料を用いることも可能である。
を生ずる電気軸(X軸)とほぼ平行な2つの平面(XY
面)を有する単結晶圧電材料からなる2枚のウエハの各
平面(XY面)を平滑にする工程と、平滑にされた前記
2枚のウエハの各平面(XY面)を親水化処理し水酸基
を吸着させる工程と、平面(XY面)に水酸基が吸着さ
れた前記2枚のウエハの電気軸(X軸)が互いに逆方向
を向くように重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理され
た前記2枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面
(XY面)及び他方のウエハの露出した平面(XY面)
にそれぞれ前記2枚のウエハを溶解するエッチング液に
対して耐腐食性を有する第1、第2の保護膜を形成する
工程と、この第1、第2の保護膜をそれぞれ少なくとも
2本のアームと前記アームを連結する少なくとも1つの
基部から構成され互いにほぼ相似形な音叉型振動子形状
で、前記アームの幅方向(X軸方向)が前記各ウエハの
電気軸(X軸)の方向を向き、かつ、前記各ウエハ上で
それぞれ電気軸(X軸)の負極性の方向に所定量シフト
するようにパターニングし第1、第2のマスクを形成す
る工程と、この第1、第2のマスクがそれぞれ形成され
た前記各ウエハを前記エッチング液によりエッチングす
る工程とを備えているため、アーム内の質量バランスが
確保され、斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音
叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができ
る。
す斜視図
工程断面図
示す概略工程断面図
Claims (5)
- 【請求項1】 圧電現象を生ずる電気軸(X軸)とほぼ
平行な2つの平面(XY面)を有する単結晶圧電材料か
らなる2枚のウエハの各平面(XY面)を平滑にする工
程と、平滑にされた前記2枚のウエハの各平面(XY
面)を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面
(XY面)に水酸基が吸着された前記2枚のウエハの電
気軸(X軸)が互いに逆方向を向くように重ね合わせ熱
処理する工程と、熱処理された前記2枚のウエハの内の
一方のウエハの露出した平面(XY面)及び他方のウエ
ハの露出した平面(XY面)にそれぞれ前記2枚のウエ
ハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第
1、第2の保護膜を形成する工程と、この第1、第2の
保護膜をそれぞれ少なくとも2本のアームと前記アーム
を連結する少なくとも1つの基部から構成され互いにほ
ぼ相似形な音叉型振動子形状で、前記アームの幅方向
(X軸方向)が前記各ウエハの電気軸(X軸)の方向を
向き、かつ、前記各ウエハ上でそれぞれ電気軸(X軸)
の負極性の方向に所定量シフトするようにパターニング
し第1、第2のマスクを形成する工程と、この第1、第
2のマスクがそれぞれ形成された前記各ウエハを前記エ
ッチング液によりエッチングする工程とを備えた音叉振
動子の製造方法。 - 【請求項2】 圧電現象を生ずる電気軸(X軸)とほぼ
平行な2つの平面(XY面)を有する単結晶圧電材料か
らなる2枚のウエハの各平面(XY面)を平滑にする工
程と、前記2枚のウエハの各平面(XY面)にそれぞれ
ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有す
る保護膜を形成する工程と、前記2枚のウエハの各平面
(XY面)にそれぞれ形成された保護膜を少なくとも2
本のアームと前記アームを連結する少なくとも1つの基
部から構成され互いにほぼ相似形な音叉型振動子形状
で、前記アームの幅方向(X軸方向)が前記ウエハの電
気軸(X軸)の方向を向き、かつ、対置するようにそれ
ぞれパターニングしマスクを形成する工程と、このマス
クが形成された前記各ウエハ内に音叉型振動子が残存す
るように前記エッチング液によりエッチングする工程
と、エッチングされた前記各ウエハの各平面(XY面)
を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面(XY
面)に水酸基が吸着された前記各ウエハ内に残存する前
記音叉型振動子が対置し、前記各ウエハの電気軸(X
軸)が互いに逆方向を向き、かつ、前記各ウエハをそれ
ぞれ電気軸(X軸)の負極性の方向に所定量シフトさ
せ、重ね合わせ熱処理する工程とを備えた音叉振動子の
製造方法。 - 【請求項3】 圧電現象を生ずる電気軸(X軸)とほぼ
平行な2つの平面(XY面)を有する単結晶圧電材料か
らなる2枚のウエハの各平面(XY面)を平滑にする工
程と、前記2枚のウエハの各平面(XY面)にそれぞれ
ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有す
る保護膜を形成する工程と、前記2枚のウエハの各平面
(XY面)にそれぞれ形成された保護膜を少なくとも2
本のアームと前記アームを連結する少なくとも1つの基
部から構成され互いにほぼ相似形な音叉型振動子形状
で、前記アームの幅方向(X軸方向)が前記ウエハの電
気軸(X軸)の方向を向き、かつ、対置するようにそれ
ぞれパターニングしマスクを形成する工程と、このマス
クが形成された前記各ウエハから前記エッチング液によ
り音叉型振動子を形成するエッチング工程と、エッチン
グにより形成された各音叉型振動子の各平面(XY面)
を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面(XY
面)に水酸基が吸着された前記各音叉型振動子が対置
し、対置した前記各音叉型振動子のアームの幅方向(X
軸方向)を向く電気軸(X軸)が互いに逆方向を向き、
かつ、前記各音叉型振動子をそれぞれ電気軸(X軸)の
負極性の方向に所定量シフトさせ、重ね合わせ熱処理す
る工程とを備えた音叉振動子の製造方法。 - 【請求項4】 単結晶圧電材料は、水晶である請求項1
から3に記載の音叉振動子の製造方法。 - 【請求項5】 水晶からなるウエハは、Z板である請求
項4に記載の音叉振動子の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008131062A (ja) * | 2006-11-16 | 2008-06-05 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 圧電振動片の製造方法、圧電振動片および圧電デバイス |
US7770275B2 (en) | 2007-09-03 | 2010-08-10 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Methods for manufacturing tuning-fork type piezoelectric vibrating devices |
US8156621B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-04-17 | Nihon Dempa Kogyo, Ltd. | Methods of producing piezoelectric vibrating devices |
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US8156621B2 (en) | 2006-12-28 | 2012-04-17 | Nihon Dempa Kogyo, Ltd. | Methods of producing piezoelectric vibrating devices |
US7770275B2 (en) | 2007-09-03 | 2010-08-10 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Methods for manufacturing tuning-fork type piezoelectric vibrating devices |
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