JP2022130274A - Method for manufacturing vibration element - Google Patents

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日和 坂田
Hiyori Sakata
琢郎 小林
Takuro Kobayashi
竜太 西澤
Ryuta Nishizawa
茂 白石
Shigeru Shiraishi
啓一 山口
Keiichi Yamaguchi
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Abstract

To provide a method for manufacturing a vibration element that can prevent a variation in depths of grooves.SOLUTION: A method for manufacturing a vibration element includes: a first protective film forming step of forming a first protective film on a first surface of a crystal substrate; a first dry etching step of performing dry etching on the crystal substrate from the first surface side with the first protective film therebetween to form a first groove and contours of a first vibration arm and a second vibration arm in the first surface; a second protective film forming step of forming a second protective film on a second surface of the crystal substrate; and a second dry etching step of performing dry etching on the crystal substrate from the second surface side with the second protective film therebetween to form a second groove and the contours of the first vibration arm and the second vibration arm in the second surface. When the depth of the first and second grooves formed in the first and second dry etching steps is Wa, and the depth of the contours formed in the first and second dry etching steps is Aa, in at least one of the first and second dry etching steps, Wa/Aa<1 is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 3

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。 Patent Document 1 describes a method for manufacturing a vibrating element in which a vibrating element having a pair of vibrating arms with grooves is formed by dry etching. In this manufacturing method, by narrowing the width of the groove with respect to the width between the pair of vibrating arms, the microloading effect is used to increase the etching depth of the groove with respect to the etching depth between the pair of vibrating arms. It is made shallow, and the groove and outer shape of the vibrating element are collectively formed.

特開2007-013382号公報JP 2007-013382 A

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 Patent Document 1, if the dry etching time varies, the depth of the groove varies, which causes the vibration characteristics of the vibrating element to vary.

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.

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。1 is a plan view showing a vibrating element according to a preferred embodiment of the present invention; FIG. 図1中のA1-A1線断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 1; FIG. 図1の振動素子の製造工程を示す図である。1. It is a figure which shows the manufacturing process of the vibration element of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 図1の製造方法を説明するための断面図である。1. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of FIG. 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。5 is a graph showing the relationship between W/A and Wa/Aa with different etching times. 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。5 is a graph showing the relationship between W/A and Wa/Aa when different reaction gases are used; Wa/AaとCI値との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between Wa/Aa and CI value. 振動素子の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the vibrating element; 図14中のA2-A2線断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. 14; 振動素子の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the vibrating element; 図16中のA3-A3線断面図である。17 is a cross-sectional view taken along line A3-A3 in FIG. 16; FIG. 振動素子の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the vibrating element; 図18中のA4-A4線断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line A4-A4 in FIG. 18; 図18中のA5-A5線断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line A5-A5 in FIG. 18; 振動素子の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a modification of the vibrating element; 図21中のA6-A6線断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line A6-A6 in FIG. 21; 図21中のA7-A7線断面図である。FIG. 22 is a sectional view taken along line A7-A7 in FIG. 21;

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 vibration element 1, the configuration of the vibration element 1 will be explained based on FIGS. 1 and 2. FIG. The vibrating element 1 is a tuning-fork type vibrating element, and has a vibrating substrate 2 and an electrode 3 formed on the surface of the vibrating substrate 2 .

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 substrate 2 is formed by patterning a Z-cut crystal substrate (Z-cut crystal plate) into a desired shape, and has an extension in the XY plane defined by the X-axis and Y-axis, which are the crystal axes of crystal. and has a thickness in the Z-axis direction. The X-axis is also called the electrical axis, the Y-axis is also called the mechanical axis, and the Z-axis is also called the optical axis.

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 substrate 2 has a plate-like shape, and has a first surface 2A and a second surface 2B arranged side by side in the Z-axis direction in a front-to-back relationship. Further, the vibration substrate 2 has a base portion 21, and a first vibrating arm 22 and a second vibrating arm 23 extending from the base portion 21 along the Y-axis direction and arranged along the X-axis direction.

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 arm 22 has a bottomed first groove 221 opening on the first surface 2A and a bottomed second groove 222 opening on the second surface 2B. Similarly, the second vibrating arm 23 has a bottomed first groove 231 opening on the first surface 2A and a bottomed second groove 232 opening on the second surface 2B. Each of these grooves 221, 222, 231, 232 extends along the Y-axis direction. Therefore, the first and second vibrating arms 22 and 23 each have a substantially H-shaped cross-sectional shape. As a result, the thermoelastic loss is reduced, and the vibrating element 1 has excellent vibration characteristics.

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 signal electrode 31 and a ground electrode 32 . The signal electrodes 31 are arranged on the first surface 2A and the second surface 2B of the first vibrating arm 22 and both side surfaces of the second vibrating arm 23 . On the other hand, the ground electrodes 32 are arranged on both side surfaces of the first vibrating arm 22 and the first surface 2A and the second surface 2B of the second vibrating arm 23 . When a drive signal is applied to the signal electrode 31 while the ground electrode 32 is grounded, as indicated by the arrows in FIG. Bending vibration in the direction.

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 vibration element 1 has been briefly described above. Next, a method for manufacturing the vibrating element 1 will be described. As shown in FIG. 3, the method of manufacturing the vibrating element 1 comprises a preparation step S1 of preparing a quartz substrate 20 as a base material of the vibrating substrate 2, and forming a first protective film 5 on the first surface 2A of the quartz substrate 20. a first protective film forming step S2 for dry-etching the crystal substrate 20 from the first surface 2A side through the first protective film 5; A second protective film forming step S4 for forming the protective film 6, and a second dry etching step S5 for dry-etching the crystal substrate 20 from the second surface 2B side through the second protective film 6. and an electrode forming step S6 of forming the electrodes 3 on the surface of the vibrating substrate 2 . Each of these steps will be described below in order.

≪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 crystal substrate 20, which is a base material of the vibration substrate 2, is prepared. The crystal substrate 20 is adjusted to a desired thickness by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like, and has a sufficiently smooth first surface 2A and second surface 2B. A plurality of vibrating elements 1 are collectively formed from the crystal substrate 20 .

≪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 first surface 2A and the second surface 2B of the crystal substrate 20. As shown in FIG. Next, a first resist film R1 is formed on the metal film M1, and the formed first resist film R1 is patterned. Next, a first protective film 5 is formed in the opening of the first resist film R1, and then the first resist film R1 is removed. As a result, it becomes as shown in FIG. The first protective film 5 is not particularly limited as long as it has etching resistance, but various metal masks such as a nickel mask can be used.

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 protective film 5 has openings 51, 52 and 53 in portions of the crystal substrate 20 to be removed. Of these, the opening 51 overlaps with the first groove forming region Q1 in which the first grooves 221 and 231 are formed. The opening 52 overlaps the arm-to-arm region Q4 positioned between the first vibrating arm forming region Q2 where the first vibrating arm 22 is formed and the second vibrating arm forming region Q3 where the second vibrating arm 23 is formed. The opening 53 overlaps with the inter-element region Q5 located between the adjacent vibration substrates 2 . That is, the first protective film 5 is formed except for the groove forming region Q1, the inter-arm region Q4, and the inter-element region Q5.

≪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、C24、C26、C36、C48等を用いることができる。
<<First dry etching step S3>>
As shown in FIG. 7, the crystal substrate 20 is dry-etched from the first surface 2A side through the first protective film 5 to simultaneously form the first grooves 221 and 231 and the outline of the vibration substrate 2 on the first surface 2A. do. Note that "simultaneously formed" means that both are collectively formed in one step. More specifically, this step is reactive ion etching and is performed using an RIE (reactive ion etching) apparatus. The reaction gas introduced into the RIE apparatus is not particularly limited, but for example, SF6 , CF4 , C2F4 , C2F6 , C3F6 , C4F8 , etc. can be used. can.

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 first grooves 221 and 231 reach desired depths. Here, in dry etching, a "microloading effect" is known in which the etching rate decreases as the pattern density of the first protective film 5 increases. In the present embodiment, when the width W of the first grooves 221 and 231 in the X-axis direction is compared with the width A of the inter-arm region Q4 in the X-axis direction, W<A. Further, comparing the width W and the width B of the inter-element region Q5 in the X-axis direction, W<B. Therefore, due to the microloading effect, the etching rate of the first groove forming region Q1 becomes lower than the etching rate of the inter-arm region Q4 and the inter-element region Q5. Therefore, the depth Wa of the first grooves 221 and 231 is shallower than the outer depths Aa and Ba of the vibrating substrate 2 at the end of this step. That is, Wa<Aa (Wa/Aa<1) and Wa<Ba (Wa/Ba<1). Also, the depths Aa and Ba are each more than half the thickness of the crystal substrate 20 . That is, if the thickness of the crystal substrate 20 is Ta, then Aa≧0.5Ta and Ba≧0.5Ta. The depth Wa, the depth Aa and the depth Ba are defined as the depth of the deepest part in the regions of width W, width A and width B, respectively.

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 protective film 5 and the metal film M1 are removed, and the back surface of the crystal substrate 20 is processed.

≪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 protective film 6 is formed on the metal film M2. The method for forming the second protective film 6 is the same as the method for forming the first protective film 5 described above. The second protective film 6 has openings 61, 62, 63 in portions of the crystal substrate 20 to be removed. Among these, the opening 61 overlaps with the second groove forming region Q6 in which the second grooves 222 and 232 are formed. The opening 62 overlaps the inter-arm region Q4. The opening 63 overlaps with the inter-element region Q5.

≪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 crystal substrate 20 is dry-etched from the second surface 2B side through the second protective film 6 to simultaneously form the second grooves 222 and 232 and the outline of the vibration substrate 2 on the second surface 2B. do. This step is performed in the same manner as the first dry etching step S3.

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 second grooves 222 and 232 reach desired depths. In the present embodiment, when comparing the width W of the second grooves 222 and 232 in the X-axis direction with the width A of the inter-arm region Q4 in the X-axis direction, W<A. Further, comparing the width W and the width B of the inter-element region Q5 in the X-axis direction, W<B. Therefore, due to the microloading effect, the etching rate of the second groove forming region Q6 is lower than the etching rate of the inter-arm region Q4 and the inter-element region Q5. Therefore, the depth Wa of the second grooves 222 and 232 is shallower than the depths Aa and Ba of the outer shape of the vibration substrate 2 . That is, Wa<Aa (Wa/Aa<1) and Wa<Ba (Wa/Ba<1). Also, the depths Aa and Ba are each more than half the thickness of the crystal substrate 20 . That is, Aa≧0.5Ta and Ba≧0.5Ta. Therefore, the inter-arm region Q4 and the inter-element region Q5 respectively penetrate.

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 protective film 6 and the metal film M2 are removed. As described above, a plurality of vibration substrates 2 are collectively formed from the crystal substrate 20 .

≪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 vibration substrate 2, and the electrode 3 is formed by patterning the metal film.

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 element 1 is obtained. As described above, dry etching enables processing without being affected by crystal planes of quartz crystal, and thus excellent dimensional accuracy can be achieved. Also, by collectively forming the first grooves 221, 231, the second grooves 222, 232, and the outer shape of the vibration substrate 2, the manufacturing process of the vibration element 1 can be reduced and the cost of the vibration element 1 can be reduced. be able to. Further, positional deviation of the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 with respect to the outer shape is prevented, and the formation accuracy of the vibration substrate 2 is improved.

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 element 1 has been described above. Next, the conditions for more reliably expressing the microloading effect will be described. FIG. 11 shows the relationship between W/A and Wa/Aa when the etching time is varied. As can be seen from the figure, the microloading effect is remarkably manifested in the region of W/A≦40% at each time.

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、C24、C26、C36、C48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、C24、C26、C36、C48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 element 1 can be miniaturized. For example, when designing the frequency and the CI value, it may be necessary to have a width W above a certain level and a depth Wa close to the depth Aa. At that time, it is necessary to reduce the width A in order to miniaturize the vibration element 1. In such a case, at least one of C2F4 , C2F6 , C3F6 , and C4F8 is Especially effective.

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 arms 22 and 23 and increase the width A while increasing the depth Wa.

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).

Figure 2022130274000002
Figure 2022130274000002

Figure 2022130274000003
Figure 2022130274000003

Figure 2022130274000004
Figure 2022130274000004

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 element 1 becomes easy, and the manufacturing cost can be reduced.

Figure 2022130274000005
Figure 2022130274000005

Figure 2022130274000006
Figure 2022130274000006

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 vibration element 1 can be reduced. . When the gas type G3 is selected, the width A can be further reduced compared to the gas type G2, and the size of the vibration element 1 can be further reduced. In this way, from the viewpoint of miniaturization, it is preferable that y be in the region PP between the formulas (2) and (3) even in the region P. That is, y preferably satisfies the following formula (6) and the above formula (5).

Figure 2022130274000007
Figure 2022130274000007

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 element 1 when the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 are formed. From the figure, it is preferable to satisfy Wa/Aa≧0.2. Note that, in this embodiment, Wa/Aa<1 in order to utilize the microloading effect. Thereby, the CI value can be reduced to 30% or less compared to the case where the first grooves 221 and 231 and the second grooves 222 and 232 are not formed. Therefore, the vibrating element 1 having excellent vibration characteristics can be manufactured. Furthermore, it is preferable that Wa/Aa≧0.4, whereby the CI value can be reduced to 10% or less compared to the case where the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 are not formed. .

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 element 1 has been described above. As described above, the method for manufacturing the vibrating element 1 includes the base 21 and the X-axis direction extending from the base 21 along the Y-axis direction, which is the first direction, and intersecting the Y-axis direction, which is the second direction. The first vibrating arm 22 and the second vibrating arm 23 are arranged side by side in the Z-axis direction intersecting the Y-axis direction and the X-axis direction, respectively. , a first surface 2A and a second surface 2B that are in a front-back relationship, bottomed first grooves 221 and 231 that open to the first surface 2A, bottomed second grooves 222 that open to the second surface 2B, 232, comprising a preparatory step S1 of preparing a crystal substrate 20 having a first surface 2A and a second surface 2B; Between the first groove forming region Q1 in which 221 and 231 are formed, the first vibrating arm forming region Q2 in which the first vibrating arm 22 is formed, and the second vibrating arm forming region Q3 in which the second vibrating arm 23 is formed a first protective film forming step S2 of forming the first protective film 5 except for the region Q4 between the arms located in the region Q4; , a first dry etching step S3 for forming the first grooves 221 and 231 and the outlines of the first vibrating arms 22 and the second vibrating arms 23 on the first surface 2A; A second protective film forming step S4 of forming the second protective film 6 except for the second groove forming region Q6 where the grooves 222 and 232 are formed and the inter-arm region Q4, and through the second protective film 6 a second dry etching step S5 of dry-etching the crystal substrate 20 from the second surface 2B side to form the second grooves 222 and 232 and the outlines of the first vibrating arms 22 and the second vibrating arms 23 on the second surface 2B; ,including. Then, the depth of the first grooves 221 and 231 formed in the first dry etching step S3 and the depth of the second grooves 222 and 232 formed in the second dry etching step S5 are set to Wa respectively, and the first dry etching When the depth of the contour formed in the step S3 and the depth of the contour formed in the second dry etching step S5 are Aa, respectively, in at least one of the first dry etching step S3 and the second dry etching step S5, Wa/Aa<1 is satisfied. According to such a manufacturing method, the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 and the external shape of the vibration substrate 2 can be formed collectively. Therefore, the manufacturing process of the vibration element 1 can be reduced, and the cost of the vibration element 1 can be reduced. Further, positional deviation of the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 with respect to the outer shape is prevented, and the formation accuracy of the vibration substrate 2 is enhanced.

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 vibration element 1, it is preferable to satisfy Wa/Aa≧0.2. Thereby, the CI value can be reduced to 30% or less compared to the case where the first grooves 221 and 231 and the second grooves 222 and 232 are not formed. Therefore, the vibrating element 1 having excellent vibration characteristics can be manufactured.

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 vibration element 1, the width of the first grooves 221, 231 and the second grooves 222, 232 in the direction along the X-axis direction is W, and the width of the inter-arm region Q4 in the X-axis direction is W. When the width along the direction is A, W/A=x, and Wa/Aa=y, it is preferable to satisfy the above formula (4). As a result, the microloading effect can be developed more reliably using a general reaction gas. Therefore, manufacturing of the vibrating element 1 becomes easy, and the manufacturing cost can be reduced. 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).

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 element 1, it is preferable to satisfy the above-described formula (5). As a result, the microloading effect can be developed more reliably using a general reaction gas. Therefore, manufacturing of the vibrating element 1 becomes easy, and the manufacturing cost can be reduced. If y does not satisfy Expression (5), it becomes difficult to increase y in regions 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).

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C24、C26、C36、C48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 vibration element 1, C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6 and C 4 are used as the reaction gases in the first dry etching step S3 and the second dry etching step S5. It is preferred to use at least one of F8 . As a result, it becomes easy to increase Wa/Aa with a shape in which the width A is smaller than the width W, and the vibrating element 1 can be miniaturized.

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 arms 22 and 23 can be reduced and the width A can be increased.

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 element 1A as shown in FIGS. In the vibrating element 1A, a pair of first grooves 221 are formed on the first surface 2A of the first vibrating arm 22 in the X-axis direction, and a pair of second grooves 222 are formed in the second surface 2B of the vibrating arm 22 in the X-axis direction. Similarly, a pair of first grooves 231 are formed along the X-axis direction on the first surface 2A of the second vibrating arm 23, and a pair of second grooves 232 are formed along the X-axis direction on the second surface 2B. is formed by In such a configuration, since a plurality of grooves are arranged, the width W of each groove tends to be narrow. Therefore, it is preferable to use at least one of SF 6 and CF 4 as the reaction gas in the first and second dry etching steps S3 and S5. As a result, each groove can be formed deep and the CI value can be lowered.

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 type vibrating element 7 as shown in FIGS. 16 and 17, illustration of electrodes is omitted. The double tuning fork vibrating element 7 has a pair of bases 711 and 712 and a first vibrating arm 72 and a second vibrating arm 73 connecting the bases 711 and 712 . In addition, the first and second vibrating arms 72 and 73 include bottomed first grooves 721 and 731 opening on the first surface 7A, bottomed second grooves 722 and 732 opening on the second surface 7B, have

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 base 81, a pair of detection vibrating arms 82 and 83 extending from the base 81 on both sides in the Y-axis direction, and a pair of connecting arms 84 and 85 extending from the base 81 on both sides in the X-axis direction. , drive vibrating arms 86 and 87 extending from the tip of the connecting arm 84 to both sides in the Y-axis direction, and drive vibrating arms 88 and 89 extending from the tip of the connecting arm 85 to both sides in the Y-axis direction. In such a gyro vibration element 8, when the driving vibrating arms 86, 87, 88, and 89 are bendingly vibrated in the direction of the arrow SD in FIG. A bending vibration is newly excited in the direction of the arrow SS in the detection vibrating arms 82 and 83, and the angular velocity ωz is detected based on the charges output from the detection vibrating arms 82 and 83 due to the bending vibration.

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 detection vibrating arms 82 and 83 have bottomed first grooves 821 and 831 opening on the first surface 8A and bottomed second grooves 822 and 832 opening on the second surface 8B. In addition, the driving vibrating arms 86, 87, 88, 89 have bottomed first grooves 861, 871, 881, 891 opening on the first surface 8A and bottomed second grooves 862 opening on the second surface 8B. , 872, 882, 892 and . In such a gyro vibration element 8, for example, the detection vibration arm 82 and the drive vibration arm 86, the detection vibration arm 82 and the drive vibration arm 88, the detection vibration arm 83 and the drive vibration arm 87, the detection vibration arm 83 and the drive vibration arm A pair of vibrating arms such as 89 that are adjacent in the X-axis direction can be used as a first vibrating arm and a second vibrating arm.

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 gyro vibration element 9 as shown in FIGS. 21 to 23. FIG. The gyro vibration element 9 includes a base portion 91, a pair of drive vibrating arms 92 and 93 extending from the base portion 91 toward the Y-axis direction plus side and arranged in the X-axis direction, and a pair of drive vibrating arms 92 and 93 extending from the base portion 91 toward the Y-axis direction minus side, It has a pair of detection vibrating arms 94 and 95 aligned in the axial direction. In such a gyro vibration element 9, when an angular velocity ωy around the Y-axis acts while the driving vibrating arms 92 and 93 are bending-vibrating in the direction of the arrow SD in FIG. A bending vibration in the direction of arrow SS is newly excited at 94 and 95, and the angular velocity ωy is detected based on the charges output from the detection vibrating arms 94 and 95 by the bending vibration.

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 driving vibrating arms 92 and 93 have bottomed first grooves 921 and 931 opening to the first surface 9A and bottomed second grooves 922 and 932 opening to the second surface 9B. Further, the detection vibrating arms 94 and 95 have bottomed first grooves 941 and 951 opening on the first surface 9A and bottomed second grooves 942 and 952 opening on the second surface 9B. In such a gyro vibration element 9, the driving vibrating arms 92 and 93 or the detecting vibrating arms 94 and 95 are the first vibrating arm and the second vibrating arm.

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 Reference Signs List 1 Vibration element 1A Vibration element 2 Vibration substrate 2A First surface 2B Second surface 20 Crystal substrate 21 Base 22 First vibration arm 221 First groove 222 Second groove 23 Second vibrating arm 231 First groove 232 Second groove 3 Electrode 31 Signal electrode 32 Ground electrode 5 First protective film 51 Opening 52 ... opening, 53 ... opening, 6 ... second protective film, 61 ... opening, 62 ... opening, 63 ... opening, 7 ... double tuning fork vibration element, 7A ... first surface, 7B ... second surface, 711 ... base, 712...Base 72...First vibrating arm 721...First groove 722...Second groove 73...Second vibrating arm 731...First groove 732...Second groove 8...Gyro vibration element 8A... First surface 8B Second surface 81 Base 82 Detection vibrating arm 821 First groove 822 Second groove 83 Detection vibrating arm 831 First groove 832 Second groove 84... Connecting arm, 85... Connecting arm, 86... Drive vibrating arm, 861... First groove, 862... Second groove, 87... Drive vibrating arm, 871... First groove, 872... Second groove, 88... Drive vibration Arms 881 First groove 882 Second groove 89 Driving vibration arm 891 First groove 892 Second groove 9 Gyro vibration element 9A First surface 9B Second surface 91...Base 92...Drive vibrating arm 921...First groove 922...Second groove 93...Drive vibrating arm 931...First groove 932...Second groove 94...Detection vibrating arm 941...First Grooves 942 Second groove 95 Detection vibration arm 951 First groove 952 Second groove A Width Aa Depth B Width Ba Depth G1 Gas type G2 Gas species G3 Gas species M1 Metal film M2 Metal film P Region PP Region Q1 First groove forming region Q2 First vibrating arm forming region Q3 Second vibrating arm Formation region, Q4... Arm region, Q5... Inter-element region, Q6... Second groove formation region, R1... First resist film, S1... Preparatory step, S2... First protective film forming step, S3... First dry etching Steps, S4... Second protective film forming step, S5... Second dry etching step, S6... Electrode forming step, SD... Arrow, SS... Arrow, Ta... Thickness, W... Width, Wa... Depth, ωy... Angular velocity , ωz ... angular velocity

Claims (6)

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.
Wa/Aa≧0.2を満たす請求項1に記載の振動素子の製造方法。 2. The method for manufacturing a vibrating element according to claim 1, wherein Wa/Aa≧0.2 is satisfied. 前記第1溝および前記第2溝の前記第2方向に沿う方向の幅をWとし、
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。
Figure 2022130274000008
W is the width of the first groove and the second groove in the second direction,
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.
Figure 2022130274000008
下記式を満たす請求項3に記載の振動素子の製造方法。
Figure 2022130274000009
4. The method for manufacturing a vibrating element according to claim 3, wherein the following formula is satisfied.
Figure 2022130274000009
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では、反応ガスとしてC24、C26、C36、C48のうちの少なくとも1つを用いる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子の製造方法。 5. At least one of C2F4 , C2F6 , C3F6 and C4F8 is used as a reactive gas in said first dry etching step and said second dry etching step. A method for manufacturing a vibrating element according to any one of Claims 1 to 3. 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つを用いる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子の製造方法。 5. The method of manufacturing a vibrating element according to claim 1 , wherein at least one of CF4 and SF6 is used as a reaction gas in said first dry etching step and said second dry etching step.
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