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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024049641
(43)【公開日】2024-04-10
(54)【発明の名称】振動素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
G01C 19/5628 20120101AFI20240403BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20240403BHJP
H03H 9/19 20060101ALI20240403BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20240403BHJP
H10N 30/082 20230101ALI20240403BHJP
H10N 30/086 20230101ALI20240403BHJP
H03H 9/215 20060101ALN20240403BHJP
【ＦＩ】
G01C19/5628
H03H3/02 B
H03H9/19 J
H01L41/09
H01L41/332
H01L41/337
H03H9/215
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022155986
(22)【出願日】2022-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 司
(72)【発明者】
【氏名】山口 啓一
(72)【発明者】
【氏名】白石 茂
(72)【発明者】
【氏名】西澤 竜太
【テーマコード（参考）】
2F105
5J108
【Ｆターム（参考）】
2F105BB02
2F105BB15
2F105CC01
2F105CD02
2F105CD06
5J108AA09
5J108BB02
5J108CC06
5J108DD05
5J108EE03
5J108KK01
5J108KK02
5J108MM08
5J108MM11
5J108MM14
(57)【要約】
【課題】深さが異なる第１溝および第２溝を容易に形成することのできる振動素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、水晶基板の振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、第１溝形成領域上に第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、素子形成領域の第１溝形成領域および第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、第１保護膜、第２保護膜および第３保護膜を介して水晶基板を第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含む。
【選択図】図８
【解決手段】振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、水晶基板の振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、第１溝形成領域上に第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、素子形成領域の第１溝形成領域および第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、第１保護膜、第２保護膜および第３保護膜を介して水晶基板を第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含む。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備える振動素子の製造方法であって、
前記第１面および前記第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１溝形成領域上に前記第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第１溝形成領域および前記第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、
前記第１保護膜、前記第２保護膜および前記第３保護膜を介して前記水晶基板を前記第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含むことを特徴とする振動素子の製造方法。
前記第１面および前記第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１溝形成領域上に前記第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第１溝形成領域および前記第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、
前記第１保護膜、前記第２保護膜および前記第３保護膜を介して前記水晶基板を前記第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含むことを特徴とする振動素子の製造方法。
【請求項2】
前記第３保護膜は、前記第１保護膜および前記第２保護膜よりもエッチングレートが低い請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項3】
前記第３保護膜は、金属膜である請求項２に記載の振動素子の製造方法。
【請求項4】
前記第１保護膜および前記第２保護膜の少なくとも一方は、金属膜である請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項5】
前記第１保護膜および前記第２保護膜の少なくとも一方は、樹脂膜である請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項6】
前記振動素子は、前記第１振動腕の前記第２面に開口する第３溝と、前記第２振動腕の前記第２面に開口する第４溝と、を有し、
前記第３溝が形成される領域を第３溝形成領域とし、前記第４溝が形成される領域を第４溝形成領域としたとき、前記第４溝形成領域上に第４保護膜を形成する第４保護膜形成工程と、
前記第３溝形成領域上に前記第４保護膜よりもエッチングレートの低い第５保護膜を形成する第５保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第３溝形成領域および前記第４溝形成領域を除く領域上に第６保護膜を形成する第６保護膜形成工程と、
前記第４保護膜、前記第５保護膜および前記第６保護膜を介して前記水晶基板を前記第２面側からドライエッチングする第２ドライエッチング工程と、を含む請求項１に記載の振動素子の製造方法。
前記第３溝が形成される領域を第３溝形成領域とし、前記第４溝が形成される領域を第４溝形成領域としたとき、前記第４溝形成領域上に第４保護膜を形成する第４保護膜形成工程と、
前記第３溝形成領域上に前記第４保護膜よりもエッチングレートの低い第５保護膜を形成する第５保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第３溝形成領域および前記第４溝形成領域を除く領域上に第６保護膜を形成する第６保護膜形成工程と、
前記第４保護膜、前記第５保護膜および前記第６保護膜を介して前記水晶基板を前記第２面側からドライエッチングする第２ドライエッチング工程と、を含む請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項7】
前記振動素子は、角速度を検出する角速度検出素子であり、
前記第１振動腕は、印加される駆動信号に応じて屈曲振動し、
前記第２振動腕は、印加される角速度に応じて屈曲振動する請求項１に記載の振動素子の製造方法。
前記第１振動腕は、印加される駆動信号に応じて屈曲振動し、
前記第２振動腕は、印加される角速度に応じて屈曲振動する請求項１に記載の振動素子の製造方法。
【請求項8】
前記振動素子は、基部と、前記基部から第１方向の両側に延出する一対の前記第２振動腕と、前記基部から前記第１方向と交差する第２方向の両側に延出する一対の支持腕と、一方の前記支持腕から前記第１方向の両側に延出する一対の前記第１振動腕と、他方の前記支持腕から前記第１方向の両側に延出する一対の前記第１振動腕と、を有する請求項７に記載の振動素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、表面および下面のそれぞれに溝を有する一対の振動腕を備えた水晶振動片の製造方法として、ドライエッチングのマイクロローディング効果を利用して、水晶振動片の外形形状と各振動腕の溝とを一括形成する方法が記載されている。なお、マイクロローディング効果とは、加工幅が狭い密部位と加工幅が広い疎部位とでは、同条件でドライエッチングしても疎部位の方が密部位よりも加工深さが深くなる、つまり、エッチングレートが大きくなる効果を言う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－０１３３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１では、マイクロローディング効果を利用して外形形状と溝とを一括形成するため、振動腕の幅、振動腕同士の離間距離などの外形形状や、溝の幅、深さなどの溝形状に制約が生じる。そのため、設計自由度が低く、例えば、複数の振動腕に対して、同じ幅で深さが異なる溝を形成することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の振動素子の製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、前記第１面に開口する有底の第１溝を有する第１振動腕と、前記第１面に開口する有底の第２溝を有する第２振動腕と、を備える振動素子の製造方法であって、
前記第１面および前記第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１溝形成領域上に前記第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第１溝形成領域および前記第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、
前記第１保護膜、前記第２保護膜および前記第３保護膜を介して前記水晶基板を前記第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含む。
前記第１面および前記第２面を有する水晶基板を準備する準備工程と、
前記水晶基板の前記振動素子が形成される領域を素子形成領域とし、前記第１溝が形成される領域を第１溝形成領域とし、前記第２溝が形成される領域を第２溝形成領域としたとき、前記第２溝形成領域上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記第１溝形成領域上に前記第１保護膜よりもエッチングレートの低い第２保護膜を形成する第２保護膜形成工程と、
前記素子形成領域の前記第１溝形成領域および前記第２溝形成領域を除く領域上に第３保護膜を形成する第３保護膜形成工程と、
前記第１保護膜、前記第２保護膜および前記第３保護膜を介して前記水晶基板を前記第１面側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態に係る振動素子の平面図である。
【図4】振動素子の駆動状態を示す概略図である。
【図5】振動素子の駆動状態を示す概略図である。
【図6】ｄ１＝ｄ２のときのｄ１、ｄ２と感度との関係を示すグラフである。
【図7】ｄ２／ｄ１と感度との関係を示すグラフである。
【図8】振動素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図9】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図10】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図11】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図12】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図13】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図14】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図15】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図16】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図17】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図18】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図19】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図20】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図21】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図22】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図23】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図24】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図25】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図26】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図27】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図28】第３実施形態に係る振動素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図29】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図30】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図31】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図32】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図33】振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図34】第４実施形態に係る振動素子の製造方法で製造される振動素子を示す平面図である。
【図35】振動素子の変形例を示す断面図である。
【図36】振動素子の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の振動素子の製造方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0008】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動素子の平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４および図５は、それぞれ、振動素子の駆動状態を示す概略図である。図６は、ｄ１＝ｄ２のときのｄ１、ｄ２と感度との関係を示すグラフである。図７は、ｄ２／ｄ１と感度との関係を示すグラフである。図８は、振動素子の製造方法を示すフローチャートである。図９ないし図２７は、それぞれ、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
図１は、第１実施形態に係る振動素子の平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４および図５は、それぞれ、振動素子の駆動状態を示す概略図である。図６は、ｄ１＝ｄ２のときのｄ１、ｄ２と感度との関係を示すグラフである。図７は、ｄ２／ｄ１と感度との関係を示すグラフである。図８は、振動素子の製造方法を示すフローチャートである。図９ないし図２７は、それぞれ、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。
【0009】
以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示する。また、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向のプラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。
【0010】
まず、本実施形態の振動素子の製造方法により製造される振動素子１について説明する。振動素子１は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出することができる角速度検出素子である。このような振動素子１は、図１ないし図３に示すように、Ｚカットの水晶基板をパターニングしてなる振動基板２と、振動基板２の表面に成膜された電極３と、を有する。
【0011】
また、振動基板２は、Ｚ軸方向に厚みを有し、Ｘ－Ｙ平面に広がる板状であり、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。また、振動基板２は、中央部に位置する基部２１と、基部２１からＹ軸方向両側に延出する第２振動腕Ａ２としての一対の検出振動腕２２、２３と、基部２１からＸ軸方向両側へ延出する一対の支持腕２４、２５と、一方の支持腕２４の先端部からＹ軸方向両側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕２６、２７と、他方の支持腕２５の先端部からＹ軸方向両側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕２８、２９と、を有する。そして、基部２１において、図示しない支持部材に支持される。
【0012】
このような形状の振動素子１によれば、後述するように、駆動振動モードにおいて駆動振動腕２６、２７、２８、２９がバランスよく屈曲振動するため、検出振動腕２２、２３に不要な振動が生じ難く、角速度ωｚを精度よく検出することができる。
【0013】
検出振動腕２２は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１としての有底の溝２２１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２としての有底の溝２２２と、を有する。溝２２１、２２２は、それぞれ、検出振動腕２２に沿って形成されている。また、溝２２１、２２２は、対称的に形成されている。
【0014】
検出振動腕２３は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１としての有底の溝２３１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２としての有底の溝２３２と、を有する。溝２３１、２３２は、それぞれ、検出振動腕２３に沿って形成されている。また、溝２３１、２３２は、対称的に形成されている。
【0015】
これら２本の検出振動腕２２、２３は、互いに同じ構成（形状および寸法）に設計されている。
【0016】
駆動振動腕２６は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２６１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２６２と、を有する。溝２６１、２６２は、それぞれ、駆動振動腕２６に沿って形成されている。また、溝２６１、２６２は、対称的に形成されている。
【0017】
駆動振動腕２７は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２７１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２７２と、を有する。溝２７１、２７２は、それぞれ、駆動振動腕２７に沿って形成されている。また、溝２７１、２７２は、対称的に形成されている。
【0018】
駆動振動腕２８は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２８１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２８２と、を有する。溝２８１、２８２は、それぞれ、駆動振動腕２８に沿って形成されている。また、溝２８１、２８２は、対称的に形成されている。
【0019】
駆動振動腕２９は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１としての有底の溝２９１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２としての有底の溝２９２と、を有する。溝２９１、２９２は、それぞれ、駆動振動腕２９に沿って形成されている。また、溝２９１、２９２は、対称的に形成されている。
【0020】
これら４本の駆動振動腕２６、２７、２８、２９は、互いに同じ構成（形状および寸法）に設計されている。
【0021】
電極３は、第１検出信号電極３１と、第１検出接地電極３２と、第２検出信号電極３３と、第２検出接地電極３４と、駆動信号電極３５と、駆動接地電極３６と、を有する。このうち、第１検出信号電極３１は、検出振動腕２２の上面２ａおよび下面２ｂに配置され、第１検出接地電極３２は、検出振動腕２２の両側面に配置されている。また、第２検出信号電極３３は、検出振動腕２３の上面２ａおよび下面２ｂに配置され、第２検出接地電極３４は、検出振動腕２３の両側面に配置されている。また、駆動信号電極３５は、駆動振動腕２６、２７の上面２ａおよび下面２ｂと、駆動振動腕２８、２９の両側面と、に配置されている。また、駆動接地電極３６は、駆動振動腕２６、２７の両側面と、駆動振動腕２８、２９の上面２ａおよび下面２ｂと、に配置されている。
【0022】
以上、振動素子１の構成について簡単に説明した。このような構成の振動素子１は、次のようにしてＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。
【0023】
駆動信号電極３５と駆動接地電極３６との間に駆動信号を印加すると、図４に示すように、駆動振動腕２６、２７と駆動振動腕２８、２９とがＸ軸方向に逆相で屈曲振動する（以下、この状態を「駆動振動モード」とも言う）。なお、この状態では、駆動振動腕２６、２７、２８、２９の振動がキャンセルされ、検出振動腕２２、２３は、振動しない。駆動振動モードで駆動している状態で振動素子１に角速度ωｚが加わると、図５に示すように、駆動振動腕２６、２７、２８、２９にコリオリの力が働いてＹ軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように検出振動腕２２、２３がＸ軸方向に屈曲振動する（以下、この状態を「検出振動モード」とも言う）。
【0024】
このような屈曲振動によって検出振動腕２２に発生した電荷を第１検出信号電極３１から第１検出信号として取り出し、検出振動腕２３に発生した電荷を第２検出信号電極３３から第２検出信号として取り出し、これら第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｚが求められる。なお、第１、第２検出信号は、互いに逆相の信号であるため、差動検出方式を用いることで、より精度よく角速度ωｚを検出することができる。
【0025】
次に、検出振動腕２２、２３に形成された溝と、駆動振動腕２６、２７、２８、２９に形成された溝との関係について説明する。なお、前述したように、各検出振動腕２２、２３は、互いに同様の構成であり、各駆動振動腕２６、２７、２８、２９は、互いに同様の構成である。したがって、以下では、説明の便宜上、検出振動腕２２、２３を総称して第２振動腕Ａ２とし、駆動振動腕２６、２７、２８、２９を総称して第１振動腕Ａ１として説明する。
【0026】
前述したように、第１振動腕Ａ１は、上面２ａに形成された第１溝Ａ１１と、下面２ｂに形成された第３溝Ａ１２と、を有する。また、第２振動腕Ａ２は、上面２ａに形成された第２溝Ａ２１と、下面２ｂに形成された第４溝Ａ２２と、を有する。そのため、第１振動腕Ａ１および第２振動腕Ａ２の断面形状は、それぞれ、Ｈ型となる。このような構成によれば、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の屈曲振動時の熱伝達経路を長くすることができ、熱弾性損失が低減され、Ｑ値が高まる。さらには、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２が柔らかくなり、これらがＸ軸方向に屈曲変形し易くなる。そのため、駆動振動モードでの第１振動腕Ａ１の振幅を大きくすることができる。第１振動腕Ａ１の振幅が大きいほどコリオリ力が大きくなり、検出振動モードでの第２振動腕Ａ２の振幅がより大きくなる。そのため、より大きな検出信号が得られ、角速度ωｚの検出感度が高まる。
【0027】
以下、図２に示すように、第１振動腕Ａ１の厚さをｔ１、第１振動腕Ａ１の第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さをｄ１とし、第２振動腕Ａ２の厚さをｔ２、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さをｄ２として、ｄ２／ｔ２とｄ１／ｔ１との関係について詳細に説明する。なお、ｄ１は、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さの合計である。本実施形態では、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２が対称的に形成されているため、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２の深さは、それぞれ、ｄ１／２である。同様に、ｄ２は、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さの合計である。本実施形態では第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２が対称的に形成されているため、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２の深さは、それぞれ、ｄ２／２である。
【0028】
図６に、ｄ１、ｄ２（ただし、ｄ１＝ｄ２）と角速度ωｚの検出感度（感度）との関係を示す。なお、振動基板２の板厚つまりｔ１、ｔ２は、１００μｍである。また、検出感度は、ｄ１、ｄ２が６０μｍのときの検出感度を１とした比で表している。同図から分かるように、ｄ１、ｄ２が深くなるほど検出感度が高まっている。しかしながら、ｄ１、ｄ２を９０μｍ（板厚の９０％）としても、ｄ１、ｄ２が６０μｍ（板厚の６０％）のときと比較して検出感度が１．０９倍にしか高まっていない。このことから、ｄ１＝ｄ２である場合、ｄ１、ｄ２を大きくしても検出感度が高まり難いことが分かる。
【0029】
次に、図７に、ｄ２／ｄ１と検出感度との関係を示す。なお、振動基板２の板厚つまりｔ１、ｔ２は、１００μｍである。また、検出感度は、従来の構成であるｄ２／ｄ１＝１のときの検出感度を１とした比で表している。同図から分かるように、ｄ２／ｄ１が大きくなるほど検出感度が高まっている。すなわち、第１振動腕Ａ１の第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２に対して、第２振動腕Ａ２の第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２が深くなるほど検出感度が高まっている。そして、ｄ２／ｄ１＞１の領域で、従来の構成よりも検出感度を高められることが分かる。
【0030】
したがって、振動素子１では、ｄ２／ｄ１＞１、つまり、ｄ２／ｔ２＞ｄ１／ｔ１を満足している。つまり、第１、第３溝Ａ１１、Ａ１２は、第２、第４溝Ａ２１、Ａ２２よりも浅い。これにより、従来の構成よりも検出感度を高めることができ、従来の構成では到達することのできない検出感度を得ることができる。
【0031】
以上、振動素子１の全体構成について説明した。次に、振動素子１の製造方法について説明する。ここでも、駆動振動腕２６、２７、２８、２９を総称して第１振動腕Ａ１として説明し、検出振動腕２２、２３を総称して第２振動腕Ａ２として説明する。振動素子１の製造方法は、図８に示すように、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第２保護膜形成工程Ｓ３と、第３保護膜形成工程Ｓ４と、第１ドライエッチング工程Ｓ５と、第４保護膜形成工程Ｓ６と、第５保護膜形成工程Ｓ７と、第６保護膜形成工程Ｓ８と、第２ドライエッチング工程Ｓ９と、電極形成工程Ｓ１０と、を含む。以下、図２に対応する断面図を用いて、これら各工程について順に説明する。
【0032】
［準備工程Ｓ１］
まず、図９に示すように、振動基板２の母材であるＺカットの水晶基板２００を準備する。水晶基板２００は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。水晶基板２００は、振動基板２よりも大きく、水晶基板２００から複数の振動基板２を形成することができる。水晶基板２００は、ランバード加工された人工水晶をＺカットで切断することにより得られる水晶ウエハーを用いることができる。
まず、図９に示すように、振動基板２の母材であるＺカットの水晶基板２００を準備する。水晶基板２００は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有する。水晶基板２００は、振動基板２よりも大きく、水晶基板２００から複数の振動基板２を形成することができる。水晶基板２００は、ランバード加工された人工水晶をＺカットで切断することにより得られる水晶ウエハーを用いることができる。
【0033】
なお、以下では、振動基板２が形成される領域を素子形成領域Ｑ１、素子形成領域Ｑ１外の領域を除去領域Ｑ２、第１溝Ａ１１が形成される領域を第１溝形成領域Ｑｍ１、第２溝Ａ２１が形成される領域を第２溝形成領域Ｑｍ２、第３溝Ａ１２が形成される領域を第３溝形成領域Ｑｍ３、第４溝Ａ２２が形成される領域を第４溝形成領域Ｑｍ４、ともいう。
【0034】
次に、必要に応じて、水晶基板２００の両面に対して厚み調整および平坦化のための研磨加工を行う。このような研磨加工は、ラッピング加工とも呼ばれる。例えば、上下一対の定盤を備えるウエハー研磨装置を用いて、互いに逆向きに回転する定盤の間で水晶基板２００を挟み込み、水晶基板２００を回転させると共に研磨液を供給しながら、水晶基板２００の両面を研磨する。なお、研磨加工では、上述のラッピング加工に続けて、必要に応じて水晶基板２００の両面に対して鏡面研磨加工を行ってもよい。このような研磨加工は、ポリッシング加工とも呼ばれる。これにより、水晶基板２００の両面を鏡面化することができる。
【0035】
［第１保護膜形成工程Ｓ２］
次に、図１０に示すように、水晶基板２００の表面に下地膜Ｌを成膜する。下地膜Ｌは、例えば、クロム（Ｃｒ）等の金属材料で構成されている。ただし、下地膜Ｌの構成材料は、特に限定されないし、下地膜Ｌを省略してもよい。
次に、図１０に示すように、水晶基板２００の表面に下地膜Ｌを成膜する。下地膜Ｌは、例えば、クロム（Ｃｒ）等の金属材料で構成されている。ただし、下地膜Ｌの構成材料は、特に限定されないし、下地膜Ｌを省略してもよい。
【0036】
次に、図１１に示すように、水晶基板２００の上面２ａ上に第１保護膜４１を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第２溝形成領域Ｑｍ２上に形成された第１保護膜４１が得られる。なお、第１保護膜４１は、ポジ型のフォトレジストつまり樹脂膜である。また、塗布方法としては、例えば、スピンコート法やスプレーコート法などを用いることができる。第１保護膜４１を樹脂膜とすることで、フォトリソグラフィー技法を用いて容易にパターニングすることができる。そのため、第１保護膜４１の形成が容易となる。ただし、第１保護膜４１の構成は、特に限定されず、例えば、ネガ型のフォトレジストであってもよい。また、第１保護膜４１は、後述する第２実施形態のような金属膜であってもよい。
【0037】
［第２保護膜形成工程Ｓ３］
次に、図１２に示すように、水晶基板２００の上面２ａ上に第２保護膜４２を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第１溝形成領域Ｑｍ１上および除去領域Ｑ２上に形成された第２保護膜４２が得られる。なお、第２保護膜４２は、ポジ型のフォトレジストつまり樹脂膜である。また、塗布方法としては、例えば、スピンコート法やスプレーコート法などを用いることができる。このように、第２保護膜４２を樹脂膜とすることで、フォトリソグラフィー技法を用いて容易にパターニングすることができる。そのため、第２保護膜４２の形成が容易となる。ただし、第２保護膜４２の構成は、特に限定されず、例えば、ネガ型のフォトレジストであってもよい。また、第２保護膜４２は、後述する第２実施形態のような金属膜であってもよい。
次に、図１２に示すように、水晶基板２００の上面２ａ上に第２保護膜４２を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第１溝形成領域Ｑｍ１上および除去領域Ｑ２上に形成された第２保護膜４２が得られる。なお、第２保護膜４２は、ポジ型のフォトレジストつまり樹脂膜である。また、塗布方法としては、例えば、スピンコート法やスプレーコート法などを用いることができる。このように、第２保護膜４２を樹脂膜とすることで、フォトリソグラフィー技法を用いて容易にパターニングすることができる。そのため、第２保護膜４２の形成が容易となる。ただし、第２保護膜４２の構成は、特に限定されず、例えば、ネガ型のフォトレジストであってもよい。また、第２保護膜４２は、後述する第２実施形態のような金属膜であってもよい。
【0038】
このような第２保護膜４２は、第１保護膜４１よりもエッチングレートが低い。これにより、後述するように、第１ドライエッチング工程Ｓ５において、深さの異なる第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を一括して形成することができる。
【0039】
［第３保護膜形成工程Ｓ４］
次に、図１３に示すように、第１保護膜４１および第２保護膜４２を介して上面２ａ上に第３保護膜４３を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第１溝形成領域Ｑｍ１および第２溝形成領域Ｑｍ２を除く領域上に第３保護膜４３が形成される。第３保護膜４３は、金属材料で構成された金属膜である。これにより、優れたエッチング耐性を発揮することができる。特に、本実施形態では、第３保護膜４３は、ニッケル（Ｎｉ）で構成されており、無電解ニッケルめっきにより成膜されている。これにより、第３保護膜４３の成膜が容易となる。ただし、第３保護膜４３の構成材料および成膜方法は、特に限定されない。
次に、図１３に示すように、第１保護膜４１および第２保護膜４２を介して上面２ａ上に第３保護膜４３を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第１溝形成領域Ｑｍ１および第２溝形成領域Ｑｍ２を除く領域上に第３保護膜４３が形成される。第３保護膜４３は、金属材料で構成された金属膜である。これにより、優れたエッチング耐性を発揮することができる。特に、本実施形態では、第３保護膜４３は、ニッケル（Ｎｉ）で構成されており、無電解ニッケルめっきにより成膜されている。これにより、第３保護膜４３の成膜が容易となる。ただし、第３保護膜４３の構成材料および成膜方法は、特に限定されない。
【0040】
次に、図１４に示すように、除去領域Ｑ２上に位置する第２保護膜４２を除去する。以上により、素子形成領域Ｑ１の第１溝形成領域Ｑｍ１および第２溝形成領域Ｑｍ２を除く領域上に形成された第３保護膜４３と、第１溝形成領域Ｑｍ１上に形成された第２保護膜４２と、第２溝形成領域Ｑｍ２上に形成された第１保護膜４１と、からなるマスクＭ１が得られる。なお、マスクＭ１を得ることができれば、第１保護膜形成工程Ｓ２、第２保護膜形成工程Ｓ３および第３保護膜形成工程Ｓ４の順序は、特に限定されない。例えば、第２保護膜形成工程Ｓ３、第１保護膜形成工程Ｓ２および第３保護膜形成工程Ｓ４の順で行ってもよい。
【0041】
このうち、第２溝形成領域Ｑｍ２上の第１保護膜４１は、後述する第１ドライエッチング工程Ｓ５において所定のエッチングレートでエッチングされ、所定時刻Ｔ１において水晶基板２００上から除去されるように構成されている。言い換えると、第１保護膜４１は、所定時刻Ｔ１において水晶基板２００上から除去されるように、材料および膜厚が設定されている。同様に、第１溝形成領域Ｑｍ１上の第２保護膜４２は、後述する第１ドライエッチング工程Ｓ５において所定のエッチングレートでエッチングされ、所定時刻Ｔ１よりも遅い所定時刻Ｔ２において水晶基板２００上から除去されるように構成されている。言い換えると、第２保護膜４２は、所定時刻Ｔ２において水晶基板２００上から除去されるように、材料および膜厚が設定されている。なお、本実施形態では、第１保護膜４１と第２保護膜４２とが同じ膜厚であるが、両者の膜厚は、異なっていてもよい。
【0042】
これに対して、第３保護膜４３は、次の第１ドライエッチング工程Ｓ５の終了時まで残存する。そのため、本実施形態の第３保護膜４３は、第１保護膜４１および第２保護膜４２よりもエッチングレートが低い。これにより、より確実に、第１ドライエッチング工程Ｓ５終了時まで第３保護膜４３を残存させることができる。また、第３保護膜４３を薄くすることができ、第３保護膜４３の成膜に要する時間やコストを削減することができる。
【0043】
［第１ドライエッチング工程Ｓ５］
次に、上面２ａ側からマスクＭ１を介して水晶基板２００をドライエッチングする。ドライエッチングによれば、水晶の結晶面の影響を受けずに加工することができるため、優れた寸法精度を実現することができる。なお、ドライエッチングは、反応性イオンエッチングであり、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置を用いて行われる。また、ＲＩＥ装置に導入される反応ガスとしては、特に限定されないが、例えば、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等を用いることができる。
次に、上面２ａ側からマスクＭ１を介して水晶基板２００をドライエッチングする。ドライエッチングによれば、水晶の結晶面の影響を受けずに加工することができるため、優れた寸法精度を実現することができる。なお、ドライエッチングは、反応性イオンエッチングであり、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置を用いて行われる。また、ＲＩＥ装置に導入される反応ガスとしては、特に限定されないが、例えば、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等を用いることができる。
【0044】
本工程を開始すると、まず、図１５に示すように、マスクＭ１から露出している除去領域Ｑ２のエッチングが開始される。つまり、まず、振動基板２の外形形状の形成が開始される。そして、そのままエッチングが進むと、所定時刻Ｔ１において、図１６に示すように、第２溝形成領域Ｑｍ２上の第１保護膜４１および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチングが開始される。これにより、振動基板２の外形形状に遅れて、第２溝Ａ２１の形成が開始される。さらに、そのままエッチングが進むと、所定時刻Ｔ２において、図１７に示すように、第１溝形成領域Ｑｍ１上の第２保護膜４２および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチングが開始される。これにより、第２溝Ａ２１に遅れて、第１溝Ａ１１の形成が開始される。
【0045】
そして、図１８に示すように、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が共に所定深さとなった時刻Ｔ３においてドライエッチングを終了する。これにより、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が一括して形成される。なお、時刻Ｔ３では、除去領域Ｑ２のエッチング深さが水晶基板２００の厚さの半分以上に達している。つまり、本実施形態では、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が同時に所定深さとなり、かつ、その時の除去領域Ｑ２のエッチング深さが水晶基板２００の厚さの半分以上に達するように、第１保護膜４１および第２保護膜４２の材料および膜厚が設計されている。
【0046】
このように、本工程では、第２溝形成領域Ｑｍ２上の第１保護膜４１および第１溝形成領域Ｑｍ１上の第２保護膜４２が順に除去され、除去領域Ｑ２、第２溝形成領域Ｑｍ２および第１溝形成領域Ｑｍ１の順にドライエッチングが開始される。そのため、第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチング深さは、除去領域Ｑ２のエッチング深さよりも浅くなり、第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチング深さは、第２溝形成領域Ｑｍ２のエッチング深さよりも浅くなる。したがって、深さの違う第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１を１工程において一括形成することができ、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１の形成が容易となる。
【0047】
また、このような工程によれば、第１保護膜４１および第２保護膜４２の材料および膜厚により所定時刻Ｔ１、Ｔ２を制御することができるため、容易かつ精度よく、除去領域Ｑ２、第２溝形成領域Ｑｍ２および第１溝形成領域Ｑｍ１のエッチング深さをそれぞれ独立して制御することができる。したがって、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１の深さをそれぞれ自由に設定することができる。
【0048】
以上、水晶基板２００を上面側からエッチングする工程が終了する。以下の工程Ｓ６～Ｓ９は、水晶基板２００を下面側からエッチングする工程であり、前述した工程Ｓ２～Ｓ５と同様である。そのため、工程Ｓ６～Ｓ９と重複する部分については、説明を省略する。
【0049】
［第４保護膜形成工程Ｓ６］
次に、図１９に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第４保護膜４４を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第４溝形成領域Ｑｍ４上に形成された第４保護膜４４が得られる。第４保護膜４４は、前述した第１保護膜４１と同様の構成である。
次に、図１９に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第４保護膜４４を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第４溝形成領域Ｑｍ４上に形成された第４保護膜４４が得られる。第４保護膜４４は、前述した第１保護膜４１と同様の構成である。
【0050】
［第５保護膜形成工程Ｓ７］
次に、図２０に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第５保護膜４５を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第３溝形成領域Ｑｍ３上および除去領域Ｑ２上に形成された第５保護膜４５が得られる。第５保護膜４５は、前述した第２保護膜４２と同様の構成である。
次に、図２０に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第５保護膜４５を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第３溝形成領域Ｑｍ３上および除去領域Ｑ２上に形成された第５保護膜４５が得られる。第５保護膜４５は、前述した第２保護膜４２と同様の構成である。
【0051】
また、第５保護膜４５は、第４保護膜４４よりもエッチングレートが低い。これにより、後述するように、第２ドライエッチング工程Ｓ９において、深さの異なる第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２を一括して形成することができる。
【0052】
［第６保護膜形成工程Ｓ８］
次に、図２１に示すように、第４保護膜４４および第５保護膜４５を介して下面２ｂ上に第６保護膜４６を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に第６保護膜４６が形成される。第６保護膜４６の構成は、前述した第３保護膜４３と同様である。
次に、図２１に示すように、第４保護膜４４および第５保護膜４５を介して下面２ｂ上に第６保護膜４６を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に第６保護膜４６が形成される。第６保護膜４６の構成は、前述した第３保護膜４３と同様である。
【0053】
次に、図２２に示すように、除去領域Ｑ２上に位置する第５保護膜４５を除去する。以上により、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に形成された第６保護膜４６と、第３溝形成領域Ｑｍ３上に形成された第５保護膜４５と、第４溝形成領域Ｑｍ４上に形成された第４保護膜４４と、からなるマスクＭ２が得られる。なお、マスクＭ２を得ることができれば、第４保護膜形成工程Ｓ６、第５保護膜形成工程Ｓ７および第６保護膜形成工程Ｓ８の順序は、特に限定されない。例えば、第５保護膜形成工程Ｓ７、第４保護膜形成工程Ｓ６および第６保護膜形成工程Ｓ８の順で行ってもよい。
【0054】
このうち、第４保護膜４４は、次の第２ドライエッチング工程Ｓ９において所定のエッチングレートでエッチングされ、所定時刻Ｔ４において水晶基板２００上から除去されるように構成されている。同様に、第５保護膜４５は、次の第２ドライエッチング工程Ｓ９において所定のエッチングレートでエッチングされ、所定時刻Ｔ４よりも遅い所定時刻Ｔ５において水晶基板２００上から除去されるように構成されている。なお、本実施形態では、第４保護膜４４と第５保護膜４５とが同じ膜厚であるが、両者の膜厚は、異なっていてもよい。
【0055】
これに対して、第６保護膜４６は、次の第２ドライエッチング工程Ｓ９の終了時まで残存する。そのため、本実施形態の第６保護膜４６は、第４保護膜４４および第５保護膜４５よりもエッチングレートが低い。これにより、より確実に、第２ドライエッチング工程Ｓ９終了時まで第６保護膜４６を残存させることができる。また、第６保護膜４６を薄くすることができ、第６保護膜４６の成膜に要する時間やコストを削減することもできる。
【0056】
［第２ドライエッチング工程Ｓ９］
次に、下面２ｂ側からマスクＭ２を介して水晶基板２００をドライエッチングする。本工程を開始すると、まず、図２３に示すように、マスクＭ２から露出している除去領域Ｑ２のエッチングが開始される。これにより、振動基板２の外形形状の形成が開始される。そのままエッチングが進むと、図２４に示すように、所定時刻Ｔ４において、第４溝形成領域Ｑｍ４上の第４保護膜４４および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングが開始される。これにより、振動基板２の外形形状に遅れて、第４溝Ａ２２の形成が開始される。さらに、そのままエッチングが進むと、図２５に示すように、所定時刻Ｔ５において、第３溝形成領域Ｑｍ３上の第５保護膜４５が無くなり、それと同時に第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２に遅れて、第３溝Ａ１２の形成が開始される。
次に、下面２ｂ側からマスクＭ２を介して水晶基板２００をドライエッチングする。本工程を開始すると、まず、図２３に示すように、マスクＭ２から露出している除去領域Ｑ２のエッチングが開始される。これにより、振動基板２の外形形状の形成が開始される。そのままエッチングが進むと、図２４に示すように、所定時刻Ｔ４において、第４溝形成領域Ｑｍ４上の第４保護膜４４および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングが開始される。これにより、振動基板２の外形形状に遅れて、第４溝Ａ２２の形成が開始される。さらに、そのままエッチングが進むと、図２５に示すように、所定時刻Ｔ５において、第３溝形成領域Ｑｍ３上の第５保護膜４５が無くなり、それと同時に第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２に遅れて、第３溝Ａ１２の形成が開始される。
【0057】
そして、図２６に示すように、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が共に所定深さとなった時刻Ｔ６においてドライエッチングを終了する。これにより、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が一括形成される。なお、時刻Ｔ６では、除去領域Ｑ２において水晶基板２００を貫通しており、振動基板２の外形形状が完成している。これにより、振動基板２の外形形状を完成させるためのさらなるドライエッチング工程が不要となるため、振動素子１の製造工程の削減、振動素子１の低コスト化を図ることができる。
【0058】
以上により、水晶基板２００から複数の振動基板２が得られる。
【0059】
［電極形成工程Ｓ１０］
次に、水晶基板２００から不要な膜、具体的には第３保護膜４３、第６保護膜４６および下地膜Ｌを除去した後、図２７に示すように、振動基板２の表面に電極３を形成する。ただし、下地膜Ｌは、そのまま振動基板２の表面に残しておいてもよい。また、電極３の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、振動基板２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより形成することができる。
次に、水晶基板２００から不要な膜、具体的には第３保護膜４３、第６保護膜４６および下地膜Ｌを除去した後、図２７に示すように、振動基板２の表面に電極３を形成する。ただし、下地膜Ｌは、そのまま振動基板２の表面に残しておいてもよい。また、電極３の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、振動基板２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより形成することができる。
【0060】
以上により、振動素子１が得られる。このような製造方法によれば、マイクロローディング効果を利用しないため、振動基板２の形状や寸法の制約や、ドライエッチングに用いる反応ガスの選択などのドライエッチング条件の制約が緩和される。したがって、設計自由度の高い振動素子１を容易かつ高精度に製造することができる。また、本実施形態では、第２ドライエッチング工程Ｓ９までは水晶基板２００の除去領域Ｑ２が貫通せず、水晶基板２００の機械的強度を十分に高く維持することができる。つまり、水晶基板２００の機械的強度が高いままの状態で、終盤に位置する第２ドライエッチング工程Ｓ９までの各工程を行うことができる。そのため、ハンドリング性が高まり、振動素子１の製造が容易となる。
【0061】
以上、振動素子の製造方法について説明した。このような振動素子の製造方法は、前述したように、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有し、上面２ａに開口する有底の第１溝Ａ１１を有する第１振動腕Ａ１と、上面２ａに開口する有底の第２溝Ａ２１を有する第２振動腕Ａ２と、を備える振動素子１の製造方法であって、上面２ａおよび下面２ｂを有する水晶基板２００を準備する準備工程Ｓ１と、水晶基板２００の振動素子１が形成される領域を素子形成領域Ｑ１とし、第１溝Ａ１１が形成される領域を第１溝形成領域Ｑｍ１とし、第２溝Ａ２１が形成される領域を第２溝形成領域Ｑｍ２としたとき、第２溝形成領域Ｑｍ２上に第１保護膜４１を形成する第１保護膜形成工程Ｓ２と、第１溝形成領域Ｑｍ１上に第１保護膜４１よりもエッチングレートの低い第２保護膜４２を形成する第２保護膜形成工程Ｓ３と、素子形成領域Ｑ１の第１溝形成領域Ｑｍ１および第２溝形成領域Ｑｍ２を除く領域上に第３保護膜４３を形成する第３保護膜形成工程Ｓ４と、第１保護膜４１、第２保護膜４２および第３保護膜４３を介して水晶基板２００を上面２ａ側からドライエッチングする第１ドライエッチング工程Ｓ５と、を含む。
【0062】
このような製造方法によれば、前述したように、第１ドライエッチング工程Ｓ５の途中で前記水晶基板２００上から第１保護膜４１が除去され、遅れて第２保護膜４２が除去される。そのため、第１ドライエッチング工程Ｓ５において深さの異なる第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１が一括して形成される。したがって、深さの異なる第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１を容易に形成することができる。また、外形形状に対する第１、第２溝Ａ１１、Ａ２１の位置ずれが阻止され、振動素子１の形成精度が高まる。また、マイクロローディング効果を利用しないため、振動基板２の形状や寸法の制約や、ドライエッチングに用いる反応ガスの選択などのドライエッチング条件の制約が緩和される。したがって、設計自由度の高い振動素子１を容易かつ高精度に製造することができる。
【0063】
また、前述したように、第３保護膜４３は、第１保護膜４１および第２保護膜４２よりもエッチングレートが低い。これにより、第３保護膜４３を、より確実に、第１ドライエッチング工程Ｓ５終了時まで水晶基板２００上に残存させることができる。したがって、振動基板２の外形形状を精度よく形成することができる。
【0064】
また、前述したように、第３保護膜４３は、金属膜である。これにより、容易に第３保護膜４３のエッチングレートを低くすることができる。
【0065】
また、前述したように、第１保護膜４１および第２保護膜４２の少なくとも一方は、樹脂膜である。特に、本実施形態では、第１保護膜４１および第２保護膜４２が共に樹脂膜である。これにより、第１、第２保護膜４１、４２を直接、露光および現像することによりパターニングすることができる。そのため、第１、第２保護膜４１、４２の形成が容易となる。
【0066】
また、前述したように、振動素子１は、第１振動腕Ａ１の下面２ｂに開口する第３溝Ａ１２と、第２振動腕Ａ２の下面２ｂに開口する第４溝Ａ２２と、を有し、第３溝Ａ１２が形成される領域を第３溝形成領域Ｑｍ３とし、第４溝Ａ２２が形成される領域を第４溝形成領域Ｑｍ４としたとき、第４溝形成領域Ｑｍ４上に第４保護膜４４を形成する第４保護膜形成工程Ｓ６と、第３溝形成領域Ｑｍ３上に第４保護膜よりもエッチングレートの低い第５保護膜４５を形成する第５保護膜形成工程Ｓ７と、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に第６保護膜４６を形成する第６保護膜形成工程Ｓ８と、第４保護膜４４、第５保護膜４５および第６保護膜４６を介して水晶基板２００を下面２ｂ側からドライエッチングする第２ドライエッチング工程Ｓ９と、を含む。これにより、深さの異なる第３、第４溝Ａ１２、Ａ２２を容易に形成することができる。
【0067】
また、前述したように、振動素子１は、角速度を検出する角速度検出素子であり、第１振動腕Ａ１は、印加される駆動信号に応じて屈曲振動し、第２振動腕Ａ２は、印加される角速度ωｚに応じて屈曲振動する。つまり、第１振動腕Ａ１が駆動振動腕２６、２７、２８、２９であり、第２振動腕Ａ２が検出振動腕２２、２３である。これにより、駆動振動腕２６、２７、２８、２９に形成される第１溝Ａ１１が、検出振動腕２２、２３に形成される第２溝Ａ２１よりも浅くなるため、角速度検出素子の検出感度を高めることができる。
【0068】
また、前述したように、振動素子１は、基部２１と、基部２１から第１方向であるＹ軸方向の両側に延出する第２振動腕Ａ２である一対の検出振動腕２２、２３と、基部２１からＹ軸方向と交差する第２方向であるＸ軸方向の両側に延出する一対の支持腕２４、２５と、一方の支持腕２４からＹ軸方向の両側に延出する第１振動腕Ａ１である一対の駆動振動腕２６、２７と、他方の支持腕２５からＹ軸方向の両側に延出する第１振動腕Ａ１である一対の駆動振動腕２８、２９と、を有する。このような構成によれば、駆動振動モードにおいて駆動振動腕２６、２７、２８、２９がバランスよく屈曲振動するため、検出振動腕２２、２３に不要な振動が生じ難く、角速度ωｚを精度よく検出することができる。
【0069】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、第１保護膜４１、第２保護膜４２、第４保護膜４４および第５保護膜４５の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、第１保護膜４１、第２保護膜４２、第４保護膜４４および第５保護膜４５の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【0070】
本実施形態の振動素子の製造方法では、第１保護膜４１、第２保護膜４２、第４保護膜４４および第５保護膜４５は、それぞれ、金属材料で構成された金属膜である。これにより、前述した第１実施形態のような樹脂膜で構成された場合と比べ、第１保護膜４１、第２保護膜４２、第４保護膜４４および第５保護膜４５のエッチングレートを低くすることができ、その分、これら各膜４１、４２、４４、４５を薄くすることができる。したがって、第１保護膜４１、第２保護膜４２、第４保護膜４４および第５保護膜４５のパターニング精度が向上し、振動基板２の寸法精度をより高めることができる。
【0071】
以上のように、本実施形態の振動素子の製造方法では、第１保護膜４１および第２保護膜４２の少なくとも一方は、金属膜である。特に、本実施形態では、第１保護膜４１および第２保護膜４２が共に金属膜である。これにより、前述した第１実施形態のような樹脂膜で構成された場合と比べ、第１保護膜４１および第２保護膜４２のエッチングレートを低くすることができ、その分、これら各膜４１、４２を薄くすることができる。したがって、第１保護膜４１および第２保護膜４２のパターニング精度が向上し、振動基板２の寸法精度をより高めることができる。
【0072】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【0073】
【0074】
本実施形態に係る振動素子の製造方法は、第１ドライエッチング工程Ｓ５以降の工程が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【0075】
本実施形態の振動素子の製造方法は、図２８に示すように、準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第２保護膜形成工程Ｓ３と、第３保護膜形成工程Ｓ４と、第１ドライエッチング工程Ｓ５と、第５保護膜形成工程Ｓ７と、第６保護膜形成工程Ｓ８と、第２ドライエッチング工程Ｓ９と、電極形成工程Ｓ１０と、を含む。以下、図２に対応する断面図を用いて、これら各工程について順に説明する。なお、工程Ｓ１～Ｓ４およびＳ１０については、前述した第１実施形態と同様であるため、以下では、工程Ｓ５～Ｓ９についてのみ説明する。
【0076】
［第１ドライエッチング工程Ｓ５］
本工程では、上面２ａ側からマスクＭ１を介して水晶基板２００をドライエッチングし、図２９に示すように、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が共に所定深さとなった時刻Ｔ３においてドライエッチングを終了する。なお、時刻Ｔ３では、除去領域Ｑ２において水晶基板２００が貫通し、振動基板２の外形形状が完成している。これにより、振動基板２の外形形状、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が一括形成される。このように、上面２ａ側からのドライエッチングだけで振動基板２の外形形状を形成することにより、外形形状が完成するまでマスクＭ１を使い続けることができる。そのため、複数のマスクを用いる際に生じ得る所謂「マスクずれ」が生じ得ず、高い精度で外形形状を形成することができる。したがって、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の不要振動や振動バランスの低下が抑制され、優れた角速度検出特性を有する振動素子１を製造することができる。
本工程では、上面２ａ側からマスクＭ１を介して水晶基板２００をドライエッチングし、図２９に示すように、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が共に所定深さとなった時刻Ｔ３においてドライエッチングを終了する。なお、時刻Ｔ３では、除去領域Ｑ２において水晶基板２００が貫通し、振動基板２の外形形状が完成している。これにより、振動基板２の外形形状、第１溝Ａ１１および第２溝Ａ２１が一括形成される。このように、上面２ａ側からのドライエッチングだけで振動基板２の外形形状を形成することにより、外形形状が完成するまでマスクＭ１を使い続けることができる。そのため、複数のマスクを用いる際に生じ得る所謂「マスクずれ」が生じ得ず、高い精度で外形形状を形成することができる。したがって、第１、第２振動腕Ａ１、Ａ２の不要振動や振動バランスの低下が抑制され、優れた角速度検出特性を有する振動素子１を製造することができる。
【0077】
［第５保護膜形成工程Ｓ７］
次に、図３０に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第５保護膜４５を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４上に形成された第５保護膜４５が得られる。
次に、図３０に示すように、水晶基板２００の下面２ｂ上に第５保護膜４５を塗布し、露光および現像を用いたフォトリソグラフィー技法でパターニングする。これにより、第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４上に形成された第５保護膜４５が得られる。
【0078】
［第６保護膜形成工程Ｓ８］
次に、図３１に示すように、第５保護膜４５を介して下面２ｂ上に第６保護膜４６を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に第６保護膜４６が形成される。次に、図３２に示すように、第４溝形成領域Ｑｍ４上の第５保護膜４５を除去する。以上により、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に形成された第６保護膜４６と、第３溝形成領域Ｑｍ３上に形成された第５保護膜４５と、からなるマスクＭ２が得られる。
次に、図３１に示すように、第５保護膜４５を介して下面２ｂ上に第６保護膜４６を成膜する。これにより、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に第６保護膜４６が形成される。次に、図３２に示すように、第４溝形成領域Ｑｍ４上の第５保護膜４５を除去する。以上により、素子形成領域Ｑ１の第３溝形成領域Ｑｍ３および第４溝形成領域Ｑｍ４を除く領域上に形成された第６保護膜４６と、第３溝形成領域Ｑｍ３上に形成された第５保護膜４５と、からなるマスクＭ２が得られる。
【0079】
［第２ドライエッチング工程Ｓ９］
次に、下面２ｂ側からマスクＭ２を介して水晶基板２００をドライエッチングする。本工程を開始すると、まず、マスクＭ２から露出している第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２の形成が開始される。そのままエッチングが進むと、第３溝形成領域Ｑｍ３上の第５保護膜４５および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２に遅れて、第３溝Ａ１２の形成が開始される。そして、図３３に示すように、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が共に所定深さとなった時点でドライエッチングを終了する。これにより、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が一括形成される。
次に、下面２ｂ側からマスクＭ２を介して水晶基板２００をドライエッチングする。本工程を開始すると、まず、マスクＭ２から露出している第４溝形成領域Ｑｍ４のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２の形成が開始される。そのままエッチングが進むと、第３溝形成領域Ｑｍ３上の第５保護膜４５および下地膜Ｌが無くなり、それと同時に第３溝形成領域Ｑｍ３のエッチングが開始される。これにより、第４溝Ａ２２に遅れて、第３溝Ａ１２の形成が開始される。そして、図３３に示すように、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が共に所定深さとなった時点でドライエッチングを終了する。これにより、第３溝Ａ１２および第４溝Ａ２２が一括形成される。
【0080】
以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【0081】
＜第４実施形態＞
図３４は、第４実施形態に係る振動素子の平面図である。
図３４は、第４実施形態に係る振動素子の平面図である。
【0082】
本実施形態に係る振動素子の製造方法では、製造する振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動素子の製造方法と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動素子の製造方法に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【0083】
本実施形態の振動素子の製造方法では、図３４に示す振動素子６が製造される。振動素子６は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することができる角速度検出素子である。このような振動素子６は、Ｚカットの水晶基板をパターニングしてなる振動基板７と、振動基板７の表面に成膜されている電極８と、を有する。
【0084】
また、振動基板７は、板状であり、互いに表裏関係にある第１面としての上面７ａおよび第２面としての下面７ｂを有する。また、振動基板７は、その中央部に位置する基部７１と、基部７１からＹ軸方向プラス側に延出する第２振動腕Ａ２としての一対の検出振動腕７２、７３と、基部７１からＹ軸方向マイナス側に延出する第１振動腕Ａ１としての一対の駆動振動腕７４、７５と、を有する。一対の検出振動腕７２、７３は、Ｘ軸方向に並んで配置され、一対の駆動振動腕７４、７５は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。
【0085】
検出振動腕７２は、上面７ａに形成された第２溝としての有底の溝７２１と、下面７ｂに形成された第４溝としての有底の溝７２２と、を有する。同様に、検出振動腕７３は、上面７ａに形成された第２溝としての有底の溝７３１と、下面７ｂに形成された第４溝としての有底の溝７３２と、を有する。
【0086】
駆動振動腕７４は、上面７ａに形成された第１溝としての有底の溝７４１と、下面７ｂに形成された第３溝としての有底の溝７４２と、を有する。同様に、駆動振動腕７５は、上面７ａに形成された第１溝としての有底の溝７５１と、下面７ｂに形成された第３溝としての有底の溝７５２と、を有する。
【0087】
電極８は、第１検出信号電極８１と、第１検出接地電極８２と、第２検出信号電極８３と、第２検出接地電極８４と、駆動信号電極８５と、駆動接地電極８６と、を有する。
【0088】
このうち、第１検出信号電極８１は、検出振動腕７２の上面７ａおよび下面７ｂに配置されており、第１検出接地電極８２は、検出振動腕７２の両側面に配置されている。また、第２検出信号電極８３は、検出振動腕７３の上面７ａおよび下面７ｂに配置されており、第２検出接地電極８４は、検出振動腕７３の両側面に配置されている。また、駆動信号電極８５は、駆動振動腕７４の上面７ａおよび下面７ｂと、駆動振動腕７５の両側面とに配置されており、駆動接地電極８６は、駆動振動腕７４の両側面と駆動振動腕７５の上面７ａおよび下面７ｂとに配置されている。
【0089】
以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【0090】
以上、本発明の振動素子の製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。また、振動素子としては、前述した振動素子１、６に限定されず、例えば、音叉型、双音叉型の振動素子であってもよい。また、振動素子は、角速度検出素子に限定されない。
【0091】
また、振動素子１は、例えば、図３５および図３６に示すように、第３、第４溝Ａ１２、Ａ２２を省略してもよい。この場合、振動素子１の製造方法は、前述した第３実施形態における準備工程Ｓ１と、第１保護膜形成工程Ｓ２と、第２保護膜形成工程Ｓ３と、第３保護膜形成工程Ｓ４と、第１ドライエッチング工程Ｓ５と、を含む。つまり、上面２ａ側からのドライエッチング工程だけで振動基板２を形成することができる。そのため、振動素子１の製造がより容易となる。
【符号の説明】
【0092】
１…振動素子、２…振動基板、２ａ…上面、２ｂ…下面、２００…水晶基板、２１…基部、２２…検出振動腕、２２１…溝、２２２…溝、２３…検出振動腕、２３１…溝、２３２…溝、２４…支持腕、２５…支持腕、２６…駆動振動腕、２６１…溝、２６２…溝、２７…駆動振動腕、２７１…溝、２７２…溝、２８…駆動振動腕、２８１…溝、２８２…溝、２９…駆動振動腕、２９１…溝、２９２…溝、３…電極、３１…第１検出信号電極、３２…第１検出接地電極、３３…第２検出信号電極、３４…第２検出接地電極、３５…駆動信号電極、３６…駆動接地電極、４１…第１保護膜、４２…第２保護膜、４３…第３保護膜、４４…第４保護膜、４５…第５保護膜、４６…第６保護膜、６…振動素子、７…振動基板、７ａ…上面、７ｂ…下面、７１…基部、７２…検出振動腕、７２１…溝、７２２…溝、７３…検出振動腕、７３１…溝、７３２…溝、７４…駆動振動腕、７４１…溝、７４２…溝、７５…駆動振動腕、７５１…溝、７５２…溝、８…電極、８１…第１検出信号電極、８２…第１検出接地電極、８３…第２検出信号電極、８４…第２検出接地電極、８５…駆動信号電極、８６…駆動接地電極、Ａ１…第１振動腕、Ａ１１…第１溝、Ａ１２…第３溝、Ａ２…第２振動腕、Ａ２１…第２溝、Ａ２２…第４溝、ｄ１…深さ、ｄ２…深さ、Ｌ…下地膜、Ｍ１…マスク、Ｍ２…マスク、Ｑ１…素子形成領域、Ｑ２…除去領域、Ｑｍ１…第１溝形成領域、Ｑｍ２…第２溝形成領域、Ｑｍ３…第３溝形成領域、Ｑｍ４…第４溝形成領域、Ｓ１…準備工程、Ｓ２…第１保護膜形成工程、Ｓ３…第２保護膜形成工程、Ｓ４…第３保護膜形成工程、Ｓ５…第１ドライエッチング工程、Ｓ６…第４保護膜形成工程、Ｓ７…第５保護膜形成工程、Ｓ８…第６保護膜形成工程、Ｓ９…第２ドライエッチング工程、Ｓ１０…電極形成工程、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ、Ｔ１…所定時刻、Ｔ２…所定時刻、Ｔ３…時刻、Ｔ４…所定時刻、Ｔ５…所定時刻、Ｔ６…時刻、ωｙ…角速度、ωｚ…角速度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
