JP2022117404A - 振動素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝深さのバラつきが少なく、安定した振動特性が得られる振動素子の製造方法を提供すること。【解決手段】振動素子の製造方法は、基部と、前記基部から第１方向に沿って延出し、前記第１方向と交差する第２方向に沿って並ぶ第１振動腕および第２振動腕と、を備え、前記第１振動腕の両主面および前記第２振動腕の両主面に有底の溝を有する振動素子の製造方法であって、水晶基板を用意する準備工程と、前記水晶基板の、前記溝が形成される領域である溝領域を除いて、保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜を介して前記水晶基板をドライエッチングし、前記溝を形成するドライエッチング工程と、を含み、前記第１振動腕および前記第２振動腕のうち少なくともいずれか一方に設けられた前記溝は、前記第２方向に沿って並ぶ第１溝および第２溝を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、振動素子の製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、有底の溝を有する音叉振動子をドライエッチングにより形成する方法が記載されている。具体的には、ドライエッチング加工におけるマイクロローディング効果を利用し、一対の振動腕の間の距離よりも溝幅を狭く設定することで、振動腕の間のエッチング深さを深く、溝のエッチング深さを浅く加工することによって、音叉振動子の外形形状と溝を一括形成することが記載されている。

特開２００７－１３３８２号公報

しかしながら、特許文献１のように、マイクロローディング効果を利用して溝を形成する場合、エッチングされる溝深さと溝幅寸法とは相関があるので、溝幅を所定の寸法に設定した場合、所望の溝深さを得ることが困難な場合がある、という課題があった。

本願に係る振動素子の製造方法は、基部と、前記基部から第１方向に沿って延出し、前記第１方向と交差する第２方向に沿って並ぶ第１振動腕および第２振動腕と、を備え、前記第１振動腕の両主面および前記第２振動腕の両主面に有底の溝を有する振動素子の製造方法であって、水晶基板を用意する準備工程と、前記水晶基板の、前記溝が形成される領域である溝領域を除いて、保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜を介して前記水晶基板をドライエッチングし、前記溝を形成するドライエッチング工程と、を含み、前記第１振動腕および前記第２振動腕のうち少なくともいずれか一方に設けられた前記溝は、前記第２方向に沿って並ぶ第１溝および第２溝を有する。

実施形態１に係る振動デバイスの側断面図。 振動素子の平面図。 ａ－ａ断面における振動腕の断面図。 振動素子の製造方法の流れを示すフローチャート図。 複数の振動素子が面付された水晶基板の平面図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 実施形態２の振動腕の断面図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 製造工程の一態様を示す図。 実施形態３の振動素子の平面図。

実施形態１
＊＊＊振動デバイスの構成＊＊＊
図１は、本実施形態に係る振動デバイスの構成を示す断面図である。
振動デバイス１は、パッケージ３と、パッケージ３内に収納されている振動素子４、および回路素子６などから構成されている。好適例において、振動素子４は音叉型の水晶振動素子であり、振動デバイス１は発振回路を備えた水晶発振器である。

図１に示すように、パッケージ３は、上面に開口する凹部３１１を備えるベース３１と、凹部３１１の開口を塞ぐようにベース３１の上面に接合部材３３を介して接合されている板状のリッド３２と、を有する。パッケージ３の内側には、凹部３１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに振動素子４および回路素子６が収納されている。

例えば、ベース３１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、リッド３２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース３１およびリッド３２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。例えば、リッド３２は、光透過性を有するガラス材料で構成されていてもよい。

また、内部空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減少して振動素子４の振動特性が向上する。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素またはＡｒ等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態または加圧状態となっていてもよい。

また、凹部３１１は、ベース３１の上面に開口する凹部３１１ａと、凹部３１１ａの底面に開口し、凹部３１１ａよりも開口幅が小さい凹部３１１ｂと、凹部３１１ｂの底面に開口し、凹部３１１ｂよりも開口幅が小さい凹部３１１ｃと、を有する。そして、凹部３１１ａの底面に導電性の接合部材２を介して振動素子４が接合され、凹部３１１ｃの底面に回路素子６が接合されている。

また、凹部３１１ａの底面には複数の内部端子３４１が配置され、凹部３１１ｂの底面には複数の内部端子３４２が配置され、ベース３１の下面には外部端子３４３が配置されている。複数の内部端子３４２の一部は、ベース３１内に形成されている図示しない内部配線を介して内部端子３４１と電気的に接続され、残りは、前記内部配線を介して外部端子３４３と電気的に接続されている。また、各内部端子３４２は、ボンディングワイヤーＢＷを介して回路素子６と電気的に接続されている。

＊＊＊振動素子の構造＊＊＊
図２に示す振動素子４は、本実施形態１においては音叉型振動素子を示したが、一部に溝を有する構造であればその形状は限定されない。

振動素子４は振動体４１を有し、振動体４１は、基部４２と、基部４２からＹ軸プラス方向に延出する一対の振動腕４３，４４と、を有する。換言すれば、振動素子４は、基部４２と、基部４２から第１方向としてのＹ軸プラス方向に沿って延出し、第１方向と交差する第２方向としてのＸ軸マイナス方向に沿って並ぶ第１振動腕としての振動腕４３、および第２振動腕としての振動腕４４を備える。そして、振動腕４３の両主面としての表裏面には、有底の溝４３２が設けられている。同様に、振動腕４４の表裏面には、有底の溝４４２が設けられている。そして、基部４２において一対の接合部材２を介してベース３１に固定されている。

振動体４１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ₃）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ₄）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ₂Ｏ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ₃）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ₃）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ₃）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5ＴｉＯ₃）等の各種圧電材料を用いてもよいし、例えば、シリコン基板等の圧電材料以外の材料を用いてもよい。

また、図３に示すように、振動腕４３は、上面に開口する溝４３２と、下面に開口する溝４３３とを有する。また、溝４３２の底を底部４３ｂとする。これと同様に、振動腕４４は、上面に開口する溝４４２と、下面に開口する溝４４３とを有する。また、溝４４２の底を底部４４ｂとする。したがって、振動腕４３，４４は、略Ｈ字状の断面形状を有する。

また、振動体４１には、図２および図３に示すように、電極として、信号電極４８１と、接地電極４８２と、が配置されている。図３に示すように、信号電極４８１は、振動腕４３の上面および下面と、振動腕４４の両側面と、に配置されている。一方、接地電極４８２は、振動腕４３の両側面と、振動腕４４の上面および下面と、に配置されている。また、信号電極４８１は、一方の接合部材２を介して内部端子３４１と電気的に接続されており、接地電極４８２は、他方の接合部材２を介して別の内部端子３４１と電気的に接続されている。これにより、振動素子４と回路素子６とが電気的に接続されている。そして、回路素子６が信号電極４８１に駆動信号を印加すると、図２中の矢印で示すように、振動腕４３，４４が接近、離間を繰り返すようにして屈曲振動する。

なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す。また、各軸の矢印側をプラス側とも言い、反対側をマイナス側とも言う。また、Ｚ軸方向のプラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述するように、水晶の結晶軸に相当する。
振動体４１は、音叉型の水晶振動素子である。振動体４１は、Ｚカット水晶板から形成され、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。

なお、振動素子４には、振動腕４３、４４のそれぞれの先端部に、共振周波数を調整したり、振動腕４３、４４の振動バランスを調整したりするための錘を配置しても良い。

＊＊＊振動素子の製造方法－１＊＊＊
図４は、振動素子の製造方法を示すフローチャート図である。図５は、水晶基板の平面図である。図６Ａ～図６Ｆは製造工程における製品態様を示す過程図であり、図５のＢ－Ｂ断面における側断面図である。
ここでは図４を主体に、適宜、図３、図５、図６Ａ～図６Ｆを交えて振動素子４の製造方法について説明する。

まず、実際の製造工程では、図５に示すように、水晶基板７に複数の振動素子４が面付された状態で製造される。複数の振動素子４は、水晶基板７におけるＸ軸、Ｙ軸に沿って、縦横に行列をなして配列されている。以下の各ステップでは、Ｘ軸に沿った方向に隣り合う２つの振動素子４における断面線ｂ－ｂにおける断面態様の遷移を用いて、各工程内容を説明する。
また、振動腕４３の溝４３２の幅を幅Ｗとする。対となる振動腕４４の溝４４２の幅も、同じ幅Ｗに設定されている。隣り合う２つの振動腕４３，４４間の距離を幅Ａとする。なお、幅Ａは、腕間領域に相当する。また、水晶基板７の厚さを厚さｔとする。
図５に示すように、水晶基板７上の振動素子４の配置は、複数の振動素子４が、Ｘ軸、Ｙ軸に対してそれぞれ平行に整列、配列されているものとする。

ステップＳ１では、振動素子４を形成する水晶基板７を準備する。詳しくは、図６Ａに示すように、表裏両面を均一になるように研磨した水晶基板７の両面に金属膜７１をスパッタし、第１ドライエッチング加工する面のみにレジスト膜７２を成膜する。詳しくは、水晶基板７の表面７ａ側にレジスト膜７２を成膜する。続いて、露光、現像によりメタルマスク形成箇所のレジスト膜７２を除去する。なお、図６Ａは、レジスト膜７２が成膜され露光、現像された状態を示している。なお、水晶基板７の表面７ａは一方の主面に相当し、裏面７ｂは他方の主面に相当する。

ステップＳ２では、水晶基板７の表面７ａの金属膜７１上に第１保護膜を形成する。詳しくは、ステップＳ１でレジスト膜７２が除去された部分に第１の保護膜としてメタルマスク７３を形成する。好適例では、メタルマスク７３としてニッケルマスクを用いる。その後、レジスト膜７２を除去することで、図６Ｂに示すように、水晶基板７の除去すべき部位が開口したメタルマスク７３が形成される。開口部７３１は、溝領域であり、溝４３２，４４２が形成される部分を示す。同様に、開口部７３２は、振動腕４３，４４間の間隙に相当する部分を示し、開口部７３３は、隣り合う振動素子４との間隙となる部分を示す。つまり、溝領域となる開口部７３１、振動腕４４が形成される第１領域と、振動腕４３が形成される第２領域と、第１領域と第２領域との間の領域である腕間領域となる開口部７３２を除いて、保護膜としてのメタルマスク７３を形成する。

続いて、ステップＳ３では、水晶基板７の表面７ａに第１ドライエッチング処理を施す。ドライエッチング加工は、一般に採用されている酸化膜ドライエッチャーによってＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置にて、反応ガス例えばＣＨＦ₃（トリフルオロメタン）を用いてエッチング加工する。

ここで、図６Ｃに示すように、開口部７３１は、水晶基板７の表面７ａから深さＷａまでエッチングされて溝４４２となる。他方、開口部７３２は、表面７ａから、深さＷａよりも深い、深さＡａまでエッチングされて、振動腕４３，４４間の幅Ａの間隙となる。つまり、深さＷａ＜深さＡａとなる。これは、開口部７３２の幅Ａが、開口部７３１の幅Ｗよりも広い、換言すれば、幅Ｗ＜幅Ａの関係となっているため、マイクロローディング効果によりエッチングレート差が生じるからである。
そのため、開口部７３１と開口部７３２とを同一条件で平行してエッチング加工しても、溝４４２の深さＷａを、振動腕４３，４４間の間隙の深さＡａよりも浅く加工できる。なお、溝４３２においても、同様である。なお、深さＷａおよび深さＡａは、それぞれ幅Ｗおよび幅Ａの領域における最深部の深さとして定義される。

なお、図５に示すように、隣り合う振動素子４の間は、距離Ｄを有して配置される。距離Ｄは、振動腕４３，４４間の幅Ａよりも大きい寸法である。詳しくは、Ｘ軸に沿った方向における距離Ｄ、及びＹ軸に沿った方向における距離Ｄともに、少なくとも振動腕４３，４４の間の距離Ａよりも大きく設定されている。これは、振動素子４を水晶基板７からドライエッチング加工によって、分離形成する際、振動素子４間にエッチング残りが発生することを防止するためである。

このように、第１ドライエッチング工程では、溝４４２，４３２と、振動腕４３，４４を含む振動腕外形とを同時形成する。なお、同時形成とは、一工程において両者を一括形成することを指す。
第１ドライエッチング加工が終わったら、メタルマスク７３、金属膜７１を除去し、水晶基板７の裏面の加工を行う。

ステップＳ４では、水晶基板７の裏面７ｂに第２保護膜を形成する。詳しくは、図６Ｄに示すように、裏面７ｂに成膜された金属膜７１の面上において、ステップＳ２と同様に、第２ドライエッチング加工する面のみにレジスト膜７５を成膜する。続いて、露光、現像によりメタルマスク形成箇所のレジスト膜７５を除去する。なお、実際の工程では、水晶基板７を反転させて裏面７ｂを表にした状態で加工されるが、工程推移を解り易くするために、裏側に図示している。図６Ｅ、図６Ｆも同様である。
続いて、ステップＳ４でレジスト膜７５が除去された部分に、第２の保護膜としてメタルマスク７６を形成する。メタルマスク７６は、メタルマスク７３と同様なメタルマスクである。そして、レジスト膜７５を除去することで、図６Ｅに示すように、水晶基板７の除去すべき部位が開口したメタルマスク７６が形成される。開口部７６１は、溝４３３，４４３が形成される部分を示す。同様に、開口部７６２は、振動腕４３，４４間の間隙に相当する部分を示し、開口部７６３は、隣り合う振動素子４との間隙となる部分を示す。

続いて、ステップＳ５では、水晶基板７の裏面７ｂに第２ドライエッチング処理を施す。図６Ｆに示すように、裏面７ｂからのドライエッチング加工深さは、表面７ａと同様に開口幅に依存し、開口部７６１では、裏面７ｂからの深さＷａまでエッチングされて、溝４３３、４４３が形成される。他方、開口部７６２では、深さＷａよりも深い、深さＡａまでエッチングされて振動腕４３，４４の間の間隙が形成される。
開口部７６２は、深さＡａ分のエッチングにより、水晶基板７の半分の厚さｔ／２以上エッチングされるため、貫通し外形が切り出される。他方、開口部７６１は、深さＷａまでエッチングされるが、溝４３２の底部４３ｂが残るため、溝４３２を有する振動腕４３が形成される。なお、振動腕４４においても同様である。

このように、第２ドライエッチング工程においても、第１ドライエッチング工程と同様に、溝４３３，４４３と、振動腕４３，４４を含む振動腕外形とを同時形成する。なお、ステップＳ３の第１ドライエッチング工程、および、ステップＳ５の第２ドライエッチング工程を括ってドライエッチング工程ともいう。換言すれば、ドライエッチング工程は、第１ドライエッチング工程と、第２ドライエッチング工程とを含む。

このようにして、図３に示すように、溝４３２，４４２、溝４３３，４４３を有するＨ型の振動腕４３，４４が形成される。
その後、振動素子４の表面のメタルマスク７６などを除去して、前述したような電極を形成し、振動素子４の加工工程が終了する。

なお、前述した振動素子４の製造工程は、一例として、フォトリソグラフィ法によりメタルマスクを形成し、このメタルマスクを用いてドライエッチングした例を示しているが、レジスト膜を直接ドライエッチング用のマスクとして用いる方法を採用することもできる。また、本実施形態１では表面と裏面の保護膜形成工程を別々に実施したが、同時に形成した後、表面のドライエッチング、裏面のドライエッチングを行ってもよい。

以上述べた通り、本実施形態の振動素子４、及びその製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
基部４２と、基部４２からＹ軸の延在方向に沿って延出し、Ｘ軸の延在方向に沿って並ぶ振動腕４３および振動腕４４と、を備え、振動腕４３の両主面および振動腕４４の両主面に有底の溝４３２，４３３、溝４４２，４４３を有する振動素子４の製造方法であって、水晶基板７を用意する準備工程と、水晶基板７の、溝が形成される領域である溝領域を除いて、保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜を介して水晶基板７をドライエッチングし、溝を形成するドライエッチング工程を含む。

これによれば、振動腕４３，４４の溝幅Ｗを、ドライエッチングが停止する溝深さに対応した溝幅としたので、エッチング時間がばらついても安定した溝深さが得られ、特性バラツキの少ない振動素子４が得られる。よって、周波数調整工程での調整は僅かで良いため、振動腕に付加する周波数調整用の金の量を抑制することができる。
さらに、所定の溝の深さＷａでエッチングが停止する溝の幅Ｗと、隣り合う振動腕４３，４４間がエッチングにより厚さ方向に貫通する振動腕４３，４４間の間隙の幅Ａとを所定の寸法に設定することにより、有底の溝４３２，４３３，４４２，４４３と振動腕４３，４４の外形とをドライエッチングで同時加工することができ、製造工程の簡素化、振動特性の向上が図ることができる。

また、ドライエッチング工程は、水晶基板７の表面７ａに溝４３２，４４２を形成する第１ドライエッチング工程と、水晶基板の裏面７ｂに溝４３３，４４３を形成する第２ドライエッチング工程とを含む。
これによれば、水晶基板７の表裏両面に溝を有する振動素子４を形成することができる。

第１保護膜形成工程では、溝領域となる開口部７３１と、振動腕４４が形成される第１領域と振動腕４３が形成される第２領域との間の領域である腕間領域となる開口部７３２と、を除いて、メタルマスク７３を形成し、第１ドライエッチング工程では、溝４３２，４４２と、振動腕４３，４４を含む振動腕外形とを同時形成し、腕間領域の第２方向に沿う方向の幅を所定の幅Ａに設定すれば、腕間領域を確実に貫通させることができる。

また、振動素子４の形成に、ドライエッチング加工を採用することにより、水晶基板７の結晶方位の異方性の影響を受けないことから、一対の振動腕４３，４４の形状の対称性を実現でき、高精度な共振周波数の振動素子４を提供することができる。

また、本実施形態の振動素子４は、前述した製造方法で製造され、基部４２と、基部４２から延在され表裏に溝４３２，４３３、溝４４２，４４３を有する振動腕４３，４４を備えている。よって、低コストで、高精度な共振周波数を有し、小型化、高周波化を可能とする振動素子４を実現することができる。

実施形態２
＊＊＊異なる態様の振動素子の構成＊＊＊
図７は、本実施形態の振動素子の断面図であり、図３に対応している。
実施形態１では、振動腕４３は、表面に溝４３２、裏面に溝４３３を１本ずつ有する構成であったが、溝は複数本設けられる構成であっても良い。本実施形態の振動素子５では、振動腕５３の表面に２本の溝５３２ａ，５３２ｂが、裏面にも２本の溝５３３ａ，５３３ｂが設けられる点が実施形態１と異なる。振動腕５４においても同様である。これらの点以外は、実施形態１の振動素子４と同様である。以下、実施形態１と同じ構成部位には、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態の振動素子５では、振動腕５３の表面に２本の溝５３２ａ，５３２ｂが設けられており、裏面にも２本の溝５３３ａ，５３３ｂが設けられている。溝５３２ａ，５３２ｂの底は、底部５３ｂである。
対となる振動腕５４も同様であり、振動腕５４の表面に２本の溝５４２ａ，５４２ｂが設けられており、裏面にも２本の溝５４３ａ，５４３ｂが設けられている。溝５４２ａ，５４２ｂの底は、底部５４ｂである。振動素子５の構成は、これらの点以外は、実施形態１の振動素子４と同じである。

＊＊＊振動素子の製造方法－２＊＊＊
図８Ａ～図８Ｆは製造工程における製品態様を示す過程図であり、図６Ａ～図６Ｆに対応している。
振動素子５の製造方法は、図４の振動素子４の製造方法と基本的に同じであるが、表裏面に２本の溝を形成する点が異なる。以下、図４のフローチャート、及び、図８Ａ～図８Ｆを用いて、振動素子５の製造方法について説明する。

ステップＳ１では、実施形態１と同様に、水晶基板７の表面７ａの金属膜７１上にレジスト膜７２ｗを成膜し、露光、現像する。図８Ａに示すように、振動腕５４において２本の溝５４２ａ，５４２ｂとなる部分は、レジスト膜７２ｗの開口部となっている。振動腕５３においても、同様に、２本の溝５３２ａ，５３２ｂとなる部分は、レジスト膜７２ｗの開口部となっている。これらの点以外は、実施形態１と同様である。

ステップＳ２では、水晶基板７の表面７ａの金属膜７１上に第１保護膜を形成する。図８Ｂに示すように、２本の溝が形成される部分が、メタルマスク７３の開口部７３１ａ，７３１ｂとなっていること以外は、実施形態１と同じである。

ステップＳ３の第１ドライエッチング工程は、実施形態１と同じである。
ここで、図８Ｃに示すように、開口部７３１ａでは、表面７ａから深さＷ１ａまでエッチングされて溝５４２ａとなる。同様に、開口部７３１ｂでは、表面７ａから深さＷ１ａまでエッチングされて溝５４２ｂとなる。他方、開口部７３２は、深さＷ１ａよりも深い、深さＡａまでエッチングされて、振動腕５３，５４間の幅Ａの間隙となる。つまり、深さＷ１ａ＜深さＡａとなる。これは、開口部７３２の幅Ａが、開口部７３１ａの幅Ｗ１よりも広い、換言すれば、幅Ｗ１＜幅Ａの関係となっているため、マイクロローディング効果によりエッチングレート差が生じるからである。なお、開口部７３１ｂの幅Ｗ２においても同様である。なお、深さＷ１ａは、幅Ｗ１および幅Ｗ２のそれぞれの領域における最深部の深さとして定義され、深さＡａは、幅Ａの領域における最深部の深さとして定義される。
第１ドライエッチング加工が終わったら、メタルマスク７３、金属膜７１を除去し、水晶基板７の裏面の加工を行う。

ステップＳ４では、実施形態１と同様に、水晶基板７の裏面７ｂの金属膜７１上において、レジスト膜７５ｗを成膜し、露光、現像する。図８Ｄに示すように、ここで、振動腕５４において２本の溝５４３ａ，５４３ｂとなる部分は、レジスト膜７５ｗの開口部となっている。振動腕５３においても、同様に、２本の溝５３３ａ，５３３ｂとなる部分は、レジスト膜７５ｗの開口部となっている。これらの点以外は、実施形態１と同様である。

続いてステップＳ４では、水晶基板７の裏面７ｂに第２保護膜を形成する。図８Ｅに示すように、第２の保護膜として形成されたメタルマスク７６は、２本の溝が形成される部分が、開口部７６１ａ，７６１ｂとなっていること以外は、実施形態１と同じである。

ステップＳ５の第１ドライエッチング工程は、実施形態１と同じである。
ここで、図８Ｆに示すように、開口部７６１ａでは、裏面７ｂからの深さＷ１ａまでエッチングされて溝５４３ａとなる。同様に、開口部７６１ｂでは、裏面７ｂからの深さＷ１ａまでエッチングされて溝５４３ｂとなる。他方、開口部７６２は、深さＷ１ａよりも深い、深さＡａまでエッチングされて、振動腕５３，５４間の幅Ａの間隙となる。つまり、深さＷ１ａ＜深さＡａとなる。これは、開口部７６２の幅Ａが、開口部７６１ａの幅Ｗ１よりも広い、換言すれば、幅Ｗ１＜幅Ａの関係となっているため、マイクロローディング効果によりエッチングレート差が生じるからである。なお、開口部７６１ｂの幅Ｗ２においても同様である。

開口部７６２は、深さＡａ分のエッチングにより、水晶基板７の半分の厚さｔ／２以上エッチングされるため、貫通し外形が切り出される。他方、開口部７６１ａは、深さＷａまでエッチングされるが、溝５４３ａの底部５４ｂが残るため、溝５４３ａを有する振動腕５４が形成される。なお、振動腕５３においても同様である。
このように、第２ドライエッチング工程においても、第１ドライエッチング工程と同様に、溝５３３ａ，５３３ｂ、溝５４３ａ，５４３ｂと、振動腕５３，５４を含む振動腕外形とを同時形成する。

このようにして、図７に示すように、表裏に２本ずつの溝５３２ａ，５３２ｂ、溝５３３ａ，５３３ｂを有する振動腕５３と、溝５４２ａ，５４２ｂ、溝５４３ａ，５４３ｂを有する振動腕５４が形成される。
その後、振動素子５の表面のメタルマスク７６などを除去して、前述したような電極を形成し、振動素子５の加工工程が終了する。

以上述べた通り、本実施形態の振動素子５、及びその製造方法によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
一本の振動腕の主面に複数の溝を形成し、溝の本数で溝幅を調整できるので、所望の溝深さを得ることができる。
また、２本の溝を形成する場合、１本の溝を形成する場合に比べて、１本当たりの溝幅が狭くなるため、溝の深さは、マイクロローディング効果により１本形成する場合に比べて浅くなる。よって、複数本の溝を設けることにより、振動腕５３，５４の剛性を高めることができる。

実施形態３
＊＊＊応用例＊＊＊
図９は、本実施形態の振動素子の平面図であり、図２に対応している。
実施形態１では、音叉型振動素子の振動腕４３，４４に溝を設けるものとして説明したが、上記各実施形態の構成、及び製造方法を、振動腕に相当する部位を有するデバイスに適用しても良い。以下、実施形態１と同じ構成部位には、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。

本実施形態の振動素子８４は、物理量センサー素子として、Ｚ軸を検出軸とする角速度ωｚを検出することのできる角速度センサー素子である。
図９に示すように、振動素子８４は、振動体８１と、振動体８１に配置されている複数の電極、周波数調整用の金属膜としての錘８２などから構成される。

また、振動体８１は、Ｚカット水晶基板から構成されており、中央部に位置する基部８５１と、基部８５１からＹ軸方向の両側に延出する振動腕としての一対の検出腕８５２、８５３と、基部８５１からＸ軸方向の両側に延出する一対の連結腕８５４、８５５と、連結腕８５４の先端部からＹ軸方向の両側に延出する振動腕としての一対の駆動腕８５６、８５７と、連結腕８５５の先端部からＹ軸方向の両側に延出する振動腕としての一対の駆動腕８５８、８５９などを備えている。

また、電極は、駆動信号電極８８３と、駆動接地電極８８４と、第１検出信号電極８８５と、第１検出接地電極８８６と、第２検出信号電極８８７と、第２検出接地電極８８８と、を有する。

駆動信号電極８８３は、駆動腕８５６、８５７の両側面と、駆動腕８５８、８５９の表面および裏面と、に配置されている。一方、駆動接地電極８８４は、駆動腕８５６、８５７の表面および裏面と、駆動腕８５８、８５９の両側面と、に配置されている。
ここで、駆動腕８５６の表面の駆動接地電極８８４は、実施形態１と同様、溝８８０の内面にも形成されている。裏面の駆動接地電極８８４も同様であり、図９のＣ－Ｃ断面は、図３と同様に、略Ｈ字状の断面形状となっている。駆動腕８５７においても同様である。また、駆動腕８５８においては、駆動信号電極８８３が溝８８０の内面に形成されており、同様に、断面は略Ｈ字状の形状となっている。駆動腕８５９においても同様である。

また、第１検出信号電極８８５は、検出腕８５２の表面および裏面に配置され、第１検出接地電極８８６は、検出腕８５２の両側面に配置されている。一方、第２検出信号電極８８７は、検出腕８５３の表面および裏面に配置され、第２検出接地電極８８８は、検出腕８５３の両側面に配置されている。
ここで、検出腕８５２の表面の第１検出接地電極８８６は、実施形態１と同様、溝８８１の内面にも形成されている。裏面の第１検出接地電極８８６も同様であり、その断面は、図３と同様に、略Ｈ字状の断面形状となっている。検出腕８５３においても同様である。なお、溝８８０，８８１は、上記各実施形態の製造方法を用いて形成されている。

また、駆動腕８５６，８５７，８５８，８５９および検出腕８５２，８５３の先端部には、それぞれ、錘８２が配置されている。

このような振動素子８４は、次のようにして角速度ωｚを検出する。まず、駆動信号電極８８３および駆動接地電極８８４の間に駆動信号を印加すると、駆動腕８５６～８５９が、図９の矢印ｅで示すように屈曲振動する。以下、この駆動モードを駆動振動モードと言う。そして、駆動振動モードで駆動している状態で、振動素子８４に角速度ωｚが加わると、検出振動モードが新たに励振される。検出振動モードでは、駆動腕８５６～８５９にコリオリの力が作用して矢印ｆに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応して、検出腕８５２、８５３に矢印ｇに示す方向に屈曲振動による検出振動が生じる。このような検出振動モードによって検出腕８５２に発生した電荷を第１検出信号電極８８５および第１検出接地電極８８６の間から第１検出信号として取り出し、検出腕８５３に発生した電荷を第２検出信号電極８８７および第２検出接地電極８８８の間から第２検出信号として取り出し、これら第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｚを検出することができる。

以上述べた通り、本実施形態の振動素子８４、及びその製造方法によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
振動素子８４の溝８８０，８８１は、上記各実施形態の製造方法を用いて形成されている。よって、有底の溝８８０，８８１と駆動腕８５６，８５７，８５８，８５９および検出腕８５２，８５３の外形とをドライエッチングで同時加工することができ、製造工程の簡素化、振動特性の向上が図ることができる。さらに、特性バラツキの少ない振動素子８４を得ることができる。

１…振動デバイス、４…振動素子、５…振動素子、６…回路素子、７…水晶基板、７ａ…表面、７ｂ…裏面、４２…基部、４３，４４…振動腕、４３ｂ…底部、４４ｂ…底部、５３，５４…振動腕、５３ｂ…底部、５４ｂ…底部、７３，７６…メタルマスク、８１…振動体、８２…錘、８４…振動素子、４３２，４３３，４４２，４４３…溝、８５１…基部、８５２，８５３…検出腕、８５４，８５５…連結腕、８５６，８５７，８５８，８５９…駆動腕、８８０，８８１…溝。

Claims (5)

1. 基部と、前記基部から第１方向に沿って延出し、前記第１方向と交差する第２方向に沿って並ぶ第１振動腕および第２振動腕と、を備え、前記第１振動腕の両主面および前記第２振動腕の両主面に有底の溝を有する振動素子の製造方法であって、
   水晶基板を用意する準備工程と、
   前記水晶基板の、前記溝が形成される領域である溝領域を除いて、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記保護膜を介して前記水晶基板をドライエッチングし、前記溝を形成するドライエッチング工程と、を含み、
   前記第１振動腕および前記第２振動腕のうち少なくともいずれか一方に設けられた前記溝は、前記第２方向に沿って並ぶ第１溝および第２溝を有する、振動素子の製造方法。
2. 前記ドライエッチング工程は、前記水晶基板の一方の主面に前記溝を形成する第１ドライエッチング工程と、前記水晶基板の他方の主面に前記溝を形成する第２ドライエッチング工程と、を含む、
   請求項１に記載の振動素子の製造方法。
3. 前記保護膜形成工程では、前記溝領域と、前記第１振動腕が形成される第１領域と前記第２振動腕が形成される第２領域との間の領域である腕間領域と、を除いて、保護膜を形成し、
   前記ドライエッチング工程では、前記溝と、前記第１振動腕および前記第２振動腕を含む振動腕外形とを同時形成する、
   請求項２に記載の振動素子の製造方法。
4. 前記第１ドライエッチング工程では、前記一方の主面への前記溝の形成と同時に、前記振動腕の外形を形成し、
   前記第２ドライエッチング工程では、前記他方の主面への前記溝の形成と同時に、前記振動腕外形を形成する、
   請求項２または３に記載の振動素子の製造方法。
5. 前記第１ドライエッチング工程、及び、前記第２ドライエッチング工程において、
   エッチングガスとしてＣＨＦ₃を用いる、
   請求項２～４のいずれか一項に記載の振動素子の製造方法。

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