JP2022130274A - Method for manufacturing vibration element - Google Patents
Method for manufacturing vibration element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022130274A JP2022130274A JP2021137808A JP2021137808A JP2022130274A JP 2022130274 A JP2022130274 A JP 2022130274A JP 2021137808 A JP2021137808 A JP 2021137808A JP 2021137808 A JP2021137808 A JP 2021137808A JP 2022130274 A JP2022130274 A JP 2022130274A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating
- groove
- dry etching
- arm
- protective film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、振動素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a vibrating element.
特許文献1には、溝が形成された一対の振動腕を有する振動素子をドライエッチングにより形成する振動素子の製造方法が記載されている。この製造方法では、一対の振動腕の間の幅に対して溝の幅を狭くすることにより、マイクロローディング効果を用いて一対の振動腕の間のエッチング深さに対して溝のエッチング深さを浅くし、振動素子の溝と外形形状とを一括して形成している。
しかしながら、特許文献1の振動素子の製造方法では、ドライエッチング時間がばらついてしまうと、溝の深さがばらつき、それに伴って振動素子の振動特性がばらつくという課題がある。
However, in the manufacturing method of the vibrating element of
本発明の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振動腕および前記第2振動腕は、それぞれ、前記第1方向および前記第2方向に交差する第3方向に並んで配置され、表裏関係にある第1面および第2面と、前記第1面に開口する有底の第1溝と、前記第2面に開口する有底の第2溝と、を有する振動素子の製造方法であって、
前記第1面および前記第2面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記第1面に、前記第1溝が形成される第1溝形成領域と、前記第1振動腕が形成される第1振動腕形成領域および前記第2振動腕が形成される第2振動腕形成領域の間に位置する腕間領域と、を除いて第1保護膜を形成する第1保護膜形成工程と、
前記第1保護膜を介して前記水晶基板を前記第1面側からドライエッチングし、前記第1面に前記第1溝と前記第1振動腕および前記第2振動腕の外形とを形成する第1ドライエッチング工程と、
前記水晶基板の前記第2面に、前記第2溝が形成される第2溝形成領域と、前記腕間領域と、を除いて第2保護膜を形成する第2保護膜形成工程と、
前記第2保護膜を介して前記水晶基板を前記第2面側からドライエッチングし、前記第2面に前記第2溝と前記第1振動腕および前記第2振動腕の外形とを形成する第2ドライエッチング工程と、を含み、
前記第1ドライエッチング工程で形成される前記第1溝の深さおよび前記第2ドライエッチング工程で形成される前記第2溝の深さをそれぞれWaとし、
前記第1ドライエッチング工程で形成される前記外形の深さおよび前記第2ドライエッチング工程で形成される前記外形の深さをそれぞれAaとしたとき、
前記第1ドライエッチング工程および前記第2ドライエッチング工程の少なくとも一方において、Wa/Aa<1を満たす。
A method for manufacturing a vibrating element of the present invention comprises: a base;
a first vibrating arm and a second vibrating arm extending from the base along a first direction and arranged along a second direction intersecting the first direction;
The first vibrating arm and the second vibrating arm are respectively arranged side by side in a third direction that intersects the first direction and the second direction, and have a front-to-back relationship with a first surface and a second surface; A method for manufacturing a vibrating element having a bottomed first groove opening on a first surface and a bottomed second groove opening on the second surface,
a preparation step of preparing a crystal substrate having the first surface and the second surface;
A first groove forming region in which the first groove is formed, a first vibrating arm forming region in which the first vibrating arm is formed, and the second vibrating arm are formed on the first surface of the crystal substrate. a first protective film forming step of forming the first protective film except for the arm region located between the second vibrating arm forming regions;
The crystal substrate is dry-etched from the first surface side through the first protective film to form the first groove and the outlines of the first and second vibrating arms on the first surface. 1 dry etching step;
a second protective film forming step of forming a second protective film on the second surface of the quartz substrate except for the second groove forming region where the second groove is formed and the inter-arm region;
dry-etching the crystal substrate from the second surface side through the second protective film to form the second groove and outlines of the first vibrating arm and the second vibrating arm on the second surface; 2 a dry etching step;
Let Wa be the depth of the first groove formed in the first dry etching step and the depth of the second groove formed in the second dry etching step, respectively;
When the depth of the outer shape formed in the first dry etching step and the depth of the outer shape formed in the second dry etching step are Aa,
At least one of the first dry etching step and the second dry etching step satisfies Wa/Aa<1.
以下、本発明の振動素子の製造方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a vibrating element of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図1は、本発明の好適な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の振動素子の製造工程を示す図である。図4ないし図10は、それぞれ、図1の製造方法を説明するための断面図である。図11は、エッチング時間を異ならせた場合のW/AとWa/Aaとの関係を示すグラフである。図12は、反応ガスを異ならせた場合のW/AとWa/Aaとの関係を示すグラフである。図13は、Wa/AaとCI値との関係を示すグラフである。図14は、振動素子の変形例を示す平面図である。図15は、図14中のA2-A2線断面図である。図16は、振動素子の変形例を示す平面図である。図17は、図16中のA3-A3線断面図である。図18は、振動素子の変形例を示す平面図である。図19は、図18中のA4-A4線断面図である。図20は、図18中のA5-A5線断面図である。図21は、振動素子の変形例を示す平面図である。図22は、図21中のA6-A6線断面図である。図23は、図21中のA7-A7線断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a vibrating element according to a preferred embodiment of the invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 3A and 3B are diagrams showing a manufacturing process of the vibrating element of FIG. 1. FIG. 4 to 10 are cross-sectional views for explaining the manufacturing method of FIG. 1, respectively. FIG. 11 is a graph showing the relationship between W/A and Wa/Aa for different etching times. FIG. 12 is a graph showing the relationship between W/A and Wa/Aa when different reaction gases are used. FIG. 13 is a graph showing the relationship between Wa/Aa and CI value. FIG. 14 is a plan view showing a modification of the vibrating element. 15 is a cross-sectional view taken along the line A2-A2 in FIG. 14. FIG. FIG. 16 is a plan view showing a modification of the vibrating element. 17 is a cross-sectional view taken along the line A3-A3 in FIG. 16. FIG. FIG. 18 is a plan view showing a modification of the vibrating element. 19 is a cross-sectional view taken along the line A4-A4 in FIG. 18. FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line A5-A5 in FIG. 18. FIG. FIG. 21 is a plan view showing a modification of the vibrating element. 22 is a cross-sectional view taken along line A6-A6 in FIG. 21. FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line A7-A7 in FIG. 21. FIG.
なお、説明の便宜上、図3、図11ないし図13を除く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、X軸に沿う方向をX軸方向(第2方向)とも言い、Y軸に沿う方向をY軸方向(第1方向)とも言い、Z軸に沿う方向をZ軸方向(第3方向)とも言う。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。 For convenience of explanation, three axes orthogonal to each other, the X-axis, the Y-axis and the Z-axis, are shown in each figure except FIG. 3 and FIGS. The direction along the X-axis is also called the X-axis direction (second direction), the direction along the Y-axis is also called the Y-axis direction (first direction), and the direction along the Z-axis is also called the Z-axis direction (third direction). Also say. Also, the arrow side of each axis is also called the plus side, and the opposite side is also called the minus side. Also, the positive side in the Z-axis direction is also called "upper", and the negative side is also called "lower". A plan view from the Z-axis direction is also simply referred to as a “plan view”. Also, the X-axis, Y-axis and Z-axis correspond to the crystal axes of quartz, as will be described later.
振動素子1の製造方法を説明するのに先立ち、図1および図2に基づいて振動素子1の構成を説明する。振動素子1は、音叉型の振動素子であり、振動基板2と、振動基板2の表面に形成された電極3と、を有する。
Prior to explaining the manufacturing method of the
振動基板2は、Zカットの水晶基板(Zカット水晶板)を所望形状にパターニングすることにより形成され、水晶の結晶軸であるX軸およびY軸で規定されるX-Y平面に広がりを有し、Z軸方向に厚みを有する。X軸は、電気軸とも呼ばれ、Y軸は、機械軸とも呼ばれ、Z軸は、光軸とも呼ばれる。
The vibrating
振動基板2は、板状をなし、互いに表裏関係にありZ軸方向に並んで配置された第1面2Aおよび第2面2Bを有する。また、振動基板2は、基部21と、基部21からY軸方向に沿って延出し、X軸方向に沿って並ぶ第1振動腕22および第2振動腕23と、を有する。
The vibrating
第1振動腕22は、第1面2Aに開口する有底の第1溝221と、第2面2Bに開口する有底の第2溝222と、を有する。同様に、第2振動腕23は、第1面2Aに開口する有底の第1溝231と、第2面2Bに開口する有底の第2溝232と、を有する。これら各溝221、222、231、232は、それぞれ、Y軸方向に沿って延在している。したがって、第1、第2振動腕22、23は、それぞれ、略H状の横断面形状を有する。これにより、熱弾性損失が低減され、優れた振動特性を有する振動素子1となる。
The first vibrating
電極3は、信号電極31と、接地電極32と、を有する。信号電極31は、第1振動腕22の第1面2Aおよび第2面2Bと第2振動腕23の両側面とに配置されている。一方、接地電極32は、第1振動腕22の両側面と第2振動腕23の第1面2Aおよび第2面2Bとに配置されている。接地電極32を接地した状態で信号電極31に駆動信号を印加すると、図1中の矢印で示すように、第1振動腕22および第2振動腕23が接近、離間を繰り返すようにしてX軸方向に屈曲振動する。
The electrode 3 has a
以上、振動素子1について簡単に説明した。次に、振動素子1の製造方法について説明する。図3に示すように、振動素子1の製造方法は、振動基板2の母材である水晶基板20を準備する準備工程S1と、水晶基板20の第1面2Aに第1保護膜5を形成する第1保護膜形成工程S2と、第1保護膜5を介して水晶基板20を第1面2A側からドライエッチングする第1ドライエッチング工程S3と、水晶基板20の第2面2Bに第2保護膜6を形成する第2保護膜形成工程S4と、第2保護膜6を介して水晶基板20を第2面2B側からドライエッチングする第2ドライエッチング工程S5と、以上の工程により得られた振動基板2の表面に電極3を形成する電極形成工程S6と、を含む。以下、これら各工程について順に説明する。
The
≪準備工程S1≫
図4に示すように、振動基板2の母材である水晶基板20を準備する。水晶基板20は、CMP(化学的機械研磨)等により所望の厚さに整えられており、十分に平滑な第1面2Aおよび第2面2Bを有する。水晶基板20からは、複数の振動素子1が一括形成される。
<<Preparation step S1>>
As shown in FIG. 4, a
≪第1保護膜形成工程S2≫
図5に示すように、水晶基板20の第1面2Aおよび第2面2Bに金属膜M1、M2を成膜する。次に、金属膜M1上に第1レジスト膜R1を成膜し、成膜した第1レジスト膜R1をパターニングする。次に、第1レジスト膜R1の開口部に第1保護膜5を成膜し、その後、第1レジスト膜R1を除去する。これにより、図6のようになる。第1保護膜5としては、エッチング耐性を有していれば、特に限定されないが、ニッケルマスク等の各種メタルマスクを用いることができる。
<<First protective film forming step S2>>
As shown in FIG. 5, metal films M1 and M2 are formed on the
第1保護膜5は、水晶基板20の除去すべき部分に開口51、52、53を有する。これらのうち、開口51は、第1溝221、231が形成される第1溝形成領域Q1と重なる。開口52は、第1振動腕22が形成される第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕23が形成される第2振動腕形成領域Q3の間に位置する腕間領域Q4と重なる。開口53は、隣り合う振動基板2同士の間に位置する素子間領域Q5と重なる。つまり、第1保護膜5は、溝形成領域Q1と、腕間領域Q4と、素子間領域Q5と、を除いて形成されている。
The first
≪第1ドライエッチング工程S3≫
図7に示すように、第1保護膜5を介して水晶基板20を第1面2A側からドライエッチングし、第1面2Aに第1溝221、231と振動基板2の外形とを同時に形成する。なお、「同時に形成」とは、1工程において両者を一括して形成することを言う。より詳細には、本工程は、反応性イオンエッチングであり、RIE(リアクティブイオンエッチング)装置を用いて行われる。また、RIE装置に導入される反応ガスとしては、特に限定されないが、例えば、SF6、CF4、C2F4、C2F6、C3F6、C4F8等を用いることができる。
<<First dry etching step S3>>
As shown in FIG. 7, the
本工程は、第1溝221、231が所望の深さとなった時点で終了する。ここで、ドライエッチングにおいては、第1保護膜5のパターン密度が高いほどエッチングレートが低下する「マイクロローディング効果」が知られている。本実施形態においては、第1溝221、231のX軸方向における幅Wと腕間領域Q4のX軸方向における幅Aとを比較するとW<Aである。また、幅Wと素子間領域Q5のX軸方向における幅Bとを比較するとW<Bである。したがって、マイクロローディング効果によって、第1溝形成領域Q1のエッチングレートが腕間領域Q4および素子間領域Q5のエッチングレートよりも低くなる。そのため、本工程終了時点では、第1溝221、231の深さWaは、振動基板2の外形の深さAa、Baよりも浅い。つまり、Wa<Aa(Wa/Aa<1)、Wa<Ba(Wa/Ba<1)である。また、深さAa、Baは、それぞれ、水晶基板20の厚さの半分以上である。すなわち、水晶基板20の厚さをTaとすれば、Aa≧0.5Ta、Ba≧0.5Taである。なお、深さWa、深さAaおよび深さBaは、それぞれ幅W、幅Aおよび幅Bの領域における最深部の深さとして定義される。
This process ends when the
本工程終了後、第1保護膜5および金属膜M1を除去し、水晶基板20の裏面の加工に移る。
After completing this step, the first
≪第2保護膜形成工程S4≫
図8に示すように、金属膜M2上に第2保護膜6を成膜する。第2保護膜6の成膜方法は、前述した第1保護膜5の成膜方法と同様である。第2保護膜6は、水晶基板20の除去すべき部分に開口61、62、63を有する。これらのうち、開口61は、第2溝222、232が形成される第2溝形成領域Q6と重なる。開口62は、腕間領域Q4と重なる。開口63は、素子間領域Q5と重なる。
<<Second protective film forming step S4>>
As shown in FIG. 8, a second
≪第2ドライエッチング工程S5≫
図9に示すように、第2保護膜6を介して水晶基板20を第2面2B側からドライエッチングし、第2面2Bに第2溝222、232と振動基板2の外形とを同時に形成する。本工程は、第1ドライエッチング工程S3と同様に行われる。
<<Second dry etching step S5>>
As shown in FIG. 9, the
本工程は、第2溝222、232が所望の深さとなった時点で終了する。本実施形態においては、第2溝222、232のX軸方向における幅Wと腕間領域Q4のX軸方向における幅Aとを比較するとW<Aである。また、幅Wと素子間領域Q5のX軸方向における幅Bとを比較するとW<Bである。したがって、マイクロローディング効果によって、第2溝形成領域Q6のエッチングレートが腕間領域Q4および素子間領域Q5のエッチングレートよりも低くなる。そのため、第2溝222、232の深さWaは、振動基板2の外形の深さAa、Baよりも浅い。つまり、Wa<Aa(Wa/Aa<1)、Wa<Ba(Wa/Ba<1)である。また、深さAa、Baは、それぞれ、水晶基板20の厚さの半分以上である。すなわち、Aa≧0.5Ta、Ba≧0.5Taである。そのため、腕間領域Q4および素子間領域Q5がそれぞれ貫通する。
This process ends when the
図10に示すように、本工程終了後、第2保護膜6および金属膜M2を除去する。以上により、水晶基板20から複数の振動基板2が一括形成される。
As shown in FIG. 10, after this step is finished, the second
≪電極形成工程S6≫
振動基板2の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をパターニングすることにより、電極3を形成する。
<<Electrode forming step S6>>
A metal film is formed on the surface of the
以上により、振動素子1が得られる。以上のように、ドライエッチングによれば水晶の結晶面の影響を受けずに加工することができるため、優れた寸法精度を実現することができる。また、第1溝221、231および第2溝222、232と振動基板2の外形形状とを一括して形成することにより、振動素子1の製造工程の削減、振動素子1の低コスト化を図ることができる。また、外形形状に対する第1溝221、231および第2溝222、232の位置ずれが阻止され、振動基板2の形成精度が高まる。
As described above, the vibrating
以上、振動素子1の製造方法について説明した。次に、マイクロローディング効果をより確実に発現させるための条件について説明する。図11に、エッチング時間を異ならせた場合のW/AとWa/Aaとの関係を示す。同図から分かるように、各時間ともW/A≦40%以下の領域においてマイクロローディング効果が顕著に発現していることが分かる。
The method for manufacturing the vibrating
また、マイクロローディング効果は、ドライエッチングで用いられる反応ガス種によっても変化する。図12に、互いに異なる3種の一般的な反応ガスを用いた場合のW/AとWa/Aaとの関係を示す。 Also, the microloading effect changes depending on the reactive gas species used in dry etching. FIG. 12 shows the relationship between W/A and Wa/Aa when three different general reaction gases are used.
例えば、反応ガスとして、C2F4、C2F6、C3F6、C4F8のように炭素を多く含むフッ素系のガスを用いると厚い側壁保護膜が得られ、ガス種G3のように傾斜が小さくなる。そのため、幅Wに対して幅Aを小さくした形状でWa/Aaを大きくし易くなり、振動素子1を小型化することができる。例えば、周波数とCI値を設計する際、一定以上の幅Wと深さAaに近い値の深さWaが必要になる場合がある。その際、振動素子1を小型化するには幅Aを小さくする必要があり、このような場合に、C2F4、C2F6、C3F6、C4F8の少なくとも一種が特に有効となる。
For example, if a fluorine-based gas containing a large amount of carbon such as C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6 or C 4 F 8 is used as the reaction gas, a thick side wall protective film can be obtained, and gas type G3 is used. The slope becomes smaller like . Therefore, it becomes easy to increase Wa/Aa with a shape in which the width A is smaller than the width W, and the vibrating
一方、SF6、CF4等の炭素が少ないあるいは炭素を含まないフッ素系のガスを単独または炭素を多く含むフッ素系のガスと組み合わせた場合、側壁保護膜が薄くなり、ガス種G1のように傾斜が大きくなる。そのため、深さAaに対して深さWaを大きく保ちつつ、幅Wに対して幅Aを大きくすることができる。例えば、深さWaを深くしながら、第1、第2振動腕22、23の幅を細くかつ幅Aを大きくしたい場合に、SF6、CF4の少なくとも一種が特に有効となる。
On the other hand, when a fluorine-based gas containing little or no carbon, such as SF 6 or CF 4 , is used alone or in combination with a fluorine-based gas containing a large amount of carbon, the side wall protective film becomes thin, and gas type G1 is used. slope increases. Therefore, it is possible to increase the width A relative to the width W while keeping the depth Wa large relative to the depth Aa. For example, at least one of SF 6 and CF 4 is particularly effective when it is desired to narrow the width of the first and second vibrating
なお、W/A=x、Wa/Aa=yとしたとき、ガス種G1は、下記の式(1)で表され、ガス種G2は、下記の式(2)で表され、ガス種G3は、下記の式(3)で表される。 When W/A=x and Wa/Aa=y, the gas type G1 is represented by the following formula (1), the gas type G2 is represented by the following formula (2), and the gas type G3 is represented by the following formula (3).
図12に示すように、yが式(1)と式(3)との間の領域Pにあれば、つまり、yが下記式(4)、(5)を満たせば、一般的な反応ガスを用いてマイクロローディング効果をより確実に発現させることができる。そのため、振動素子1の製造が容易となり、その製造コストを削減することができる。
As shown in FIG. 12, if y is in the region P between the formulas (1) and (3), that is, if y satisfies the following formulas (4) and (5), a general reaction gas can be used to more reliably develop the microloading effect. Therefore, manufacturing of the vibrating
なお、yが式(4)を満たさない場合、幅Wの変化に対する深さWaの変化が大きくなり、深さWaがばらつくおそれがある。yが式(4)を満たすことにより、それを抑制することができる。また、yが式(5)を満たさない場合、xが大きい領域でyを大きくし難くなり、深さWaが浅くなる。または、深さWaを深くするためには、W=Aに近づける必要が生じ、形状的な制約が生じ易くなる。yが式(5)を満たすことにより、それを抑制することができる。 Note that if y does not satisfy the expression (4), the change in the depth Wa increases with respect to the change in the width W, and the depth Wa may vary. It can be suppressed when y satisfies the formula (4). Moreover, when y does not satisfy the formula (5), it becomes difficult to increase y in a region where x is large, and the depth Wa becomes shallow. Alternatively, in order to increase the depth Wa, it is necessary to approach W=A, which is likely to cause shape restrictions. It can be suppressed when y satisfies the formula (5).
ここで、例えば、幅Wおよび深さWaを一定としたとき、ガス種G2を選択すると、ガス種G1に比べて幅Aを小さくすることができ、振動素子1の小型化を図ることができる。ガス種G3を選択した場合、ガス種G2に比べて幅Aをさらに小さくでき、振動素子1のさらなる小型化を図ることができる。このように、小型化の観点からすれば、領域Pの中でも、さらに、yが式(2)と式(3)との間の領域PPにあることが好ましい。つまり、yが下記式(6)と上記式(5)とを満たすことが好ましい。
Here, for example, when the width W and the depth Wa are constant, if the gas type G2 is selected, the width A can be made smaller than the gas type G1, and the size of the
図13に、第1溝221、231および第2溝222、232を形成した際の振動素子1のCI値の改善効果を示す。同図から、Wa/Aa≧0.2とすることが好ましい。なお、本実施形態では、マイクロローディング効果を利用するため、Wa/Aa<1である。これにより、第1溝221、231および第2溝222、232を形成しない場合と比べてCI値を3割以下に低減することができる。そのため、優れた振動特性を有する振動素子1を製造することができる。さらに、Wa/Aa≧0.4とすることが好ましく、これにより、第1溝221、231および第2溝222、232を形成しない場合と比べてCI値を1割以下に低減することができる。
FIG. 13 shows the effect of improving the CI value of the vibrating
以上、振動素子1の製造方法について説明した。振動素子1の製造方法は、前述したように、基部21と、基部21から第1方向であるY軸方向に沿って延出し、Y軸方向と交差する第2方向であるX軸方向に沿って並ぶ第1振動腕22および第2振動腕23と、を備え、第1振動腕22および第2振動腕23は、それぞれ、Y軸方向およびX軸方向に交差するZ軸方向に並んで配置され、表裏関係にある第1面2Aおよび第2面2Bと、第1面2Aに開口する有底の第1溝221、231と、第2面2Bに開口する有底の第2溝222、232と、を有する振動素子1の製造方法であって、第1面2Aおよび第2面2Bを有する水晶基板20を準備する準備工程S1と、水晶基板20の第1面2Aに、第1溝221、231が形成される第1溝形成領域Q1と、第1振動腕22が形成される第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕23が形成される第2振動腕形成領域Q3の間に位置する腕間領域Q4と、を除いて第1保護膜5を形成する第1保護膜形成工程S2と、第1保護膜5を介して水晶基板20を第1面2A側からドライエッチングし、第1面2Aに第1溝221、231と第1振動腕22および第2振動腕23の外形とを形成する第1ドライエッチング工程S3と、水晶基板20の第2面2Bに、第2溝222、232が形成される第2溝形成領域Q6と、腕間領域Q4と、を除いて第2保護膜6を形成する第2保護膜形成工程S4と、第2保護膜6を介して水晶基板20を第2面2B側からドライエッチングし、第2面2Bに第2溝222、232と第1振動腕22および第2振動腕23の外形とを形成する第2ドライエッチング工程S5と、を含む。そして、第1ドライエッチング工程S3で形成される第1溝221、231の深さおよび第2ドライエッチング工程S5で形成される第2溝222、232の深さをそれぞれWaとし、第1ドライエッチング工程S3で形成される外形の深さおよび第2ドライエッチング工程S5で形成される外形の深さをそれぞれAaとしたとき、第1ドライエッチング工程S3および第2ドライエッチング工程S5の少なくとも一方において、Wa/Aa<1を満たす。このような製造方法によれば、第1溝221、231および第2溝222、232と振動基板2の外形形状とを一括して形成することができる。そのため、振動素子1の製造工程の削減、振動素子1の低コスト化を図ることができる。また、外形形状に対する第1溝221、231および第2溝222、232の位置ずれが阻止され、振動基板2の形成精度が高まる。
The method for manufacturing the vibrating
また、前述したように、振動素子1の製造方法では、Wa/Aa≧0.2を満たすことが好ましい。これにより、第1溝221、231および第2溝222、232を形成しない場合と比べてCI値を3割以下に低減することができる。そのため、優れた振動特性を有する振動素子1を製造することができる。
Further, as described above, in the method for manufacturing the
また、前述したように、振動素子1の製造方法では、第1溝221、231および第2溝222、232のX軸方向に沿う方向の幅をWとし、腕間領域Q4のX軸方向に沿う方向の幅をAとし、W/A=xとし、Wa/Aa=yとしたとき、上述した式(4)を満たすことが好ましい。これにより、一般的な反応ガスを用いてマイクロローディング効果をより確実に発現させることができる。そのため、振動素子1の製造が容易となり、その製造コストを削減することができる。なお、yが式(4)を満たさない場合、幅Wの変化に対する深さWaの変化が大きくなり、深さWaがばらつくおそれがある。yが式(4)を満たすことにより、それを抑制することができる。
Further, as described above, in the method of manufacturing the
また、前述したように、振動素子1の製造方法では、上述した式(5)を満たすことが好ましい。これにより、一般的な反応ガスを用いてマイクロローディング効果をより確実に発現させることができる。そのため、振動素子1の製造が容易となり、その製造コストを削減することができる。なお、yが式(5)を満たさない場合、xが大きい領域でyを大きくし難くなり、深さWaが浅くなる。または、深さWaを深くするためには、W=Aに近づける必要が生じ、形状的な制約が生じ易くなる。yが式(5)を満たすことにより、それを抑制することができる。
Moreover, as described above, in the method for manufacturing the vibrating
また、前述したように、振動素子1の製造方法では、第1ドライエッチング工程S3および第2ドライエッチング工程S5では、反応ガスとしてC2F4、C2F6、C3F6、C4F8のうちの少なくとも1つを用いることが好ましい。これにより、幅Wに対して幅Aを小さくした形状でWa/Aaを大きくし易くなり、振動素子1を小型化することができる。
Further, as described above, in the method for manufacturing the
また、前述したように、振動素子1の製造方法では、第1ドライエッチング工程S3および第2ドライエッチング工程S5では、反応ガスとしてCF4、SF6のうちの少なくとも1つを用いることが好ましい。これにより、深さAaに対して深さWaを大きく保ちつつ、幅Wに対して幅Aを大きくすることができる。そのため、例えば、深さWaを深くしながら、第1、第2振動腕22、23の幅を細くかつ幅Aを大きくすることができる。
Further, as described above, in the method for manufacturing the vibration element 1 , it is preferable to use at least one of CF4 and SF6 as the reaction gas in the first dry etching step S3 and the second dry etching step S5. This makes it possible to increase the width A relative to the width W while keeping the depth Wa large relative to the depth Aa. Therefore, for example, while increasing the depth Wa, the widths of the first and second vibrating
以上、本発明の振動素子の製造方法について図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 Although the method of manufacturing a vibrating element according to the present invention has been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part may be any configuration having similar functions. can be replaced. Also, other optional components may be added to the present invention. Further, each embodiment may be combined as appropriate.
例えば、上述した実施形態では、第1ドライエッチング工程S3および第2ドライエッチング工程S5のそれぞれでWa/Aa<1を満たしているが、これに限定されず、これらのうちの少なくとも一方でWa/Aa<1を満たしていればよい。 For example, in the above-described embodiment, Wa/Aa<1 is satisfied in each of the first dry etching step S3 and the second dry etching step S5. It suffices if Aa<1 is satisfied.
また、本発明の振動素子の製造方法で製造される振動素子は、特に限定されず、例えば、図14および図15に示すような振動素子1Aであってもよい。振動素子1Aでは、第1振動腕22の第1面2Aに一対の第1溝221がX軸方向に並んで形成され、第2面2Bに一対の第2溝222がX軸方向に並んで形成され、同様に、第2振動腕23の第1面2Aに一対の第1溝231がX軸方向に並んで形成され、第2面2Bに一対の第2溝232がX軸方向に並んで形成されている。なお、このような構成では、複数の溝が並ぶため、各溝の幅Wが細くなり易い。そこで、第1、第2ドライエッチング工程S3、S5において反応ガスとしてSF6、CF4の少なくとも一種を用いることが好ましい。これにより、各溝を深く形成できCI値を下げることができる。
Further, the vibrating element manufactured by the vibrating element manufacturing method of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, a vibrating
また、振動素子は、図16および図17に示すような双音叉型振動素子7であってもよい。なお、図16および図17では、電極の図示を省略している。双音叉型振動素子7は、一対の基部711、712と、基部711、712を連結する第1振動腕72および第2振動腕73と、を有する。また、第1、第2振動腕72、73は、第1面7Aに開口する有底の第1溝721、731と、第2面7Bに開口する有底の第2溝722、732と、を有する。
Also, the vibrating element may be a double tuning fork
また、例えば、振動素子は、図18ないし図20に示すようなジャイロ振動素子8であってもよい。なお、図18ないし図20では、電極の図示を省略している。ジャイロ振動素子8は、基部81と、基部81からY軸方向両側に延出する一対の検出振動腕82、83と、基部81からX軸方向両側に延出する一対の連結腕84、85と、連結腕84の先端部からY軸方向両側に延出する駆動振動腕86、87と、連結腕85の先端部からY軸方向両側に延出する駆動振動腕88、89と、を有する。このようなジャイロ振動素子8においては、駆動振動腕86、87、88、89を図18中の矢印SD方向に屈曲振動させている状態でZ軸まわりの角速度ωzが作用すると、コリオリの力によって検出振動腕82、83に矢印SS方向への屈曲振動が新たに励振され、当該屈曲振動により検出振動腕82、83から出力される電荷に基づいて角速度ωzを検出する。
Further, for example, the vibration element may be a gyro vibration element 8 as shown in FIGS. 18 to 20. FIG. 18 to 20, illustration of electrodes is omitted. The gyro vibration element 8 includes a
また、検出振動腕82、83は、第1面8Aに開口する有底の第1溝821、831と、第2面8Bに開口する有底の第2溝822、832と、を有する。また、駆動振動腕86、87、88、89は、第1面8Aに開口する有底の第1溝861、871、881、891と、第2面8Bに開口する有底の第2溝862、872、882、892と、を有する。このようなジャイロ振動素子8においては、例えば、検出振動腕82と駆動振動腕86、検出振動腕82と駆動振動腕88、検出振動腕83と駆動振動腕87、検出振動腕83と駆動振動腕89等、X軸方向に隣り合う一対の振動腕を第1振動腕および第2振動腕とすることができる。
Further, the
なお、ジャイロ振動素子8の場合、その構造的に腕間領域Q4を大きくする必要がある。このような場合、上記式(2)と式(3)との間の領域では深さWaが浅くなり感度低下を招くおそれがある。そこで、上記式(1)と式(2)との間の領域を用いることが好ましい。 In addition, in the case of the gyro vibration element 8, it is necessary to increase the area Q4 between the arms due to its structure. In such a case, the depth Wa becomes shallow in the region between the above formulas (2) and (3), which may lead to a decrease in sensitivity. Therefore, it is preferable to use the region between the above formulas (1) and (2).
また、例えば、振動素子は、図21ないし図23に示すようなジャイロ振動素子9であってもよい。ジャイロ振動素子9は、基部91と、基部91からY軸方向プラス側に延出し、X軸方向に並ぶ一対の駆動振動腕92、93と、基部91からY軸方向マイナス側に延出し、X軸方向に並ぶ一対の検出振動腕94、95と、を有する。このようなジャイロ振動素子9においては、駆動振動腕92、93を図21中の矢印SD方向に屈曲振動させている状態でY軸まわりの角速度ωyが作用すると、コリオリの力によって、検出振動腕94、95に矢印SS方向への屈曲振動が新たに励振され、当該屈曲振動により検出振動腕94、95から出力される電荷に基づいて角速度ωyを検出する。
Further, for example, the vibration element may be a
また、駆動振動腕92、93は、第1面9Aに開口する有底の第1溝921、931と、第2面9Bに開口する有底の第2溝922、932と、を有する。また、検出振動腕94、95は、第1面9Aに開口する有底の第1溝941、951と、第2面9Bに開口する有底の第2溝942、952と、を有する。このようなジャイロ振動素子9においては、駆動振動腕92、93または検出振動腕94、95が第1振動腕および第2振動腕となる。
Further, the
1…振動素子、1A…振動素子、2…振動基板、2A…第1面、2B…第2面、20…水晶基板、21…基部、22…第1振動腕、221…第1溝、222…第2溝、23…第2振動腕、231…第1溝、232…第2溝、3…電極、31…信号電極、32…接地電極、5…第1保護膜、51…開口、52…開口、53…開口、6…第2保護膜、61…開口、62…開口、63…開口、7…双音叉型振動素子、7A…第1面、7B…第2面、711…基部、712…基部、72…第1振動腕、721…第1溝、722…第2溝、73…第2振動腕、731…第1溝、732…第2溝、8…ジャイロ振動素子、8A…第1面、8B…第2面、81…基部、82…検出振動腕、821…第1溝、822…第2溝、83…検出振動腕、831…第1溝、832…第2溝、84…連結腕、85…連結腕、86…駆動振動腕、861…第1溝、862…第2溝、87…駆動振動腕、871…第1溝、872…第2溝、88…駆動振動腕、881…第1溝、882…第2溝、89…駆動振動腕、891…第1溝、892…第2溝、9…ジャイロ振動素子、9A…第1面、9B…第2面、91…基部、92…駆動振動腕、921…第1溝、922…第2溝、93…駆動振動腕、931…第1溝、932…第2溝、94…検出振動腕、941…第1溝、942…第2溝、95…検出振動腕、951…第1溝、952…第2溝、A…幅、Aa…深さ、B…幅、Ba…深さ、G1…ガス種、G2…ガス種、G3…ガス種、M1…金属膜、M2…金属膜、P…領域、PP…領域、Q1…第1溝形成領域、Q2…第1振動腕形成領域、Q3…第2振動腕形成領域、Q4…腕間領域、Q5…素子間領域、Q6…第2溝形成領域、R1…第1レジスト膜、S1…準備工程、S2…第1保護膜形成工程、S3…第1ドライエッチング工程、S4…第2保護膜形成工程、S5…第2ドライエッチング工程、S6…電極形成工程、SD…矢印、SS…矢印、Ta…厚さ、W…幅、Wa…深さ、ωy…角速度、ωz…角速度
Claims (6)
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振動腕および前記第2振動腕は、それぞれ、前記第1方向および前記第2方向に交差する第3方向に並んで配置され、表裏関係にある第1面および第2面と、前記第1面に開口する有底の第1溝と、前記第2面に開口する有底の第2溝と、を有する振動素子の製造方法であって、
前記第1面および前記第2面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記第1面に、前記第1溝が形成される第1溝形成領域と、前記第1振動腕が形成される第1振動腕形成領域および前記第2振動腕が形成される第2振動腕形成領域の間に位置する腕間領域と、を除いて第1保護膜を形成する第1保護膜形成工程と、
前記第1保護膜を介して前記水晶基板を前記第1面側からドライエッチングし、前記第1面に前記第1溝と前記第1振動腕および前記第2振動腕の外形とを形成する第1ドライエッチング工程と、
前記水晶基板の前記第2面に、前記第2溝が形成される第2溝形成領域と、前記腕間領域と、を除いて第2保護膜を形成する第2保護膜形成工程と、
前記第2保護膜を介して前記水晶基板を前記第2面側からドライエッチングし、前記第2面に前記第2溝と前記第1振動腕および前記第2振動腕の外形とを形成する第2ドライエッチング工程と、を含み、
前記第1ドライエッチング工程で形成される前記第1溝の深さおよび前記第2ドライエッチング工程で形成される前記第2溝の深さをそれぞれWaとし、
前記第1ドライエッチング工程で形成される前記外形の深さおよび前記第2ドライエッチング工程で形成される前記外形の深さをそれぞれAaとしたとき、
前記第1ドライエッチング工程および前記第2ドライエッチング工程の少なくとも一方において、Wa/Aa<1を満たすことを特徴とする振動素子の製造方法。 a base;
a first vibrating arm and a second vibrating arm extending from the base along a first direction and arranged along a second direction intersecting the first direction;
The first vibrating arm and the second vibrating arm are respectively arranged side by side in a third direction that intersects the first direction and the second direction, and have a front-to-back relationship with a first surface and a second surface; A method for manufacturing a vibrating element having a bottomed first groove opening on a first surface and a bottomed second groove opening on the second surface,
a preparation step of preparing a crystal substrate having the first surface and the second surface;
A first groove forming region in which the first groove is formed, a first vibrating arm forming region in which the first vibrating arm is formed, and the second vibrating arm are formed on the first surface of the crystal substrate. a first protective film forming step of forming the first protective film except for the arm region located between the second vibrating arm forming regions;
The crystal substrate is dry-etched from the first surface side through the first protective film to form the first groove and the outlines of the first and second vibrating arms on the first surface. 1 dry etching step;
a second protective film forming step of forming a second protective film on the second surface of the quartz substrate except for the second groove forming region where the second groove is formed and the inter-arm region;
dry-etching the crystal substrate from the second surface side through the second protective film to form the second groove and outlines of the first vibrating arm and the second vibrating arm on the second surface; 2 a dry etching step;
Let Wa be the depth of the first groove formed in the first dry etching step and the depth of the second groove formed in the second dry etching step, respectively;
When the depth of the outer shape formed in the first dry etching step and the depth of the outer shape formed in the second dry etching step are Aa,
A method for manufacturing a vibrating element, wherein Wa/Aa<1 is satisfied in at least one of the first dry etching step and the second dry etching step.
前記腕間領域の前記第2方向に沿う方向の幅をAとし、
W/A=xとし、
Wa/Aa=yとしたとき、下記式を満たす請求項1または2に記載の振動素子の製造方法。
Let A be the width of the inter-arm region in the second direction,
Let W/A=x,
3. The method for manufacturing a vibrating element according to claim 1, wherein the following formula is satisfied when Wa/Aa=y.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210161338.XA CN114978079A (en) | 2021-02-25 | 2022-02-22 | Method for manufacturing vibrating element |
US17/679,280 US20220271725A1 (en) | 2021-02-25 | 2022-02-24 | Method For Manufacturing Vibration Element |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021028273 | 2021-02-25 | ||
JP2021028273 | 2021-02-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022130274A true JP2022130274A (en) | 2022-09-06 |
Family
ID=83150893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021137808A Pending JP2022130274A (en) | 2021-02-25 | 2021-08-26 | Method for manufacturing vibration element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022130274A (en) |
-
2021
- 2021-08-26 JP JP2021137808A patent/JP2022130274A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4593203B2 (en) | Tuning fork crystal unit and method for manufacturing the same | |
JP2011217040A (en) | Method of manufacturing tuning fork type quartz piece | |
JP2010226639A (en) | Crystal vibrator, and method of manufacturing the crystal vibrator | |
JP2022130274A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2022130275A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023013474A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023072793A (en) | Manufacturing method for vibration element | |
JP6483371B2 (en) | Crystal resonator element and crystal resonator element | |
JP2007013382A (en) | Manufacturing method of piezoelectric resonator piece, and piezoelectric resonator piece | |
US20220271735A1 (en) | Method For Manufacturing Vibration Element | |
CN114978079A (en) | Method for manufacturing vibrating element | |
JP2011217039A (en) | Method of manufacturing tuning fork type quartz piece | |
JP2023062806A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
US8258676B2 (en) | Crystal device and method for manufacturing crystal device | |
JP2009105509A (en) | Method of manufacturing face crystal oscillator piece | |
JP2023062805A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023048349A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023048348A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023065836A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023065838A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023082271A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2023085722A (en) | Manufacturing method of vibration element | |
JP7054177B2 (en) | Quartz device and its manufacturing method | |
CN117792314A (en) | Method for manufacturing vibration element | |
JP2007166242A (en) | Manufacturing method of crystal blank, and crystal device using this crystal blank |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20210915 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20211104 |