JP2010187059A - ウォーク型振動片およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でかつ精度の高いウォーク型振動片およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】厚み方向に電圧信号が印加されたとき厚みすべり振動を発生する圧電基板を用意する工程と、圧電基板の表面に耐蝕防止膜を形成する工程と、耐蝕防止膜をパターニングして、圧電基板に梁形成領域を画定する工程と、耐蝕防止膜をマスクとして、圧電基板をエッチングして、梁形成領域の圧電基板を薄くする薄肉化工程と、梁形成領域の圧電基板に、厚み方向の電圧信号を印加して厚みすべり振動を発生させ、当該厚みすべり振動の周波数を測定する周波数測定工程と、耐蝕防止膜を除去する工程と、梁形成領域の圧電基板をパターニングして、圧電基板から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、を含み、薄肉化工程および周波数測定工程は、周波数測定工程で測定される前記厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。
【選択図】図８

Description

本発明は、ウォーク型振動片およびその製造方法に関する。

水晶振動子に代表される圧電振動子は、広範な分野の製品に採用されている。圧電振動子は、時計や情報通信機器などでは、たとえば、基準周波数信号を得るための発振器として利用され、また、デジタルカメラや自動車などでは、たとえば、機器の姿勢の制御を行うための力学的センサーとして利用されている。圧電振動子は、いずれの用途においても、精度の向上と、さらなる小型化が要求されている。

圧電振動子に搭載される振動片の種類としては、片持ち梁を屈曲振動させる形式のものがある。この種の振動片の典型としては、音叉型振動片がある。音叉型振動片の例としては、たとえば、特開２００２−０７６８０６号公報に開示された振動片が挙げられる。音叉型振動片の場合、音叉の２本の片持ち梁は開閉するように振動するため、振動の周波数は、音叉を平面的に見たときの片持ち梁の幅と、片持ち梁の長さによって決定される。

一方、片持ち梁を屈曲振動させる形式の振動片の他の種類としては、ウォーク型振動片がある。例えば、特開２００１−１９６８９１号公報には、ウォーク型振動片として、３本の脚を有する振動子が開示されている（特許文献１）。ウォーク型振動片の場合は、各片持ち梁が各片持ち梁を含む平面の面外方向に振動するため、振動の周波数は、各片持ち梁を含む平面に垂直な方向の長さ（厚み）と、片持ち梁の長さによって決定される。

これらの振動片の振動の周波数の精度を高めるためには、振動片の各寸法を極めて精密に制御する必要がある。

特開２００２−０７６８０６号公報 特開２００１−１９６８９１号公報

圧電振動子を小型化するためには、搭載される振動片を小型化する必要がある。上記のような屈曲振動する形式の振動片を小型化する場合、梁の長さを小さくするとともに、音叉型振動片では梁の幅を小さくする必要があり、ウォーク型振動片では梁の厚みを小さくする必要がある。

しかしながら、いずれの振動片においても、振動片の梁の平面的な形状は、通常はフォトリソグラフィーによって形成されるため、小型化が進むにつれ、梁の幅を小さくかつ精度良く形成することには限界が生じてきた。

本発明者は、振動片の厚みすべり振動を利用すれば、極めて精度良く厚みを制御できるという知見を得た。そして、厚みすべり振動を利用した振動片の厚みの精度は、フォトリソグラフィーを利用した振動片の形状（幅）の精度よりも、はるかに高いということを見出した。そのため、ウォーク型振動片であれば、フォトリソグラフィーの精度の限界を回避しつつ十分に小型化できるということを見出した。

本発明にかかるいくつかの態様の目的の１つは、小型でかつ精度の高いウォーク型振動片およびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかるウォーク型振動片の製造方法は、
厚み方向に電圧信号が印加されたとき厚みすべり振動を発生する圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板の表面に耐蝕防止膜を形成する工程と、
前記耐蝕防止膜をパターニングして、前記圧電基板に梁形成領域を画定する工程と、
前記耐蝕防止膜をマスクとして、前記圧電基板をエッチングして、前記梁形成領域の前記圧電基板を薄くする薄肉化工程と、
前記梁形成領域の前記圧電基板に、厚み方向の前記電圧信号を印加して厚みすべり振動を発生させ、当該厚みすべり振動の周波数を測定する周波数測定工程と、
前記耐蝕防止膜を除去する工程と、
前記梁形成領域の前記圧電基板をパターニングして、前記圧電基板から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、
を含み、
前記薄肉化工程および前記周波数測定工程は、前記周波数測定工程で測定される前記厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。

このようにすれば、非常に小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を容易に製造することができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
さらに、各前記片持ち梁の上面に薄膜圧電素子を形成する工程を含むことができる。

本発明にかかるウォーク型振動片の製造方法は、
厚み方向に電圧信号が印加されたとき厚みすべり振動を発生する圧電基板を用意する工程と、
前記圧電基板をエッチングして、前記圧電基板を薄くする薄肉化工程と、
前記圧電基板に厚み方向の前記電圧信号を印加して厚みすべり振動を発生させ、当該厚みすべり振動の周波数を測定する周波数測定工程と、
前記圧電基板をパターニングして、前記圧電基板から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、
を有し、
前記薄肉化工程および前記周波数測定工程は、前記周波数測定工程で測定される前記厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。

このようにすれば、小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を容易に製造することができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
さらに、各前記片持ち梁の上面および下面の少なくとも一方に薄膜圧電素子を形成する工程を含むことができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
前記耐蝕防止膜は、Ｃｒ層およびＡｕ層を積層した金属膜、およびその上面に形成されたレジストから形成されることができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
前記薄肉化工程は、ウエットエッチングおよびドライエッチングの少なくとも一方により行われることができ、
複数の前記薄肉化工程のうち、少なくとも最後の前記薄肉化工程は、ドライエッチングにより行われることができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
前記薄肉化工程は、前記圧電基板の片面側からエッチングすることにより行われることができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
前記圧電基板は、水晶基板であることができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法において、
前記圧電基板は、ＡＴカットの水晶基板であることができる。

本発明にかかるウォーク型振動片は、
互いに直交するＸ方向およびＹ方向によって張られるＸＹ平面に展開され、前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に厚みを有する基体と、
前記基体の前記Ｘ方向に平行な辺から前記Ｙ方向に突出し、前記Ｘ方向に互いに離間して並列して設けられた３本以上の奇数本の片持ち梁と、
前記片持ち梁のそれぞれに設けられ、励振信号が印加されたときに前記Ｙ方向に伸縮成分を有して伸縮する薄膜圧電素子と、
を有し、
前記基体および前記片持ち梁は、前記Ｚ方向に電圧信号が印加されたときに厚みすべり振動を生じるカット角の水晶で形成され、
前記薄膜圧電素子は、前記片持ち梁の前記Ｚ方向に垂直な表面の一方の上に設けられ、
前記薄膜圧電素子に励振信号が印加されたとき、前記片持ち梁は、前記ＸＹ平面の面外方向に、かつ、隣合う前記片持ち梁と互いに逆方向に振動する。

このようなウォーク型振動片は、小型化が容易である。

本発明のウォーク型振動片において、
前記基体の前記Ｚ方向の厚みは、前記片持ち梁の前記Ｚ方向の厚みよりも大きいことができる。

本発明のウォーク型振動片において、
前記基体および前記片持ち梁は、カット角がＡＴカットであることができる。

本発明のウォーク型振動片の製造方法によれば、厚みすべり振動を利用して梁を形成するため、小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を製造することができる。本発明のウォーク型振動片は、厚みすべりを生じるカット角の水晶で形成された梁を有するため、小型化が容易でかつ精度が高い。

実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す底面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の周波数測定工程の模式図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の周波数測定工程の模式図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す底面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片１００を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片１００を模式的に示す斜視図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す断面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片の製造工程を模式的に示す底面図。 実施形態にかかるウォーク型振動片２００を模式的に示す斜視図。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。

１．第１実施形態
１．１．ウォーク型振動片の製造方法
図１〜図１４は、本実施形態にかかるウォーク型振動片の製造方法を模式的に説明する図である。図１〜図５、図７、および図１０〜図１３は、本実施形態にかかるウォーク型振動片１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図６および図１４は、本実施形態にかかるウォーク型振動片１００の製造工程を模式的に示す底面図である。図８および図９は、本実施形態にかかるウォーク型振動片の製造方法の周波数測定工程の模式図である。なお、上記の各断面図は、図６のＡ−Ａ線または図１４のＢ−Ｂ線の断面に相当する。図１５は、ウォーク型振動片１００を模式的に示す断面図であり、図１６は、ウォーク型振動片１００を模式的に示す斜視図である。

本実施形態にかかるウォーク型振動片１００の製造方法は、圧電基板１０を用意する工程と、金属膜２０を形成する工程と、圧電基板１０に梁形成領域１２を画定する工程と、圧電基板１０を薄くする薄肉化工程と、周波数測定工程と、金属膜２０を除去する工程と、３本以上の奇数本の片持ち梁３０を形成する工程と、を含む。

まず、図１に示すように、圧電基板１０を用意する。圧電基板１０は、厚み方向に電圧信号が印加されたときに厚みすべり振動を生じることができるものを用意する。圧電基板１０の厚みは任意である。圧電基板１０は、板状の形状を有し、２つの主表面を有する。圧電基板１０は、たとえば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料の基板とすることができる。圧電基板１０に水晶基板を選択する場合は、水晶基板の法線方向が水晶の結晶のＺ軸となる、いわゆるＺ板と称する厚みすべり振動を生じないカット角の基板以外のカット角を有する水晶基板を選択することができる。すなわち、圧電基板１０に水晶基板を選択する場合は、該水晶基板の法線方向が、水晶の結晶軸のＸ軸またはＹ軸の成分を含むものである限り限定されない。圧電基板１０は、厚み方向に電圧信号が印加されたときに、屈曲振動等の他の振動モードを生じるものであってもよい。また、圧電基板１０としては、ＡＴカットの水晶基板（以下これをＡＴ板と称することがある。）や、ＢＴカットの水晶基板（以下これをＢＴ板と称することがある。）を選択することができる。圧電基板１０に、ＡＴ板や、ＢＴ板を選択すれば、厚み方向に電圧信号を印加することにより、より容易に厚みすべり振動を発生させることができ、加工時の温度変動による厚みのバラツキをより少なくすることができる。

なお、圧電基板１０にＡＴ板を選択した場合など、厚み方向に電圧信号が印加されたときに屈曲振動等の他の振動モードを生じにくいカット角の水晶基板を圧電基板１０として用いる場合は、必要に応じて、薄膜圧電素子等の励振素子を形成することができる（後述する）。

次に、図２に示すように、圧電基板１０の主表面に金属膜２０を形成する。本工程は、たとえば、蒸着、スパッタ等によって行うことができる。金属膜２０は、圧電基板１０をエッチングする際のマスク（耐蝕防止膜）としての機能を有することができる。本明細書において、耐蝕防止膜というとき、エッチング対象をエッチャント等から保護する機能を有する膜のことを指す。金属膜２０は、図示の例のように、たとえば、圧電基板１０側から、Ｃｒ層２２およびＡｕ層２４が積層した構造とすることができる。金属膜２０がＣｒ層２２およびＡｕ層２４の積層構造であれば、圧電基板１０と金属膜２０との密着性を高めることができる。

次に、圧電基板１０に梁形成領域１２を画定する。本工程では、金属膜２０をパターニングし、金属膜２０を除去した領域を梁形成領域１２として画定する。まず、金属膜２０は、図３および図４に示すように、レジストマスクを利用してパターニングされる。具体的には、図２に示すように、金属膜２０の上に、レジスト層４０を形成し、フォトリソグラフィー等によってレジスト層４０をパターニングし（図３）、次いで金属膜２０をエッチングしてパターニングする（図４）。金属層２０のエッチングは、たとえば、ウエットエッチングやドライエッチングにより行うことができる。本工程を経て、金属膜２０が除去された領域が、圧電基板１０の梁形成領域１２となる。なお、金属膜２０をパターニングした後のレジスト層４０（マスク）は、除去してもしなくてもよい。

梁形成領域１２は、圧電基板１０に複数画定されてもよい。梁形成領域１２は、ウォーク型振動片１００またはウォーク型振動片１００の片持ち梁３０がパターニングによって形成される領域を含む領域である。梁形成領域１２の外周の形状は、図６の例では、平面視において矩形であるが、これに限定されない。梁形成領域１２の内側には、片持ち梁３０を整列させることができる辺が形成される。このような辺は、梁形成領域１２の外周と一致してもよいし、梁形成領域１２の内側に形成されてもよい。なお、図６は、金属層２０およびレジスト層４０を省略して描いてある。

次に、梁形成領域１２の圧電基板１０を薄くする薄肉化工程を行う。図５および図６に示すように、本工程では、上述の金属膜２０に金属膜２０をパターニングした後のレジスト層４０が積層したものをマスク（耐蝕防止膜）として、上述の梁形成領域１２の圧電基板１０を薄くする。本工程は、ウエットエッチングおよびドライエッチングの少なくとも一方によって行われる。ここで、一般に、ウエットエッチングは、エッチング速度が大きく、ドライエッチングは、エッチング速度が小さい。そのため、後述する梁形成領域１２の厚みの調整において、少なくとも最後に行われる薄肉化工程は、ドライエッチングで行われることがより好ましい。このようにすれば、梁形成領域１２の厚みの微調整をより容易に行うことができる。

本実施形態では、上記のように、梁形成領域１２の厚みを該領域以外の厚みよりも小さくする。そのため、ウォーク型振動片１００またはウォーク型振動片１００を小型化するために、片持ち梁３０の厚みが非常に薄く設計された場合でも、圧電基板１０の全体を薄くする場合に比べて、圧電基板１０の取り扱いを容易にすることができる。すなわち、圧電基板１０全体が非常に薄くなる（数μｍ程度）と、圧電基板１０を運搬することが困難となる場合があるが、本実施形態の製造方法では、圧電基板１０の梁形成領域１２のみを薄く（数μｍ）することで、該領域以外の厚みを厚く（数十μｍ以上）維持することができるため、圧電基板１０の取り扱いを容易にすることができる。

図５に示す例では、圧電基板１０は、下面側からのみエッチングされ薄化されているが、下面側および上面側からエッチングされて薄化されてもよい。圧電基板１０の下面および上面からエッチングする場合は、梁形成領域１２を画定する工程で金属膜２０のパターンを圧電基板１０の両面に形成して、梁形成領域１２を画定すればよい。圧電基板１０に水晶基板を選択した場合において、本工程をウエットエッチングで行うときのエッチャントとしては、たとえば、ＨＦ溶液、ＮＨ_４ＨＦ_２溶液などを用いることができる。また同場合において、本工程をドライエッチングするときは、たとえば、ＣＦ_４ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス等を導入したプラズマエッチングにより行うことができる。

次に、周波数測定工程を行う。本工程は、梁形成領域１２において圧電基板１０の厚み方向に電圧信号を印加して、該梁形成領域１２の圧電基板１０に厚みすべり振動を発生させ、その厚みすべり振動の周波数を測定する工程である。一般に、ＡＴカットの水晶基板の厚みすべり振動の周波数ｆと、該基板の厚みｔとは、ｆ（ＭＨｚ）＝１６７０／ｔ（μｍ）の関係が成り立つとされている。本実施形態においては、このような関係を、必要に応じ係数などを補正して利用することにより、測定される周波数から梁形成領域１２の厚みを測定する。なお、厚みすべり振動の周波数は、上記関係からも理解されるように厚みに敏感であり、かつ、周波数の測定精度は、一般的な測定方法を用いても、十分に高くすることが可能である。したがって、本工程では、極めて精密に梁形成領域１２の圧電基板１０の厚みを測定することができる。

上述のように、周波数測定工程で測定された周波数は、梁形成領域１２の圧電基板１０の厚みに換算することができる。したがって、本工程を経ると、梁形成領域１２の圧電基板１０の厚みが、あらかじめ設計した厚みに達したかどうかを判断することができる。

図８は、周波数測定工程の一例を示す模式図である。図８は、測定プローブ５０を用いて、梁形成領域１２の圧電基板１０に電圧信号を印加している状態を示している。この例は、本工程が、図７に示すように、圧電基板１０から、金属膜２０およびレジスト層４０が除去された後に行われる場合を示している。測定プローブ５０は、図示せぬ測定回路（測定機器）に接続されている。測定プローブ５０は、導電性を有しており、梁形成領域１２の圧電基板１０の両面に対向するように接触あるいは極近に接近させることができる。測定プローブ５０に電圧信号を印加すると、図に模式的に示したように、圧電基板１０の測定プローブ５０に挟まれた領域に厚みすべり振動を発生させることができる。そして、該厚みすべり振動の周波数を、測定回路により測定することができる。

なお、周波数測定工程は、図９に示すように、圧電基板１０に形成されている金属膜２０を利用して行うこともできる。すなわち、図５に示す薄肉化工程の後、レジスト層４０を除去し、金属膜２０が電圧信号を印加する一方の電極として機能するようにすることができる。図９の例では、圧電基板１０の電極（金属膜２０）が形成されていない側の面に、測定プローブ５２を接触あるいは極近に接近させて、該電極と測定プローブ５０が対向する領域に厚みすべり振動を発生させている。この場合、金属膜２０は、任意の位置に設けられた配線５４等に接続されている。このようにして該厚みすべり振動の周波数を、測定回路により測定して、梁形成領域１２の圧電基板１０の厚みを測定することができる。

金属膜２０を除去する工程は、上記したように、薄肉化工程の後、または、周波数測定工程の後に行われることができる。金属膜２０の除去は、たとえば、酸を用いたウエットエッチングにより行うことができる。また、金属膜２０の上に、レジスト層４０が形成されている場合は、レジスト層４０を除去した後に、金属層２０を除去することができる。

金属膜２０が、最初の薄肉化工程が行われた後に除去される場合は、２回目以降の薄肉化工程（後述）は、図７に示すような金属膜２０を有さない圧電基板１０に対して行われることになる。このとき、梁形成領域１２以外の圧電基板１０も同時に薄肉化されることになるが、このことは、梁形成領域１２の薄肉化を妨げるものではない。すなわち、梁形成領域１２およびそれ以外の領域の圧電基板１０が、ほぼ同じ速度で薄肉化されることになる。また、金属膜２０が、周波数測定工程が行われた後に除去される場合は、２回目以降の薄肉化工程（後述）においても梁形成領域１２のみが薄肉化されることになる。

薄肉化工程および周波数測定工程は、周波数測定工程で測定される厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。すなわち、周波数測定工程で換算された梁形成領域１２の厚みが設計した厚みよりも大きい場合は、再度薄肉化工程を行う。そして、再度周波数測定工程を行って、梁形成領域１２の厚みを評価する。このような操作を梁形成領域１２の厚みが設計した厚みに達するまで繰り返す。薄肉化工程および周波数測定工程を上記のように繰り返すことにより、梁形成領域１２が薄肉化された圧電基板１０の一例を図１０に示す。

このような薄肉化工程および周波数測定工程の繰り返しにおいては、製造工程の効率と、梁形成領域１２の厚みの精度を考慮して適した薄肉化工程を自由に選ぶことができる。たとえば、梁形成領域１２の設計厚みが、最初の圧電基板１０の厚みの１０％の厚みである場合、まず、薄肉化工程で、エッチング速度の大きいウエットエッチングによって、梁形成領域１２の厚みを、最初の圧電基板１０の厚みの１２％の厚み程度まで薄くし、周波数測定工程を行う。そして、残りの２％程度をエッチング速度の小さいドライエッチングによって行うことができる。このようにすれば、エッチング速度の大きいウエットエッチングによって、工程が短時間化され、かつエッチング速度の小さいドライエッチングによって、厚みを設計厚みに近づけるためのエッチング精度を向上させることができる。

次に、片持ち梁３０を形成する工程を行う。本工程では、梁形成領域１２の圧電基板１０をパターニングして、圧電基板１０から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の本数の片持ち梁３０を形成する。梁形成領域１２の圧電基板１０のパターニングは、たとえば、金属膜２６をマスクとしたエッチングによって行うことができる。金属膜２６は、上述の金属膜２０と同様のものとすることができる。本工程は、まず、金属膜２６を圧電基板１０の全面に形成した後、図１１に示すように、レジスト層４２を利用して金属膜２６をパターニングする。次いで、図１２に示すように、金属膜２６およびレジスト層４２からなる耐蝕膜をマスクとして、梁形成領域１２の圧電基板１０をエッチングして除去することによって行うことができる。各エッチングのエッチャントは既述したものと同様とすることができる。その後、金属膜２６、およびレジスト層４２を除去することにより、図１３および図１４に示すような３本以上の奇数本の本数の片持ち梁３０が形成される。

片持ち梁３０は、３本以上の奇数本、形成される。図示の例では、各片持ち梁３０は、圧電基板１０に連続し、梁形成領域１２の端から突出した形状を有している。また、各片持ち梁３０は、梁形成領域１２内で、圧電基板１０に連続して形成された支持部（図示せず）に連続し、該支持部から突出した形状であってもよい。すなわち、梁形成領域１２内に圧電基板１０を残してパターニングし、該残った圧電基板１０を支持部として、各片持ち梁３０が、該支持部に接続するように形成されてもよい。図１４に示す例では、片持ち梁３０は、中央の１本の片持ち梁３２および中央の片持ち梁３２に離間して両側に平行に配列された２本の片持ち梁３４の合計３本が、梁形成領域１２に形成され、梁形成領域１２の外側の圧電基板１０に支持される構成となっている。また、各片持ち梁３０の支持端は、図示の例のように一直線上に配置されることが好ましい。このようにすれば、圧電基板１０への振動漏れをさらに抑制することができる。

片持ち梁３０は、ウォーク型振動片１００またはウォーク型振動片１００の振動部となる。本実施形態のウォーク型振動片１００またはウォーク型振動片１００において、片持ち梁３０は、いずれも、圧電基板１０に平行な面に対して面外方向に変位の成分を有して振動する。各片持ち梁３０は、隣り合う片持ち梁３０とは逆方向に変位して振動する（図１６および図１８参照）。そのため、各片持ち梁３０が振動するとき、圧電基板１０の厚み方向（面外方向）への質量の変位が互いに相殺されて、圧電基板１０への振動漏れが抑制される。また、片持ち梁３０の本数が３本以上の奇数本（３本、５本、７本等）であるため、片持ち梁３０の延びる方向の軸の周りのモーメントが、中央の片持ち梁３０（３２）に対して対称に配置された２本の片持ち梁３０（３４）によって、互いに相殺され、圧電基板１０への振動漏れが抑制される。

以上の工程を経ることによって、図１３および図１４に示すような形状に圧電基板１０を加工することができる。

本実施形態のウォーク型振動片の製造方法は、さらに、薄膜圧電素子７０を形成する工程を有することができる。

薄膜圧電素子７０は、各片持ち梁３０の上面に形成することができる。薄膜圧電素子７０は、たとえば、下部電極７２、圧電体層７４、および上部電極７６が積層された、薄膜構造とすることができる。薄膜圧電素子７０を形成する方法としては、たとえば、以下の方法を例示することができる。

薄膜圧電素子７０は、下部電極７２を形成する工程と、上部電極７６および圧電体層７４を形成する工程と、によって形成することができる。

まず、各片持ち梁３０の上面の所望の位置に、下部電極７２を形成する。下部電極７２は、たとえば、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ等の導電材料で形成される。下部電極７２は、たとえば、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で全面に導電層を形成した後、パターニングして、形成することができる。このパターニングにおいて、下部電極７２から引き出される配線（図示せず）も形成することができる。下部電極７２が形成される位置は、任意であるが、片持ち梁３０の支持端付近に形成されることが好ましい。下部電極層７２のエッチングは、フォトリソグラフィー等の方法で行うことができる。

次に、圧電体層７４および上部電極７６を形成する工程を行う。まず、圧電体層７４を片持ち梁３０の上面および下部電極７２の上に形成する。圧電体層７４の材質としては、たとえば酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛などを挙げることができる。圧電体層７４は、スパッタ法、蒸着法、ゾルゲル法やＣＶＤ法などによって形成されることができる。たとえば、ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所望の膜厚にしてもよい。次いで、圧電体層７４の上に上部電極７６を形成する。上部電極７６は、下部電極７２と同じ材質とすることができる。なお、圧電体層７４の結晶化アニールは、上部電極７６を形成した後に行ってもよい。次に、上部電極７６および圧電体層７４をパターニングすることにより、薄膜圧電素子７０が形成される。本工程は、フォトリソグラフィー等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。本工程のエッチングは、たとえば公知のドライエッチング等の方法により行うことができる。以上のようにすれば、薄膜圧電素子７０を形成することができる。

本実施形態の製造方法において、上記の薄膜圧電素子７０を形成する工程と、必要に応じて個片化する工程を行うことにより、図１５および図１６に示すようなウォーク型振動片１００を製造することができる。なお、個片化する工程は、ダイシング等によって行われることができ、たとえば、梁形成領域１２を圧電基板１０が包囲するように個片化されてもよいし、図１６に示すように圧電基板１０の一辺から各片持ち梁３０が突出するように個片化されてもよい。

以上説明したように、本実施形態のウォーク型振動片の製造方法は、厚みすべり振動の周波数を測定して精密な厚みを測定する周波数測定工程を有するとともに、薄肉化工程および周波数測定工程が、周波数測定工程で測定される厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。これにより、ウォーク型振動片の片持ち梁３０の厚みを精度良く形成することができる。したがって、非常に小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を容易に製造することができる。

１．２．ウォーク型振動片
図１６は、本実施形態にかかるウォーク型振動片の一例であるウォーク型振動片１００を模式的に示す斜視図である。図１６には、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向および各符号を説明の便宜上書き加えた。以下の説明において、「１．１．ウォーク型振動片の製造方法」で述べた事項と同様の事項は、説明を省略する。

本実施形態のウォーク型振動片１００は、基体８０と、３本以上の奇数本の片持ち梁３０と、薄膜圧電素子７０と、を有する。

基体８０は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向によって張られるＸＹ平面に展開され、ＸＹ平面に直交するＺ方向に厚みを有する。基体８０は、「１．１．ウォーク型振動片の製造方法」で述べた圧電基板１０の梁形成領域１２以外の部分と実質的に同様である。基体８０は、ウォーク型振動片１００の支持部として機能することができる。基体８０の形状は、任意であり、図示のような直方体の形状であってもよく、片持ち梁３０を包囲するフレーム状の形状であってもよい。また、基体８０は、片持ち梁３０を支持するための支持部を有していてもよい。該支持部としては、たとえば、基体８０の厚みよりも小さい厚みを有して、基体８０から延出した形状を有するものが挙げられる。

片持ち梁３０は、基体８０のＹ方向に平行な辺からＹ方向に突出し、Ｘ方向に互いに離間して並列して設けられる。片持ち梁３０は、上述した基体８０の支持部から突出していてもよい。片持ち梁３０の本数は、３本以上の奇数本である。片持ち梁３０は、後述の薄膜圧電素子７０に励振信号が印加されたとき、ＸＹ平面の面外方向に、かつ、隣合う片持ち梁３０と互いに逆方向に振動する。ここで、ＸＹ平面の面外方向に振動するとは、図１６に矢印で示すように、各片持ち梁３０の屈曲振動における変位が、Ｚ方向の成分を有していることを指す。

基体８０および片持ち梁３０は、厚み方向（Ｚ方向）に電圧信号が印加されたときに厚みすべり振動を生じるカット角の水晶で形成される。基体８０および片持ち梁３０は、このようなカット角の水晶のうち、基体８０および片持ち梁３０は、ＡＴカットの水晶で形成されることもできる。基体８０および片持ち梁３０がＡＴカットの水晶で形成される場合は、片持ち梁３０の寸法精度をさらに高めることができる。また、基体８０のＺ方向の厚みは、片持ち梁３０のＺ方向の厚みよりも大きく形成されていてもよい。このようにすれば、片持ち梁３０が非常に薄い場合でもウォーク型振動片１００の取り扱いを容易にすることができる。

薄膜圧電素子７０は、片持ち梁３０のそれぞれに設けられる。薄膜圧電素子７０は、励振信号が印加されたときにＹ方向に伸縮成分を有して伸縮する。薄膜圧電素子７０は、片持ち梁３０のＺ方向に垂直な表面の少なくとも一方の上に設けられる。したがって、薄膜圧電素子７０が駆動したときに、片持ち梁３０の厚み方向に変位の大きさの分布が生じ、片持ち梁３０に厚み方向（Ｚ方向）の屈曲を生じさせることができる。薄膜圧電素子７０は、たとえば、下部電極７２、圧電体層７４、および上部電極７６が積層された、薄膜構造とすることができる。

以上のようなウォーク型振動片１００は、片持ち梁３０のＺ方向の厚みの精度が高い。そのため、片持ち梁３０のＹ方向の長さを小さくしたときに、屈曲振動の周波数を決定する片持ち梁３０の厚みを設計に極めて近付けることができる。そのため、このようなウォーク型振動片１００は、容易に小型化することができる。

２．第２実施形態
２．１．ウォーク型振動片の製造方法
図１７〜図２０は、本実施形態にかかるウォーク型振動片の製造方法を模式的に説明する図である。図１７〜図１９は、本実施形態にかかるウォーク型振動片２００の製造工程を模式的に示す断面図である。図２０は、本実施形態にかかるウォーク型振動片２００の製造工程を模式的に示す底面図である。なお、上記の各断面図は、図２０のＣ−Ｃ線の断面に相当する。図２１は、ウォーク型振動片２００を模式的に示す斜視図である。

本実施形態のウォーク型振動片の製造方法は、梁形成領域を設けず、片持ち梁と、圧電基板の厚みを同じ厚みで形成する以外は、第１実施形態で述べたウォーク型振動片の製造方法と同様である。したがって、第１実施形態で述べたと実質的に同様の事項、および同じ符号を付した部材については説明を省略する。

本実施形態のウォーク型振動片２００の製造方法は、圧電基板１０を用意する工程と、圧電基板１０を薄くする薄肉化工程と、周波数測定工程と、３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、を有する。

まず、圧電基板１０を用意する。本工程は、第１実施形態の圧電基板１０を用意する工程と同様である。

次に、本実施形態では、圧電基板１０を薄くする薄肉化工程を行う。本工程は、研磨、化学機械研磨、ラッピング、ウエットエッチングおよびドライエッチングの少なくとも一種によって行われることができる。本実施形態では、圧電基板１０は、全面が薄肉化される。圧電基板１０は、片面側から、または両面側から薄肉化されることができる。ここで、一般に、ドライエッチングは、エッチング速度が小さい。そのため、後述する圧電基板１０の厚みの調整において、少なくとも最後に行われる本工程は、ドライエッチングで行われることがより好ましい。このようにすれば、圧電基板１０の厚みの微調整をより容易に行うことができる。

次に、周波数測定工程を行う。本工程は、圧電基板１０の厚み方向に電圧信号を印加して、圧電基板１０に厚みすべり振動を発生させ、その厚みすべり振動の周波数を測定する工程である。本工程では、第１実施形態で述べたと同様に、極めて精密に圧電基板１０の厚みを測定することができる。したがって、本工程を経ると、あらかじめ設計した圧電基板１０の厚みに達したかどうかを判断することができる。また、本工程は、たとえば、第１実施形態で述べた測定プローブ５０を用いて行うことができる。

本実施形態においても、薄肉化工程および周波数測定工程は、周波数測定工程で測定される厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。この事項は、第１実施形態で述べたと同様である。

次に、片持ち梁を形成する工程を行う。本工程は、第１実施形態で、梁形成領域１２の圧電基板１０に対して行った工程と同様である。本工程を経ると、図２２に示されるような片持ち梁３０が形成される。

次に、各片持ち梁３０の上に薄膜圧電素子７０を設ける。薄膜圧電素子７０は、第１実施形態と同様にして設けることができる。この後、適宜ダイシングして個片化する工程を行って、図２１に示す本実施形態のウォーク型振動片２００が完成する。

以上説明したように、本実施形態のウォーク型振動片の製造方法は、厚みすべり振動の周波数を測定して精密な厚みを測定する周波数測定工程を有するとともに、薄肉化工程および周波数測定工程が、周波数測定工程で測定される厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される。これにより、ウォーク型振動片の片持ち梁の厚みを精度良く形成することができる。したがって、非常に小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を容易に製造することができる。

２．２．ウォーク型振動片
図２１は、本実施形態にかかるウォーク型振動片の一例であるウォーク型振動片２００を模式的に示す斜視図である。本実施形態のウォーク型振動片２００は、基体８０および片持ち梁３０のＺ方向の厚みが同じである以外は、第１実施形態で述べたウォーク型振動片１００と同様である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本発明にかかるウォーク型振動片の製造方法によれば、小型でかつ精度の高いウォーク型振動片を製造することができる。また、本発明にかかるウォーク型振動片は、小型化が容易である。したがって、広範な分野の製品に用いられる圧電振動子に本発明のウォーク型振動片を搭載すれば、より小型で高性能な製品を提供できる。

１０…圧電基板、１２…梁形成領域、２０，２６…金属膜、２２…Ｃｒ層、
２４…Ａｕ層、３０，３２，３４…片持ち梁、４０，４２…レジスト層、
５０，５２…測定プローブ、５４…配線、６０…電極、７０…薄膜圧電素子、
７２…下部電極、７４…圧電体層、７６…上部電極、８０…基体、
１００，２００…ウォーク型振動片

Claims (12)

1. 厚み方向に電圧信号が印加されたとき厚みすべり振動を発生する圧電基板を用意する工程と、
   前記圧電基板の表面に耐蝕防止膜を形成する工程と、
   前記耐蝕防止膜をパターニングして、前記圧電基板に梁形成領域を画定する工程と、
   前記耐蝕防止膜をマスクとして、前記圧電基板をエッチングして、前記梁形成領域の前記圧電基板を薄くする薄肉化工程と、
   前記梁形成領域の前記圧電基板に、厚み方向の前記電圧信号を印加して厚みすべり振動を発生させ、当該厚みすべり振動の周波数を測定する周波数測定工程と、
   前記耐蝕防止膜を除去する工程と、
   前記梁形成領域の前記圧電基板をパターニングして、前記圧電基板から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、
   を含み、
   前記薄肉化工程および前記周波数測定工程は、前記周波数測定工程で測定される前記厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される、ウォーク型振動片の製造方法。
2. 請求項１において、
   さらに、各前記片持ち梁の上面に薄膜圧電素子を形成する工程を含む、ウォーク型振動片の製造方法。
3. 厚み方向に電圧信号が印加されたとき厚みすべり振動を発生する圧電基板を用意する工程と、
   前記圧電基板をエッチングして、前記圧電基板を薄くする薄肉化工程と、
   前記圧電基板に厚み方向の前記電圧信号を印加して厚みすべり振動を発生させ、当該厚みすべり振動の周波数を測定する周波数測定工程と、
   前記圧電基板をパターニングして、前記圧電基板から突出し互いに離間して並列された３本以上の奇数本の片持ち梁を形成する工程と、
   を有し、
   前記薄肉化工程および前記周波数測定工程は、前記周波数測定工程で測定される前記厚みすべり振動の周波数が所定の値に達するまで、交互に繰り返される、ウォーク型振動片の製造方法。
4. 請求項３において、
   さらに、各前記片持ち梁の上面および下面の少なくとも一方に薄膜圧電素子を形成する工程を含む、ウォーク型振動片の製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
   前記金属膜は、Ｃｒ層およびＡｕ層を積層して形成される、ウォーク型振動片の製造方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   前記薄肉化工程は、ウエットエッチングおよびドライエッチングの少なくとも一方により行われ、
   複数の前記薄肉化工程のうち、少なくとも最後の前記薄肉化工程は、ドライエッチングにより行われる、ウォーク型振動片の製造方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
   前記薄肉化工程は、前記圧電基板の片面側からエッチングすることにより行われる、ウォーク型振動片の製造方法。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、
   前記圧電基板は、水晶基板である、ウォーク型振動片の製造方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
   前記圧電基板は、ＡＴカットの水晶基板である、ウォーク型振動片の製造方法。
10. 互いに直交するＸ方向およびＹ方向によって張られるＸＹ平面に展開され、前記ＸＹ平面に直交するＺ方向に厚みを有する基体と、
    前記基体の前記Ｘ方向に平行な辺から前記Ｙ方向に突出し、前記Ｘ方向に互いに離間して並列して設けられた３本以上の奇数本の片持ち梁と、
    前記片持ち梁のそれぞれに設けられ、励振信号が印加されたときに前記Ｙ方向に伸縮成分を有して伸縮する薄膜圧電素子と、
    を有し、
    前記基体および前記片持ち梁は、前記Ｚ方向に電圧信号が印加されたときに厚みすべり振動を生じるカット角の水晶で形成され、
    前記薄膜圧電素子は、前記片持ち梁の前記Ｚ方向に垂直な表面の一方の上に設けられ、
    前記薄膜圧電素子に励振信号が印加されたとき、前記片持ち梁は、前記ＸＹ平面の面外方向に、かつ、隣合う前記片持ち梁と互いに逆方向に振動する、ウォーク型振動片。
11. 請求項１０において、
    前記基体の前記Ｚ方向の厚みは、前記片持ち梁の前記Ｚ方向の厚みよりも大きい、ウォーク型振動片。
12. 請求項１０または請求項１１において、
    前記基体および前記片持ち梁は、カット角がＡＴカットである、ウォーク型振動片。

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