JPH10303671A

JPH10303671A - 水晶振動子の製造方法

Info

Publication number: JPH10303671A
Application number: JP9111329A
Authority: JP
Inventors: Takahito Murata; 高人村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は水晶振動子の製造方法に関し、加工
工数を増加させることなく高い形状精度を有する水晶振
動子を製造することを目的とする。【解決手段】表面に所定のパターンのレジストが形成
された水晶ウエハ６０はステージ５８に搭載される。ス
テージ５８の上方にはノズル６６が設けられる。ノズル
６６は水晶ウエハ６０に向けて粉体６４を投射する。ス
テージ５８とノズル６６とは互いに垂直な方向に往復移
動されるため、粉体６４は水晶ウエハ６０の表面全体に
均一に投射される。粉体６４が投射されると、水晶ウエ
ハ６０のマスクから露出した領域は、粉体６４により削
り取られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子の製造
方法に係り、特に、水晶振動子を高い形状精度で形成す
るのに好適な水晶振動子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平５−３０８２３
８号に開示される如く、ウェットエッチングにより水晶
振動子を製造する方法が知られている。ウェットエッチ
ングにより水晶振動子を製造する場合、エッチング速度
が水晶の結晶方向によって異なること、すなわち、エッ
チングに異方性が存在することに起因してエッチング残
りが発生する。エッチング残りが発生すると、振動子の
形状精度が低下するため、振動子による所期の振動特性
が得られない。そこで、上記従来の製造方法において
は、水晶振動子の形状に応じてエッチング時間を正確に
管理することにより、エッチング残りの抑制を図ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水晶を
ウェットエッチング加工する場合には、エッチングの異
方性は必然的に生ずる。従って、エッチング時間を如何
に正確に管理しても、エッチング残りを完全に排除する
ことは困難である。エッチング残りが僅かでも存在して
いると、例えば、振動式角速度センサに用いられる水晶
振動子の如く、高い形状精度が要求される振動子におい
ては、大幅な特性の低下を招いてしまう。このため、水
晶振動子の所期の性能を得るには、ウェットエッチング
の後に機械研削等の二次加工を施すことが必要となる。
このように、上記従来の方法によれば、エッチング残り
を除去するために水晶振動子の二次加工が必要となるこ
とで、加工工数が増加し、加工コストの上昇を招くこと
になる。

【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、加工工数の増加を招くことなく水晶振動子を高
い形状精度で形成することが可能な水晶振動子の製造方
法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、水晶基板の表面に所定のパターンのマ
スクを形成するマスク形成工程と、前記水晶基板に対し
て粉体を投射することにより、前記水晶基板の前記マス
クから露出した領域を削り取るエアブラスト加工工程
と、を備える水晶振動子の製造方法により達成される。

【０００６】本発明において、マスク形成工程では、所
定のパターンのマスクが水晶基板の表面に形成される。
エアブラスト加工工程では、この水晶基板に対して粉体
が投射されることにより、水晶基板のマスクから露出し
た領域が削り取られる。従って、水晶基板は、マスクの
パターン形状に一致した形状に加工される。これによ
り、高い形状精度を有する水晶振動子が形成される。

【０００７】また、上記の目的は、請求項２に記載する
如く、請求項１記載の水晶振動子の製造方法において、
前記エアブラスト加工工程において生じた加工面の凹凸
を、ウェットエッチングにより除去するエッチング工程
を更に備える水晶振動子の製造方法により更に効果的に
達成される。本発明において、エアブラスト加工工程に
おいて加工された加工面には、微細な凹凸が生ずる。エ
ッチング工程では、エッチングによりこの凹凸が除去さ
れる。このため、水晶振動子の形状精度は更に向上す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係る水
晶振動子１０の正面図である。水晶振動子１０は単結晶
の水晶より構成された部材であり、角速度を検出するセ
ンサの構成要素として用いられる。なお、図１におい
て、図中左方から右方へ向かう方向をＸ軸の方向とし、
図中下方から上方へ向かう方向をＹ軸の方向とし、ま
た、紙面裏面側から表面側へ向かう方向をＺ軸の方向と
する。水晶振動子１０は、水晶の結晶軸に関して、光軸
方向がＺ軸方向と一致し、機械軸方向がＹ軸方向と一致
し、電気軸方向がＸ軸方向と一致するように形成されて
いる。

【０００９】図１に示す如く、水晶振動子１０はＸ方向
に延在する基体１２を備えている。基体１２は、支軸１
４を介して被検出体に固定される。水晶振動子１０は、
基体１２の一端（図１においては左端）から、それぞれ
＋Ｙ方向及び−Ｙ方向へ延在する第１励振用振動片１６
及び第１検振用振動片１８を備えている。また、水晶振
動子１０は、振動子基板１２の他端から、それぞれ、＋
Ｙ方向及び−Ｙ方向へ延在する第２励振用振動片２０及
び第２検振用振動片２２を備えている。第１励振用振動
片１６、第１検振用振動片１８、第２励振用振動片２
０、及び第２検振用振動片２２は何れも矩形の断面形状
を有しており、同一の振動特性を示すように構成されて
いる。

【００１０】第１励振用振動片１６のＹＺ平面に平行な
２つの側面には一対の第１励振電極２４が、また、第２
励振用振動片２０のＹＺ平面に平行な２つの側面には一
対の第２励振電極２６が、それぞれ、設けられている。
また、第１検振用振動片１８のＸＹ平面に平行な２つの
側面には一対の第１検振電極２８が、また、第２検振用
振動片２２のＸＹ平面に平行な２つの側面には一対の第
２検振電極３０が、それぞれ設けられている。

【００１１】第１励振電極２４及び第２励振電極２６
に、第１励振用振動片１６及び第２励振用振動片２０の
固有振動数と等しい周波数の交流電圧（以下、励振電圧
と称する）が互いに逆位相に供給されると、水晶の逆圧
電効果によって、第１励振用振動片１６及び第２励振用
振動片２０はＸ方向に、互いに逆向きに振動する。第１
励振用振動片１６及び第２励振用振動片２０は、第１励
振電極２４及び第２励振電極２６に励振電圧が供給され
ることによって励振された際に、Ｘ方向にのみ振動する
ように設計されている。第１励振用振動片１６及び第２
励振用振動片２０が設計された通りの特性を示す場合、
それらが励振された際に、第１検振用振動片１８及び第
２検振用振動片２２にＺ方向の振動が発生することはな
い。この場合、第１検振電極２８及び第２検振電極３０
に電圧が発生することはない。

【００１２】第１励振用振動片１６及び第２励振用振動
片２０がＸ方向に振動している状態で、水晶振動子１０
がＹ軸に平行な軸を中心として回転すると、第１励振用
振動片１６及び第２励振用振動片２０には、Ｚ方向に、
次式で表されるコリオリの力Ｆが作用する。Ｆ＝２ｍＶ・Ω ・・・（１）なお、（１）式中、ｍは第１励振用振動片１６又は第２
励振用振動片２０の質量、Ｖは第１励振用振動片１６又
は第２励振用振動片１８のＸ方向の変位速度、また、Ω
は水晶振動子１０の回転角速度である。

【００１３】第１励振用振動片１６及び第２励振用振動
片２０に上記（１）式で表されるコリオリの力Ｆが作用
すると、第１励振用振動片１６及び第２励振用振動片２
０は、Ｘ方向の振動周波数と同じ周波数で、かつ、角速
度Ωに応じた振幅でＺ方向に振動する。第１励振用振動
片１６及び第２励振用振動片２０にＺ方向の振動が発生
すると、その振動は、第１検振用振動片１８及び第２検
振用振動片２２に伝達される。第１検振用振動片１８及
び第２検振用振動片２２にＺ方向の振動が発生すると、
水晶の圧電効果によって、第１検振電極２８及び第２検
振電極３０には、その振幅に応じた、すなわち、水晶振
動子１０の角速度Ωに応じた電圧が発生する。従って、
第１検振電極２８及び第２検振電極３０に発生する電圧
に基づいて、水晶振動子１０の角速度Ωを検出すること
ができる。

【００１４】ところで、水晶振動子１０が加工誤差等の
影響で設計された通りの特性を示さない場合、第１励振
電極２４及び第２励振電極２６に励振電圧が供給される
ことによって第１励振用振動片１６及び第２励振用振動
片２０が励振された際に、水晶振動子１０に回転が生じ
ていないにもかかわらず、第１検振用振動片１８及び第
２検振用振動片２２にＺ方向の振動が発生することがあ
る。以下、この振動を、漏れ振動と称する。この場合、
第１検振電極２８及び第２検振電極３０には漏れ振動の
大きさに応じた電圧が発生するため、第１検振電極２８
及び第２検振電極３０に発生する電圧に基づいて水晶振
動子１０の角速度Ωを正確に検出することはできない。
従って、水晶振動子１０の製造にあたっては、漏れ振動
が生じないように、振動子を設計通りの形状に高精度に
加工することが必要である。

【００１５】例えば、水晶振動子１０をウェットエッチ
ングにより加工した場合、エッチング速度が水晶の結晶
方向に応じて異なることで、エッチング残りが発生す
る。エッチング残りは、水晶の一部が設計通りの形状
に、すなわち、マスクパターン通りの形状にエッチング
されずに残存することにより発生するものである。図２
は、水晶振動子１０をウェットエッチングにより加工し
た場合の、水晶振動子１０の基体１２、第１励振振動片
１６及び第２励振振動片１８の形状を例示している。ま
た、図３は、図２に示す直線III-III に沿って切断した
断面図である。図２及び図３において、エッチング残り
により生じた部位を網線を付して、かつ、寸法を誇張し
て示している。

【００１６】図２及び図３に例示する如く、水晶振動子
１０をウェットエッチングにより加工した場合、エッチ
ング速度が水晶の結晶方向に依存することに起因して、
エッチング方向によって異なる厚さのエッチング残りが
発生し、その結果、非対称な形状の水晶振動子１０が形
成されている。このように、ウェットエッチングのみに
よっては、水晶振動子１０を設計通りの形状に形成する
ことができないために、上記した漏れ振動の発生を回避
することができない。このため、水晶振動子１０の所期
の特性を得るには、ウェットエッチングの後、研削加工
等の二次加工を施すことによってエッチング残りを除去
しなけれならない。ウェットエッチングによれば、かか
る二次加工が必要となることで、加工工数及び加工時間
が増大し、製造コストの上昇を招いてしまう。

【００１７】また、ウェットエッチングにより発生する
エッチング残りを抑制するために、上記従来の方法の如
く、エッチング時間によりエッチング量を管理すること
も考えられる。しかしながら、かかる手法によってはエ
ッチング残りを完全に排除することはできず、また、ウ
ェットエッチングを長時間（典型的な寸法の水晶振動子
１０に対して１〜３時間程度）にわたって行なうことが
必要となる。

【００１８】更に、ウェットエッチングにおいては、マ
スクの剥がれを防止するため、マスク材料として、エッ
チング液に対して十分な耐性を有し、かつ、基板への付
着性の高いクロムや金の蒸着層を用いる必要がある。こ
のため、エッチング工程の前に、蒸着工程が必要とな
り、加工工数は更に増大することになる。本実施例にお
いては、ウェットエッチングに伴う上述の如き問題を回
避するため、エアブラスト加工により水晶振動子１０を
製造することとしている。エアブラスト加工は、被加工
物に粉体を投射し、その表面を粉体により削り取ること
によって加工を行なうものである。以下、図４を参照し
て本実施例の水晶振動子１０の製造方法について説明す
る。

【００１９】図４は、本実施例の水晶振動子１０の製造
工程を示すフローチャートである。本製造工程は工程４
０乃至４６より構成されている。水晶振動子１０の製造
にあたっては、まず、工程４０において、水晶ウエハの
表面にレジスト層が形成される。このレジストの材料と
しては、エアブラスト加工に対して高い耐性を有する感
光性樹脂フィルム等を用いることができる。また、レジ
スト層の形成は、例えば、スピンコーティング等により
行なうことができる。工程４０が終了されると、次に、
工程４２の処理が行なわれる。工程４２では、水晶ウエ
ハの表面に形成されたレジスト層が、フォトリソグラフ
ィーによって、水晶振動子１０の輪郭形状と同一の形状
にパターニングされる。

【００２０】工程４２が終了されると、次に、工程４４
において、パターニングされたレジストをマスクとして
エアブラスト加工が行なわれる。以下、図５及び図６を
参照して、工程４４において行なわれるエアブラスト加
工について説明する。図５は、工程４４において用いら
れるエアブラスト装置５４を正面から見た際の構成図で
ある。また、図６は、エアブラスト装置５４を上方から
見た際の構成図である。

【００２１】図５及び図６に示す如く、エアブラスト装
置５４は、筐体５６を備えている。筐体５６の内部の底
面には、ステージ５８が設置されている。ステージ５８
には、表面に所定のパターンのレジストが形成された水
晶ウエハ６０が搭載されている。ステージ５８は図示し
ない駆動手段によって矢印６２，６３で示す方向に往復
移動される。ステージ５８の上方には、ノズル６６が配
設されている。ノズル６６は高圧の空気と共に、ガラス
ビーズやアルミナ粉末等の、粒径数μｍ乃至数十μｍの
粉体６４を、水晶ウエハ６０の表面に対して垂直に投射
する。ノズル６６は、図示しない駆動手段により図６に
矢印６８，７０で示す方向、すなわち、ステージ５８の
移動方向に対してほぼ直角な方向に旋回往復移動され
る。

【００２２】筐体５６には、集塵機７２が接続されてい
る。また、筐体５６の、集塵機７２が接続された側と反
対側の側壁には、ダンパ７４が設けられている。水晶ウ
エハ６０に吹き付けられた後の粉体６４、及び水晶ウエ
ハ６０の削り屑は、ダンパ７４から筐体５６へ流入した
空気と共に、集塵機７０へ排出される。ノズル６６によ
って粉体６４が高圧の空気と共に水晶ウエハ６０の表面
に投射されると、水晶ウエハ６０の表面のレジストから
露出した領域に粉体６４が高速で衝突する。この衝突の
エネルギーによって、水晶ウエハ６０が表面から厚さ方
向に削り取られていくことで、エアブラスト加工が進行
する。この場合、ステージ５８が矢印６２、６３で示す
方向に往復移動されると共に、ノズル６２が矢印６８で
示す方向に往復運動されることで、粉体６４は水晶ウエ
ハ６０の表面全体に均一に投射される。従って、粉体６
４によるエアブラスト加工は、水晶ウエハ６０の全露出
領域において均一に進行する。エアブラスト加工による
水晶ウエハ６０の加工量が、水晶ウエハ６０の厚さに等
しい量に達すると、水晶ウエハ６０から、水晶振動子１
０の形状に形成された水晶、すなわち、電極が形成され
る前の水晶振動子（以下、形成振動子１０ａと称する）
が分離される。

【００２３】図７は、工程４４において形成された形成
振動子１０ａの基体１２、第１励振振動片１６、及び第
２励振振動片１８の形状を例示している。また、図８
は、図７に示す直線VIII-VIII に沿って切断した断面図
である。上述の如く、本実施例においては、水晶ウエハ
６０の、レジストから露出した領域が粉体６４によって
均一に削り取られる。このため、図７に示す如く、水晶
振動子１０はレジストのパターンに従って、設計通りの
輪郭形状に正確に形成される。また、粉体６４が水晶ウ
エハ６０の表面に対して垂直に投射されれることで、エ
アブラスト加工は水晶ウエハ６０の厚さ方向のみに進行
する。このため、図８に示す如く、形成振動子１０ａの
断面形状においてもエッチング残りが生ずることはな
く、直角なエッジを有し、かつ、対称性に優れた矩形の
断面形状が形成される。

【００２４】再び図４を参照するに、工程４４における
エアブラスト加工が終了されると、レジスト層が除去さ
れた後、次に、工程４６の処理が行なわれる。工程４６
では、形成振動子１０ａに、第１励振電極２４、第２励
振電極２６、第１検振電極２８、及び第２検振電極３０
が、例えば金を蒸着すること等により形成されること
で、水晶振動子１０が完成される。

【００２５】上述の如く、本実施例の製造方法によれ
ば、工程４４において、エアブラスト加工によって形成
振動子１０ａは設計通りの形状に高い精度で形成され
る。このため、エッチング残りを除去するための二次加
工工程を設けることなく、従って、加工工数を増大させ
ることなく、漏れ振動のない優れた特性を有する水晶振
動子１０を製造することができる。

【００２６】また、本実施例の製造方法において、典型
的な寸法の水晶振動子１０の場合（例えば、水晶ウエハ
６０の厚さが約２００μｍの場合）、工程４４における
エアブラスト加工に要する時間は数分〜数１０分であ
る。この時間は、エッチング残りを抑制するためにエッ
チング量を管理してウェットエッチングを行なう場合の
エッチング時間（１〜３時間）と比較して大幅に短縮さ
れている。このように、本実施例によれば、エアブラス
ト加工の所要時間が短く抑制されることで、水晶振動子
１０の製造時間を短縮することが可能となっている。

【００２７】更に、本実施例においては、水晶振動子１
０がエアブラスト加工により形成されることで、ウェッ
トエッチングの場合の如く、加工中のマスクの剥がれを
防止するために、クロムや金等の蒸着層をマスク材料と
して用いることは不要である。すなわち、本実施例にお
いては、マスク材料に関して、エアブラスト加工に対す
る強度あるいは耐磨耗性のみを考慮すればよいため、マ
スク材料として樹脂製のレジストを用いることができ
る。上述の如く、レジスト層は、例えばスピンコーティ
ング等によって簡便に形成することができる。従って、
本実施例によれば、マスクを形成するための工程が簡単
化される点においても、水晶振動子１０の加工工数の低
減が図られていることになる。

【００２８】なお、エアブラスト加工によれば、水晶ウ
エハ６０と粉体６４との衝突により加工が進行すること
で、水晶振動子１０の加工面、すなわち、水晶振動子１
０の側面には微細な凹凸が生ずる。かかる凹凸を除去す
るため、上記工程４４の後、形成振動子１０ａを、例え
ばエッチング液に数秒間浸すことによって、僅かな量だ
けウェットエッチングすることとしてもよい。エアブラ
スト加工による加工面の凹凸が除去されると、水晶振動
子１０の形状精度は更に向上する。従って、形成振動子
１０ａに僅かなウェットエッチングを施すことで、更に
優れた性能を有する水晶振動子１０を製造することがで
きる。

【００２９】なお、上記実施例においては、工程４０及
び４２が請求項１に記載したマスク形成工程に、工程４
４が請求項１に記載したエアブラスト加工工程に、それ
ぞれ相当している。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、加工工数を増大させることなく、高い形状精度を有
する水晶振動子を製造することができる。また、請求項
２記載の発明によれば、水晶振動子の形状精度を更に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる水晶振動子の正面図
である。

【図２】ウェットエッチングによりエッチング残りが生
じた状態の水晶振動子の正面部分図である。

【図３】図２に示す直線III-III に沿って切断した際の
断面図である。

【図４】本実施例の水晶振動子の製造工程を示すフロー
チャートである。

【図５】本実施例においてエアブラスト加工を行なうた
めに用いられるエアブラスト装置を正面から見た際の構
成図である。

【図６】図５に示すエアブラスト装置を上方から見た際
の構成図である。

【図７】本実施例の製造方法により製造された水晶振動
子の正面部分図である。

【図８】図７に示す直線VIII-VIII に沿って切断した際
の断面図である。

【符号の説明】

１０水晶振動子５０エアブラスト工程５４エアブラスト装置６４粉体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶基板の表面に所定のパターンのマス
クを形成するマスク形成工程と、前記水晶基板に対して粉体を投射することにより、前記
水晶基板の前記マスクから露出した領域を削り取るエア
ブラスト加工工程と、を備えることを特徴とする水晶振
動子の製造方法。
【請求項２】前記エアブラスト加工工程において生じ
た加工面の凹凸を、ウェットエッチングにより除去する
エッチング工程を更に備えることを特徴とする請求項１
記載の水晶振動子の製造方法。