JP2023065838A - 振動素子の製造方法 - Google Patents

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茂 白石
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竜太 西澤
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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。【解決手段】振動素子1の製造方法は、第1保護膜形成工程と、第1ドライエッチング工程と、第2ドライエッチング工程と、を含む。第1保護膜形成工程は、第1保護膜51を形成する。第1ドライエッチング工程は、第1保護膜51を介してドライエッチングし、溝221と、溝231と、第1振動腕22及び第2振動腕23の外形と、を形成する。第2保護膜形成工程は、溝221及び溝231に第2保護膜52を形成する。第2ドライエッチング工程は、第2保護膜52を介してドライエッチングし、第1面2Aと、第1振動腕22及び第2振動腕23の外形とを形成する。【選択図】図8

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、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基板面側からドライエッチングし、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、を形成する第1ドライエッチング工程と、前記溝に第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1基板面側からドライエッチングし、前記第1面と、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。 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。 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16中のA3-A3線断面図。 振動素子の変形例を示す平面図。 図18中のA4-A4線断面図。 図18中のA5-A5線断面図。 振動素子の変形例を示す平面図。 図21中のA6-A6線断面図。 図21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10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に第1保護膜51を形成する第1保護膜形成工程S2と、第1保護膜51を介して水晶基板20をドライエッチングし、溝221,231を形成する第1ドライエッチング工程S3と、溝221,231に第2保護膜52を形成する第2保護膜形成工程S4と、第2保護膜52を介して水晶基板20をドライエッチングする第2ドライエッチング工程S5と、第1基板面20Aに残存する第1保護膜51を除去する第1保護膜除去工程S6と、溝221,231に残存する第2保護膜52を除去する第2保護膜除去工程S7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S8と、を含む。
なお、第1保護膜除去工程S6は、本開示における「保護膜除去工程」に相当する。
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、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。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、後述する第1ドライエッチング工程S3によって形成される。
≪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基板面20Aに第1保護膜51を形成する。第1保護膜51は、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1に形成される。
本実施形態では、第1保護膜51は、樹脂により形成される樹脂膜である。例えば、第1保護膜51は、感光性樹脂であるレジスト材を第1基板面20Aに塗布し、リソグラフィー技法を用いてパターニングすることにより、形成することができる。また、例えば、第1保護膜51は、スクリーン印刷法やインプリント法などの印刷技法を用いて、樹脂を選択的に塗布することにより形成することもできる。このように、樹脂膜は容易に形成することができるので、第1保護膜51を樹脂膜とすることにより、第1保護膜形成工程S2を簡素化することができる。
本実施形態では、第1保護膜51の厚みは、後述する第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が終了したときに、土手部形成領域Qd1に第1保護膜51が残存するように十分に厚く形成されている。ただし、第1保護膜51の厚みは、第1ドライエッチング工程S3または第2ドライエッチング工程S5が終了したときに、土手部形成領域Qd1から除去されるように薄く形成されていても構わない。
また、本実施形態では、第1保護膜51は、樹脂により形成されているが、樹脂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51は、金属により形成される金属膜であっても構わない。
≪第1ドライエッチング工程S3≫
図6に示すように、第1保護膜51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、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。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。
本工程では、土手部形成領域Qd1に形成される第1保護膜51をマスクとして、土手部形成領域Qd1以外の領域がエッチングされる。土手部形成領域Qd1以外の領域とは、溝形成領域Q1、腕間領域Q4、および素子間領域Q5である。水晶基板20の溝形成領域Q1が第1基板面20A側から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におけるエッチング深さは、溝221,231の深さに相当する。水晶基板20の腕間領域Q4および素子間領域Q5が第1基板面20A側から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。腕間領域Q4および素子間領域Q5におけるエッチング深さは、振動基板2の外形の深さに相当する。なお、「振動基板2の外形」を「第1振動腕22および第2振動腕23の外形」とも言う。
第1ドライエッチング工程S3は、溝221,231の深さが所望の深さWaとなった時点で終了する。本実施形態では、本工程終了時点における振動基板2の外形の深さは、溝221,231の深さWaと略等しい。なお、「略等しい」とは、エッチング条件などのばらつきにより厳密には等しくならない場合を含む概念である。
また、本実施形態では、上述したように、第1保護膜51は、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1に形成されており、溝形成領域Q1、腕間領域Q4、および素子間領域Q5には形成されていない。つまり、第1基板面20Aの溝形成領域Q1、腕間領域Q4、および素子間領域Q5は露出している。そのため、第1ドライエッチング工程S3では、ドライエッチングの開始とともに、溝形成領域Q1、腕間領域Q4、および素子間領域Q5のエッチングが開始される。そのため、第1ドライエッチング工程S3を短時間で行うことができる。
≪第2保護膜形成工程S4≫
図7に示すように、溝221,231に第2保護膜52を形成する。
本実施形態では、第2保護膜52は、樹脂により形成される樹脂膜である。第2保護膜52は、樹脂を溝221,231に埋め込むことにより形成される。例えば、第2保護膜52は、感光性樹脂であるレジスト材を第1基板面20A側から水晶基板20に塗布し、リソグラフィー技法を用いてパターニングすることにより、形成することができる。また、例えば、第2保護膜52は、スクリーン印刷法やインプリント法などの印刷技法を用いて、樹脂を選択的に塗布することにより形成することもできる。このように、樹脂膜は容易に形成することができるので、第2保護膜52を樹脂膜とすることにより、第2保護膜形成工程S4を簡素化することができる。
本実施形態では、第2保護膜52の厚みは、後述する第2ドライエッチング工程S5が終了したときに溝221,231の深さWa以上の厚みとなるように形成されている。ただし、第2保護膜52の厚みは、第2ドライエッチング工程S5が終了したときに第2保護膜52が溝221,231の底面に残存するように十分に厚く形成されていれば構わない。
また、本実施形態では、第2保護膜52は、樹脂を溝221,231に埋め込むことにより形成される厚膜であるが、溝221,231の側壁および底面をそれぞれ被覆する薄膜であっても構わない。
また、本実施形態では、第2保護膜52は、樹脂により形成されているが、樹脂以外の材料で形成されていても構わない。例えば、第2保護膜52は、金属により形成される金属膜であっても構わない。
≪第2ドライエッチング工程S5≫
図8に示すように、第2保護膜52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および第2振動腕22,23の第1面2Aと、振動基板2の外形と、を同時に形成する。本工程は、反応性イオンエッチングであり、RIE装置を用いて行われる。
本工程では、溝形成領域Q1に形成される第2保護膜52をマスクとして、溝形成領域Q1以外の領域がエッチングされる。ただし、本実施形態では、上述したように、土手部形成領域Qd1に第1保護膜51が残存している。そのため、本工程では、第1保護膜51と第2保護膜52とをマスクとして、水晶基板20の溝形成領域Q1および土手部形成領域Qd1以外の領域がエッチングされる。溝形成領域Q1および土手部形成領域Qd1以外の領域とは、腕間領域Q4および素子間領域Q5である。
このようにして、水晶基板20の腕間領域Q4および素子間領域Q5が第1基板面20A側から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。
第2ドライエッチング工程S5は、振動基板2の外形の深さが所望の深さAa,Baとなった時点で終了する。つまり、本工程終了時点では、腕間領域Q4のエッチング深さは深さAaであり、素子間領域Q5のエッチング深さは深さBaである。本実施形態では、深さAaと、深さBaと、は略等しい。
本実施形態では、振動基板2の外形の深さ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を水晶基板20の厚みTa以上とすることにより、第2ドライエッチング工程S5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。
また、本実施形態では、第2ドライエッチング工程S5において、水晶基板20の第1基板面20Aに第1保護膜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、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1は、第1保護膜51に保護されており、第1および第2ドライエッチング工程S3,S5においてエッチングされていない。第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1は、後述する第1保護膜除去工程S6において、第1および第2振動腕22,23の第1面2Aとなる。
また、第2ドライエッチング工程S5において、第1基板面20Aに第1保護膜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がエッチングされるようにしても構わない。この場合は、第2ドライエッチング工程S5において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。
このようにして、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および第2振動腕22,23の第1面2Aが形成される。
ここで、第1保護膜形成工程S2、第1ドライエッチング工程S3、第2保護膜形成工程S4、および第2ドライエッチング工程S5についてまとめると、以下のようになる。
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、溝221,231と、第1および第2振動腕22,23の外形と、を優れた寸法精度で形成することができる。
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るので、振動基板2の形成精度を高めることができる。
また、マイクロローディング効果を利用せずに、溝221,231と、第1および第2振動腕22,23の外形と、を形成することができるので、腕間領域Q4の幅、素子間領域Q5の幅、および溝221,231の幅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。例えば、第1保護膜形成工程S2において、第1保護膜51の厚みや幅を調整することにより、溝221,231や、第1および第2振動腕22,23の外形の寸法を制御することができる。
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。
≪第1保護膜除去工程S6≫
図9に示すように、水晶基板20の第1基板面20Aに残存する第1保護膜51を除去する。これにより、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。第1および第2振動腕22,23の第1面2A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においてエッチングされていないので、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、第2ドライエッチング工程S5が終了したときに、第1基板面20Aから第1保護膜51が除去されて残存していない場合は、第1保護膜除去工程S6は設けなくても構わない。
≪第2保護膜除去工程S7≫
図10に示すように、溝221,231に残存する第2保護膜52を除去する。
なお、第1保護膜除去工程S6と、第2保護膜除去工程S7と、を行う順番は、この順に限らず、実行順を入れ替えても構わない。また、第1保護膜除去工程S6と、第2保護膜除去工程S7と、を一つの工程として、第1保護膜51と第2保護膜52とを一括して除去するようにしても構わない。
以上の工程S1~S7により、図10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S8≫
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方向に交差する第3方向である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1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、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51を形成する第1保護膜形成工程S2と、第1保護膜51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、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、溝221,231に第2保護膜52を形成する第2保護膜形成工程S4と、第2保護膜52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、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。
これにより、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、かつ、腕間領域Q4の幅、素子間領域Q5の幅、および溝221,231の幅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。
また、上述したように、土手部形成領域Qd1に形成される第1保護膜51と、溝形成領域Q1に形成される第2保護膜52と、を樹脂膜とすることにより、第1および第2保護膜形成工程S2,S4を簡素化することができる。
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11~図15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、第1保護膜形成工程S2において土手部形成領域Qd1に形成される第1保護膜51aが金属膜であることや、第1保護膜51aが第1金属膜511と第2金属膜512とを有することや、第1保護膜形成工程S2において土手部形成領域Qd1以外の領域に第1金属膜511が形成されること以外は、実施形態1と同様である。
なお、土手部形成領域Qd1以外の領域のうち溝形成領域Q1に形成される第1金属膜511は、本開示における第3保護膜55に相当する。土手部形成領域Qd1以外の領域のうち腕間領域Q4および素子間領域Q5に形成される第1金属膜511は、本開示における第4保護膜57に相当する。
準備工程S1は、実施形態1と同一であるので、説明を省略し、第1保護膜形成工程S2から説明する。
≪第1保護膜形成工程S2≫
図11に示すように、まず、水晶基板20の第1基板面20Aに第1金属膜511を形成する。第1金属膜511は、後述する第2金属膜512の形成を促すための下地膜である。第1金属膜511は、例えば、銅(Cu)、クロム(Cr)などにより形成することができる。第1金属膜511は、例えば、スパッタリングや蒸着などの気相成膜法を用いて形成することができる。
次に、第1金属膜511における水晶基板20とは反対側の面に、フォトリソグラフィー技法を用いて、レジスト膜R1を形成する。第1金属膜511における水晶基板20とは反対側の面とは、第1金属膜511のZ方向プラス側の面である。レジスト膜R1は、土手部形成領域Qd1に開口部を有する。つまり、レジスト膜R1は、土手部形成領域Qd1に第2金属膜512を形成し得るようにパターニングされている。
次に、レジスト膜R1の開口部を介して、第1金属膜511における水晶基板20とは反対側の面に第2金属膜512を形成する。つまり、レジスト膜R1をマスクとして、第1金属膜511に第2金属膜512を積層する。このようにして、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1には、第1金属膜511と第2金属膜512とを有する第1保護膜51aが形成される。第2金属膜512は、例えば、ニッケル(Ni)により形成することができる。第2金属膜512は、例えば、無電解めっき法を用いて形成することができる。
第1保護膜51aを形成した後、レジスト膜R1を除去する。これにより、図12のようになる。
図12に示すように、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1には、第1金属膜511と第2金属膜512とを有する第1保護膜51aが形成される。つまり、本実施形態では、第1保護膜51a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、レジスト材として用いられる感光性樹脂のエッチングレートよりも低い。そのため、第1保護膜51aを金属膜とすることにより、樹脂膜と比べ、第1保護膜51aの厚みを薄くすることができる。これにより、第1ドライエッチング工程S3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、第1基板面20Aの溝形成領域Q1には、第3保護膜55としての第1金属膜511が形成される。第1基板面20Aの腕間領域Q4および素子間領域Q5には、第4保護膜57としての第1金属膜511が形成される。第3保護膜55および第4保護膜57としての第1金属膜511の厚みは、第1保護膜51aよりも薄い。
≪第1ドライエッチング工程S3≫
図13に示すように、第1保護膜51a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。
本実施形態では、第1基板面20Aの溝形成領域Q1、腕間領域Q4、および素子間領域Q5に第1金属膜511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。溝形成領域Q1に形成される第3保護膜55としての第1金属膜511と、腕間領域Q4、および素子間領域Q5に形成される第4保護膜57としての第1金属膜511と、は土手部形成領域Qd1に形成される第1保護膜51aよりも厚みが薄い。そのため、第3保護膜55および第4保護膜57は、第1保護膜51aと比べ、第1ドライエッチング工程S3において容易に除去される。
従って、溝形成領域Q1に第3保護膜55としての第1金属膜511が形成されている場合でも、溝221,231と、振動基板2の外形と、を一括して形成することができる。そのため、第3保護膜55としての第1金属膜511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。
また、腕間領域Q4および素子間領域Q5に第4保護膜57としての第1金属膜511が形成されている場合でも、溝221,231と、振動基板2の外形と、を一括して形成することができる。そのため、第4保護膜57としての第1金属膜511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。
≪第2保護膜形成工程S4≫
図14に示すように、溝221,231に第2保護膜52を形成する。
本実施形態では、第2保護膜52は、樹脂により形成される樹脂膜である。第2保護膜52は、樹脂を溝221,231に埋め込むことにより形成される。
≪第2ドライエッチング工程S5≫
図15に示すように、第2保護膜52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および第2振動腕22,23の第1面2Aと、振動基板2の外形と、を同時に形成する。
本実施形態では、第2ドライエッチング工程S5において、水晶基板20の第1基板面20Aに第1保護膜51a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、第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1は、第1保護膜51aに保護されており、第1および第2ドライエッチング工程S3,S5においてエッチングされていない。第1基板面20Aの土手部形成領域Qd1は、後述する第1保護膜除去工程S6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保護膜51aが残存した状態」とは、「第1保護膜51a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、第2ドライエッチング工程S5が終了したときに、第1保護膜51aを構成する第1金属膜511および第2金属膜512が第1基板面20Aに残存しているが、第2金属膜512は除去されていても構わない。
第2ドライエッチング工程S5が終了すると、第1保護膜除去工程S6に移る。
第1保護膜除去工程S6、第2保護膜除去工程S7、および電極形成工程S8は、実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
以上により、振動素子1が得られる。
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。
土手部形成領域Qd1に形成される第1保護膜51aを金属膜とすることにより、第1および第2振動腕22,23や溝221,231などの寸法精度を向上させることができる。
以上、振動素子1の製造方法について、実施形態1および実施形態2に基づいて説明した。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。また、各実施形態を適宜組み合わせても構わない。
例えば、第1保護膜51および第2保護膜52のうちの少なくとも一つが、樹脂膜であれば構わない。
また、例えば、第1保護膜51および第2保護膜52のうちの少なくとも一つが、金属膜であれば構わない。
また、例えば、第1基板面20Aの腕間領域Q4には、第4保護膜57が形成されていなくても構わない。つまり、第1基板面20Aの腕間領域Q4は、露出していても構わない。換言すると、第1基板面20Aの腕間領域Q4には、保護膜が形成されていなくても構わない。
また、例えば、第1基板面20Aの素子間領域Q5には、第4保護膜57が形成されていなくても構わない。つまり、第1基板面20Aの素子間領域Q5は、露出していても構わない。換言すると、第1基板面20Aの素子間領域Q5には、保護膜が形成されていなくても構わない。
また、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。
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。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18、図19および図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、図19および図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。
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21、図22および図23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21、図22および図23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。
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、221,231…溝、225,235…土手部、51,51a…第1保護膜、52…第2保護膜、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…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…第1保護膜除去工程、S7…第2保護膜除去工程、S8…電極形成工程。

Claims (7)

  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、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基板面側からドライエッチングし、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、を形成する第1ドライエッチング工程と、
    前記溝に第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1基板面側からドライエッチングし、前記第1面と、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、を含む、
    振動素子の製造方法。
  2. 前記第1保護膜および前記第2保護膜のうちの少なくとも一つは、樹脂膜である、
    請求項1に記載の振動素子の製造方法。
  3. 前記第1保護膜および前記第2保護膜のうちの少なくとも一つは、金属膜である、
    請求項1に記載の振動素子の製造方法。
  4. 前記第1保護膜形成工程において、前記溝形成領域に、前記第1保護膜よりも厚みの薄い第3保護膜を形成する、
    請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
  5. 前記第1保護膜形成工程において、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保護膜よりも厚みの薄い第4保護膜を形成する、
    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、保護膜が形成されていない、
    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。
  7. 前記第2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保護膜が残存した状態で終了させ、
    残存した前記第1保護膜を除去する保護膜除去工程を更に含む、
    請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の振動素子の製造方法。
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