JP3809112B2

JP3809112B2 - Manufacturing method of tuning fork vibrator

Info

Publication number: JP3809112B2
Application number: JP2002052715A
Authority: JP
Inventors: 智大内; 周作川崎; 正数畑中; 義則高嶋; 三十四梅木
Original assignee: Panasonic Corp; Nihon Dempa Kogyo Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Nihon Dempa Kogyo Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003258331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角速度センサに用いられる音叉振動子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、水晶やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ₂Ｏ₃）等の単結晶圧電材料を音叉振動子として用いた角速度センサが提案されている。例えば、図３に示すように水晶のＺ板（ウエハ）を圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ原子レベルで接合し、接合されたウエハをＺ軸方向にエッチングして音叉振動子を製造する方法が知られている。図３（ａ）はウエハとマスクの位置関係を示す断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）に示すようなマスクが設けられたウエハがＺ軸方向にウエットエッチングされた後の音叉振動子の一方のアームの断面形状を示す断面図である。１００ａ，１００ｂは水晶のＺ板からなるウエハ、１００ｃ，１００ｄはウエハ１００ａ，１００ｂのそれぞれ露出した平面（ＸＹ面）、１０１ａ，１０１ｂは音叉型振動子形状のマスク、１０２は水晶からなる音叉振動子の一方のアーム、１０２ａ，１０２ｂは一方のアーム１０２を構成する片、１０２ｃ，１０２ｄは片１０２ａ，１０２ｂの突起部である。
【０００３】
図３（ａ）において、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ原子レベルで接合したウエハ１００ａ，１００ｂのそれぞれ露出した平面（ＸＹ面）１００ｃ，１００ｄには所定の寸法の音叉型振動子形状のマスク１０１ａ，１０１ｂの各エッジが正確に一致するように位置決めされている。
【０００４】
図３（ａ）に示すようなマスク１０１ａ，１０１ｂが設けられたウエハ１００ａ，１００ｂをＺ軸方向にウエットエッチングすると、図３（ｂ）に示すように片１０２ａの電気軸（Ｘ軸）の＋側には突起部１０２ｃが生じ、電気軸（Ｘ軸）の−側にはＸＹ面にほぼ垂直な面（ＹＺ面）が形成される。同様に、片１０２ｂの電気軸（Ｘ軸）の＋側には突起部１０２ｄが生じ、電気軸（Ｘ軸）の−側にはＸＹ面にほぼ垂直な面（ＹＺ面）が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような音叉振動子の製造方法においては、図３（ｂ）に示すように片１０２ａでは突起部１０２ｃに相当する面積分だけ片１０２ｂの垂直な面（ＸＺ面）より飛び出し、また、片１０２ｂでは突起部１０２ｄに相当する面積分だけ片１０２ａの垂直な面（ＹＺ面）より飛び出す。このような断面形状をしたアーム１０２をＸ軸方向に音叉振動させようとしてもＸ軸方向から突起部１０２ｃと突起部１０２ｄを結ぶ方向にやや傾いた斜め振動モードが発生してしまう。これにより、Ｘ軸方向への音叉振動の効率が低下するばかりか、斜め振動モードの発生により実際にはＹ軸まわりに角速度が入力されていないにもかかわらず恰も角速度が入力されたかのようにアーム１０２をＺ軸方向に撓ませる力が発生してしまうという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、斜め振動モードの発生を抑制し、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、音叉振動子の製造方法において、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）とほぼ平行な２つの平面（ＸＹ面）を有する単結晶圧電材料からなる２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を平滑にする工程と、平滑にされた前記２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面（ＸＹ面）に水酸基が吸着された前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理された前記２枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）及び他方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）に、前記ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第１、第２の保護膜を形成する工程と、前記第１、第２の保護膜をそれぞれ少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成された音叉型振動子形状にパターニングし第１、第２のマスクを形成する工程と、前記第１、第２のマスクがそれぞれ形成された前記２枚のウエハを前記エッチング液によりエッチングする工程とを備え、前記熱処理する工程では、前記２枚のウエハの電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように、前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理し、前記第１、第２のマスクを形成する工程では、前記アームの幅方向（Ｘ軸方向）が前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の方向を向くように、かつ、前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量シフトさせて、前記第１、第２のマスクを形成するものである。
【０００８】
これにより、アーム内の質量バランスが確保できるため、斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【０００９】
次に、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音叉振動子の製造方法において、単結晶圧電材料を水晶としたものである。
【００１０】
これにより、極めて安価な材料を用いながら斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【００１１】
次に、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の音叉振動子の製造方法において、水晶からなるウエハをＺ板としたものである。
【００１２】
これにより、効率的なエッチングが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係わる音叉振動子を示す斜視図である。図２は同音叉振動子を形成するエッチング方法を示す工程断面図である。
【００１５】
図１において、１ａ，１ｂはアーム、１ｃはアーム１ａ，１ｂを連結する基部、１はアーム１ａ，１ｂと基部１ｃから構成される水晶音叉型振動子、２ａ，２ｂはアーム、２ｃはアーム２ａ，２ｂを連結する基部、２はアーム２ａ，２ｂと基部２ｃから構成される水晶音叉型振動子、３は水晶音叉型振動子１，２においてアーム１ａとアーム２ａのそれぞれの幅方向（Ｘ軸方向）並びにアーム１ｂとアーム２ｂのそれぞれの幅方向（Ｘ軸方向）が互いに逆方向を向くように接合された角速度センサ用の音叉振動子である。また、３ａ，３ｂはそれぞれ接合された角速度センサ用の音叉振動子３のアーム、３ｃは同音叉振動子３の基部である。
【００１６】
本発明は接合された音叉振動子３のアーム３ａ，３ｂの断面形状に特徴がある。そこで、図１に示す音叉振動子３のアーム３ｂを例に、そのＡ・Ａ断面形状を形成するためのエッチング方法を図２を用いて以下に詳述する。
【００１７】
図２において、４，５はＺ板と呼ばれる水晶のウエハ、６，７はＣｒ，Ａｕの２層からなる第１、第２の保護膜、８，９は第１、第２のフォトレジストである。
【００１８】
図２（ａ）に示された厚さが約１５０μｍのウエハ４，５の表面（ＸＹ面）を研磨により鏡面に加工する。
【００１９】
次に、研磨されたウエハ４，５の表面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させた後、水酸基が吸着された２枚のウエハ４，５の電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ熱処理する。この熱処理により、重ね合わされた２枚のウエハ４，５の界面から水酸基や水素が離脱することで２枚のウエハ４，５が完全に接合される（図２（ｂ））。
【００２０】
次に、接合された２枚のウエハ４，５の露出したそれぞれの平面（ＸＹ面）にウエハ４，５を溶解するエッチング液（例えば、弗酸と弗化水素アンモニウムの混合液）に対して耐腐食性を有するＣｒ，Ａｕの２層からなる第１、第２の保護膜６，７を形成する（図２（ｃ））。
【００２１】
次に、第１、第２の保護膜６，７の上にそれぞれ第１、第２のフォトレジスト８，９を塗布する（図２（ｄ））。
【００２２】
次に、第１、第２のフォトレジスト８，９を露光し、現像することにより、ウエハ４，５に形成したい所定の音叉型振動子形状（例えば、アームの幅ｄ２＝２８０μｍ）の第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンをそれぞれ形成し、この対向する上下の第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンが各ウエハ４，５上でそれぞれ電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量（ｄ１＝７μｍ）シフトするようにする（図２（ｅ））。図２（ｅ）においては、７μｍシフトさせているが、このシフト量はエッチング液の温度、その配合比や接合後のウエハ４，５の厚みと目的とするアーム３ｂの幅によって適宜変更する必要がある。
【００２３】
次に、図２（ｅ）に示した第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンをマスクにして第１、第２の保護膜６，７をウエットエッチングする（図２（ｆ））。
【００２４】
次に、図２（ｆ）に示した第１、第２のフォトレジスト８，９と第１、第２の保護膜６，７をそれぞれ第１、第２のマスクにしてウエハ４，５を約５０℃で、約１０時間ウエットエッチングする（図２（ｇ））。図２（ｇ）においては、第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンを剥離せずにウエハ４，５をウエットエッチングしているが、ウエハ４，５をウエットエッチングする前に剥離しておいても構わない。
【００２５】
次に、図２（ｈ）のようにウエットエッチングする際の第１、第２のマスクとして使用された第１、第２のフォトレジスト８，９及び第１、第２の保護膜６，７を剥離する。
【００２６】
図２（ｈ）に示すようにウエットエッチングした後のウエハ４，５のそれぞれの断面（ＸＺ面）の＋Ｘ軸方向には突起部４ａ，５ａが発生しており、その面積はほぼ等しい。また、ウエハ４，５の露出したそれぞれの平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から突起部４ａ，５ａの先端４ｂ，５ｂまでの距離ｄ３はほぼ等しく、約２０μｍである。また、ウエハ４，５のそれぞれの断面（ＸＺ面）の−Ｘ軸方向は、ほぼＸＹ面に垂直な形状を有する面４ｃ，５ｃとなる。また、ウエハ４の露出した平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から面５ｃまでの距離ｄ１は約７μｍである。同様に、ウエハ５の露出した平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から面４ｃまでの距離ｄ１も約７μｍである。
【００２７】
また、ウエハ４のＢ・Ｂ線より右側の突起部４ａとウエハ５のＢ・Ｂ線より右側の断面部分５ｄの面積はほぼ等しい。同じく、ウエハ４のＣ・Ｃ線より左側の断面部分４ｄとウエハ５のＣ・Ｃ線より左側の突起部５ａの面積はほぼ等しい。
【００２８】
図２においては、図１に示す音叉振動子３の片方のアーム３ｂの製造方法について説明したが、他方のアーム３ａも同一の製造方法により同時に形成され、その断面形状も図２に示したものと同じである。
【００２９】
上述のように音叉振動子３の両アーム３ａ，３ｂの断面ともに、Ｂ・Ｂ線より右側の突起部４ａとＢ・Ｂ線より右側の断面部分５ｄの面積がほぼ等しく、また、Ｃ・Ｃ線より左側の断面部分４ｄとＣ・Ｃ線より左側の突起部５ａの面積もほぼ等しくなる。これにより、両アーム３ａ，３ｂ内の質量バランスが確保されるため、音叉振動子３の両アーム３ａ，３ｂをＸ軸方向に励振しても斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高くなる。
【００３０】
本実施の形態においては、２枚のウエハ同士を先に接合してからエッチングし、所定の音叉振動子を形成する製造方法について説明してきたが、それぞれのウエハを先にエッチングし音叉型振動子を形成した後に、各音叉型振動子のアームの幅方向（Ｘ軸方向）が互いに逆方向を向くように重ね合わせて接合し所定の音叉振動子を形成することも可能である。また、上記の製造方法の場合において、ウエハ内に音叉型振動子を残したまま接合する方法とエッチングによりウエハから音叉型振動子を切り離してから接合する方法の二通りある。
【００３１】
また、本実施の形態においては、ウエハとして水晶を用いた場合について説明してきたが、これ以外の単結晶圧電材料を用いることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）とほぼ平行な２つの平面（ＸＹ面）を有する単結晶圧電材料からなる２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を平滑にする工程と、平滑にされた前記２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面（ＸＹ面）に水酸基が吸着された前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理された前記２枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）及び他方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）に、前記ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第１、第２の保護膜を形成する工程と、前記第１、第２の保護膜をそれぞれ少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成された音叉型振動子形状にパターニングし第１、第２のマスクを形成する工程と、前記第１、第２のマスクがそれぞれ形成された前記２枚のウエハを前記エッチング液によりエッチングする工程とを備え、前記熱処理する工程では、前記２枚のウエハの電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように、前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理し、前記第１、第２のマスクを形成する工程では、前記アームの幅方向（Ｘ軸方向）が前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の方向を向くように、かつ、前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量シフトさせて、前記第１、第２のマスクを形成しているため、アーム内の質量バランスが確保され、斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる音叉振動子を示す斜視図
【図２】同音叉振動子を形成するエッチング方法を示す工程断面図
【図３】従来の音叉振動子を形成するエッチング方法を示す概略工程断面図
【符号の説明】
１，２水晶音叉型振動子
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂアーム
１ｃ，２ｃ，３ｃ基部
３音叉振動子
４，５ウエハ
４ａ，５ａ突起部
４ｂ，５ｂ先端
４ｃ，５ｃＸＹ面に垂直な形状を有する面
４ｄＣ・Ｃ線より左側の断面部分
５ｄＢ・Ｂ線より右側の断面部分
６第１の保護膜
７第２の保護膜
８第１のフォトレジスト
９第２のフォトレジスト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a tuning fork vibrator used in an angular velocity sensor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an angular velocity sensor using a single crystal piezoelectric material such as quartz or lithium tantalate (LiTa ₂ O ₃ ) as a tuning fork vibrator has been proposed. For example, as shown in FIG. 3, a crystal Z plate (wafer) is superposed and bonded at an atomic level so that electrical axes (X-axis) that cause a piezoelectric phenomenon are opposite to each other, and the bonded wafer is bonded in the Z-axis direction. A method for manufacturing a tuning fork vibrator by etching is known. FIG. 3A is a cross-sectional view showing the positional relationship between the wafer and the mask. FIG. 3B is a sectional view showing the sectional shape of one arm of the tuning fork vibrator after the wafer provided with the mask as shown in FIG. 3A is wet-etched in the Z-axis direction. 100a and 100b are wafers made of a quartz Z plate, 100c and 100d are exposed planes (XY planes) of the wafers 100a and 100b, 101a and 101b are tuning fork vibrator-shaped masks, and 102 is a tuning fork vibrator made of quartz. One arm 102a, 102b is a piece constituting one arm 102, and 102c, 102d are projections of the pieces 102a, 102b.
[0003]
In FIG. 3A, exposed planes (XY planes) 100c and 100d of wafers 100a and 100b which are superposed and bonded at the atomic level so that the electric axes (X axis) causing the piezoelectric phenomenon are opposite to each other are shown on The tuning fork vibrator-shaped masks 101a and 101b having predetermined dimensions are positioned so that the edges of the masks 101a and 101b exactly coincide with each other.
[0004]
When the wafers 100a and 100b provided with the masks 101a and 101b as shown in FIG. 3A are wet-etched in the Z-axis direction, as shown in FIG. 3B, the + of the electric axis (X axis) of the piece 102a. A protrusion 102c is formed on the side, and a surface (YZ plane) substantially perpendicular to the XY plane is formed on the negative side of the electric axis (X axis). Similarly, a protrusion 102d is formed on the + side of the electrical axis (X axis) of the piece 102b, and a surface (YZ plane) substantially perpendicular to the XY plane is formed on the − side of the electrical axis (X axis).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method for manufacturing a tuning fork vibrator as described above, as shown in FIG. 3B, the piece 102a protrudes from the vertical surface (XZ surface) of the piece 102b by an area corresponding to the protrusion 102c. The piece 102b protrudes from the vertical surface (YZ surface) of the piece 102a by an area corresponding to the protrusion 102d. Even if the arm 102 having such a cross-sectional shape is caused to vibrate by tuning fork in the X-axis direction, an oblique vibration mode slightly inclined from the X-axis direction in the direction connecting the protrusion 102c and the protrusion 102d occurs. This not only reduces the efficiency of tuning fork vibration in the X-axis direction, but also causes the arm to appear as if angular velocity has been input even though no angular velocity is actually input around the Y-axis due to the occurrence of the oblique vibration mode. There has been a problem that a force for bending 102 in the Z-axis direction is generated.
[0006]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tuning fork vibrator that suppresses the occurrence of an oblique vibration mode and has high tuning fork vibration efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the invention according to claim 1 of the present invention has two planes (XY plane) substantially parallel to an electric axis (X axis) for generating a piezoelectric phenomenon in a method for manufacturing a tuning fork vibrator. A step of smoothing each plane (XY plane) of two wafers made of a single crystal piezoelectric material, and a step of hydrophilizing each plane (XY plane) of the two wafers smoothed to adsorb hydroxyl groups When the plane comprising the steps of hydroxyl groups in (XY plane) is heat-treated heavy roots matching the two upper blade adsorbed, heat-treated exposed plane of one of the wafers of said two wafers (XY plane) and the other wafer exposed plane (XY plane), the U Fine first having corrosion resistance to the etching solution for dissolving and forming a second protective layer, wherein the first, second Each of the protective film with at least two arms and the arms Patterned to the first to at least one base sound or vibrator shape constructed from connecting, forming a second mask, the first, the two second mask is formed, respectively Etching the wafer with the etching solution, and in the heat treatment step, the two wafers are stacked and heat-treated so that the electric axes (X-axis) of the two wafers are opposite to each other. In the step of forming the first and second masks, the width direction (X-axis direction) of the arm is directed to the direction of the electric axis (X-axis) of the wafer and the electric axis of the wafer The first and second masks are formed by shifting a predetermined amount in the negative polarity direction of the (X axis) .
[0008]
Thereby, since the mass balance in the arm can be secured, it is possible to realize a tuning fork vibrator in which the occurrence of the oblique vibration mode is suppressed and the efficiency of tuning fork vibration is high.
[0009]
Next, an invention according to claim 2 of the present invention is the method for manufacturing a tuning fork vibrator according to claim 1 , wherein the single crystal piezoelectric material is quartz.
[0010]
As a result, it is possible to realize a tuning fork vibrator in which the generation of the oblique vibration mode is suppressed while using a very inexpensive material and the efficiency of tuning fork vibration is high.
[0011]
Next, a third aspect of the present invention is the method for manufacturing a tuning fork vibrator according to the second aspect , wherein the wafer made of quartz is a Z plate.
[0012]
Thereby, efficient etching becomes possible.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a perspective view showing a tuning fork vibrator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a process sectional view showing an etching method for forming the tuning fork vibrator.
[0015]
In FIG. 1, 1a and 1b are arms, 1c is a base for connecting the arms 1a and 1b, 1 is a crystal tuning fork type vibrator composed of arms 1a and 1b and a base 1c, 2a and 2b are arms, and 2c is an arm 2a. , 2b, 2 is a crystal tuning fork type vibrator composed of arms 2a, 2b and base 2c, 3 is a quartz tuning fork type vibrator 1, 2 in the width direction of each of the arms 1a and 2a (X-axis) Direction) and the tuning fork vibrator for an angular velocity sensor joined so that the width directions (X-axis directions) of the arms 1b and 2b are opposite to each other. Reference numerals 3a and 3b denote arms of the tuning-fork vibrator 3 for the angular velocity sensor, and 3c denotes a base part of the tuning-fork vibrator 3.
[0016]
The present invention is characterized by the cross-sectional shapes of the arms 3a and 3b of the joined tuning fork vibrator 3. Accordingly, an etching method for forming the A / A cross-sectional shape of the arm 3b of the tuning fork vibrator 3 shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG.
[0017]
In FIG. 2, 4 and 5 are quartz wafers called Z-plates, 6 and 7 are first and second protective films composed of two layers of Cr and Au, and 8 and 9 are first and second photoresists. is there.
[0018]
The surface (XY plane) of the wafers 4 and 5 having a thickness of about 150 μm shown in FIG. 2A is processed into a mirror surface by polishing.
[0019]
Next, after the surface (XY plane) of the polished wafers 4 and 5 is hydrophilized to adsorb hydroxyl groups, the electrical axes (X axes) of the two wafers 4 and 5 to which hydroxyl groups are adsorbed are opposite to each other. Overlay heat treatment to face the direction. By this heat treatment, the two wafers 4 and 5 are completely joined by the removal of the hydroxyl group and hydrogen from the interface between the two wafers 4 and 5 that are superposed (FIG. 2B).
[0020]
Next, with respect to an etching solution (for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium hydrogen fluoride) for dissolving the wafers 4 and 5 on the exposed flat surfaces (XY plane) of the two bonded wafers 4 and 5. First and second protective films 6 and 7 comprising two layers of Cr and Au having corrosion resistance are formed (FIG. 2C).
[0021]
Next, first and second photoresists 8 and 9 are applied on the first and second protective films 6 and 7, respectively (FIG. 2D).
[0022]
Next, the first and second photoresists 8 and 9 are exposed and developed, whereby the first tuning-fork vibrator shape (for example, arm width d2 = 280 μm) to be formed on the wafers 4 and 5 is formed. The patterns of the second photoresists 8 and 9 are respectively formed, and the patterns of the first and second photoresists 8 and 9 that are opposed to each other are arranged on the respective wafers 4 and 5 on the electric axis (X axis). A predetermined amount (d1 = 7 μm) is shifted in the negative polarity direction (FIG. 2E). In FIG. 2E, the shift is performed by 7 μm, but this shift amount needs to be changed appropriately depending on the temperature of the etching solution, the blending ratio, the thickness of the wafers 4 and 5 after bonding, and the width of the target arm 3b. There is.
[0023]
Next, the first and second protective films 6 and 7 are wet-etched using the patterns of the first and second photoresists 8 and 9 shown in FIG. 2E as a mask (FIG. 2F). .
[0024]
Next, the wafers 4 and 5 are formed using the first and second photoresists 8 and 9 and the first and second protective films 6 and 7 shown in FIG. Wet etching is performed at about 50 ° C. for about 10 hours (FIG. 2G). In FIG. 2G, the wafers 4 and 5 are wet-etched without peeling off the patterns of the first and second photoresists 8 and 9, but the wafers 4 and 5 are peeled off before wet-etching. You can leave it.
[0025]
Next, as shown in FIG. 2H, the first and second photoresists 8 and 9 and the first and second protective films 6 and 7 used as the first and second masks in the wet etching are performed. To peel off.
[0026]
As shown in FIG. 2H, protrusions 4a and 5a are generated in the + X-axis direction of the respective cross sections (XZ plane) of the wafers 4 and 5 after the wet etching, and their areas are substantially equal. Further, the distances d3 from the ends in the + X axis direction on the exposed planes (XY plane) of the wafers 4 and 5 to the tips 4b and 5b of the protrusions 4a and 5a are substantially equal and about 20 μm. Further, the −X-axis direction of each cross section (XZ plane) of the wafers 4 and 5 becomes surfaces 4c and 5c having a shape substantially perpendicular to the XY plane. The distance d1 from the end in the + X-axis direction on the exposed plane (XY plane) of the wafer 4 to the plane 5c is about 7 μm. Similarly, the distance d1 from the end in the + X-axis direction on the exposed plane (XY plane) of the wafer 5 to the plane 4c is also about 7 μm.
[0027]
Further, the area of the protrusion 4a on the right side of the wafer 4 from the line B / B and the area of the cross-sectional portion 5d on the right side of the wafer 5 from the line B / B are substantially equal. Similarly, the area of the cross-sectional portion 4d on the left side of the wafer 4 from the line C / C and the protrusion 5a on the left side of the wafer 5 from the line C / C are substantially equal.
[0028]
In FIG. 2, the manufacturing method of one arm 3b of the tuning fork vibrator 3 shown in FIG. 1 has been described, but the other arm 3a is simultaneously formed by the same manufacturing method, and the cross-sectional shape thereof is also shown in FIG. Is the same.
[0029]
As described above, the cross sections of the arms 3a and 3b of the tuning fork vibrator 3 are substantially equal in the area of the protrusion 4a on the right side of the B / B line and the cross-sectional portion 5d on the right side of the B / B line. The area of the cross-sectional portion 4d on the left side of the line and the protrusion 5a on the left side of the C / C line are also substantially equal. As a result, the mass balance in both the arms 3a and 3b is secured, so that even if both the arms 3a and 3b of the tuning fork vibrator 3 are excited in the X-axis direction, the occurrence of the oblique vibration mode is suppressed, and the tuning fork vibration is generated. The efficiency of.
[0030]
In the present embodiment, a manufacturing method has been described in which two wafers are first bonded to each other and then etched to form a predetermined tuning fork vibrator. It is also possible to form a predetermined tuning fork vibrator by superimposing and joining so that the arm width direction (X-axis direction) of each tuning fork type vibrator is directed in the opposite direction. In the case of the above-described manufacturing method, there are two methods: a method of bonding with the tuning fork vibrator remaining in the wafer and a method of bonding after the tuning fork vibrator is separated from the wafer by etching.
[0031]
In the present embodiment, the case where quartz is used as the wafer has been described. However, other single crystal piezoelectric materials can be used.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each plane (XY plane) of two wafers made of a single crystal piezoelectric material having two planes (XY plane) substantially parallel to an electric axis (X axis) that generates a piezoelectric phenomenon. Smoothing the surface of each of the two smoothed wafers (XY plane) and adsorbing hydroxyl groups, and the two wafers having hydroxyl groups adsorbed on the plane (XY plane). a step of heat treating a heavy root alignment the upper teeth, the heat treated the two one wafer exposed plane of the wafer (XY plane) and the other wafer exposed plane (XY plane), the U Fine first having corrosion resistance to the etching solution which dissolves, at least for connecting and forming a second protective layer, said first, said arm and second respective at least two arms of the protective film configured sound or vibrator shape from one base Comprising patterned by first, forming a second mask, the first, and etching by the two wafers which the second mask is formed each of the etchant and the heat treatment In the step, the two wafers are superposed and heat-treated so that the electric axes (X-axis) of the two wafers are opposite to each other, and in the step of forming the first and second masks, The arm width direction (X-axis direction) is directed to the direction of the electric axis (X-axis) of the wafer and is shifted by a predetermined amount in the negative polarity direction of the electric axis (X-axis) of the wafer. Since the first and second masks are formed, it is possible to realize a tuning fork vibrator in which the mass balance in the arm is secured, the occurrence of the oblique vibration mode is suppressed, and the tuning fork vibration efficiency is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a tuning fork vibrator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a process cross-sectional view showing an etching method for forming the tuning fork vibrator. Schematic process cross-sectional view showing the etching method 【Explanation of symbols】
1, 2 Quartz tuning fork type vibrator 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b Arm 1c, 2c, 3c Base part 3 Tuning fork vibrator 4, 5 Wafer 4a, 5a Protrusion part 4b, 5b Tip 4c, 5c Vertical to XY plane 4d Cross section on the left side from the C / C line 5d Cross section on the right side from the B / B line 6 First protective film 7 Second protective film 8 First photoresist 9 Second photoresist

Claims

Smoothing each plane (XY plane) of two wafers made of a single crystal piezoelectric material having two planes (XY plane) substantially parallel to the electrical axis (X axis) causing the piezoelectric phenomenon; and adsorbing the respective plane (XY plane) hydrophilized hydroxyl groups of the two wafers, the step of hydroxyl group in the plane (XY plane) is heat-treated heavy roots matching the two upper blade adsorbed , the heat treated the one exposed plane (XY plane) of the wafer of the two wafers and other wafer exposed plane (XY plane), corrosion to the etching solution for dissolving the U Fine first, forming a second protective layer, said first, second protective layer, respectively at least two arms and sound or type that is composed of at least one base connecting said arm having sex first and patterning the vibrator shape, the second Forming a mask, the first, and a step of etching the two wafers which the second mask is formed respectively by the etching solution, in the step of the heat treatment, electrical of the two wafers In the step of superposing and heat-treating the two wafers so that the axes (X-axis) are opposite to each other and forming the first and second masks, the width direction of the arm (X-axis direction) is The first and second masks are formed so as to face the electric axis (X axis) of the wafer and shift a predetermined amount in the negative direction of the electric axis (X axis) of the wafer. A method for manufacturing a tuning fork vibrator.

Single crystalline piezoelectric material, manufacturing method of the tuning fork oscillator according to claim 1 is a crystal.

The method for manufacturing a tuning fork vibrator according to claim 2 , wherein the wafer made of quartz is a Z plate.