JP2017072559A - 振動素子、振動素子の製造方法、振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた性能を発揮することができる振動素子およびかかる振動素子の製造方法を提供すること、また、かかる振動素子を備えた信頼性に優れた電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明の振動素子は、基部２１と、基部２１から延出していて、互いに表裏関係にある第１面２２１、２３１および第２面２２２、２３２を貫通している貫通孔２６、２７を有する駆動振動腕２２、２３と、を備え、貫通孔２６、２７の第１面２２１、２３１に開口している第１開口２６１、２７１の幅Ｗ１は、貫通孔２６、２７の第２面２２２、２３２に開口している第２開口２６２、２７２の幅Ｗ２よりも狭く、貫通孔２６、２７の内壁面には、第２開口２６２、２７２側に偏在している調整膜４１が設けられている。【選択図】図２

Description

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

従来から、水晶振動子やジャイロ素子等の振動素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような振動素子の一例として、特許文献１には、水晶からなる振動片を備えるセンサー素子が開示されている。この特許文献１に係るセンサー素子は、基部と、基部から延びている振動腕部とを有し、これらが水晶で構成されている。そして、このセンサー素子では、振動腕部に貫通穴が形成されており、貫通穴内部の側面に電極が設けられている。これにより、水晶を介して向かい合う電極の面積が増大し、電界効率が上がることでインピーダンスを低下させることができる。

振動腕部に微細な貫通穴を形成する方法としては、ウエットエッチングもしくはドライエッチングを用いた方法が一般的である。ウエットエッチングによる形成方法では、加工側壁に水晶の結晶面が表れることで、エッチングがストップしていまい、アスペクト比の高い貫通穴を得ることができない。一方、ドライエッチングによる形成方法では、ウエットエッチングによる形成方法のように結晶面が表れることがないため、アスペクト比の高い貫通穴の形成が可能である。

特開２００６−２０８２６１号公報

アスペクト比の高い貫通穴をドライエッチングにより形成する場合、加工進行時、深い位置までイオンが届かずにエッチングレートが落ちる所謂マイクロローディング効果が起き、得られる貫通穴の加工終端部側の幅が狭くなることがある。

従来では、このような貫通孔による振動腕部の形状の非対称性が、振動腕部の斜め振動やねじれ振動といった不要振動を引き起こす原因となり、振動素子としての性能を低下させるという問題があった。

本発明の目的は、優れた性能を発揮することができる振動素子およびかかる振動素子の製造方法を提供すること、また、かかる振動素子を備えた信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の振動素子は、基部と、
前記基部から延出していて、互いに表裏関係にある第１面および第２面を貫通している貫通孔を有する振動腕と、を備え、
前記貫通孔の前記第１面に開口している第１開口の幅は、前記貫通孔の前記第２面に開口している第２開口の幅よりも狭く、
前記貫通孔の内壁面には、前記第２開口側に偏在している調整膜が設けられていることを特徴とする。

このような振動素子によれば、貫通孔の第１開口よりも幅の広い狭い第２開口側に偏在している調整膜が設けられていることで、振動腕の第１面側と第２面側との形状の非対称性に起因する不要振動の発生を低減することができる。そのため、優れた性能を発揮することができる振動素子を提供することができる。

本発明の振動素子では、前記調整膜は、炭素およびフッ素を含むことが好ましい。
これにより、調整膜の強度を高めることができる。また、炭素およびフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより貫通孔を形成することで、貫通孔を形成すると同時に（同一工程内で）、側壁保護膜を用いて調整膜を得ることができる。

本発明の振動素子では、前記調整膜は、金属を含むことが好ましい。
これにより、調整膜に導電性を付与することができる。そのため、振動腕に設ける電極の一部として調整膜を利用することができる。

本発明の振動素子では、前記振動腕に設けられている電極を備え、
前記調整膜は、導電性を有し、前記電極に接続されていることが好ましい。

これにより、貫通孔内に設けられた調整膜を電極の一部として機能させることができる。また、貫通孔内に電極を形成する場合において、その貫通孔内に形成された電極の信頼性を高めることができる。

本発明の振動素子では、前記調整膜の少なくとも一部は、前記電極に覆われていることが好ましい。
これにより、調整膜と電極とを高い信頼性で電気的に接続することができる。

本発明の振動素子では、前記貫通孔を複数有し、
複数の前記貫通孔は、前記振動腕が延出している方向に沿って並んで設けられていることが好ましい。

これにより、振動腕の振動特性を良好なものとしつつ、貫通孔の内壁面に設けられた電極の面積を増大させ、電界効率を高めることができる。

本発明の振動素子では、前記基部および前記振動腕は、水晶で構成されていることが好ましい。

これにより、優れた周波数温度特性を有する振動素子を実現することができる。また、水晶で構成された振動腕の貫通孔の形成には、ドライエッチングを用いることが一般的であるが、ドライエッチングにより形成された貫通孔は、第１開口の幅が第２開口の幅よりも狭い構成となり易い。そのため、水晶で構成された振動腕の貫通孔に調整膜を設けることで、前述した不要振動の発生を特に有効に低減することができる。

本発明の振動素子では、前記調整膜は、前記貫通孔の全周にわたって設けられていることが好ましい。
これにより、貫通孔の内壁面に対して調整膜が剥離することを低減することができる。

本発明の振動素子の製造方法は、基板をドライエッチングすることにより、基部と、前記基部から延出していて、互いに表裏関係にある第１面および第２面を貫通している貫通孔を有する振動腕と、を形成するとともに、前記貫通孔の内壁面に側壁保護膜を形成する工程と、
前記側壁保護膜の一部を除去することにより、前記貫通孔の内壁面に調整膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

このような振動素子の製造方法によれば、第１開口の幅が第２開口の幅よりも狭い貫通孔を有する構成の振動腕を形成するとともに、第２開口側に偏在している調整膜を容易に形成することができる。また、貫通孔の第２開口側に偏在している調整膜を形成することで、得られる振動素子において、振動腕の第１面側と第２面側との形状の非対称性に起因する不要振動の発生を低減することができる。そのため、優れた性能を発揮することができる振動素子を形成することができる。

本発明の振動素子の製造方法では、前記ドライエッチングは、導電性を有するマスクを用いて行うことが好ましい。
これにより、導電性を有する調整膜を容易に形成することができる。

本発明の振動素子の製造方法では、前記調整膜を形成する工程では、前記貫通孔内の前記側壁保護膜の前記第２開口側の部分を残しつつ前記第１開口側の部分を除去することが好ましい。

これにより、第１開口の幅と第２開口の幅との差が大きい場合であっても、第２開口側に偏在する調整膜を容易に形成することができる。

本発明の振動素子の製造方法では、前記調整膜を形成する工程の後、前記調整膜の少なくとも一部と重なるように、前記振動腕上に電極を形成する工程を有することが好ましい。

これにより、調整膜と電極とを電気的に接続することができる。そのため、調整膜が導電性を有する場合、得られる振動素子において、調整膜を電極の一部として利用することができる。

本発明の振動デバイスは、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。

このような振動デバイスによれば、優れた性能を発揮することができる振動素子を有するため、信頼性を高めることができる。

本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えることを特徴とする。
このような電子機器によれば、優れた性能を発揮することができる振動素子を有するため、信頼性を高めることができる。

本発明の移動体は、本発明の振動素子を備えることを特徴とする。
このような移動体によれば、優れた性能を発揮することができる振動素子を有するため、信頼性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。 図１中のＡ１−Ａ１線断面図である。 図１中のＡ２−Ａ２線断面図である。 図１中のＡ３−Ａ３線断面図である。 図１に示す振動素子の製造方法を説明する図である。 図５に示す振動片および膜を形成する工程を説明する断面図である。 図５に示す振動片および膜を形成する工程を説明する断面図である。 図５に示す振動片および膜を形成する工程を説明する断面図である。 図５に示す膜の一部を除去する工程を説明する断面図である。 図５に示す電極を形成する工程を説明する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す断面図である。 本発明の振動デバイスの一例を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の振動素子、振動素子の製造方法、振動デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．振動素子
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。図２は、図１中のＡ１−Ａ１線断面図である。図３は、図１中のＡ２−Ａ２線断面図である。図４は、図１中のＡ３−Ａ３線断面図である。

なお、各図では、それぞれ、水晶の３つの結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」ともいう。また、＋Ｘ軸方向側を「右」、−Ｘ軸方向側を「左」ともいう。また、図１では、説明の便宜上、各電極の図示を省略している。

図１に示す振動素子１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する角速度検出素子（ジャイロ素子）である。この振動素子１は、振動片２と、振動片２に形成された電極３（図２、図３および図４参照）と、を有している。

−振動片−
本実施形態では、振動片２は、水晶で構成されている。水晶を用いることで、優れた周波数温度特性を有する振動素子１を得ることできる。なお、振動片２の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の水晶以外の圧電材料や、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料が挙げられる。

図１に示すように、振動片２は、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する板状をなしている。すなわち、振動片２は、Ｚカット水晶板で構成されている。なお、本実施形態では、Ｚ軸が振動片２の厚さ方向と一致しているが、これに限定されず、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、Ｚ軸を振動片２の厚さ方向に対して若干（例えば、±１５°未満程度）傾けてもよい。具体的には、Ｚカット水晶板とは、Ｚ軸に直交した面をＸ軸およびＹ軸の少なくとも一方を中心に０度〜１０度の範囲で回転させた面が、主面となるようなカット角の水晶板を含む。

図１に示すように、振動片２は、基部２１と、駆動振動腕２２、２３と、検出振動腕２４、２５とを有し、これらが一体的に形成されている。

基部２１は、図示しないベース（例えば、後述するパッケージ８のベース８１）に固定される。

駆動振動腕２２、２３は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、互いに基部２１から−Ｙ軸方向に延出している。また、駆動振動腕２２、２３は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。

また、図２および図３に示すように、駆動振動腕２２には、互いに表裏関係にある第１面２２１および第２面２２２に貫通している複数（本実施形態では３つ）の貫通孔２６が設けられている。複数の貫通孔２６は、駆動振動腕２２が延出している方向であるＹ軸方向に沿って並んで配置されている。また、各貫通孔２６は、第１面２２１側に開口する第１開口２６１と、第２面２２２側に開口する第２開口２６２と、を有する。また、複数の貫通孔２６は、それぞれ、平面視で（Ｚ軸方向から見て）Ｙ軸方向に沿って延びている長手形状をなしている。同様に、図２に示すように、駆動振動腕２３には、互いに表裏関係にある第１面２３１および第２面２３２に貫通している複数の貫通孔２７が設けられている。各貫通孔２７は、第１面２３１側に開口する第１開口２７１と、第２面２３２側に開口する第２開口２７２と、を有する。なお、貫通孔２６、２７およびその近傍の構成については後に詳述する。

図１に示すように、検出振動腕２４、２５は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、基部２１から＋Ｙ軸方向に延出している。また、検出振動腕２４、２５は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されている。

また、図４に示すように、検出振動腕２４には、互いに表裏関係にある第１面２４１および第２面２４２に貫通している複数（本実施形態では２つ）の貫通孔２８が設けられている。複数の貫通孔２８は、検出振動腕２４が延出している方向であるＹ軸方向に沿って並んで配置されている。また、各貫通孔２８は、第１面２４１側に開口する第１開口２８１と、第２面２４２側に開口する第２開口２８２と、を有する。また、複数の貫通孔２８は、それぞれ、平面視で（Ｚ軸方向から見て）長手形状をなしている、同様に、図４に示すように、検出振動腕２５には、互いに表裏関係にある第１面２５１および第２面２５２に貫通している複数の貫通孔２９が設けられている。各貫通孔２９は、第１面２５１側に開口する第１開口２９１と、第２面２５２側に開口する第２開口２９２と、を有する。なお、貫通孔２８、２９およびその近傍の構成については後に詳述する。

−電極−
前述した振動片２の表面に、電極３が設けられている。
図２、図３および図４に示すように、電極３は、駆動信号電極３１と、駆動接地電極３２と、検出信号電極３３と、検出接地電極３４と、を有している。また、図１に示すように、電極３は、基部２１の下面に設けられた駆動信号端子３５、駆動接地端子３６、検出信号端子３７および検出接地端子３８を有する。

駆動信号電極３１は、駆動振動腕２２、２３の駆動振動を励起させるための駆動信号が入力される電極である。図２に示すように、駆動信号電極３１は、駆動振動腕２２の両側面と、駆動振動腕２３が有する貫通孔２７の内壁面とに形成されている。また、駆動信号電極３１は、図示しない配線を介して、基部２１の下面に設けられた駆動信号端子３５（図１参照）に接続されている。

駆動接地電極３２は、駆動信号電極３１に対してグランドとなる電位を有する。図２および図３に示すように、駆動接地電極３２は、駆動振動腕２２が有する貫通孔２６の内壁面と、駆動振動腕２３の両側面とに形成されている。また、駆動接地電極３２は、図示しない配線を介して、基部２１の下面に設けられた駆動接地端子３６（図１参照）に接続されている。

検出信号電極３３は、検出振動腕２４、２５の検出振動が励起されたときに、その検出振動によって発生する電荷を検出するための電極である。図４に示すように、検出信号電極３３は、検出振動腕２４の左側面の下側部分、右側面の上側部分、内壁面の左上側部分および内壁面の右下側部分と、検出振動腕２５の左側面の上側部分、右側面の下側部分、内壁面の左下側部分および内壁面の右上側部分と、に形成されている。また、検出信号電極３３は、図示しない配線を介して、基部２１の下面に設けられた検出信号端子３７（図１参照）に接続されている。

検出接地電極３４は、検出信号電極３３に対してグランドとなる電位を有する。図４に示すように、検出接地電極３４は、検出振動腕２４の左側面の上側部分、右側面の下側部分、内壁面の左下側部分および内壁面の右上側部分と、検出振動腕２５の左側面の下側部分、右側面の上側部分、内壁面の左上側部分および内壁面の右下側部分と、に形成されている。また、検出接地電極３４は、図示しない配線を介して、基部２１の下面に設けられた検出接地端子３８（図１参照）に接続されている。

以上のような電極３の構成としては、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。

以上、振動素子１の基本的な構成について説明した。
以上説明したように構成された振動素子１では、振動素子１に角速度が加わらない状態において、駆動信号端子３５に駆動信号を入力することで駆動信号電極３１と駆動接地電極３２との間に電界が生じると、駆動振動腕２２、２３は、図１中矢印Ａで示すようにＸ軸方向に互いに反対方向となるように屈曲振動（駆動振動）を行う。

この駆動振動を行っている状態で、Ｙ軸方向に沿った中心軸ａ１周りの角速度ωｙが振動素子１に加わると、駆動振動腕２２、２３にコリオリ力が作用し、このコリオリ力により、駆動振動腕２２、２３がＺ軸方向に互いに反対方向となるように屈曲振動する。これに伴い、検出振動腕２４、２５は、図１中Ｂで示すようにＺ軸方向に互いに反対方向となるように屈曲振動（検出振動）する。この検出振動により、検出振動腕２４、２５に発生した電荷を、検出信号端子３７から検出信号として取り出し、この検出信号に基づいて角速度ωｙが求められる。

ここで、振動素子１は、前述したように、駆動振動腕２２に複数の貫通孔２６がＹ軸方向に並んで設けられている。同様に、駆動振動腕２３に複数の貫通孔２７が設けられ、検出振動腕２４に複数の貫通孔２８が設けられ、検出振動腕２５に複数の貫通孔２９が設けられている。このような貫通孔２６、２７、２８、２９を設けることで、水晶を介して向かい合う電極３の面積を増大させて、電界効率を高めることができる。特に、貫通孔２６、２７、２８、２９を各振動腕（駆動振動腕２２、２３および検出振動腕２４、２５）の延出方向に沿って複数並べることにより、各振動腕の振動特性を良好なものとしつつ、各貫通孔２６、２７、２８、２９の内壁面に設けられた電極３の面積を増大させ、電界効率を高めることができる。

（貫通孔およびその近傍の構成）
以下、貫通孔２６、２７、２８、２９およびこれら近傍の構成について詳述する。なお、以下では、貫通孔２６について代表して説明し、貫通孔２７、２８、２９については、貫通孔２６と同様の構成であるため、その説明を省略する。

前述したように、駆動振動腕２２には、第１面２２１および第２面２２２に貫通している複数の貫通孔２６が設けられている。また、各貫通孔２６は、第１面２２１側に開口する第１開口２６１と、第２面２２２側に開口する第２開口２６２と、を有する。

図２および図３に示すように、駆動振動腕２２は、第１開口２６１側に、貫通孔２６内に突出した突出部２２５を有している。突出部２２５は、第１開口２６１に向かって貫通孔２６の幅（開口幅）が徐々に狭くなるように形成されている。本実施形態では、突出部２２５の貫通孔２６側の面は、湾曲している。また、突出部２２５は、貫通孔２６の全周にわたって設けられている。

このような突出部２２５によって、貫通孔２６の第１開口２６１の幅Ｗ１は、第２開口２６２の幅Ｗ２よりも狭くなっている。

このような突出部２２５が形成されている駆動振動腕２２を有する振動素子１では、駆動振動腕２２の第１面２２１側と第２面２２２側との形状が非対称となるため、そのままでは、その非対称性に起因する不要振動が発生しやすい。

そこで、本実施形態では、第２開口２６２側に偏在している調整膜４１を設けている。これにより、駆動振動腕２２の第１面２２１側と第２面２２２側との形状の非対称性に起因する不要振動の発生を低減することができる。そのため、優れた性能を発揮することができる振動素子１を提供することができる。

ここで、前述したように、駆動振動腕２２は、水晶で構成されている。このように水晶で構成された駆動振動腕２２の貫通孔２６の形成には、ドライエッチングを用いることが一般的であるが、ドライエッチングにより形成された貫通孔２６は、第１開口２６１の幅が第２開口２６２の幅よりも狭い構成となり易い。そのため、水晶で構成された駆動振動腕２２の貫通孔２６に調整膜４１を設けることで、前述した不要振動の発生を特に有効に低減することができる。

詳述すると、調整膜４１は、貫通孔２６の内壁面の第２開口２６２側に設けられている。また、調整膜４１は、第２開口２６２に向かって、厚さがが徐々に厚くなるよう形成されている。すなわち、調整膜４１は、前述した突出部２２５の形状に対応した形状をなしている。また、調整膜４１は、貫通孔２６の全周にわたって設けられている。

このように、調整膜４１は、突出部２２５とほぼ同等の形状をなし、突出部２２５に対してＺ軸方向にほぼ対称的に駆動振動腕２２に設けられている。これにより、前述した駆動振動腕２２の第１面２２１側と第２面２２２側との形状の非対称性に起因する不要振動の発生をより低減することができる。

また、調整膜４１により構成された開口の幅Ｗ３は、第１開口２６１の幅Ｗ１とほぼ等しくなっている。なお、幅Ｗ１と幅Ｗ３との比（Ｗ３／Ｗ１）は、調整膜４１の厚さによって調整することができ、前述したような不要振動を効果的に低減する観点から、０．８以上１．２以下の範囲内にあることが好ましい。

また、調整膜４１の構成材料としては、貫通孔２６の内壁面上に成膜可能でかつ駆動振動腕２２の振動特性に悪影響を与えないものであれば特に限定されないが、無機材料を含む材料を用いるのが好適であり、特に、調整膜４１に導電性を付与する観点から、金属材料を含む材料を用いることが好ましい。また、調整膜４１は、例えば、後述するように、炭素元素およびフッ素元素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより貫通孔２６を形成することで、貫通孔２６を形成すると同時に（同一工程内で）得ることができる。このような観点から、調整膜４１は、駆動振動腕２２を構成する材料（すなわち水晶）に含まれる構成元素（例えばシリコン元素、酸素元素）と、エッチングガスに含まれる元素（例えば炭素元素およびフッ素元素）と、エッチング時に用いるマスクに含まれる元素（例えばニッケル元素、クロム元素、金元素）と、を含んでいることが好ましい。これにより、調整膜４１の形成が容易となり、また、調整膜４１が炭素元素を含むことにより、調整膜４１の強度を高めることができる。また、マスクが導電性を有する場合、調整膜４１がマスクに含まれる元素を含むことで、調整膜４１に導電性を付与することができる。

また、調整膜４１は、前述したように、ニッケル等の導電性材料を含むことで、導電性を有する。そして、図２および図３に示すように、調整膜４１は、電極３（具体的には、駆動接地電極３２）に覆われていて、電極３に電気的に接続されている。

このように、調整膜４１が導電性を有することにより、貫通孔２６内に設けられた調整膜４１を電極３の一部として機能させることができる。また、調整膜４１が電極３に覆われていることにより、貫通孔２６内に設けられた調整膜４１と電極３とを高い信頼性で電気的に接続することができる。

また、前述したように、調整膜４１は、貫通孔２６の全周にわたって設けられている。これにより、貫通孔２６の内壁面に対して調整膜４１が剥離することを低減することができる。

以上、貫通孔２６およびその近傍の構成について説明したが、前述したように、貫通孔２７、２８、２９およびこれらの近傍の構成についても、貫通孔２６およびその近傍の構成と同様である。すなわち、駆動振動腕２３は、貫通孔２７内に突出した突出部２３５を有している（図２参照）。また、同様に、検出振動腕２４は、貫通孔２８内に突出した突出部２４５を有し、検出振動腕２５は、貫通孔２９内に突出した突出部２５５を有している（図４参照）。また、同様に、駆動振動腕２３が有する貫通孔２７の内壁面、検出振動腕２４が有する貫通孔２８の内壁面、および、検出振動腕２５が有する貫通孔２９の内壁面には、それぞれ、調整膜４１が設けられている（図２および図４参照）。

２．振動素子の製造方法
次に、本発明の振動素子の製造方法について、前述した振動素子１を製造する場合を例に説明する。

図５は、図１に示す振動素子の製造方法を説明する図である。図６、図７および図８は、それぞれ、図５に示す振動片および膜を形成する工程を説明する断面図である。図９は、図５に示す膜の一部を除去する工程を説明する断面図である。図１０は、図５に示す電極を形成する工程を説明する断面図である。

図５に示すように、振動素子１の製造方法は、［１］振動片および膜を形成する工程（ステップＳ１）と、［２］調整膜を形成する工程（ステップＳ２）と、［３］電極を形成する工程（ステップＳ３）と、を有する。以下、各工程を順次説明する。

［１］振動片および膜を形成する工程
［１−１］
まず、図６に示すように、水晶基板２０の一方の面上に振動片２の形状に対応する形状をなすマスク５１と、他方の面上に一様に設けられたマスク５２とを形成する。

具体的には、例えば、まず、振動片２の母材である水晶基板２０を用意し、その水晶基板２０の一方の面上にフォトレジストを塗布して、振動片２に対応する形状に露光・現像することにより、レジストマスク（図示せず）を得る。次に、レジストマスクが形成された状態で水晶基板２０の両面にそれぞれ、例えば蒸着法、スパッタ法等によりＣｒ層、Ａｕ層をこの順で成膜し、Ａｕ層上に例えばめっき法等によりＮｉ層を成膜する。その後、レジストマスクを例えばエッチング等により除去することによりマスク５１、５２を得る。

なお、前述した説明では、マスク５１、５２は、それぞれ、水晶基板２０側からＣｒ層、Ａｕ層、Ｎｉ層がこの順で積層した構成であったが、マスク５１、５２の構成は、エッチングする際に用いられるメタルマスクとして機能するものであれば、いかなるものであってもよい。

［１−２］
次に、図７に示すように、水晶基板２０の一方の面側からマスク５１を介して水晶基板２０をドライエッチングする。これにより、図８に示すように、水晶基板２０から、基部２１および駆動振動腕２２、２３を有する振動片２を形成する。

本工程では、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、水晶基板２０をエッチングする。また、エッチングガスとして、例えばＣ_４Ｆ_８を用いる。

このようなエッチングガスを用いて水晶基板２０をドライエッチングすると、図７に示すように、エッチングにより除去された部分の側面に側壁保護膜４０が形成されつつエッチングが進行する。これにより、アスペクト比の高いエッチングが可能となる。この側壁保護膜４０は、水晶基板２０やマスク５１がエッチングされることで生成された反応物等が加工側壁に吸着（堆積）することにより形成される。

なお、本工程で用いるエッチングガスとしては、水晶基板２０をエッチングすることが可能であればいかなるものであってもよく、Ｃ_４Ｆ_８以外に、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、ＣＣｌＦ_３、ＳＦ_６等のフッ素原子含有化合物ガスやＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ_４等の塩素原子含有化合物ガスなどの各種ハロゲン系ガス等のうちの１種を単独でまたは２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。ただし、剛性の高い側壁保護膜４０を得るためには、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８のように、炭素元素を多く含むエッチングガスを用いることが好ましい。

また、水晶基板２０をドライエッチングすることにより貫通孔２６を形成すると、図８に示すように、貫通孔２６の加工終端部側には、突出部２２５が形成される。同様に、貫通孔２７の加工終端部側には、突出部２３５が形成される。なお、図示はしないが、貫通孔２８の加工終端部には突出部２４５が形成され、貫通孔２９の加工終端部には突出部２５５が形成される。

なお、本実施形態では、反応性イオンエッチングにより水晶基板２０をエッチングしているが、エッチングの方式としては、側壁保護膜を形成することができれば、いかなる方式であってもよい。

以上のようにして、水晶基板２０をドライエッチングすることにより、振動片２の外形を形成するとともに、貫通孔２６、２７の各内壁面に側壁保護膜４０を形成する。なお、図示はしないが、貫通孔２８、２９の各内壁面にも側壁保護膜４０を形成する。

［２］調整膜を形成する工程（ステップＳ２）
次に、図９に示すように、マスク５１、５２を除去する。この際、側壁保護膜４０の一部を除去する。具体的には、側壁保護膜４０の第２開口２６２側を残しつつ、第１開口２６１側を除去する。

マスク５１、５２および側壁保護膜４０の一部の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、硫酸、フッ酸、硝酸等のエッチング液による洗浄、アッシング等が挙げられる。

［３］電極を形成する工程（ステップＳ３）
次に、図１０に示すように、振動片２の表面に、例えば、スパッタリング等の成膜装置によって金属膜３０を一様に形成する。金属膜３０は、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）を形成した後、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの被膜を積層することにより得る。

そして、フォトレジストを塗布して、電極３以外の領域に対応した形状の露光・現像することにより、レジストマスク（図示せず）を得た後、エッチング液を用いて、レジストマスクから露出している部分の金属膜３０を除去する。これにより、図２に示すように、電極３が形成される。
以上のようにして、振動片２と電極３とを有する振動素子１を形成することができる。

以上説明したような振動素子１の製造方法によれば、前述したように、水晶基板２０をドライエッチングすることにより、振動片２を形成しつつ側壁保護膜４０を形成した後、側壁保護膜４０の一部を除去することにより、貫通孔２６の内壁面に調整膜４１を形成している。そのため、第２開口２６２側に偏在している調整膜４１を容易に形成することができる。また、貫通孔２６の第２開口２６２側に偏在している調整膜４１を形成することで、得られる振動素子１は、前述したように、優れた性能を発揮することができる。

また、ドライエッチングを、導電性を有するマスクを用いて行うことにより、導電性を有する調整膜４１を容易に形成することができる。

さらに、調整膜４１を形成する工程［２］では、貫通孔２６内の側壁保護膜４０の第１開口２６１側（すなわち加工終端部側）の部分を残しつつ第２開口２６２側の部分を除去することにより、第１開口２６１の幅と第２開口２６２の幅との差が大きい場合であっても、不要振動を好適に低減し得るように第１開口２６１側の部分に偏在する調整膜４１を容易に形成することができる。

また、調整膜４１を形成する工程［２］の後、調整膜４１の少なくとも一部と重なるように、駆動振動腕２２、２３上に電極３を形成する工程［３］を有することにより、調整膜４１と電極３とを電気的に接続することができる。そのため、得られる振動素子１において、導電性を有する調整膜４１を電極３の一部として利用することができる。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係る振動素子を示す断面図である。
本実施形態は、調整膜の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１１に示す振動素子１Ａが有する貫通孔２６内に設けられた調整膜４１Ａは、貫通孔２６の内壁面の第２開口２６２側の部分全域にわたって形成されている。同様に、貫通孔２７内に設けられた調整膜４１Ａは、貫通孔２７の内壁面の第２開口２７２側の部分全域にわたって形成されている。なお、図示はしないが、同様に、貫通孔２８内に設けられた調整膜４１Ａは、貫通孔２８の内壁面の第２開口２８２側の部分全域にわたって形成されており、貫通孔２９内に設けられた調整膜４１Ａは、貫通孔２９の内壁面の第２開口２９２側の部分全域にわたって形成されている。

このように、各貫通孔２６、２７、２８、２９の内壁面の比較的広範囲にわたって調整膜４１Ａが設けられていることにより、調整膜４１Ａと電極３との電気的な接続の信頼性をより高めることができる。また、突出部２２５等の突出量や幅が大きい場合においても、不要振動を低減するように突出部２２５等とのバランスをとることができる。
このよう振動素子１Ａによっても、優れた性能を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す断面図である。
本実施形態は、調整膜の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１２に示す振動素子１Ｂが有する貫通孔２６内に設けられた調整膜４１Ｂは、貫通孔２６の内壁面の全域にわたって形成されている。同様に、貫通孔２７内に設けられた調整膜４１Ｂは、貫通孔２７の内壁面の全域にわたって形成されている。なお、図示はしないが、同様に、貫通孔２８内に設けられた調整膜４１Ｂは、貫通孔２８の内壁面の全域にわたって形成されており、貫通孔２９内に設けられた調整膜４１Ｂは、貫通孔２９の内壁面の全域にわたって形成されている。これにより、調整膜４１Ｂと電極３との電気的な接続の信頼性をより高めることができる。また、貫通孔２６等の内壁面に電極３を形成することが難しい部分があっても、その部分において調整膜４１Ｂを電極３の一部として機能させることができる。

なお、調整膜４１Ｂが電極３と電気的に接続されていれば、第１実施形態のように貫通孔２６の内壁面に設けられた駆動接地電極３２を省略することができる。同様に、貫通孔２７の内壁面に設けられた駆動信号電極３１を省略することができる。また、図示はしないが、同様に、第１実施形態のように貫通孔２７、２８の内壁面に設けられた検出信号電極３３や検出接地電極３４を省略することができる。
このよう振動素子１Ｂによっても、優れた性能を発揮することができる。

３．振動デバイス
次に、本発明の振動素子の製造方法で製造される振動デバイスについて説明する。
図１３は、本発明の振動デバイスの一例を示す断面図である。

なお、図１３では、振動素子１に設けられている電極の図示を省略している。また、前述した実施形態との共通部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１３に示すように、振動デバイス１０は、振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ８と、ＩＣチップ９とを有している。

パッケージ８は、凹部８１１を有する箱状のベース８１と、凹部８１１の開口を塞いでベース８１に接合された板状のリッド８２とを有している。そして、凹部８１１がリッド８２によって塞がれることにより形成された収容空間に振動素子１が収納されている。収容空間は、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。

凹部８１１の底面には、複数の接続端子８３４が形成されている。これら接続端子８３４は、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。

複数の接続端子８３４は、前述した振動片２に設けられた駆動信号端子３５、駆動接地端子３６、検出信号端子３７および検出接地端子３８に対応している。振動片２に設けられた駆動信号端子３５、駆動接地端子３６、検出信号端子３７および検出接地端子３８は、これらに対応する接続端子８３４に導電性接着剤８６４を介してそれぞれ接続されている。これにより、振動片２が凹部８１１の底面に固定されている。導電性接着剤８６４としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に銀粒子等の導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。

また、凹部８１１の底部には、複数の接続端子にそれぞれ接続された複数の接続配線（図示せず）が形成されている。

また、ＩＣチップ９は、凹部８１１の底面にろう材等によって固定されている。ＩＣチップ９は、導電性ワイヤーによって各接続配線と電気的に接続されている。これにより、振動片２に設けられた駆動信号端子３５、駆動接地端子３６、検出信号端子３７および検出接地端子３８がＩＣチップ９に電気的に接続されている。ＩＣチップ９は、振動片２を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動片２に生じる検出振動を検出する検出回路と、を有する。

なお、本実施形態では、ＩＣチップ９がパッケージ８の内部に設けられているが、ＩＣチップ９は、パッケージ８の外部に設けられていてもよい。

４．電子機器
次いで、本発明の電子機器の一例として、振動素子１を備える電子機器について、図１４〜図１６に基づき、詳細に説明する。

図１４は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、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１１０８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、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されている。

図１５は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

この図において、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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されている。

図１６は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。

デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０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など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１３１０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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されている。

以上のような電子機器は、振動素子１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、図１４のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１５の携帯電話機、図１６のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワードプロセッサー、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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

５．移動体
次いで、図１に示す振動素子１を備える移動体について、図１７に基づき、詳細に説明する。
図１７は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されており、振動素子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動素子１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、振動素子１が組み込まれる。

以上、本発明の振動素子、振動素子の製造方法、振動デバイス、電子機器および移動体を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の振動素子、振動デバイス、電子機器および移動体を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、本発明の振動素子、電子機器および移動体は、任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の振動素子の製造方法は、任意の製造工程が付加されていてもよい。

前述した実施形態では、Ｈ型の振動素子に本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明の振動素子は、貫通孔を有していて面内方向に駆動または検出振動する振動腕を有するものであれば、これに限定されず、例えば、ダブルＴ型、二脚音叉、三脚音叉、直交型、角柱型等の種々の形態であってもよい。

また、前述した実施形態では、振動素子がセンサー素子である場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、発振器に用いる振動素子であってもよい。

１…振動素子、１Ａ…振動素子、１Ｂ…振動素子、２…振動片、３…電極、８…パッケージ、９…ＩＣチップ、１０…振動デバイス、２０…水晶基板、２１…基部、２２…駆動振動腕、２３…駆動振動腕、２４…検出振動腕、２５…検出振動腕、２６…貫通孔、２７…貫通孔、２８…貫通孔、２９…貫通孔、３０…金属膜、３１…駆動信号電極、３２…駆動接地電極、３３…検出信号電極、３４…検出接地電極、３５…駆動信号端子、３６…駆動接地端子、３７…検出信号端子、３８…検出接地端子、４０…側壁保護膜、４１…調整膜、４１Ａ…調整膜、４１Ｂ…調整膜、５１…マスク、５２…マスク、８１…ベース、８２…リッド、２２１…第１面、２２２…第２面、２２５…突出部、２３１…第１面、２３２…第２面、２３５…突出部、２４１…第１面、２４２…第２面、２４５…突出部、２５１…第１面、２５２…第２面、２５５…突出部、２６１…第１開口、２６２…第２開口、２７１…第１開口、２７２…第２開口、２８１…第１開口、２８２…第２開口、２９１…第１開口、２９２…第２開口、８１１…凹部、８３４…接続端子、８６４…導電性接着剤、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、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、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、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、ａ１…中心軸、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅、Ｗ３…幅、ωｙ…角速度

Claims (15)

1. 基部と、
   前記基部から延出していて、互いに表裏関係にある第１面および第２面を貫通している貫通孔を有する振動腕と、を備え、
   前記貫通孔の前記第１面に開口している第１開口の幅は、前記貫通孔の前記第２面に開口している第２開口の幅よりも狭く、
   前記貫通孔の内壁面には、前記第２開口側に偏在している調整膜が設けられていることを特徴とする振動素子。
2. 前記調整膜は、炭素およびフッ素を含む請求項１に記載の振動素子。
3. 前記調整膜は、金属を含む請求項１または２に記載の振動素子。
4. 前記振動腕に設けられている電極を備え、
   前記調整膜は、導電性を有し、前記電極に接続されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子。
5. 前記調整膜の少なくとも一部は、前記電極に覆われている請求項４に記載の振動素子。
6. 前記貫通孔を複数有し、
   複数の前記貫通孔は、前記振動腕が延出している方向に沿って並んで設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
7. 前記基部および前記振動腕は、水晶で構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子。
8. 前記調整膜は、前記貫通孔の全周にわたって設けられている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
9. 基板をドライエッチングすることにより、基部と、前記基部から延出していて、互いに表裏関係にある第１面および第２面を貫通している貫通孔を有する振動腕と、を形成するとともに、前記貫通孔の内壁面に側壁保護膜を形成する工程と、
   前記側壁保護膜の一部を除去することにより、前記貫通孔の内壁面に調整膜を形成する工程と、を有することを特徴とする振動素子の製造方法。
10. 前記ドライエッチングは、導電性を有するマスクを用いて行う請求項９に記載の振動素子の製造方法。
11. 前記調整膜を形成する工程では、前記貫通孔内の前記側壁保護膜の前記第２開口側の部分を残しつつ前記第１開口側の部分を除去する請求項９または１０に記載の振動素子の製造方法。
12. 前記調整膜を形成する工程の後、前記調整膜の少なくとも一部と重なるように、前記振動腕上に電極を形成する工程を有する請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の振動素子の製造方法。
13. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子と、
    前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動デバイス。
14. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子を備えることを特徴とする電子機器。
15. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子を備えることを特徴とする移動体。

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