(57)【要約】【課題】水晶のエッチング異方性に起因する振動特性の劣化が抑制された水晶振動片、その水晶振動片を用いたジャイロセンサー、それらを備えた電子機器、および水晶振動片の製造方法を提供する。【解決手段】基部２１、および基部２１から延伸する振動腕２２を備え、振動腕２２の第１の面１ａに開口部を有する有底の溝２が形成され、溝２は、第１の面１ａにおいて開口部の中心を通って且つ振動腕２２の延伸方向に沿った仮想の線Ｐ２が、溝２が形成される前の振動腕２２の重心を通って且つ振動腕２２の延伸方向に沿う仮想の線Ｐ１に対して平行するいずれかの方向にずれた位置に配置されて設けられた水晶振動片としての振動素子２０の製造方法であって、水晶ウェハー第１の面１ａに塗布されたフォトレジスト膜に、同一のフォトマスクを用いて基部２１および振動腕２２の外形形状と溝２の開口部形状とを露光する工程を含んでいる。【選択図】図１
2012257141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延伸し、且つ、第１の面、該第１の面の反対側にある第２の面、および前記第１の面と前記第２の面とを連結する一対の側面を有した振動部と、を備えた水晶振動片の製造方法であって、
水晶基板の前記第１の面にフォトレジスト膜を形成する工程と、
同一のフォトマスクを用いて、前記フォトレジスト膜に前記基部および前記振動部の外形形状と、前記振動部の形成領域内に溝の開口部の形状と、を露光する工程と、
前記露光する工程の後で前記フォトレジスト膜を現像する工程と、
前記現像する工程でパターニングされた前記フォトレジスト膜をマスクにしてウェットエッチング法により前記外形形状および前記溝をエッチングする工程と、を含み、
前記溝の前記開口部は、平面視で前記側面の一方の側にずれて形成されることを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶振動片の製造方法において、
前記溝は、前記第１の面において前記開口部の中心を通り前記延伸の方向に沿った仮想の線が、前記溝が形成される前の前記振動部の重心を通り前記延伸の方向に沿った仮想の線に対してずれていることを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水晶振動片の製造方法において、
前記エッチングする工程の後で、前記第２の面からエッチングする工程を有することを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の水晶振動片の製造方法において、
前記エッチングする工程は、前記第１の面および前記第２の面の両側から同時にエッチングすることを特徴とする水晶振動片の製造方法。
【請求項５】
基部と、
前記基部から延伸し、且つ、第１の面、該第１の面の反対側にある第２の面、および前記第１の面と前記第２の面とに連結する一対の側面を有した振動部と、を備え、
前記振動部の前記第１の面には溝が設けられ、
前記溝は、開口部が平面視で前記側面の一方の側にずれており、且つ、前記溝の深さが、前記振動部の前記第１の面から前記第２の面までの厚みの半分よりも深いことを特徴とする水晶振動片。
【請求項６】
請求項５に記載の水晶振動片において、
前記振動部は少なくとも電極を有し、
前記電極の少なくとも一部は、前記溝の内壁に設けられていることを特徴とする水晶振動片。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水晶振動片を備えたジャイロセンサー。
【請求項８】
請求項５または６に記載の水晶振動片を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動片、ジャイロセンサー、それらを用いた電子機器、および、水晶振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、時計や家電製品、各種情報通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、それらの電子回路のクロック源として、水晶振動子などの圧電振動子や、水晶振動片などの圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶、航空機、自動車等の姿勢制御や航行制御、あるいはデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の手振れ検出・補正制御等における回転角速度センサーとして、圧電振動片をセンサー素子（振動素子）として利用した圧電デバイスとしてのジャイロセンサーが広く利用され、３次元立体マウス等の回転方向センサーにも応用されている。このようなジャイロセンサーは、例えば特許文献１または特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００３】
これらの圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、クリスタルインピーダンス値（以下、ＣＩ値と記す）を低減して高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。ＣＩ値を低減するために、例えば、特許文献３に記載された溝つきの振動部（振動腕）を有する音叉型の圧電振動片が紹介されている。特許文献３に記載の圧電振動片は、例えば水晶からなる基部、および基部から延伸された一対の振動部を有し、各振動部に、振動部の延伸方向に延びる溝がそれぞれ形成されている。各振動部に設けられた溝によって振動部の剛性が小さくなって振動が促進されるとともに、溝の側面および底面に励振電極を設けることによって電界効率を向上させることによりＣＩ値の抑制が図れる構造となっている。
【０００４】
音叉型の水晶振動片を振動素子として利用する場合には、一対の振動部（振動腕）のうちの一方に励振用電極（駆動電極）を設けて駆動部として利用し、他方の振動部に検出用電極を設けて検出部として利用する。このような構成の振動素子の励振用電極に励振信号を印加して振動部の延伸方向と垂直な面内方向に励振振動させているときに、振動部の延伸方向を軸とした軸周りの回転運動が加わると、その回転運動が、励振振動方向と直交する方向（面外方向）のコリオリの力を発生させ、基部を介して他方の振動部に面外方向の振動を発生させる。この他方の振動部（検出部）の面外振動を検出用電極により電気信号に変換して検知することにより、振動素子に加わった回転角速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５５４７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０２７２号公報
【特許文献３】特開２００４−２００９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような音叉型の水晶振動片の外形は、水晶ウェハーをフォトリソグラフィーを利用してウェットエッチングすることにより形成するのが通例である。ここで、水晶のような圧電単結晶材料はエッチング異方性を有するため、ウェットエッチングした振動腕や溝の断面形状がその結晶配向によってエッチング方向に沿った中心線に対して非対称になることが多く、この傾向は圧電単結晶材料のなかでも水晶において特に顕著であることが知られている。このように振動部が非対称な断面形状となることにより、上記した振動部の面内振動や面外振動が所望の方向になされず、振動特性が劣化したり、振動片をジャイロ素子として用いた場合に回転角速度がゼロの状態にも関わらず振動部が検出方向（面外方向）に振動してしまったりして、振動素子の回転角速度の検出精度を劣化させるという問題があった。
また、フォトリソグラフィーを利用して溝を形成する際の露光の位置精度を確保するためには極めて高精度なアライナー（露光装置）が必要となり、製造コストが増大する虞があるうえに、特に水晶振動片が小型化されるほどにフォトマスクの位置合わせが困難となって位置精度が低下し、振動部の所望の位置に溝を形成することが非常に困難になるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例にかかる水晶振動片の製造方法は、基部と、前記基部から延伸し、且つ、第１の面、該第１の面の反対側にある第２の面、および前記第１の面と前記第２の面とを連結する一対の側面を有した振動部と、を備えた水晶振動片の製造方法であって、水晶基板の前記第１の面にフォトレジスト膜を形成する工程と、同一のフォトマスクを用いて、前記フォトレジスト膜に前記基部および前記振動部の外形形状と、前記振動部の形成領域内に溝の開口部の形状と、を露光する工程と、前記露光する工程の後で前記フォトレジスト膜を現像する工程と、前記現像する工程でパターニングされた前記フォトレジスト膜をマスクにしてウェットエッチング法により前記外形形状および前記溝をエッチングする工程と、を含み、前記溝の前記開口部は、平面視で前記側面の一方の側にずれて形成されることを特徴とする。
また、振動部の外形形成と溝形成とを同時にエッチング処理することで、溝を深く形成することができ、所望振動以外の不要振動モードを大きく抑圧することができる。更に相乗的な効果として、深溝の内部に励振電極を形成すれば溝の内壁と振動腕の外壁との距離が近くなるので、励振電界効率が向上し、これにより振動特性を改善できる。
【０００９】
この製造方法によれば、水晶振動片の振動部と溝とを同一のフォトマスクを用いて同時に露光するので、高性能な設備の増設や製造工程の増大をさせることなく、振動部の外形と、それに対する溝とを所望の位置関係に位置精度よく形成することができる。
したがって、水晶材料のエッチング異方性に起因する振動特性や温度特性の劣化が抑えられた、小型で、安定した振動特性を備えた水晶振動片を製造することができる。
【００１０】
〔適用例２〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記溝は、前記第１の面において前記開口部の中心を通り前記延伸の方向に沿った仮想の線が、前記溝が形成される前の前記振動部の重心を通り前記延伸の方向に沿った仮想の線に対してずれていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、溝の位置を中心からずらして振動部の重心の位置を溝形成前からずらすことにより、所望振動以外の不要振動モードを大きく抑圧することができる。
【００１２】
〔適用例３〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記エッチングする工程の後で、前記第２の面からエッチングする工程を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、水晶のエッチング異方性によりエッチング深さの深い位置で顕著に発生するエッチング残り（ヒレ）の少なくとも一部を裏面エッチングすることによって取り除くことができるので、振動部の断面形状の非対称さが改善されて振動特性のより安定した水晶振動片を提供することができる。
【００１４】
〔適用例４〕上記適用例にかかる水晶振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記第１の面および前記第２の面の両側から同時にエッチングすることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、水晶ウェハーの第１の面および第２の面の両面から同時にエッチングをおこなうので、水晶のエッチング異方性に起因してエッチング深さの深い位置で顕著に発生するエッチング残りが起こり難くなり、振動部の断面形状の対称性が良好となって振動特性を安定化させることができる。
【００１６】
〔適用例５〕本適用例にかかる水晶振動片は、基部と、前記基部から延伸し、且つ、第１の面、該第１の面の反対側にある第２の面、および前記第１の面と前記第２の面とに連結する一対の側面を有した振動部と、を備え、前記振動部の前記第１の面には溝が設けられ、前記溝は、開口部が平面視で前記側面の一方の側にずれており、且つ、前記溝の深さが、前記振動部の前記第１の面から前記第２の面までの厚みの半分よりも深いことを特徴とする。
【００１７】
この適用例の水晶振動片の、溝が振動部の厚みの半分よりも深い形状は、上記適用例の水晶振動片の製造方法に起因する。即ち、振動部の外形と溝を同時に露光してから、水晶ウェハーの厚み方向に貫通させる振動部の外形と溝とを同時にエッチングするために、溝が振動部の肉厚の深い位置まで達するものである。この製造方法により製造された水晶振動片は、高性能な設備の増設や製造工程の増大をさせることなく、振動部の外形と、それに対する溝とを所望の位置関係に位置精度よく形成することができる。
したがって、水晶材料のエッチング異方性に起因する振動特性や温度特性の劣化が抑えられ、安定した振動特性を備えた水晶振動片を提供することができる。
また、溝を深く形成することにより、所望振動以外の不要振動モードを大きく抑圧することができる。更に相乗的な効果として、深溝の内部に励振電極を形成すれば溝の内壁と振動腕の外壁との距離が近くなるので、励振電界効率が向上し、これにより振動特性を改善できる。
【００１８】
〔適用例６〕上記適用例にかかる水晶振動片において、前記振動部は少なくとも電極を有し、前記電極の少なくとも一部は、前記溝の内壁に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、各振動部に設けられた溝によって振動部の剛性が小さくなって振動が促進される効果とともに、溝の側面および底面に励振電極を設けることによって電界効率が向上する効果が相乗的にはたらくことによりＣＩ値をより低減することができる。
【００２０】
〔適用例７〕本適用例にかかるジャイロセンサーは、上記適用例のいずれかに記載の水晶振動片を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、水晶ウェハーのエッチング異方性によって断面形状が非対称となることによって発生し得る駆動振動と検出振動との機械結合が抑制された水晶振動片としての振動素子を備えているので、回転角速度の検出精度が高いジャイロセンサーを提供することができる。
【００２２】
〔適用例８〕本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の水晶振動片を備えていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成の電子機器は、上記適用例の水晶振動片、即ち、振動部に該振動部の外形と同時に露光およびエッチングして形成された溝を有する水晶振動片を備えているので、高性能で安定した特性を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】水晶振動片としての振動素子の一実施形態の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、溝の開口部を有する振動部の第１の面側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】振動素子の製造方法を示すフローチャート。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、振動素子の振動部の製造過程を模式的に示す正断面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の振動部の製造過程を模式的に示す正断面図。
【図５】振動素子の製造方法の変形例１を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の製造方法の変形例１における振動部の製造過程を模式的に示す正断面図。
【図７】振動素子の製造方法の変形例２を示すフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、振動素子の製造方法の変形例２における振動部の製造過程を模式的に示す正断面図。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の製造方法の変形例２における振動部の製造過程を模式的に示す正断面図。
【図１０】水晶振動片としての振動ジャイロ素子（変形例３）を説明する模式図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図１１】水晶振動片の変形例（変形例４）としてのＨ型の振動ジャイロ素子を模式的に示す平面図。
【図１２】水晶振動片の変形例（変形例４）としての三脚タイプの振動ジャイロ素子を模式的に示す平面図。
【図１３】本発明の水晶振動片の一例としての上記変形例３の振動ジャイロ素子を備えたジャイロセンサーを示す模式図であり、（ａ）は、振動素子の第１の面側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、正断面図。
【図１４】上記実施形態および変形例の水晶振動片としての振動素子や振動ジャイロ素子、または、ジャイロセンサーを搭載した電子機器の例を示す模式図であり、（ａ）は、デジタルビデオカメラの斜視図、（ｂ）は、携帯電話機の斜視図、（ｃ）は、情報携帯端末（ＰＤＡ）の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
〔振動素子〕
図１は、水晶振動片としての音叉型の振動素子の一実施形態の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、溝の開口部を有する振動部の第１の面側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２７】
図１に示すように、振動素子２０は、水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、振動素子２０は、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
【００２８】
また、振動素子２０を成す平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。
振動素子２０の外形は、フォトリソグラフィー技術を用いてウェットエッチングすることにより形成されている。なお、振動素子２０は、１枚の水晶ウェハーから複数個取り出すことが可能である。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の振動素子２０は、基部２１と、基部２１の一端（本実施形態ではＹ軸側の端部）からＹ軸に沿って互いに並行させて延伸する一対の振動部としての振動腕２２，２３と、を備えた所謂音叉型の水晶振動片となっている。
各振動腕２２，２３には、溝２，３が夫々設けられている。
【００３０】
一対の振動腕２２，２３のうち、一方の振動腕２２の溝２は、振動腕２２の第１の面１ａに開口部を有する。溝２は、振動腕２２の第１の面１ａにおいて開口部の中心を通って且つ振動腕２２の延伸方向に沿った仮想の線Ｐ２が、溝２が形成される前の振動腕２２の重心を通って且つ振動腕２２の延伸方向に沿う仮想の線Ｐ１に対して平行するいずれかの方向（本実施形態では−Ｘ方向）に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。溝２の開口部は、前記の線Ｐ１で振動腕２２を幅方向に分割したときに図中左側のエリアに形成されている。
これと同様に、他方の振動腕２３の溝３も、振動腕２３の第１の面１ａに開口部を有し、振動腕２３の第１の面１ａにおいて開口部の中心を通って且つ振動腕２３の延伸方向に沿った仮想の線（不図示）が、溝３が形成される前の振動腕２３の重心を通って且つ振動腕２３の延伸方向に沿う仮想の線（不図示）に対して平行する方向に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。溝３の開口部は、溝３が形成される前の振動腕２３の重心を通って且つ振動腕２３の延伸方向に沿う仮想の線により振動腕２３を幅方向に分割したときに図中左側のエリアに形成されている。
以上、説明した溝２，３の開口部は、Ｚ方向から平面視で見たときに、第１の面１ａの両側にある側面の一方の側にずれて形成されているとも言える。
図１（ｂ）に示すように、Ｚ板の水晶基板において、振動腕２２，２３はともに−Ｘ側の側面はほぼ垂直になっているが、＋Ｘ側の側面は−Ｘ側の側面と比べて斜面になっており、−Ｙ側に行くほど傾斜角が緩やかになる形状となっている。ここで、溝２を形成しない状態を考えると、振動腕の断面は−Ｚ側に行くほどＸ方向の幅が大きくなっているので、振動腕の−Ｚ側は＋Ｚ側に比べて剛性が強い。従って、例えば振動腕２２が−Ｘ方向に振動し、振動腕２３が＋Ｘ方向に振動した際に、振動腕２２、２３はＸ方向の振動成分に＋Ｚ方向の振動成分が加わり、斜め上方向に振動する。このように、所望の振動方向（Ｘ方向）以外の振動成分（Ｚ方向）が加わると、振動特性が劣化したり、例えば、ジャイロセンサーとして構成した場合に、不要振動成分により物理量が加わっていないのに物理量が検出されてしまう誤検出が生じる可能性がある。
本願発明者は、水晶ウェハーのエッチング異方性に起因する振動腕の振動の劣化を抑制する手段として、振動部（振動腕２２，２３）に設ける溝の位置を調整することが有効であることを見出した。即ち、振動部の断面形状が非対称となったその程度に応じて、溝の開口部を有する振動部の第１の面において、溝の開口部の中心を通って且つ振動部の延伸方向に沿った仮想の線が、溝が形成される前の振動部の重心を通って且つ振動部の延伸方向に沿う仮想の線に対して平行するいずれかの方向に所定量ずれた位置に配置して溝を設けることにより、振動部の断面形状が非対称であることに起因する検出精度や温度特性の劣化を抑制し得ることを発明者は見出した。
溝２，３は、傾斜角が緩やかな側面（＋Ｘ側）とは反対側の側面（−Ｘ側）に形成する。このような位置に溝２，３を形成することで、例えば振動腕２２が−Ｘ方向に振動し、振動腕２３が＋Ｘ方向に振動した場合に、溝２，３により−Ｚ方向にモーメントが働き、＋Ｚ方向の不要な振動成分を相殺することができる。
【００３１】
また、各振動腕２２，２３において、溝２，３の深さは、各振動腕２２，２３の第１の面１ａ，１ａから、反対側の第２の面１ｂ，１ｂまでの厚みの半分よりも深くなっている。この、溝２，３が各振動腕２２，２３の厚みの半分よりも深い形状は、後述する振動素子２０の製造方法に起因する。即ち、振動腕２２，２３の外形と各々の溝２，３とを同時に露光してから、水晶ウェハーの厚み方向に貫通させる振動腕２２，２３の外形と、溝２，３とを同時にエッチングするために、溝２，３の底面が各振動腕２２，２３の肉厚の深い位置まで達するものである。このように溝２，３を深く形成することで、振動腕２２，２３の所望の振動方向（例えば、Ｘ軸方向）以外の不要な振動成分（例えば、Ｚ方向）を大幅に抑圧することができる。
【００３２】
振動素子２０の各振動腕２２，２３の第１の面１ａには、励振用（駆動用）の電極と、検出用の電極が形成されている。本実施形態の振動素子２０では、一方の振動腕２２を励振する励振信号が印加される励振用電極１２と、他方の振動腕２３を励振する励振信号が印加される励振用電極１３が設けられている。また、本実施形態では、各電極が各溝２，３の内壁まで広げて形成されている。具体的には、一方の振動腕２２の第１の面１ａに設けられた励振用電極１２は溝２の内壁にも形成され、他方の振動腕２３の第１の面１ａに設けられた励振用電極１３は溝３の内壁にも形成されている。振動腕２２，２３に設けられた溝２，３は、各振動腕２２，２３の剛性を小さくして振動を促進する効果を奏するとともに、溝２，３の内壁（側面および底面）に励振用電極１２，１３が設けられていることによって電界効率が向上され、これらの効果によってＣＩ値の低減をより顕著に図ることが可能になっている。
【００３３】
各振動腕２２，２３に設けられた励振用電極１２，１３は、基部２１に設けられ外部基板との電気的接続に供する外部接続端子１５，１６に電気的に接続されている。本実施形態では、一方の振動腕２２の第１の面１ａに設けられた励振用電極１２が、基部２１の一部や他方の振動腕２３の側面を経由して外部接続端子１５に接続され、他方の振動腕２３の第１の面１ａに設けられた励振用電極１３が、基部２１の一部および一方の振動腕２２の側面を経由して外部接続端子１６に接続されている。
【００３４】
〔振動素子の製造方法〕
次に、上記実施形態の水晶振動片としての振動素子２０の製造方法について説明する。
図２は、振動素子の製造方法を示すフローチャートである。また、図３（ａ）〜（ｃ）、および、図４（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の振動部の製造過程を模式的に示す正断面図である。
通常、振動素子の製造方法では、水晶ウェハーに複数個の振動素子を平面視で並べて形成し、その後、ダイシングすることにより個片の振動素子を一括して複数個得る方法をとる。図３および図４は、水晶ウェハーにおいて一つの振動素子の振動腕が形成される一部分を示した正断面図となっている。
【００３５】
本実施形態の振動素子２０の製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、振動素子２０を複数個形成することが可能な面積を有する水晶ウェハー１（図中ではその一部分のみを図示している）の第１の面１ａおよび第２の面１ｂにスパッタや蒸着、あるいはめっきなどにより金属耐食膜１２０ａ，１２０ｂを形成する（図２のステップＳ１）。金属耐食膜１２０ａ，１２０ｂには、後述する水晶ウェハーをエッチングする工程で使用するエッチング液に対する耐食性を有するものが利用され、例えば、下地層にクロム（Ｃｒ）、上層に金（Ａｕ）の積層膜を用いることができる。
さらに、金属耐食膜１２０ａ，１２０ｂ上に、スピンコート法などによりフォトレジスト膜１３１ａ，１３１ｂを形成する（図２のステップＳ２）。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の面１ａのフォトレジスト膜１３１ａ側のみ、振動素子２０の基部２１や振動腕２２，２３の外形および溝（図１を参照）の陽画または陰画パターンが描かれたフォトマスク１５０を用いて露光する外形・溝パターン露光を行う。本実施形態では、振動素子２０の陽画パターンが描かれた所謂ポジ型用のフォトマスク１５０を用いて、ポジ型のフォトレジスト膜１３１ａを露光する例を示している。即ち、フォトマスク１５０には振動腕２２の外形および溝２の露光パターン１５２と、振動腕２３の外形および溝３の露光パターン１５３と、基部２１の外形の露光パターン（不図示）が描かれていて、これらの露光パターンが図中下向き矢印で示す露光光を遮断し、それ以外の部分を透過した露光光がフォトレジスト膜１３１ａに達して露光される（図２のステップＳ３）。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、露光されたフォトレジスト膜１３１ａを現像して現像パターン１３２，１３３を得る（図２のステップＳ４）。
次に、現像して得られた現像パターン１３２，１３３をマスクにして金属耐食膜１２０ａのエッチングを行なって（図２のステップＳ５）から、フォトレジスト膜１３１ａの現像パターン１３２，１３３およびフォトレジスト膜１３１ｂを剥離（図２のステップＳ６）して、図４（ａ）に示すように、第２の面１ｂ側に金属耐食膜１２０ｂを露出させると共に、第１の面１ａ側に金属耐食膜１２０ａのエッチングマスク１２２ａ，１２３ａを得る。
【００３８】
次に、金属耐食膜１２０ｂおよび金属耐食膜１２０ａのエッチングマスク１２２ａ，１２３ａが形成された水晶ウェハー１をフッ酸を含むエッチング液に浸漬してウェットエッチングすることにより、金属耐食膜１２０ｂおよびエッチングマスク１２２ａ，１２３ａに覆われていない部分の水晶を溶解して、振動素子２０の外形形状（振動腕２２，２３および基部２１）および溝２，３を形成する外形・溝エッチングを行う（図２のステップＳ７）。これにより、図４（ｂ）に示すように、振動素子２０の外形を成す振動腕２２，２３および基部２１（不図示）と同時に、各振動腕２２，２３の第１の面１ａに開口部を有する溝２，３が形成される。
なお、振動腕２２，２３の外形と夫々の溝２，３を水晶のエッチングにより同時に形成する過程で、水晶ウェハー１の溝２，３を形成する部分は、振動腕２２，２３や基部２１の外形を形成する部分に比してエッチング液と接触する面積が小さいため、エッチング時間が長くなるほど外形部分に比してエッチング速度が遅くなるので、振動腕２２，２３などの外形が形成される前に溝２，３部分の水晶が貫通することはない。ただし、振動腕２２，２３などの外形と溝２，３とを同時にエッチングして形成することから、各溝２，３の深さは、振動腕２２，２３の第１の面１ａから第２の面１ｂまでの厚みの半分よりも深く形成される。
【００３９】
図４（ｂ）に示すように、振動腕２２，２３の断面形状は、水晶が有するエッチング異方性により結晶の方向によってエッチング速度に差異が生じ、エッチング速度が遅くなる部位（図中右側面の下側）にエッチング残りが発生して左右非対称になっている。このように断面形状が非対称となると、振動腕２２，２３が本来望む方向の振動とは異なる振動をして漏れ振動を発生し、所望の振動特性が得られずに温度特性が劣化したり、駆動振動（励振振動）する方向がずれることによって、回転角速度がゼロの状態にも関わらず振動腕２２，２３が検出方向（面外方向）に振動してしまい回転角速度の検出精度を劣化させたりする不具合が発生する虞がある。このため、水晶ウェハーのエッチング速度が遅い結晶方向の部分のエッチング残りをなるべく少なくするように、若干過剰気味にエッチングを行うことが好ましい。
このような振動腕２２，２３の非対称な断面形状に起因する不具合を抑制するために、本実施形態の振動素子２０では、各振動腕２２，２３に設ける溝２，３の位置が調整されている。即ち、上記したように、各振動腕腕２２，２３の溝２，３は、振動腕２２，２３の第１の面１ａに開口部の中心を通って且つ振動腕２２，２３の延伸方向に沿った仮想の線（図１（ａ）のＰ２）が、各溝２，３が形成される前の振動腕２２，２３夫々の重心を通って且つ振動腕２２，２３の延伸方向に沿う仮想の線（Ｐ１）に対して平行する方向に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。ここで、「所定量ずれた位置」の所定量とは、水晶ウェハーの結晶軸を明確にしてウェットエッチングによる振動素子２０の外形形成を行うことで予測することが可能な各振動腕２２，２３の断面形状に対して、漏れ振動を抑制可能な溝２，３の位置として予め設定することが可能な量（位置）のことを言う。
本実施形態では、振動腕２２，２３の外形と溝２，３とを、同一フォトマスク１５０により同時に露光して形成しているので、エッチング上がりの各振動腕２２，２３と溝２，３との位置を再現性よく調整して形成することが可能になっている。
【００４０】
振動腕２２，２３などの外形および溝２，３のエッチングを行った後には、水晶ウェハーを混酸液などに浸漬することによって、金属耐食膜１２０ｂおよび金属耐食膜のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａを剥離し（図２のステップＳ８）、次に、図４（ｃ）に示すように、メタライジングマスク１３６ａ，１３６ｂ、およびメタライジングマスク１３７ａ，１３７ｂを形成する（図２のステップＳ９）。メタライジングマスク１３６ａ，１３６ｂ，１３７ａ，１３７ｂは、例えば、フォトリソグラフィーによりフォトレジストをパターニングすることによって形成することができる。
【００４１】
次に、メタライジングマスク１３６ａ，１３６ｂ，１３７ａ，１３７ｂをマスクにして、スパッタリングや蒸着などの方法により、マスクから露出した水晶表面に電極膜を積層させて各種の電極を形成する（図２のステップＳ１０）。図４（ｄ）において、振動腕２２の第１の面１ａおよび溝２の内壁には励振用電極１２が形成され、振動腕２３の第１の面１ａおよび溝３の内壁には励振用電極１３が形成され、さらに各振動腕２２，２３の側面には、引き回し電極としての励振用電極１３または励振用電極１２が形成されている。
以上、述べた工程を経て、振動素子２０の一連の製造工程は終了する。
なお、水晶ウェハー１に縦横並んで多数形成された振動素子２０は、ダイシングなどの方法により個片化して提供することができる。
【００４２】
上記実施形態によれば、振動素子２０の振動部と溝とを同一のフォトマスク１５０を用いて同時に露光するので、位置精度の高いアライナーなどの高性能な設備の増設や、製造工程の増大をさせることなく、振動腕２２，２３の外形と、それに対する溝２，３とを所望の位置関係にて精度よく位置調整して形成することができる。したがって、水晶ウェハーのエッチング異方性に起因する振動特性や温度特性の劣化を効果的に抑えることができ、安定した振動特性を備えた振動素子を低コストにて提供することができる。
また、水晶ウェハー１をエッチングして振動部の外形を形成した後で、振動部の断面形状が非対称となった程度に応じて溝の位置を調整する方法（外形形成と溝形成を別に行う方法）では、振動ジャイロ素子（水晶振動片）一個片ごとに振動部の形状や周波数特性などの測定をする必要があるなど、製造効率が著しく低くなるという課題があるが、本実施形態のように振動素子２０の振動部と溝とを同一のフォトマスク１５０を用いて同時に露光し、同時にエッチングを行なえば、振動腕２２，２３の外形と、それに対する溝２，３とを所望の位置関係にて精度よく位置調整して形成することができるので、一個片毎の調整は不要となる。
また、上記実施形態の製造方法によれば、振動素子（水晶振動片）の小型化にも比較的容易に対応することができる。
【００４３】
上記実施形態で説明した振動素子２０、およびその製造方法は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００４４】
以下、振動素子の製造方法の変形例について図面を参照して説明する。
（変形例１）
図５は、振動素子の製造方法の変形例１を示すフローチャートである。また、図６（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の製造方法の変形例１における振動部の製造過程を模式的に示す正断面図である。なお、上記実施形態との共通部分については同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００４５】
図５に示す本変形例の振動素子の製造方法において、ステップＳ１１からステップＳ１６のフォトレジスト剥離までのエッチングマスク形成は、上記実施形態における図２のステップＳ１〜Ｓ６と全く同じ構成により実施することができる。即ち、ステップＳ１１の金属耐食膜形成からステップＳ１６のフォトレジスト剥離までのプロセスを経て、図６（ａ）に示すように、水晶ウェハー１の第２の面１ｂ側に金属耐食膜１２０ｂが形成され、第１の面１ａ側に金属耐食膜のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａが形成される。
ただし、本変形例の振動素子の製造方法では、後述するように、振動素子の外形および溝を形成するエッチング工程の後で、水晶ウェハーの第２の面１ｂ側全面をハーフエッチングする工程を有するので、製造する振動素子の厚みよりも前記ハーフエッチングする分だけ厚い厚みを有する水晶ウェハー１´を用いる。
【００４６】
次に、金属耐食膜１２０ｂおよび金属耐食膜のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａが形成された水晶ウェハー１´をフッ酸を含むエッチング液に浸漬してエッチングを行い、図６（ｂ）に示すように、振動腕２２´，２３´などの振動素子の外形と溝２０２，２０３とを同時に形成する（図５のステップＳ１７）。ただし、振動素子の外形のうち、水晶ウェハー１´の第１の面１ａから第２の面１ｂまでの厚みは、後工程でさらにエッチングされて薄くなる。
【００４７】
次に、金属耐食膜１２０ｂおよび金属耐食膜のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａのうち、第２の面２ｂの金属耐食膜（裏面エッチングマスク）１２０ｂのみを剥離する（図５のステップＳ１８）。ここで、必要があれば、第１の面１ａ側に露出する水晶面をエッチングマスク材で覆おう処理を施す。この第１の面１ａ側をエッチングマスク材で覆う工程を行う場合は、ステップＳ１８で、金属耐食膜１２０ｂとともに金属耐食膜のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａを同時に剥離してもよい。
【００４８】
次に、図６（ｃ）に示すように、振動腕２２´，２３´の第２の面１ｂ全面を所定量エッチングする裏面エッチングを行い（図５のステップＳ１９）、次に、エッチングマスク１２２ａ，１２３ａを剥離する表面エッチングマスク剥離を行って（図５のステップＳ２０）図６（ｄ）に示すように、本変形例の製造方法による振動素子２２０の溝２０２，２０３を含む外形が完成する。
次に、図５のステップＳ２１に示すメタライジングマスク形成を行った後、そのメタライジングマスクをマスクにして電極膜を積層させて各種の電極を形成し（図５のステップＳ２２）、一連の振動素子２２０の製造工程が終了する。
【００４９】
上記変形例１の振動素子の製造方法によれば、裏面エッチング工程（図５のステップＳ１９）により、水晶のエッチング異方性によりエッチング深さの深い位置、即ち、第２の面１ｂ側に発生するエッチング残り（ヒレ）の少なくとも一部を取り除くことができる。従って、振動腕２２´，２３´と溝２０２，２０３とを同時に露光してパターニングすることにより、溝２０２，２０３の位置を精度よく調整して水晶のエッチング異方性に起因する振動特性の劣化を軽減する効果とともに、振動腕２２´，２３´の断面形状が左右非対称となる度合いが小さくなることから、安定した振動特性が保持された検出感度の高い振動素子２２０を提供することができる。
【００５０】
（変形例２）
続いて、振動素子の製造方法の変形例２について説明する。
図７は、振動素子の製造方法の変形例２を示すフローチャートである。また、図８（ａ）〜（ｃ）、および図９（ａ）〜（ｄ）は、振動素子の製造方法の変形例２における振動部の製造過程を模式的に示す正断面図である。なお、上記実施形態および変形例１との共通部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
まず、図８（ａ）に示すように、本製造方法によって製造する振動素子の厚みよりも厚めの水晶ウェハー１´´の第１の面１ａおよび第２の面１ｂに金属耐食膜１２０ａ，１２０ｂを形成する（図７のステップＳ３１）。
次に、金属耐食膜１２０ａ，１２０ｂ上に、フォトレジスト膜１３１ａ，１３１ｂを形成する（図７のステップＳ３２）。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、水晶ウェハー１´´の第１の面１ａ側および第２の面１ｂ側の両面のフォトレジスト膜１３１ａ，１３１ｂに外形や溝のパターンを露光する両面露光を行う（図７のステップＳ３３）。このとき、第１の面１ａ側の露光には、振動腕などの振動素子の外形および溝の露光パターン２５２ａ，２５３ａが描かれた表面フォトマスク２５０Ａを用い、また、第２の面１ｂ側の露光には、振動腕などの振動素子の露光パターン２５２ｂ，２５３ｂが描かれた裏面フォトマスク２５０Ｂを用いて露光を行う。
【００５３】
次に、図８（ｃ）に示すように、露光されたフォトレジスト膜１３１ａ，１３１ｂを現像して、第１の面１ａ側に現像パターン１３２ａ，１３３ａを得るとともに、第２の面１ｂ側に現像パターン１３２ｂ，１３３ｂを得て（図７のステップＳ３４）から、現像パターン１３２ａ，１３３ａおよび現像パターン１３２ｂ，１３３ｂをマスクにして金属耐食膜１２０ａおよび金属耐食膜１２０ｂのエッチングを行なう（図７のステップＳ３５）。
次に、フォトレジスト膜１３１ａ，１３１ｂの現像パターン１３２ａ，１３３ａ，１３２ｂ，１３３ｂを剥離する（図７のステップＳ３６）ことにより、図９（ａ）に示すように、第１の面１ａ側に金属耐食膜１２０ａのエッチングマスク１２２ａ，１２３ａを得るとともに、第２の面１ｂ側に金属耐食膜１２０ｂのエッチングマスク１２２ｂ，１２３ｂを得る。
【００５４】
次に、第１の面１ａ側に金属耐食膜１２０ａによるエッチングマスク１２２ａ，１２３ａが形成され、第２の面１ｂ側に金属耐食膜１２０ｂによるエッチングマスク１２２ｂ，１２３ｂが形成された水晶ウェハー１´´をフッ酸を含むエッチング液に浸漬して両面エッチングを行う。これにより、図９（ｂ）に示すように、振動腕２２´´，２３´´などの振動素子の外形と、各振動腕２２´´，２３´´の溝３０２，３０３とを同時に形成する（図７のステップＳ３７）。
両面エッチングにより形成された振動腕２２´´，２３´´の断面形状は、上記実施形態や変形例１のように第１の面１ａ側からのみの片面エッチングで形成される振動腕に比して、エッチング残りが発生しやすい結晶方向のエッチング残りが軽減される。
【００５５】
次に、第１の面１ａ側のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａおよび第２の面１ｂ側のエッチングマスク１２２ｂ，１２３ｂのうち、少なくとも第２の面１ｂ側のエッチングマスク１２２ｂ，１２３ｂを剥離する（図７のステップＳ３８）。
次に、図９（ｃ）に示すように、振動腕２２´´，２３´´の第２の面１ｂ全面を所定量エッチングする裏面エッチングを行い（図７のステップＳ３９）、次に、第１の面１ａ側のエッチングマスク１２２ａ，１２３ａを剥離する表面エッチングマスク剥離を行う（図７のステップＳ４０）。これにより、図９（ｄ）に示すように、変形例２の製造方法による振動素子３２０の溝３０２，３０３を含む外形が完成する。
次に、図７のステップＳ４１に示すメタライジングマスク形成を行った後、そのメタライジングマスクをマスクにして電極膜を積層させて各種の電極を形成し（図７のステップＳ４２）、一連の変形例２の振動素子３２０の製造工程が終了する。
【００５６】
上記変形例２の振動素子の製造方法によれば、振動腕２２´´，２３´´などの振動素子３２０の外形と、各振動腕２２´´，２３´´の溝３０２，３０３とを同時に形成する際に、水晶ウェハー１´´の第１の面１ａおよび第２の面１ｂの両面からエッチングを行っているので、水晶のエッチング異方性に起因するエッチング残りが軽減される。
しかも変形例２の製造方法では、上記の外形・溝パターン（両面）エッチング工程の後で、裏面エッチング（図７のステップＳ３９）を行うことにより、第２の面１ｂ側からエッチング残り（ヒレ）の少なくとも一部を取り除いている。これにより、振動腕２２´´，２３´´の断面形状の左右非対称がさらに解消されるので、水晶のエッチング異方性に起因する振動特性の劣化をより軽減することができる。
【００５７】
以上、図１〜９を用いて、水晶振動片の一実施形態としての音叉型の振動素子２０について説明したが、音叉型振動素子に本発明を適用することで、所望の振動方向以外の不要振動モードとの結合が低減されるので、周波数温度特性が改善するという副次的な効果も奏する。例えば、所望の振動成分をＸ方向とし、不要振動の振動成分をＺ方向としたときに、Ｘ方向振動の周波数温度特性にＺ方向振動の周波数温度特性が混ざらなくなり、これにより周波数温度特性の改善が可能となる。また、不要振動を抑圧できることから、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を小さくでき、これによりＱ値を大きく出来るという副次的な効果も奏する。
【００５８】
（変形例３）
〔振動ジャイロ素子〕
次に、本発明の水晶振動片の変形例としての振動ジャイロ素子について図面を参照しながら説明する。
図１０は、水晶振動片としての音叉型の振動ジャイロ素子を模式的に示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、本変形例の振動ジャイロ素子の構成のうち、振動部としての振動腕１２２，１２３の断面形状、および振動腕１２２に設けられた溝１０２の形状は上記実施形態の振動素子２０の振動腕２２，２３の形状と同じであるため、詳細な説明を省略する。
図１０（ａ）に示すように、振動ジャイロ素子１２０は、上記第１の実施形態の振動素子２０と同様に、基部１２１と、基部１２１の一端から互いに並行させて延伸する一対の振動腕１２２，１２３と、を備えた所謂音叉型の形状を呈している。
一対の振動腕１２２，１２３のうちの一方の振動腕１２２には、溝１０２が設けられている。
【００５９】
溝１０２は、振動腕１２２の第１の面１０１ａに開口部を有する。溝１０２は、振動腕１２２の第１の面１０１ａにおいて開口部の中心を通って且つ振動腕１２２の延伸方向に沿った仮想の線Ｐ２が、溝１０２が形成される前の振動腕１２２の重心を通って且つ振動腕１２２の延伸方向に沿う仮想の線Ｐ１に対して平行するいずれかの方向（本変形例では−Ｘ方向）に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。溝１０２の開口部は、前記の線Ｐ１で振動腕１２２を幅方向に分割したときに図中左側のエリアに形成されている。
【００６０】
一対の振動腕１２２，１２３のうち一方の振動腕には励振用（駆動用）の電極が設けられ、他方の振動腕には検出用の電極が形成されている。本変形例の振動ジャイロ素子１２０では、図１０（ｂ）に示すように、一方の振動腕１２２に励振用電極１１２が設けられ、他方の振動腕１２３に検出用電極１１３が設けられている。
励振用電極１１２に電気信号±Ｖが加えられることにより、振動腕１２２が励振されて第１の面１０１ａの面内方向（±Ｘ方向）に機械的に振動させる。
また、検出用電極１１３は、振動腕１２３の機械的振動を電気検出済み信号に変換することができる。
【００６１】
振動腕１２２に設けられた励振用電極１１２は、基部１２１に設けられた外部接続端子１１６に電気的に接続されている。また、振動腕１２３に設けられた検出用電極１１３は、基部１２１に設けられた外部接続端子１１５に電気的に接続されている。
【００６２】
上記構成の音叉型の振動ジャイロ素子１２０は、音叉型ジャイロメーターの原理により、励振用電極１１２に励振用の電気信号（励振信号）±Ｖが印加されて振動腕１２２が±Ｘ方向に振動しているときに、振動ジャイロ素子１２０がＹ軸回りに回転すると、その回転運動が振動腕１２２の振動方向に直角のコリオリの力を発生させ、その結果として励振振動の平面に直角の平面内における少なくとも検出用の振動腕１２３の±Ｚ方向の振動を発生させる。この機械的振動は、振動ジャイロ素子１２０の圧電水晶によって電気信号に変換され、この電気信号は検出用の振動腕１２３の表面に設けられた検出用電極１１３によって検出される。
【００６３】
以上、述べたような構成の振動ジャイロ素子１２０によれば、一対の振動部としての振動腕１２２，１２３のうち一方の振動腕１２２を励振用の振動部として利用し、他方の振動腕１２３を検出用の振動部として利用しているので、振動腕１２２の励振用電極１１２と、振動腕１２３の検出用電極１１３とを分離して配置できる。これにより、励振用電極１１２や検出用電極１１３を含む振動ジャイロ素子１２０の電極配線が容易になり、励振用電極１１２と検出用電極１１３とが近接している場合に起こり得る電極配線間の容量結合を抑制することができる。したがって、回転角速度などの物理量を高精度に検出する振動ジャイロ素子１２０を提供することができる。
【００６４】
なお、音叉型の振動ジャイロ素子の構成は、上記振動ジャイロ素子１２０のように、一対の振動腕１２２，１２３のうち一方を駆動用の振動腕１２２とし、他方を検出用の振動腕１２３としたが、これに限らない。一対の振動腕のそれぞれに駆動用電極および検出用電極を配設して、駆動用電極に励振信号を印加して両方の振動腕ともに駆動させるとともに、両方の振動腕を駆動（振動）させている状態の振動ジャイロ素子に回転角速度が印加されたときに発生するコリオリの力を検出用電極で検出することもできる。
この構成では、各振動腕に設ける電極の配置が、上記変形例３の振動ジャイロ素子１２０とは異なる配置とする。
詳述すると、各振動腕の基部側の両主面に、ある瞬間において極性が同じになるように励振電極を設ける。ここで、一方の振動腕と他方の振動腕とでは、ある瞬間において極性が逆になるように配置する。例えば、一方の振動腕の両主面に設けた励振電極のある瞬間の極性が＋であるとき、他方の振動腕の両主面に設けた励振電極の極性が−になるようにする。
また、各振動腕の両主面と直交して対向する両側面には、各振動腕の両主面に設けた励振電極のある瞬間の極性とは逆の極性を呈する励振電極を設ける。例えば、前記振動腕の両主面の励振電極のある瞬間の極性に対して、一方の振動腕の両側面に設けた励振電極の極性が−となり、他方の振動腕の両側面に設けた励振電極が＋となるようにする。
以上述べたような電極構成により、ある瞬間において、一方の振動腕には振動腕の中央から両側面側への方向に電界が生じ、他方の振動腕には振動腕の両側面側から中央への方向に電界が生じる。
【００６５】
また、各振動腕の先端側の両主面には、各主面において各振動腕の延びる方向に沿って並行させて配置した一対の検出電極を設ける。ここで、各振動腕の各主面の一対の検出電極は、ある瞬間において極性が異なるように設ける。また、各振動腕の両主面にそれぞれ設けられた一対の検出電極のある瞬間の極性が、対向する検出電極のある瞬間の極性とは逆になるように配置する。例えば、振動腕の一方の主面に、ある瞬間において極性が＋の第１の検出電極と極性が−の第２の検出電極とからなる一対の検出電極を設けた場合、他方の主面の設ける前記第１の検出電極と対向する第３の検出電極、および、前記第２の検出電極と対向する第４の検出電極のそれぞれの極性は、第３の検出電極が−、第４の検出電極が＋となるように配置する。
【００６６】
上記構成の振動ジャイロ素子において、各励振電極を介して電界を印加することにより、各振動腕が両主面に沿った方向（面内方向、図中Ｙ方向）に屈曲振動を与える。この面内方向の屈曲振動を各振動腕が行なっている状態のとき、振動腕の延びる方向に沿った軸の周りに角速度ωが印加されると、コリオリ力により、上記面内方向と直交する面外方向に新たな屈曲振動が起こる。この新たな屈曲振動により発生する電圧を各振動腕の両主面に設けた検出電極で検出することにより、振動ジャイロ素子に印加された角速度ωの値を知ることができる。
以上、述べた構成の振動ジャイロ素子においても、上記実施形態の振動素子２０、あるいは変形例３の振動ジャイロ素子１２０と同様な構成の溝２，３、あるいは溝１０２を設けることにより、振動部としての振動腕の断面形状が非対称であることに起因する不要な振動成分を相殺して、検出精度や温度特性の劣化を抑制することができる。
また、上記変形例３の振動ジャイロ素子１２０が、一対の振動腕１２２，１２３のうち一方の振動腕１２２だけで駆動させているのに対して、両方の振動腕ともに駆動させることにより、励振効率が向上してＣＩ値を低減することができ、それに伴って消費電流の抑制を図ることができる。
【００６７】
（変形例４）
上記実施形態および変形例３では、水晶振動片として、音叉型の振動素子２０や振動ジャイロ素子１２０について説明したが、水晶振動片の形状はこれに限らない。次に、音叉型とは異なる形状の水晶振動片の例について説明する。
図１１は、基部の一端、および、その一端の反対側の他端の各々から一対の振動部が延びた構成のＨ型の水晶振動片としての振動ジャイロ素子を説明する概略平面図である。また、図１２は、基部の一端から三つの振動部が延びた構成の三脚タイプの水晶振動片としての振動ジャイロ素子を示す概略平面図である。
【００６８】
まず、外形がＨ型の水晶振動片について説明する。
図１１に示す水晶振動片としての振動ジャイロ素子４２０は、基部４２１の一端から互いに並行に延びる一対の振動部としての駆動用振動腕４２２，４２３と、それとは反対側に延びる一対の振動部としての検出用振動腕４２４，４２５とを有する。このうち一対の駆動用振動腕４２２，４２３の主面には、駆動用振動腕４２２，４２３の長手方向に溝４０２，４０３が形成されている。溝４０２，４０３は、各駆動用振動腕４２２，４２３の第１の面４０１ａに開口部を有する。溝４０２は、駆動用振動腕４２２の第１の面４０１ａにおいて開口部の中心を通って、且つ、駆動用振動腕４２２の延伸方向に沿った仮想の線Ｐ２が、溝４０２が形成される前の駆動用振動腕４２２の重心を通って且つ駆動用振動腕４２２の延伸方向に沿う仮想の線Ｐ１に対して並行するいずれかの方向（本変形例では−Ｘ方向）に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。溝４０２の開口部は、前記の線Ｐ１で駆動用振動腕４２２を幅方向に分割したときに図中左側のエリアに形成されている。これと同様の位置関係にて、他方の駆動用振動腕４２３の溝４０３が形成されている。
駆動用振動腕４２２，４２３の両主面、および、一方の主面の溝４０２，４０３の側面と底面には駆動第１電極４１２，４１３が設けられ、駆動用振動腕４２２，４２３の側面には、ある瞬間において前記駆動第１電極と極性が異なる駆動第２電極（図示せず）が設けられて、振動ジャイロ素子４２０を振動させる駆動電極を構成している。
【００６９】
前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、上記変形例３と同様に駆動用振動腕４２２，４２３の両主面と平行な方向に交互に電界が生じ、駆動用振動腕４２２，４２３が電界の方向と同じ方向に屈曲振動する。
この状態で、振動ジャイロ素子４２０が図中Ｙ軸を中心に回転すると、その回転角速度ωに対して、その振動方向と直交する向きに働くコリオリ力により、駆動用振動腕４２２，４２３は図中Ｚ軸方向に応力を受けてＺ方向に振動する。この振動が検出用振動腕４２４，４２５をその共振振動数で振動させ、これを電気信号として検出用電極４１４，４１５により検出して、振動ジャイロ素子４２０に印加された回転角速度およびその回転方向等を求める。
振動ジャイロ素子４２０のようなＨ型の振動ジャイロ素子は、駆動用振動腕４２２，４２３で駆動するため励振効率が向上してＣｌ値を抑えることができるとともに、駆動用振動腕４２２，４２３と検出用振動腕４２４，４２５とが基部４２１の反対側の端部からそれぞれ延出されているため、駆動電極と検出電極の分離がし易く、また、検出用の電極を大きくとれるので、検出感度を向上させることができる。
【００７０】
次に、本変形例の２つ目のバリエーションとして、基部の一端から三つの振動部が延出された構成の三脚タイプの水晶振動片について説明する。
図１２に示す水晶振動片としての振動ジャイロ素子５２０は、基部５２１と、基部５２１の一端から互いに並行させて延出された三つの振動腕５２２，５２３，５２４を有している。
【００７１】
駆動用の振動腕５２２，５２３のそれぞれには、振動腕５２２，５２３の延伸方向に沿って細長く形成された溝５０２，５０３が設けられている。溝５０２，５０３は、振動腕５２２，５２３の第１の面５０１ａに開口部を有し、各振動腕５２２，５２３の第１の面５０１ａにおいて開口部の中心を通って且つ各振動腕５２２，５２３の延伸方向に沿った仮想の線Ｐ２が、溝５０２，５０３が形成される前の振動腕５２２，５２３の重心を通って且つ振動腕５２２，５２３の延伸方向に沿う仮想の線Ｐ１に対して平行するいずれかの方向（本変形例では−Ｘ方向）に所定量ずれた位置に配置されて設けられている。また、溝５０２，５０３の開口部は、前記の線Ｐ１で振動腕５２２，５２３を幅方向に分割したときに図中左側のエリアに形成されている。
【００７２】
三つの振動腕５２２，５２３，５２４のうち、振動腕５２４を間に挟んだ両側に設けられた振動腕５２２，５２３には励振用電極５１２，５１３が設けられ、これらの振動腕５２２，５２３が駆動用の振動腕（振動部）として利用される。
また、三つの振動腕５２２，５２３，５２４の真ん中に配置された振動腕５２４には検出用電極５１４が形成され、振動腕５２４は検出用の振動腕（振動部）として利用される。励振用電極５１２，５１３に電気信号±Ｖが加えられることにより、振動腕５２２，５２３が励振されて第１の面５０１ａの面内方向（±Ｘ方向）に機械的に振動させ、また、検出用電極５１４は、振動腕５２４の機械的振動を電気検出済み信号に変換することができる。
【００７３】
なお、三つの振動腕５２２，５２４，５２３の使い方はこれに限らず、二つの駆動用の振動腕と一つの検出用の振動腕となるように電極を形成すればよい。例えば、隣接する振動腕５２２および振動腕５２４を駆動用の振動腕とし、振動腕５２４に隣接する振動腕５２３を検出用の振動腕として利用できるように電極を形成すれば、駆動用の振動腕５２２，５２４が近接することによって駆動振動のＱ値が大きくなることにより駆動振動のＣｌ値が低減され、それに伴って消費電流の抑制を図ることができる。
【００７４】
以上、述べた変形例４の二つの振動ジャイロ素子４２０，５２０の構成においても、駆動用振動腕４２２，４２３、あるいは駆動用振動腕５２２，５２３に、上記実施形態の振動素子２０、あるいは変形例３の振動ジャイロ素子１２０の溝２，３、あるいは溝１０２と同様な構成の溝４０２，４０３あるいは溝５０２，５０３を設けることにより、振動部としての振動腕の断面形状が非対称であることに起因する不要な振動成分を相殺して、検出精度や温度特性の劣化を抑制し高感度で安定した検出精度を有する振動ジャイロ素子４２０，５２０を提供することができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
〔ジャイロセンサー〕
次に、本発明の水晶振動片を搭載したジャイロセンサーについて、図面を参照しながら説明する。
図１３は、本発明の水晶振動片の一例として上記変形例３で説明した振動ジャイロ素子１２０を備えたジャイロセンサーを示す模式図であり、（ａ）は、振動ジャイロ素子１２０の第１の面１０１ａ側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、正断面図である。
なお、図１３（ａ）では、リッド（蓋体）を便宜上省略してある。また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
図１３に示すように、ジャイロセンサー１００は、水晶振動片としての振動ジャイロ素子１２０と、振動ジャイロ素子１２０の駆動回路および検出回路を少なくとも有する半導体回路素子としてのＩＣチップ４０と、振動ジャイロ素子１２０およびＩＣチップ４０とを収容するパッケージ６０とを備えている。
【００７７】
パッケージ６０は、平板状の第１層基板６１と、開口部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板６２、第３層基板６３、および第４層基板６４とがこの順に積層されている。第２層基板６２から第４層基板６４まで上方にいくにしたがって開口部の大きさが大きくなっていることから、パッケージ６０の内部には段差を有する凹部が形成されている。なお、パッケージ６０を構成する第１層基板６１〜第４層基板６４には、セラミックグリーンシートを成形したものが広く利用され、例えば焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。
【００７８】
パッケージ６０の凹部の凹底面となる第１層基板６１の上面にはＩＣチップ４０が図示しないダイアタッチ材により接着・固定されている。
ＩＣチップ４０には、能動面４０ａ側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素子を含んで構成される集積回路（図示せず）が形成されている。この集積回路には、振動ジャイロ素子１２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子１２０に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。また、ＩＣチップ４０の能動面４０ａ側には、集積回路から引き出され集積回路と外部との電気的な接続を図る複数の電極パッド４５が設けられている。
ＩＣチップ４０の各電極パッド４５は、パッケージ６０の凹部の第２層基板６２により形成された段部に設けられた対応するＩＣ接続端子６５とボンディングワイヤー９５を介して電気的に接続されている。なお、ＩＣチップ４０とパッケージ６０との電気的な接続は、本実施形態のワイヤーボンディングを用いた方法に限らず、例えば、電極パッド４５に半田などのバンプを設けてＩＣ接続端子に直接接合するフェースダウン接合などの他の接合方法を用いることができる。
【００７９】
パッケージ６０の凹部の第３層基板６３により形成された段部には振動ジャイロ素子１２０が接合されるマウント電極６６が設けられている。
振動ジャイロ素子１２０は、基部１２１に設けられた外部接続端子１１５，１１６を、パッケージ６０の対応するマウント電極６６に位置合わせした状態で導電性接着材などの接合部材９７を介してマウント電極６６に接合されている。これにより、振動ジャイロ素子１２０は、パッケージ６０の凹部において、ＩＣチップ４０の上方に隙間を介して片持ち支持される。
なお、パッケージ６０に設けられるＩＣ接続端子６５やマウント電極６６などの電極、端子、およびそれらを接続する配線は、例えば、タングステン（Ｗ）などのメタライズ層に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜が用いられる。
【００８０】
ジャイロセンサー１００は、ＩＣチップ４０および振動ジャイロ素子１２０がパッケージ６０の内部に上記のように配置され収納された状態で、リッド７０がシームリングや低融点ガラスなどの接合部材６９を介してパッケージ６０の上面に接合される。リッド７０には、コバールなどの金属、ガラス、セラミックなどが用いられている。
これにより、パッケージ６０の内部は、気密に封止される。なお、パッケージ６０の内部は、振動ジャイロ素子１２０の振動が阻害されないように、真空状態（真空度が高い状態）、または、不活性ガス雰囲気に保持されていることが好ましい。
【００８１】
上記のように構成されたジャイロセンサー１００は、上記実施形態に記載の振動ジャイロ素子１２０を備えているので、水晶ウェハーのエッチング異方性に起因する駆動振動と検出振動の機械結合が抑制され、安定した回転角速度の検出を行うことができる。このことから、ジャイロセンサー１００は、撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに好適に用いられる。
【００８２】
なお、本実施形態では、振動ジャイロ素子１２０およびそれを制御するＩＣチップ４０を一組備えたジャイロセンサー１００について説明したが、複数組の振動ジャイロ素子およびＩＣチップを搭載することにより、例えば複数軸方向の回転角速度の検出が可能な高性能なジャイロセンサーを提供することができる。
【００８３】
（第３の実施形態）
〔電子機器〕
上記実施形態および変形例に記載の水晶振動片としての振動素子や振動ジャイロ素子、および、それらを備えた第２の実施形態のジャイロセンサーを搭載した電子機器は、上記したようにコストの上昇を抑えながら振動特性の安定化が図られた振動素子や振動ジャイロ素子を備えているので、高性能化および低コスト化を図ることが可能である。
例えば、図１４（ａ）は、デジタルビデオカメラへの適用例を示す。デジタルビデオカメラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および表示ユニット１００１を備えている。このようなデジタルビデオカメラ２４０に、例えば、上記変形例３の振動ジャイロ素子１２０を備えたジャイロセンサー１００を搭載することにより、所謂手ぶれ補正機能を搭載することができる。
また、図１４（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機、図１４（ｃ）は、情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）への適用例をそれぞれ示すものである。
まず、図１４（ｂ）に示す携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットと１００２を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、表示ユニット１００２に表示される画面がスクロールされる。
また、図１４（ｃ）に示すＰＤＡ４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニット１００３を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット１００３に表示される。
このような携帯電話機３０００やＰＤＡ４０００に、上記変形例３の振動ジャイロ素子１２０を備えたジャイロセンサー１００を搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図１４（ｂ）の携帯電話機３０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、携帯電話機３０００に搭載された振動ジャイロ素子１２０やジャイロセンサー１００により手振れ補正を行うことができる。また、図１４（ｂ）の携帯電話機３０００や、図１４（ｃ）のＰＤＡ４０００にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上記実施形態の振動素子２０を備えたジャイロセンサー１００を搭載することにより、ＧＰＳにおいて、携帯電話機３０００やＰＤＡ４０００の位置や姿勢を認識させることができる。
【００８４】
なお、図１４に示す電子機器に限らず、本発明の振動素子２０、振動ジャイロ素子１２０、および、振動ジャイロ素子１２０を備えたジャイロセンサー１００を適用可能な電子機器として、モバイルコンピューター、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ゲーム機などが挙げられる。
【００８５】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００８６】
例えば、上記実施形態および変形例では、振動素子２０や振動ジャイロ素子１２０，４２０，５２０などのように、一対の振動部としての振動腕２２，２３や振動腕１２２，１２３を有する音叉型の水晶振動片や、三つの振動腕５２２，５２３，５２４を有する振動ジャイロ素子５２０、あるいは振動ジャイロ素子４２０のように四つの振動腕４２２，４２３，４２４，４２５を有する水晶振動片について説明したが、これらに限定されない。例えば、基部から一つの振動部（振動腕）が延伸されたビーム型の水晶振動片や、振動部が４つ以上の水晶振動片、あるいは、一つの基部に対して梁などを介して複数対の振動部が備えられた水晶振動片（例えば、所謂ダブルＴ型の水晶振動片）などであっても、本発明の振動部の外形と溝とを同時露光して形成する製造方法によれば、上述した実施形態および変形例に記載したものと同様な効果を得ることができる。
【００８７】
また、上記実施形態および変形例では、各振動腕、例えば上記実施形態の振動素子２０の振動腕２２，２３の第１の面１ａの励振用電極１２，１３を、それぞれ溝２，３の内壁にも設ける構成とした。
これに限らず、内壁に電極がない場合でも、上記に記載した振動特性の劣化の抑制を図ることができる。
【００８８】
以上、本発明をいくつかの実施形態を用いて説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【００８９】
また、上記各実施形態および変形例では水晶振動片としてセンサー素子の一種である振動素子２０を例に挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、加速度に反応する加速度感知素子、圧力に反応する圧力感知素子、重さに反応する重量感知素子などでもよい。
また、本発明の水晶振動片は、上記実施形態および変形例で説明した振動素子２０などのセンサー素子に限らず、例えば、発振器などに用いられる共振子であってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１，１´，１´´…水晶ウェハー、１ａ，１０１ａ，２０１ａ，３０１ａ…第１の面、１ｂ…第２の面、２，３，１０２，２０２，２０３，３０２，３０３…溝、１２，１３，１１２，２１２，２１３，３１２，３１３…励振用電極、１１３，２１４，２１５，３１４…検出用電極、１５，１６，１１５，１１６…外部接続端子、２０，２２０，３２０…水晶振動片としての振動素子、２１，１２１，４２１，５２１…基部、２２，２３，１２２，１２３，２２２，２２３，３２２，３２３，４２２〜４２５，５２２〜５２４…振動部としての振動腕、４０…ＩＣチップ、４０ａ…能動面、４５…電極パッド、６０…パッケージ、６１…第１層基板、６２…第２層基板、６３…第３層基板、６４…第４層基板、６５…ＩＣ接続端子、６６…マウント電極、６９，９７…接合部材、７０…リッド、９５…ボンディングワイヤー、１００…ジャイロセンサー、１２０，４２０，５２０…水晶振動片としての振動ジャイロ素子、１２０ａ，１２０ｂ…金属耐食膜、１２２ａ，１２２ｂ…エッチングマスク、１３１ａ，１３１ｂ…フォトレジスト膜、１３２，１３３…現像パターン、１３６ａ，１３６ｂ，１３７ａ…メタライジングマスク、１５０，２５０Ａ，２５０Ｂ…フォトマスク、１５２，１５３，２５２ａ，２５２ｂ，２５３ａ，２５３ｂ…露光パターン、２００…ジャイロセンサー、２４０…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、２４１…受像部、２４２…操作部、２４３…音声入力部、１００１…表示ユニット、１００２…表示ユニット、１００３…表示ユニット、３０００…電子機器としての携帯電話機、３００１…複数の操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…電子機器としてのＰＤＡ、４００１…複数の操作ボタン、４００２…電源スイッチ。
【図１】
2012257141.tif 000003
【図２】
2012257141.tif 000004
【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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