JP2015149590A - 振動素子の製造方法、振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】斜め振動等の不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子の製造方法、その製造方法で製造した振動素子およびその振動素子を備える電子機器や移動体を提供する。【解決手段】基板１００上に第１保護層３４と第２保護層３６を設ける工程と、ドライエッチング用のエネルギー線射出部を備えた装置に、基板１００を配置する工程と、基板１００の平面視において、エネルギー線射出部の中心と基板１００とが交わる交点に対して一方の側に第１保護層３４および第２保護層３６が配置され、基板をエネルギー線射出部から射出されるエネルギー線を用いてエッチングする工程と、を含み、交点と第１保護層３４との距離が交点と第２保護層３６との距離よりも短いとき、振動腕１２の延出する方向と交差する第１保護層３４の幅を第２保護層３６の幅よりも狭くする。【選択図】図６

Description

本発明は、振動素子の製造方法、振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体に関する。

従来から、角速度センサーは、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）等に用いられている。これら電子機器の小型化に伴い、角速度センサーの小型化および低背化（薄型化）が要求されている。

これに対し、駆動用や検出用の振動腕を有する角速度センサー用の振動素子を小型化すると、各振動腕に設けられる電極の面積が小さくなるため、Ｑ値が低下し、検出感度が劣化してしまうという問題があった。そのため、特許文献１では、各振動腕に溝部を設けることで、電界効率を高めＱ値を高め、検出感度を向上する方法が開示されている。

特開２００９−１５６８３２号公報

しかしながら、振動腕の一方の主面からドライエッチング等で振動腕の外形や溝を形成し、振動腕を主面に平行に変位する屈曲振動をさせると、振動腕の側面に形成された傾斜部の影響により斜め振動が重畳し、振動が振動腕を保持する基部に漏れ、Ｑ値が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動素子の製造方法は、振動腕と、前記振動腕に設けられている溝部と、前記振動腕の平面視において、前記振動腕の延出している方向と交差する方向にて前記溝部の一方の側に設けられている第１肉厚部と、前記一方の側と反対側に設けられている第２肉厚部と、を備えている振動片の製造方法であって、基板上に前記第１肉厚部を形成するための第１保護層および前記第２肉厚部を形成するための第２保護層を設ける工程と、ドライエッチング用のエネルギー線射出部を備えた装置に、前記基板を配置する工程と、前記基板の平面視において、前記エネルギー線射出部の中心と前記基板とが交わる交点に対して一方の側に前記第１保護層および前記第２保護層が配置されている前記基板を、前記エネルギー線射出部から射出されるエネルギー線を用いてエッチングする工程と、を含み前記交点と前記第１保護層との距離が前記交点と前記第２保護層との距離よりも短いとき、前記振動腕の延出する方向と交差する前記第１保護層の幅は、前記振動腕の延出する方向と交差する前記第２保護層の幅よりも狭いことを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の一方の側面に生じる傾斜部の影響により振動素子のＱ値が劣化してしまうことを、溝部の中心を傾斜部が生じた側面側にずらす製造方法により形成することで、傾斜部に起因し発生する斜め振動を抑制し、高いＱ値を有する振動素子を製造することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記基板の平面視において、前記第１保護層と前記第２保護層との間に第３保護層を設け、前記エネルギー線を用いて、前記振動腕の外形の少なくとも一部を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。

本適用例によれば、第３保護層を第１保護層と第２保護層との間に設けているため、第３保護層と第１保護層３４および第２保護層とのパターンずれによる振動腕の外側面（外形）に段差が発生するのを回避でき、精度良く振動腕の外形形状を形成することができるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記保護層形成工程の前に、前記振動腕の外形を形成するための第３保護層を設け、前記エネルギー線を用いて前記振動腕の外形の少なくとも一部を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。

本適用例によれば、最初に溝を形成しないで、振動腕の外形を形成してから溝部を形成する内容になります。最初に振動腕の外形を形成してから、第１および第２の保護層を設けることによって、外形形状に応じて、第１および第２の保護層を設ける位置をコントロールし易くなるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記基板が水晶基板であることを特徴とする。

本適用例によれば、水晶基板で振動素子を製造することにより、温度特性に優れＱ値の高い振動素子を得ることができる。また、温度特性に優れＱ値の高い駆動用の振動腕と検出用の振動腕を有する振動素子を製造することができるため、高精度の角速度センサーを得ることができるという効果がある。

［適用例５］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記振動腕の延出する方向が前記水晶基板のＹ軸方向に沿っていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の延出する方向を水晶基板のＹ軸方向に沿って振動素子を製造することで、温度特性に優れＱ値の高い屈曲振動を有する振動素子を得ることができる。また、温度特性に優れＱ値の高い屈曲振動を有する駆動用の振動腕と温度特性に優れ検出感度の高い屈曲振動を有する検出用の振動腕で構成された振動素子を製造することができるため、より高精度の角速度センサーを得ることができるという効果がある。

［適用例６］本適用例に係る振動素子は、振動腕と、前記振動腕に設けられている溝部と、前記振動腕の平面視において、前記振動腕の延出している方向と交差する方向にて前記溝部の一方の側に設けられている第１肉厚部の幅が、前記一方の側と反対側に設けられている第２肉厚部の幅よりも狭く、前記振動腕の延出方向と交差する断面視にて、前記第１肉厚部の外側面に傾斜部が設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、溝部を構成する第１肉厚部と第２肉厚部とにおいて、傾斜部が形成された側面側の第１肉厚部の幅を第２肉厚部の幅よりも狭くすることで、溝部の中心を傾斜部が形成された側にずらすことができるため傾斜部に起因し発生する斜め振動を抑制し、高いＱ値を有する振動素子を製造することができる。

［適用例７］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、回路素子と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、高いＱ値の振動素子と、振動素子を安定に発振させる回路素子とを備えているので、安定な発振特性を有する電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、不要な振動を抑制し、高いＱ値を有する振動素子を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、不要な振動を抑制し、高いＱ値を有する振動素子を備えた移動体が構成できるという効果がある。

本発明の実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図。 振動素子の製造プロセスを説明する概略図であり、（ａ）はドライエッチング装置の概略図、（ｂ）は基板のＢ部がドライエッチング加工された後の断面図。 振動腕の中央部に溝部を設けた振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕の断面図、（ｂ）は振動状態を示す振動腕の断面図。 振動腕の中央部に溝部を設けた振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕を模式的に示す断面図、（ｂ）は振動腕の断面図。 本発明の実施形態に係る振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕を模式的に示す断面図、（ｂ）は振動腕の断面図。 本発明の実施形態に係る振動素子の製造工程を順に示す工程図。 本発明に係る振動素子を備える電子デバイスの構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図。 本発明に係る振動素子を備える電子機器を示す概略図であり、（ａ）はモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、（ｂ）は携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。 本発明に係る振動素子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施形態＞
［振動素子］
本発明の実施形態に係る振動素子１の一例として、角速度センサーに用いられるＨ型と呼ばれる構造の振動素子を挙げ、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る振動素子１の構造を示す概略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。なお、駆動電極や検出電極は図示を省略してある。また、以降の各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を第１主面２０又は上面、−Ｚ軸方向の面を第２主面２２又は下面として説明する。

振動素子１は、水晶等の圧電材料から構成され、図１（ａ）に示すように、両側音叉型（Ｈ型）の構造で、中央の概ね矩形の基部１０と、基部１０から一方の側に並んで平行に延出する一対の駆動用の振動腕１２と、それとは反対側に並んで平行に延出する一対の検出用の振動腕１４とを備えている。また、振動腕１２，１４の延出方向は構成材料である水晶基板のＹ軸方向に沿って形成されている。

駆動用の振動腕１２の表面には、駆動モードにおいて駆動用の振動腕１２を第１主面２０および第２主面２２に沿う面内方向に、例えば第１主面２０および第２主面２２に平行なＸＹ面内で屈曲振動させるために、駆動電極（図示せず）が形成されている。検出用の振動腕１４の表面には、検出モードにおいて検出用の振動腕１４が第１主面２０および第２主面２２に交わる、例えば第１主面２０および第２主面２２に垂直なＺ軸方向に屈曲振動する際に発生する電位差を検出するために、検出電極（図示せず）が形成されている。

駆動モードにおいて、駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、駆動用の振動腕１２は、ＸＹ面内方向で逆向きに、即ち互いに接近又は離反する向きに屈曲振動する。
この状態で角速度センサー用の振動素子１が長手方向のＹ軸回りに回転すると、その角速度に応じて発生するコリオリ力の作用により、駆動用の振動腕１２は第１主面２０および第２主面２２に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用の振動腕１４が検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用の振動腕１４の振動方向は、駆動用の振動腕１２の振動方向とは逆相になる。

この検出モードにおいて、検出用の振動腕１４の検出電極間に発生する電位差を取り出すことによって、振動素子１のＹ軸回りの角速度が求められる。

駆動用の振動腕１２は、第１主面２０から第１主面２０に対し反対側である第２主面２２に向かって有底の溝が設けられている溝部２４を備え、振動腕１２の延出方向に対して垂直方向の断面視（ＸＺ面視）において、第１主面２０の幅（Ｘ軸方向の長さ）よりも第２主面２２の幅（Ｘ軸方向の長さ）の方が狭く、第１主面２０と第２主面２２とに接している傾斜部２６が形成されている。また、溝部２４を構成する第１肉厚部２８の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第２肉厚部３０の幅（Ｘ軸方向の長さ）に比べ狭く形成されており、溝部２４の幅（Ｘ軸方向の長さ）の中心が第１主面２０の振動腕１２の幅（Ｘ軸方向の長さ）の中心より、＋Ｘ軸方向にずれて形成されている。更に、溝部２４の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、第１主面２０側よりも溝部２４の底裾３２側の方が広く形成されている。なお、溝部２４は、振動腕１２の電界効率を高めるために設けるものであり、検出用の振動腕１４に設けても構わない。

振動腕１２，１４は、その長さを短くしても高次振動モードの発生を抑制して振動周波数を安定にさせ得るように、先端に錘部１６，１８が設けられている。また、錘部１６，１８を設けることによって、振動素子１の小型化を図ることができたり、振動腕１２，１４の振動周波数を低めたりすることができる。なお、錘部１６，１８は、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していても良く、省略しても良い。

また、錘部１６，１８の第２主面２２には、電極８０が形成されており、この電極８０にレーザー光を照射して、一部蒸散させることで振動腕１２，１４の振動周波数を調整することができる。一対となる振動腕１２，１４同士を同一の振動周波数になるように調整すれば、基部１０へ伝わる振動漏れが低減でき、Ｑ値の向上を図ることができる。なお、電極８０の形成位置は、第２主面２２に限らず、第１主面２０や第１主面２０と第２主面２２との両面であっても構わない。

以上、本発明の実施形態に係る振動素子１の構造は、両側音叉型（Ｈ型）構造を一例として挙げ説明したが、この他に、屈曲振動を駆動する一般的な音叉型構造、双音叉型構造およびダブルＴ型構造でも良い。

また、本発明の実施形態に係る振動素子１の構成材料は、水晶等の圧電材料に限定されず、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、石英、シリコン等が挙げられる。

次に、振動腕１２の延出方向に対して垂直方向の断面視（ＸＺ面視）において、振動腕１２の断面（ＸＺ面）の一方の側面にのみ第１主面２０と第２主面２２とに接している傾斜部２６が形成されていることについて、図２を参照して説明する。
図２は、振動素子１の製造プロセスを説明する概略図であり、図２（ａ）はドライエッチング装置１５０の概略図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す基板１００のＢ部のドライエッチング加工された後の断面図である。

基板１００をドライエッチングして、振動素子１を形成するドライエッチング装置１５０は、図２（ａ）に示すように、中央部にエネルギー線射出部１３０が配置され、エネルギー線射出部１３０から放射状に射出されるエネルギー線１４０により、保護層１１０で覆われていない、つまり、基板１００の表面が露出した部分をエッチングする。その後、長時間エネルギー線１４０を射出することで、基板１００を貫通し、振動素子１の外形を形成することができる。ここで、貫通した基板１００の断面（ＸＺ面）において、Ｂ部は、図２（ｂ）に示すように、＋Ｘ軸側の側面に傾斜部２６を有する断面形状となる。

これは、エネルギー線射出部１３０の中心ＣＬと基板１００とが交わる交点Ｇに対して、交点Ｇから−Ｘ軸方向側では、交点Ｇから保護層１１０までの距離Ｌ１，Ｌ２が長くなると、エネルギー線射出部１３０から射出されるエネルギー線１４０が基板１００の主面に対して略直角から鋭角になる。そのため、基板１００の主面に対して略直角にエッチングされなくなり、＋Ｘ側の側面に傾斜部２６を有する断面形状にエッチングされる。なお、交点Ｇから＋Ｘ軸方向側では、逆に、−Ｘ側の側面に傾斜部２６を有する断面形状にエッチングされる。

また、交点Ｇからの距離が長くなるに連れて、エネルギー線１４０が基板１００の主面に対してより鋭角になるため、断面形状は保護層１１０側の幅（Ｘ軸方向の長さ）に比べ、保護層１１０側の形成されていない側の幅（Ｘ軸方向の長さ）がより短くなる。

次に、傾斜部２２６を有し振動腕２１２の中央部に溝部２２４を設けた振動素子２００の振動状態について、図３を参照して説明する。
図３は、振動腕２１２の中央部に溝部２２４を設けた振動素子２００の振動状態を説明する概略図であり、図３（ａ）は振動腕２１２の断面図、図３（ｂ）は振動状態を示す振動腕２１２の断面図である。
振動腕２１２は、図３（ａ）に示すように、溝部２２４を構成する第１肉厚部２２８と第２肉厚部２３０との上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）が略同一になるように形成されており、＋Ｘ軸側の側面に傾斜部２２６が形成されている。傾斜部２２６を有する振動腕２１２をＸ軸方向に変位する屈曲振動させると、傾斜部２２６の影響により、図３（ｂ）に示すように、振動腕２１２の断面（ＸＺ面）の重心が破線の矢印で示す方向に変位する。つまり、振動腕２１２は斜め振動が重畳した屈曲振動をする。そのため、一対の振動腕２１２を備えた振動素子２００を構成した場合、互いに接近又は離反することで、基部１０（図１（ａ）参照）で生じる振動変位を相殺し、高Ｑ値を維持していたものが、斜め振動の重畳により基部で振動変位の相殺ができなくなり、振動が基部から漏洩し、Ｑ値が低下してしまい問題となる。

次に、振動腕１２，２１２に形成された傾斜部２６，２２６の振動に及ぼす影響について、図４と図５を参照して詳細に説明する。
図４は、振動腕２１２の中央部に溝部２２４を設けた振動素子２００の振動状態を説明する概略図であり、図４（ａ）は振動腕２１２を模式的に示す断面図、図４（ｂ）は振動腕２１２の断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る振動素子１の振動状態を説明する概略図であり、図５（ａ）は振動腕１２を模式的に示す断面図、図５（ｂ）は振動腕１２の断面図である。

先ず、傾斜部２２６を有し振動腕２１２の中央部に溝部２２４を設けられている振動素子２００の振動状態を、図４を参照して説明する。
傾斜部２２６を有する振動腕２１２の断面（ＸＺ面）が、図４（ａ）に示すように、第２肉厚部２３０の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有する矩形状の領域Ａ１と、第１肉厚部２２８の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有する平行四辺形状の領域Ｂ１と、に分けて構成されていると想定すると、領域Ａ１の中心点Ｃ１の変位方向は、通常の屈曲振動の変位方向と同じＸ軸方向である。しかし、領域Ｂ１の中心点Ｄ１の変位方向は、傾斜部２２６に対して直交する方向に電荷が生じるため、電荷の発生方向と同一方向である傾斜部２２６に直交する方向となり、斜め振動が重畳した屈曲振動となる。なお、領域Ａ１の第２肉厚部２３０の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）と領域Ｂ１の第１肉厚部２２８の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）とが略同等のため、それぞれの中心点Ｃ１，Ｄ１における変位ベクトルは略同等と見做される。そのため、図４（ｂ）に示すように、振動腕２１２の断面（ＸＺ面）の重心は、領域Ａ１の中心点Ｃ１の変位方向と領域Ｂ１の中心点Ｄ１の変位方向との中間の方向に変位する。従って、傾斜部２２６を有し振動腕２１２の中央部に溝部２２４を設けられている振動素子２００は、斜め振動が重畳した屈曲振動をする。

次に、本発明の実施形態に係る振動素子１の振動状態を、図５を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、傾斜部２６を有し、溝部２４が中央部よりも傾斜部２６側に設けられている振動腕１２の断面（ＸＺ面）が、図４（ａ）と同様に、第２肉厚部３０の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有する矩形状の領域Ａ２と、第１肉厚部２８の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有する平行四辺形状の領域Ｂ２と、に分けて構成されていると想定すると、領域Ａ２の中心点Ｃ２の変位方向は、側面と直交する方向であるＸ軸方向であり、領域Ｂ２の中心点Ｄ２の変位方向は、傾斜部２６に直交する方向となる。しかし、領域Ａ２の第２肉厚部３０の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）が領域Ｂ２の第１肉厚部２８の上面の幅（Ｘ軸方向の長さ）より広いので、中心点Ｃ２の変位ベクトルは，中心点Ｄ２の変位ベクトルに比べ、大きくなる。そのため、図５（ｂ）に示すように、振動腕１２の断面（ＸＺ面）の重心は、領域Ａ２の中心点Ｃ２の変位方向であるＸ軸方向が主体となり、略Ｘ軸方向に変位する。

よって、溝部２４を中央部よりも傾斜部２６側に設けた振動腕１２の構成とすることで、傾斜部２６に起因する斜め振動を抑制することができるため、高いＱ値を有する振動素子１を得ることができる。また、角速度センサーの振動素子１に適用した場合には、駆動用の振動腕１２で発生する斜め振動を抑制し、検出用の振動腕１４における角速度が加わっていない状態での出力信号（０点出力）を低減でき、高精度の角速度センサーを得ることができる。

［製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る振動素子１の製造方法について、図６を参照し、必要に応じて図２も参照して説明する。なお、説明にあたり、前述した同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図６（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態に係る振動素子１の製造工程を順に示す工程図である。それぞれの工程における振動素子１の態様を、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示している。また、図６（ａ）〜（ｆ）は、図２（ａ）における交点Ｇの−Ｘ軸方向側、Ｂ部付近に形成される振動素子１を想定して示している。従って、交点Ｇからの距離は、第１保護層３４の方が第２保護層３６より短い。

図６（ａ）：水晶等の圧電材料から構成される基板１００を準備し、基板１００の第１主面２０の上に基部１０（図１（ａ）参照）および振動腕１２を含む外形加工領域と、溝部２４の形成領域と、に第１肉厚部２８を形成するための第１保護層３４と第２肉厚部３０を形成するための第２保護層３６とを一括してパターニングして形成する。なお、基板１００の平面視において、ドライエッチング用のエネルギー線射出部１３０を備えたドライエッチング装置１５０のエネルギー線射出部１３０の中心ＣＬと基板１００とが交わる交点Ｇに対して、距離の短い側に第１保護層３４を、距離の長い側に第２保護層３６を配置してある。また、交点Ｇと第１保護層３４との距離が交点Ｇと第２保護層３６との距離よりも短いとき、振動腕１２の延出する方向と交差する第１保護層３４の幅（Ｘ軸方向の長さ）は、振動腕１２の延出する方向と交差する第２保護層３６の幅（Ｘ軸方向の長さ）よりも狭く形成してある。更に、振動腕１２の延出する方向は、基板１００のＹ軸方向（水晶結晶の機械軸方向）に沿っている。

図６（ｂ）：次に、第１保護層３４、第２保護層３６および溝部２４の形成領域の上に第３保護層１２０をパターニングして形成する。ここで、第３保護層１２０を第１保護層３４と第２保護層３６の上にパターニングするのは、後述するエッチング時に第１保護層３４と第２保護層３６とを保護するためである。なお、基板の平面視において、第１保護層３４と第２保護層３６との間に第３保護層１２０を設け、後述するエネルギー線１４０を用いて、振動腕１２，１４の外形の少なくとも一部を形成する方法でも構わない。この方法により、第３保護層１２０を第１保護層３４と第２保護層３６の上にパターニングする方法に比べ、第３保護層１２０と第１保護層３４および第２保護層３６とのパターンずれによる振動腕１２，１４の外側面（外形）に段差が発生するのを回避でき、精度良く振動腕１２，１４の外形形状を形成することができる。

図６（ｃ）：次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置等のエネルギー線射出部１３０を備えたドライエッチング装置１５０の内部に、基板１００を配置する。なお、基板１００は第２主面２２側を下側とし吸着して設置されている。その後、基板１００が露出した面をエネルギー線射出部１３０から射出されるエネルギー線１４０を用いてエッチングし、加工面２１が所定の位置（基板１００の厚み（Ｚ軸方向の長さ）に対し約３０％から５０％）に到達するまでエッチングする。

図６（ｄ）：次に、ドライエッチング装置１５０の内部から基板１００を取り出し、溝部２４の形成領域にパターニングされた第３保護層１２０を除去する。

図６（ｅ）：次に、再度、ドライエッチング装置１５０の内部に、基板１００を配置した後に、エネルギー線射出部１３０から射出されるエネルギー線１４０を用いて基板１００が露出した溝部２４の形成領域と、所定の位置までエッチングされた加工面２１と、をエッチングする。なお、加工面２１は貫通するまでエッチングし、また、溝部２４の深さ（Ｚ軸方向の長さ）は振動腕１２（基板１００）の厚み（Ｚ軸方向の長さ）に対し約５０％から７０％になるまでエッチングする。

図６（ｆ）：次に、ドライエッチング装置１５０の内部から基板１００を取り出し、基部１０（図１（ａ）参照）や振動腕１２の上面にパターニングされた第１保護層３４と第２保護層３６とを除去する。

以上により、溝部２４と傾斜部２６が設けられた振動腕１２を有する振動素子１の外形が完成する。その後、上述した駆動電極、検出電極および周波数調整用の電極８０（図１（ａ）参照）等を形成することで、振動素子１が完成する。

上述した実施形態に係る製造方法は、先ず、基部１０や振動腕１２を含む外形形状を途中までエッチングし、その後、外形形状と溝部２４を一緒にエッチングし、振動素子１を製造する方法であり、エッチング時間を短縮する上で有効である。しかし、この方法に限らず、先ず、外形形状をエッチングして形成し、その後、溝部２４をエッチングして形成する方法でも構わない。

つまり、第１保護層３４および第２保護層３６を形成する保護層形成工程の前に、基部１０や振動腕１２の外形を形成するための第３保護層１２０を設け、上述したエネルギー線１４０を用いてエッチングして基部１０や振動腕１２の外形を形成する方法であり、振動腕１２の外形を先に形成することで、第１保護層３４および第２保護層３６を設ける位置をコントロールし易くなる。

また、溝部２４を先にエッチングして形成し、その後、基部１０や振動腕１２を含む外形形状をエッチングして形成する方法でも構わない。この場合も、溝部２４を先に形成することで、基部１０や振動腕１２の外形を形成するための第３保護層１２０を設ける位置をコントロールし易くなる。

以上の製造方法により、振動腕１２の延出している方向と交差する断面（ＸＺ面）において、どちらか一方の側面に傾斜部２６を備え、溝部２４を構成する傾斜部２６側の第１肉厚部２８の幅（Ｘ軸方向の長さ）が、第２肉厚部３０の幅（Ｘ軸方向の長さ）より、狭い振動腕１２を有する振動素子１を製造することができる。そのため、傾斜部２６に起因する斜め振動を抑制することができるので、高いＱ値を有する振動素子１を得ることができる。なお、他方の側面は、断面（ＸＺ面）視において、垂直形状に限らず傾斜していてもよい。また、角速度センサーの振動素子１に適用した場合には、駆動用の振動腕１２で発生する斜め振動を抑制し、検出用の振動腕１４における角速度が加わっていない状態での出力信号（０点出力）を低減でき、高精度の角速度センサーを得ることができる。

［電子デバイス］
次に、本発明の実施形態に係る振動素子１を適用した電子デバイス２について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る振動素子１を備える電子デバイス２の構造を示す概略図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図である。なお、図７（ａ）において、振動素子１の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材５４を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を上面、−Ｚ軸方向の面を下面として説明する。

電子デバイス２は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、振動素子１と、振動素子１を発振するための回路素子７０と、振動素子１を収容するための凹陥部が形成されているパッケージ本体４０と、ガラス、セラミック、金属等からなる蓋部材５４と、から構成されている。なお、振動素子１を収容するキャビティー６０内はほぼ真空の減圧雰囲気に気密封止されている。

パッケージ本体４０は、図７（ｂ）に示すように、第１の基板４２、第２の基板４４、第３の基板４６、外部端子５０および封止部材５２を積層して形成されている。外部端子５０は、第１の基板４２の外部側の底面に複数個形成されている。また、第１の基板４２の上面や第２の基板４４の支持部４８の上面の所定の位置には、図示しない貫通電極や層間配線を介して、外部端子５０と電気的に導通する回路素子７０実装用の電極端子（図示せず）や振動素子１の励振用の電極と電気的に導通する電極端子（図示せず）が設けられている。第３の基板４６は、中央部が除去された環状体であり、振動素子１を収容するキャビティー６０が形成されている。第３の基板４６の上部周縁には、低融点ガラス等の封止部材５２が形成されている。

蓋部材５４は、好ましくは、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラス等により形成されており、封止部材５２により接合されることで、パッケージ本体４０のキャビティー６０内を気密封止している。これにより、パッケージ本体４０の蓋封止後において、外部からレーザー光を蓋部材５４を透過させて振動素子１の先端の電極８０（図１（ａ）参照）に照射し、電極８０（図１（ａ）参照）を一部蒸散させることにより、質量削減方式による振動周波数調整をすることができるようになっている。なお、このような振動周波数調整をしない場合には、蓋部材５４をコバール合金等の金属材料で形成することができる。

パッケージ本体４０のキャビティー６０内に収容された振動素子１は、基部１０を第２の基板４４の支持部４８上面に位置合わせされ、接合部材５６を介して接合されている。よって、駆動用の振動腕１２と検出用の振動腕１４とは第１の基板４２と接触することなく、振動させることができるため、高いＱ値を有し安定な振動特性を有する振動素子１を備えた電子デバイス２を提供することができるという効果がある。

［電子機器］
次いで、本発明の実施形態に係る電子部品としての振動素子１を適用した電子機器について、図８（ａ），（ｂ）、図９に基づき説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る振動素子１を備える電子機器を示す概略図であり、図８（ａ）はモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューター１１００の構成を示す斜視図、図８（ｂ）は携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

図８（ａ）において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としての振動素子１が内蔵されている。

図８（ｂ）において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としての振動素子１が内蔵されている。

図９は、本発明の実施形態に係る振動素子１を備える電子機器としてのデジタルカメラ１３００の構成を示す斜視図である。なお、図１０には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１３３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１３４０が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としての振動素子１が内蔵されている。

上述したように、電子機器として、不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。

なお、本発明の実施形態に係る電子部品としての振動素子１は、図８（ａ）のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図８（ｂ）の携帯電話機１２００、図９のデジタルカメラ１３００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

［移動体］
次いで、本発明の実施形態に係る振動素子１を適用した移動体について、図１０に基づき説明する。
図１０は、本発明の実施形態に係る振動素子１を備える移動体としての自動車１４００の構成を示す斜視図である。
自動車１４００には本発明に係る振動素子１を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、他の例としては、振動素子１は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

上述したように、不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。

以上、本発明の実施形態に係る振動素子１、電子デバイス２、電子機器（１１００，１２００，１３００）および移動体（１４００）について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明の実施形態に、他の任意の構成物が付加されていても良い。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。

１…振動素子、２…電子デバイス、１０…基部、１２，１４…振動腕、１６，１８…錘部、２０…第１主面、２１…加工面、２２…第２主面、２４…溝部、２６…傾斜部、２８…第１肉厚部、３０…第２肉厚部、３２…底裾、３４…第１保護層、３６…第２保護層、４０…パッケージ本体、４２…第１の基板、４４…第２の基板、４６…第３の基板、４８…支持部、５０…外部端子、５２…封止部材、５４…蓋部材、５６…接合部材、６０…キャビティー、７０…回路素子、８０…電極、１００…基板、１１０…保護層、１２０…第３保護層、１３０…エネルギー線射出部、１４０…エネルギー線、１５０…ドライエッチング装置、１０００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４０１…タイヤ、１４０２…電子制御ユニット。

Claims (9)

1. 振動腕と、
   前記振動腕に設けられている溝部と、
   前記振動腕の平面視において、前記振動腕の延出している方向と交差する方向にて前記溝部の一方の側に設けられている第１肉厚部と、前記一方の側と反対側に設けられている第２肉厚部と、を備えている振動素子の製造方法であって、
   基板上に前記第１肉厚部を形成するための第１保護層および前記第２肉厚部を形成するための第２保護層を設ける保護層形成工程と、
   ドライエッチング用のエネルギー線射出部を備えた装置に、前記基板を配置する工程と、
   前記基板の平面視において、前記エネルギー線射出部の中心と前記基板とが交わる交点に対して一方の側に前記第１保護層および前記第２保護層が配置されている前記基板を、前記エネルギー線射出部から射出されるエネルギー線を用いてエッチングする工程と、を含み
   前記交点と前記第１保護層との距離が前記交点と前記第２保護層との距離よりも短いとき、
   前記振動腕の延出する方向と交差する前記第１保護層の幅は、前記振動腕の延出する方向と交差する前記第２保護層の幅よりも狭いことを特徴とする振動素子の製造方法。
2. 前記基板の平面視において、前記第１保護層と前記第２保護層との間に第３保護層を設け、
   前記エネルギー線を用いて、前記振動腕の外形の少なくとも一部を形成する工程と、
   を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の振動素子の製造方法。
3. 前記保護層形成工程の前に、前記振動腕の外形を形成するための第３保護層を設け、
   前記エネルギー線を用いて前記振動腕の外形の少なくとも一部を形成する工程と、
   を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の振動素子の製造方法。
4. 前記基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の振動素子の製造方法。
5. 前記振動腕の延出する方向が前記水晶基板のＹ軸方向に沿っていることを特徴とする請求項４に記載の振動素子の製造方法。
6. 振動腕と、
   前記振動腕に設けられている溝部と、
   前記振動腕の平面視において、前記振動腕の延出している方向と交差する方向にて前記溝部の一方の側に設けられている第１肉厚部の幅が、前記一方の側と反対側に設けられている第２肉厚部の幅よりも狭く、
   前記振動腕の延出方向と交差する断面視にて、前記第１肉厚部の外側面に傾斜部が設けられていることを特徴とする振動素子。
7. 請求項６に記載の振動素子と、回路素子と、を備えていることを特徴とする電子デバイス。
8. 請求項６に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項６に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。

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