JP2024049642A - 振動素子の製造方法 - Google Patents

振動素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2024049642A
JP2024049642A JP2022155987A JP2022155987A JP2024049642A JP 2024049642 A JP2024049642 A JP 2024049642A JP 2022155987 A JP2022155987 A JP 2022155987A JP 2022155987 A JP2022155987 A JP 2022155987A JP 2024049642 A JP2024049642 A JP 2024049642A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
groove
protective film
vibration
opening
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022155987A
Other languages
English (en)
Inventor
日和 坂田
Hiyori Sakata
啓一 山口
Keiichi Yamaguchi
竜太 西澤
Ryuta Nishizawa
茂 白石
Shigeru Shiraishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2022155987A priority Critical patent/JP2024049642A/ja
Priority to CN202311270753.XA priority patent/CN117792319A/zh
Priority to US18/475,712 priority patent/US20240110786A1/en
Publication of JP2024049642A publication Critical patent/JP2024049642A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5769—Manufacturing; Mounting; Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
    • G01C19/5628—Manufacturing; Trimming; Mounting; Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21—Crystal tuning forks
    • H03H9/215—Crystal tuning forks consisting of quartz
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/026—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the tuning fork type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

Figure 2024049642000001
【課題】深さが異なる第１溝および第２溝を容易に形成することのできる振動素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、水晶基板の振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、第１面の素子形成領域上に、第１溝形成領域と重なる第１開口と第２溝形成領域と重なる第２開口とを有する第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、第１保護膜を介して水晶基板を第１面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と、を含み、第１開口の幅をＷａとし、第２開口の幅をＷｂとしたとき、Ｗａ＜Ｗｂである。
【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、表面および下面のそれぞれに溝を有する一対の振動腕を備えた水晶振動片の製造方法として、ドライエッチングのマイクロローディング効果を利用して、水晶振動片の外形形状と各振動腕の溝とを一括形成する方法が記載されている。なお、マイクロローディング効果とは、加工幅が狭い密部位と加工幅が広い疎部位とでは、同条件でドライエッチングしても疎部位の方が密部位よりも加工深さが深くなる、つまり、エッチングレートが大きくなる効果を言う。
特開２００７－０１３３８２号公報
しかしながら、特許文献１では、例えば、複数の振動腕に対して異なる深さの溝を形成することが想定されていない。
本発明の振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備え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振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第１面の前記素子形成領域上に、前記第１溝形成領域と重なる第１開口と前記第２溝形成領域と重なる第２開口とを有する第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する第１ドライエッチング工程と、を含み、
前記第１開口の幅をＷａとし、前記第２開口の幅をＷｂとしたとき、Ｗａ＜Ｗｂである。
本発明の振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備え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振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第１面の前記素子形成領域上に、前記第１溝形成領域と重なる第１開口と、前記第１開口内に位置する第１レート調整部と、前記第２溝形成領域と重なる第２開口とを有する第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する第１ドライエッチング工程と、を含み、
前記第１開口の縁と前記第１レート調整部との離間距離をＤａとし、前記第２開口の幅をＷｂとしたとき、Ｄａ＜Ｗｂである。
第１実施形態に係る振動素子の平面図である。 図１中のＡ－Ａ線断面図である。 図１中のＢ－Ｂ線断面図である。 振動素子の駆動状態を示す概略図である。 振動素子の駆動状態を示す概略図である。 ｄ１＝ｄ２のときのｄ１、ｄ２と感度との関係を示すグラフである。 ｄ２／ｄ１と感度との関係を示すグラフである。 振動素子の製造方法を示すフローチャートである。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態に係る振動素子の断面図である。 第２実施形態に係る振動素子の断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態に係る振動素子の断面図である。 第３実施形態に係る振動素子の断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 第１保護膜を示す平面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 第２保護膜を示す平面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 第４実施形態に係る振動素子の平面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。 振動素子の変形例を示す断面図である。
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。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動素子の平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４および図５は、それぞれ、振動素子の駆動状態を示す概略図である。図６は、ｄ１＝ｄ２のときのｄ１、ｄ２と感度との関係を示すグラフである。図７は、ｄ２／ｄ１と感度との関係を示すグラフである。図８は、振動素子の製造方法を示すフローチャートである。図９ないし図１４は、それぞれ、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示する。また、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。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。
まず、本実施形態の振動素子の製造方法により製造される振動素子１について説明する。振動素子１は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出することができる角速度検出素子である。このような振動素子１は、図１ないし図３に示すように、Ｚカットの水晶基板をパターニングしてなる振動基板２と、振動基板２の表面に成膜された電極３と、を有する。
また、振動基板２は、Ｚ軸方向に厚みを有し、Ｘ－Ｙ平面に広がる板状であり、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。また、振動基板２は、中央部に位置する基部２１と、基部２１からＹ軸方向両側に延出する第２振動腕Ａ２としての一対の検出振動腕２２、２３と、基部２１からＸ軸方向両側へ延出する一対の支持腕２４、２５と、一方の支持腕２４の先端部からＹ軸方向両側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕２６、２７と、他方の支持腕２５の先端部からＹ軸方向両側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕２８、２９と、を有する。そして、基部２１において、図示しない支持部材に支持される。
このような形状の振動素子１によれば、後述するように、駆動振動モードにおいて駆動振動腕２６、２７、２８、２９がバランスよく屈曲振動するため、検出振動腕２２、２３に不要な振動が生じ難く、角速度ωｚを精度よく検出することができる。
検出振動腕２２は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１としての有底の溝２２１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２としての有底の溝２２２と、を有する。溝２２１、２２２は、それぞれ、検出振動腕２２に沿って形成されている。また、溝２２１、２２２は、対称的に形成されている。
検出振動腕２３は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１としての有底の溝２３１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２としての有底の溝２３２と、を有する。溝２３１、２３２は、それぞれ、検出振動腕２３に沿って形成されている。また、溝２３１、２３２は、対称的に形成されている。
これら２本の検出振動腕２２、２３は、互いに同じ構成（形状および寸法）に設計されている。
駆動振動腕２６は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２６１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２６２と、を有する。溝２６１、２６２は、それぞれ、駆動振動腕２６に沿って形成されている。また、溝２６１、２６２は、対称的に形成されている。
駆動振動腕２７は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２７１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２７２と、を有する。溝２７１、２７２は、それぞれ、駆動振動腕２７に沿って形成されている。また、溝２７１、２７２は、対称的に形成されている。
駆動振動腕２８は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２８１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２８２と、を有する。溝２８１、２８２は、それぞれ、駆動振動腕２８に沿って形成されている。また、溝２８１、２８２は、対称的に形成されている。
駆動振動腕２９は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２９１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２９２と、を有する。溝２９１、２９２は、それぞれ、駆動振動腕２９に沿って形成されている。また、溝２９１、２９２は、対称的に形成されている。
これら４本の駆動振動腕２６、２７、２８、２９は、互いに同じ構成（形状および寸法）に設計されている。また、各駆動振動腕２６、２７、２８、２９に形成された溝２６１、２６２、２７１、２７２、２８１、２８２、２９１、２９２の幅Ｗ１は、各検出振動腕２２、２３に形成された溝２２１、２２２、２３１、２３２の幅Ｗ２よりも小さい。つまり、Ｗ１＜Ｗ２である。
電極３は、第１検出信号電極３１と、第１検出接地電極３２と、第２検出信号電極３３と、第２検出接地電極３４と、駆動信号電極３５と、駆動接地電極３６と、を有する。このうち、第１検出信号電極３１は、検出振動腕２２の上面２ａおよび下面２ｂに配置され、第１検出接地電極３２は、検出振動腕２２の両側面に配置されている。また、第２検出信号電極３３は、検出振動腕２３の上面２ａおよび下面２ｂに配置され、第２検出接地電極３４は、検出振動腕２３の両側面に配置されている。また、駆動信号電極３５は、駆動振動腕２６、２７の上面２ａおよび下面２ｂと、駆動振動腕２８、２９の両側面と、に配置されている。また、駆動接地電極３６は、駆動振動腕２６、２７の両側面と、駆動振動腕２８、２９の上面２ａおよび下面２ｂと、に配置されている。
以上、振動素子１の構成について簡単に説明した。このような構成の振動素子１は、次のようにしてＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。
駆動信号電極３５と駆動接地電極３６との間に駆動信号を印加すると、図４に示すように、駆動振動腕２６、２７と駆動振動腕２８、２９とがＸ軸方向に逆相で屈曲振動する（以下、この状態を「駆動振動モード」とも言う）。なお、この状態では、駆動振動腕２６、２７、２８、２９の振動がキャンセルされ、検出振動腕２２、２３は、振動しない。駆動振動モードで駆動している状態で振動素子１に角速度ωｚが加わると、図５に示すように、駆動振動腕２６、２７、２８、２９にコリオリの力が働いてＹ軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように検出振動腕２２、２３がＸ軸方向に屈曲振動する（以下、この状態を「検出振動モード」とも言う）。
このような屈曲振動によって検出振動腕２２に発生した電荷を第１検出信号電極３１から第１検出信号として取り出し、検出振動腕２３に発生した電荷を第２検出信号電極３３から第２検出信号として取り出し、これら第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｚが求められる。なお、第１、第２検出信号は、互いに逆相の信号であるため、差動検出方式を用いることで、より精度よく角速度ωｚを検出することができる。
次に、検出振動腕２２、２３に形成された溝と、駆動振動腕２６、２７、２８、２９に形成された溝との関係について説明する。なお、前述したように、各検出振動腕２２、２３は、互いに同様の構成であり、各駆動振動腕２６、２７、２８、２９は、互いに同様の構成である。したがって、以下では、説明の便宜上、検出振動腕２２、２３を総称して第２振動腕Ａ２とし、駆動振動腕２６、２７、２８、２９を総称して第１振動腕Ａ１として説明する。
前述したように、第１振動腕Ａ１は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２と、を有する。また、第２振動腕Ａ２は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２と、を有する。そのため、第１振動腕Ａ１および第２振動腕Ａ２の断面形状は、それぞれ、Ｈ型となる。このような構成によれば、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の屈曲振動時の熱伝達経路を長くすることができ、熱弾性損失が低減され、Ｑ値が高まる。さらには、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２が柔らかくなり、これらがＸ軸方向に屈曲変形し易くなる。そのため、駆動振動モードでの第１振動腕Ａ１の振幅を大きくすることができる。第１振動腕Ａ１の振幅が大きいほどコリオリ力が大きくなり、検出振動モードでの第２振動腕Ａ２の振幅がより大きくなる。そのため、より大きな検出信号が得られ、角速度ωｚの検出感度が高まる。
以下、図２に示すように、第１振動腕Ａ１の厚さをｔ１、第１振動腕Ａ１の第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さをｄ１とし、第２振動腕Ａ２の厚さをｔ２、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さをｄ２として、ｄ２／ｔ２とｄ１／ｔ１との関係について詳細に説明する。なお、ｄ１は、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さの合計である。本実施形態では、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２が対称的に形成されているため、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さは、それぞれ、ｄ１／２である。同様に、ｄ２は、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さの合計である。本実施形態では第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２が対称的に形成されているため、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さは、それぞれ、ｄ２／２である。
図６に、ｄ１、ｄ２（ただし、ｄ１＝ｄ２）と角速度ωｚの検出感度（感度）との関係を示す。なお、振動基板２の板厚つまりｔ１、ｔ２は、１００μｍである。また、検出感度は、ｄ１、ｄ２が６０μｍのときの検出感度を１とした比で表している。同図から分かるように、ｄ１、ｄ２が深くなるほど検出感度が高まっている。しかしながら、ｄ１、ｄ２を９０μｍ（板厚の９０％）としても、ｄ１、ｄ２が６０μｍ（板厚の６０％）のときと比較して検出感度が１．０９倍にしか高まっていない。このことから、ｄ１＝ｄ２である場合、ｄ１、ｄ２を大きくしても検出感度が高まり難いことが分かる。
次に、図７に、ｄ２／ｄ１と検出感度との関係を示す。なお、振動基板２の板厚つまりｔ１、ｔ２は、１００μｍである。また、検出感度は、従来の構成であるｄ２／ｄ１＝１のときの検出感度を１とした比で表している。同図から分かるように、ｄ２／ｄ１が大きくなるほど検出感度が高まっている。すなわち、第１振動腕Ａ１の第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２に対して、第２振動腕Ａ２の第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２が深くなるほど検出感度が高まっている。そして、ｄ２／ｄ１＞１の領域で、従来の構成よりも検出感度を高められることが分かる。
したがって、振動素子１では、ｄ２／ｄ１＞１、つまり、ｄ２／ｔ２＞ｄ１／ｔ１を満足している。つまり、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２は、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２よりも浅い。これにより、従来の構成よりも検出感度を高めることができ、従来の構成では到達することのできない検出感度を得ることができる。
以上、振動素子１の全体構成について説明した。次に、振動素子１の製造方法について説明する。ここでも、駆動振動腕２６、２７、２８、２９を総称して第１振動腕Ａ１として説明し、検出振動腕２２、２３を総称して第２振動腕Ａ２として説明する。振動素子１の製造方法は、図８に示すように、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１ドライエッチング工程Ｓ３と、第２保護膜形成工程Ｓ４と、第２ドライエッチング工程Ｓ５と、電極形成工程Ｓ６と、を含む。以下、図２に対応する断面図を用いて、これら各工程Ｓ１～Ｓ６について順に説明する。
［準備工程Ｓ１］
まず、図９に示すように、振動基板２の母材であるＺカットの水晶基板２００を準備する。水晶基板２００は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。水晶基板２００は、振動基板２よりも大きく、水晶基板２００から複数の振動基板２を形成することができる。水晶基板２００は、ランバード加工された人工水晶をＺカットで切断することにより得られる水晶ウエハーを用いることができる。
なお、以下では、振動基板２が形成される領域を素子形成領域Ｑ１、素子形成領域Ｑ１外の領域を除去領域Ｑ２、第１溝Ａ１１が形成される領域を第１溝形成領域Ｑｍ１、第２溝Ａ２１が形成される領域を第２溝形成領域Ｑｍ２、第３溝Ａ１２が形成される領域を第３溝形成領域Ｑｍ３、第４溝Ａ２２が形成される領域を第４溝形成領域Ｑｍ４、ともいう。図示しないが、１つの水晶基板２００内に、複数の素子形成領域Ｑ１がマトリクス状に設けられている。
次に、必要に応じて、水晶基板２００の両面に対して厚み調整および平坦化のための研磨加工を行う。このような研磨加工は、ラッピング加工とも呼ばれる。例えば、上下一対の定盤を備えるウエハー研磨装置を用いて、互いに逆向きに回転する定盤の間で水晶基板２００を挟み込み、水晶基板２００を回転させると共に研磨液を供給しながら、水晶基板２００の両面を研磨する。なお、研磨加工では、上述のラッピング加工に続けて、必要に応じて水晶基板２００の両面に対して鏡面研磨加工を行ってもよい。このような研磨加工は、ポリッシング加工とも呼ばれる。これにより、水晶基板２００の両面を鏡面化することができる。
［第１保護膜形成工程Ｓ２］
次に、図１０に示すように、水晶基板２００の上面２ａに第１保護膜４を形成する。第１保護膜４は、素子形成領域Ｑ１上に形成されており、第１溝形成領域Ｑｍ１と重なる第１開口４１と、第２溝形成領域Ｑｍ２と重なる第２開口４２と、を有する。また、第１開口４１の幅Ｗａは、第２開口４２の幅Ｗｂよりも小さい。つまり、Ｗａ＜Ｗｂである。なお、幅Ｗａ、Ｗｂは、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の延在方向に直交するＸ軸方向の長さを言う。また、幅Ｗａ、Ｗｂは、それぞれ、マイクロローディング効果を発現させるために十分に小さく、例えば、１００μｍ以下に設計されている。また、幅Ｗａ、Ｗｂは、求められるエッチング深さに応じて適宜設定されている。
なお、除去領域Ｑ２、具体的には、隣り合う振動腕間の距離Ｄ１や隣り合う素子間の距離Ｄ２は、幅Ｗａおよび幅Ｗｂよりも十分に大きく設計されている。
第１保護膜４の材料や形成方法は、特に限定されない。例えば、第１保護膜４は、金属材料で構成された金属膜であってもよい。この場合、スパッタリング、蒸着、めっきなどの各種成膜方法を用いて水晶基板２００の上面に第１保護膜４の母材となる金属膜を成膜し、成膜した金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法でパターニングすることにより第１保護膜４を形成することができる。第１保護膜４を金属膜とすることにより、エッチングレートの低い第１保護膜４が得られ、その分、第１保護膜４を薄くすることができる。第１保護膜４を薄くすることにより、水晶基板２００のパターニング精度が高まり、振動基板２の外形形状や第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１の寸法精度が向上する。
また、例えば、第１保護膜４は、樹脂材料で構成された樹脂膜であってもよい。この場合、スピンコート法、スプレーコート法などの各種成膜方法を用いて水晶基板２００の上面に第１保護膜４の母材となるフォトレジストを成膜し、製膜したフォトレジストをフォトリソグラフィー技法でパターニングすることにより第１保護膜４を形成することができる。第１保護膜４を樹脂膜とすることにより、フォトレジストをそのまま第１保護膜４として利用することができる。そのため、第１保護膜形成工程Ｓ２を簡素化することができる。
［第１ドライエッチング工程Ｓ３］
次に、図１１に示すように、上面２ａ側から第１保護膜４を介して水晶基板２００をドライエッチングする。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、優れた寸法精度を実現することができる。なお、ドライエッチングは、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。ＲＩＥ装置に導入される反応ガスとしては、特に限定されないが、例えば、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等を用いることができる。
本工程では、マイクロローディング効果を用いて水晶基板２００をドライエッチングする。「マイクロローディング効果」とは、加工幅が狭い密部位と加工幅が広い疎部位とでは、同条件でドライエッチングしても疎部位のほうが密部位よりも加工深さが深くなる、つまり、エッチングレートが大きくなる効果を言う。本実施形態に当て嵌めると、前述したように、第１開口４１の幅Ｗａが第２開口４２の幅Ｗｂよりも小さく、除去領域Ｑ２がこれら幅Ｗａ、Ｗｂよりも大きい。したがって、エッチング加工される３つの領域である第１溝形成領域Ｑｍ１、第２溝形成領域Ｑｍ２および除去領域Ｑ２のうち、除去領域Ｑ２が最も疎な部位であり、第１溝形成領域Ｑｍ１が最も密な部分である。そのため、本工程におけるエッチングレートは、マイクロローディング効果により、除去領域Ｑ２＞第２溝形成領域Ｑｍ２＞第１溝形成領域Ｑｍ１となる。
したがって、図１１に示すように、本工程では、除去領域Ｑ２のエッチング深さが最も深く、次いで、第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチング深さが深く、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチング深さが最も浅い。これにより、本工程において、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が一括して形成される。そのため、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１の形成が容易となる。なお、本工程の終了時において、除去領域Ｑ２のエッチング深さが水晶基板２００の厚さの半分以上に達している。
以上、水晶基板２００を上面２ａ側からエッチングする工程が終了する。次の工程Ｓ４、Ｓ５は、水晶基板２００を下面２ｂ側からエッチングする工程であり、前述した工程Ｓ２、Ｓ３と同様である。そのため、工程Ｓ２、Ｓ３と重複する部分については、説明を省略する。
［第２保護膜形成工程Ｓ４］
次に、図１２に示すように、水晶基板２００の下面２ｂに第２保護膜５を形成する。第２保護膜５は、素子形成領域Ｑ１上に形成されており、第３溝形成領域Ｑｍ３と重なる第３開口５１と、第４溝形成領域Ｑｍ４と重なる第４開口５２と、を有する。また、第３開口５１の幅Ｗｃは、第４開口５２の幅Ｗｄよりも小さい。つまり、Ｗｃ＜Ｗｄである。なお、幅Ｗｃ、Ｗｄは、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の延在方向に直交するＸ軸方向の長さを言う。また、幅Ｗｃ、Ｗｄは、それぞれ、マイクロローディング効果を発現させるために十分に小さく設計されている。また、幅Ｗｃ、Ｗｄは、求められるエッチング深さに応じて適宜設定されている。このような第２保護膜５は、前述した第１保護膜４と同様の構成である。
なお、除去領域Ｑ２、具体的には、隣り合う振動腕間の距離Ｄ１や隣り合う素子間の距離Ｄ２は、幅Ｗｃおよび幅Ｗｄよりも十分に大きく設計されている。
［第２ドライエッチング工程Ｓ５］
次に、図１３に示すように、下面２ｂ側から第２保護膜５を介して水晶基板２００をドライエッチングする。前述したように、第３開口５１の幅Ｗｃが第４開口５２の幅Ｗｄよりも小さく、除去領域Ｑ２がこれら幅Ｗｃ、Ｗｄよりも大きい。したがって、エッチング加工される３つの領域である第３溝形成領域Ｑｍ３、第４溝形成領域Ｑｍ４および除去領域Ｑ２のうち、除去領域Ｑ２が最も疎な部位であり、第３溝形成領域Ｑｍ３が最も密な部分である。そのため、本工程におけるエッチングレートは、マイクロローディング効果により、除去領域Ｑ２＞第４溝形成領域Ｑｍ４＞第３溝形成領域Ｑｍ３となる。
したがって、図１３に示すように、本工程では、除去領域Ｑ２のエッチング深さが最も深く、次いで、第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチング深さが深く、第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチング深さが最も浅い。これにより、本工程において、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が一括して形成される。そのため、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２の形成が容易となる。なお、本工程の終了時では、除去領域Ｑ２において水晶基板２００が貫通し、振動基板２の外形形状が完成している。これにより、振動基板２の外形形状を完成させるためのさらなるドライエッチング工程が不要となるため、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。
以上により、水晶基板２００から複数の振動基板２が得られる。
［電極形成工程Ｓ６］
次に、図１４に示すように、振動基板２の表面に電極３を形成する。電極３の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、振動基板２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング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。
以上により、振動素子１が得られる。このような製造方法によれば、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を一括して形成することができる。同様に、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２を一括して容易に形成することができる。また、振動基板２の外形形状に対する各溝Ａ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２の位置ずれが抑制され、振動基板２の形成精度が高まる。
また、本実施形態では、第２ドライエッチング工程Ｓ５までは水晶基板２００の除去領域Ｑ２が貫通せず、水晶基板２００の機械的強度を十分に高く維持することができる。つまり、水晶基板２００の機械的強度が高いままの状態で、終盤に位置する第２ドライエッチング工程Ｓ５までの各工程を行うことができる。そのため、ハンドリング性が高まり、振動素子１の製造が容易となる。
ただし、これに限定されず、例えば、第１ドライエッチング工程Ｓ３において、水晶基板２００の除去領域Ｑ２が貫通してもよい。つまり、第１ドライエッチング工程Ｓ３において、振動基板２の外形形状を完成させてもよい。このように、上面２ａ側からのドライエッチングだけで振動基板２の外形形状を形成することにより、外形形状が完成するまで第１保護膜４を使い続けることができる。そのため、高い精度で外形形状を形成することができる。したがって、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の不要振動や振動バランスの低下が抑制され、優れた角速度検出特性を有する振動素子１を製造することができる。
以上、振動素子の製造方法について説明した。このような振動素子の製造方法は、前述したように、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有し、上面２ａに開口する有底の第１溝Ａ１１を有する第１振動腕Ａ１と、上面２ａに開口する有底の第２溝Ａ２１を有する第２振動腕Ａ２と、を備える振動素子１の製造方法であって、上面２ａおよび下面２ｂを有する水晶基板２００を準備する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００の振動素子１が形成される領域を素子形成領域Ｑ１とし、第１溝Ａ１１が形成される領域を第１溝形成領域Ｑｍ１とし、第２溝Ａ２１が形成される領域を第２溝形成領域Ｑｍ２としたとき、上面２ａの素子形成領域Ｑ１上に、第１溝形成領域Ｑｍ１と重なる第１開口４１と第２溝形成領域Ｑｍ２と重なる第２開口４２とを有する第１保護膜４を形成する第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１保護膜４を介して水晶基板２００を上面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、を含む。そして、第１開口４１の幅をＷａとし、第２開口４２の幅をＷｂとしたとき、Ｗａ＜Ｗｂである。これにより、マイクロローディング効果によって、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートを第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングレートよりも低くすることができる。そのため、深さの異なる第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１を一括して形成することができ、振動素子１の製造が容易となる。また、外形形状と共に第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１が形成されるため、外形形状に対する第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１の位置ずれが阻止され、振動素子１の形成精度が高まる。
また、前述したように、振動素子１は、第１振動腕Ａ１の下面２ｂに開口する第３溝Ａ１２と、第２振動腕Ａ２の下面２ｂに開口する第４溝Ａ２２と、を有し、水晶基板２００の第３溝Ａ１２が形成される領域を第３溝形成領域Ｑｍ３とし、第４溝Ａ２２が形成される領域を第４溝形成領域Ｑｍ４としたとき、下面２ｂの素子形成領域Ｑ１上に、第３溝形成領域Ｑｍ３と重なる第３開口５１と第４溝形成領域Ｑｍ４と重なる第４開口５２とを有する第２保護膜５を形成する第２保護膜形成工程Ｓ４と、第２保護膜５を介して水晶基板２００を下面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、を含む。そして、第３開口５１の幅をＷｃとし、第４開口５２の幅をＷｄとしたとき、Ｗｃ＜Ｗｄである。これにより、マイクロローディング効果によって、第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングレートを第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングレートよりも低くすることができる。そのため、深さの異なる第３、第４溝Ａ１２、Ａ２２を一括して形成することができ、振動素子１の製造が容易となる。
また、前述したように、振動素子１は、角速度を検出する角速度検出素子であり、第１振動腕Ａ１は、印加される駆動信号に応じて屈曲振動し、第２振動腕Ａ２は、印加される角速度ωｚに応じて屈曲振動する。つまり、第１振動腕Ａ１が駆動振動腕２６、２７、２８、２９であり、第２振動腕Ａ２が検出振動腕２２、２３である。これにより、駆動振動腕２６、２７、２８、２９に形成される第１溝Ａ１１が、検出振動腕２２、２３に形成される第２溝Ａ２１よりも浅くなるため、角速度検出素子の検出感度を高めることができる。
また、前述したように、振動素子１は、基部２１と、基部２１から第１方向であるＹ軸方向の両側に延出する第２振動腕Ａ２である一対の検出振動腕２２、２３と、基部２１からＹ軸方向と交差する第２方向であるＸ軸方向の両側に延出する一対の支持腕２４、２５と、一方の支持腕２４からＹ軸方向の両側に延出する第１振動腕Ａ１である一対の駆動振動腕２６、２７と、他方の支持腕２５からＹ軸方向の両側に延出する第１振動腕Ａ１である一対の駆動振動腕２８、２９と、を有する。このような構成によれば、駆動振動モードにおいて駆動振動腕２６、２７、２８、２９がバランスよく屈曲振動するため、検出振動腕２２、２３に不要な振動が生じ難く、角速度ωｚを精度よく検出することができる。
＜第２実施形態＞
図１５および図１６は、それぞれ、第２実施形態に係る振動素子の断面図である。図１７ないし図２０は、それぞれ、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、製造する振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態に係る振動素子の製造方法では、図１５および図１６に示す振動素子１０を製造する。振動素子１０は、第１振動腕Ａ１の構成だけが振動素子１と異なっている。各第１振動腕Ａ１には、２本の第１溝Ａ１１が第１振動腕Ａ１の幅方向つまりＸ軸方向に並んで形成されている。同様に、２本の第３溝Ａ１２が第１振動腕Ａ１の幅方向つまりＸ軸方向に並んで形成されている。このように、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２をそれぞれ２本ずつ並べて形成することにより、前述した第１実施形態と比べて、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の実効幅を大きくすることができる。そのため、前述した第１実施形態と比べて、第１振動腕Ａ１のＱ値を上げることができ、また、第１振動腕Ａ１を柔らかくすることができる。なお、第１溝Ａ１１の数は、特に限定されず、例えば、３本以上であってもよい。第１溝Ａ１１の数は、第１振動腕Ａ１の幅、第１溝Ａ１１の幅Ｗ１などに応じて適宜設定することができる。第３溝Ａ１２についても同様である。
以上、振動素子１０の構成について説明した。次に、振動素子１０の製造方法について説明する。振動素子１０の製造方法は、前述した第１実施形態の振動素子１の製造方法と同様であり、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１ドライエッチング工程Ｓ３と、第２保護膜形成工程Ｓ４と、第２ドライエッチング工程Ｓ５と、電極形成工程Ｓ６と、を含む。以下、これら各工程Ｓ１～Ｓ６について順に説明するが、前述した第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
［準備工程Ｓ１］
まず、振動基板２の母材であるＺカットの水晶基板２００を準備する。
［第１保護膜形成工程Ｓ２］
次に、図１７に示すように、水晶基板２００の上面２ａに第１保護膜４を形成する。第１保護膜４は、素子形成領域Ｑ１上に形成され、各第１溝形成領域Ｑｍ１と重なる２つの第１開口４１と、第２溝形成領域Ｑｍ２と重なる第２開口４２と、を有する。また、各第１開口４１の幅Ｗａは、第２開口４２の幅Ｗｂよりも小さい。つまり、Ｗａ＜Ｗｂである。
［第１ドライエッチング工程Ｓ３］
次に、図１８に示すように、上面２ａ側から第１保護膜４を介して水晶基板２００をドライエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を一括して形成する。
［第２保護膜形成工程Ｓ４］
次に、図１９に示すように、水晶基板２００の下面２ｂに第２保護膜５を形成する。第２保護膜５は、素子形成領域Ｑ１上に形成され、各第３溝形成領域Ｑｍ３と重なる２つの第３開口５１と、第４溝形成領域Ｑｍ４と重なる第４開口５２と、を有する。また、各第３開口５１の幅Ｗｃは、第４開口５２の幅Ｗｄよりも小さい。つまり、Ｗｃ＜Ｗｄである。このような第２保護膜５は、前述した第１保護膜４と同様の構成である。
［第２ドライエッチング工程Ｓ５］
次に、図２０に示すように、下面２ｂ側から第２保護膜５を介して水晶基板２００をドライエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２を一括して形成する。以上により、水晶基板２００から複数の振動基板２が得られる。
［電極形成工程Ｓ６］
次に、振動基板２の表面に電極３を形成する。これにより、振動素子１が得られる。
以上のように、本実施形態の振動素子の製造方法では、第１保護膜４は、第１振動腕Ａ１の延在方向に直交する方向に並ぶ複数の第１開口４１を有する。これにより、第１溝Ａ１１を複数形成することができる。そのため、前述した第１実施形態と比べて、第１溝Ａ１１の実効幅を大きくすることができる。そのため、前述した第１実施形態と比べて、第１振動腕Ａ１のＱ値を上げることができ、また、第１振動腕Ａ１を柔らかくすることができる。
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図２１および図２２は、それぞれ、第３実施形態に係る振動素子の断面図である。図２３は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。図２４は、第１保護膜を示す平面図である。図２５ないし図２７は、それぞれ、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。図２８は、第２保護膜を示す平面図である。図２９は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、製造する振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の振動素子の製造方法では、図２１および図２２に示す振動素子１００を製造する。振動素子１００は、振動素子１と同じ外形形状であり、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の幅Ｗ１が第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の幅Ｗ２と等しいか、幅Ｗ２よりも大きい。つまり、Ｗ１≧Ｗ２である。このように、Ｗ１≧Ｗ２とすることにより、前述した第１、第２実施形態と比べて、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の実効幅を大きくすることができる。そのため、前述した第１、第２実施形態よりも第１振動腕Ａ１のＱ値を上げることができ、また、第１振動腕Ａ１を柔らかくすることができる。
以上、振動素子１００について説明した。次に、振動素子１００の製造方法について説明する。振動素子１００の製造方法は、前述した第１実施形態の振動素子１の製造方法と同様であり、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１ドライエッチング工程Ｓ３と、第２保護膜形成工程Ｓ４と、第２ドライエッチング工程Ｓ５と、電極形成工程Ｓ６と、を含む。以下、これら各工程Ｓ１～Ｓ６について順に説明するが、前述した第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
［準備工程Ｓ１］
まず、振動基板２の母材であるＺカットの水晶基板２００を準備する。
［第１保護膜形成工程Ｓ２］
次に、図２３に示すように、水晶基板２００の上面２ａに第１保護膜４を形成する。第１保護膜４は、素子形成領域Ｑ１上に形成され、第１溝形成領域Ｑｍ１と重なる第１開口４１と、第２溝形成領域Ｑｍ２と重なる第２開口４２と、を有する。第１開口４１の幅Ｗａは、第２開口４２の幅Ｗｂよりも大きい。つまり、Ｗａ＞Ｗｂである。そのため、マイクロローディング効果によって、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートが第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングレートよりも高くなり、第１溝Ａ１１が第２溝Ａ２１よりも深くなってしまう。そこで、第１保護膜４は、さらに、第１開口４１内に位置する第１レート調整部４３を有する。第１レート調整部４３は、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートを低下させる機能を有する。
図２４に示すように、第１レート調整部４３は、第１開口４１の幅方向中央部つまりＸ軸方向中央部に位置し、第１振動腕Ａ１の延在方向に沿って互いに離間して複数配置されている。また、各第１レート調整部４３は、後の第１ドライエッチング工程Ｓ３において、その直下の水晶基板２００が除去されるように十分に小さく形成されている。また、第１開口４１の縁と第１レート調整部４３との離間距離をＤａとしたとき、Ｄａ＜Ｗｂである。なお、離間距離Ｄａは、Ｘ軸方向の離間距離を言う。また、隣り合う第１レート調整部４３の離間距離をＤｂとしたとき、Ｄｂ＜Ｗｂである。これにより、第１溝形成領域Ｑｍ１が第２溝形成領域Ｑｍ２よりも密な部分となり、Ｗａ＞Ｗｂであっても第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートを第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングレートよりも低くすることができる。
ただし、第１レート調整部４３の構成は、特に限定されない。例えば、第１振動腕Ａ１の延在方向に沿って延在する長尺な第１レート調整部４３が１つまたは複数配置されていてもよい。また、第１振動腕Ａ１の延在方向に沿って整列した複数の第１レート調整部４３が第１振動腕Ａ１の幅方向に沿って複数列配置されていてもよい。また、複数の第１レート調整部４３が行列状、格子状に配置されていてもよい。第１レート調整部４３の形状、数、配置などは、第１開口４１の幅Ｗａや求められるエッチング深さに応じて適宜設定することができる。
［第１ドライエッチング工程Ｓ３］
次に、図２５に示すように、上面２ａ側から第１保護膜４を介して水晶基板２００をドライエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を一括して形成する。前述したように、第１レート調整部４３を設けることで、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートが第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングレートよりも低くなるため、第２溝Ａ２１よりも浅い第１溝Ａ１１を形成することができる。なお、第１溝Ａ１１は、図２６に示すように、ドライエッチングが進むにつれて、第１レート調整部４３の直下の水晶基板２００が徐々に除去され、最終的に図２５に示したような第１溝Ａ１１が形成される。特に、本実施形態のように、複数の第１レート調整部４３を島状に配置することにより、各第１レート調整部４３を小さくでき、かつ、各第１レート調整部４３の全周がエッチングされるため、第１レート調整部４３の直下の水晶基板２００が除去され易くなる。
［第２保護膜形成工程Ｓ４］
次に、図２７に示すように、水晶基板２００の下面２ｂに第２保護膜５を形成する。第２保護膜５は、素子形成領域Ｑ１上に形成され、第３溝形成領域Ｑｍ３と重なる第３開口５１と、第４溝形成領域Ｑｍ４と重なる第４開口５２と、を有する。第３開口５１の幅Ｗｃは、第４開口５２の幅Ｗｄよりも大きい。つまり、Ｗｃ＞Ｗｄである。そのため、マイクロローディング効果によって、第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングレートが第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングレートよりも高くなり、第３溝Ａ１２が第４溝Ａ２２よりも深くなってしまう。そこで、第２保護膜５は、さらに、第３開口５１内に位置する第２レート調整部５３を有する。第２レート調整部５３は、第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングレートを低下させる機能を有する。このような第２保護膜５は、前述した第１保護膜４と同様の構成である。
図２８に示すように、第２レート調整部５３は、第３開口５１の幅方向中央部に位置し、第１振動腕Ａ１の延在方向に沿って互いに離間して複数配置されている。そして、第３開口５１の縁と第２レート調整部５３との離間距離をＤｃとしたとき、Ｄｃ＜Ｗｄである。また、隣り合う第２レート調整部５３の離間距離をＤｄとしたとき、Ｄｄ＜Ｗｄである。これにより、第３溝形成領域Ｑｍ３が第４溝形成領域Ｑｍ４よりも密な領域となり、Ｗｃ＞Ｗｄであっても、第３溝形成領域Ｑｍ３におけるエッチングレートを第４溝形成領域Ｑｍ４におけるエッチングレートよりも低くすることができる。
［第２ドライエッチング工程Ｓ５］
次に、図２９に示すように、下面２ｂ側から第２保護膜５を介して水晶基板２００をドライエッチングする。これにより、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２を一括して形成する。なお、第３溝Ａ１２は、前述した第１溝Ａ１１と同様に、ドライエッチングが進むにつれて、第２レート調整部５３の直下の水晶基板２００が徐々に除去され、最終的に図２９に示したような第３溝Ａ１２が形成される。以上により、水晶基板２００から複数の振動基板２が得られる。
［電極形成工程Ｓ６］
次に、振動基板２の表面に電極３を形成する。これにより、振動素子１が得られる。
このような製造方法によれば、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を一括して形成することができる。同様に、マイクロローディング効果を利用して、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２を一括して容易に形成することができる。また、振動基板２の外形形状に対する各溝Ａ１１、Ａ２１、Ａ１２、Ａ２２の位置ずれが抑制され、振動基板２の形成精度が高まる。特に、浅い第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２を、深い第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２よりも幅広にすることができるため、振動素子１の設計自由度が増す。
以上のように、本実施形態の振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有し、上面２ａに開口する有底の第１溝Ａ１１を有する第１振動腕Ａ１と、上面２ａに開口する有底の第２溝Ａ２１を有する第２振動腕Ａ２と、を備える振動素子１の製造方法であって、上面２ａおよび下面２ｂを有する水晶基板２００を準備する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００の振動素子１が形成される領域を素子形成領域Ｑ１とし、第１溝Ａ１１が形成される領域を第１溝形成領域Ｑｍ１とし、第２溝Ａ２１が形成される領域を第２溝形成領域Ｑｍ２としたとき、上面２ａの素子形成領域Ｑ１上に、第１溝形成領域Ｑｍ１と重なる第１開口４１と、第１開口４１内に位置する第１レート調整部４３と、第２溝形成領域Ｑｍ２と重なる第２開口４２とを有する第１保護膜４を形成する第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１保護膜４を介して水晶基板２００を上面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、を含む。そして、第１開口４１の縁と第１レート調整部４３との離間距離をＤａとし、第２開口４２の幅をＷｂとしたとき、Ｄａ＜Ｗｂである。これにより、マイクロローディング効果によって、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングレートを第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングレートよりも低くすることができる。そのため、深さの異なる第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１を一括して形成することができ、振動素子１の製造が容易となる。特に、浅い方の第１溝Ａ１１を、深い方の第２溝Ａ２１よりも幅広にすることができる。また、外形形状と共に第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１が形成されるため、外形形状に対する第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１の位置ずれが阻止され、振動素子１の形成精度が高まる。
また、前述したように、振動素子１は、第１振動腕Ａ１の下面２ｂに開口する第３溝Ａ１２と、第２振動腕Ａ２の下面２ｂに開口する第４溝Ａ２２と、を有し、水晶基板２００の第３溝Ａ１２が形成される領域を第３溝形成領域Ｑｍ３とし、第４溝Ａ２２が形成される領域を第４溝形成領域Ｑｍ４としたとき、下面２ｂの素子形成領域Ｑ１上に、第３溝形成領域Ｑｍ３と重なる第３開口５１と、第３開口５１内に位置する第２レート調整部５３と、第４溝形成領域Ｑｍ４と重なる第４開口５２とを有する第２保護膜５を形成する第２保護膜形成工程Ｓ４と、第２保護膜５を介して水晶基板２００を下面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、を含む。そして、第３開口５１の縁と第２レート調整部５３との離間距離をＤｃとし、第４開口５２の幅をＷｄとしたとき、Ｄｃ＜Ｗｄである。これにより、マイクロローディング効果によって、第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングレートを第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングレートよりも低くすることができる。そのため、深さの異なる第３、第４溝Ａ１２、Ａ２２を一括して形成することができ、振動素子１の製造が容易となる。特に、浅い第３溝Ａ１２を、深い第４溝Ａ２２よりも幅広にすることができる。
また、前述したように、第１振動腕Ａ１の延在方向に沿って複数の第１レート調整部４３が離間して配置されている。そして、隣り合う一対の第１レート調整部４３の離間距離をＤｂとしたとき、Ｄｂ＜Ｗｂである。これにより、第１ドライエッチング工程Ｓ３において、第１レート調整部４３の直下の水晶基板２００が除去され易くなる。
以上のような第３実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第４実施形態＞
図３０は、第４実施形態に係る振動素子の平面図である。
本実施形態に係る振動素子の製造方法では、製造する振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の振動素子の製造方法では、図３０に示す振動素子６が製造される。振動素子６は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することができる角速度検出素子である。このような振動素子６は、Ｚカットの水晶基板をパターニングしてなる振動基板７と、振動基板７の表面に成膜されている電極８と、を有する。
また、振動基板７は、板状であり、互いに表裏関係にある第１面としての上面７ａおよび第２面としての下面７ｂを有する。また、振動基板７は、その中央部に位置する基部７１と、基部７１からＹ軸方向プラス側に延出する第２振動腕Ａ２としての一対の検出振動腕７２、７３と、基部７１からＹ軸方向マイナス側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕７４、７５と、を有する。一対の検出振動腕７２、７３は、Ｘ軸方向に並んで配置され、一対の駆動振動腕７４、７５は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。
検出振動腕７２は、上面７ａに形成された第２溝としての有底の溝７２１と、下面７ｂに形成された第４溝としての有底の溝７２２と、を有する。同様に、検出振動腕７３は、上面７ａに形成された第２溝としての有底の溝７３１と、下面７ｂに形成された第４溝としての有底の溝７３２と、を有する。
駆動振動腕７４は、上面７ａに形成された第１溝としての有底の溝７４１と、下面７ｂに形成された第３溝としての有底の溝７４２と、を有する。同様に、駆動振動腕７５は、上面７ａに形成された第１溝としての有底の溝７５１と、下面７ｂに形成された第３溝としての有底の溝７５２と、を有する。
電極８は、第１検出信号電極８１と、第１検出接地電極８２と、第２検出信号電極８３と、第２検出接地電極８４と、駆動信号電極８５と、駆動接地電極８６と、を有する。
このうち、第１検出信号電極８１は、検出振動腕７２の上面７ａおよび下面７ｂに配置されており、第１検出接地電極８２は、検出振動腕７２の両側面に配置されている。また、第２検出信号電極８３は、検出振動腕７３の上面７ａおよび下面７ｂに配置されており、第２検出接地電極８４は、検出振動腕７３の両側面に配置されている。また、駆動信号電極８５は、駆動振動腕７４の上面７ａおよび下面７ｂと、駆動振動腕７５の両側面とに配置されており、駆動接地電極８６は、駆動振動腕７４の両側面と駆動振動腕７５の上面７ａおよび下面７ｂとに配置されている。
以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の振動素子の製造方法を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、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。また、振動素子としては、前述した振動素子１、６に限定されず、例えば、音叉型、双音叉型の振動素子であってもよい。また、振動素子は、角速度検出素子に限定されない。
また、振動素子１は、例えば、図３１および図３２に示すように、第３、第４溝Ａ１２、Ａ２２を省略してもよい。この場合、振動素子１の製造方法は、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１ドライエッチング工程Ｓ３と、電極形成工程Ｓ６と、を含む。そして、第１ドライエッチング工程Ｓ３において、水晶基板２００の除去領域Ｑ２を貫通させればよい。このような構成によれば、上面２ａ側からのドライエッチング工程だけで振動基板２を形成することができる。そのため、振動素子１の製造がより容易となる。
また、例えば、第１実施形態や第２実施形態にも第１レート調整部４３を用いてもよい。これにより、第１溝Ａ１１をさらに浅くすることができる。つまり、第２溝Ａ２１よりも幅広の第１溝Ａ１１を形成する目的以外であっても、第１レート調整部４３を用いることができる。第２レート調整部５３についても、同様である。
１…振動素子、１０…振動素子、１００…振動素子、２…振動基板、２ａ…上面、２ｂ…下面、２００…水晶基板、２１…基部、２２…検出振動腕、２２１…溝、２２２…溝、２３…検出振動腕、２３１…溝、２３２…溝、２４…支持腕、２５…支持腕、２６…駆動振動腕、２６１…溝、２６２…溝、２７…駆動振動腕、２７１…溝、２７２…溝、２８…駆動振動腕、２８１…溝、２８２…溝、２９…駆動振動腕、２９１…溝、２９２…溝、３…電極、３１…第１検出信号電極、３２…第１検出接地電極、３３…第２検出信号電極、３４…第２検出接地電極、３５…駆動信号電極、３６…駆動接地電極、４…第１保護膜、４１…第１開口、４２…第２開口、４３…第１レート調整部、５…第２保護膜、５１…第３開口、５２…第４開口、５３…第２レート調整部、６…振動素子、７…振動基板、７ａ…上面、７ｂ…下面、７１…基部、７２…検出振動腕、７２１…溝、７２２…溝、７３…検出振動腕、７３１…溝、７３２…溝、７４…駆動振動腕、７４１…溝、７４２…溝、７５…駆動振動腕、７５１…溝、７５２…溝、８…電極、８１…第１検出信号電極、８２…第１検出接地電極、８３…第２検出信号電極、８４…第２検出接地電極、８５…駆動信号電極、８６…駆動接地電極、Ａ１…第１振動腕、Ａ１１…第１溝、Ａ１２…第３溝、Ａ２…第２振動腕、Ａ２１…第２溝、Ａ２２…第４溝、ｄ１…深さ、ｄ２…深さ、Ｄ１…距離、Ｄ２…距離、Ｄａ…離間距離、Ｄｂ…離間距離、Ｄｃ…離間距離、Ｄｄ…離間距離、Ｑ１…素子形成領域、Ｑ２…除去領域、Ｑｍ１…第１溝形成領域、Ｑｍ２…第２溝形成領域、Ｑｍ３…第３溝形成領域、Ｑｍ４…第４溝形成領域、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…電極形成工程、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅、Ｗａ…幅、Ｗｂ…幅、Ｗｃ…幅、Ｗｄ…幅、ωｙ…角速度、ωｚ…角速度

Claims (8)

  1. 表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備え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振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第１面の前記素子形成領域上に、前記第１溝形成領域と重なる第１開口と前記第２溝形成領域と重なる第２開口とを有する第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する第１ドライエッチング工程と、を含み、
    前記第１開口の幅をＷａとし、前記第２開口の幅をＷｂとしたとき、Ｗａ＜Ｗｂであることを特徴とする振動素子の製造方法。
  2. 前記第１保護膜は、前記第１振動腕の延在方向に直交する方向に並ぶ複数の前記第１開口を有する請求項１に記載の振動素子の製造方法。
  3. 前記振動素子は、前記第１振動腕の前記第２面に開口する第３溝と、前記第２振動腕の前記第２面に開口する第４溝と、を有し、
    前記水晶基板の前記第３溝が形成される領域を第３溝形成領域とし、前記第４溝が形成される領域を第４溝形成領域としたとき、前記第２面の前記素子形成領域上に、前記第３溝形成領域と重なる第３開口と前記第４溝形成領域と重なる第４開口とを有する第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する第２ドライエッチング工程と、を含み、
    前記第３開口の幅をＷｃとし、前記第４開口の幅をＷｄとしたとき、Ｗｃ＜Ｗｄである請求項１に記載の振動素子の製造方法。
  4. 表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備え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振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第１面の前記素子形成領域上に、前記第１溝形成領域と重なる第１開口と、前記第１開口内に位置する第１レート調整部と、前記第２溝形成領域と重なる第２開口とを有する第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する第１ドライエッチング工程と、を含み、
    前記第１開口の縁と前記第１レート調整部との離間距離をＤａとし、前記第２開口の幅をＷｂとしたとき、Ｄａ＜Ｗｂであることを特徴とする振動素子の製造方法。
  5. 前記振動素子は、前記第１振動腕の前記第２面に開口する第３溝と、前記第２振動腕の前記第２面に開口する第４溝と、を有し、
    前記水晶基板の前記第３溝が形成される領域を第３溝形成領域とし、前記第４溝が形成される領域を第４溝形成領域としたとき、前記第２面の前記素子形成領域上に、前記第３溝形成領域と重なる第３開口と、前記第３開口内に位置する第２レート調整部と、前記第４溝形成領域と重なる第４開口とを有する第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する第２ドライエッチング工程と、を含み、
    前記第３開口の縁と前記第２レート調整部との離間距離をＤｃとし、前記第４開口の幅をＷｄとしたとき、Ｄｃ＜Ｗｄである請求項４に記載の振動素子の製造方法。
  6. 前記第１振動腕の延在方向に沿って複数の前記第１レート調整部が離間して配置され、
    隣り合う一対の前記第１レート調整部の離間距離をＤｂとしたとき、Ｄｂ＜Ｗｂである請求項４に記載の振動素子の製造方法。
  7. 前記振動素子は、角速度を検出する角速度検出素子であり、
    前記第１振動腕は、印加される駆動信号に応じて屈曲振動し、
    前記第２振動腕は、印加される角速度に応じて屈曲振動する請求項１に記載の振動素子の製造方法。
  8. 前記振動素子は、基部と、前記基部から第１方向の両側に延出する一対の前記第２振動腕と、前記基部から前記第１方向と交差する第２方向の両側に延出する一対の支持腕と、一方の前記支持腕から前記第１方向の両側に延出する一対の前記第１振動腕と、他方の前記支持腕から前記第１方向の両側に延出する一対の前記第１振動腕と、を有する請求項７に記載の振動素子の製造方法。
JP2022155987A 2022-09-29 2022-09-29 振動素子の製造方法 Pending JP2024049642A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022155987A JP2024049642A (ja) 2022-09-29 2022-09-29 振動素子の製造方法
CN202311270753.XA CN117792319A (zh) 2022-09-29 2023-09-27 振动元件的制造方法
US18/475,712 US20240110786A1 (en) 2022-09-29 2023-09-27 Method for manufacturing vibrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022155987A JP2024049642A (ja) 2022-09-29 2022-09-29 振動素子の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024049642A true JP2024049642A (ja) 2024-04-10

Family

ID=90389795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022155987A Pending JP2024049642A (ja) 2022-09-29 2022-09-29 振動素子の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240110786A1 (ja)
JP (1) JP2024049642A (ja)
CN (1) CN117792319A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
US20240110786A1 (en) 2024-04-04
CN117792319A (zh) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7188525B2 (en) Angular velocity sensor
US7436107B2 (en) Angular velocity sensor and method for manufacturing the same
JP2001007346A (ja) 外力検知センサの製造方法
WO2021153491A1 (ja) 圧電デバイス
US20230067030A1 (en) Fabrication of mems structures from fused silica for inertial sensors
JP5023734B2 (ja) 圧電振動片の製造方法及び圧電振動素子
JP2001194153A (ja) 角速度センサ、加速度センサおよび製造方法
JP2024049642A (ja) 振動素子の製造方法
JP2024049640A (ja) 振動素子の製造方法
JP2024049887A (ja) 振動素子の製造方法
JP2024049641A (ja) 振動素子の製造方法
JP2024049886A (ja) 振動素子の製造方法
US20240056053A1 (en) Manufacturing Method For Vibrator Element
US20230126632A1 (en) Method For Manufacturing Vibration Element
US20220271725A1 (en) Method For Manufacturing Vibration Element
US20220271735A1 (en) Method For Manufacturing Vibration Element
US20230127801A1 (en) Method For Manufacturing Vibration Element
US20230102578A1 (en) Method Of Manufacturing Vibration Element
JP2023065836A (ja) 振動素子の製造方法
JP2023065838A (ja) 振動素子の製造方法
US20230097025A1 (en) Method Of Manufacturing Vibration Element
JPH06275850A (ja) 浮遊構造体の製造方法
JP2023013474A (ja) 振動素子の製造方法
CN116131789A (zh) 振动元件的制造方法
JPH10281771A (ja) 振動型角速度センサの製造方法