JPH11251854A

JPH11251854A - 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

Info

Publication number: JPH11251854A
Application number: JP10047297A
Authority: JP
Inventors: Shiyousaku Gouji; 庄作郷治; Takashi Yoshino; 隆史吉野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP2984245B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電性材料からなる基材と、基材の複数の面上
に設けられている各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。【解決手段】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６Ａ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る。
複数の面８ａ、８ｂ上の各金属膜９Ａ、９Ｂおよび基材
８に拡散光を透過させる。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８を透過し、かつ金属膜９
Ａ、９Ｂ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９Ａ、９Ｂのうち拡散光が照射され
た領域を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、「ＯｐｌｕｓＥ」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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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。
【請求項２】前記マスク部材のパターンを前記拡散光に
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。
【請求項３】前記圧電性材料が酸化物単結晶であること
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。
【請求項４】前記酸化物単結晶が、水晶、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、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。
【請求項５】前記レーザー光として、１５０〜３５０ｎ
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。
【請求項６】前記基材が一対の主面と一対の側面とを有
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。
【請求項７】前記基材が一対の主面と一対の側面とを有
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。
【請求項８】前記基材中に孔が設けられており、前記基
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。
【請求項９】圧電性材料からなる振動子を製造する方法
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。
【請求項１０】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、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。
【請求項１１】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、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。