(57)【要約】【課題】  本発明は、高精度で、且つ経時的に特性が変わることなく信頼性に優れた振動体を提供することが目的であり、さらには、小型化に適した振動体の製造方法を提供することが目的である。【解決手段】  基部とこの基部から突出して形成される振動脚とを有する振動体上に電極が形成された振動体の製造方法であって、電極上にフォトリソグラフィー法によってパターニングされた保護膜を形成する工程と、振動体の特に振動脚の一部を除去し、振動脚の重量バランスを釣り合わせることで振動脚の振動モードを調整する工程と、保護膜を溶解して除去することで、同時に振動モードの調整工程で付着した粉塵も除去する工程とを有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部とこの基部から突出して形成される振動脚とを有する振動体上に電極が形成された振動体の製造方法であって、
前記電極上に保護膜を形成する工程と、前記振動体の一部を除去する加工により前記振動脚の振動モードを調整する工程と、前記保護膜を除去する工程とを有する振動体の製造方法。
【請求項２】
前記保護膜を形成する工程において、フォトリソグラフィー法を用いたことを特徴とする請求項１に記載の振動体の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜を形成する工程において、電着レジストを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動体の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜を形成する工程において、スプレー方式でレジストを塗布したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項５】
前記保護膜を所定の薬液によって溶解させて除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項６】
前記薬液が現像液であることを特徴とする請求項５に記載の振動体の製造方法。
【請求項７】
前記薬液がエッチング液であることを特徴とする請求項５に記載の振動体の製造方法。
【請求項８】
前記保護膜は、導電性を有し、且つ電極とは異なる材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜は銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む材料であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の振動体の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜は感光性材料であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項１１】
前記保護膜が前記電極の形状と同じ形状で形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項１２】
前記振動脚の振動モードを調整する工程において、前記振動体は機械加工により除去されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項１３】
前記振動脚の振動モードを調整する工程において、前記振動体はレーザーアブレーション加工により除去されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項１４】
前記振動脚の振動モードを調整する工程において、前記振動脚の一部を除去する加工を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【請求項１５】
前記振動体は水晶からなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の振動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
基部とこの基部から突出して形成される複数の振動脚とで構成される音叉型の振動体の製造方法に関し、特には振動モード調整工程を有する振動体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、航空機、車両等の姿勢制御や、ナビゲーションシステムの角速度検出、さらにはビデオカメラの手ぶれ制御など幅広い分野において振動型ジャイロスコープが利用されている。また、こうした振動型ジャイロスコープの中でも特に圧電材料の振動体を用いた圧電ジャイロが主流となりつつある。
【０００３】
このように、圧電ジャイロが広い分野において使われていく状況において、振動体のさらなる高信頼性化、高精度化の要求が高まっている。
【０００４】
理想的には、設計通りの共振周波数で振動し、かつ振動バランスが安定している振動体を達成することで、結果的に高信頼性、高精度の圧電ジャイロが得られるのだが、振動体の加工精度、圧電材料の電気特性のばらつき等によって、必ずしも理想的な状態で振動体を製造できるわけではない。
【０００５】
そこで、従来は振動体の製造過程において、共振周波数の合わせこみや振動バランスの調整を目的とした振動調整加工を必ず行っていた。この工程を一般に振動モード調整工程と称する。
【０００６】
以下に従来の振動体の製造方法を説明する（例えば、特許文献１参照。）。図６は一般的な振動体の構造を示した斜視図である。図６に示すように、振動体１０は、基部１２から突出してなる２本の振動脚１１を有する音叉型の圧電体１００からなり、圧電体１００上には、圧電体１００に電圧を加え振動させるための電極２００が形成されている。
【０００７】
従来のこのような構成からなる振動体１０を圧電ジャイロに利用した場合では、コリオリの原理を利用して角速度を検出している。コリオリの原理とは、定常状態で振動脚１１に一定の方向の振動ｆ０を与えておき、これに回転ωが加わると振動ｆ０に垂直な方向に振動ｆｓが発生するという原理である。振動体１０では振動ｆｓを電気的に検出することによって、角速度の検出をしている。
【０００８】
通常、圧電体１００には水晶や圧電セラミックス等が用いられ、その外形形状はエッチング加工や機械的な切削加工によって形成されていた。しかしながら、いずれの加工法を使ったとしても加工寸法のばらつきはかならず発生し、そのため、振動脚１１の重量バランスに不釣り合いが生じる。重量バランスに不釣り合いが生じると定常状態における振動ｆ０が設計上の振動モードとは異なった振動をしてしまい、正確な角速度を検出できなくなる。
【０００９】
そこで従来は、図６に示すように、振動脚１１の一部に除去加工を施し、除去部１０１を設けることによって、振動脚１１の重量バランスを釣り合わせ、振動ｆ０の振動モードを調整していた。
【００１０】
図７は従来の振動体の振動モードの調整工程を示した図である。また図８は研削加工による振動モードの調整方法を示した斜視図である。従来の振動モードの調整工程では、まず図７（ａ）に示すように、圧電体１１０上に電極２００を形成し、圧電体１１０に所定
の電界をかけて振動脚の振動モードを調べる。大抵の場合、この段階では、振動脚の重量バランスは崩れているため、図７（ａ）及び図８に示すように、希望する方向とは異なった方向に振動する振動ｆ１が発生している。
【００１１】
そこで重量バランスを釣り合わせるために、図７（ｂ）のように、圧電体１００の一部を除去する加工を行う。従来はこの除去加工に、図８に示すような研磨剤を含んだ研磨テープ６００をローラー６１０で摺動させて振動脚１１の所定の部分を研削する加工法が一般に使われていた。この研削加工法によって振動ｆ１を所望の振動ｆ０になるように調整がなされる。
【００１２】
なおその時、研削によって生じた粉塵５００の一部は必ず振動脚１１に再付着する。粉塵５００の付着があると、せっかく重量バランスを調整したとしても、時間経過とともにその粉塵５００が徐々に剥がれ落ち、重量バランスが徐々に崩れていく危険性がある。そこで従来は信頼性を確保するために、図７（ｃ）に示すように、振動脚１１に再付着した粉塵５００を洗浄によって除去し、所望の振動モードである振動ｆ０を発生する振動体１０を得ていた。
【００１３】
なお振動体１０に付着した粉塵５００のような不純物を洗浄する方法としては、超音波洗浄法を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この洗浄方法によれば、まずイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で超音波洗浄を行い、次にフッ素系洗浄剤で蒸気洗浄を行い、最後に乾燥して洗浄工程を完了させていた。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２４３４５１号公報（第７頁、図３、図１０）
【特許文献２】特開２００１−２９２０４６号公報（第５頁、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の振動体の製造方法では、設計通りの振動モードを得るために、振動モードの調整工程が必須であった。またこの振動モード調整工程は、研削加工法等により振動脚を削ることによって行っていたが、その時に生じた粉塵の一部が振動脚に再付着するため、超音波洗浄を用いた洗浄工程によって、付着した粉塵を除去していた。
【００１６】
しかしながら、粉塵の完全な剥離には相応の強力な超音波振動が必要とされるため、超音波振動によって振動脚が折れてしまうといった不良が発生することがあった。またこうした振動脚の破損不良は、振動体が小型化され、振動脚が細くなればなるほど多発することがわかってきた。
【００１７】
一方、振動脚の破損不良をなくすために超音波振動の出力を小さくすると、粉塵が完全に除去しきれないといった不良が発生してしまう。粉塵の除去残りがあると、時間経過とともにその粉塵が徐々に剥がれ落ち、せっかく調整した振動モードの均衡が崩れ、その結果、角速度の検出精度を悪化させてしまう危険性があった。
【００１８】
本発明の目的は、高精度で信頼性の高い振動体の製造方法を提供することであり、さらには小型化に適した振動体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の振動体の製造方法は、基部とこの基部から突出して形成される振動脚とを有する振動体上に電極が形成された振動体の製造方法であって、
電極上に保護膜を形成する工程と、振動体の一部を除去する加工により振動脚の振動モードを調整する工程と、保護膜を除去する工程とを有していることを特徴とする。
【００２０】
さらに、保護膜を形成する工程において、フォトリソグラフィー法を用いるのが望ましい。
【００２１】
さらに、保護膜を形成する工程において、電着レジストを用いるのが望ましい。
【００２２】
また、保護膜を形成する工程において、スプレー方式でレジストを塗布するのが望ましい。
【００２３】
さらに、保護膜を所定の薬液によって溶解させて除去するのが望ましい。
【００２４】
さらに、その薬液が現像液であるのが望ましい。
【００２５】
または、その薬液がエッチング液であるのが望ましい。
【００２６】
さらに、保護膜は、導電性を有し、且つ電極とは異なる材料であることが望ましい。
【００２７】
さらに、保護膜は銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかを含む材料であるのが望ましい。
【００２８】
また、保護膜は感光性材料であるのが望ましい。
【００２９】
さらに、保護膜が電極の形状と同じ形状で形成されることが望ましい。
【００３０】
さらに、振動脚の振動モードを調整する工程において、振動体は機械加工により除去されるのが望ましい。
【００３１】
または、振動脚の振動モードを調整する工程において、振動体はレーザーアブレーション加工により除去されるのが望ましい。
【００３２】
さらに、振動脚の振動モードを調整する工程において、振動脚の一部を除去する加工を有しているのが望ましい。
【００３３】
さらに、振動体は水晶からなることが望ましい。
【００３４】
（作用）
本発明の上記手段では、保護膜を形成した後に、振動脚の振動モードを調整する工程を行う。通常、振動モードの調整工程は、振動体の一部を機械加工やレーザーアブレーション加工等によって除去することで行われるが、その時に必ず粉塵が振動体に再付着する。しかしながら、上述のように本発明では、すでに保護膜が形成されているので粉塵は保護膜上に付着する。その後、保護膜を溶解し除去することで、付着した粉塵も同時に除去できるようになった。また保護膜を除去することで粉塵を振動体から浮かして除去できるため、粉塵の除去残りもほとんどなくなった。
【００３５】
また、本発明の上記手段では、従来行われていたような超音波洗浄をする必要が無くなったため、超音波振動による振動体の破損不良を少なくすることができ、従来、特に破損不良が発生しやすかった小型の振動体でも歩留まり良く製造できるようになった。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の振動体の製造方法によれば、振動モードの調整工程に付着する粉塵を完全に除去することができるため、精度良く振動モードの調整ができるようになり、その結果、高精度の振動体を得ることができるようになった。
【００３７】
また、本発明の振動体の製造方法によれば、振動モードの調整工程に付着する粉塵を完全に除去することができるため、従来のように振動体完成後に時間経過とともに粉塵が剥がれ落ちる危険性が無くなり、その結果、信頼性の高い振動体を得ることができた。
【００３８】
また、本発明の振動体の製造方法によれば、超音波振動による洗浄工程を無くすることができ、小型の振動体であっても破損することなく製造できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（第１の実施形態）
本発明では、図６に示すような基部１２から突出してなる２本の振動脚１１を有する音叉型の振動体である圧電体１００と、圧電体１００上に形成され圧電体１００に電圧を加え振動させるための電極２００とからなる一般的な構造の振動体を製造した。
【００４０】
このような音叉型の振動体を圧電ジャイロに利用する場合では、コリオリの原理を利用して角速度を検出する。コリオリの原理とは、定常状態で振動脚１１に一定の方向の振動ｆ０を与えておき、これに回転ωが加わると振動ｆ０に垂直な方向に振動ｆｓが発生するという原理であり、この振動ｆｓを電気的に検出することによって、角速度の検出が可能となる。よって、定常状態で発生させておく振動ｆ０は、安定して一定の方向に振動するようにしておかなければ、角速度の高精度の検出はできない。
【００４１】
以下に、安定した振動ｆ０を発生させることが可能な振動体の製造方法を示す。図２は本発明の振動体の製造方法におけるフォトリソグラフィー工程の前半を示した図である。図３は本発明の振動体の製造方法におけるフォトリソグラフィー工程の後半を示した図である。図４は本発明の振動体の製造方法における電極形成工程を示した図である。本実施形態では、圧電体１１０として水晶を用い、音叉型の外形形状を１０％フッ酸水溶液によってエッチングして形成した。圧電材料である水晶のエッチング法による加工は、水晶振動子、水晶発振器等を製造するのに一般に用いられている手法であり、非常に微細で精度の高い加工が可能である。
【００４２】
その後、図２（ａ）に示すように、水晶からなる圧電体１１０の全表面に電極膜２１０を成膜し、さらにその上に保護膜３１０を成膜した。本実施形態では、下層がクロム（Ｃｒ）、上層が金（Ａｕ）からなる二層構造の電極膜２１０を、蒸着法によって、Ｃｒ膜が０．０３μｍ、Ａｕ膜が０．１５μｍの厚みでそれぞれ成膜した。また保護膜３１０としては、銅（Ｃｕ）を蒸着法によって０．１５μｍの厚みで成膜した。なおＣｒ膜は、Ａｕ膜と水晶の密着力を高めるためのものであり、非常に薄く成膜すればよい。よって図２において、Ｃｒ膜の層は省略して描かれていない。なお電極膜２１０、保護膜３１０は、蒸着法以外のいかなる成膜方法、例えばスパッタリング法、メッキ法等で成膜しても、本発明に何ら問題はない。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｃｕからなる保護膜３１０上に感光性材料層４１０を形成する。本実施形態では、感光性材料層４１０に電着レジストを用い、約８μｍの厚みで保護膜３１０上に形成した。電着レジストとは、電気メッキと同様に下地に電流を流すことでその表面に形成されるレジストである。よって導電性に優れたＣｕからなる保護膜３１０上においては、形成するのに非常に適しており、高い密着力で、かつ安定した表面状態で形成することができた。なお本実施形態では、保護膜３１０としてＣｕを採用した
が、電着レジストを形成する上でＣｕに限定されるわけではない。導電性に優れているアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等も電着レジストの形成には適している。
【００４４】
次に、図３（ａ）に示すように、所望のパターン６１１、６２１が描画された２枚の露光マスク６１、６２を用いて、圧電体１１０を露光する。この時、図３（ａ）のように、マスク６１、６２の表面に対して斜め方向から紫外線（ＵＶ）を入射させ、圧電体１１０に照射することで圧電体１１０の表面だけでなく側面にある感光性材料層４１０も同時に露光した。こうした露光方式を一般に斜め露光方式と称する。
【００４５】
その後、電着レジストからなる感光性材料層４１０を電着レジスト専用の現像液によって現像し、図３（ｂ）に示すように所望の形状の感光性材料層４００を形成する。
【００４６】
なお、以上、図２及び図３に示される工程は、一般にフォトリソグラフィー法と呼ばれるパターニング方法であり、ＩＣや液晶ディスプレイ等の製造に広く用いられている手法である。このフォトリソグラフィー法を用いれば、ミクロンレベルの非常に精度の高いパターニングが可能であり、振動体の小型化に適している。
【００４７】
次に、保護膜３１０と電極膜２１０の感光性材料層４００に覆われていない部分をエッチング法によって除去し、図４（ａ）に示すように、パターン化された保護膜３００と電極２００を形成する。本実施形態では、Ｃｕからなる保護膜３００を１０％過硫酸アンモニウム水溶液からなるエッチング液でエッチングし、Ａｕ及びＣｒからなる電極２００を王水及び硝酸系エッチング液によってエッチングした。
【００４８】
その後、図４（ｂ）に示すように、感光性材料層４００を剥離し、圧電体１１０の所望の位置に、電極２００と保護膜３００とが同じ形状で積層された構造を形成する。なお本実施形態では感光性材料層４００を４％水酸化ナトリウム水溶液にて剥離した。
【００４９】
この状態においては、圧電体１１０の外形形状の形成時に生じる加工精度のばらつきにより、二本の振動脚１１の重量バランスは釣り合っていない。そこで図６に示すように、振動脚１１の一部に除去加工を施し、除去部１０１を設けることによって、振動脚１１の重量バランスを釣り合わせ、振動ｆ０の振動モードを調整する必要がある。この工程を振動モードの調整工程と称する。
【００５０】
以下に本発明の振動モードの調整工程を説明する。図１は本発明の振動体の製造方法における振動モードの調整工程を示した図である。まず図１（ａ）に示すように、電極２００に電流を流すことで、圧電体１１０に所定の電界をかけ、その時の振動脚の振動モードを調べる。この段階では、振動脚は重量バランスを崩しているため、図１（ａ）に示すような所望の方向とは異なった方向に振動する振動ｆ１が発生している。
【００５１】
そこで重量バランスを釣り合わせるために、図１（ｂ）のように、圧電体１００の一部を除去する加工を行う。この除去加工には、一般に研削による機械加工かレーザーアブレーション加工が使われるが、どちらの加工法を使ったとしても、その時生じた粉塵５００は必ず振動脚１１に再付着してしまう。なお本実施形態では、研削による機械加工により圧電体１００の一方の振動脚の一部を除去した。
【００５２】
その後、図１（ｃ）に示すように、保護膜３００を溶解し除去する。すると保護膜上に付着した粉塵５００も同時に取り除かれることになり、粉塵を完全に除去することができる。なお本実施形態では、保護膜３００の溶解除去に１０％過硫酸アンモニウム水溶液からなるエッチング液を用いた。以上のようにして、重量バランスの崩れによって生じていた振動モードによる振動ｆ１を、所定の振動モードである振動ｆ０に調整することができ
た。
【００５３】
本発明によれば、上述のように粉塵を完全に除去することができるため、振動モードの調整の精度が向上し、その結果、高精度の振動体を得ることができるようになった。また、従来のように振動体完成後に時間経過とともに粉塵が剥がれ落ちる危険性が無くなり、その結果、信頼性の高い振動体を得ることができた。
【００５４】
また以上のように本発明の振動体の製造方法によれば、従来行っていた超音波振動による洗浄工程を完全に無くすることができる。そのため、超音波振動によって発生する細い振動脚が折れてしまうといった破損を非常に少なくすることができた。またその結果、振動体のより一層の小型化が可能になった。
【００５５】
（第２の実施形態）
図５は本発明の振動体の製造方法の他の一例を示した図である。本発明の振動体の製造方法では、保護膜として感光性材料を使用してもかまわない。以下にその一例を示す。まず図５（ａ）に示すように、圧電体１１０の表面に電極膜２１０を形成し、さらにその上に感光性材料からなる保護膜３２０を形成する。本実施形態では、下層がＣｒ、上層がＡｕからなる電極膜２１０上に、保護膜３２０として東京応化株式会社製レジスト（商品名：ＯＦＰＲ８００）をスプレー方式で塗布した。またそれらの膜厚は、Ｃｒ膜が０．０３μｍ、Ａｕ膜が０．１５μｍ、レジストが３μｍとした。
【００５６】
次に、感光性材料（レジスト）からなる保護膜３２０を、露光、現像して、図５（ｂ）に示すように所望のパターンの保護膜３００を形成する。本実施形態では、斜めからの露光する斜め露光方式（図３（ａ））によって保護膜３２０を露光した後、レジスト（ＯＦＰＲ８００）専用の現像液を使って現像を行った。
【００５７】
次に、電極膜２１０の保護膜３００に覆われていない部分をエッチング法によって除去し、図５（ｃ）に示すような、パターン化された電極２００を形成する。本実施形態では、Ａｕ及びＣｒからなる電極２００を王水及び硝酸系エッチング液によってそれぞれエッチングした。このようにして圧電体１１０の所望の位置に、電極２００と保護膜３００とが同じ形状で積層して形成された状態に至る。
【００５８】
その後、図１（ａ）に示すように、電極２００に電流を流すことで、圧電体１１０に所定の電界をかけ、その時の振動脚の振動モードを調べ、重量バランスを釣り合わせるために、図１（ｂ）のように、圧電体１００の一部を除去する加工を行う。なお本実施形態では、研削による機械加工により圧電体１００の一方の振動脚の一部を除去した。
【００５９】
最後に、図１（ｃ）に示すように、保護膜３００を溶解し除去する。すると保護膜上に付着した粉塵５００も同時に取り除かれることになり、粉塵を完全に除去することができる。本実施形態では、感光性材料からなる保護膜をアセトンで溶解し除去した。以上のようにして、重量バランスの崩れによって生じていた振動モードによる振動ｆ１を、所定の振動モードである振動ｆ０に調整することができた。
【００６０】
以上のような製造方法によっても、粉塵を完全に除去することができるため、振動モードの調整の精度が向上し、その結果、高精度の振動体を得ることができるようになった。また、従来のように振動体完成後に時間経過とともに粉塵が剥がれ落ちる危険性が無くなり、その結果、信頼性の高い振動体を得ることができた。また超音波振動による洗浄工程を完全に無くすることができるため、超音波振動によって発生する細い振動脚が折れてしまうといった破損を非常に少なくすることができた。
【００６１】
尚、本発明の実施形態として２本の振動脚を有する振動体を用いて説明したが、振動脚が１本あるいは３本以上の場合であっても本発明を適用できるのは言うまでもない。また、振動体として圧電体を用いて説明したが、圧電体以外の金属やシリコン等の材料であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の振動体の製造方法における振動モードの調整工程を示した図である。
【図２】本発明の振動体の製造方法におけるフォトリソグラフィー工程の前半を示した図である。
【図３】本発明の振動体の製造方法におけるフォトリソグラフィー工程の後半を示した図である。
【図４】本発明の振動体の製造方法における電極形成工程を示した図である。
【図５】本発明の振動体の製造方法の他の一例を示した図である。
【図６】一般的な振動体の構造を示した斜視図である。
【図７】従来の振動体の振動モードの調整工程を示した図である。
【図８】研削加工による振動モードの調整方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  振動体
１１  振動脚
１２  基部
６１、６２  露光マスク
１００、１１０  圧電体
１０１  除去部
２００  電極
２１０  電極膜
３００、３１０、３２０  保護膜
４００、４１０  感光性材料層
５００  粉塵
６００  研磨テープ
６１０  ローラー
６１１、６２１  パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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