(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面のみに圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成された断面形状が略直角四辺形のシリコンからなる振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子と、この振動型ジャイロセンサ素子が実装される支持基板とを備え、
前記振動型ジャイロセンサ素子は、前記振動子の前記一方の面側を前記支持基板側に向けて実装されるとともに、前記振動子の前記支持基板に向けて実装される前記一方の面以外の領域のみを、当該振動子の振動特性調整用の凹部が形成される被加工領域としている
振動型ジャイロセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、前記振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための凹部である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、前記一対の検出電極から出力される信号差を調整するための凹部である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項４】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、前記振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するとともに、前記一対の検出電極から出力される信号差を調整するための凹部である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項５】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記被加工領域は、前記一方の面と対向する面である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項６】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記被加工領域は、前記一方の面と対向する面と前記一方の面に隣接する側面との間の稜線部である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記被加工領域は、前記一方の面に隣接する側面である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、異なる位置に複数形成されている
振動型ジャイロセンサ。
【請求項９】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、複数のスポット状の凹部がそれぞれ重ならないようにステップ状に加工されている
振動型ジャイロセンサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記凹部は、前記振動子の共振周波数を調整するための凹部である
振動型ジャイロセンサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記被加工領域の少なくとも一部は溶融されて平滑面とされている
振動型ジャイロセンサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記振動子の前記一方の面と対向する面と前記一方の面に隣接する側面との間の稜線部が湾曲形成されている
振動型ジャイロセンサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の振動型ジャイロセンサであって、
前記振動子の根元部の両側部が湾曲形成されている
振動型ジャイロセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知やバーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサに関し、更に詳しくは、片持ち梁の振動子を有する小型の振動型ジャイロセンサ及びその調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、民生用の角速度センサとしては、片持ち梁の振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサが広く用いられている。
【０００３】
振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価で製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。
【０００４】
従来の振動型ジャイロセンサは、振動子が適宜の圧電材料を機械加工によって切り出して所定の形状に整形して製作されていた。振動型ジャイロセンサとしては、搭載される本体機器の小型軽量化、多機能高性能化に伴って、更なる小型化や高性能化が要求されているが、機械加工による加工精度の限界によって小型で高精度の振動子を作製することが困難であった。
【０００５】
そこで、近年、半導体プロセスに適用される薄膜技術を用いて、シリコン基板上に圧電薄膜層を挟んで一対の電極層を積層形成することによって、片持ち梁形状の振動素子を備えたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。かかる振動型ジャイロセンサは、小型薄型化が図られることによって、他用途のセンサ等と組み合わせて複合化や高機能化が図られる。
【０００６】
ところで、振動型ジャイロセンサの振動子の多くは四角柱形状であるが、機械加工による形成にせよ、薄膜工程による形成方法にせよ、完全な対称状態で作製することは困難である。このため、振動子はその中心線に対して非対称となる。非対称形状となった振動子を振動させた場合、振動状態は振動子中心線から外れて支持基板に対し垂直な方向に振動せず、傾いた斜めの振動となる。振動子が傾いて振動した場合、振動子上に対称に形成された一対お検出電極から発生する信号の大きさも変化してしまい特性が安定しない。
【０００７】
そこで従来では、作製した振動子の表面を研磨して非対称形状の振動子の質量バランスを調整したり（特許文献２参照）、支持基板に対する振動子の拘束位置で振動特性を調整する方法が知られている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１３６４３号公報
【特許文献２】特開２０００−６５５７９号公報
【特許文献３】特開２００１−３３０４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の振動型ジャイロセンサの調整方法では、半導体製造プロセスを用いて作製される微細かつ小型の振動型ジャイロセンサに適用することは非常に困難である。
【００１０】
また、微細かつ小型に作製された振動型ジャイロセンサの振動調整の際に、振動子表面に形成された圧電膜や各種電極膜を損傷させてしまい、安定した圧電特性が得られなくなるおそれがある。更に、振動子の振動特性調整を目的として行った振動子表面への加工によって、振動子自体の強度が低下して耐久性を劣化させてしまうおそれもある。
【００１１】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、安定した特性と高い強度を確保して振動子の振動特性を調整することができる振動型ジャイロセンサ及びその調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するに当たり、本発明は、一方の面に圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成された片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子と、この振動型ジャイロセンサ素子が実装される支持基板とを備えた振動型ジャイロセンサにおいて、振動型ジャイロセンサ素子は、振動子の上記一方の面側を支持基板側に向けて実装されているとともに、振動子の上記一方の面以外の領域を、当該振動子の振動特性調整用の凹部が形成された被加工領域としている。
【００１３】
また、本発明は、一方の面に圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成された片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子が、支持基板に実装されてなる振動型ジャイロセンサの調整方法であって、振動子の上記一方の面側を支持基板側に向けて、振動型ジャイロセンサ素子を支持基板に実装する工程と、振動子の上記一方の面以外の被加工領域に対してレーザー加工を施して振動子の振動特性を調整する工程とを有する。
【００１４】
以上のように、本発明では、振動型ジャイロセンサ素子をその振動子の上記一方の面が支持基板側に向くように実装したときに、例えば、当該素子の上面側に臨む振動子の面を被加工領域としてレーザー加工し振動特性調整用の凹部を形成する。当該凹部は振動子の形状非対称性に起因する振動特性を所定の振動モードに矯正できる位置に形成される。
【００１５】
ここで、振動子の上記被加工領域は、支持基板に実装された振動型ジャイロセンサ素子の上面側又は側方側に臨んでいるので、レーザーの照射による振動特性の調整を容易に行うことができる。また、支持基板に実装した後に振動子の振動特性の調整を行うようにしているので、実装前後における振動特性の変動を回避できるとともに、実装後の特性を判断しながら素子を個別に使用範囲内に調整することが可能となる。
【００１６】
また、上記被加工領域は、圧電膜等が形成される上記一方の面と対向する面及び側面、あるいはこれら面の稜線部等が該当する。従って、これらの領域は、上記一方の面と離間した領域であるので、レーザー加工時に発生する熱により圧電膜の特性が変化したり、分極状態が変化する等の影響を最大限回避することができる。
【００１７】
安定した角速度センサの特性を得るためには、振動子の形状バラツキによる縦横の共振周波数の周波数差と、共振時の左右検出信号の波形の振幅と位相を一致させる必要がある。本発明では、調整前にこの周波数差と検出信号の波形の差をモニターしその値によって加工する位置を決定する。
【００１８】
具体的に、縦共振状態で発振させた状態で検出信号から動作周波数を読み取りこれを縦共振周波数とする。また、一対の検出信号を読み取り二つの信号差を差分信号とする。次に、横共振状態で発振させた状態で検出信号から動作周波数を読み取りこれを横共振周波数とし、これと縦共振周波数との差を離調度とする。そして、離調度と差分信号が目標値に達するまでこれを繰り返す。
【００１９】
調整する効果の度合いは加工する位置によって決定され、振動子の根元から先端に向けて周波数差、検出信号バランスともに変化量が小さくなるので、根元を加工することで粗調整、先端を加工することで微調整と使い分けることができる。また、レーザー加工を行う位置とレーザー加工により削る深さを制限することで、落下衝撃に対する振動子の強度や耐久性を確保することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、支持基板に実装した振動型ジャイロセンサ素子の振動子に対して、圧電膜等が形成される面以外の領域を被加工領域として振動特性調整用の凹部を形成するようにしているので、素子実装後において個々に振動特性を調整することが可能であるとともに、調整時における圧電膜の特性変化を回避することができる。
【００２１】
また、振動特性の調整を、振動子の圧電膜等が形成されていない面側に対するレーザー加工を施すことで実現しているので、半導体製造プロセスで作製される小型の振動型ジャイロセンサ素子の安定した素子特性と外部衝撃に対する耐久性を確保しながら、微細な調整作業を精度よくかつ容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお勿論、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１Ａ，Ｂは、本発明の実施の形態による振動型ジャイロセンサ素子１００を示しており、Ａは振動型ジャイロセンサ素子１００の全体を示す外観斜視図、Ｂは振動型ジャイロセンサ素子１００の振動子１１０のみを拡大して示す斜視図である。この振動型ジャイロセンサ素子１００は、図１Ａ，Ｂに示すように、シリコン単結晶基板から切り出された、いわゆる片持ち梁形状の振動子１１０を備えている。この振動子１１０は、長手方向に対して垂直な平面で切断したときの断面形状が直角四辺形となる四角柱状に形成されている。
【００２４】
この振動型ジャイロセンサ素子１００は、そのおおよその大きさとして、素子厚みｔ１が３００μｍ、素子長さｔ２が３ｍｍ、素子幅ｔ３が１ｍｍである。また、実際に振動する振動梁すなわち振動子１１０の大きさとして、振動梁厚みｔ４を１００μｍ、振動梁長さｔ５を２．５ｍｍ、振動梁幅ｔ６を１００μｍとした。この形状で振動梁を振動させた場合の共振周波数はおよそ４０ｋＨｚ前後となる。以上の数値は一例であり、使用する周波数、目標とする素子の大きさにより任意に設定可能である。
【００２５】
振動型ジャイロセンサ素子１００は、支持基板２０（図３参照）上に実装されて使用される。この支持基板２０と対向する側の素子１００の実装面（底面）を図２に示す。
【００２６】
振動子１１０の表面には、基準電極１０４ａ、圧電体１０５ａが順に積層されている。圧電体１０５ａの上には、駆動電極１０６ａと一対の検出電極１０６ｂ，１０６ｃとが振動子１１０の長手方向に沿って互いに平行にかつ接触しないように各々形成されている。駆動電極１０６ａ、検出電極１０６ｂ，１０６ｃおよび基準電極１０４ａには、それぞれ配線接続端子１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄが設けられている。
【００２７】
圧電体１０５ａは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスや、水晶、ＬａＴａＯ3などの圧電単結晶などからなる圧電膜である。基準電極１０４ａ、駆動電極１０６ａ及び検出電極１０６ｂ，１０６ｃは、金属電極あるいは導電性酸化物電極等からなる。
【００２８】
図３は支持基板２０上に振動型ジャイロセンサ素子１００が実装されてなる角速度センサ（振動型ジャイロセンサ）１５０の要部斜視図である。振動型ジャイロセンサ素子１００は、図２を参照して説明した実装面を下向きにして支持基板２０上に実装されている。本実施の形態では、振動型ジャイロセンサ素子１００の配線接続端子１０１Ａ〜１０１Ｄに各々金バンプを形成し、これら金バンプを介して各配線接続端子１０１Ａ〜１０１Ｄを支持基板２０上のランド２１Ａ〜２１Ｄに接合している。
【００２９】
振動型ジャイロセンサ素子１００の振動子１１０は、基準電極１０４ａ、圧電体１０５ａ、駆動電極１０６ａ及び検出電極１０６ｂ，１０６ｃが積層形成された表面（振動子の一方の面）側を支持基板２０側に向けられる。このため、振動子１１０の表面と対向する面、即ち圧電体及び各種電極膜が形成されていない振動子１１０の裏面１１０ｂ側が、図３において上方側に臨んでいる。なお、支持基板２０の振動子１１０と対向する部位には、支持基板２０の表面に対する振動子１１０の垂直方向の振動動作を適正に行わせるための凹部（ニゲ）２２が所定の範囲及び深さで形成されている。
【００３０】
後述するように、振動子１１０の外形形状は、シリコン基板に対する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）加工によって形成される。このとき、エッチング条件やウェーハ位置等に応じて、振動子１１０の形状が振動方向に関して左右対称にならない場合がある。この場合、振動子１１０の重心位置は左右何れか一方側に偏倚して質量バランスが崩れ、支持基板２０に対して垂直方向に振動せずに、質量が小さい側に傾いて斜め方向に振動する。この場合、左右の検出電極１０６ｂ，１０６ｃから出力される検出信号に大きな信号差が発生し、適正な角速度検出が不可能となる。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、作製した振動型ジャイロセンサ素子１００を支持基板２０へ実装した後、個々の素子について、振動子１１０の振動状態を図３に示す垂直振動モードに矯正するべく、後述するような手法を用いて振動子１１０の裏面１１０ｂ側にレーザービームを照射し凹部８０を形成する。これにより、振動子１１０の質量バランスを調整して最適な振動モードに矯正することができる。なお、振動子１１０の表面（裏面１１０ｂ）に隣接する側面にレーザービームを照射して上記凹部を形成することによっても同様な効果を得ることができる。
【００３２】
ここで、振動子１１０の裏面１１０ｂ側が、支持基板２０に実装された振動型ジャイロセンサ素子１００の上面側に臨んでいるので、レーザーの照射による振動特性の調整を容易に行うことができる。また、支持基板２０に実装した後に振動子１１０の振動特性の調整を行うようにしているので、実装前後における振動特性の変動を回避できるとともに、実装後の特性を判断しながら素子を個別に使用範囲内に調整することが可能となる。
【００３３】
また、振動調整用のレーザー加工領域は、圧電膜１０５ａ等が形成された振動子１１０の表面と離間した面であるので、レーザー加工時に発生する熱により圧電膜の特性が変化したり、分極状態が変化する等の影響を最大限回避することができる。また、振動子１１０の表面を支持基板２０に対向するように素子の底面側に向けさせることで、外部から侵入する熱や光等の外乱による影響を受け難くして、安定した素子特性を維持することが可能となる。
【００３４】
一方、シリコン基板には、その表面に極めて微細な凹凸やマイクロクラック等が存在している。上述のように振動子１１０の外形は、シリコン基板に対するＲＩＥ加工によって形成される。この際に、振動子１１０の裏面１１０ｂ側とその両側の稜線部位にプラズマの流れにより微細な筋状の凹凸も生じる。これらの微細な凹凸やクラックについては、図４Ａに示すように微細凹凸部１２７と総称する。なお、図では凹凸部１２７をやや誇張して示している。
【００３５】
振動型ジャイロセンサ素子１００においては、例えば振動動作時に大きな衝撃等が付加されると、振動子１１０の裏面１１０ｂやその稜線部位に存在する微細凹凸部１２７に応力が集中し、振動子１１０にクラックが生じたり破損等が発生するおそれがある。
【００３６】
そこで本実施の形態では、振動子１１０の稜線部位や裏面１１０ｂあるいは側面に対してレーザー照射を行ってシリコン基板の表面を溶融させ、図４Ｂに示すように面取り部１３０あるいは溶融面１３４を形成することによって微細凹凸部１２７を除去するようにしている。これにより、振動子１１０に外部負荷が加えられた場合にも、微細凹凸部１２７における応力集中が抑制されるようになり、振動子１１０の機械的強度の向上を図ることができる。
【００３７】
なお、これら面取り部１３０や溶融面１３４の形成は、振動子１１０の振動特性の調整工程の前に行われると共に、当該調整工程で使用されるレーザー装置が共用される。レーザー装置を共用することで、精密な研磨処理等の機械加工を施すことなく面取り部１３０あるいは溶融面１３４を簡易に形成することが可能である。勿論、面取り部１３０や溶融面１３４の形成に用いられるレーザー装置は、上記調整工程で使用されるレーザー装置と共用される場合に限らず、別個のものでもよい。
【００３８】
以上のように構成される振動型ジャイロセンサ素子１００は、図５に示すＩＣ回路４０に接続されることで動作し、角速度に応じて発生するコリオリ力を検出する角速度センサ（振動型ジャイロセンサ）として機能する。ＩＣ回路４０は、振動型ジャイロセンサ素子１００が実装される支持基板２０（図３）上に同時に搭載されたＩＣ回路素子や他の電子部品で構成される。
【００３９】
ＩＣ回路４０は、加算回路４１と、増幅回路４２と、移相回路（phase-shift circuit）４３と、ＡＧＣ（Auto Gain Controller）４４と、差動増幅回路４５と、同期検波回路４６と、平滑回路４７とを備えている。
【００４０】
振動型ジャイロセンサ素子１００の一対の検出電極１０６ｂ，１０６ｃは、それぞれ加算回路４１と差動増幅回路４５とに接続される。また、振動型ジャイロセンサ素子１００の駆動電極１０６ａは、ＡＧＣ４４の出力端と接続される。
【００４１】
この角速度センサでは、加算回路４１、増幅回路４２、移相回路４３、ＡＧＣ４４及び振動型ジャイロセンサ素子１００によって、いわゆる移相発振回路が構成されている。そして、この移相発振回路によって、振動型ジャイロセンサ素子１００の基準電極１０４ａと駆動電極１０６ａとの間に電圧が印加され、振動子１１０を自励振動させる。振動子１１０の振動方向は、当該振動子１１０の厚み方向となる。
【００４２】
また、この角速度センサでは、一対の検出電極１０６ｂ，１０６ｃが加算回路４１および差動増幅回路４５に接続され、差動増幅回路４５の出力端が同期検波回路４６に接続され、この同期検波回路４６が平滑回路４７に接続されており、これらと圧電体１０５ａとで、振動子１１０の角速度を検出する検出部として機能する。
【００４３】
すなわち、振動型ジャイロセンサ素子１００の振動子１１０を上述した移相発振回路で自励振動させている際に、振動子１１０の長手方向のまわりに角速度が生じると、コリオリ力により振動子１１０の振動方向が変化する。この場合、検出電極１０６ｂ，１０６ｃの一方の出力は増加し、他方の出力は減少する。何れかの出力あるいは両出力の変化量をＩＣ回路４０により検出測定して、振動子１１０の長手方向のまわりの入力角速度を検出する。
【００４４】
次に、以上のように構成される本実施の形態の振動型ジャイロセンサ素子１００の一製造例を説明する。図６は、振動型ジャイロセンサ素子１００の製造方法を説明する主要工程フローである。
［基板準備工程］
【００４５】
まず、図７Ａ，Ｂに示すようなＳｉ基板１を用意する。基板１の大きさは、所有する薄膜プロセスのラインに応じて任意に設定され、本実施の形態では直径が４インチのウェーハを用いた。基板１の厚みは、作業性やコストにより決定されるが、最終的に振動子の厚み以上であればよく、本実施の形態では３００μｍの厚みとした。
【００４６】
このＳｉ基板１の両面には、異方性湿式エッチングの際の保護マスクとなる熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）２Ａ，２Ｂを形成しておく。熱酸化膜２Ａ，２Ｂの膜厚は任意であるが、本実施の形態では０．３μｍ程度とした。また、Ｓｉ基板１に関してはＮ型を採用しているが、その選択は任意である。Ｓｉ基板１の方位面は、図７Ａで示す基板広口面が（１００）方位面、基板１の断面となる図７Ｂの面が（１１０）面となるように基板の切り出しが行われている。
【００４７】
［ダイヤフラム形成工程］
次に、図８Ａ，Ｂに示すように、基板１の裏面の熱酸化膜２Ｂの一部を除去するために、除去する部分を開口部とするレジストパターン膜３を形成する。このレジストパターン膜３の形成方法は、通常の半導体薄膜形成プロセスで用いられるフォトリソグラフィー技術を用いている。レジスト材は、例えば東京応化社製ＯＦＰＲ−８６００を用いたが、種類はこれに限られない。フォトリソグラフィーの工程は、レジスト材塗布・プレベーキング・露光・現像という一般的に薄膜工程で用いられる技術であり、ここでは詳細は省略する。また、この後のプロセスにおいてもフォトリソグラフィー技術を用いているが、特殊な使用方法を除き一般的な工程に関しては省略する。
【００４８】
図８Ａで示す開口部のそれぞれが１つの素子となる。開口部の形状は最終的な梁形状と基板１の厚み、および梁形状（振動子１１０）を形成する際のエッチング幅（図３０及び図３１において符示するｔ７）で決定される。エッチング幅ｔ７については後述するが、ここでは２００μｍとした。
【００４９】
開口部の幅方向（ダイヤフラム幅ｔ９）に関して、必要となる幅は、まず振動梁幅ｔ６＋エッチング幅ｔ７×２（左右分）である。さらに、基板１の厚みが３００μｍで振動梁厚みが１００μｍであり、後述するが湿式エッチングの方法で基板厚み３００μｍを振動梁厚み１００μｍまで削る場合、図１１に示すようにダイヤフラム深さｔ１０は２００μｍであり、このときθ１＝５５°の角度をもって削られる特徴がある。このためその分の幅：ｔ１０×１／ｔａｎ５５°＝１４０μｍ、を左右分足しておく必要がある。結局ダイヤフラム幅ｔ９＝ｔ６＋ｔ７×２＋１４０×２＝１００＋２００×２＋１４０×２＝７８０μｍとなる。同様にダイヤフラム長ｔ８＝振動梁長ｔ５＋梁空間隔ｔ７＋１４０×２＝２５００＋２００＋１４０×２＝２９８０μｍとなる。
【００５０】
次に、図９Ａ，Ｂに示すように、上記の開口部分に相当する部分の熱酸化膜２Ｂを除去する。除去の方法はイオンエッチング等の物理的エッチングでも湿式エッチングでも構わないが、基板１の界面の平滑性を考慮すると熱酸化膜２Ｂのみが除去される湿式エッチングが好適である。本実施の形態では湿式エッチングの薬液としてフッ化アンモニウムを用いた。ただし、湿式エッチングの場合長時間エッチングを行うと開口部分の側面からエッチングが進行するいわゆるサイドエッチングが大きくなるため、熱酸化膜２Ｂの開口部分のみが除去された時点でエッチングを終了させる必要がある。
【００５１】
次に、図１０Ａ，Ｂおよび図１１に示すように、開口部分として露出した基板１に対して湿式エッチングを施すことにより、開口部分の基板１の厚みを所望の振動梁厚ｔ４になるまで削る。本実施の形態ではＳｉである基板１をエッチングするためＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２０％溶液を用いている。この際、液温度を８０℃に保持し浸漬エッチングを行っている。
【００５２】
図１１は図１０ＢのＷ部分を拡大して示したものである。上記の条件でエッチング量（ダイヤフラム深さ）ｔ１０を２００μｍとするために、およそ６時間のエッチングを行った。また、このエッチングにより開口部分の基板１の形状は、図１１に示すように端部が湿式エッチング角度θ１（＝５５°）を持って形成される。また、このような湿式エッチング薬液としてＴＭＡＨ以外にＫＯＨ（水酸化カリウム）やＥＤＰ（エチレンジアミン−ピロカテコール−水）溶液等が使用できるが、本実施の形態では熱酸化膜２Ａ，２Ｂとのエッチングレートの選択比がより大きくなるＴＭＡＨを採用した。
【００５３】
ところで、本実施の形態では振動梁厚みになるまでの基板研削にＳｉの特徴を活かした湿式エッチングを採用しているが、研削の方法は任意でありこの方法に限定されるものではない。
【００５４】
上記の方法により上記開口部分の中にダイヤフラムが形成される。湿式エッチングにより残されたダイヤフラム厚みｔ１１が最終的に振動梁厚みｔ４と等しくなる。
【００５５】
なお、以降の説明では、図１０Ａ，ＢにＷで示した１つの素子を拡大して説明する。また、図では説明をわかり易くするため、実際の寸法比とは異なる場合もある。また、図１２Ａ，Ｂに示すように、今後は上記までに形成したダイヤフラムの開口部および熱酸化膜２Ｂを下方にして説明する。
【００５６】
［電極膜形成工程］
次に、図１２Ａ，Ｂに示すように下層電極膜４、圧電膜５、上部電極膜６を形成する。下層電極膜４は、圧電膜の特性を向上させるために、下地膜としてＴｉ（チタン）膜（膜厚５０ｎｍ以下、例えば２０ｎｍ）とこのＴｉ膜の上に形成したＰｔ（白金）膜（膜厚１００ｎｍ）とからなる積層膜とした。なお、Ｐｔ以外にＡｕやＲｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）等の他の金属膜が適用可能であり、Ｔｉ以外にＴａ（タンタル）等も適用可能である。
【００５７】
下層電極膜４の形成工程では、まず、マグネトロンスパッタ装置でＴｉを２０ｎｍ成膜し、上記Ｔｉ上にＰｔを１００ｎｍ成膜した。Ｔｉ及びＰｔは、ガス圧０．５Ｐａでそれぞれ１ｋＷ及び０．５ｋＷのＲＦ（Radio Frequency）パワー（高周波電力）で成膜した。チタン酸ジルコン酸鉛の下地膜として、Ｐｔ膜が使われているが、その密着性を高めることを目的としてＴｉが成膜される。
【００５８】
次いで、圧電膜５を形成する。圧電膜５の形成工程では、マグネトロンスパッタ装置でＰｂ１．０２（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３の酸化物ターゲットを用い、常温、酸素ガス圧を０．２〜３Ｐａ、ＲＦパワー０．１〜５ｋＷの条件で圧電膜５を１．４μｍ成膜した。なお、圧電膜５の形成方法の詳細については後述する。
【００５９】
そして、上部電極膜６の形成工程では、上述のようにして形成された圧電膜５の表面にＰｔを２００ｎｍ成膜した。上記Ｐｔはマグネトロンスパッタ装置でガス圧０．５Ｐａ、ＲＦパワー０．５ｋＷの条件で成膜した。
【００６０】
［電極膜加工工程］
次に、図１３Ａ，Ｂに示すように、成膜した上部電極膜６を所定形状に加工する。上部電極膜６は図１３Ａで示すように３つの部分に分かれる。その中の中心が振動梁を駆動させる動力を発生させるための駆動電極（６ａ）であり、その左右にコリオリ力を検出するための検出電極（６ｂ，６ｃ）が設置される。駆動電極の幅方向中心が振動梁の中心と一致し、左右の検出電極は対称に形成される。上部電極膜６の直線部分の端部には配線接続部分が設けられている。
【００６１】
本実施の形態では駆動電極幅ｔ１３を５０μｍ、検出電極幅ｔ１４を１０μｍ、上部電極長ｔ１２を２ｍｍ、駆動電極６ａと検出電極６ｂ，６ｃの間は５μｍとした。この大きさに関しては任意であるが、最終的な振動梁の大きさの範囲内に納める必要がある。また、後述する配線パターンとの接続部分に関しての形状も任意であり、本実施の形態では接続部幅ｔ１６を５０μｍ、接続部長ｔ１５を５０μｍとした。
【００６２】
上部電極膜６の加工方法としては、フォトリソグラフィー技術を用いて所望のレジストパターン膜を形成した後、イオンエッチングにより不要な部分の上部電極膜６を除去した。上部電極膜６の加工方法に関しては特に限定されるものではない。
【００６３】
次に、図１４Ａ，Ｂに示すように、圧電膜５を所定形状に加工する。圧電膜５は上部電極膜６を完全に覆う形であれば、形状は任意である。本実施の形態では圧電膜長ｔ１７を２．２ｍｍ、圧電膜幅ｔ１８を９０μｍとした。ここで、圧電膜幅の中心を振動梁の中心と一致させる。圧電膜幅ｔ１８は振動梁の幅ｔ４以下の幅である必要がある。また、上部電極膜６の外周より５μｍの幅を持たせて圧電膜５を加工した。この幅に関しては素子全体の形状サイズにより任意に設定される。
【００６４】
圧電膜５の加工方法としては、フォトリソグラフィー技術を用いて圧電部形状のレジストパターン膜を形成した後、本実施の形態ではフッ硝酸溶液による湿式エッチングにより除去した。除去の方法に関しては任意であり、物理的なイオンエッチングによる除去や、化学的にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により除去する方法が考えられる。
【００６５】
次に、図１５Ａ、Ｂに示すように、下層電極膜４を所定形状に加工する。この下層電極膜４は圧電膜５を完全に覆う形であれば形状は任意である。本実施の形態では下層電極長ｔ１９を２．３ｍｍ、下層電極幅ｔ２０を９４μｍとした。ここで、下層電極幅の中心は振動梁の中心と一致させる。下層電極幅ｔ２０は振動梁の幅ｔ４以下の幅である必要がある。また、圧電膜５の外周より５μｍの幅を持たせて下層電極膜４を加工した。この幅に関しては素子全体の形状サイズにより任意に設定される。また、下層電極膜４に対して外部との電気的接合を図るため、図１５Ａに示すように下層電極接合部分４Ａを設ける。下層電極接合部４Ａは、この後配線パターンで引き出せる面積を確保する必要があり、下層電極接合部長ｔ２１を２００μｍ、下層電極接合部幅ｔ２２を１００μｍとした。
【００６６】
以上の下層電極膜４の加工方法としては、フォトリソグラフィー技術を用いて下層電極部形状のレジストパターン膜を形成した後、イオンエッチングにより不要部分を除去した。この加工方法に関しても任意であり、イオンエッチングに限定されるものではない。
【００６７】
［配線膜形成工程］
次に、図１６及び図１７に示すように、配線下地膜７を形成する。この目的は、後述する配線膜９の密着性を確保するためである。配線下地膜７は絶縁材料が前提となる。配線下地膜７は振動子上、各電極接続部６ａ，６ｂ，６ｃ、振動子周辺のエッチング領域以外に成膜されていれば、その形状は任意である。本実施の形態では電極膜の密着性向上も兼ねて、上部電極膜６、下層電極膜４のそれぞれと配線下地膜７を５μｍの重なりを持たせることとした。
【００６８】
配線下地膜７の形成方法は、フォトリソグラフィー技術により所望の形状を開口部とするレジストパターン膜を形成した後、配線電極膜をスパッタリングにより成膜し、不要な部分に付着したスパッタリング膜をレジストパターン膜の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフの手法を用いた。材料はアルミナを選定し、７５ｎｍ堆積させた。ただし、この配線下地膜７の材料および形成方法は任意であり、上記の形成方法および材料に限定されるものではない。
【００６９】
次に、図１８および図１９に示すように、電極接続部６ａ，６ｂ，６ｃに平坦化レジスト膜８を設置する。この平坦化レジスト膜８は後述する配線膜９と上部電極膜６との電気的接続を円滑に行うことが目的である。配線膜９と上部電極膜６を物理的に接合する際に、圧電膜５と下層電極膜４の端部を通過せざるを得ないが、圧電膜５に関しては本実施の形態では湿式エッチングにより形成しておりその端部は逆テーパーないしはほぼ垂直状態となっており平坦化レジスト膜８を設置せずに配線を行うとその端部で断線するおそれがある。また、下層電極膜４が露出しているため平坦化レジスト膜により絶縁をとらないと電気的に短絡してしまう。以上の観点から平坦化レジスト膜８を設置している。
【００７０】
平坦化レジスト膜８の形状は、後述する配線膜９を覆う形であれば任意であり、本実施の形態では平坦化レジスト膜幅ｔ２３を２００μｍ、平坦化レジスト膜長ｔ２４を５０μｍとした。
【００７１】
平坦化レジスト膜８の形成方法はフォトリソグラフィー技術によりレジスト膜を所望の形状にパターニングを行った後、２８０〜３００℃程度の熱処理を加えることでパターニングを行ったレジスト膜を硬化させる。この際、本実施の形態ではレジスト膜の厚みを２μｍ程度としたが、この厚みに関しては圧電膜５、下層電極膜４の厚みに応じて変化させ、およそ両者の厚みの合計以上の厚みをもたせることが望ましい。
【００７２】
本実施の形態では上記平坦化レジスト膜８として感光性レジスト膜を用いているが、この材料に関してはこれに限定されるものではない。上記の目的に合う非導電性の材料であればその形成方法も含めて任意である。
【００７３】
次に、図２０及び図２１に示すように、上部電極膜６と外部との接続を図るために配線膜９を形成する。これは外部との電気的接続を容易にするためであり、配線膜９は平坦化レジスト膜８の上面を通り上部電極膜６の接合部に接続される。上部電極接続部６ａ，６ｂ，６ｃの形状は任意であるが、電気的な接触抵抗を減少させるため、５μｍ四方以上の大きさが望ましい。また本実施の形態では外部との電気的接続に関してはＡｕバンプのフリップチップによる接合方法を前提としているため、図２０のように各電極に対して電極パッド１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを形成することでＡｕバンプ領域を確保している。
【００７４】
電極パッド１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１ＤはＡｕバンプの形成が可能な面積が必要であり、本実施の形態では電極パッド部長ｔ２５を１２０μｍ、電極パッド幅ｔ２６を１２０μｍとした。また、上部電極膜６である駆動電極６ａおよび左右の検出電極６ｂ，６ｃ、下層電極膜４の４つに対してそれぞれ外部との電気的な接合が必要となるため、配線膜９に関してもこれら４つに対して独立していることが必要であり、電極パッド１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの位置については素子エリアＡＲ内にあることが前提である。
【００７５】
また、この工程において同時に分極レール１１１，１１２も形成する。本実施の形態の振動子は、最終的に分極して圧電特性を安定化させるが、その分極作業を効率化するために同列の素子をまとめて行うことにしている。この同時分極を行うためには電圧印加側、ＧＮＤ側の配線を事前に形成しておく必要があり、ここでは、図２２のように各分極レール１１１，１１２として横一直線に形成している。この時点では素子とレールは独立しているが、後述するＣｕ配線１１の形成で電圧印加側とＧＮＤ側の配線が接続される。
【００７６】
配線膜９の形成方法は、フォトリソグラフィー技術により所望の形状を開口部とするレジストパターン膜を形成した後、配線電極膜をスパッタリングにより成膜し、不要な部分に付着したスパッタリングした膜をレジスト膜の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフの手法により形成した。配線膜の材料としては付着力を向上させるためＴｉを２０ｎｍ堆積させた後、電気抵抗が低く低コストのＣｕを３００ｎｍ堆積し、その後Ａｕバンプとの接合を容易にするためＡｕを５００ｎｍ堆積させた。ただし、この配線膜の材料および形成方法は任意であり上記の形成方法および材料に限定されるものではない。
【００７７】
［絶縁保護膜形成工程］
次に、図２３及び図２４に示すように、振動梁上および配線上に絶縁保護膜１０を形成する。この目的は、湿度などの外的要因による電極間リークを防止すること、また、電極膜の酸化を防止することである。振動子上保護膜幅ｔ２７は下層電極幅ｔ２０よりも広く、振動梁幅ｔ６より狭いことが条件であり、本実施の形態ではｔ２７を９８μｍとした。振動子上保護膜長ｔ２８は下層電極長ｔ１９よりも広く、振動子長さｔ５より狭いことが条件であり、本実施の形態ではｔ２８を１．９５ｍｍとした。配線膜９上の保護膜１０は、全体を覆うパターンであるが、Ａｕバンプを行う電極パッド４箇所、及びＣｕ配線１１との接続部４箇所においては、選択的に保護膜が付かないようにする必要がある。
【００７８】
保護膜１０の形成方法は、フォトリソグラフィー技術により所望の形状を開口部とするレジストパターン膜を形成した後、保護膜をスパッタリングにより成膜し、不要な部分に付着したスパッタリング膜をレジスト膜の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフ法の手法により形成した。保護膜１０の材料としては、付着力を向上させるためＡｌ2Ｏ3を５０ｎｍ堆積させた後、絶縁性の高いＳｉＯ2を７５０ｎｍ堆積し、最上層にはその後の振動梁形成時のレジスト密着性を向上させるためにＡｌ2Ｏ3を５０ｎｍ堆積させた。絶縁保護膜として機能するＳｉＯ2は、少なくとも上部電極の厚みの２倍以上は必要であるが、１μｍ以上の厚みになるとリフトオフ時にバリが発生しやすくなるため、本実施の形態では７５０ｎｍとしている。また、ＳｉＯ2成膜時は膜密度を高めるため、Ａｒ圧を放電限界の下限である０．４Ｐａで行った。
【００７９】
次に、図２５及び図２６に示すようにＣｕ配線１１を形成する。Ｃｕ配線１１は上部電極膜６の駆動電極６ａ、左右の検出電極６ｂ，６ｃを電圧印加側のレール１１１に、下層電極４をＧＮＤ側のレール１１２にそれぞれ接続する。Ｃｕ配線１１は、図２７に示すようにすべての素子で同様に接続を行う。この配線をＣｕにする理由は、分極後に湿式エッチングで容易に溶解し、素子にダメージを与えることなく再度素子を独立することができるためである。そのため、素子にダメージを与えることなく容易に消失させることができる導電体であれば、材料は任意である。配線幅ｔ２９（図２９）は分極時の導通を確保するため、３０μｍ以上が望ましい。
【００８０】
Ｃｕ配線１１の形成方法は、フォトリソグラフィー技術により所望の形状を開口部とするレジストパターン膜を形成した後、Ｃｕをスパッタリングにより成膜し、不要な部分に付着したスパッタリング膜をレジスト膜の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフの手法により形成した。Ｃｕ膜厚は分極時の導通を確保するため、４００ｎｍとした。この配線膜の形成方法は任意であり上記の形成方法に限定されるものではない。
【００８１】
次に、図２８に示すように裏面ストッパー膜１２を形成する。この目的は、後述の振動梁形成で貫通エッチングをした際、最下面のプラズマ集中によるエッジ形状不良を防止するためである。本実施の形態では裏面全面にＳｉＯ2を５００ｎｍ、スパッタリングにより形成した。
【００８２】
［振動梁形成工程］
次に、図２９、図３０及び図３１に示すように梁空間を除去して振動梁を形成する。図３０は図２９のＹＹ’の断面図、図３１は図２９のＸＸ’の断面図である。
【００８３】
梁空間の形成方法は、貫通部１３を開口部とするレジストパターン膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、熱酸化膜２Ａをイオンエッチングにより除去した後、基板１を貫通するまでエッチングする。熱酸化膜２Ａの除去に関しては湿式エッチングでも可能であるが、サイドエッチングによる寸法誤差を考慮するとイオンエッチングが好適である。
【００８４】
また基板１のＳｉを貫通させるためには本実施の形態では振動梁厚みｔ１４（ダイヤフラム厚みｔ１１）が１００μｍであり、この量をエッチング除去する必要がある。通常のイオンエッチング等ではレジスト膜との選択比がとれない上に垂直な壁面として残すことは困難である。本実施の形態では、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）を備えた装置に、エッチングと側壁保護膜成膜を繰り返すＢｏｓｃｈプロセス（エッチング時ＳＦ６、成膜時Ｃ４Ｆ８ガス）を用いることで、垂直な側壁面をもつ振動梁の形成を行った。この垂直にＳｉ材料を研削する技術は一般的に確立されており、本実施の形態でも市販されている装置により行っている。ただし、梁空間の除去の方法に関しては任意であり、上記の方法に限定されるものではない。エッチング幅ｔ７はＩＣＰでエッチング可能な幅が必要であり、本実施の形態では２００μｍとした。また、Ｃｕ配線１１、貫通させないようにする。
【００８５】
ＩＣＰでエッチング完了後は、裏面ストッパー膜１２を除去する。除去方法は任意であるが、本実施の形態ではフッ化アンモニウムによる湿式エッチングにより除去した。この時ストッパー膜１２を除去する前に、貫通パターンのレジストを除去してしまうと、絶縁保護膜１０が消失してしまうため、ストッパー膜除去後にレジストを除去することとする。ストッパー膜１２、レジスト除去後を図３２〜図３４に示す。
【００８６】
［分極処理工程］
次に、図３５Ａ，Ｂに示す素子に、圧電特性を安定にさせるための分極処理を施す。同列の素子をまとめて分極するため、印加側パッド、ＧＮＤ側パッドを介して外部電源に接続する。接続の方法、分極方法は任意であるが、本実施の形態ではワイヤボンディングで外部電源に接続して、分極処理を施した。
【００８７】
次に、図３６Ａ，Ｂに示すように、分極処理後に不要となったＣｕ配線１１を除去する。Ｃｕ配線１１を残したまま素子切断を行うと、切断面でＣｕ配線１１と基板１が電気的にリークするため、化学的に除去することが望ましい。本実施の形態では素子にダメージを与えないために、メルテックス社製エンストリップ溶液を用いて湿式エッチングを行ってＣｕ配線１１を消失させた。
【００８８】
このように、振動型ジャイロセンサ素子１００を薄膜プロセスで形成し、上記薄膜プロセスで形成された薄膜の配線を通して複数個一度に分極処理を行うことによって、大量の薄膜ジャイロを安価に、且つ安定に形成できる。
【００８９】
なお、Ｃｕ配線１１の除去は上述のウェットエッチングによる溶解除去に限られない。後述する素子切断工程では、素子をＣｕ配線１１に沿って切断するため、ダイサーで素子を分断する際にＣｕ配線１１を研削除去するようにしてもよい。この場合、Ｃｕ配線１１の形成幅ｔ２９は切断砥石幅以下であることが条件となる。本実施の形態では、砥石幅が４０μｍのダイサ−を用いて素子を分断するため、配線１１の形成幅ｔ２９は２０μｍ以上４０μｍ以下とする必要がある。２０μｍ未満では分極電圧印加時に抵抗により発熱して配線１１が溶断するおそれがある。４０μｍを超えると砥石幅よりも大きくなって分断後に素子に残存するからである。
【００９０】
［金バンプ形成工程］
次に、図３７Ａ，Ｂに示すように、フリップチップを行うためのＡｕバンプ１４を形成する。Ａｕバンプ１４は４箇所の電極パッド上に形成する。
【００９１】
［切断工程］
次に、図３８Ａ，Ｂに示すように、基板１上に圧電薄膜センサとして形成された１５個の振動型ジャイロセンサ素子１００を個々に分断する。分断時はＣｕ配線ブリッジ部の幅３２μｍ以上の砥石で切断する必要があり、本実施の形態では幅４０μｍの砥石でダイシングによりカッティングした。図３８Ｂのように素子サイズに従って切断線Ｌ１〜Ｌ３に沿って切断する。この場合の切断線Ｌ１，Ｌ２はＣｕ配線ブリッジ部上を切断することが条件となるが、これにより貫通部１３と切断面で分断された図３９に示す圧電薄膜センサとして振動型ジャイロセンサ素子１００が完成し、図３８Ｂに示すＣ部が不要部分となる。
【００９２】
［実装工程］
そして、個々に分断した振動型ジャイロセンサ素子１００は、例えば図４０に示すように、フリップチップの手法でＩＣ基板等の支持基板に実装される。ＩＣ基板は素子の配置に合わせて電気的結線が完了するようにあらかじめ設計されている。図４０の例では、振動型ジャイロセンサ素子１００をＸ方向及びＹ方向に１つずつ実装することにより、２個の振動型ジャイロセンサ素子１００Ａ，１００Ｂを備える二軸の角速度センサ１５０としている。
【００９３】
この角速度センサ１５０は、図４１に示すように、素子および回路と外部との接触をなくすためカバー材１５により気密に密閉かつ保護されている。カバー材１５の材料は任意であるが外部ノイズの影響を考慮して、金属などシールドの効果のあるものが望ましい。また、カバー材１５は振動梁の振動を妨げない形状とされている。
【００９４】
［調整工程］
ここで、本実施の形態における振動型ジャイロセンサ素子１００は、上記ＩＣＰを用いたＲＩＥによって振動子の外形加工を行っているが、その中心線上に対し、基板内の全素子が完全に左右対称に形成できるとは限らない。
【００９５】
このため例えば図４２Ａ，Ｂに示すように振動子の断面形状が台形形状となった場合、本来の振動子圧電膜形成面に対して垂直な上下振動からずれて、振動子中心線上から見て質量が小さい側に傾いた振動状態となる。上記振動状態が傾いた場合、縦共振周波数で振動させると振動子上の中心線に対して左右対称に形成された検出電極からの出力の大きさは、傾いた側の検出信号の方が大きくなり、逆側の検出信号が小さくなる。このため、左右の検出信号に差が生じてしまう。
【００９６】
本実施の形態では、この現象の対処法として、個々に分断した振動型ジャイロセンサ素子１００について、振動子１１０の中心線上からみて質量の大きい側をレーザー加工により研削して、左右のバランスを対称とすることにより、垂直な振動状態に矯正する調整工程を実施する。
【００９７】
具体的な調整方法として、振動子１１０自体の断面形状の詳細を観察することは困難であるが、縦共振周波数で振動子１１０を振動させた場合の左右検出信号の大きさを比較して、その小さい側の振動子の一部をレーザー加工により削り取って凹部を設けることにより、調整を行う。
【００９８】
調整工程は、調整前に、図４３Ａに示すように、発振回路７１の発振出力Ｇ０を駆動電極１０６ａに印加することによって振動型ジャイロセンサ素子１００を縦共振状態で駆動させる。調整工程は、一対の検出電極１０６ｂ，１０６ｃから得る検出信号Ｇａ，Ｇｂを加算回路７２によって加算し、その加算信号を発振回路７１に帰還させる。そして、検出電極１０６ｂ，１０６ｃから得る検出信号Ｇａ，Ｇｂに基づいて、発振回路７１の発振周波数を縦共振周波数ｆ０として測定するとともに検出信号Ｇａ，Ｇｂの差を差分信号として測定する。
【００９９】
また、調整工程は、図４３Ｂに示すように、発振回路７１の発振出力Ｇ１を検出電極１０６ｂに印加することによって振動型ジャイロセンサ素子１００を横共振状態で駆動させる。そして、検出電極１０６ｃから得る検出信号Ｇｂ−１を発振回路７１に帰還させるとともに、検出信号Ｇｂ−１に基づいて、発振回路７１の発振周波数を横共振周波数ｆ１として測定する。さらに、調整工程は、図４３Ｃに示すように、発振回路７１の発振出力Ｇ２を検出電極１０６ｃに印加することによって振動型ジャイロセンサ素子１００を横共振状態で駆動させる。そして、検出電極１０６ｂから得る検出信号Ｇａ−２を発振回路７１に帰還させるとともに、検出信号Ｇａ−２に基づいて、発振回路７１の発振周波数を横共振周波数ｆ２として測定する。
【０１００】
なお、横共振周波数は、一方の検出信号Ｇｂ−１から得る横共振周波数ｆ１と他方の検出信号Ｇａ−２から得る横共振周波数ｆ２とは等しいことから、検出電極１０６ｂ，１０６ｃのいずれか一方の接続状態で行うようにすればよい。
【０１０１】
上述した各測定によって得た縦共振周波数ｆ０と横共振周波数ｆ１，ｆ２の周波数差を離調度とし、離調度が所定の範囲であるか否かを判定する。また、調整工程は、振動子を縦共振周波数で振動させたときに検出電極１０６ｂ，１０６ｃから検出される差分信号が所定の範囲であるか否かを判定する。上述した離調度や差分信号の判定結果に基づいて、その大きさから振動子に対する調整加工位置を決定しレーザ照射を行って一部を研削して調整を行う。調整工程は、以下同様の測定・レーザ加工を、離調度と差分信号とが目標値に達するまで施す。
【０１０２】
レーザー加工により削り取って振動子に凹部８０を設ける被加工領域は、圧電膜や各種電極膜が形成される振動子の表面以外の領域とされ、図３に示したように振動子１１０の裏面１１０ｂや側面、振動子１１０の先端面、あるいは図４４に示すように振動子１１０の裏面１１０ｂと側面の境界となる稜線部分が該当する。なお、振動子１１０の表面とその側面との間の稜線部も上記被加工領域に含めることができる。この場合、当該表面側の稜線部と圧電膜の形成領域との間が一定以上離れているなど、凹部のレーザー加工時に振動子表面の圧電膜が影響を受けないことが必要である。離調度調整用の凹部及び／又は差分信号（バランス）調整用の凹部の数は単数に限らず複数も含まれる。凹部を複数形成する例では、調整の効果を確認しながら凹部の形成位置や形成数を逐次変化させることで、最終的に目標値にまで調整していくことができる。
【０１０３】
レーザー加工により調整する効果の度合いは、加工する位置及び範囲によって決定される。図４４に示すように、振動子１１０の稜線部分に対して先端側から根元側に向けて凹部８０を設ける加工位置をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとした場合、振動子１１０の根元から先端に向けて離調度、検出信号バランスともに変化量が小さくなるので、根元側を加工することで粗調整、先端側を加工することで微調整と使い分けることができる。ここで「レーザ加工量」は、深さ方向の加工量と振動子長手向の加工量の総計である。従って、加工深さが浅くても加工範囲が広くなれば加工量は大となり、同様に、加工範囲が狭くても加工深さが深くなれば加工量は大となる。
【０１０４】
図４５は、凹部８０を設ける加工位置Ａ，Ｂ，Ｃにおけるレーザー加工量とバランスの変化量［（Ｇａ／Ｇｂ）ｄｂ］の関係を示している。また、図４６は、サンプル１，２，３について初期状態によって凹部８０を設ける位置Ａ，Ｂ，Ｃを決定してレーザー加工を施して、バランスを目標値まで調整した場合のバランス［（Ｇａ／Ｇｂ）ｄｂ］の変化状態を示している。
【０１０５】
レーザー加工により一部を削り取って凹部８０を設ける加工位置は、振動子拘束端部付近が最も効果が大きくなるが、形状量は任意である。削り取る量は、左右の検出信号を比較して調整すればよい。
【０１０６】
次に、レーザー加工により振動子１１０の裏面中央部分（中心軸線上）を削り取り、図４７に示すように、振動子１１０の先端側から根元側に向けて凹部８０を設ける加工位置をそれぞれＡ０，Ｂ０，Ｃ０とした場合の、各加工位置Ａ０，Ｂ０，Ｃ０におけるレーザー加工量と離調度の変化量［Ｈｚ］の関係を図４８に示す。加工位置が根元側に近いほど離調度の変化量は大きくなる。また、各加工位置Ａ０，Ｂ０，Ｃ０におけるレーザー加工量とバランスの変化量［（Ｇａ／Ｇｂ）ｄｂ］の関係を図４９に示す。加工位置に関係なくバランスは変化しない（（Ｇａ／Ｇｂ）＝１）。さらに、図５０は、サンプル１，２，３について初期状態によって加工位置Ａ０，Ｂ０，Ｃ０を決定してレーザー加工を施して、離調度を目標値まで調整した場合の変化を示している。
【０１０７】
さらに、レーザーで調整を行った振動子１１０を、振幅１００μｍまで振動させたときに、レーザー加工した部分で振動子１１０が折れるか否かを実験した結果を図５１に示す。
【０１０８】
図５１において、三角のプロットは振幅が１００μｍに満たない時点で振動子がレーザー加工部を起点として破壊してしまったことを意味する。この図５１に示す実験結果より、振動子の根元付近に深い加工を施すほど、振動子１１０は破壊しやすくなっていることがわかる。
【０１０９】
次に、何も加工を行っていない振動子、図５１の三角プロット範囲でレーザー加工を施した振動子、図５１の丸プロットで示した範囲内でレーザー加工を施した振動子について、実際に振動子１１０を実装したジャイロセンサを２００ｇの剛体に貼り付け落下させたときの振動子１１０が折れる高さを集計したヒストグラムをそれぞれ図５２、図５３，図５４に示す。
【０１１０】
何も加工を行っていない振動子では、図５２に示すように、１５０ｃｍ程度の高さで破壊し、１００μｍ角柱の振動子のシリコン強度がこの程度であるのに対し、図５１の三角プロット範囲でレーザー加工を施したものでは、図５３に示すように、５０ｃｍ程度の高さで振動子１１０は破壊されており、外部衝撃に対する強度が半減している。また、その破壊が起きている場所はレーザー加工を施した場所を基点としている。
【０１１１】
これに対し、図５１の丸プロットで示した範囲内でレーザー加工を施した振動子１１０では、図５４に示すように、１５０ｃｍ程度の高さまで強度は保たれ、加工を施していない振動子と同等の強度が得られている。
【０１１２】
さらにこの場合、振動子１１０の破壊が起きる場所はレーザー加工を施した場所ではなく振動子１１０に最も応力の集中する根元から破壊が起きており、この実施の形態における大きさの振動子１１０を用いる限り、これ以上の強度を望めない強度のところで破壊していることを示している。
【０１１３】
また、レーザー加工の研削痕を連続したものでなく図５５に示すスポット状でかつそれぞれのスポットが重ならないステップ状とした場合には、図５６に示すように、１００μｍ以内で振動子１１０の破壊が起きる領域が狭くなり、図５１と比較して同じ場所でのレーザー加工の深さを深くしても、破壊が起きない。すなわち、連続した加工よりも、ステップ状の加工の方が振動子１１０の強度が強いことを意味している。
【０１１４】
しかしながら、振動子１１０の根元から１００μｍ以下の場所へのレーザー加工は非常にシビアで、上記のステップ状の加工を施しても破壊振幅強度はほとんど変わらず、この部分はレーザー加工に対して極端に強度が弱くなっていると考えられる。このため振動子１１０の根元から１００μｍ以内の範囲にはレーザー加工を施さないことが望ましい。
【０１１５】
上記の結果から、振動子１１０に対するレーザー加工は振動子１１０の根元から１００μｍ以内には加工を施さず、また、根元から離れるに従い加工深さを増していくことが理想的であり、この条件で加工を行った場合、振動子１１０の強度は加工を施さない場合と同程度となる。ここで、振幅１００μｍで振れた時の振動子根元に加わる応力は、およそ０．５ＧＰａ程度である。
【０１１６】
なお、実際は振動子の大きさ設計で許容されるレーザー加工の位置と深さは異なるため、実際に使用する形状で、上記の試験を行い振動子が加工した部分を起点として破壊が起きない範囲で加工を施すことになる。
【０１１７】
また、レーザー加工により振動子１１０の裏面中央部分（中心軸線上）からずれた位置を削り取り、図５７に示すように、中央側から外側に向けて加工位置をＡ１，Ｂ１，Ｃ１とした場合の、各加工位置Ａ１，Ｂ１，Ｃ１におけるレーザー加工量と離調度の変化量［Ｈｚ］の関係を図５８に示す。加工位置に関係なく離調度は変化しない。但し、振動子長手方向にある程度の距離加工した場合、離調度は変化する。この場合、各加工位置における離調度の変化量はＡ１，Ｂ１，Ｃ１ともに同一となる。また、各加工位置Ａ１，Ｂ１，Ｃ１におけるレーザー加工量とバランスの変化量［（Ｇａ／Ｇｂ）ｄｂ］の関係を図５９に示す。中央部分から外側に向かうほどバランス変化量は大きくなる。
【０１１８】
さらに、各加工位置Ａ１，Ｃ１におけるレーザー加工による離調度及びバランスの変化状態を図６０に示し、また、加工位置Ｂ１におけるレーザー加工による離調度及びバランスの変化状態を図６１に示す。この例は、離調度及び左右検出信号バランスの調整を共通の凹部で同時に行うことができることを示している。すなわち、離調度調整用の凹部を第１の凹部、バランス調整用の凹部を第２の凹部としたときに、これら第１，第２の凹部を共通の凹部で形成することで、離調度及びバランスの調整を同時に行うことができるようになる。この方法によれば、離調度とバランスの調整を同時に行えるので、調整工程の作業時間の短縮を図ることができるとともに、凹部の形成数を減らして振動子の機械的強度の低下を抑制することができる。
【０１１９】
離調度調整及びバランス調整用の凹部８０の形状は、図５７に示したようなライン状に限らず、図５５に示したようなスポット状の凹部をステップ状に複数形成してもよい。凹部８０をスポット状に形成することで、上述したように振動子の機械的強度を高めることができるほか、加工位置や加工量の選定範囲を広げられるので精度の高い調整が可能となる。また、凹部８０の被加工領域を例えば振動子１１０の側面とすることで、バランス調整だけでなく、離調度の調整も同時に行うことが可能である。勿論、被加工領域はひとつの面又は部位に限らず、例えば振動子の裏面と側面と稜線部の少なくともひとつに凹部を形成することで振動特性の調整を行うようにしてもよい。なお、凹部８０をスポット状に複数形成する例は、上述した離調度及びバランスの双方に共通な凹部の形成に限らず、離調度調整用凹部のみ又はバランス調整用凹部のみにも適用することができる。
【０１２０】
本実施の形態によれば、上述のごとく傾いて振動している振動子１１０においても、矯正して理想的な垂直状態の振動となり、縦共振周波数での左右の検出信号の大きさが同一となるように制御調整ができる。すなわち、このように、振動子１１０の形成不良に伴う、周波数差かつ縦共振周波数における左右検出信号の信号出力のばらつきを矯正することによって、安定した特性をもつジャイロセンサを容易に提供することができる。また、加工位置を変えて調整することにより加工回数が減り、調整時間が短縮される。また、加工回数を減らすことにより、信頼性の高い、角速度振動子が作製できる。さらに、調整の手順をアルゴリズム化することにより自動調整機の作製が可能になり生産性が向上する。
【０１２１】
（第２の実施の形態）
上述したように、本発明に係る振動型ジャイロセンサの調整方法においては、図３に示したように、支持基板２０に実装した振動型ジャイロセンサ素子１００に対して、目標とする振動特性が得られる程度に振動子１１０の裏面１１０ｂ側をレーザー加工する。
【０１２２】
振動子１１０の調整項目は主として２つあり、１つは縦共振周波数と横共振周波数の周波数差を調整すること、もう１つは左右検出信号を揃えることである。周波数差の調整はデバイスの感度を向上させ、左右検出信号の調整はデバイスのノイズ低減に寄与する。
【０１２３】
上述の第１の実施の形態では、振動子１１０を縦共振周波数で振動させた場合の左右の検出信号の大きさを比較して、その小さい側の振動子の一部をレーザー加工により削り取って凹部を設けることにより、振動子１１０を垂直方向の振動モードに調整していた。これを別の表現で説明すると、動作周波数（縦共振周波数）のみに着目して左右検出信号の振幅と位相を合わせていき、これら左右の検出信号が揃ったとき、振動子１１０は垂直方向の振動モードに矯正されたものとみなしていた。
【０１２４】
図６２Ａに示すように振動子１１０が斜め方向に振動している場合、左右の検出信号差が生じる（Ｇａ＜Ｇｂ）。図６２Ｂは、差分信号（Ｇａ−Ｇｂ）（単位ｄｂｍ）の周波数特性を示しており、この場合は横共振周波数Ｆｈで相当のピークが現れる。Ｆｖは縦共振周波数で振動子１１０の動作周波数に相当する。上述の第１の実施の形態では、動作周波数（縦共振周波数Ｆｖ）のみに着目し、そのピークレベルを低下できる位置を選択して振動子１１０の裏面１１０ｂにレーザーを照射して凹部を形成（以下、レーザートリミングという。）していた。これにより、振動子１１０の振動モードは、図６３Ａに示すように垂直方向に矯正されて左右の検出信号差が低下し、図６３Ｂに示すようにＦｖ位置のみならずＦｈ位置においても検出信号差レベルが最小とされる。
【０１２５】
しかしながら、図６３Ｂに示すように振動モードを垂直方向に矯正することで検出信号差が低下するのは、垂直方向に振動する振動子から出力される左右検出信号が元々同等である場合に限られる。つまり、検出信号を出力する検出電極は振動子表面の圧電膜上に積層形成されているため、振動子製造プロセスの過程で何らかの理由により当該圧電膜が左右で非対称に形成される場合がある。これは、一枚のシリコン基板から複数の振動子を同時に作製しているため、ウェーハ（基板）位置によって例えば圧電膜の成膜過程で膜厚や組成等に変動が生じることが主な原因である。
【０１２６】
したがって、上述のように本来的に左右の検出信号に差が生じている振動子は、動作周波数（縦共振周波数Ｆｖ）を基準としたレーザートリミングを施しても、図６３Ｃに示すように横共振周波数Ｆｈのピークレベルを低下させることができなくなる。このような振動子を用いて振動型ジャイロセンサを構成すると、外部から侵入するノイズの影響を受け易くなり、結果的にセンサ出力が劣化する。このセンサ出力の劣化メカニズムについて以下説明する。
【０１２７】
本実施の形態の振動型ジャイロセンサは、図６４に示すように、振動子１１０の駆動電極１０６ａにＩＣ回路４０のＧ０端子が接続されることで周波数Ｆ０の駆動信号が印加される。また、一方の検出電極１０６ｂはＩＣ回路４０のＧａ端子に接続されて検出信号Ｖｇａを出力するとともに、他方の検出電極１０６ｃはＩＣ回路４０のＧｂ端子に接続されて検出信号Ｖｇｂを出力する。ＩＣ回路４０において、自励発振回路３０は図５を参照して説明した加算回路４１、増幅回路４２、移相回路４３及びＡＧＣ４４によって構成される。また、第１演算回路３１は図５の差動増幅回路４５に相当し、第２演算回路３２は図５の同期検波回路４６及び平滑回路４７に相当する。
【０１２８】
振動子１１０は入力信号Ｖｇ０を印加されて振動し、左右の検出電極１０６ｂ，１０６ｃからそれぞれ検出信号Ｖｇａ，Ｖｇｂを出力する。これらの検出信号は第１演算回路３１においてＡＭ変調されて差分信号（Ｖｇａ−Ｖｇｂ）が生成される。この差分信号は第２演算回路３２において直流変換されて出力され、振動子１１０に作用する角速度が検出される。このとき、周波数Ｆａをもつ外乱ノイズが振動子１１０の入力信号にのると、その外乱周波数Ｆａを含んだ入力信号（Ｆ０±Ｆａ）で振動子１１０が振動し、その検出信号の差分信号（Ｖｇａ−Ｖｇｂ）にＦ０±Ｆａの周波数成分が含まれる。その結果、第２演算回路３２からは外乱信号Ｆａが重畳した出力信号が出力されることになる。
【０１２９】
以上のように、振動子１１０の振動特性が、Ｆ０±Ｆａ成分を励起しやすい状態である場合、センサ出力は当該ノイズの影響を大きく受けて、角速度の検出精度を劣化させてしまう（抑圧比を悪化させてしまう）。振動子１１０の振動特性がＦ０±Ｆａ成分を励起しやすい状態である場合とは、動作周波数（縦共振周波数Ｆｖ）付近前後２〜３００Ｈｚ付近に動作周波数以外の周波数帯域にピークをもつ状態を意味する。通常、角速度センサに用いられる振動子は、特性を確保するため、縦共振周波数Ｆｖ付近に横共振周波数Ｆｈが設定される。これら縦共振周波数Ｆｖと横共振周波数Ｆｈの周波数差が離調度であり、この離調度付近の周波数をもつ外乱ノイズの飛び込みによってセンサ出力は影響を受けやすくなる。
【０１３０】
そこで本実施の形態では、横共共振周波数（Ｆｈ）での駆動時に振動子１１０から出力される左右検出信号の差分信号が最小となるように振動子１１０の振動特性を矯正する。すなわち、振動子１１０の振動特性を調整する際、図６５Ａ，Ｂに示すように横共振周波数Ｆｈのピークレベルに着目し、この横共振周波数Ｆｈのピークレベルが最小となるように振動子１１０をレーザートリミングする。具体的には、振動子１１０を横共振周波数で振動させたときに検出電極１０６ｂ，１０６ｃから検出される差分信号が所定の範囲であるか否かを判定する。この差分信号の判定結果に基づいて、その大きさから振動子に対する調整加工位置を決定しレーザ照射を行って一部を研削して調整を行う。これらの測定・レーザ加工を目標値に達するまで施す。
【０１３１】
以上のように本実施の形態によれば、定常動作時の振動方向（垂直方向）以外の周波数で共振しないように振動子の振動特性を調整し、振動特性の安定化を図るようにしている。その結果、離調度付近の外乱ノイズ（本例では５０Ｈｚや１００Ｈｚなど）が入力信号に飛び込んでも検出信号に与える影響が少なくなり、ノイズに対するセンサ出力の信号比（ＳＮ比）を高め、外乱に強い振動型ジャイロセンサを得ることができる。
【０１３２】
また、圧電膜の膜特性の左右非対称性に起因して垂直モードで振動する振動子の左右検出信号に信号差が生じている場合でも、上述したような横共振周波数Ｆｈのピークレベルを低下させる調整処理を施すことで、離調度調整及び左右検出信号の調整のほか、外乱対策をも同時に行うことが可能となるので、生産性、歩留まり及び品質の向上を図ることができる。
【０１３３】
（第３の実施の形態）
上述してきたように、本発明に係る振動型ジャイロセンサは、共通の支持基板上に同一構成の振動型ジャイロセンサ素子１００Ａ，１００Ｂを異なる軸方向に向けて実装することで、２軸方向の角速度をそれぞれ検出できるようにしている（図４０参照）。また、この振動型ジャイロセンサは、同一支持基板上にＩＣチップ等の電子部品が実装されているとともに、各種センサ部品や電子装置等が搭載された本体機器の内部にセッティングされる。したがって、一対の振動型ジャイロセンサ素子間、同一支持基板上のＩＣ部品等の部品間、更には本体機器内の他の電子装置との間におけるクロストークによる影響を回避して、センサ出力の精度向上を高める必要がある。
【０１３４】
一方、本発明に係る振動型ジャイロセンサの調整方法は、支持基板２０の上に実装された振動型ジャイロセンサ素子１００について、その振動子１１０の裏面１１０ｂ側をレーザートリミングすることで離調度や検出信号の調整を行うようにしている。この調整工程において、振動型ジャイロセンサ素子の共振周波数を任意の周波数に調整できれば、振動型ジャイロセンサ相互間や他の電子部品あるいは電子装置との間におけるクロストークを回避することが可能となる。
【０１３５】
そこで、本実施の形態では、振動子１１０の振動特性の調整工程において、当該振動子１１０の離調度及び検出信号バランスといった各種振動特性の調整の後、振動子１１０に同様なレーザートリミングを施して縦横の共振周波数の調整を行うようにしている。
【０１３６】
振動子１１０は片持ち梁形状の振動子であるので、振動周波数は下記の式で示されるように、梁の長さの２乗に反比例する。式中、ｆｎは片持ち梁の共振周波数、Ｅはヤング率、Ｉは梁の断面２次モーメント、ρは密度、Ａは梁の断面積、Ｌは梁の長さ、λは比例係数である。これにより、振動子１１０の先端部分をレーザートリミングして、梁の剛性及び実効的な長さを減じることにより、梁の共振周波数を増加させることができる。
【０１３７】
【数１】
0005145637.tif 000002
【０１３８】
一方、当該共振周波数の調整の際、先に調整された離調度が変動することは避けなければならない。図６６は、レーザー加工深さ１１μｍ、梁長さ１．９ｍｍの場合における梁の加工位置と共振周波数及び離調度の変化を測定して得られた各点のデータのプロット図（グラフ）である。梁の根元（振動子の基端部位）から１．６ｍｍ以上（振動子の全長の４／５以上）離れた位置をレーザー加工することで、離調度（９３Ｈｚ）を変化させることなく共振周波数を増加させることができる。
【０１３９】
以上の結果から、図６７に示すように、振動子１１０の裏面１１０ｂ側においてその根元部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置を共振周波数調整用のレーザー加工凹部９０の形成領域とし、これ以外の領域を離調度調整用及び左右検出信号のバランス調整用のレーザー加工凹部８０の形成領域とする。これにより、離調度を変動させることなく振動子１１０の共振周波数を本体機器内部のクロストークの影響が少ない周波数帯域に任意に調整することができる。凹部９０の形成数は単数に限らず複数でもよい。なお、凹部９０の加工位置は振動子の軸線上に限らず軸線上からずれた位置でも構わない。また、凹部９０の加工位置は振動子１１０の裏面１１０ｂに限らず、振動子１１０の先端面であってもよい。更に、凹部９０の形成によって共振周波数の調整のみならず、例えば振動子の中心軸線に関して右側又は左側にずれた位置に凹部９０を形成するなど、加工位置によって左右検出信号のバランス調整を行うことも可能である。
【０１４０】
なお、一対の振動型ジャイロセンサ素子間のクロストークを回避するためには、各々の共振周波数を少なくとも１ｋＨｚ以上離すのが好適である。
【０１４１】
（第４の実施の形態）
上述の第１の実施の形態において、シリコン基板１に対して振動子１１０の外形を切り抜く貫通部１３（図２９〜図３１）の形成工程では、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング）法が用いられている。この方法は、シリコン基板１に対して垂直かつ高アスペクト比で溝加工を行える点で非常に優れている。
【０１４２】
ところが、シリコン基板１の大きさ（ウェーハ径）が大きくなると、図６８Ａに模式的に示すように、基板上の全ての振動子１１０の両側面を理想的な垂直壁で対称に形成することが困難となり、プラズマ処理室内のガス流分布やプラズマ分布等により、特に基板外周部において図６８Ｂに模式的に示すように、振動子１１０が左右非対称な形状になる場合がある。
【０１４３】
振動子１１０の振動方向は、左右対称な形状であれば理想的な垂直方向の振動モードとなり（図６８Ａ）、振動子１１０の表面に形成された左右の検出電極１０６ｂ，１０６ｃから出力される検出信号も差がなくバランスがとれた状態となる。しかしながら、振動子１１０が左右非対称な形状の場合、左右の検出電極１０６ｂ，１０６ｃから出力される検出信号が各々異なりバランスがとれない状態となる（図６８Ｂ）。左右の検出信号が異なると、振動子１１０に作用する回転方向の角速度の検知量が異なってしまったり、右方向の回転角速度の感度と左方向の回転角速度の感度とが互いに異なる等の不具合が生じてしまう。
【０１４４】
一方、上述したように、左右検出信号のバランスを調整するため、振動型ジャイロセンサ素子１００の形成後に振動子１１０の所定領域をレーザー照射にて研削することが行われている。しかしながら、この方法のみでは検出信号のバランスをとるようにすると調整時間が長くなってしまう。また、レーザー照射で調整できる左右検出信号の差はおよそ３０％であるため、調整前の検出信号差がこれよりも大きいと製品として利用できなくなり生産性の向上が図れなくなる。
【０１４５】
そこで、本実施の形態では、上述の調整工程による作業時間を短くでき良品率を高めることを目的として、後述するように、振動子１１０の外形形状を形成するエッチング工程の際、貫通部１３の底部に臨む振動子１１０の稜線部が湾曲形状に加工されるまでエッチング加工を過剰に行うようにしている。
【０１４６】
図６９Ａに示すように、振動子１１０の外形を切り抜くようにして形成される平面視コ字状の貫通部１３は、シリコン基板１上に形成された熱酸化膜２Ａをマスクとするシリコン基板１へのエッチング加工により形成される。このエッチング処理は、加工深さが振動子１１０の形成厚に相当する深さに達した時点で終了される。このとき、シリコン基板１の反対面側に形成された裏面ストッパー膜１２が加工量を制限する。
【０１４７】
ところで、この貫通部１３の形成工程において、加工される溝の底部が裏面ストッパー膜１２に達した後も更にエッチング処理を継続させる（以下、オーバーエッチングともいう。）と、図６９Ｂに模式的に示すように、裏面ストッパー膜１２上の電荷あるいはエッチャントの溜まり（図６９Ｂにおいて「Ｅ」で符示）の影響により、エッチング方向が貫通部１３の底部側方に向けられる。これにより、図６９Ｂに示すように、振動子１１０の下端稜線部が研削されてテーパー状あるいは湾曲状に形成される。
【０１４８】
なお、この現象は「ノッチ」とも呼ばれ、通常のプロセスではなるべく生じないようにエッチング条件が管理される。ノッチ現象は、貫通部１３の傾きが大きいほど、裏面ストッパー層１２とのなす角が鋭角となる稜線部側に顕著に現れる。ここで、図６９Ａは振動子１１０の長手方向から見た断面図、図６９Ｂは振動子１１０の長手方向に対して垂直な方向から見た要部断面図である。
【０１４９】
本実施の形態では、貫通部１３の形成時のオーバーエッチングに起因するノッチ現象を利用して、振動子１１０の形状の左右非対称性に起因する振動モードの傾きを緩和するようにしている。
【０１５０】
図６８Ｂに示したように、左右非対称な形状を有する振動子１１０において、通常のエッチング加工（非オーバーエッチング）で形成された振動子１１０の振動モードに比べて、図７０Ｂに示すように上述したオーバーエッチングで形成された振動子１１０の振動モードの方が、より垂直方向の振動モードに近くなる。これは、ノッチ現象により湾曲状にエッチングされた振動子１１０の左右の稜線部１１０ＶＬ，１１０ＶＲのうち鋭角な方の稜線部２３ＶＬの被加工量が多くなる結果、左右の非対称性が緩和されて振動子１１０の左右重量のバランスが改善されることで、振動モードがより垂直方向に矯正されることに依る。
【０１５１】
一方、図６８Ａに示したように、左右対称な形状を有する振動子１１０においても同様に、オーバーエッチングで貫通部１３が形成された場合、図７０Ａに示すように当該振動子１１０の左右の稜線部１１０ＶＬ，１１０ＶＲはともにノッチ現象により湾曲状に形成されることになる。しかし、この場合は稜線部１１０ＶＬ，１１０ＶＲの被加工量がほぼ同一であるため、形状の左右対称性が損なわれることはなく、非オーバーエッチング時の振動モードと同様に垂直モードが維持される。
【０１５２】
なお、説明の理解容易のため図６８及び図７０では振動子１１０の上下を逆に描いており、実際の振動子は、検出電極１０６ｂ，１０６ｃや駆動電極１０６ａが形成される振動子１１０の表面側を下に向けて振動する。
【０１５３】
オーバーエッチング処理は、例えばエッチング時間で管理することができ、処理時間を非オーバーエッチング時よりも長く設定すればよい。ノッチ現象を利用した振動子１１０の稜線部１１０ＶＬ，１１０ＶＲの端部からの被加工量は、振動子の大きさや形状、駆動周波数等の仕様に応じて適宜設定可能である。なお上述の第１実施形態で説明した素子形状例においては、５μｍ以上である。但し、被加工量が大き過ぎると振動子自体の強度が減少するため、好適には２０μｍ以下とする。
【０１５４】
以上のように、本実施の形態によれば、元々左右対称形状に形成され振動モードも理想的な振動子においては、振動子１１０の下端稜線部にテーパー状あるいは湾曲状のノッチが現れても理想的な振動モードが保たれる。また、当初形状が左右非対称に形成されていたがために振動モードも斜めに振動していた振動子も、この振動子の下端稜線部に現れるノッチで非対称性が緩和され振動モードが垂直方向に近くなる。このため、従来調整不良となっていたアンバランスな振動モードで振動する振動子も、レーザー照射による調整工程での調整が可能な領域に入ることにより、生産歩留まりの向上を図ることができる。
【０１５５】
なお、本発明者らが確認したところによれば、１枚のシリコン基板から作製された複数の振動型ジャイロセンサ素子において、調整工程前における左右の検出信号差が３０％未満となる素子の良品率（歩留まり）は、従来では約４３％であったのに対し、本実施の形態によれば約８７％と倍増させることができた。
【０１５６】
（第５の実施の形態）
上述の第１の実施の形態において、シリコン基板１に対して振動子１１０の外形を切り抜く貫通部１３の形成工程では、ＩＣＰ−ＲＩＥ法が用いられている。この方法は、シリコン基板１に対して垂直かつ高アスペクト比で溝加工を行える点で非常に優れている。
【０１５７】
一般にエッチング法で直線的な溝を加工する場合、溝の端部が精度よく直角（溝幅方向の側面と溝長さ方向の側面との間が直角）に形成されずに、湾曲した形状となることが多い。したがって、貫通部１３の形成工程の際、図７１に示すように、振動子１１０の両側面と素子１００の基台部間の境界部分に相当する振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２がともに平面的に見て湾曲した形状となる。
【０１５８】
ところが、このような振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２は左右で非対称な形状になり易い。図７２Ａに示すように、振動子１１０の振動方向は左右が対称な形状であれば理想的な垂直方向の振動モードとなり、振動子１１０の表面に形成された検出電極１０６ｂ，１０６ｃからの検出信号も左右で差がなくバランスがとれている。これに対して、上述したように振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２が左右非対称な形となった場合、図７２Ｂに示すように振動子１１０の振動方向が斜めの振動モードとなってしまう。
【０１５９】
このような斜めの振動モードをもつ振動子の場合、その左右の検出電極１０６ｂ，１０６ｃからの検出信号はバランスがとれない状態となる。左右の検出信号が異なると、振動子１１０に作用する回転方向の角速度の検知量が異なってしまったり、右方向の回転角速度の感度と左方向の回転角速度の感度とが互いに異なる等の不具合が生じてしまう。
【０１６０】
一方、上述したように、左右検出信号のバランスを調整するため、素子１００の形成後の振動子１１０の所定領域をレーザー照射にて研削することが行われている。しかしながら、この方法のみで検出信号のバランスをとるようにすると調整時間が長くなってしまう。また、レーザー照射で調整できる左右信号の差はおよそ３０％程度であるため、調整前の検出信号差がこれよりも大きいと製品として利用できなくなり生産性の向上が図れなくなる。
【０１６１】
そこで、本実施の形態では、上述の調整工程による作業時間を短くでき良品率を高めることを目的として、後述するように、振動子１１０の外形形状を形成するエッチング工程の際、貫通部１３の両端部１３Ａ，１３Ｂ（図７３参照）を外側に向けてテーパー状あるいは湾曲状に形成するようにしている。
【０１６２】
図７３は、外形溝形成工程におけるシリコン基板１の概略平面図であり、貫通部１３は振動子１１０の外形を囲むコ字状に形成され、貫通部１３の両端部１３Ａ，１３Ｂは振動子１１０の外側に向けて湾曲状に形成されている。貫通部１３の形成は、シリコン基板１上の熱酸化膜２Ａをマスクとするエッチング加工で形成される（このとき圧電膜や上部電極膜、端子やリード等の配線パターンは保護膜で覆われている）。そこで、この熱酸化膜２Ａのパターニングの際に、貫通部１３の形成領域に対応するコ字状開口の両端部を図７３に示すように湾曲して形成する。
【０１６３】
その結果、貫通部１３の両端部１３Ａ，１３Ｂはシリコン酸化膜２Ａの開口形状に対応して湾曲形状に形成されることになる。そして、図７４に示すように、振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２の形状の左右対称性が良くなり、ほぼ同一形状とすることができる。これにより、振動子１１０の垂直な振動モードを確保でき、検出信号のバランスを高めることが可能となる。
【０１６４】
図７５Ａ〜図７５Ｃは、振動子根元部１１０Ｒ２（１１０Ｒ１）の平面視形成例を示している。図７５Ａは一定曲率の円形状又は楕円形状に振動子根元部１１０Ｒ２を形成した例を示しており、図７５Ｂは傾斜角の異なるテーパー状に振動子根元部１１０Ｒ２を形成した例を示している。また、図７５Ｃは素子１００の基台部に対する傾斜角が順次小さくなる複数の傾斜面で振動子根元部１１０Ｒ２を形成した例を示している。
【０１６５】
なお、振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２の形状は上記の例に限定されず、振動子１１０の外側に向かって漸次形成幅が大となるように振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２がテーパー状あるいは湾曲状に形成されていればよい。また、振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２の曲率半径は任意に設定可能であり、例えば５μｍとされる。
【０１６６】
以上のように、本実施の形態によれば、貫通部１３の両端部１３Ａ，１３Ｂを当初から湾曲状にパターン形成し、振動子根元部１１０Ｒ１，１１０Ｒ２を湾曲形成させるようにしているので、振動子１１０の形状を左右ほぼ対称に形成して振動モードを理想的な垂直モードに保つことができる。このため、従来調整不良となっていたアンバランスな振動モードで振動する素子も、レーザー照射による調整工程での調整が可能な領域に入ることにより、生産歩留まりの向上を図ることができる。
【０１６７】
なお、本発明者らが確認したところによれば、１枚のシリコン基板から作製された複数の素子において、調整工程前における左右の検出信号差が３０％未満となる素子の良品率（歩留まり）は、従来では３８％であったのに対し、本実施の形態によれば約８２％と著しく向上させることができた。なお、このときの振動子根元部の形成曲率半径は２０μｍとした。
【０１６８】
以上のように本明細書に開示した振動型ジャイロセンサ素子及びその製造方法は、その他に以下の構成を備えている。
１．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の第１の凹部と、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の第２の凹部が形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
２．前記第１，第２の凹部は共通の単数又は複数の凹部からなる上記１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
３．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記第１，第２の凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の第３の凹部が形成されている上記１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
５．前記第３の凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記４．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
６．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
７．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記６．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
８．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記６．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
９．前記凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記８．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１０．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の第１の凹部と、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の第２の凹部とが形成されており、
前記第２の凹部は、当該振動子を横共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
１１．前記第１，第２の凹部は共通の単数又は複数の凹部からなる上記１０．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１２．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記第１，第２の凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記１０．に記載の振動型ジャイロセンサ素子
１３．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の第３の凹部が形成されている上記１０．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１４．前記第３の凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記１３．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１５．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されており、
前記凹部は、当該振動子を横共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
１６．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記１５．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１７．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記１５．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１８．前記凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記１７．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
１９．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部が形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
２０．前記振動子には、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記１９．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
２１．前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記１９．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
２２．前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記１９．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
２３．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子の製造方法であって、
前記振動子に、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の第１の凹部を形成する工程と、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の第２の凹部を形成する工程とを有し、
前記第２の凹部は、当該振動子を縦共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２４．前記周波数差及び前記信号差を測定した後、前記第１，第２の凹部を形成する工程を複数回繰り返して行う上記２３．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２５．前記第１の凹部と前記第２の凹部とを共通の単数又は複数の凹部で形成する上記２３．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２６．前記振動子の先端側に、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の第３の凹部を形成する工程を有する上記２３．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２７．前記第３の凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成される上記２６．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２８．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子の製造方法であって、
前記振動子に、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部を形成する工程を有し、
前記凹部は、当該振動子を縦共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
２９．前記周波数差及び前記信号差を測定した後、前記凹部を形成する工程を複数回繰り返して行う上記２８．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３０．前記振動子の先端側に、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部を形成する工程を有する上記２８．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３１．前記凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成される上記３０．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３２．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子の製造方法であって、
前記振動子に、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の第１の凹部を形成する工程と、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の第２の凹部を形成する工程とを有し、
前記第２の凹部は、当該振動子を横共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３３．前記周波数差及び前記信号差を測定した後、前記第１，第２の凹部を形成する工程を複数回繰り返して行う上記３２．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３４．前記第１の凹部と前記第２の凹部とを共通の単数又は複数の凹部で形成する上記３２．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３５．前記振動子の先端側に、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の第３の凹部を形成する工程を有する上記３２．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３６．前記第３の凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成される上記３５．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３７．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子の製造方法であって、
前記振動子に、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部を形成する工程を有し、
前記凹部は、当該振動子を横共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３８．前記周波数差及び前記信号差を測定した後、前記凹部を形成する工程を複数回繰り返して行う上記３７．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
３９．前記振動子の先端側に、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部を形成する工程を有する上記３７．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
４０．前記凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成される上記３９．に記載の振動型ジャイロセンサ素子の製造方法。
４１．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整するための単数又は複数の第１の凹部と、当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の第２の凹部とが形成されており、
前記第２の凹部は、当該振動子を縦共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
４２．前記第１，第２の凹部は共通の単数又は複数の凹部からなる上記４１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４３．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記第１，第２の凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記４１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子
４４．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の第３の凹部が形成されている上記４１．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４５．前記第３の凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記４４．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４６．片持ち梁形状の振動子を有する振動型ジャイロセンサ素子であって、
前記振動子には、当該振動子の縦共振周波数と横共振周波数との周波数差を調整し、かつ当該振動子上に設けられた一対の検出電極から出力される信号差を調整するための単数又は複数の凹部が形成されており、
前記凹部は、当該振動子を縦共振周波数で振動させたときの前記信号差が最小となる位置に形成されていることを特徴とする振動型ジャイロセンサ素子。
４７．前記振動子の一方の面には、圧電膜、駆動電極及び一対の検出電極が形成されており、前記凹部は、前記一方の面以外の領域に形成されている上記４６．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４８．前記振動子の先端側には、当該振動子の共振周波数を調整するための単数又は複数の凹部が形成されている上記４６．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
４９．前記凹部は、前記振動子の基端部位より当該振動子の全長の４／５以上離れた位置に形成されている上記４８．に記載の振動型ジャイロセンサ素子。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態において説明する振動型ジャイロセンサ素子の概略斜視図である。
【図２】上記振動型ジャイロセンサ素子の概略底面図である。
【図３】上記振動型ジャイロセンサ素子が支持基板に実装されている状態を示す概略斜視図である。
【図４】上記振動型ジャイロセンサ素子の振動子に形成される面取り部及び溶融面の形成工程の説明図である。
【図５】上記振動型ジャイロセンサ素子の駆動検出回路の構成を示すブロック図である。
【図６】上記振動型ジャイロセンサ素子の製造方法を説明する主要工程フロー図である。
【図７】上記振動型ジャイロセンサ素子の製造工程を説明する図であり、Ａは単結晶シリコン基板の平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図８】上記基板に熱酸化膜を除去した様子を示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図９】上記基板の熱酸化膜を除去した様子を示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１０】上記基板に異方性エッチングを施した様子を示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１１】上記基板の図１０Ｂに示すＷ部の拡大図である。
【図１２】下層電極膜、圧電膜、上部電極膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１３】駆動電極、検出電極が形成された上記基板の様子を拡大して示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１４】圧電膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１５】下層電極膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡのＸＸ’線断面図である。
【図１６】配線下地膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図１７】図１６におけるＹＹ’線断面図である。
【図１８】平坦化レジスト膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図１９】図１８のＹＹ’線断面図である。
【図２０】配線接続端子が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図２１】図２０のＹＹ’線断面図である。
【図２２】分極レールが形成された上記基板全体の様子を示す平面図である。
【図２３】絶縁保護膜が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図２４】図２３のＹＹ’線断面図である。
【図２５】Ｃｕ配線が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図２６】図２５のＹＹ’線断面図である。
【図２７】Ｃｕ配線が形成された上記基板全体の平面図である。
【図２８】上記基板に裏面ストッパー膜を形成した様子を示す上記基板の断面図である。
【図２９】梁空間を除去して振動梁が形成された上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３０】図２９のＹＹ’線断面図である。
【図３１】図２９のＸＸ’線断面図である。
【図３２】ストッパー層を除去した上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３３】図３２のＹＹ’線断面図である。
【図３４】図３２のＸＸ’線断面図である。
【図３５】圧電特性を安定にさせるための分極処理を施す工程を示す図であり、Ａは基板全体の平面図、Ｂは上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３６】分極処理後に不要になったＣｕ配線を除去した様子を示す図であり、Ａは基板全体の平面図、Ｂは上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３７】フリップチップ実装を行うためのＡｕバンプが形成された様子を示す図であり、Ａは基板全体の平面図、Ｂは上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３８】圧電薄膜センサとして形成された振動型ジャイロセンサ素子を個々に分断する際の分断線を示した図であり、Ａは基板全体の平面図、Ｂは上記基板の様子を拡大して示す平面図である。
【図３９】圧電薄膜センサとして形成された振動型ジャイロセンサ素子の平面図である。
【図４０】振動型ジャイロセンサ素子をＩＣ基板上に実装した様子を示す概略斜視図である。
【図４１】振動型ジャイロセンサ素子を備える角速度センサにカバー材を取り付けた様子を示す平面図である。
【図４２】振動子の左右の形状対称性と振動モードとの関係を説明する図であり、Ａは振動子の形状が左右対称な状態での振動モードを示し、Ｂは振動子の形状が左右非対称な状態での振動モードを示している。
【図４３】振動型ジャイロセンサの調整工程の説明図である。
【図４４】レーザー加工を施す加工位置の例を示す模式的な平面図である。
【図４５】各加工位置におけるレーザー加工量と信号バランスの変化量との関係を示す特性図である。
【図４６】各サンプルについて初期状態によって加工位置を決定してレーザー加工を施して、バランスを目標値まで調整した場合のバランスの変化状態を示す特性図である。
【図４７】レーザー加工を振動子裏面中央部分に施す加工位置を示す模式的な平面図である。
【図４８】各加工位置におけるレーザー加工量と離調度の変化量との関係を示す特性図である。
【図４９】各加工位置におけるレーザー加工量とバランスの変化量との関係を示す特性図である。
【図５０】各サンプルについて初期状態によって加工位置を決定してレーザー加工を施して、離調度を目標値まで調整した場合の離調度の変化状態を示す特性図である。
【図５１】レーザーで調整を行った振動子、振幅１００μｍまで振動させたときに、レーザー加工した部分で振動子が折れるか否かを実験した結果を示す図である。
【図５２】何も加工を行っていない振動子を実装したジャイロセンサを２００ｇの剛体に貼り付け落下させたときの振動子が折れる高さを集計したヒストグラムである。
【図５３】図５１の三角プロット範囲でレーザー加工を施した振動子を実装したジャイロセンサを２００ｇの剛体に貼り付け落下させたときの振動子が折れる高さを集計したヒストグラムである。
【図５４】図５１の丸プロットで示した範囲内でレーザー加工を施した振動子を実装したジャイロセンサを２００ｇの剛体に貼り付け落下させたときの振動子が折れる高さを集計したヒストグラムである。
【図５５】レーザー加工の研削痕を連続したものでなくスポット状でかつそれぞれのスポットが重ならないステップ状とした振動子を示す図である。
【図５６】研削痕をステップ状とした振動子を実装したジャイロセンサを２００ｇの剛体に貼り付け落下させたときの振動子が折れる高さを集計したヒストグラムである。
【図５７】レーザー加工を振動子裏面中央部分からずらして施す加工位置を示す模式的な平面図である。
【図５８】各加工位置におけるレーザー加工量と離調度の変化量との関係を示す特性図である。
【図５９】各加工位置におけるレーザー加工量とバランスの変化量との関係を示す特性図である。
【図６０】各加工位置におけるレーザー加工による離調度及びバランスの変化状態を示す特性図である。
【図６１】各加工位置におけるレーザー加工による離調度及びバランスの変化状態を示す特性図である。
【図６２】本発明の第２の実施の形態において説明する振動子の振動特性の一例を示す図であり、Ａは振動子の正面図、Ｂはその周波数特性図である。
【図６３】図６２に示した振動子の調整工程を説明する図であり、Ａは振動子の正面図、Ｂはその周波数特性図、Ｃは調整後の振動子が有する問題点を説明する周波数特性図である。
【図６４】振動子を駆動する駆動検出回路の機能ブロック図である。
【図６５】本発明の第２の実施の形態の作用を説明する図であり、Ａは振動子の正面図、Ｂはその周波数特性図である。
【図６６】本発明の第３の実施の形態において説明するレーザ加工位置と共振周波数及び離調度との関係を示す特性図である。
【図６７】離調度調整用のレーザー加工位置と共振周波数調整用のレーザー加工位置を模式的に示す振動子裏面の平面図である。
【図６８】振動子の左右形状対称性と振動モードとの関係を説明する図であり、Ａは振動子の形状が左右対称な状態での振動モードを示し、Ｂは振動子の形状が左右非対称な状態での振動モードを示している。
【図６９】振動子の外形を切り抜く貫通部１３の形成工程を説明する図であり、Ａは振動子長手方向から見た要部断面図、Ｂは振動子長手方向と直交する方向から見た貫通部の要部断面図である。
【図７０】本発明の第４の実施の形態の作用を説明する図であり、Ａは振動子の形状が左右対称な状態での振動モードを示し、Ｂは振動子の形状が左右非対称な状態での振動モードを示している。
【図７１】振動子の基端部位（根元部）の形状を模式的に示す振動型ジャイロセンサ素子の要部平面図である。
【図７２】振動子の根元部の形状の左右対称性と振動モードとの関係を説明する図であり、Ａは振動子の根元部の形状が左右対称な状態での振動モードを示し、Ｂは振動子の根元部の形状が左右非対称な状態での振動モードを示している。
【図７３】本発明の第５の実施の形態を説明すいる貫通部の形成工程を示す要部平面図である。
【図７４】本発明の第５の実施の形態の作用を説明する素子の要部平面図である。
【図７５】振動子の根元部の形状の形成例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１７０】
１…基板、２Ａ，２Ｂ…熱酸化膜、３…レジストパターン膜、４…下層下地膜、５…圧電膜、６…上部電極膜、７…配線下地膜、８…平坦化レジスト膜、９…配線膜、１０…絶縁保護膜、１１…Ｃｕ配線、１２…裏面ストッパー膜、１３…貫通部、１４…Ａｕバンプ、１５…カバー材、４０…ＩＣ回路、４１…加算回路、４２…増幅回路、４３…移相回路、４４…ＡＧＣ、４５…差動増幅回路、４６…同期検波回路、４７…平滑回路、８０…離調度調整用の凹部、９０…共振周波数調整用の凹部、１００…振動型ジャイロセンサ素子、１０１Ａ〜１０１Ｄ…電極パッド、１０４ａ…基準電極、１０５ａ…圧電体、１０６ａ…駆動電極、１０６ｂ，１０６ｃ…検出電極、１１０…振動子、１１１，１１２…分極レール、１５０…角速度センサ、Ｌ１〜Ｌ３…分極線、Ｆｈ…横共振周波数、Ｆｖ…縦共振周波数
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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