JP2006078467A - 水晶デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、振動特性が安定して信頼性が高く、高精度の水晶デバイスを提供することが目的である。さらに本発明は安定した精度の高い角速度の検出が可能な高精度で高い信頼性を有する水晶ジャイロを提供することが目的である。
【解決手段】 基部とこの基部から突出して形成される複数の振動脚とを備えた水晶片を有する音叉型の水晶デバイスであって、この水晶片には基部と複数の振動脚とを一平面に有する主面が構成されている。またこの主面には、振動脚の先端からつけ根を通って、他の振動脚の付け根に向かい、さらにその振動脚の先端へと結ばれる複数の線分からなる又部を有している。さらに、この又部は、一方の振動脚の付け根と接続される線分が、その振動脚と鋭角な角度をなして接続され、他方の振動脚の付け根と接続される線分が、その振動脚と鋭角な角度をなして接続されるＭ字型形状をしている。
【選択図】 図１

Description

基部とこの基部から突出して形成される複数の振動脚とで構成される音叉型の水晶デバイスとその製造方法に関し、特には角速度センサとして用いる音叉型の水晶ジャイロとその製造方法に関する。

近年の高精度で小型のＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、携帯電話、自動車電話、さらに移動体通信機器等の普及によって、それらに用いられる水晶振動子に代表される水晶デバイスにも高信頼性と高精度化の要求が高まっている。

またこうした水晶デバイスの中でも、特にナビゲーションシステムの角速度検出やビデオカメラの手ぶれ制御に使われる水晶ジャイロにおいては、特に高信頼性と高精度化の要求が高まっている。

図１０は、従来の水晶デバイスを示した斜視図である。従来の音叉型の水晶デバイスの構造を以下に説明する（例えば、特許文献１参照。）。従来の水晶デバイス３は、水晶からなる基部３ａとその基部から突出して形成される振動脚３ｂとを備えた音叉型形状の水晶片１１とその水晶片１１に電界を生じさせるための電極５０１、５１１とで構成されている。なお振動脚３ｂとはその先端から基部３ａの方向に向かって最初の屈曲部までの領域のことを指し、基部３ａとはこの屈曲部以降の領域のことを指す。

電極５０１と電極５１１はそれぞれ分離されており、それぞれに異なった電圧を与えることができるようになっている。水晶片１１は圧電材料であるので電極５０１と電極５１１の間に電圧が印加され水晶片１１の内部に電界が生じると、その電界に応じて一定の方向に一定の量だけ伸縮する。これにより水晶片１１の振動脚３ｂを振動させることができ、水晶デバイスの応用製品の一つである水晶振動子として用いることができる。

次に従来の水晶デバイスの製造方法について説明する。図１１は一般的な水晶デバイスの製造方法の前半の工程を示した図である。図１２は一般的な水晶デバイスの製造方法の後半の工程を示した図である。図９は従来の水晶デバイスの製造に用いられるマスクパターンの形状を示した図である。

まず、図１１（ａ）に示すように、表裏の両面にマスク層２１、２２とレジスト層３１、３２を積層して形成した水晶基板１５を用意し、さらにマスクパターン４１が形成されたマスク４０によって、水晶基板１５の両面に形成されたレジスト層３１、３２を、所定の波長の紫外線ＵＶで露光する。するとマスクパターン４１が形成されていない部分のみ、レジスト層３１、３２は露光されることになる。

なお、この露光工程（図１１（ａ））で使用されるマスクパターン４１は図９に示すような形状をしている。図９に示すようにマスクパターン４１Ｂは、基部３ａの外形をかたどった基部領域１４１１と振動脚３ｂの外形をかたどった振動脚領域１４１２とで構成されている。

さらに従来のマスクパターン４１Ｂでは、振動脚領域１４１２のつけ根と接続する基部領域１４１１側の線分１４１５が、振動脚領域１４１２の長手方向に垂直な軸に対して約３０°の角度をなして形成されているのが特徴であった。すなわち、この線分１４１５は振動脚領域１４１２の長手方向である線分１４１６に対して約１２０°の角度をなして接
続されていた。

次に図１１（ｂ）に示すように、レジスト層３１、３２を現像してレジスト層パターン１３１、１３２を形成する。

その後さらに、図１１（ｃ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２をマスクとして使用し、マスク層２１、２２をエッチングし、マスク層パターン１２１、１２２を形成する。以上の工程により、マスク層パターン１２１、１２２はマスク４０のマスクパターン４１と同じ形状で形成される。すなわち従来の水晶デバイスの製造方法においてマスク層パターン１２１、１２２は、図９のマスクパターン４１Ｂに示すような平面形状で形成されていた。

次に図１２（ｄ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２を除去し、水晶基板１５上にマスク層パターン１２１、１２２のみが形成されている状態にする。

その後、図１２（ｅ）に示すように、水晶基板１５をエッチングして水晶片１３の外形を形成する。この時、水晶片１３のエッチングされなかった面、すなわちマスク層パターン１２１、１２２で覆われていた面は、マスク層パターン１２１、１２２とほぼ同じ形状で形成される。

最後に、図１２（ｆ）に示すように、マスク層パターン１２１、１２２を除去し、所望の外形形状を有する水晶片１３が完成する。

さらにその後、電極５０１、５１１が形成されて、音叉型の水晶デバイス３が完成する。

特開平１０−４１７７２号公報（第５頁、図２、図３）

図１０に示す従来の水晶デバイス３では、それに構成される水晶片１１をエッチングによって形成するのが一般的であった。しかしながら、水晶はエッチングされる方向によって反応速度が異なる特性（これを一般に異方性エッチング特性と称する。）を有しており、その結果、図１０に示すように、基部３ａの振動脚３ｂに挟まれた中間領域、すなわち図１０において一方の振動脚３ｂの先端からつけ根を通って、他方の振動脚３ｂの付け根に向かい、さらに他方の振動脚３ｂの先端へと結ばれる部分（一般にこの部分を又部と称する。）に側面から突出してできた尾根状のエッチング残り部１１１が必ず形成されてしまう。

図１０に示すように、又部にエッチング残り部１１１が形成されると、本来Ｘ軸方向に振動しなければならない振動脚３ｂが、Ｗ１のようにＺ軸方向に少し傾いて振動してしまう。このＺ軸に傾いて振動するＷ１振動はエッチング残り部１１１が大きくなればなるほどＺ軸方向に大きく振れる。

図８は従来の水晶デバイスの音叉の又部近傍の拡大図と側面図である。なお図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＣ方向から見た側面形状を示している。図８（ｂ）に示すように、エッチング残り部１１１は、水晶片１１の側面を主面２１１から主面２２１に向けて斜めに尾根状に形成されている。そのため振動脚３ｂのつけ根付近に斜めに梁をいれたような状態になり、これが原因でＺ軸方向に傾いて振動するＷ１振動が発生してしまうのである
。なお本明細書において、つけ根とは振動脚３ｂと基部３ａの境界の部分をいい、図８（ａ）においては、振動脚３ｂの先端方向から基部３ａ側に向かう最初の屈曲部がつけ根となる。

また図８（ａ）に示すようにエッチングによって形成されたエッチング残り部１１１は音叉の又部の一方の振動脚側のみに形成され、その結果、図１０に示すように左右の振動脚３ｂで振動方向が異なってしまう。

以上のように振動脚３ｂが不安定な方向に振動することにより、不安定で精度の低い水晶デバイスができあがることが多くなり、従来は水晶片１１を形成した後、電極５０１、５１１や水晶片１１を適度に除去する加工工程を付加して、振動方向のバランスを調節していた。

なお音叉型の水晶デバイスの一つの応用製品である水晶ジャイロにおいては、図１０に示すＷ１振動のようなＺ軸に傾いた振動は、非常に大きな問題となる。なぜなら、水晶ジャイロにおいてＺ軸方向は、検出しようとする角速度の方向そのものであり、Ｗ１のようなＺ軸方向の振動は検出しようとする本来の正確な角速度を狂わす要因となってしまうからである。よって、従来水晶ジャイロは精度が低く、且つ信頼性が低かった。

本発明の目的は、高精度で信頼性の高い音叉型の水晶デバイスとその製造方法を提供することであり、特に水晶ジャイロとして用いることで、正確な角速度の検出が可能な高精度で信頼性の高い水晶ジャイロとその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の水晶デバイスは、基部と基部から突出して形成される複数の振動脚とを備えた水晶片を有する水晶デバイスであって、
水晶片には基部と複数の振動脚とを一平面に有する主面が構成されており、その主面には、振動脚の先端からつけ根を通って、他の振動脚の付け根に向かい、さらにその振動脚の先端へと結ばれる複数の線分からなる又部を有しており、又部の一方の振動脚の付け根と接続される線分が、一方の振動脚と鋭角な角度をなして接続されており、又部の他方の振動脚の付け根と接続される線分が、他方の振動脚と鋭角な角度をなして接続されていることを特徴とする。

さらに、又部がＭ字型をしているのが望ましい。

さらに、振動脚の付け根と接続される線分は、振動脚の長手方向に対して３０〜７０度の角度をなして振動脚と接続されているのが望ましい。

また、本発明の水晶デバイスの製造方法は、基部と基部から突出して形成される複数の振動脚とを備え、さらに基部と複数の振動脚とを一平面に有する主面を備えた水晶片を有する水晶デバイスの製造方法であって、
水晶基板の平面上に感光性材料からなるレジスト層と水晶のエッチングに対して耐食性を有するマスク層を形成し、所定の形状からなるマスクパターンが描画されたマスクを介して露光する工程と、レジスト層を現像しレジストパターンを形成する工程と、マスク層をエッチングしマスク層パターンを形成する工程と、水晶基板をエッチングし所定の形状からなる主面を備えた水晶片を形成する工程とを有しており、
マスクパターンは、基部を形成するための基部領域と、複数の振動脚を形成するための複数の振動脚領域とを有しており、且つ、一方の振動脚領域の先端からつけ根を通って、他の振動脚領域の付け根に向かい、さらにその振動脚領域の先端へと結ばれる複数の線分からなる形状を有し、
一方の振動脚領域の付け根と接続される線分が、一方の振動脚と鋭角な角度をなして接続され、さらに他方の振動脚の付け根と接続される線分が、他方の振動脚と鋭角な角度をなして接続された形状をしていることを特徴としている。

さらに、一方の振動脚領域の先端からつけ根を通って、他の振動脚領域の付け根に向かい、その振動脚領域の先端へと結ばれる複数の線分がＭ字型をしているのが望ましい。

振動脚領域の付け根と接続される線分は、振動脚領域の長手方向に対して３０〜７０度の角度をなして振動脚領域と接続されているのが望ましい。

（作用）
本発明の上記手段では、水晶片の又部の形状をＭ字形状にしている。また水晶はその結晶面によってエッチング速度が異なるというエッチング特性（これを一般に異方性エッチング特性と称する。）を有している。本発明のように又部をＭ字形状にすると、水晶の結晶面の方向とＭ字の形状とが影響し合い、音叉型水晶片の又部側面に形成されるエッチング残り部を、左右の振動脚の両方の付け根に、ほぼ同じ大きさで、左右均等に形成することができる。さらにこれらエッチング残り部は、音叉型水晶片の又部側面のほぼ中央に形成することができる。本発明では、このようにエッチング残り部が形成される位置が、従来と大きく異なっている点がおおきな特徴である。

従来の水晶デバイスに用いられていた水晶片では、一方の振動脚の付け根にだけエッチング残り部が形成され、さらにそのエッチング残り部は、水晶片の側面を一方の主面から他方の主面に向けて斜めに尾根状に形成されていた。そのため一方の振動脚のつけ根付近に斜めに梁をいれたような状態になり、左右の振動脚の振動バランスを崩していた。

しかしながら、本発明では、水晶片の又部形状をＭ字形状にするだけで、上述のように左右の振動脚の付け根の側面中央にエッチング残り部を形成することができ、その結果、左右の振動脚の振動バランスを崩すことなく、安定した振動をさせることができるようになった。

なお本発明の音叉型の水晶デバイスは、水晶振動子、水晶発振器など多種の水晶デバイスに利用可能であるが、特に水晶ジャイロに利用した場合に効果的であり、従来よりも高い検出感度を有する高精度の水晶ジャイロを得ることができる。

通常、水晶ジャイロにおいて、検出しようとする角速度の方向は、振動脚の振動方向に垂直な方向であり、振動脚の振動が安定していないと、正確な角速度の検出ができない。しかしながら本発明の水晶デバイスによる水晶ジャイロでは、左右の振動脚の振動が設計通りに安定しているため、振動方向に垂直な角速度を正確に検出することができるのである。

本発明の目的は、高精度で信頼性の高い音叉型の水晶デバイスとその製造方法を提供することであり、さらには、正確な角速度の検出が可能な高精度で信頼性の高い水晶ジャイロとその製造方法を提供することにある。

本発明の水晶デバイスによれば、音叉型の水晶片の振動を安定化させることができ、その結果、高い信頼性と高い精度を有する水晶デバイスが得られた。

また本発明の水晶デバイスによれば、従来は振動特性安定化のため必要とされていたエッチング工程後の加工工程を簡略化もしくは省略することができるようになり、その結果
、従来に比べて生産性が良好な水晶デバイスが得られた。

また本発明の水晶デバイスを水晶ジャイロとして利用することによって、振動を安定化させることができ、正確な角速度の検出が可能となったため、検出感度の高い高精度を有する水晶ジャイロが得られた。

本発明の水晶デバイスの製造方法によれば、安定した振動が得られる水晶片を形成でき、その結果、高い信頼性と高い精度を有する水晶デバイスを製造できるようになった。

また本発明の水晶デバイスの製造方法によれば、従来は振動特性安定化のため必要とされていたエッチング工程後の加工工程を簡略化もしくは省略することができ、生産性が向上した。

（第１の実施形態）
図１は本発明の水晶デバイスを示した図である。図３は本発明の水晶デバイスの主面側から見た平面図である。本発明の水晶デバイス１は水晶からなる水晶片１０と電極５００及び電極５１０とを有した構成になっている。水晶片１０は基部１ａとその基部１ａから突出して形成されている複数の振動脚１ｂとで構成され、音叉型の形状をなしている。また電極５００と電極５１０は電気的に分離されており、互いに異なる電圧を与えることによって、水晶片１０の内部に電界を生じさせることができる。なお水晶片１０は水晶からなっており圧電材料であるので、内部に生じる電界の方向に応じて伸縮し、この伸縮運動によって振動脚１ｂを振動させることが可能である。図１に示す本実施形態において、電極５００、５１０に電圧が加わると２本の振動脚１ｂはＸ軸に沿った振動Ｗ０を発生させることができた。なお図１において、振動脚１ｂは先端から基部１ａの方向に向かって延びる外形線の最初の屈曲部までを言い、この屈曲部以降の部分を基部１ａとする。また、本明細書では基部１ａと振動脚１ｂとの境界部をつけ根と定義する。

図１に示す本発明の水晶デバイス１において、図１０に示す従来の水晶デバイス３と異なる点は、水晶片１０の基部１ａと振動脚１ｂとが一平面上にある二つの主面２１０、２２０の形状にある。特に、本発明では、これら主面２１０、２２０の２本の振動脚１ｂに挟まれた部分、すなわち一方の振動脚１ｂの先端からつけ根を通って、他方の振動脚１ｂの付け根に向かい、さらに他方の振動脚１ｂの先端へと結ばれる部分（以降、本明細書ではこの部分を又部と記す。）の形状が従来とは異なっている。

本発明の音叉型の水晶デバイス１では、図３に示すように、主面２１０、２２０の又部が、一方の振動脚１ｂの長手方向の線分１０３、線分１０３の振動脚１ｂのつけ根側の端部で接続される線分１０４、他方の振動脚１ｂの長手方向の線分１０６、線分１０６の振動脚１ｂのつけ根側の端部で接続される線分１０５とで構成されている。これら４本の線分１０３、１０４、１０５、１０６で構成される又部において、振動脚１ｂの線分１０３とそれに接続される線分１０４とが鋭角な角度θ１をなして形成されており、さらに振動脚１ｂの線分１０６とそれに接続される線分１０５とが鋭角な角度θ２をなして形成されている。さらに、これら２つの角度θ１とθ２はほぼ同じ大きさの角度であり、よって本発明の音叉型の水晶デバイス１の又部の形状はＭ字形状をしている。なお本実施形態ではθ１、θ２を約６０°の角度で形成した。

本発明のように振動脚１ｂのつけ根を鋭角に屈曲させた形状、すなわち又部形状をＭ字形状すると、その鋭角な屈曲部分にエッチング残り部１１０が必ず形成される。その結果、本発明では、水晶片１０の又部のエッチング残り部１１０を、２本の振動脚１ｂのつけ根に左右ほぼ均等に形成することができた。これにより、２本の振動脚１ｂを振動させた
ときの振動バランスが安定し、図１の振動Ｗ０のような安定した振動特性を得ることができた。

図２は本発明の水晶デバイスの音叉の又部近傍の拡大図と側面図である。なお図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ方向から見た側面形状を示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本発明の水晶デバイス１に備わるエッチング残り部１１０は、水晶片１０の又部の側面に、二つの主面２１０、２２０とほぼ平行な稜線を有する尾根状の突起形状で形成される。従来のように二つの主面の間を横切って斜めに稜線が形成されるような形状にはなっていない。さらに左右の振動脚１ｂのつけ根にほぼ同じ大きさでエッチング残り部１１０を形成することができた。

以上のように本発明では、水晶片１０の又部の側面に形成されるエッチング残り部１１０は二つの主面２１０、２２０とほぼ平行な稜線になるような突起形状で形成されるため、振動脚のつけ根付近での不自由な突っ張りがなく、振動脚は設計通りにＸ軸に沿った安定した振動Ｗ０を発生させることができた。

以上に示した本発明の音叉型の水晶デバイス１は、下記のような製造方法によって製造することが可能である。図４は本発明の水晶デバイスの製造に用いたマスクパターンの形状を示した図である。図１１は一般的な水晶デバイスの製造方法の前半の工程を示した図である。図１２は一般的な水晶デバイスの製造方法の後半の工程を示した図である。

まず、図１１（ａ）に示すように、表裏の平面に、水晶のエッチングに対して耐食性を有するマスク層２１、２２と、感光性材料からなるレジスト層３１、３２を積層して形成した水晶基板１５を用意する。なお本発明で使われる水晶基板１５は水晶の結晶方向のＺ軸に対してほぼ垂直な面（Ｚ軸に対して８５度〜９５度の角度をなす面）を平面とした基板であり、一般にＺ板と呼ばれる基板である。

なお本実施形態ではマスク層２１、２２として水晶基板１５上に０．０５μｍの厚みで成膜したクロム（Ｃｒ）膜とそのＣｒ膜上に０．１５μｍの厚みで成膜した金（Ａｕ）膜とからなる積層膜を使用した。またレジスト層３１、３２として東京応化（株）製のポジ型レジストＯＦＰＲ−８００を使用した。

そして、この水晶基板１５の表裏両方の平面をマスクパターン４１が描画されたマスク４０によって、それぞれ所定の波長の紫外線ＵＶで露光した。

このとき本発明の水晶デバイスの製造方法では、マスクパターン４１として、図４に示すマスクパターン４１Ａの形状を用いた。図４に示すようにマスクパターン４１Ａは、基部１ａを形成するための基部１ａの外形をかたどった基部領域４１１と振動脚１ｂを形成するための振動脚１ｂの外形をかたどった２つの振動脚領域４１２とで構成されている。さらに、一方の振動脚領域４１２の線分４１３とその一端で接続される線分４１４は約６０°の角度をなして形成されており、他方の振動脚領域４１２の線分４１６とその一端で接続される線分４１５も約６０°の角度をなして形成されている。

次に図１１（ｂ）に示すようにレジスト層３１、３２を現像し、レジスト層パターン１３１、１３２を形成する。この時、レジスト層パターン１３１、１３２は、マスク４０のマスクパターン４１と同じ形状、すなわち図４に示すマスクパターン４１Ａの形状で形成される。なお本実施形態ではＯＦＰＲ−８００専用の現像液を用いて現像を行った。

さらに図１１（ｃ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２をマスクとして使用してマスク層２１、２２をエッチングし、マスク層パターン１２１、１２２を形成す
る。この時、マスク層パターン１２１、１２２はレジスト層パターン１３１、１３２と同様にマスク４０のマスクパターン４１と同じ形状、すなわち図４に示すマスクパターン４１Ａの形状で形成される。なお本実施形態では王水によってＡｕ膜をエッチングし、硝酸系のエッチング液によってＣｒ膜をエッチングし、マスク層パターン１２１、１２２を形成した。

次に図１２（ｄ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２を除去する。本実施形態でレジスト層パターン１３１、１３２に用いられたＯＦＰＲ−８００はアセトンによって容易に除去することができた。

その後図１２（ｅ）に示すように、水晶基板１５をエッチングして水晶片１３の外形を形成する。この時、水晶片１３のエッチングされない面はマスク層パターン１２１、１２２とほぼ同じ形状で形成される。よってマスク４０のマスクパターン４１と同じ形状、すなわち図４に示すマスクパターン４１Ａの形状で形成されることになる。このエッチングされなかった面が本発明の音叉型の水晶デバイス１の主面２１０、２２０になる。なお、本実施形態では、７０℃のフッ酸水溶液によって、４時間のエッチング処理を行い、水晶片１３の外形形状を形成した。

最後に、図１２（ｆ）に示すように、マスク層パターン１２１、１２２を除去し、所望の外形形状を有する水晶片１３が完成する。

さらにその後、電極５０１、５１１を形成して、図１に示す音叉型の水晶デバイス１を完成させた。

以上のようにして製造された水晶片１０には、２本の振動脚１ｂのつけ根にエッチング残り部１１０が必ず形成される。これは、水晶の結晶方位によってエッチング速度が異なるという、一般に異方性エッチング特性と呼ばれる、水晶特有のエッチング特性によるものである。

本発明のように、水晶片１０の主面２１０、２２０に形成される又部の形状をＭ字形状にすると、水晶特有の異方性エッチング特性の作用により、Ｍ字形状をした又部の鋭角な屈曲部分に一定の大きさでエッチング残り部１１０が形成される。

本発明は、エッチング残り部１１０を無くしたり小さくしたりするのではなく、水晶特有の異方性エッチング特性を利用し、２本の振動脚１ｂの両方のつけ根にほぼ同じ大きさのエッチング残り部１１０を形成することによって、２本の振動脚１ｂの振動バランスを均等化させた点が大きな特徴である。本発明では、このようにして２本の振動脚１ｂの振動バランスを均等化することができたため、安定した振動特性が得られるようになった。

またこのようにして、従来よりも安定した振動特性が得られるようになったため、従来振動安定化のため行われていたエッチング工程後の加工工程を省略することができるようになった。その結果、水晶デバイスの生産性を向上させることができた。

なお、本発明の音叉型の水晶デバイス１において、Ｍ字型の又部の角度θ１、θ２（図３）の大きさを変えてみたところ、θ１、θ２の角度が７０°より大きくなると、振動脚１ｂのつけ根に形成されるエッチング残り部１１０の大きさが、左右で大きく異なってしまい、振動脚１ｂの振動バランスが大きく崩れてしまうことがわかった。

一方、逆にθ１、θ２の角度が３０°よりも小さくなると、振動脚１ｂのつけ根に亀裂が入ってしまうという問題が発生した。

以上の理由から、本発明の水晶デバイスの又部に形成されるＭ字型形状の鋭角な角度θ１、θ２は３０°〜７０°の範囲に設定するのが望ましい。

なお本実施形態では、２本の振動脚を備えた音叉型の水晶デバイスを例に挙げたが、３本以上の振動脚を備えた音叉型の水晶デバイスであっても、又部形状をＭ字形状にすることで同様の効果が得ることができる。

（第２の実施形態）
図５は本発明の又部の形状が異なった水晶デバイスを示した図である。本発明の水晶デバイス２は水晶からなる水晶片１２と電極５００及び電極５１０とを有した構成になっている。水晶片１２は基部２ａとその基部２ａから突出して形成されている複数の振動脚２ｂとで構成され、音叉型の形状をなしている。また電極５００と電極５１０は電気的に分離されており、互いに異なる電圧を与えることによって、水晶片１２の内部に電界を生じさせることができる。なお水晶片１２は水晶からなっており圧電材料であるので、内部に生じる電界の方向に応じて伸縮し、この伸縮運動によって振動脚２ｂを振動させることが可能である。

本実施形態の水晶デバイス２では、図１０に示す従来の水晶デバイス３とは異なり、２本の振動脚２ｂのつけ根に左右ほぼ均等にエッチング残り部１１２を形成することができた。これにより、２本の振動脚２ｂを振動させたときの振動バランスが安定し、Ｘ軸に沿った振動Ｗ０を発生させることができた。

本発明の水晶デバイス２は、下記に示す製造方法によって製造することが可能である。図１１は一般的な水晶デバイスの製造方法の前半の工程を示した図である。図１２は一般的な水晶デバイスの製造方法の後半の工程を示した図である。

まず、図１１（ａ）に示すように、表裏の平面に、水晶のエッチングに対して耐食性を有するマスク層２１、２２と、感光性材料からなるレジスト層３１、３２を積層して形成した水晶基板１５を用意する。

なお本実施形態では、マスク層２１、２２として水晶基板１５上に０．０５μｍの厚みで成膜したクロム（Ｃｒ）膜とそのＣｒ膜上に０．１５μｍの厚みで成膜した金（Ａｕ）膜とからなる積層膜を使用した。またレジスト層３１、３２として東京応化（株）製のポジ型レジストＯＦＰＲ−８００を使用した。

次に、この水晶基板１５の両方の平面を２枚のマスクを使ってそれぞれ所望の形状で露光する。図７は本発明で使用したマスクとそのマスクパターンの形状を示した図である。本実施形態では、水晶基板１５の一方の平面（図１１において上側の面）は図７に示すマスクパターン４１Ａが形成されたマスク４０ａを使用して露光し、水晶基板１５の他方の平面（図１１において下側の面）は図７に示すマスクパターン４１Ｃが形成されたマスク４０ｃを使用して露光した。

図７に示すように、マスクパターン４１Ａは、基部２ａの外形と２本の振動脚２ｂの外形をかたどった形状で形成されており、さらに２本の振動脚２ｂに挟まれた又部はＭ字型の形状をしている。一方、マスクパターン４１Ｃは、基部２ａの外形と２本の振動脚２ｂの外形をかたどった形状で形成されているが、２本の振動脚２ｂに挟まれた又部がコの字型の形状をしている。すなわち本実施形態では、水晶基板１５の一方の平面（図１１において上側の面）と他方の平面（図１１において下側の面）とで、又部の形状がそれぞれ異なった形状で露光されることとなる。

次に図１１（ｂ）に示すようにレジスト層３１、３２を現像し、レジスト層パターン１３１、１３２を形成する。この時、レジスト層パターン１３１はマスクパターン４１Ａの形状で形成され、レジスト層パターン１３２はマスクパターン４１Ｃの形状で形成される。なお本実施形態ではＯＦＰＲ−８００専用の現像液を用いて現像を行った。

さらに図１１（ｃ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２をマスクとして使用してマスク層２１、２２をエッチングし、マスク層パターン１２１、１２２を形成する。この時、マスク層パターン１２１はマスクパターン４１Ａの形状で形成され、マスク層パターン１２２はマスクパターン４１Ｃの形状で形成される。なお本実施形態では王水によってＡｕ膜をエッチングし、硝酸系のエッチング液によってＣｒ膜をエッチングし、マスク層パターン１２１、１２２を形成した。

次に図１２（ｄ）に示すように、レジスト層パターン１３１、１３２を除去する。本実施形態でレジスト層パターン１３１、１３２に用いられたＯＦＰＲ−８００はアセトンによって容易に除去することができた。

その後図１２（ｅ）に示すように、水晶基板１５をエッチングして水晶片１３の外形を形成する。

図６は本発明の又部の形状が異なった水晶デバイスの水晶エッチング工程直後の構成を示した図である（形状をわかりやすくするためそれぞれの構成を分離して描いてある。）。水晶片１２の上側の主面２１０を覆っていたマスク層パターン２１Ａ（図１２におけるマスク層パターン１２１）と水晶片１２の下側の主面２２０を覆っていたマスク層パターン２２Ｃ（図１２におけるマスク層パターン１２２）は又部の形状が異なっている。

マスク層パターン２１Ａ、マスク層パターン２２Ｃをマスクとして水晶エッチングを行った本実施形態の水晶片１２では、２本の振動脚２ｂの付け根に同等の大きさのエッチング残り部１１２を均等に形成することができた。これにより、２本の振動脚２ｂの振動バランスを安定化させることができた。

なお本実施形態の水晶片１２では、主面２１０の形状とマスク層パターン２１Ａとが異なった形状で形成された。これは図５におけるＹ軸方向にエッチングが進んだためであるが、これにより水晶デバイス１の又部にあった不要な凸部をなくすことができた。

以上のような本実施形態の水晶デバイスは、水晶振動子、水晶発振器など多くの応用製品に利用可能であるが、特に水晶ジャイロに利用すると非常に効果的である。

水晶ジャイロにおいて、振動脚の不安定な振動は、検出しようとする角速度の検出感度を悪化させる大きな要因になる。ところが、本発明を水晶ジャイロに利用すると、振動脚の振動が安定するため、検出感度を向上させることができる。その結果、信頼性の高い水晶ジャイロが得られるようになった。

本発明の水晶デバイスを示した斜視図である。 本発明の水晶デバイスの音叉の又部近傍の拡大図と側面図である。 本発明の水晶デバイスの主面側から見た平面図である。 本発明の水晶デバイスの製造に用いたマスクパターンの形状を示した図である。 本発明の又部の形状が異なった水晶デバイスを示した図である。 本発明の又部の形状が異なった水晶デバイスの水晶エッチング工程直後の構成を示した図である。 本発明で使用したマスクとそのマスクパターンの形状を示した図である。 従来の水晶デバイスの音叉の又部近傍の拡大図と側面図である。 従来の水晶デバイスの製造に用いられるマスクパターンの形状を示した図である。 従来の水晶デバイスを示した斜視図である。 一般的な水晶デバイスの製造方法の前半の工程を示した図である。 一般的な水晶デバイスの製造方法の後半の工程を示した図である。

符号の説明

１、２、３ 水晶デバイス
１ａ、２ａ、３ａ 基部
１ｂ、２ｂ、３ｂ 振動脚
１０、１１、１２、１３ 水晶片
１５ 水晶基板
２１、２１Ａ、２２、２２Ｃ マスク層
３１、３２ レジスト層
４０、４０ａ、４０ｃ マスク
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ マスクパターン
１０３、１０４、１０５、１０６ 線分
１１０、１１１、１１２ エッチング残り部
１２１、１２２ マスク層パターン
１３１、１３２ レジスト層パターン
２１０、２１１、２２０、２２１ 主面
４１１、１４１１ 基部領域
４１２、１４１２ 振動脚領域
４１３、４１４、４１５、４１６ 線分
５００、５０１、５１０、５１１ 電極
１４１５、１４１６ 線分

Claims (6)

1. 基部と該基部から突出して形成される複数の振動脚とを備えた水晶片を有する水晶デバイスであって、
   前記水晶片には前記基部と前記複数の振動脚とを一平面に有する主面が構成されており、該主面には、振動脚の先端からつけ根を通って、他の振動脚の付け根に向かい、該振動脚の先端へと結ばれる複数の線分からなる又部を有しており、該又部の一方の振動脚の付け根と接続される線分が、一方の振動脚と鋭角な角度をなして接続されており、該又部の他方の振動脚の付け根と接続される線分が、他方の振動脚と鋭角な角度をなして接続されている水晶デバイス。
2. 前記又部がＭ字型をしていることを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。
3. 前記振動脚の付け根と接続される線分は、前記振動脚の長手方向に対して３０〜７０度の角度をなして該振動脚と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶デバイス。
4. 基部と該基部から突出して形成される複数の振動脚とを備え、該基部と該複数の振動脚とを一平面に有する主面を備えた水晶片を有する水晶デバイスの製造方法であって、
   水晶基板の平面上に感光性材料からなるレジスト層と水晶のエッチングに対して耐食性を有するマスク層を形成し、所定の形状からなるマスクパターンが描画されたマスクを介して露光する工程と、前記レジスト層を現像しレジストパターンを形成する工程と、前記マスク層をエッチングしマスク層パターンを形成する工程と、前記水晶基板をエッチングし所定の形状からなる主面を備えた水晶片を形成する工程とを有しており、
   前記マスクパターンは、前記基部を形成するための基部領域と、複数の前記振動脚を形成するための複数の振動脚領域とを有しており、前記一方の振動脚領域の先端からつけ根を通って、他の振動脚領域の付け根に向かい、該振動脚領域の先端へと結ばれる複数の線分からなる形状を有しており、
   該一方の振動脚領域の付け根と接続される線分が、一方の振動脚と鋭角な角度をなして接続され、該他方の振動脚の付け根と接続される線分が、他方の振動脚と鋭角な角度をなして接続された形状をしている水晶デバイスの製造方法。
5. 前記一方の振動脚領域の先端からつけ根を通って、他の振動脚領域の付け根に向かい、該振動脚領域の先端へと結ばれる複数の線分がＭ字型をしていることを特徴とする請求項４に記載の水晶デバイスの製造方法。
6. 前記振動脚領域の付け根と接続される線分は、前記振動脚領域の長手方向に対して３０〜７０度の角度をなして該振動脚領域と接続されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の水晶デバイスの製造方法。
   

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