JP2007267288A - 音叉型水晶振動子の製造方法、および水晶振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 また、角速度センサー用音叉を、精度良く且つ効率良く製造する製造方法を提供する。
【解決手段】 音叉型水晶振動子の製造方法は、基部（２９）から突出し基部に近い第一箇所と遠い第二箇所とを有する少なくとも２つの振動腕（２１Ｄ，２１Ｍ）を含む音叉型水晶振動子（２０）の製造方法である。音叉型水晶振動子の振動成分を検出する検出工程と、振動成分に基づいてレーザー光（ＬＬ）を照射して２つの振動腕の少なくとも一方の振動腕の第一箇所または第二箇所を除去する除去工程と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電振動デバイスなどの製造工程における水晶振動子の製造方法に関し、特に音叉型水晶振動子の共振周波数の調整の際の製造方法に関する。

近年、各種通信機器の高周波数化、またはパーソナルコンピュータなどの電子機器の動作周波数の高周波数化にともなって、圧電振動デバイス、例えば、角速度センサー用音叉も高周波数化への対応が求められている。

このような角速度センサー用音叉を製造する際には、不要な振動成分をなくし、所定の周波数で振動するように、音叉の振動腕の質量バランスをとることが重要である。このため、音叉の振動腕の一部を切削したりまたは研磨したりして質量バランスをとっていた。しかし、この作業は、測定作業と切削作業とを交互に行わなければならず、大変面倒であった。そこで、特許文献１に開示されるように、角速度センサー用音叉を駆動し且つ測定しながら、レーザー光を角速度センサー用音叉に照射して、角速度センサー用音叉を切削することが提案された。

しかしながら、特許文献１は、電気的な信号に基づいて振動片の振動腕の角部を除去しているだけで、どこをどの程度削除するべきか開示されていない。また、角速度センサー用音叉そのものをＸ−Ｙステージに載置して振動腕の角部を除去している。このため、精度良く且つ効率良く角速度センサー用音叉を製造できなかった。
特開２００４−９３１５８号公報

本発明は上記事情に鑑みて考えられたもので、精度よく且つ効率よく角速度センサー用音叉をレーザー加工して製造する方法を提供することを目的としている。

第一の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、基部から突出し基部に近い第一箇所と遠い第二箇所とを有する少なくとも２つの振動腕を含む音叉型水晶振動子の製造方法である。そしてこの製造方法は、音叉型水晶振動子の振動成分を検出する検出工程と、振動成分に基づいて、レーザー光を照射して２つの振動腕の少なくとも一方の振動腕の第一箇所または第二箇所を除去する除去工程と、を有する。
この構成により、振動成分により基部に近い第一箇所の水晶を除去すべきか基部から遠い第二箇所の水晶を除去すべきかを決定し、振動腕の的確な箇所の水晶をレーザー光で除去することができる。このため、迅速且つ正確に質量バランスを整えることができる。

第二の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、振動成分が大きいときは第一箇所を除去し、振動成分が小さいときは第二箇所を除去する。
このため、振動成分が大きいときに基部に近い第一箇所の水晶を除去すると、少ない水晶の質量の除去でも、振動成分が大きく変化する。つまり、第一箇所の水晶を除去することで迅速に振動成分の調整が可能となる。一方、振動成分が小さいときに基部から遠い第二箇所の水晶を除去すると、多くの水晶の質量を除去しても、振動成分の変化が小さい。つまり、第二箇所の水晶を除去することで細かな振動成分の調整が可能となる。

第三の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、振動成分が大きいときは第一振動成分と第一振動成分より小さい第二振動成分とに分け、第一振動成分に基づいて第一箇所を除去するとともに、さらに第二振動成分に基づいて第二箇所を除去する。
このため、振動成分に基づいて、最初は第一箇所の水晶を除去することで迅速に振動成分の粗い調整を行い、粗い調整が終わったら細かな振動成分を調整するため第二箇所の水晶を除去することが可能となる。

第四の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、第一ないし第四の観点において、レーザー光を照射する時間を変更して、第一箇所を除去する量および第二箇所を除去する量を変更する。
このような製造方法により、第一箇所または第二箇所の水晶の除去を行う際に、レーザー光を照射する時間を変更して、振動成分の粗い調整の時間も振動成分の細かい調整も時間を調整して迅速且つ正確に調整することができる。

第五の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、基部から突出した第一振動腕と第二振動腕とを含む音叉型水晶振動子の製造方法である。そして、この製造方法は、音叉型水晶振動子の斜め振動成分の検出を行う検出工程と、斜め振動成分の大から小の大きさに直線比例して、基部の根元から先端の方向へレーザー光を照射する位置を変えて、第一振動腕と第二振動腕との少なくとも一方の振動腕の一部を除去する除去工程と、
を有する。
この構成により、斜め振動成分を検出したら、斜め振動成分に比例して最適な位置にレーザー光を照射することができる。このため、迅速且つ正確に質量バランスを整えることができる。

第六の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、第五の観点において、斜め振動成分がプラスの場合に第一振動腕の一部を除去し、斜め振動成分がマイナスの場合に第二振動腕の一部を除去する。
つまりこの構成により、斜め振動成分がプラスまたはマイナスであるかを判断し、第一振動腕または第二振動腕の水晶の一部を除去して質量バランスを整えることができる。

第七の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、レーザーは、フェムト秒レーザーである。
フェムト秒レーザーとは、パルス幅がフェムト秒のレーザーである。加工はでフェムト秒レーザーが水晶に吸収され、最後に熱過程によって加工が行われている。これにより正確で微細な加工が可能となる。

第八の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、音叉型水晶振動子を収納するパッケージに音叉型水晶振動子が固定された状態で振動検出を行う。
このため、音叉型水晶振動子それ自体が単体で調整されるのでなく、パッケージに音叉型水晶振動子が固定収納されて、音叉型水晶振動子が調整されている。そのため、封印されたパッケージとほぼ同じ状態で調整が完了することになり、精度良い水晶振動デバイスが製造できる。

第九の観点の音叉型水晶振動子の製造方法は、第九の観点パッケージを載置するステージに設けられた通電コードまたはパッケージの上方から接続されるプローブにより、音叉型水晶振動子に通電される。
このため、通電コードがステージに設けられていれば、音叉型水晶振動子を固定したパッケージをステージに設置するだけで通電できる。通電コードがステージに設けられていなくても、パッケージ上方からプローブを接続すれば通電可能となる。

第十の観点の水晶振動デバイスは、上述した第一ないし第九の観点で製造される。
この水晶振動デバイスは、正確な振動調整が行われているため、精度良いデバイスとして活用できる。

本発明に係る音叉型水晶振動子の製造方法は、精度良く且つ効率良く角速度センサー用音叉を製造できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
＜圧電振動デバイスの構成＞

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明のエッチング方法の実施形態としての製造方法を適用した圧電振動デバイス５０の実施形態を示している。図１Ａは圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図、図１Ｂは図１ＡのＢ−Ｂ線概略断面図である。図１において、圧電振動デバイス５０は、音叉形状の音叉型振動子２０を構成した例を示しており、圧電振動デバイス５０は、パッケージ５１内に音叉型振動子２０を収容している。パッケージ５１は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層し、焼結して形成されている。

この実施形態では、パッケージ５１は、図１Ｂに示すように、ベース基板５１ａ、壁基板５１ｂおよび床基板５１ｃで構成されている。パッケージ５１は、壁基板５１ｂで覆うことで内部空間を形成し、この内部空間に音叉型振動子２０を収容している。そして、音叉型振動子２０を所定の高さで支えるように、床基板５１ｃがベース基板５１ａ上に配置されている。床基板５１ｃには、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部５２が設けられている。

この電極部５２は、ベース基板５１ａ下に形成された実装端子５５と接続されている。これにより、外部から印加される駆動電圧を、実装端子５５を介して電極部５２に伝え、最終的に音叉型振動子２０に供給する。具体的には、図１Ｂに示すように、この実装端子５５と電極部５２は、パッケージ５１外部をメタライズにより引き回したり、もしくは、ベース基板５１ａの焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール（不図示）で接続したりすることで形成できる。ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ５１を形成して、音叉型振動子２０を収容するようにしているが、例えば、金属製の筒状のケース内に音叉型振動子２０を収容し、音叉型振動子２０と接続されたリードを外部に導出するプラグで気密に封止するようにしてもよい。

電極部５２の上には、接着剤５７が塗布されて、音叉型振動子２０の基部２９が接合されている。この接着剤５７としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。

壁基板５１ｂの開放された上端には、蓋体５９が封止材５８で接合されることにより、封止されている。蓋体５９は、好ましくは、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックで形成されている。コバール等の金属材料で形成される場合には、蓋体５９はシーム溶接等の手法により、壁基板５１ｂに対して固定される。

音叉型振動子２０は、例えば材料は水晶で形成されており、小型で必要な性能を得るために、図１Ａまたは図２に示す形状になっている。すなわち、音叉型振動子２０は、導電性接着剤５７と接着する基部２９と、この基部２９を基端として、図１Ａにおいて右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕を備えている。つまり、音叉型振動子２０は、全体が音叉のような形状とされた、いわゆる音叉型圧電振動片である。なお、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型振動子２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型振動子２０であってもよい。

図２Ａは、音叉型振動子２０の拡大斜視図である。図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。音叉型振動子２０は、基部２９の表面には、金（Ａｕ）などからなる引出電極２２が設けられ、ワイヤーボンディングなどにより外部の電線などと接続されている。基部２９の裏面は接着剤５７でパッケージ５１の床基板５１ｃに固定されている。また、音叉型振動子２０は、第一水晶ウエハ１０ａと第二水晶ウエハ１０ｂとからなり、水晶の電気軸２７が互いにＸ軸方向に逆になるように結合されている。

基部２９から延びた一対の振動腕２１の表面には、引出電極２２と電気的に接続される、金（Ａｕ）層などからなるドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５が形成されている。図２Ｂにおいて、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”−”（マイナス）と示したものは負極を示し、ドライブ電極２３およびセンス電極２５の後に”＋”（プラス）と示したものは正極を示している。音叉型振動子２０は不図示のドライバ回路で駆動されて振動を開始するとともに、モニター電極２４から振動の大きさに比例したモニター信号を発生し、それは不図示のモニター回路などを介してドライバ回路にフィードバックされる。このように音叉型振動子２０は閉ループを構成する駆動手段によって安定に駆動される。

＜レーザー加工装置の構成＞

図３は、音叉型振動子２０の振動腕２１に形成されたドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５に、不図示のオシロスコープを含む制御回路１１１が接続される。制御回路１１１には、レーザー駆動回路１２０およびＸＹ駆動回路１３０が接続されている。この構成で、音叉型振動子２０の振動成分を検出しながら、音叉型振動子２０のレーザー加工を同時に行う。

図４は、本発明の音叉型振動子２０の振動腕２１の一部を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。除去を加える音叉型振動子２０は、接着剤５７ですでにパッケージ５１に固定されている。つまり、蓋体５９が封止材５８で封止される手前の状態である。音叉型振動子２０を固定したパッケージ５１はステージ１２２上に、真空吸着またはメカニカルクランプでしっかりと載置される。ステージ１２２には、通電コード１２５が設けられており、通電コード１２５は不図示の電源または制御回路１１１と接続されている。また、パッケージ５１がステージ１２２に真空吸着されたとき、通電コード１２５は、パッケージ５１のベース基板５１ａ下に形成された実装端子５５と接続するようになっている。通電コード１２５は制御回路１１１に信号をやり取りする。

なお、ステージ１２２に通電コード１２５が設けられていない場合には、点線で示されたプローブ１２６を用意し、プローブ１２６をパッケージ５１の上方からパッケージ５１内で固定された音叉型振動子２０の電極部５２に押し当てたり、音叉型振動子２０の引出電極２２に押し当てたりして通電する。

制御回路１１１から信号を受け取るレーザー駆動回路１２０は、チタンサファイアレーザーを使ったフェムト秒レーザー照射部１２２に接続されている。レーザー照射部１２２は、７６０ｎｍ波長のレーザー光ＬＬを１０ＫＨｚから４０ＫＨｚのパルスで照射する。制御回路１１１から信号を受け取るＸＹ駆動回路１３０は、レーザー光ＬＬの光路に配置されるＸ光学ミラー１３１とＹ光学ミラー１３３とを駆動する。Ｘ光学ミラー１３１をＸ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが音叉型振動子２０を照射するＸ軸方向の位置を変化する。Ｙ光学ミラー１３３をＹ軸方向に移動させることにより、レーザー光ＬＬが音叉型振動子２０を照射するＹ軸方向の位置が変化する。このようにレーザー光ＬＬの位置を変化させレーザー光を走査するように除去する部分をレーザートリミングすることが出来る。

フェムト秒レーザー照射部１２２を使用するため、音叉型振動子２０の除去される微小な部分に熱を溜めることなく加工できるので、レーザー光ＬＬにより音叉型振動子２０に損傷を与えてその特性を変えてしまうことがない。

＜レーザー除去する箇所と斜め不要信号（Ｑ−）との関係＞
図５は音叉型振動子２０の振動腕２１の一部を、レーザー光ＬＬを用いて除去した結果を示したグラフである。グラフＧ４１は、グラフＧ４１の右側にあるドライブ電極２３＋が形成された振動腕２１Ｄについての実験結果を示したものであり、グラフＧ４５は、グラフＧ４１の右側にあるモニター電極２４が形成された振動腕２１Ｍについての実験結果を示したものである。グラフＧ４１およびグラフＧ４５ともに、横軸を振動腕２１の先端から基部２９への距離とし、縦軸を斜め不要信号（Ｑ−）の調整レートとしている。斜め不要信号（Ｑ−）の調整レートとは、所定パルスで所定の強度のレーザー光ＬＬを一秒間照射することによる斜め不要信号（Ｑ−）の変化量を意味している。所定パルスで所定の強度のレーザー光ＬＬを一秒間照射することは、水晶が一定量だけ質量が軽くなることを意味する。

なお、斜め不要信号（Ｑ−）は、音叉の形状などの影響により音叉形状を水晶ウエハからウェットエッチングした後、はじめから有している斜め方向の振動を表す信号である。本来は、振動腕２１はＸ軸方向の振動のみが好ましいが、斜め方向の振動が加わると振動腕２１にＹ軸を中心とした回転方向の力がかかり、Ｚ軸方向に振動腕２１がゆがむ。このＺ軸方向のゆがみをなくすと、斜め不要信号（Ｑ−）が０となる。

グラフＧ４１およびグラフＧ４５の右側には、音叉型振動子２０が描かれている。本実施形態では、音叉型振動子２０の全体の長さが３ミリメートルで、基部の長さが１ミリメートルに振動腕２１の長さが２ミリメートルの振動子を使用した。ドライブ電極２３＋が形成された振動腕２１Ｄにおいて、振動腕２１Ｄの先端（０マイクロメートル（μｍ））を基準に、５００μｍから７５０μｍの範囲を区域Ｐ_Ｄ１、７５０μｍから１０００μｍの範囲を区域Ｐ_Ｄ２、１０００μｍから１２５０μｍの範囲を区域Ｐ_Ｄ３、１２５０μｍから１５００μｍの範囲を区域Ｐ_Ｄ４および１５００μｍから１７５０μｍの範囲を区域Ｐ_Ｄ５とした。モニター電極２４が形成された振動腕２１Ｍについても同様である。

区域Ｐ_Ｄ１から区域Ｐ_Ｄ５までの各区域において、２、３回、所定パルスで所定の強度のレーザー光ＬＬを一秒間照射した。この結果をグラフＧ４１にプロットしている。同様に、区域Ｐ_Ｍ１から区域Ｐ_Ｍ５までの各区域において、２、３回、所定パルスで所定の強度のレーザー光ＬＬを一秒間照射した。この結果をグラフＧ４５にプロットしている。ともに、傾向として、振動腕２１の先端より振動腕２１の根元の方が一定量だけ質量が軽くなると、斜め不要信号（Ｑ−）が大きく変化する。そしてその傾向は、グラフＧ４１中の直線ＰＤおよびグラフＧ４５中の直線ＰＭで表すように比例関係になることがわかった。

このような実験結果に基づくデータまたはグラフは、制御回路１１１内の不図示のメモリーなどに記憶しておく。

＜水晶のレーザー除去＞
図６Ａは音叉型振動子２０の斜視図であり、図６Ｂは音叉型振動子２０の振動腕２１Ｄをレーザー加工した断面図の一例であり、図６Ｃは音叉型振動子２０の振動腕２１Ｄをレーザー加工した断面図の別例である。

図６Ａに示すように、音叉型振動子２０の振動腕２１Ｄにレーザー光ＬＬを照射すると、孔２８が形成され、所定質量の水晶が除去（蒸散・昇華）される。先端から所定の距離の箇所に孔２８を形成する際に、必要であれば振動腕２１Ｄの幅内で複数の孔２８を形成することもできる。図６Ｂでは、金層などからなるドライブ電極２３とともに第一水晶ウエハ１０ａおよび第二水晶ウエハ１０ｂを除去している。図６Ｃでは、第一水晶ウエハ１０ａおよび第二水晶ウエハ１０ｂのみを除去している。水晶が一定量だけ質量が軽くなり、斜め不要信号（Ｑ−）を０にすることが可能となる。なお、振動腕２１Ｄのみを説明したが、振動腕２１Ｍについても同様である。

＜実施例１：周波数調整のフローチャート６０＞
次に、実施例１の音叉型振動子２０の周波数調整について説明する。
図７は、斜め不要信号（Ｑ−）を確認しながら、レーザー光ＬＬによる水晶の除去箇所を特定しながら周波数調整を行うフローチャート６０である。

ステップＳ５１では、図４で説明したように、蓋体５９が封止材５８で封止される前の状態で、音叉型振動子２０を固定したパッケージ５１をステージ１２２上に固定する。このことにより、ドライブ電極２３およびモニター電極２４などとの通電が可能となり、駆動電圧の印加および検出信号の受信が可能となる。その他にレーザー照射部１２２などの準備も整えることができたら、パッケージ５１に駆動電圧を印加し、音叉型振動子２０を振動させる。

ステップＳ５２では、モニター電極２４などからの信号を受信し、制御部１１１内の同期検波回路などを介して斜め不要信号（Ｑ−）を表す電圧出力を測定する。そして、斜め不要信号（Ｑ−）がマイナス側にずれているかプラス側にずれているかを判断する。斜め不要信号（Ｑ−）がマイナス側にずれているなら、モニター電極２４が形成された振動腕２１Ｍにレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３３（図４を参照）を移動させる。斜め不要信号（Ｑ−）がプラス側にずれているなら、ドライブ電極２３＋が形成された振動腕２１Ｄにレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３３（図４を参照）を移動させる。

ステップＳ５３では、斜め不要信号（Ｑ−）が所定値（０またはたとえば誤差範囲の５０）以下であるか否かを判断し、所定値以下であればレーザー光ＬＬの照射を終える。斜め不要信号（Ｑ−）が所定値より大きければステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４では、斜め不要信号（Ｑ−）が１００以下であるか否かを判断し、斜め不要信号（Ｑ−）が１００以下であればレーザー光ＬＬの照射を振動腕２１（２１Ｄおよび２１Ｍ）の区域Ｐ_Ｄ１または区域Ｐ_M１（図５を参照）にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１（図４を参照）を移動させる。そして、レーザー光ＬＬをたとえば０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ１または区域Ｐ_M１に照射する（ステップＳ６１）。斜め不要信号（Ｑ−）が１００より大きければステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、斜め不要信号（Ｑ−）が２００以下であるか否かを判断し、斜め不要信号（Ｑ−）が２００以下であればレーザー光ＬＬの照射を振動腕２１の区域Ｐ_Ｄ２または区域Ｐ_M２にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１を移動させる。そして、レーザー光ＬＬをたとえば０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ２または区域Ｐ_M２に照射する（ステップＳ６３）。斜め不要信号（Ｑ−）が２００より大きければステップＳ５６に進む。

ステップＳ５６では、斜め不要信号（Ｑ−）が３００以下であるか否かを判断し、斜め不要信号（Ｑ−）が３００以下であればレーザー光ＬＬの照射を振動腕２１の区域Ｐ_Ｄ３または区域Ｐ_M３にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１を移動させる。そして、レーザー光ＬＬをたとえば０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ３または区域Ｐ_M３に照射する（ステップＳ６５）。斜め不要信号（Ｑ−）が３００より大きければステップＳ５７に進む。

ステップＳ５７では、斜め不要信号（Ｑ−）が４００以下であるか否かを判断し、斜め不要信号（Ｑ−）が４００以下であればレーザー光ＬＬの照射を振動腕２１の区域Ｐ_Ｄ４または区域Ｐ_M４にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１を移動させる。そして、レーザー光ＬＬをたとえば０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ４または区域Ｐ_M４に照射する（ステップＳ６７）。斜め不要信号（Ｑ−）が４００より大きければ、レーザー光ＬＬの照射を振動腕２１の区域Ｐ_Ｄ５または区域Ｐ_M５にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１を移動させる。そして、レーザー光ＬＬをたとえば０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ５または区域Ｐ_M５に照射する（ステップＳ６９）。

ステップＳ６１、Ｓ６３、Ｓ６５、Ｓ６７およびＳ６９で一定時間レーザー光ＬＬを照射した後は、ステップＳ５２に戻り、最終的にステップＳ５３で所定値以下になるまで繰り返し行われる。

以上のように、フローチャート６０の周波数調整では、音叉型振動子２０の振動状態に基づいて、まず、振動腕２１Ｄまたは振動腕２１Ｍの少なくとも一方の振動腕の一部にレーザー光ＬＬを照射するように判断する。そして、水晶を除去する効率的な区域を決定し、一定時間レーザー光ＬＬを照射することで、周波数調整を行っている。

また、上記実施形態では、実施例１のフローチャート５０では、基本的にレーザー光ＬＬの照射時間を一定にして制御していたが、レーザー光ＬＬを照射する区域を特定するとともに、照射時間も可変にして制御するようにしてもよい。たとえば、レーザー光ＬＬを０．５秒間、区域Ｐ_Ｄ４に照射し、次に、レーザー光ＬＬの照射を区域Ｐ_Ｄ１に０．２秒照射するように、照射時間を変えても良い。

＜実施例２：周波数調整のフローチャート７０＞
次に、実施例２の音叉型振動子２０の周波数調整について説明する。
図８は、斜め不要信号（Ｑ−）を確認しながら、レーザー光ＬＬによる水晶の除去箇所を特定し照射時間を変更しながら周波数調整を行うフローチャート７０である。

ステップＳ７１では、フローチャート６０と同じように、蓋体５９が封止材５８で封止される前の状態で、音叉型振動子２０を固定したパッケージ５１をステージ１２２上に固定する。レーザー照射部１２２などの準備も整えることができたら、パッケージ５１に駆動電圧を印加し、音叉型振動子２０を振動させる。

ステップＳ７２では、モニター電極２４などからの信号を受信し、制御部１１１内の同期検波回路などを介して斜め不要信号（Ｑ−）を表す電圧出力を測定する。そして、斜め不要信号（Ｑ−）がマイナス側にずれているかプラス側にずれているかを判断する。斜め不要信号（Ｑ−）がマイナス側にずれているなら、モニター電極２４が形成された振動腕２１Ｍにレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３３（図４を参照）を移動させる。斜め不要信号（Ｑ−）がプラス側にずれているなら、ドライブ電極２３＋が形成された振動腕２１Ｄにレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３３（図４を参照）を移動させる。

ステップＳ７３では、照射箇所が特定されているかを判断する。別言すれば最初のレーザー照射をしているか既にレーザー照射をしているかを判断する。

ステップＳ７４では、斜め不要信号（Ｑ−）に直線比例してレーザー光ＬＬの照射位置を特定する。図５で見たように、レーザー光ＬＬを１秒間照射した結果と照射位置との関係が、グラフＧ４１中の直線ＰＤおよびグラフＧ４５中の直線ＰＭで表すように比例関係になることがわかっている。このため、どの位置をどれぐらいの時間レーザー光ＬＬを照射すればよいかがわかる。たとえば、斜め不要信号（Ｑ−）が＋３５０であった場合には、グラフＧ４１中から振動腕２１Ｄの先端から約１４００μｍの位置に１秒間レーザー光ＬＬを照射すればよいことがわかる。このため、レーザー光ＬＬの照射を振動腕２１Ｄの先端から約１４００μｍの位置にレーザー光ＬＬが照射されるように光学ミラー１３１を移動させる。なお、レーザー光ＬＬの照射時間を短縮し且つ高精度に除去をするため、１秒から２秒で斜め不要信号（Ｑ−）が０になるような位置を、グラフＧ４１またはグラフＧ４５から決定する。

ステップＳ７５では、特定した照射位置でレーザー光ＬＬを照射する。そしてステップＳ７２へ進み斜め不要信号（Ｑ−）を確認しながらステップＳ７３へ進み、ステップＳ７３ですでに照射箇所が特定されているためステップＳ７６に進む。

ステップＳ７６では、斜め不要信号（Ｑ−）が所定値（０またはたとえば誤差範囲の５０）以下であるか否かを判断し、所定値以下であればレーザー光ＬＬの照射を終える。斜め不要信号（Ｑ−）が所定値より大きければステップＳ７５に戻りレーザー光ＬＬの照射を続ける。

以上のように、フローチャート７０の周波数調整では、音叉型振動子２０の振動状態に基づいて、まず、振動腕２１Ｄまたは振動腕２１Ｍの少なくとも一方の振動腕の一部にレーザー光ＬＬを照射するように判断する。そして、水晶を除去する箇所を１箇所特定し、レーザー光ＬＬの照射時間を変更することで、周波数調整を行っている。

＜圧電振動デバイスの製造工程＞
図９は、本実施形態に用いる水晶の圧電振動デバイスの製造工程のフローチャート１００である。
＜＜圧電振動片の外形形成の工程＞＞
ステップＳ１１０では、第一水晶ウエハ１０ａおよび第二水晶ウエハ１０ｂを貼り合わせて、接合水晶ウエハ１０を用意する。

次に、ステップＳ１１２では、接合水晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての接合水晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層の厚みは５００オングストローム、金層の厚みも５００オングストローム程度とする。

ステップＳ１１４では、クロム層および金層が形成された接合水晶ウエハ１０に、フォトレジストを全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジストとしては、たとえば、ノボラック樹脂によるネガフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１１６では、露光装置を用いて第１フォトマスクに描かれた音叉型振動子２０のパターンをフォトレジストが塗布された接合水晶ウエハ１０を露光する。ステップＳ１１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて両面を露光する。

ステップＳ１１８では、接合水晶ウエハ１０のフォトレジストを現像して、感光したフォトレジストを除去する。さらに、フォトレジストから露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でウェットエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジストおよび耐蝕膜から露出した水晶材料を、音叉型振動子２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。

ステップＳ１２０では、不要となったフォトレジストと耐蝕膜を除去することにより、図２の振動腕２１および基部２９を有する音叉型振動子２０が形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１２２では、音叉型振動子２０を純水で洗浄し、音叉型振動子２０の全面に駆動電極としての電極パターン（ドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５や引出電極２２）を形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。この金属膜は、下地となるクロム層と、金層とで構成する。なお、耐蝕膜と金属膜とは同じ材料であってもよいので、耐蝕膜を電極として使用する場合には、ステップＳ１２０で耐蝕膜を除去することなく、ステップＳ１２２で新たに金属膜を形成する必要がない。次いで、ステップＳ１２４では、全面にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ１２６では、電極パターン（ドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５や引出電極２２）と対応した第２フォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジストが塗布された接合水晶ウエハ１０を露光する。電極パターンは音叉型振動子２０の両面に形成する必要があるため、ステップＳ１２６では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて音叉型振動子２０の両面を露光する。両面露光装置を使って音叉型振動子２０の両面を一度に露光することもでき、また、片面露光装置を使って音叉型振動子２０の片面を露光し、音叉型振動子２０を裏返して他方の片面を露光することもできる。

ステップＳ１２８では、フォトレジストを現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジストになる。

次いで、ステップＳ１２８では、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジストから露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でウェットエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でウェットエッチングする。続いて、ステップＳ１３０で、フォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型振動子２０にドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５が正確な位置および電極幅で形成される。

＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型振動子２０が得られたため、ステップＳ１３２では、たとえばセラミック製のパッケージ５１に音叉型振動子２０を接着剤５７で接着する。具体的には、図１で説明したように、音叉型振動子２０の基部２９を、接着剤５７の上に載置して、接着剤５７を硬化させることにより音叉型振動子２０をパッケージ５１の床基板５１ｃに対して接合する

ステップＳ１３４では、図３ないし図７で詳しく説明してきたように、音叉型振動子２０の振動腕２１にレーザー光ＬＬを照射して、振動腕２１の接合水晶ウエハ１０の一部を除去（蒸散・昇華）させ、質量削減方式による周波数調整を行う。そもそもステップＳ１１６およびステップＳ１１８などで形成される音叉型振動子２０は、振動腕２１が大きめに形成されるようにフォトマスクのパターンが形成されていたり、ウェットエッチングで接合水晶ウエハ１０が余分にエッチングされないようにしたりして、質量が大きめに形成されている。

次に、ステップＳ１３６で、真空チャンバー内などに音叉型振動子２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体５９を封止材５８により接合する。続いてステップＳ１３８で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、水晶の圧電振動デバイス５０を完成させる。

上記実施形態では、光学ミラー１３１または光学ミラー１３３を使って、レーザー光ＬＬをＸＹ軸方向に移動させた。光学ミラーの代わりにミラーなどの光学部材を使用してもよい。また、レーザー光ＬＬをＸＹ軸方向に移動させる代わりに、ステージ１２２をＸＹ軸方向に移動するＸＹステージにしてもよい。

Ａは圧電振動デバイス５０の透視した概略平面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線概略断面図である。 Ａは音叉型振動子２０の拡大斜視図であり、ＢはＡのＢ−Ｂ断面図である。 ドライブ電極２３、モニター電極２４およびセンス電極２５と制御回路１１１との接続関係を示した図である。 本発明の音叉型振動子２０の振動腕２１の一部を、レーザー光ＬＬを用いて除去（蒸散・昇華）する装置構成を示す概略図である。 音叉型振動子２０の振動腕２１の一部を、レーザー光ＬＬを用いて除去した結果を示したグラフである。 レーザー光ＬＬによる水晶除去（蒸散・昇華）の位置を示した図である。 斜め不要信号（Ｑ−）を確認しながら、レーザー光ＬＬによる水晶の除去箇所を複数特定し所定時間照射ながら周波数調整を行うフローチャート６０である。 斜め不要信号（Ｑ−）を確認しながら、レーザー光ＬＬによる水晶の除去箇所を一つ特定し照射時間を可変しながら周波数調整を行うフローチャート７０である。 本実施形態に用いる水晶の圧電振動デバイスの製造工程のフローチャート１００である。

符号の説明

２０ …… 音叉型振動子
２１ …… 振動腕
２３ …… ドライブ電極
２４ …… モニター電極
２５ …… センス電極
２９ …… 基部
５０ …… 圧電振動デバイス
５１ …… パッケージ
５２ …… 電極部
５５ …… 実装端子
５７ …… 接着剤
５８ …… 封止材
５９ …… 蓋体
１１１ …… 制御回路
１２０ …… レーザー駆動回路
１２２ …… フェムト秒レーザー照射部
１３０ …… ＸＹ駆動回路
１３１ …… Ｘ光学ミラー
１３３ …… Ｙ光学ミラー

Claims (10)

1. 基部から突出し、該基部に近い第一箇所と遠い第二箇所とを有する少なくとも２つの振動腕を含む音叉型水晶振動子の製造方法において、
   前記音叉型水晶振動子の振動成分を検出する検出工程と、
   前記振動成分に基づいて、レーザー光を照射して前記２つの振動腕の少なくとも一方の振動腕の前記第一箇所または前記第二箇所を除去する除去工程と、
   を有することを特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法。
2. 前記振動成分が大きいときは前記第一箇所を除去し、前記振動成分が小さいときは前記第二箇所を除去することを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
3. 前記振動成分が大きいときは第一振動成分と前記第一振動成分より小さい第二振動成分とに分け、前記第一振動成分に基づいて前記第一箇所を除去するとともに、さらに前記第二振動成分に基づいて前記第二箇所を除去することを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
4. 前記レーザー光を照射する時間を変更して、前記第一箇所を除去する量および前記第二箇所を除去する量を変更することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
5. 基部から突出した第一振動腕と第二振動腕とを含む音叉型水晶振動子の製造方法において、
   前記音叉型水晶振動子の斜め振動成分の検出を行う検出工程と、
   前記斜め振動成分の大から小の大きさに直線比例して、前記基部の根元から先端の方向へレーザー光を照射する位置を変えて、前記第一振動腕と第二振動腕との少なくとも一方の振動腕の一部を除去する除去工程と、
   を有することを特徴とする音叉型水晶振動子の製造方法。
6. 前記除去工程は、前記斜め振動成分がプラスの場合に前記第一振動腕の一部を除去し、前記斜め振動成分がマイナスの場合に前記第二振動腕の一部を除去することを特徴とする請求項５に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
7. 前記レーザーは、フェムト秒レーザーであることを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
8. 前記検出工程は、前記音叉型水晶振動子を収納するパッケージに前記音叉型水晶振動子が固定された状態で振動検出を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項７に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
9. 前記検出工程は、前記パッケージを載置するステージに設けられた通電コードまたは前記パッケージの上方から接続されるプローブにより、前記音叉型水晶振動子に通電されることを特徴とする請求項９に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の製造方法により製造された水晶振動子を備える水晶振動デバイス。