JP2984245B2 - Method for processing metal film on base material, method for manufacturing vibrator, and method for manufacturing vibration device - Google Patents
Method for processing metal film on base material, method for manufacturing vibrator, and method for manufacturing vibration deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の技術分野】本発明は、基材上の金属膜の加工方
法、振動子の製造方法および振動デバイスの製造方法に
関するものである。この振動子は、回転系内の回転角速
度を検出するために使用される角速度センサにおいて特
に好適に使用できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for processing a metal film on a substrate, a method for manufacturing a vibrator, and a method for manufacturing a vibration device. This vibrator can be particularly suitably used in an angular velocity sensor used for detecting a rotational angular velocity in a rotary system.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、回転系内の回転角速度を検出
するための角速度センサとして、圧電体を用いた振動型
ジャイロスコープが、航空機や船舶、宇宙衛星などの位
置の確認用として利用されてきた。最近では、民生用の
分野としてカーナビゲーションや、VTRやスチルカメ
ラの手振れの検出などに使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an angular velocity sensor for detecting a rotational angular velocity in a rotating system, a vibrating gyroscope using a piezoelectric body has been used for confirming the position of an aircraft, a ship, a space satellite, or the like. Was. Recently, it has been used as a consumer field for car navigation, detection of camera shake of a VTR or a still camera, and the like.
【0003】このような圧電振動型ジャイロスコープ
は、振動している物体に角速度が加わると、その振動と
直角方向にコリオリ力が生じることを利用している。そ
して、その原理は力学的モデルで解析される(例えば、
「弾性波素子技術ハンドブック」、オーム社、第491
〜497頁)。そして、圧電型振動ジャイロスコープと
しては、これまでに種々のものが提案されている。例え
ば、スペリー音叉型ジャイロスコープ、ワトソン音叉型
ジャイロスコープ、正三角柱型音片ジャイロスコープ、
円筒型音片ジャイロスコープ等が知られている。[0003] Such a piezoelectric vibratory gyroscope utilizes the fact that when an angular velocity is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration. And the principle is analyzed with a mechanical model (for example,
"Acoustic Wave Technology Handbook", Ohmsha, 491
497). Various types of piezoelectric vibrating gyroscopes have been proposed so far. For example, Sperry tuning fork type gyroscope, Watson tuning fork type gyroscope, equilateral triangular prism type resonating gyroscope,
A cylindrical sound piece gyroscope and the like are known.
【0004】こうした振動型ジャイロスコープ用の振動
子を製造する際には、例えば水晶製の基板を液中エッチ
ングによって切断し、パターニングを行う必要がある。
たとえは特開昭60−73414号公報においては、導
電性の薄膜形成、フォトレジスト等の半導体製造技術を
転用することが開示されている。また、特開平7−11
5338号公報においては、水晶等からなる振動子の表
面と裏面とに電極等の回路を形成するために、基板(特
には振動子)の表面と裏面との双方に金属膜をそれぞれ
形成する。そして、焦点に収束するように照射された場
合には金属膜の溶融、蒸発が可能な電磁波(特にYAG
レーザー光)照射装置を準備し、振動子の表面側からY
AGレーザーをレンズで収束させて振動子に照射し、こ
の際YAGレーザー光が振動子の表面と裏面との中間位
置にある焦点に集光するように、振動子とYAGレーザ
ー照射装置との相対位置を調整する。この結果、YAG
レーザーが入射する表面側では、レーザーが照射される
範囲に限ってその部分の金属膜が溶融、蒸発し、振動子
の裏面側でも、レーザーが出射する範囲に限って、その
部分の金属膜が溶融、蒸発する。When manufacturing a vibrator for such a vibratory gyroscope, it is necessary to cut a quartz substrate, for example, by etching in a liquid and pattern the substrate.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-73414 discloses that semiconductor manufacturing techniques such as formation of a conductive thin film and photoresist are diverted. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No.
In Japanese Patent No. 5338, metal films are formed on both the front and back surfaces of a substrate (especially, a vibrator) in order to form circuits such as electrodes on the front and back surfaces of a vibrator made of quartz or the like. When irradiated so as to converge on the focal point, electromagnetic waves capable of melting and evaporating the metal film (especially YAG
(Laser light) Irradiation device is prepared, and Y
The AG laser is converged by a lens and irradiated to the vibrator. At this time, the relative position of the vibrator and the YAG laser irradiation device is adjusted so that the YAG laser light is focused on a focal point located at an intermediate position between the front and back surfaces of the vibrator. Adjust the position. As a result, YAG
On the front side where the laser is incident, the metal film in that part melts and evaporates only in the range where the laser is irradiated, and also on the back side of the vibrator, the metal film in that part only in the range where the laser is emitted Melts and evaporates.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者がこ
の技術を使用して振動子上の電極の加工を行ったとこ
ろ、実際には振動子中に歪みやマイクロクラックが発生
することが判明した。圧電型振動ジャイロスコープの振
動子は、非常に高い寸法精度を必要とするものであるた
めに、こうしたレーザー加工に伴う歪みやマイクロクラ
ックによって振動子が動作不良となるおそれがある。However, when the present inventor worked an electrode on a vibrator using this technique, it was found that distortion and microcracks actually occurred in the vibrator. did. Since the vibrator of the piezoelectric vibratory gyroscope requires extremely high dimensional accuracy, there is a possibility that the vibrator may malfunction due to distortion or micro cracks caused by such laser processing.
【0006】本発明の課題は、圧電性材料からなる基材
と、この基材の複数の面上に設けられている金属膜とを
備えている被加工体を加工し、基材の前記複数の面上の
前記の各金属膜をそれぞれ除去加工するのに際して、基
材上の複数の面上の金属膜の加工精度を高くすると共
に、基材における歪、寸法精度の低下、マイクロクラッ
クを防止することである。An object of the present invention is to process a workpiece having a base material made of a piezoelectric material and metal films provided on a plurality of surfaces of the base material, In removing each of the metal films on the surface of the substrate, the processing accuracy of the metal films on the plurality of surfaces on the base material is increased, and distortion, reduction in dimensional accuracy, and micro cracks in the base material are prevented. It is to be.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電性材料か
らなる基材と、この基材の複数の面上に設けられている
金属膜とを備えている被加工体を加工し、基材の複数の
面上のの各金属膜をそれぞれ除去する方法であって、所
定のパターンを有するマスク部材にレーザー光を通し、
被加工体から離れた位置にある焦点でレーザー光を収束
させることによって拡散光を得、複数の面上の各金属膜
および基材に拡散光を透過させ、拡散光が圧電性材料中
で実質的に吸収されることなく基材を透過し、かつ各金
属膜を構成する金属原子を解離および蒸発させることに
よって、各金属膜のうち拡散光が照射された領域を除去
することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a method for processing a workpiece comprising a base material made of a piezoelectric material and metal films provided on a plurality of surfaces of the base material. A method of removing each metal film on a plurality of surfaces of the material, respectively, passing laser light through a mask member having a predetermined pattern,
Diffusion light is obtained by converging laser light at a focal point at a position distant from the workpiece, allowing the diffusion light to pass through each metal film and base material on multiple surfaces, and the diffused light is substantially absorbed in the piezoelectric material. Characterized by removing a region of each metal film irradiated with diffused light by dissociating and evaporating metal atoms constituting each metal film without penetrating the base material without being absorbed. .
【0008】また、本発明は、圧電性材料からなる振動
子を製造する方法であって、圧電性材料からなり、一対
の主面と一対の側面とを有する基板を準備し、この基板
の少なくとも一対の主面上にエッチング用マスクの材料
となる金属膜を設けて振動子用の被加工体を得、振動子
の形状に対応する所定のパターンを有するマスク部材に
レーザー光を通し、被加工体から離れた位置にある焦点
でレーザー光を収束させることによって拡散光を得、各
主面上の金属膜および基板を拡散光が透過するように
し、拡散光が圧電性材料中で実質的に吸収されることな
く基板を透過し、かつ金属膜を構成する金属原子を解離
および蒸発させることによって、金属膜のうち拡散光が
照射された領域を除去して基板の各主面上にそれぞれマ
スクを作製し、次いで基板をエッチング加工することで
振動子を作製し、この振動子からマスクを除去すること
を特徴とする。The present invention also relates to a method of manufacturing a vibrator made of a piezoelectric material, comprising preparing a substrate made of a piezoelectric material and having a pair of main surfaces and a pair of side surfaces, A metal film serving as a material for an etching mask is provided on a pair of main surfaces to obtain a work piece for a vibrator, and a laser beam is passed through a mask member having a predetermined pattern corresponding to the shape of the vibrator to be processed. Diffuse light is obtained by converging the laser light at a focal point located away from the body, allowing the diffused light to pass through the metal film and substrate on each main surface, and the diffused light is substantially absorbed in the piezoelectric material. By transmitting through the substrate without being absorbed and dissociating and evaporating the metal atoms constituting the metal film, a region of the metal film irradiated with the diffused light is removed and a mask is formed on each main surface of the substrate. And then The substrate was prepared vibrator by etching, and removing the mask from the vibrator.
【0009】また、本発明は、圧電性材料からなる振動
子と、この振動子に設けられている所定パターンの電極
とを備えている振動デバイスを製造する方法であって、
圧電性材料からなり、一対の主面と一対の側面とを有す
る基板を準備し、この基板の少なくとも一対の主面上に
エッチング用マスクの材料となるマスク用金属膜を設け
て振動子用被加工体を得、振動子の形状に対応する所定
のパターンを有する第一のマスク部材にレーザー光を通
し、振動子用被加工体から離れた位置にある焦点でレー
ザー光を収束させることによって拡散光を得、各主面上
の各マスク用金属膜および基板を拡散光が透過するよう
にし、拡散光が圧電性材料中で実質的に吸収されること
なく基板を透過し、かつ各マスク用金属膜を構成する金
属原子を解離および蒸発させることによって、各マスク
用金属膜のうち拡散光が照射された領域を除去して基板
の各主面上にそれぞれマスクを作製し、次いで基板をエ
ッチング加工することで振動子を作製し、この振動子か
らマスクを除去し、この振動子の主面および側面から選
ばれた複数の面上にそれぞれ電極用金属膜を設け、電極
の形状に対応する形状を有する第二のマスク部材にレー
ザー光を通し、振動子から離れた位置にある焦点でレー
ザー光を収束させることによって拡散光を得、振動子お
よび各電極用金属膜を拡散光が透過するようにし、この
際拡散光が圧電性材料中で実質的に吸収されることなく
振動子を透過し、かつ各電極用金属膜を構成する金属原
子を解離および蒸発させることによって、各電極用金属
膜のうち拡散光が照射された領域を除去して複数の面上
にそれぞれ電極を形成することを特徴とする。The present invention is also a method of manufacturing a vibrating device comprising a vibrator made of a piezoelectric material and electrodes having a predetermined pattern provided on the vibrator.
A substrate made of a piezoelectric material and having a pair of main surfaces and a pair of side surfaces is prepared, and a mask metal film serving as a material for an etching mask is provided on at least the pair of main surfaces of the substrate to form a vibrator cover. A work piece is obtained, laser light is passed through a first mask member having a predetermined pattern corresponding to the shape of the vibrator, and the laser light is diffused by converging the laser light at a focus located at a position away from the work piece for the vibrator. Light, allowing the diffused light to pass through each mask metal film and substrate on each major surface, allowing the diffused light to pass through the substrate without being substantially absorbed in the piezoelectric material; By dissociating and evaporating the metal atoms that make up the metal film, the regions of each metal film for the mask that were exposed to the diffused light were removed, and a mask was formed on each main surface of the substrate, and then the substrate was etched. Process And a mask is removed from the vibrator, a metal film for an electrode is provided on each of a plurality of surfaces selected from a main surface and side surfaces of the vibrator, and a shape corresponding to the shape of the electrode is formed. Laser light is passed through a second mask member having the laser light, and the laser light is converged at a focal point at a position away from the vibrator to obtain diffused light so that the diffused light passes through the vibrator and the metal film for each electrode. At this time, the diffused light passes through the vibrator without being substantially absorbed in the piezoelectric material, and dissociates and evaporates the metal atoms constituting the metal film for each electrode, thereby forming the metal film for each electrode. Of these, the region irradiated with the diffused light is removed to form electrodes on a plurality of surfaces, respectively.
【0010】図1の模式図を参照しつつ、本発明の原理
について説明する。レーザー光源1から所定波長のレー
ザー光2Aを発振させるが、この際レーザー光2Aは、
圧電性材料中で実質的に吸収されることなく基材を透過
し、かつ金属膜を構成する金属原子を解離および蒸発さ
せ得る範囲の波長とする。即ち、金属膜をアブレーショ
ン加工し得る範囲内の波長とする。The principle of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG. A laser beam 2A having a predetermined wavelength is oscillated from the laser light source 1, and at this time, the laser beam 2A
The wavelength is set so as to transmit through the base material without being substantially absorbed in the piezoelectric material, and to dissociate and evaporate the metal atoms constituting the metal film. That is, the wavelength is set within a range where the metal film can be ablated.
【0011】次いで、所定のパターンを有するマスク部
材3にレーザー光2Aを通し、このレーザービームの輪
郭を整形することで、所定のパターンを担ったレーザー
光2Bを得る。このパターンは、後述するような振動子
の平面形態や、振動子上の電極の形態に対応している。
次いで、被加工体6、7から離れた位置にあるレンズ4
にレーザー光2Bを通し、収束光2Cを得る。この収束
光2Cは、被加工体6、7の手前で焦点5を結び、拡散
光2Dとなり、拡散光2Dが被加工体6、7に照射され
る。被加工体6、7においては、複数の面上の各金属膜
および基材に拡散光2Dが照射されるが、拡散光2Dが
圧電性材料中で実質的に吸収されることなく基材を透過
し、かつ金属膜を構成する金属原子を解離および蒸発さ
せることによって、金属膜のうち拡散光が照射された領
域を除去する。Next, the laser beam 2A is passed through a mask member 3 having a predetermined pattern, and the contour of the laser beam is shaped to obtain a laser beam 2B having a predetermined pattern. This pattern corresponds to the plane form of the vibrator and the form of the electrodes on the vibrator as described later.
Next, the lens 4 at a position away from the workpieces 6 and 7
Through the laser beam 2B to obtain a convergent beam 2C. The convergent light 2C focuses on the focal point 5 before the workpieces 6 and 7 to become diffused light 2D, and the diffused light 2D is applied to the workpieces 6 and 7. In the workpieces 6 and 7, each metal film and the base material on the plurality of surfaces are irradiated with the diffused light 2D, but the diffused light 2D is substantially absorbed in the piezoelectric material. By dissociating and evaporating the metal atoms that are transmitted and constitute the metal film, the region of the metal film irradiated with the diffused light is removed.
【0012】このように、本発明においては、基材を透
過して金属膜をアブレーション加工できるような波長の
レーザー光を使用し、かつこのレーザー光を基材の手前
に離れた位置にある焦点で集光していったん拡散光を
得、この拡散光を被加工体に照射した。これによって、
基材を構成する圧電性材料に、歪み、寸法精度の劣化、
マイロククラックを発生させることなく、基材上の複数
の面上の各金属膜を同時にパターニングできることを発
見した。As described above, in the present invention, a laser beam having a wavelength that allows the metal film to be ablated by passing through the substrate is used, and the laser beam is focused on a focal point at a position distant from the substrate. The light was once collected to obtain diffused light, and this diffused light was irradiated to the workpiece. by this,
Distortion, deterioration of dimensional accuracy,
It has been discovered that each metal film on a plurality of surfaces on a substrate can be simultaneously patterned without generating myrocracks.
【0013】本発明者は、前記した作用効果が得られた
理由について更に検討した。即ち、アブレーション加工
では、光の照射された部分では、金属膜の材質が瞬時に
分解および気化するので、金属膜のうちレーザー光が直
接には当たらない部分と、基材を構成する圧電性材料中
には、熱・応力等の影響がほとんどなく、加工変質層も
まったく生成しなかったものと考えられる。The present inventor has further studied the reason why the above-mentioned effects are obtained. That is, in the ablation process, the material of the metal film is instantaneously decomposed and vaporized in the light-irradiated portion, so that the portion of the metal film to which the laser light is not directly applied and the piezoelectric material forming the base material It is considered that there was almost no influence of heat, stress, and the like, and no affected layer was formed at all.
【0014】特開平7−115338号公報は、基板表
面と裏面との金属膜を熱溶融させて加工するものであ
り、このために波長が1000nm以上のYAGレーザ
ー光を使用して、例えば水晶の表面と裏面との上の各金
属膜を溶融させ、蒸発させている。このような熱的なプ
ロセスを実施するためには、基材中に焦点を位置させ、
基材の表面と裏面との各金属膜中に熱を集中的に発生さ
せる必要がある。しかし、このプロセスにおいては、金
属膜が溶融したときに、金属膜と基板との界面に熱と応
力とが集中したたために、基板中に大きな内部応力が発
生したものと考えられる。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-115338 discloses a technique in which a metal film on the front surface and the back surface of a substrate is melted and processed by heat. For this purpose, a YAG laser beam having a wavelength of 1000 nm or more is used. Each metal film on the front surface and the back surface is melted and evaporated. To carry out such a thermal process, a focal point is located in the substrate,
It is necessary to generate heat intensively in each metal film on the front surface and the back surface of the substrate. However, in this process, when the metal film was melted, heat and stress were concentrated on the interface between the metal film and the substrate, and it is considered that large internal stress was generated in the substrate.
【0015】なお、特開平7−115338号公報にお
けるような、レーザー光を熱溶融のために利用する方法
においては、レーザー光の収束位置において、もっとも
光強度分布が鮮明になる。従って、光の収束位置を基板
の位置に合わせることによって、もっとも高い加工精度
が得られる。基板が集光位置から離れるのに従って、光
強度分布が不鮮明になり、加工精度が著しく低下する。In the method of utilizing laser light for thermal melting as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-115338, the light intensity distribution becomes sharpest at the convergence position of the laser light. Therefore, the highest processing accuracy can be obtained by adjusting the light convergence position to the position of the substrate. As the substrate moves away from the light condensing position, the light intensity distribution becomes unclear, and the processing accuracy is significantly reduced.
【0016】これに対して、本発明の方法においては、
いったん平行光2Aをマスク部材3に通し、マスク部材
3のパターンを担った光2Bを得る。この光2Bをレン
ズ4によって集光させるとともに、マスク部材3のパタ
ーンを所定の結像位置30で結像させることができる。
レーザー光が担うマスク部材3のパターンは、マスク部
材3から遠ざかるのにつれて不鮮明になる。しかし、結
像位置30においては、マスク部材3のパターンと正確
に対応した鮮明な像が結像される。従って、光の収束位
置を基板の位置に合わせることなく、この結像位置に被
加工体6、7を設置することによって、高い加工精度を
得ることができる。On the other hand, in the method of the present invention,
The collimated light 2A is once passed through the mask member 3 to obtain light 2B having a pattern of the mask member 3. The light 2 </ b> B is condensed by the lens 4, and the pattern of the mask member 3 can be imaged at a predetermined imaging position 30.
The pattern of the mask member 3 borne by the laser light becomes unclear as the distance from the mask member 3 increases. However, at the image forming position 30, a clear image accurately corresponding to the pattern of the mask member 3 is formed. Therefore, by setting the workpieces 6 and 7 at the image forming position without adjusting the light convergence position to the position of the substrate, high processing accuracy can be obtained.
【0017】なお、結像位置30は、[1/f=1/a
+1/b]の関係によって決定される(aは、マスク部
材3とレンズ4との距離であり、bは、レンズ4と結像
位置30との距離であり、fは、レンズ4の焦点距離で
ある。)。また、結像位置におけるマスク部材3のパタ
ーンの拡大、縮小倍率も、これらの位置関係によって決
定される。The image forming position 30 is [1 / f = 1 / a
(A is the distance between the mask member 3 and the lens 4, b is the distance between the lens 4 and the imaging position 30, and f is the focal length of the lens 4 Is.). Further, the enlargement and reduction magnification of the pattern of the mask member 3 at the image forming position are also determined by these positional relationships.
【0018】以下、本発明の更に具体的な実施形態につ
いて述べる。本発明によって得られた振動子は、例えば
自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法
に用いる回転速度センサー用の振動型ジャイロスコープ
に対して、好適に使用できる。こうしたシステムにおい
ては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によっ
て検出する。これと同時に、実際に車体が回転している
回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そ
して、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して
差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正
を加えることによって、安定した車体制御を実現する。Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described. The vibrator obtained by the present invention can be suitably used, for example, for a vibration gyroscope for a rotation speed sensor used in a vehicle control method of a vehicle body rotation speed feedback type. In such a system, the direction of the steered wheels is detected by the rotation angle of the steering wheel. At the same time, the rotational speed at which the vehicle body is actually rotating is detected by the vibration gyroscope. Then, the direction of the steered wheels is compared with the actual rotational speed of the vehicle body to obtain a difference, and the wheel torque and the steering angle are corrected based on the difference, thereby realizing stable vehicle body control.
【0019】振動子ないし基板の材質は特に限定しない
が、水晶、LiNbO3、LiTaO3 、ニオブ酸リチ
ウム−タンタル酸リチウム固溶体(Li(Nb,Ta)
O3 )単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単
結晶等からなる圧電単結晶が特に好ましい。また、PZ
T等の圧電セラミックスも使用できる。Although the material of the vibrator or the substrate is not particularly limited, quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , lithium niobate-lithium tantalate solid solution (Li (Nb, Ta)
A piezoelectric single crystal composed of O 3 ) single crystal, lithium borate single crystal, langasite single crystal and the like is particularly preferable. Also, PZ
Piezoelectric ceramics such as T can also be used.
【0020】レーザーとしては、波長が150〜300
nmである紫外領域のエキシマレーザー光が好ましい。
エキシマレーザーは、封入するガスの種類によって波長
を選択できるという特徴がある。アブレーション加工と
は、エキシマレーザー光のような高エネルギーの光を加
工対象の材質に照射することによって、光の当たった部
分を瞬時に分解および気化させ、目的の形状を得る加工
方法である。The wavelength of the laser is 150 to 300.
Excimer laser light in the ultraviolet region of nm is preferred.
Excimer lasers are characterized in that the wavelength can be selected according to the type of gas to be sealed. Ablation processing is a processing method in which high-energy light such as excimer laser light is applied to a material to be processed, thereby instantaneously decomposing and vaporizing a portion irradiated with light, thereby obtaining a target shape.
【0021】アブレーション加工用の光源の波長は、金
属膜をアブレーション加工できる波長である必要があ
る。このようなアブレーション加工に好適な波長領域
は、加工対象となる結晶の光吸収端の位置によって変動
するため、一律には規定できない。しかし、一般的に
は、金属膜の吸収端よりも短波長の光を使用する必要が
ある。この観点から、通常は、400nm以下の波長を
有する光が好ましく、350nm以下の波長を有する光
が特に好ましく、300nm以下とすることが一層好ま
しい。The wavelength of the light source for ablation needs to be a wavelength at which the metal film can be ablated. Since the wavelength region suitable for such ablation processing varies depending on the position of the light absorption edge of the crystal to be processed, it cannot be uniformly defined. However, generally, it is necessary to use light having a shorter wavelength than the absorption edge of the metal film. In this respect, light having a wavelength of 400 nm or less is usually preferable, light having a wavelength of 350 nm or less is particularly preferable, and 300 nm or less is more preferable.
【0022】一方、レーザー光の波長は、基材または基
板を構成する圧電性材料の吸収端よりも長波長側にある
必要があり、この吸収端よりも100nm以上長波長で
あることが一層好ましい。このため、レーザー光の波長
は、150nm以上とすることが好ましく、200nm
以上とすることが更に好ましい。On the other hand, the wavelength of the laser light must be longer than the absorption edge of the piezoelectric material constituting the base material or the substrate, and is more preferably 100 nm or more longer than the absorption edge. . For this reason, the wavelength of the laser light is preferably 150 nm or more, and 200 nm
It is more preferable to make the above.
【0023】現実の光源としては、エキシマレーザー光
源の他に、YAGの四次高調波(266nmのレーザー
光)、エキシマランプが、現在のところ実用的である。As actual light sources, in addition to excimer laser light sources, the fourth harmonic of YAG (laser light of 266 nm) and excimer lamps are currently practical.
【0024】アブレーション加工用の光照射装置として
は、いわゆる一括露光方式の装置と多重反射方式の装置
とが知られている。多重反射方式の場合には、マスクの
開孔率が小さい場合にも、光の利用率が高いという特徴
を有している。本発明においては、多重反射系によるア
ブレーション加工装置を使用することが一層好ましく、
これによって、1インチ以上の寸法を有する振動子の全
体にわたって、短時間で加工することができる。As a light irradiation apparatus for ablation processing, a so-called batch exposure type apparatus and a multiple reflection type apparatus are known. The multiple reflection method has a feature that the light utilization rate is high even when the aperture ratio of the mask is small. In the present invention, it is more preferable to use an ablation processing apparatus using a multiple reflection system,
Thereby, it is possible to process the entire vibrator having a dimension of 1 inch or more in a short time.
【0025】ここで、エキシマレーザーについて更に説
明する。エキシマレーザーは、紫外線のパルス繰り返し
発振レーザーであり、ArF(波長193nm)、Kr
F(波長248nm)、XeCl(波長308nm)な
どの気体状の化合物が発振する紫外光を、光共振機によ
り方向性を揃えて取り出したものである。エキシマレー
ザーは、紫外線の短波長レーザーであるため、物質を構
成する原子や分子の結合をフォトンのエネルギーで分解
することができる。Here, the excimer laser will be further described. An excimer laser is a pulse repetition oscillation laser of ultraviolet light, and has ArF (wavelength 193 nm), Kr
Ultraviolet light oscillated by a gaseous compound such as F (wavelength: 248 nm) and XeCl (wavelength: 308 nm) is extracted by using an optical resonator with uniform directionality. Since an excimer laser is a short-wavelength laser of ultraviolet light, bonds of atoms and molecules constituting a substance can be decomposed by the energy of photons.
【0026】エキシマレーザーを用いたアブレーション
加工は、例えば、ポリイミド等の微細加工のために孔を
開けるのに使用され、良好な形状の微細な孔の形成が可
能であることが報告されている。エキシマレーザーの応
用技術に関する文献としては、「O plus E」1
995年11月号、第64〜108頁の特集「実用期に
入ったエキシマレーザー」を挙げることができる。本発
明において、エキシマレーザーによって加工する際に
は、スポットスキャン加工、一括転写加工、スリットス
キャン加工によることができる。It is reported that ablation using an excimer laser is used to form holes for fine processing of, for example, polyimide and the like, and that fine holes having a good shape can be formed. As a literature on applied technology of excimer laser, "O plus E" 1
A special feature, “Excimer Laser Entering the Practical Use Period”, Nov. 995, pp. 64-108, can be mentioned. In the present invention, when processing by excimer laser, spot scan processing, batch transfer processing, and slit scan processing can be used.
【0027】レーザー光のエネルギー密度は、0.5−
5.0J/cm2 とすることが好ましい。エネルギー密
度を0.5J/cm2 以上とすることによって、金属膜
の除去が設計通りに完全に行われやすい。エネルギー密
度を5.0J/cm2 以下とすることによって、基板側
への熱的影響を一層抑制できる。The energy density of the laser beam is 0.5-
It is preferably 5.0 J / cm 2 . By setting the energy density to 0.5 J / cm 2 or more, it is easy to completely remove the metal film as designed. By setting the energy density to 5.0 J / cm 2 or less, thermal effects on the substrate side can be further suppressed.
【0028】図2−図4を参照しつつ、圧電性材料から
なる基板から振動子用のマスクを形成し、更に電極付き
の振動子を得る方法を説明する。A method of forming a vibrator mask from a substrate made of a piezoelectric material and further obtaining a vibrator with electrodes will be described with reference to FIGS.
【0029】図2(a)に示すように、圧電性材料から
なる基板8の両方の主面8a、8bにそれぞれマスク用
金属膜9A、9Bを形成し、被加工体6Aを得る。次い
で、図2(b)に示すように、本発明に従って、マスク
パターンに対応する情報を担う拡散光2Dを表面8a側
に照射する。この拡散光2Dは、基板の表面側および裏
面側の各マスク用金属膜をアブレーション加工し、除去
する。この結果、基板8の表面8a上および裏面8b上
に、それぞれ同じ形状、寸法のマスク10A、10B、
10C、10Dが形成される。表面側のマスクの寸法a
と裏面側のマスクの寸法bとの差は、典型的には1μm
以下とすることが可能である。As shown in FIG. 2A, mask metal films 9A and 9B are formed on both main surfaces 8a and 8b of a substrate 8 made of a piezoelectric material, respectively, to obtain a workpiece 6A. Next, as shown in FIG. 2B, according to the present invention, the surface 8a is irradiated with diffused light 2D carrying information corresponding to the mask pattern. The diffused light 2D ablates and removes the mask metal films on the front and back sides of the substrate. As a result, the masks 10A and 10B having the same shape and dimensions are formed on the front surface 8a and the back surface 8b of the substrate 8, respectively.
10C and 10D are formed. Dimension a of mask on front side
Is typically 1 μm.
It is possible to:
【0030】次いで、このマスク付きの基板をエッチン
グに供し、図2(c)、図2(d)および図4(a)、
図4(b)に示すような振動子11を得る。このエッチ
ングプロセスについては、例えば特許第1048133
号公報に詳細に記載されている。Next, the substrate with the mask is subjected to etching, and the substrate shown in FIGS. 2 (c), 2 (d) and 4 (a),
The vibrator 11 as shown in FIG. This etching process is described in, for example, Japanese Patent No. 1048133.
This is described in detail in the official gazette.
【0031】振動子11の形態は特に制限はないが、例
えば一対の音叉型の振動片12A、12Bを備えてお
り、各振動片の間に空隙13が設けられている。なお、
12a、12bは、各振動片の表面と裏面であり、12
c、12dは各振動片の側面である。The form of the vibrator 11 is not particularly limited. For example, the vibrator 11 includes a pair of tuning fork-type vibrating pieces 12A and 12B, and a gap 13 is provided between the vibrating pieces. In addition,
12a and 12b are the front and back surfaces of each resonator element,
c and 12d are side surfaces of each resonator element.
【0032】次いで、例えば図3(a)に示すように、
振動子11の表面に電極用金属膜14を形成する。こう
した金属膜の形成方法は特に限定されず、スパッタリン
グ法、化学的気相成長法、物理的気相成長法等を利用で
きるが、スパッタリング法による場合には、振動子のほ
ぼ全面にわたって金属膜が形成される。Next, for example, as shown in FIG.
An electrode metal film 14 is formed on the surface of the vibrator 11. The method for forming such a metal film is not particularly limited, and a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, or the like can be used. In the case of using the sputtering method, the metal film covers almost the entire surface of the vibrator. It is formed.
【0033】次いで、本発明に従って、電極パターンに
ついての情報を有する拡散光2Dを各振動片12A、1
2Bに照射し、各電極用金属膜14を除去加工する。本
例では、例えば各振動片12A、12Bの各表面12a
および裏面12b上で、各金属膜14の一定領域を除去
することによって、表面または裏面上の金属膜と側面1
2c、12d上の各金属膜との間を絶縁し、これによっ
て各屈曲振動片16A、16Bを得ている(図3(c)
および図4(a)、(b)を参照)。本例の振動子にお
いては、図3(b)のように拡散光を照射して表面12
a上、裏面12b上の金属膜をパターニングする時点
で、図4(a)、(b)に示すように、各屈曲振動片1
6A、16Bの各先端21側でも金属膜を削除し、除去
領域22を設ける。Then, according to the present invention, the diffused light 2D having information on the electrode pattern is applied to each of the vibrating bars 12A, 1A.
2B is irradiated to remove the metal film 14 for each electrode. In this example, for example, each surface 12a of each vibrating piece 12A, 12B
By removing a certain area of each metal film 14 on the back surface 12b, the metal film on the front surface or the back surface and the side surface 1 are removed.
Each metal film on 2c and 12d is insulated from each other, thereby obtaining bending vibration pieces 16A and 16B (FIG. 3 (c)).
And FIGS. 4 (a) and 4 (b)). In the vibrator of this embodiment, the surface 12 is irradiated with diffused light as shown in FIG.
4A and 4B, at the time of patterning the metal films on the upper surface a and the back surface 12b, as shown in FIGS.
The metal film is also removed on the tip 21 side of each of 6A and 16B, and a removal region 22 is provided.
【0034】次いで、図3(c)に示すように、振動子
11を所定角度だけ傾斜させ、拡散光2Dを側面12c
に対して照射する。この拡散光は、側面12c上の金属
膜を除去し、振動子11を透過し、裏面12bから出射
する。これによって、図4(a)、(b)に示すよう
に、各屈曲振動片の先端21側で側面12c上の金属膜
を削除し、除去領域23を設ける。次いで、振動子11
を、図3(c)に示した方向とは反対側に所定角度傾斜
させ、拡散光2Dを側面12dに対して照射し、各屈曲
振動片の先端21側で側面12d上の金属膜を削除し、
除去領域23を設ける。Next, as shown in FIG. 3C, the vibrator 11 is inclined by a predetermined angle, and the diffused light 2D is irradiated on the side surface 12c.
Irradiation. This diffused light removes the metal film on the side surface 12c, passes through the vibrator 11, and exits from the back surface 12b. As a result, as shown in FIGS. 4A and 4B, the metal film on the side surface 12c on the tip 21 side of each bending vibration piece is deleted, and a removal region 23 is provided. Next, the vibrator 11
Is tilted by a predetermined angle in the direction opposite to the direction shown in FIG. 3C, the diffused light 2D is irradiated on the side surface 12d, and the metal film on the side surface 12d is deleted at the tip 21 side of each bending vibration piece. And
A removal region 23 is provided.
【0035】図4(a)、(b)に示す各屈曲振動片1
6A、16Bにおいては、表面12aと12bとの間に
c軸が延び、側面12cと12dとの間にa軸が延びて
いる。これは、例えば水晶を使用した場合に該当する。
そして、表面および裏面上の各電極15Aと、側面12
c、12d上の各電極15Bとの間に、交番電界を印加
することによって、各屈曲振動片をa軸の方向に屈曲振
動させることかできる。Each bending vibration piece 1 shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b)
In 6A and 16B, the c-axis extends between the surfaces 12a and 12b, and the a-axis extends between the side surfaces 12c and 12d. This is the case, for example, when using quartz.
Then, each electrode 15A on the front and back surfaces and the side surface 12
By applying an alternating electric field between each electrode 15B on c and 12d, each bending vibration piece can be caused to vibrate in the direction of the a-axis.
【0036】また、本発明においては、基板または振動
子の表面上の金属膜14と側面上の金属膜、または裏面
上の金属膜と側面上の金属膜とを、同じ拡散光の照射に
よって同時に除去し、パターニングすることができる。
以下、図5および図6を参照しつつ、振動子に対して適
用した実施形態を説明する。In the present invention, the metal film 14 on the surface of the substrate or the vibrator and the metal film on the side surface, or the metal film on the back surface and the metal film on the side surface are simultaneously irradiated by the same diffused light. It can be removed and patterned.
Hereinafter, an embodiment applied to a vibrator will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
【0037】図3(a)に示すように、振動子の表面全
体に電極用金属膜14を設ける。次いで、図5に示すよ
うに、振動子11Aを所定角度だけ傾斜させ、拡散光2
Dを側面12cに向かって照射する。この拡散光は、側
面12c上の照射領域中にある金属膜をアブレーション
加工し、更に裏面12b上の照射領域中にある金属膜を
アブレーション加工する。As shown in FIG. 3A, an electrode metal film 14 is provided on the entire surface of the vibrator. Next, as shown in FIG. 5, the vibrator 11A is tilted by a predetermined angle,
D is irradiated toward the side surface 12c. The diffused light ablates the metal film in the irradiation area on the side surface 12c, and further ablates the metal film in the irradiation area on the back surface 12b.
【0038】また、図6(a)に示すように、振動子1
1Aを所定角度だけ傾斜させたままで、拡散光2Dを表
面12aに向かって照射する。この拡散光は、表面12
a上の照射領域中にある金属膜をアブレーション加工
し、更に側面12d上の照射領域中にある金属膜をアブ
レーション加工する。As shown in FIG. 6A, the vibrator 1
The diffused light 2D is irradiated toward the surface 12a while 1A is tilted by a predetermined angle. This diffused light is
The metal film in the irradiation area on a is ablated, and the metal film in the irradiation area on the side surface 12d is ablated.
【0039】次いで、図6(b)に示すように、振動子
11Aを、図6(a)とは反対側に所定角度だけ傾斜さ
せ、拡散光2Dを振動子に照射し、表面12a上および
側面12cの各照射領域中にある各金属膜をアブレーシ
ョン加工する。また、側面12d上および裏面12bの
各照射領域中にある各金属膜をアブレーション加工し、
電極15Cを設ける。Next, as shown in FIG. 6B, the vibrator 11A is tilted by a predetermined angle to the opposite side to that of FIG. Ablation processing is performed on each metal film in each irradiation area on the side surface 12c. Further, ablation processing is performed on each metal film in each irradiation region on the side surface 12d and the back surface 12b,
An electrode 15C is provided.
【0040】また、振動子の各屈曲振動片の長手方向に
向かって延びるように、各屈曲振動片に孔を設けること
ができる。この孔は、屈曲振動片を貫通する貫通孔であ
ってよく、屈曲振動片を貫通しない盲孔、即ち凹部であ
ってもよい。これによって、屈曲振動片の振動の固有共
振周波数を低下させ、駆動振動または検出のQ値を一層
向上させることができる。この場合にも、本発明の加工
方法を適用し、振動子の所定箇所に電極を形成できる。Further, a hole can be provided in each bending vibration piece so as to extend in the longitudinal direction of each bending vibration piece of the vibrator. This hole may be a through hole that penetrates the bending vibration piece, or may be a blind hole that does not penetrate the bending vibration piece, that is, a concave portion. Thereby, the natural resonance frequency of the vibration of the bending vibration piece can be reduced, and the Q value of the drive vibration or the detection can be further improved. Also in this case, the electrode can be formed at a predetermined position of the vibrator by applying the processing method of the present invention.
【0041】図7、図8は、それぞれ、この実施形態に
係る各屈曲振動片の加工プロセスを示すものである。FIG. 7 and FIG. 8 respectively show a processing process of each bending vibration piece according to this embodiment.
【0042】図7(a)においては、振動片17Aの例
えば全面に電極用金属膜14を形成する。ここで、振動
片17Aには、その長さ方向に向かって延びる貫通孔1
8が設けられている。ただし、17a、17eは振動片
17Aの表面であり、17c、17gは裏面であり、1
7b、17hは、振動片の外側面であり、17d、17
fは、振動片の貫通孔に面する内側面である。本実施形
態でも、水晶のように、所定平面内に三回対称軸のa軸
を有する圧電単結晶板を使用しており、このため、各振
動片の表面と裏面との間に向かってc軸が延びており、
各振動片の内側面と外側面との間に向かってa軸が延び
ている。In FIG. 7A, an electrode metal film 14 is formed on, for example, the entire surface of the resonator element 17A. Here, the vibrating piece 17A has a through hole 1 extending in the length direction thereof.
8 are provided. However, 17a and 17e are the front surfaces of the resonator element 17A, 17c and 17g are the back surfaces, and 1
7b and 17h are outer surfaces of the resonator element, and 17d and 17h.
f is an inner surface facing the through hole of the resonator element. Also in the present embodiment, a piezoelectric single crystal plate having an a-axis of a three-fold symmetry axis in a predetermined plane, such as quartz, is used. For this reason, c is applied between the front surface and the back surface of each resonator element. The axis is extended,
The a-axis extends between the inner surface and the outer surface of each resonator element.
【0043】この状態で、図7(b)に示すように拡散
光2Dを照射し、表面17a、17e、裏面17c、1
7g上の各金属膜14を除去する。この際、内側面17
d、17f上の金属膜と、外側面17bおよび17h上
の各金属膜を残す。これらの残留した金属膜を、駆動電
極または検出電極として利用できる。In this state, diffused light 2D is irradiated as shown in FIG.
7 g of each metal film 14 is removed. At this time, the inner surface 17
The metal films on d and 17f and the respective metal films on the outer surfaces 17b and 17h are left. These remaining metal films can be used as drive electrodes or detection electrodes.
【0044】例えば図7(c)に示す駆動用の屈曲振動
片24Aにおいては、外側面17b、17h上に、それ
ぞれ駆動電極15D、15Gが設けられており、内側面
17d、17f上に、それぞれ駆動電極15E、15F
が設けられている。例えば外側面上の駆動電極15D、
15Gを交流電源20に接続し、内側面上の駆動電極1
5E、15Fをアースする。この結果、駆動電極15D
−15Eの組み合わせと、駆動電極15F−15Gの組
み合わせの間で、電圧の印加方向が逆になるので、屈曲
振動片24Aがa軸の方向に屈曲する。For example, in the driving bending vibrating piece 24A shown in FIG. 7C, drive electrodes 15D and 15G are provided on the outer surfaces 17b and 17h, respectively, and on the inner surfaces 17d and 17f, respectively. Drive electrodes 15E, 15F
Is provided. For example, the drive electrode 15D on the outer surface,
15G to the AC power supply 20 and drive electrode 1 on the inner surface.
Ground 5E and 15F. As a result, the drive electrode 15D
Since the voltage application direction is reversed between the combination of −15E and the combination of the drive electrodes 15F to 15G, the bending vibration piece 24A bends in the direction of the a-axis.
【0045】本実施形態におけるように、各屈曲振動片
の各貫通孔において、孔18の両側で、内側面と外側面
とに駆動電極を設けることで、1本の屈曲振動片を矢印
Aのように屈曲させることができる。これによって、最
も励振効率の高いa軸方向に電圧を印加して、屈曲振動
片を駆動できるようになった。As in the present embodiment, in each through hole of each bending vibration piece, driving electrodes are provided on the inner and outer surfaces on both sides of the hole 18 so that one bending vibration piece is indicated by an arrow A. Can be bent as follows. This makes it possible to drive the bending vibration piece by applying a voltage in the a-axis direction having the highest excitation efficiency.
【0046】なお、電極15D、15E、15F、15
Gを検出電極として使用する場合には、交流電源の位置
に検出用のギャップを設ける。The electrodes 15D, 15E, 15F, 15
When G is used as a detection electrode, a gap for detection is provided at the position of the AC power supply.
【0047】上述の各実施形態においては、圧電単結晶
のa軸の方向に電圧を印加することによって、各アーム
を駆動していた。これに対して、例えばニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル
酸リチウム固溶体単結晶の場合には、例えば図8(c)
に示すように、130°Y板を使用する。この場合に
は、c軸が振動子の主面に対して50°の角度をなして
おり、この角度で振動子の温度特性がもっとも良好にな
る。In each of the above embodiments, each arm is driven by applying a voltage in the direction of the a-axis of the piezoelectric single crystal. On the other hand, in the case of, for example, lithium niobate, lithium tantalate, or a lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, for example, FIG.
As shown in the figure, a 130 ° Y plate is used. In this case, the c-axis forms an angle of 50 ° with the main surface of the vibrator, and at this angle, the temperature characteristics of the vibrator become the best.
【0048】振動片17Bには、その長手方向に延びる
貫通孔18が形成されている。この状態で、図8(b)
に示すように拡散光2Dを照射し、外側面17b、内側
面17d、内側面17fおよび外側面17h上の各金属
膜14を同時に除去する。この際、表面17a、17e
上の金属膜と、裏面17c、17g上の金属膜とを残
す。これらの残留した金属膜を、駆動電極または検出電
極として利用できる。The vibrating piece 17B has a through hole 18 extending in the longitudinal direction. In this state, FIG.
As shown in (2), the diffused light 2D is irradiated to simultaneously remove the metal films 14 on the outer surface 17b, the inner surface 17d, the inner surface 17f, and the outer surface 17h. At this time, the surfaces 17a, 17e
The upper metal film and the metal films on the back surfaces 17c and 17g are left. These remaining metal films can be used as drive electrodes or detection electrodes.
【0049】例えば図8(c)に示す駆動用の屈曲振動
片17Bにおいては、各貫通孔18の両側の位置に、細
長い駆動電極15H、15J、15K、15Lが設けら
ている。駆動電極15H−15Jと駆動電極15K−1
5Lとの間で、電圧の印加方向が逆相になるので、矢印
Bのように、屈曲振動片が屈曲する。For example, in the driving bending vibration piece 17B shown in FIG. 8C, elongated driving electrodes 15H, 15J, 15K and 15L are provided at positions on both sides of each through hole 18. Drive electrode 15H-15J and drive electrode 15K-1
Since the application direction of the voltage becomes opposite to that between 5 L and 5 L, the bending vibration piece bends as shown by arrow B.
【0050】なお、電極15H、15J、15K、15
Lを検出電極として使用する場合には、交流電源の位置
に検出用のギャップを設ける。The electrodes 15H, 15J, 15K, 15
When L is used as a detection electrode, a gap for detection is provided at the position of the AC power supply.
【0051】なお、前述した図、7、図8の各例におい
て、貫通孔18の代わりに、貫通孔18と同じ平面的形
状を有する凹部を設けることもできる。即ち、各屈曲振
動片において、貫通孔18をを表面17a、17eと裏
面17c、17gとの間で貫通させず、薄い壁を設ける
こともできる。In each of the above-described examples of FIGS. 7, 7 and 8, instead of the through hole 18, a concave portion having the same planar shape as the through hole 18 may be provided. That is, in each bending vibration piece, a thin wall can be provided without penetrating the through hole 18 between the front surfaces 17a and 17e and the back surfaces 17c and 17g.
【0052】次に、図2、図3および図4を参照しつつ
説明したようにして、本発明に従って、圧電振動型ジャ
イロスコープ用の音叉型振動子を作製した。具体的に
は、縦2インチ、横2インチ、厚さ0.3mmの水晶の
Z板8を準備し、このZ板の表面と裏面との双方に、通
常のスパッタ蒸着法によって、厚さ20nmのクロム層
と厚さ200nmの金層とを形成し、被加工体6Aを得
た。この被加工体6Aを、KrFエキシマレーザー加工
装置(レーザー光の波長は248nm)の加工ステージ
に設置し、本装置によって、Z板の表面および裏面の各
金属膜を除去し、パターニングした。この際、基板の表
面におけるレーザーエネルギー密度を2.0J/cm2
とし、レーザー光の走査速度を1.2 mm/secとし、
パルスの繰り返し周波数を195Hzとし、パルス幅を
120nsecに設定した。Next, according to the present invention, a tuning fork vibrator for a piezoelectric vibratory gyroscope was manufactured as described with reference to FIGS. Specifically, a quartz Z-plate 8 having a length of 2 inches, a width of 2 inches and a thickness of 0.3 mm is prepared, and a thickness of 20 nm is formed on both the front and back surfaces of the Z-plate by a normal sputter deposition method. And a 200 nm-thick gold layer were formed to obtain a workpiece 6A. The workpiece 6A was placed on a processing stage of a KrF excimer laser processing device (laser light wavelength: 248 nm), and the metal film on the front and back surfaces of the Z plate was removed and patterned by this device. At this time, the laser energy density on the surface of the substrate was set to 2.0 J / cm 2
And the scanning speed of the laser beam is 1.2 mm / sec,
The pulse repetition frequency was set to 195 Hz, and the pulse width was set to 120 nsec.
【0053】次いで、基板の表面と裏面との各金属膜の
除去後の寸法が所定の精度の範囲内に入るように、加工
ステージを上下させて、レーザー光の焦点を基板から約
10mm離れた位置に設定し、基板の表面側からレーザ
ー光を入射させ、エッチッグ用のマスクパターンを作製
した。Next, the processing stage was moved up and down so that the size of each of the metal films on the front and back surfaces of the substrate after removal was within a predetermined accuracy range, and the focal point of the laser beam was moved away from the substrate by about 10 mm. It was set at the position, and a laser beam was made incident from the surface side of the substrate to form a mask pattern for etching.
【0054】次いで、基板をフッ化アンモニウム溶液中
でウエットエッチングし、外形切り抜き加工を行って所
望の形状の振動子11を得た。この振動子11を、硝酸
第二セリウムアンモニウム+硝酸+過塩素酸の混合液中
に浸漬し、マスクを溶解させ、除去した。Next, the substrate was wet-etched in an ammonium fluoride solution, and the outer shape was cut out to obtain a vibrator 11 having a desired shape. The vibrator 11 was immersed in a mixed solution of ceric ammonium nitrate + nitric acid + perchloric acid to dissolve and remove the mask.
【0055】次いで振動子11を有機溶媒で洗浄し、再
度スパッタ蒸着法によって、厚さ20nmのチタン層
と、厚さ200nmの金層とを形成した。この振動子
を、前記したエッチング用マスク形成時と同様の装置に
設置し,金属膜14のみをレーザーアブレーション加工
して除去し、パターニングし、各電極15A、15Bを
形成した。Next, the vibrator 11 was washed with an organic solvent, and a titanium layer having a thickness of 20 nm and a gold layer having a thickness of 200 nm were formed again by the sputter deposition method. The vibrator was set in the same apparatus as that used for forming the etching mask described above, and only the metal film 14 was removed by laser ablation processing and patterned to form the electrodes 15A and 15B.
【0056】こうして得られた電極付きの振動子を目視
および超音波探傷法によって検査したところ、マイクロ
クラックは認められなかった。また、各電極の寸法精度
は±5μm以内であった。When the thus-obtained transducer with electrodes was inspected visually and by ultrasonic testing, no microcracks were observed. The dimensional accuracy of each electrode was within ± 5 μm.
【図1】本発明においてレーザー光2Aを被加工体6、
7に照射するまでのプロセスを説明するための模式図で
ある。FIG. 1 shows a laser beam 2A according to the present invention;
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a process up to irradiation with No. 7;
【図2】(a)は、被加工体6Aを示す断面図であり、
(b)は、被加工体6Aに拡散光を照射した状態を概略
的に示す断面図であり、(c)は、振動子11を示す断
面図であり、(d)は各振動片12A、12Bを示す破
断斜視図である。FIG. 2A is a cross-sectional view showing a workpiece 6A;
(B) is a cross-sectional view schematically showing a state where the workpiece 6A is irradiated with diffused light, (c) is a cross-sectional view showing the vibrator 11, (d) is a vibrating piece 12A, It is a fracture | rupture perspective view which shows 12B.
【図3】(a)は、振動子11に金属膜14を設けた状
態を概略的に示す断面図であり、(b)は、(a)の振
動子に拡散光を照射している状態を示す断面図であり、
(c)は、(b)の振動子を更に傾斜させてアブレーシ
ョン加工している状態を示す断面図である。3A is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which a metal film 14 is provided on a vibrator 11, and FIG. 3B is a state in which diffused light is irradiated on the vibrator in FIG. FIG.
(C) is a cross-sectional view showing a state in which the vibrator of (b) is further inclined to perform ablation processing.
【図4】(a)は、屈曲振動片16A、16Bを側面1
2c側から見たときの正面図であり、(b)は、屈曲振
動片16A、16Bを表面12a側から見たときの正面
図である。FIG. 4A is a side view of bending vibration pieces 16A and 16B.
FIG. 2B is a front view when viewed from the side 2c, and FIG. 2B is a front view when the bending vibration pieces 16A and 16B are viewed from the front surface 12a side.
【図5】振動子11Aを傾斜させて加工するプロセスを
説明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a process of processing the oscillator 11A by inclining it.
【図6】(a)、(b)は、振動子11Aの屈曲振動片
12C、12Dを傾斜させて加工するプロセスを説明す
るための断面図である。FIGS. 6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views for explaining a process in which the bending vibrating pieces 12C and 12D of the vibrator 11A are machined by being inclined.
【図7】(a)、(b)、(c)は、貫通孔18を有す
る、水晶等からなる振動子の屈曲振動片を加工する一つ
の好適なプロセスを概略的に示す断面図である。FIGS. 7A, 7B, and 7C are cross-sectional views schematically showing one suitable process for processing a bending vibrating piece of a vibrator made of quartz or the like having a through hole 18. FIGS. .
【図8】(a)、(b)、(c)は、貫通孔18を有す
る、ニオブ酸リチウム等からなる振動子の屈曲振動片を
加工する一つの好適なプロセスを概略的に示す断面図で
ある。FIGS. 8A, 8B and 8C are cross-sectional views schematically showing one suitable process for processing a bending vibrating piece of a vibrator made of lithium niobate or the like having a through hole 18; It is.
1 レーザー光源 2A 所定波長のレーザー光
2B所定のパターンを担ったレーザー光 2C
収束光 2D 拡散光3 マスク部材 4
レンズ 5 焦点 6、6A、7 被加工体
8 圧電性材料からなる基板 8a、8b 基
板の主面(表面および裏面) 9A、9B マスク
用金属膜 10A、10B、10C、10D マス
ク 11、11A 振動子 12A、12B、
17A 振動片 12a、17a、17e 振動片
の表面 12b、17c、17g 振動片の裏面
12c、12d 振動片の側面 14 電極用
金属膜 15A、15B 駆動電極 16A、
16B 屈曲振動片 17b、17h 振動片の外
側面 17d、17f 振動片の貫通孔に面する内
側面 18 貫通孔1 Laser light source 2A Laser light of predetermined wavelength
2B Laser light carrying a predetermined pattern 2C
Convergent light 2D Diffuse light 3 Mask member 4
Lens 5 Focus 6, 6A, 7 Workpiece
8 Substrate made of piezoelectric material 8a, 8b Main surface (front and back) of substrate 9A, 9B Metal film for mask 10A, 10B, 10C, 10D Mask 11, 11A Transducer 12A, 12B,
17A Vibrating bar 12a, 17a, 17e Surface of vibrating bar 12b, 17c, 17g Back surface of vibrating bar
12c, 12d Side surface of resonator element 14 Metal film for electrode 15A, 15B Drive electrode 16A,
16B Flexural vibrating piece 17b, 17h Outer side face of vibrating piece 17d, 17f Inner side face facing through hole of vibrating piece 18 Through hole
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23F 4/02 B23K 26/00 G01C 19/56 H03H 3/02 G01P 9/04 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C23F 4/02 B23K 26/00 G01C 19/56 H03H 3/02 G01P 9/04
Claims (11)
数の面上に設けられている金属膜とを備えている被加工
体を加工し、前記基材の前記複数の面上の前記の各金属
膜をそれぞれ除去する方法であって、 所定のパターンを有するマスク部材にレーザー光を通
し、前記被加工体から離れた位置にある焦点で前記レー
ザー光を収束させることによって拡散光を得、前記複数
の面上の前記各金属膜および前記基材に前記拡散光を透
過させ、前記拡散光が前記圧電性材料中で実質的に吸収
されることなく前記基材を透過し、かつ前記各金属膜を
構成する金属原子を解離および蒸発させることによっ
て、前記各金属膜のうち前記拡散光が照射された領域を
除去することを特徴とする、基材上の金属膜の加工方
法。An object to be processed comprising a base material made of a piezoelectric material and metal films provided on a plurality of surfaces of the base material is processed, and a workpiece is formed on the plurality of surfaces of the base material. A method of removing each of the metal films, wherein the laser light is passed through a mask member having a predetermined pattern, and the laser light is converged at a focal point at a position distant from the workpiece. To transmit the diffused light to the respective metal film and the substrate on the plurality of surfaces, the diffused light is transmitted through the substrate without being substantially absorbed in the piezoelectric material, A method for processing a metal film on a base material, wherein a region of the metal film irradiated with the diffused light is removed by dissociating and evaporating metal atoms constituting the metal films. .
おいて前記被加工体内で結像させることを特徴とする、
請求項1記載の基材上の金属膜の加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the pattern of the mask member is imaged in the workpiece with the diffused light.
The method for processing a metal film on a substrate according to claim 1.
を特徴とする、請求項1または2記載の基材上の金属膜
の加工方法。3. The method for processing a metal film on a substrate according to claim 1, wherein the piezoelectric material is an oxide single crystal.
ウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタ
ル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム単結晶およ
びランガサイト単結晶からなる群より選ばれた一種以上
の酸化物単結晶であることを特徴とする、請求項3記載
の基材上の金属膜の加工方法。4. The oxide single crystal is selected from the group consisting of quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, lithium borate single crystal and langasite single crystal. The method for processing a metal film on a substrate according to claim 3, wherein the metal film is at least one oxide single crystal.
mの波長を有するレーザー光を用いることを特徴とす
る、請求項1−4のいずれか一つの請求項に記載の基材
上の金属膜の加工方法。5. The method according to claim 1, wherein the laser light is 150 to 350 n.
The method for processing a metal film on a base material according to any one of claims 1 to 4, wherein a laser beam having a wavelength of m is used.
する基板であり、前記一対の主面上に前記金属膜がそれ
ぞれ設けられており、これらの一対の主面上の各金属膜
の少なくとも一部を同時に除去することを特徴とする、
請求項1−5のいずれか一つの請求項に記載の基材上の
金属膜の加工方法。6. The base material is a substrate having a pair of main surfaces and a pair of side surfaces, wherein the metal films are provided on the pair of main surfaces, respectively. Characterized in that at least part of the metal film is removed at the same time,
A method for processing a metal film on a base material according to any one of claims 1 to 5.
する基板であり、前記一対の主面のうち少なくとも一方
と前記一対の側面のうち少なくとも一方とに前記金属膜
がそれぞれ設けられており、前記主面上の金属膜と前記
側面上の金属膜との少なくとも一部を前記拡散光の照射
によって除去することを特徴とする、請求項1−5のい
ずれか一つの請求項に記載の基材上の金属膜の加工方
法。7. The base material is a substrate having a pair of main surfaces and a pair of side surfaces, and the metal film is provided on at least one of the pair of main surfaces and at least one of the pair of side surfaces. The method according to claim 1, wherein at least a part of the metal film on the main surface and the metal film on the side surface is removed by irradiation with the diffused light. 5. The method for processing a metal film on a substrate according to the above.
材のうち前記孔に面する内壁面上に前記金属膜が設けら
れており、この内壁面上の前記金属膜の少なくとも一部
を前記拡散光の照射によって除去することを特徴とす
る、請求項1−5のいずれか一つの請求項に記載の基材
上の金属膜の加工方法。8. A substrate, wherein a hole is provided in the base material, the metal film is provided on an inner wall surface of the base material facing the hole, and at least the metal film on the inner wall surface is provided. The method for processing a metal film on a base material according to claim 1, wherein a part of the metal film is removed by irradiation with the diffused light.
であって、 前記圧電性材料からなり、一対の主面と一対の側面とを
有する基板を準備し、この基板の少なくとも前記一対の
主面上にエッチング用マスクの材料となる金属膜を設け
て前記振動子用の被加工体を得、前記振動子の形状に対
応する所定のパターンを有するマスク部材にレーザー光
を通し、前記被加工体から離れた位置にある焦点で前記
レーザー光を収束させることによって拡散光を得、前記
各主面上の前記金属膜および前記基板を前記拡散光が透
過するようにし、前記拡散光が前記圧電性材料中で実質
的に吸収されることなく前記基板を透過し、かつ前記金
属膜を構成する金属原子を解離および蒸発させることに
よって、前記金属膜のうち前記拡散光が照射された領域
を除去して前記基板の各主面上にそれぞれマスクを作製
し、次いで前記基板をエッチング加工することで前記振
動子を作製し、この振動子から前記マスクを除去するこ
とを特徴とする、振動子の製造方法。9. A method for manufacturing a vibrator made of a piezoelectric material, comprising: preparing a substrate made of the piezoelectric material, the substrate having a pair of main surfaces and a pair of side surfaces; A workpiece for the vibrator is obtained by providing a metal film serving as a material for an etching mask on the main surface, and a laser beam is passed through a mask member having a predetermined pattern corresponding to the shape of the vibrator, thereby forming the workpiece. Diffuse light is obtained by converging the laser light at a focus located at a position distant from the workpiece, so that the diffused light passes through the metal film and the substrate on each of the main surfaces, and the diffused light is By transmitting through the substrate without being substantially absorbed in the piezoelectric material, and by dissociating and evaporating the metal atoms constituting the metal film, the region of the metal film irradiated with the diffused light, Removal Then, a mask is produced on each main surface of the substrate, and then the substrate is etched to produce the vibrator, and the mask is removed from the vibrator. Production method.
子に設けられている所定パターンの電極とを備えている
振動デバイスを製造する方法であって、 前記振動子と、この振動子の複数の面上にそれぞれ設け
られている、前記電極の材料となる電極用金属膜とを備
えている被加工体を準備し、前記電極の形状に対応する
形状を有するマスク部材にレーザー光を通し、前記被加
工体から離れた位置にある焦点で前記レーザー光を収束
させることによって拡散光を得、前記振動子および前記
各電極用金属膜を前記拡散光が透過するようにし、この
際前記拡散光が前記圧電性材料中で実質的に吸収される
ことなく前記振動子を透過し、かつ前記各電極用金属膜
を構成する金属原子を解離および蒸発させることによっ
て、前記各電極用金属膜のうち前記拡散光が照射された
領域を除去して前記複数の面上にそれぞれ前記電極を形
成することを特徴とする、振動デバイスの製造方法。10. A method of manufacturing a vibrating device comprising a vibrator made of a piezoelectric material and electrodes of a predetermined pattern provided on the vibrator, the method comprising: A workpiece provided on each of a plurality of surfaces and including an electrode metal film to be a material of the electrode is prepared, and laser light is passed through a mask member having a shape corresponding to the shape of the electrode. Converging the laser light at a focal point at a position distant from the workpiece to obtain diffused light, and allowing the diffused light to pass through the vibrator and the metal film for each electrode, The light passes through the vibrator without being substantially absorbed in the piezoelectric material, and dissociates and evaporates the metal atoms constituting the metal film for each electrode, thereby forming the metal film for each electrode. Before A method for manufacturing a vibrating device, comprising: removing an area irradiated with the diffused light to form the electrodes on each of the plurality of surfaces.
子に設けられている所定パターンの電極とを備えている
振動デバイスを製造する方法であって、 前記圧電性材料からなり、一対の主面と一対の側面とを
有する基板を準備し、この基板の少なくとも前記一対の
主面上にエッチング用マスクの材料となるマスク用金属
膜を設けて前記振動子用被加工体を得、前記振動子の形
状に対応する所定のパターンを有する第一のマスク部材
にレーザー光を通し、前記振動子用被加工体から離れた
位置にある焦点で前記レーザー光を収束させることによ
って拡散光を得、前記各主面上の前記各マスク用金属膜
および前記基板を前記拡散光が透過するようにし、前記
拡散光が前記圧電性材料中で実質的に吸収されることな
く前記基板を透過し、かつ前記各マスク用金属膜を構成
する金属原子を解離および蒸発させることによって、前
記各マスク用金属膜のうち前記拡散光が照射された領域
を除去して前記基板の各主面上にそれぞれマスクを作製
し、次いで前記基板をエッチング加工することで前記振
動子を作製し、この振動子から前記マスクを除去し、こ
の振動子の前記主面および前記側面から選ばれた複数の
面上にそれぞれ電極用金属膜を設け、前記電極の形状に
対応する形状を有する第二のマスク部材にレーザー光を
通し、前記振動子から離れた位置にある焦点で前記レー
ザー光を収束させることによって拡散光を得、前記振動
子および前記各電極用金属膜を前記拡散光が透過するよ
うにし、この際前記拡散光が前記圧電性材料中で実質的
に吸収されることなく前記振動子を透過し、かつ前記各
電極用金属膜を構成する金属原子を解離および蒸発させ
ることによって、前記各電極用金属膜のうち前記拡散光
が照射された領域を除去して前記複数の面上にそれぞれ
前記電極を形成することを特徴とする、振動デバイスの
製造方法。11. A method of manufacturing a vibrating device comprising a vibrator made of a piezoelectric material and electrodes of a predetermined pattern provided on the vibrator, comprising: a pair of piezoelectric materials; A substrate having a main surface and a pair of side surfaces is prepared, and a metal film for a mask serving as a material for an etching mask is provided on at least the pair of main surfaces of the substrate to obtain a workpiece for the vibrator. Laser light is passed through a first mask member having a predetermined pattern corresponding to the shape of the vibrator, and diffused light is obtained by converging the laser light at a focus located at a position distant from the workpiece for vibrator. The diffused light is transmitted through each of the mask metal films and the substrate on each of the main surfaces, and the diffused light is transmitted through the substrate without being substantially absorbed in the piezoelectric material. And each of the above By dissociating and evaporating the metal atoms constituting the mask metal film, regions of the mask metal film irradiated with the diffused light were removed to form masks on the respective main surfaces of the substrate. Then, the vibrator is manufactured by etching the substrate, the mask is removed from the vibrator, and the electrode metal is formed on a plurality of surfaces selected from the main surface and the side surfaces of the vibrator. A film is provided, laser light is passed through a second mask member having a shape corresponding to the shape of the electrode, and diffused light is obtained by converging the laser light at a focus located at a position distant from the vibrator, The diffused light is transmitted through the vibrator and the metal film for each electrode. At this time, the diffused light passes through the vibrator without being substantially absorbed in the piezoelectric material, and By dissociating and evaporating metal atoms constituting each metal film for an electrode, a region of the metal film for each electrode irradiated with the diffused light is removed to form each of the electrodes on the plurality of surfaces. A method of manufacturing a vibration device, comprising:
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