JP2023062806A - 振動素子の製造方法 - Google Patents

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日和 坂田
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Abstract

【課題】外形と溝とを一括形成することができ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1の製造方法は、水晶基板20の第1基板面20Aのうち第1および第2振動腕形成領域Q2,Q3に第1下地膜51を形成する下地膜形成工程S2と、第1下地膜51のうち土手部形成領域Qd1に第1保護膜53を形成する保護膜形成工程S3と、第1下地膜51および第1保護膜53を介して水晶基板20をドライエッチングするドライエッチング工程S4と、を含む。【選択図】図3

Description

本発明は、振動素子の製造方法に関する。
特許文献1には、振動腕に有底の溝を有する音叉型振動子をウエットエッチングおよび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。この製造方法では、水晶基板をウエットエッチングすることにより音叉型振動子の外形を形成し、然る後、ドライエッチングにより溝を形成している。
特許文献2には、振動腕に有底の溝を有する音叉型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。この製造方法では、圧電材料からなる基板をドライエッチングする際に、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、振動子の溝と外形形状とを一括して形成している。
特開2013-175933号公報 特開2007-013382号公報
特許文献1の製造方法は、外形を形成するウエットエッチングと溝を形成するドライエッチングとがそれぞれ別工程であるため、製造工程が複雑であり、外形に対する溝の位置ずれなどが生じ易い。そのため、この製造方法による振動素子は、不要振動などが発生し易い、という問題があった。
一方、特許文献2の製造方法は、外形と溝とを同一工程で一括して形成するので、上述の問題は生じない。しかしながら、この製造方法では、ドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を用いて外形と溝とを一括して形成しているので、振動腕の幅や溝の幅および深さなどの寸法の設定に制約が生じ、設計自由度が低い、という課題があった。
そこで、外形と溝とを一括して形成することができ、かつ設計自由度の高い振動素子の製造方法が求められていた。
本発明の振動素子の製造方法は、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溝と、を有する振動素子の製造方法であって、表裏関係にある第1基板面および第2基板面を有する水晶基板を準備する準備工程と、前記第1基板面のうち、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振動腕形成領域に第1下地膜を形成する下地膜形成工程と、前記第1下地膜のうち、前記溝が形成される溝形成領域を除いた領域に第1保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記第1下地膜および前記第1保護膜を介して前記水晶基板を前記第1基板面側からドライエッチングし、前記第1面と、前記溝と、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ドライエッチング工程と、を含む。
実施形態1に係る振動素子を示す平面図。 図1中のA1-A1線断面図。 実施形態1に係る振動素子の製造工程を示す図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 実施形態2に係る振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 実施形態3に係る振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の製造方法を説明するための断面図。 振動素子の変形例を示す平面図。 図20中のA3-A3線断面図。 振動素子の変形例を示す平面図。 図22中のA4-A4線断面図。 図22中のA5-A5線断面図。 振動素子の変形例を示す平面図。 図25中のA6-A6線断面図。 図25中のA7-A7線断面図。
1.実施形態1
実施形態1に係る振動素子1の製造方法について説明する。
まず、振動素子1の構成について、図1および図2を参照して説明し、次に、振動素子1の製造方法について、図3~図14を参照して説明する。
なお、説明の便宜上、図3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方向(第2方向)とも言い、Y軸に沿う方向をY方向(第1方向)とも言い、Z軸に沿う方向をZ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。
図1および図2に示すように、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。
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方向に沿った厚みを有する。X軸は、電気軸とも言い、Y軸は、機械軸とも言い、Z軸は、光軸とも言う。また、Z方向に沿った厚みを、単に「厚み」とも言う。
振動基板2は、板状をなし、互いに表裏関係にありZ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方向に沿って延出し、X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。
第1振動腕22は、第1面2Aに開口する有底の溝221と、溝221を画定する土手部225と、第1面2Aと第2面2Bとを接続する側面101と、を有する。土手部225は、平面視で第1面2Aにおいて、X方向に沿って溝221を挟んで並んでいる部分である。
同様に、第2振動腕23は、第1面2Aに開口する有底の溝231と、溝231を画定する土手部235と、第1面2Aと第2面2Bとを接続する側面103と、を有する。土手部235は、平面視で第1面2Aにおいて、X方向に沿って溝231を挟んで並んでいる部分である。
溝221,231は、それぞれY方向に沿って延在している。また、土手部225,235は、それぞれ溝221,231のX方向両側に形成され、Y方向に沿って延在している。したがって、第1振動腕22および第2振動腕23は、それぞれ、略U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。
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の側面103とに配置されている。一方、接地電極32は、第1振動腕22の側面101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方向に屈曲振動する。
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基板面20Aのうち所定の領域に第1下地膜51を形成する下地膜形成工程S2と、第1下地膜51のうち所定の領域に第1保護膜53を形成する保護膜形成工程S3と、第1下地膜51および第1保護膜53を介して水晶基板20を第1基板面20A側からドライエッチングするドライエッチング工程S4と、水晶基板20の第1基板面20Aに残存する第1下地膜51を除去する下地膜除去工程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。
また、下地膜形成工程S2は、水晶基板20の第1基板面20Aを第1下地膜51により被覆する下地膜コーティング工程S21と、第1下地膜51をパターニングする下地膜パターニング工程S22と、を含む。また、保護膜形成工程S3は、第1下地膜51を第1保護膜53により被覆する保護膜コーティング工程S31と、第1保護膜53をパターニングする保護膜パターニング工程S32と、を含む。
以下、これら各工程について順に説明する。
≪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からは、複数の振動素子1が一括形成される。水晶基板20は、板状をなし、互いに表裏関係にありZ方向に並んで配置された第1基板面20Aおよび第2基板面20Bを有する。ラッピングやポリッシングなどの研磨処理により、水晶基板20は所望の厚みに調整されており、第1基板面20Aおよび第2基板面20Bは十分に平滑化されている。また、必要に応じて、水晶基板20にウエットエッチングによる表面処理を行っても構わない。
なお、以下では、後述するドライエッチング工程S4によって第1振動腕22が形成される領域を第1振動腕形成領域Q2とも言う。同様に、ドライエッチング工程S4によって第2振動腕23が形成される領域を第2振動腕形成領域Q3とも言う。また、第1振動腕形成領域Q2と第2振動腕形成領域Q3との間に位置する領域を腕間領域Q4とも言う。また、隣り合う振動基板2同士の間に位置する領域を素子間領域Q5とも言う。
第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3は、溝221,231が形成される溝形成領域Q1と、土手部225,235が形成される土手部形成領域Qd1と、を有する。換言すると、土手部形成領域Qd1は、第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち溝形成領域Q1を除いた領域に相当する。溝221,231および土手部225,235は、ドライエッチング工程S4によって形成される。
≪下地膜コーティング工程S21≫
図5に示すように、水晶基板20の第1基板面20Aを第1下地膜51により被覆する。第1下地膜51は、後述するドライエッチング工程S4において所定のエッチングレートでエッチングされる材料により形成される。
本実施形態では、第1下地膜51は、金属により形成される金属膜である。具体的には、第1下地膜51は、第1金属膜512と、第2金属膜513と、を積層することにより形成される。第1金属膜512は、水晶基板20の第1基板面20Aに形成される。第2金属膜513は、第1金属膜512における水晶基板20とは反対側の面に形成される。第1金属膜512における水晶基板20とは反対側の面は、第1金属膜512のZ方向プラス側の面である。第1金属膜512はクロム(Cr)により形成される。第2金属膜513は銅(Cu)により形成される。
なお、本実施形態では、第1下地膜51は、第1金属膜512と、第2金属膜513と、を積層することにより形成されているが、これに限らず、1つの膜で形成されていても構わないし、3つ以上の膜を積層することにより形成されていても構わない。
また、第1下地膜51は、金属以外の材料で形成されていても構わない。例えば、第1下地膜51は、レジスト材により形成されるレジスト膜であっても構わない。
≪保護膜コーティング工程S31≫
図6に示すように、第1下地膜51を第1保護膜53により被覆する。第1保護膜53は、第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面に形成される。第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面は、第1下地膜51のZ方向プラス側の面である。第1保護膜53は、後述するドライエッチング工程S4において所定のエッチングレートでエッチングされる材料により形成される。
本実施形態では、第1保護膜53は、金属により形成される金属膜である。第1保護膜53を形成する金属は、例えば、ニッケル(Ni)などを用いることができる。なお、第1保護膜53は、金属以外の材料で形成されていても構わない。例えば、第1保護膜53は、レジスト材により形成されるレジスト膜であっても構わない。
≪保護膜パターニング工程S32≫
まず、図7に示すように、第1保護膜53における水晶基板20とは反対側の面に、第1レジスト膜R1を形成する。第1保護膜53における水晶基板20とは反対側の面は、第1保護膜53のZ方向プラス側の面である。第1レジスト膜R1は、フォトリソグラフィー技法を用いて、土手部形成領域Qd1に形成される。つまり、第1レジスト膜R1は、平面視で、土手部形成領域Qd1と重なる。
次に、第1保護膜53における第1レジスト膜R1が形成されている面側から第1保護膜53をエッチングする。つまり、第1レジスト膜R1をマスクとして、第1保護膜53のZ方向プラス側の面側から、第1保護膜53をエッチングする。これにより、第1レジスト膜R1が形成されていない溝形成領域Q1、腕間領域Q4および素子間領域Q5の第1保護膜53は、除去される。
このようにして、図8に示すように、第1下地膜51のうち所定の領域である土手部形成領域Qd1に第1保護膜53を形成することができる。
次に、図9に示すように、第1レジスト膜R1を除去し、下地膜パターニング工程S22に移る。
≪下地膜パターニング工程S22≫
下地膜パターニング工程S22は、第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第2レジスト膜R2を形成する工程と、第2レジスト膜R2をマスクとして第1下地膜51をエッチングする工程と、を有する。
まず、図10に示すように、フォトリソグラフィー技法を用いて、第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面のうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に、第2レジスト膜R2を形成する。
本実施形態では、下地膜パターニング工程S22に先立ち、保護膜コーティング工程S31および保護膜パターニング工程S32が行われており、第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち土手部形成領域Qd1には第1保護膜53が形成されている。そのため、第2レジスト膜R2は、土手部形成領域Qd1では、第1保護膜53を介して第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面に形成される。また、第2レジスト膜R2は、第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち溝形成領域Q1では、第1保護膜53を介さずに第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面に形成される。
次に、第1下地膜51における第2レジスト膜R2が形成されている面側から第1下地膜51をエッチングする。つまり、第2レジスト膜R2をマスクとして、第1下地膜51のZ方向プラス側の面側から、第1下地膜51をエッチングする。
本実施形態では、第2レジスト膜R2をマスクとして第1下地膜51をエッチングする工程は、第1下地膜51の第1金属膜512をエッチングする工程と、第1下地膜51の第2金属膜513をエッチングする工程と、を有する。下地膜パターニング工程S22では、まず、第1金属膜512における水晶基板20とは反対側の面に形成されている第2金属膜513をエッチングし、次に、第1金属膜512をエッチングする。このようにして、第1金属膜512と第2金属膜513とを積層して形成される第1下地膜51をエッチングすることができる。
第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第2レジスト膜R2が形成されているため、下地膜パターニング工程S22では、第2レジスト膜R2が形成されていない腕間領域Q4および素子間領域Q5の第1下地膜51は、除去される。
このようにして、図11に示すように、水晶基板20の第1基板面20Aのうち所定の領域である第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第1下地膜51が形成される。
つまり、下地膜コーティング工程S21と下地膜パターニング工程S22とを含む下地膜形成工程S2により、水晶基板20の第1基板面20Aのうち、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に第1下地膜51が形成される。
また、保護膜コーティング工程S31と保護膜パターニング工程S32とを含む保護膜形成工程S3により、第1下地膜51が形成される第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち、溝形成領域Q1を除いた領域である土手部形成領域Qd1に第1保護膜53が形成される。
本実施形態では、下地膜コーティング工程S21、下地膜パターニング工程S22、保護膜コーティング工程S31および保護膜パターニング工程S32は、下地膜コーティング工程S21、保護膜コーティング工程S31、保護膜パターニング工程S32、下地膜パターニング工程S22、の順で行われる。ただし、下地膜コーティング工程S21、下地膜パターニング工程S22、保護膜コーティング工程S31および保護膜パターニング工程S32を行う順番は、これに限らない。例えば、下地膜コーティング工程S21、下地膜パターニング工程S22、保護膜コーティング工程S31、保護膜パターニング工程S32、の順で行われても構わないし、下地膜コーティング工程S21、保護膜コーティング工程S31、下地膜パターニング工程S22、保護膜パターニング工程S32、の順で行われても構わない。
次に、図12に示すように、第2レジスト膜R2を除去し、ドライエッチング工程S4に移る。
≪ドライエッチング工程S4≫
図13に示すように、第1下地膜51および第1保護膜53を介して水晶基板20を第1基板面20A側からドライエッチングし、第1面2Aと、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。
ドライエッチング工程S4において、水晶基板20の第1基板面20Aに形成されている第1下地膜51および第1保護膜53は、それぞれ所定のエッチングレートでエッチングされる。そのため、第1下地膜51および第1保護膜53が形成されずに第1基板面20Aが露出している領域と、第1下地膜51が形成されている領域と、第1下地膜51および第1保護膜53が形成されている領域と、のそれぞれの領域における水晶基板20のエッチング深さを第1下地膜51および第1保護膜53によって制御することができる。
本実施形態では、水晶基板20の第1基板面20Aのうち腕間領域Q4および素子間領域Q5には、第1下地膜51および第1保護膜53は形成されていない。つまり、腕間領域Q4および素子間領域Q5では、水晶基板20の第1基板面20Aは露出している。このため、ドライエッチング工程S4が開始されるとともに、腕間領域Q4および素子間領域Q5では、水晶基板20のエッチングが開始される。第1基板面20Aの腕間領域Q4および素子間領域Q5がエッチングされることにより、振動基板2の外形が形成される。
水晶基板20の第1基板面20Aのうち溝形成領域Q1には、第1下地膜51が形成されている。このため、ドライエッチング工程S4が開始されると、まず、第1下地膜51のエッチングが開始される。そして、第1下地膜51が除去されることにより、水晶基板20の第1基板面20Aが露出し、水晶基板20のエッチングが開始される。第1基板面20Aの溝形成領域Q1がエッチングされることにより、溝221,231が形成される。溝形成領域Q1では、水晶基板20のエッチングの開始が、腕間領域Q4および素子間領域Q5よりも遅くなるため、溝形成領域Q1における水晶基板20のエッチング深さは、腕間領域Q4および素子間領域Q5における水晶基板20のエッチング深さよりも浅くなる。
水晶基板20の第1基板面20Aのうち土手部形成領域Qd1には、第1下地膜51および第1保護膜53が形成されている。このため、ドライエッチング工程S4が開始されると、まず、第1保護膜53のエッチングが開始される。次に、第1保護膜53が除去されることにより、第1下地膜51のエッチングが開始される。そして、第1下地膜51が除去されることにより、水晶基板20の第1基板面20Aが露出し、水晶基板20のエッチングが開始される。そのため、土手部形成領域Qd1では、水晶基板20の第1基板面20Aにおけるエッチングの開始が、溝形成領域Q1よりも遅くなる。つまり、土手部形成領域Qd1における水晶基板20のエッチング深さは、溝形成領域Q1における水晶基板20のエッチング深さよりも浅くなる。
なお、本実施形態では、第1保護膜53の厚みを十分に厚くすることにより、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1に第1下地膜51が残存した状態でドライエッチング工程S4を終了させている。つまり、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1は、第1下地膜51により保護されている。そのため、本実施形態では、第1基板面20Aの土手部形成領域Qdはエッチングされない。
また、本実施形態では、ドライエッチング工程S4が終了したとき、第1保護膜53は除去されているが、除去されていなくても構わない。
ドライエッチング工程S4は、溝221,231が所望の深さとなった時点で終了する。溝形成領域Q1における水晶基板20のエッチング深さが、溝221,231の深さWaである。腕間領域Q4における水晶基板20のエッチング深さが、振動基板2の外形の深さAaである。素子間領域Q5における水晶基板20のエッチング深さが、振動基板2の外形の深さBaである。
上述したように、溝形成領域Q1における水晶基板20のエッチング深さは、腕間領域Q4および素子間領域Q5における水晶基板20のエッチング深さよりも浅くなる。そのため、振動基板2の外形の深さAa,Baは、溝221,231の深さWaよりも深くなる。つまり、Wa<Aa、Wa<Baである。また、深さAa、Baは、それぞれ、水晶基板20の厚みTa以上である。つまり、Aa≧Ta、Ba≧Taである。深さAa,Baを、それぞれ水晶基板20の厚みTa以上とすることにより、ドライエッチング工程S4において、腕間領域Q4および素子間領域Q5がそれぞれ貫通する。腕間領域Q4および素子間領域Q5がそれぞれ貫通することにより、第1振動腕22と、第2振動腕23と、が形成される。
このように、下地膜形成工程S2において、水晶基板20の第1基板面20Aのうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第1下地膜51を形成し、さらに、保護膜形成工程S3において、第1下地膜51が形成される第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち溝形成領域Q1を除いた領域である土手部形成領域Qd1に第1保護膜53を形成することにより、ドライエッチング工程S4において、マイクロローディング効果を利用せずに、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができる。第1下地膜51および第1保護膜53の厚みや幅を調整することにより、第1および第2振動腕22,23や溝221,231などの寸法を制御することができるので、腕間領域Q4におけるX方向の幅A、素子間領域Q5におけるX方向の幅B、および溝221,231におけるX方向の幅Wなどの寸法の設定に制約がなく、振動素子1の設計自由度を向上させることができる。
また、マイクロローディング効果を利用しないため、ドライエッチングに用いる反応ガスの選択などのドライエッチング条件の制約が緩和されるので、マイクロローディング効果を利用する場合と比べ、振動素子1を容易に製造することができる。
また、上述したように、本実施形態では、ドライエッチング工程S4において、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aに第1下地膜51が残存した状態でドライエッチングを終了させている。つまり、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aは、ドライエッチング工程S4においてエッチングされていない。土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aは、後述する下地膜除去工程S5において、第1および第2振動腕22,23の第1面2Aとなる。なお、「第1下地膜51が残存した状態」とは、「第1下地膜51の少なくとも一部が残存した状態」を意味する。例えば、本実施形態では、ドライエッチング工程S4においてドライエッチングが終了したときに、第1下地膜51を構成する第1金属膜512および第2金属膜513が水晶基板20に残存しているが、第2金属膜513は除去されていても構わない。
また、本実施形態では、ドライエッチング工程S4において、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aに第1下地膜51が残存した状態でドライエッチングを終了させているが、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aに第1下地膜51が残存しない状態でドライエッチングを終了させても構わない。つまり、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aが、ドライエッチング工程S4においてエッチングされるようにしても構わない。この場合は、ドライエッチング工程S4において水晶基板20がエッチングされた面が、第1および第2振動腕22,23の第1面2Aとなる。
このように、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1がエッチングされることにより、あるいはエッチングされないことにより、第1面2Aが形成される。
また、上述したように、本実施形態では、腕間領域Q4および素子間領域Q5には第1下地膜51および第1保護膜53が形成されていない。そのため、ドライエッチング工程S4におけるドライエッチングの開始ととともに、腕間領域Q4および素子間領域Q5における水晶基板20のエッチングが開始される。そのため、ドライエッチング工程S4を短時間で行うことができる。
また、上述したように、本実施形態では、第1下地膜51は、金属により形成される金属膜である。一般的に、金属のエッチングレートは、レジスト材のエッチングレートよりも低い。そのため、第1下地膜51を金属膜とすることにより、レジスト膜と比べ、第1下地膜51の厚みを薄くすることができる。これにより、ドライエッチング工程S4において形成される第1および第2振動腕22,23や溝221,231などの寸法精度を向上させることができる。
また、上述したように、本実施形態では、第1保護膜53は、金属により形成される金属膜である。そのため、第1保護膜53を金属膜とすることにより、レジスト膜と比べ、第1保護膜53の厚みを薄くすることができる。これにより、ドライエッチング工程S4において形成される第1および第2振動腕22,23や溝221,231などの寸法精度をさらに向上させることができる。
≪下地膜除去工程S5≫
図14に示すように、土手部形成領域Qd1における水晶基板20の第1基板面20Aに残存する第1下地膜51を除去する。これにより、水晶基板20の第1基板面20Aが第1および第2振動腕22,23の第1面2Aとなる。つまり、第1および第2振動腕22,23の第1面2Aは、ドライエッチング工程S4においてエッチングされていないので、土手部形成領域Qd1における第1および第2振動腕22,23の厚みや第1面2Aの表面粗さは、水晶基板20の厚みや第1基板面20Aの表面粗さのまま維持されている。そのため、第1および第2振動腕22,23の厚み精度が向上し、ねじれ振動などの不要振動の発生が抑制される。
なお、上述したドライエッチング工程S4において、水晶基板20の第1基板面20Aに第1下地膜51が残存しない状態でドライエッチングを終了させる場合は、下地膜除去工程S5は設けなくても構わない。
また、上述したドライエッチング工程S4が終了したとき、第1保護膜53が除去されていない場合は、下地膜除去工程S5において、第1下地膜51と、第1保護膜53と、を一括して除去するようにしても構わない。あるいは、下地膜除去工程S5を行う前に第1保護膜53を除去する第1保護膜除去工程を設けても構わない。
以上の工程S1~S5により、図14に示すように、水晶基板20から複数の振動基板2が一括形成される。
≪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。
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、溝221,231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、外形形状に対する溝221,231の位置ずれが阻止され、振動基板2の形成精度が高まる。
以上、振動素子1の製造方法について説明した。ただし、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構わない。
例えば、振動素子1は、第1振動腕22および第2振動腕23の第1面2Aに開口する有底の溝221,231に加え、さらに第2面2Bに開口する有底の溝を有していても構わない。つまり、振動素子1の製造方法は、第1振動腕22および第2振動腕23の第1面2Aおよび第2面2Bにそれぞれ有底の溝を有する振動素子にも適用することができる。
以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
振動素子1の製造方法は、第1方向であるY方向に沿って延出し、Y方向と交差する第2方向であるX方向に沿って並ぶ第1振動腕22および第2振動腕23を備え、第1振動腕22および第2振動腕23は、それぞれ、Y方向およびX方向に交差するZ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に開口する有底の溝221,231と、を有する振動素子の製造方法であって、表裏関係にある第1基板面20Aおよび第2基板面20Bを有する水晶基板20を準備する準備工程S1と、第1基板面20Aのうち、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に第1下地膜51を形成する下地膜形成工程S2と、第1下地膜51のうち、溝221,231が形成される溝形成領域Q1を除いた領域である土手部形成領域Qd1に第1保護膜53を形成する保護膜形成工程S3と、第1下地膜51および第1保護膜53を介して水晶基板20を第1基板面20A側からドライエッチングし、第1面2Aと、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ドライエッチング工程S4と、を含む。
これにより、第1および第2振動腕22,23の外形と、溝221,231を一括して形成することができ、かつ、腕間領域Q4におけるX方向の幅A、素子間領域Q5におけるX方向の幅B、および溝221,231におけるX方向の幅Wなどの寸法の設定に制約がなく、設計自由度の高い振動素子1の製造方法を提供することができる。
2.実施形態2
実施形態2に係る振動素子1の製造方法について、図15および図16を参照して説明する。なお、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施形態2は、保護膜形成工程S3が下地膜パターニング工程S22のうち第2レジスト膜R2を形成する工程を含むことや、下地膜パターニング工程S22において第2レジスト膜R2を除去せずに第2レジスト膜R2を第2保護膜55とすること以外は、実施形態1と同様である。
換言すると、実施形態2は、ドライエッチング工程S4において第2レジスト膜R2が形成されている状態でドライエッチングが開始されること以外は、実施形態1と同様である。
準備工程S1、下地膜コーティング工程S21、保護膜コーティング工程S31、および保護膜パターニング工程S32は、実施形態1と同一であるので、説明を省略し、下地膜パターニング工程S22から説明する。
≪下地膜パターニング工程S22≫
図15に示すように、まず、フォトリソグラフィー技法を用いて、第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面のうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に、第2レジスト膜R2を形成する。
本実施形態では、下地膜パターニング工程S22のうち第2レジスト膜R2を形成する工程は、保護膜形成工程S3に含まれる。
また、本実施形態では、第2レジスト膜R2は、ドライエッチング工程S4において所定のエッチングレートでエッチングされるレジスト材により形成される。また、第2レジスト膜R2は、第1保護膜53の厚みよりも薄く形成される。第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3のうち溝形成領域Q1に形成される第2レジスト膜R2は、第2保護膜55に相当する。換言すると、保護膜形成工程S3では、第1下地膜51の溝形成領域Q1に、第1保護膜53よりも厚みの薄い第2保護膜55としての第2レジスト膜R2が形成される。
次に、第1下地膜51における第2レジスト膜R2が形成されている面側から第1下地膜51をエッチングする。これにより、水晶基板20の第1基板面20Aのうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第1下地膜51が形成される。
次に、第2レジスト膜R2を除去せずに、ドライエッチング工程S4に移る。
≪ドライエッチング工程S4≫
図15に示すように、ドライエッチング工程S4では、第2レジスト膜R2が形成されている状態でドライエッチングが開始される。それ以外は、実施形態1と同一である。
第2レジスト膜R2は、ドライエッチング工程S4において、第1下地膜51および第1保護膜53と同様にエッチングされる。そのため、溝形成領域Q1に第2保護膜55としての第2レジスト膜R2が形成されている場合でも、ドライエッチング工程S4において、図16に示すように、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができる。
第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第2レジスト膜R2が形成されている場合でも、ドライエッチング工程S4において、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができるので、第2レジスト膜R2を除去する工程が不要となる。つまり、振動基板2の製造工程を減らすことができる。
ドライエッチング工程S4が終了すると、下地膜除去工程S5に移る。下地膜除去工程S5および電極形成工程S6は、実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
本実施形態によれば、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。
溝形成領域Q1に第2保護膜55としての第2レジスト膜R2が形成されている場合でも、ドライエッチング工程S4において、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができる。また、第2レジスト膜R2を除去する工程が不要となり、振動基板2の製造工程を減らすことができる。
3.実施形態3
実施形態3に係る振動素子1の製造方法について、図17、図18および図19を参照して説明する。なお、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施形態3は、下地膜パターニング工程S22において、腕間領域Q4および素子間領域Q5に形成されている第1下地膜51のうち第2金属膜513を除去し、残存する第1金属膜512を第2下地膜57とすること以外は、実施形態1と同様である。
換言すると、実施形態3は、ドライエッチング工程S4において、腕間領域Q4および素子間領域Q5に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されている状態でドライエッチングが開始されること以外は、実施形態1と同様である。
準備工程S1、下地膜コーティング工程S21、保護膜コーティング工程S31、および保護膜パターニング工程S32は、実施形態1と同一であるので、説明を省略し、下地膜パターニング工程S22から説明する。
≪下地膜パターニング工程S22≫
図17に示すように、まず、フォトリソグラフィー技法を用いて、第1下地膜51における水晶基板20とは反対側の面のうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に、第2レジスト膜R2を形成する。
次に、第1下地膜51における第2レジスト膜R2が形成されている面側から第1下地膜51のうち第2金属膜513をエッチングする。これにより、第2レジスト膜R2が形成されていない腕間領域Q4および素子間領域Q5の第2金属膜513が除去される。また、水晶基板20の第1基板面20Aのうち第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に第1下地膜51が形成される。
腕間領域Q4および素子間領域Q5において、第1下地膜51のうち第2金属膜513は除去されるが、第1金属膜512は除去されない。つまり、水晶基板20の第1基板面20Aのうち腕間領域Q4および素子間領域Q5には、第1金属膜512が形成されている。水晶基板20の第1基板面20Aのうち腕間領域Q4および素子間領域Q5に形成されている第1金属膜512は、第2下地膜57に相当する。換言すると、下地膜形成工程S2では、第1基板面20Aの腕間領域Q4および素子間領域Q5に、第1下地膜51よりも厚みの薄い第2下地膜57としての第1金属膜512が形成される。
次に、図18に示すように、第1振動腕形成領域Q2および第2振動腕形成領域Q3に形成されている第2レジスト膜R2を除去し、ドライエッチング工程S4に移る。
≪ドライエッチング工程S4≫
図18に示すように、ドライエッチング工程S4では、腕間領域Q4および素子間領域Q5に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されている状態でドライエッチングが開始される。それ以外は、実施形態1と同一である。
ドライエッチング工程S4において、第2下地膜57としての第1金属膜512は、第1下地膜51および第1保護膜53と同様にエッチングされる。そのため、腕間領域Q4および素子間領域Q5に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されている場合でも、ドライエッチング工程S4において、図19に示すように、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができる。
腕間領域Q4および素子間領域Q5に第1金属膜512が形成されている場合でも、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができるので、下地膜パターニング工程S22において第1金属膜512をエッチングする工程が不要となる。つまり、振動基板2の製造工程を減らすことができる。
ドライエッチング工程S4が終了すると、下地膜除去工程S5に移る。下地膜除去工程S5および電極形成工程S6は、実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
本実施形態によれば、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。
腕間領域Q4に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されている場合でも、ドライエッチング工程S4において、第1および第2振動腕22,23の外形と溝221,231とを一括して形成することができる。また、第1金属膜512を除去する工程が不要となり、振動基板2の製造工程を減らすことができる。
なお、本実施形態では、下地膜パターニング工程S22において、水晶基板20の第1基板面20Aのうち腕間領域Q4および素子間領域Q5に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されているが、第2下地膜57としての第1金属膜512は形成されていなくても構わない。つまり、上述した実施形態1のように、第1基板面20Aの腕間領域Q4および素子間領域Q5に第1下地膜51が形成されていなくても構わない。第1基板面20Aの腕間領域Q4および素子間領域Q5に第1下地膜51が形成されていない場合、腕間領域Q4および素子間領域Q5に第2下地膜57としての第1金属膜512が形成されている場合と比べ、ドライエッチング工程S4を短時間で終了させることができる。
以上、本発明の振動素子の製造方法について、実施形態1、実施形態2および実施形態3に基づいて説明した。
なお、本発明の振動素子の製造方法で製造される振動素子は、特に限定されない。
本発明の振動素子の製造方法で製造される振動素子は、例えば、図20および図21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20および図21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。第1振動腕72および第2振動腕73は、表裏関係にある第1面7Aおよび第2面7Bを有する。また、第1振動腕72および第2振動腕73は、それぞれ第1面7Aに開口する有底の溝721,731と、溝721,731を画定する土手部725,735と、を有する。
また、例えば、振動素子は、図22、図23および図24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22、図23および図24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22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。
検出振動腕82,83、および駆動振動腕86,87,88,89は、表裏関係にある第1面8Aおよび第2面8Bを有する。また、検出振動腕82,83は、第1面8Aに開口する有底の溝821,831と、溝821,831を画定する土手部825,835と、を有する。また、駆動振動腕86,87,88,89は、第1面8Aに開口する有底の溝861,871,881,891と、溝861,871,881,891を画定する土手部865,875,885,895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、駆動振動腕86,88または駆動振動腕87,89が第1振動腕および第2振動腕となる。
また、例えば、振動素子は、図25、図26および図27に示すようなジャイロ振動素子9であってもよい。なお、図25、図26および図27では、電極の図示を省略している。ジャイロ振動素子9は、基部91と、基部91からY方向プラス側に延出し、X方向に並ぶ一対の駆動振動腕92,93と、基部91からY方向マイナス側に延出し、X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25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。
駆動振動腕92,93、および検出振動腕94,95は、表裏関係にある第1面9Aおよび第2面9Bを有する。また、駆動振動腕92,93は、第1面9Aに開口する有底の溝921,931と、溝921,931を画定する土手部925,935と、を有する。また、検出振動腕94,95は、第1面9Aに開口する有底の溝941,951と、溝941,951を画定する土手部945,955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。
1…振動素子、2…振動基板、2A…第1面、2B…第2面、3…電極、20…水晶基板、20A…第1基板面、20B…第2基板面、21…基部、22…第1振動腕、23…第2振動腕、31…信号電極、32…接地電極、51…第1下地膜、53…第1保護膜、221,231…溝、225,235…土手部、512…第1金属膜、513…第2金属膜、Q1…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、Qd1…土手部形成領域、S1…準備工程、S2…下地膜形成工程、S3…保護膜形成工程、S4…ドライエッチング工程、S5…下地膜除去工程、S6…電極形成工程、S21…下地膜コーティング工程、S22…下地膜パターニング工程、S31…保護膜コーティング工程、S32…保護膜パターニング工程。

Claims (6)

  1. 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溝と、を有する振動素子の製造方法であって、
    表裏関係にある第1基板面および第2基板面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
    前記第1基板面のうち、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振動腕形成領域に第1下地膜を形成する下地膜形成工程と、
    前記第1下地膜のうち、前記溝が形成される溝形成領域を除いた領域に第1保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    前記第1下地膜および前記第1保護膜を介して前記水晶基板を前記第1基板面側からドライエッチングし、前記第1面と、前記溝と、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ドライエッチング工程と、を含む、
    振動素子の製造方法。
  2. 前記保護膜形成工程では、前記第1下地膜の前記溝形成領域に、前記第1保護膜よりも厚みの薄い第2保護膜を形成する、
    請求項1に記載の振動素子の製造方法。
  3. 前記下地膜形成工程では、前記第1基板面の前記第1振動腕形成領域および前記第2振動腕形成領域の間に位置する腕間領域に、前記第1下地膜よりも厚みの薄い第2下地膜を形成する、
    請求項1または請求項2に記載の振動素子の製造方法。
  4. 前記第1基板面の前記第1振動腕形成領域および前記第2振動腕形成領域の間に位置する腕間領域には、前記第1下地膜が形成されていない、
    請求項1または請求項2に記載の振動素子の製造方法。
  5. 前記ドライエッチング工程において、前記ドライエッチングを前記第1基板面に前記第1下地膜が残存した状態で終了させ、
    残存した前記第1下地膜を除去する下地膜除去工程を更に含む、
    請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  6. 前記第1下地膜は金属膜である、
    請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
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