(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の主面と一対の側面とを備えており、前記一方の主面の幅が前記他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、
基板の一方の主面に所定の開口を有するマスクをパターニングして形成し、前記基板の他方の主面にマスクを設けることなしに、前記基板を前記一方の主面および前記他方の主面からエッチングすることによって前記振動片を成形することを特徴とする、振動片の製造方法。
【請求項２】
前記基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧電性単結晶が水晶であることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記振動片が、前記主面に略平行な平面に沿って屈曲振動することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
一対の主面と一対の側面とを備えており、前記一方の主面の幅が前記他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、
基板の一方の主面に所定の開口を有する第一のマスクをパターニングして形成する第一のマスク形成工程；
前記基板の他方の主面に未硬化のレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程；
前記マスク側の前記開口から活性エネルギー線を照射し、前記未硬化のレジスト膜を露光する露光工程；
前記レジスト膜を現像し、前記開口のパターンに対応する現像パターンを形成する現像工程；
この現像パターンを利用して第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程；および
前記基板を前記一方の主面および前記他方の主面からエッチングすることによって前記振動片を成形するエッチング工程
を有することを特徴とする、振動片の製造方法。
【請求項６】
前記基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記圧電性単結晶が水晶であることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記振動片が、前記主面に略平行な平面に沿って屈曲振動することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項９】
前記第一のマスクの前記パターニングを、ポジ型フォトレジストを用いて行うことを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１０】
前記現像パターンを形成した後、前記他方の主面および前記現像パターンを被覆するように金属膜を形成し、次いで前記現像パターン上の前記金属膜を、前記現像パターンと共にリフトオフ法によって除去することによって、前記第二のマスクを形成することを特徴とする、請求項５〜９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の方法によって製造されたことを特徴とする、振動片。
【請求項１２】
請求項１１記載の振動片およびこの振動片を固定する固定部を有することを特徴とする、振動子。
【請求項１３】
請求項１２記載の振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動片、振動子、振動型ジャイロスコープおよび振動片の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、振動型ジャイロスコープを自動車に搭載し、自動車の車体の方向の制御に使用することが検討されている。例えば自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに振動型ジャイロスコープを使用するときには、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】
車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００４】
本出願人は、特開２００１−１２９５２号公報において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特開２００１−１２９５２号公報に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。この場合には、確かに振動子のゼロ点温度ドリフトは全体的に低減されていた。しかし、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００６】
なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、一対の主面と一対の側面とを備える振動片において、振動子からの出力のゼロ点温度ドリフトについて、振動子ごとの偏差を少なくすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一の態様に係る発明は、一対の主面と一対の側面とを備えており、振動片の前記一方の主面の幅が前記他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、
基板の一方の主面に所定の開口を有するマスクをパターニングして形成し、基板の他方の主面にマスクを設けることなしに、基板を一方の主面および他方の主面からエッチングすることによって振動片を成形することを特徴とする。
【０００９】
第二の態様に係る発明は、一対の主面と一対の側面とを備えており、前記一方の主面の幅が前記他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、基板の一方の主面に所定の開口を有する第一のマスクをパターニングして形成する第一のマスク形成工程；基板の他方の主面に未硬化のレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程；第一のマスク側の開口から活性エネルギー線を照射し、未硬化のレジスト膜を露光する露光工程；レジスト膜を現像し、開口のパターンに対応する現像パターンを形成する現像工程；現像パターンを利用して第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程；および基板を一方の主面および他方の主面からエッチングすることによって振動片を成形するエッチング工程を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記方法によって製造された振動片、および、この振動片と振動片を固定する固定部を有する振動子に係るものである。また、本発明は、前記振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープに係るものである。
【００１１】
互いに略平行な一対の主面と、一対の側面とを備える振動片において、一方の主面の幅が他方の主面の幅よりも小さくなるように設計することで、前述したような振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できる。
【００１２】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明によって製造可能な振動子１を示す平面図であり、図１（ｂ）は、振動子１の側面図であり、図２は、振動片２の横断面の輪郭を示す図である。
【００１３】
振動子１は、固定部４と、固定部４から伸びる細長い振動片２とを備えている。振動片２は、紙面（所定平面：Ｘ−Ｙ平面）に対して略平行な一対の主面２ｃ、２ｄと、所定平面に略垂直な一対の側面２ａ、２ｂとを有する。そして、振動片２の付け根部分５の一方の側面２ａ側には一方のテーパー部３Ａが設けられており、他方の側面２ｂ側には他方のテーパー部３Ｂが設けられている。本例の振動片２は、所定平面に沿って矢印Ａのように屈曲振動するものである。振動片の横断面の輪郭は、図２に示すように略台形をなしている。即ち、一方の主面２ｃの幅ＴＡは、他方の主面２ｄの幅ＴＢよりも小さい。
【００１４】
このような形態の振動子によって、前述した個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを抑制できる理由は、以下のように考えられる。
【００１５】
図３に示す振動片７の横断面輪郭は略長方形である。従って、一方の主面７ｃの幅と他方の主面７ｄの幅とは略同一であり、側面７ａの幅と７ｂの幅とは略同一である。これに対して、振動片２は、図２に示すように例えば略台形をなしている。
【００１６】
ここで、当業者の常識から考えると、図２に示すような異形の横断面形状を採用することは、通常は考えにくい。なぜなら、図３に示すような略長方形の振動片を、例えば矢印Ａ方向に屈曲振動させ、振動片をＺ軸を中心として回転させたものとする。ここで、Ｚ方向の不要な振動成分が生ずると、回転角速度の検出時にノイズとして現れる。このようなノイズは温度変化の影響を受ける。従って、Ｚ方向のノイズ成分をできるだけカットすることが、ゼロ点温度ドリフトを低減するために必要である。
【００１７】
ここで、図３に示すような略長方形状の輪郭は、Ｚ方向の不要なノイズ振動成分を低減するためには望ましい。これに対して、図２に示すような異形の横断面形状は、Ｚ方向のノイズ成分を発生させやすい。従って、ゼロ点温度ドリフトの増大に寄与するものと考えられる。以上の理由から、ゼロ点温度ドリフトを低減するためには、図３に示すような長方形状の横断面形状を採用することが当業者の常識である。
【００１８】
ところが、本発明者が実際に量産プロセスを検討していく過程で、図２に示すような横断面形状を有する振動子２が、振動子７よりも、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減する上で好適であることを見いだした。
【００１９】
この理由は明確ではないが、以下のように推定される。即ち、振動片の外形輪郭を形成するためには、例えば圧電性単結晶からなるウエハーをエッチング処理する。エッチング処理の段階では、ウエハーの表面側と裏面側との双方に例えばホトレジストを塗布し、その上にホトマスクを設置し、表面側ホトマスクと裏面側ホトマスクとのアライメントを行う。そして、ホトレジストを露光して硬化させ、ホトマスクを除去し、ホトレジストのパターニングを行う。そしてウエハーをエッチングし、ホトレジストのパターンに対応した輪郭をウエハーに形成する。
【００２０】
ここで、ウエハーの表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生することがある。この場合には、図３に点線で示すように、振動片７の横断面輪郭が平行四辺形となる。この状態で振動片７を矢印Ａ方向に駆動すると、Ｚ方向の不要な振動成分が発生し、このノイズ成分が環境温度に応じて変化することから、ゼロ点温度ドリフトを発生させる。このような振動片の横断面形状のズレが、ゼロ点温度ドリフトの大きな原因となっているものと思われる。
【００２１】
図２に示すような設計の場合にも、ウエハーの表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生する。この場合には、図２に点線で示すように、振動片７の横断面輪郭は、歪んだ台形となる。この状態で振動片７を矢印Ａ方向に駆動すると、やはりゼロ点温度ドリフトを発生させるはずである。
【００２２】
ここで、ゼロ点温度ドリフトの大きさそれ自体への寄与は、図３に示すような振動片７の方が小さいものと思われる。しかし、ゼロ点温度ドリフトそれ自体が大きくとも、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキがほぼ一定であれば、振動子に補正回路を接続することで対応可能である。ところが、図３に実線で示す場合と点線で示す場合とでは、ゼロ点温度ドリフトへの横断面形状の寄与が大きく異なっている。なぜなら、図３に実線で示す場合には、ゼロ点温度ドリフトへの振動片の横断面形状の寄与はほとんどないと考えられるが、点線の場合にはゼロ点温度ドリフトへの横断面形状の寄与が大きいからである。これに対して、図２に示す場合には、振動片の横断面形状が実線で示すように略台形である場合と、振動片の横断面形状が点線で示すように歪んだ台形である場合とで、ゼロ点温度ドリフトへの寄与のバラツキは小さい。
【００２３】
一方の主面の幅ＴＡと他方の主面の幅ＴＢとの割合は特に限定されない。しかし、本発明の効果を奏する上では、一方の主面の幅ＴＡが他方の主面の幅ＴＢの９９％以下であることが好ましく、９８％以下であることが更に好ましい。しかし、一方の主面の幅ＴＡの他方の主面の幅ＴＢに対する割合が小さくなると、不要なノイズ振動成分が大きくなり、ゼロ点温度ドリフトが増大する傾向がある。従って、ノイズ振動成分を抑制するという観点からは、ＴＡがＴＢの９０％以上であることが好ましく、９４％以上であることが更に好ましい。
【００２４】
好適な実施形態においては、振動片の横断面形状が略台形である。ただし、横断面形状が幾何学的に正確な台形である必要はなく、製造上の誤差は許容される。
【００２５】
また、本発明の効果を奏するという観点からは、他方の主面２ｄと側面２ｂ（または２ａ）とがなす角度θは８９゜以下であることが好ましく、８８゜以下であることが更に好ましい。ただし、θが小さくなりすぎると、不要なノイズ振動成分が大きくなり、ゼロ点温度ドリフトが増大する傾向がある。従って、ノイズ振動成分を抑制するという観点からは、θは８０゜以上であることが好ましく、８３゜以上であることが更に好ましい。
【００２６】
前記振動子は、図４、図５を参照しつつ説明する方法によっても形成できる。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、圧電性単結晶からなる基板（ウエハー）１３を準備する。基板１３はＺ板、Ｘ板であってよい。次いで、基板１３の表面１３ａおよび裏面１３ｂをエッチングすることによって、加工変質層を除去する。次いで、基板１３を洗浄することによって、パーティクルを減らす。この際の洗浄液としては、アルカリ系洗剤、超純水、イソプロピルアルコール（ＥＬグレード）などがある。
【００２８】
次いで、基板１３の表面１３ａおよび裏面１３ｂの全体にわたってマスク用の金属膜１５Ａ、１５Ｂを形成する。金属膜の材質は、エッチャントによって腐食を受けにくい材質であれば特に限定されない。しかし、圧電性単結晶、特に水晶からなる基板１３をエッチングする場合には、金属膜１５Ａ、１５Ｂの材質は、金、タングステン、モリブデン、またはこれらの合金であることが好ましく、金または金の合金であることが特に好ましい。
【００２９】
好ましくは、金属膜１５Ａ、１５Ｂを形成する前に、下地膜１４Ａ、１４Ｂを形成することによって、金属膜と基板との密着性を高める。下地膜の材質は、金、クロム、チタンまたはこれらの合金が好ましい。こうした下地膜は、２層以上設けることができる。特に好ましくは、下地層の少なくとも基板と接触する部分がクロムまたはチタンからなる。下地層の成膜装置としては、蒸着機あるいはスパッタ機を使用できる。
【００３０】
下地膜１４Ａ、１４Ｂの上に金属膜１５Ａ、１５Ｂを形成する場合には、蒸着装置あるいはスパッタ装置を採用することが好ましい。膜の厚さは、エッチングピットの減少という観点からは０．１μｍ以上が好ましく、寸法ばらつきを減少させるという観点からは０．５μm以下が好ましい。
【００３１】
金属膜１５Ａ、１５Ｂ上にレジスト１６Ａ、１６Ｂを塗布し、次いでホトマスク１７Ａ、１７Ｂを設置する。ホトマスク１７Ａ、１７Ｂには開口１８Ａ、１８Ｂが形成されている。開口は、前述した振動片の輪郭に対応した形状を有する。具体的には、開口１８Ａの幅ＴＣを、開口１８Ｂの幅ＴＤよりも小さくする。これによって、図２に示すような略台形の横断面形状を形成可能である。
【００３２】
ここで、ＴＣとＴＤとの偏差は特に限定されない。しかし、本発明の効果を奏する上では、ＴＣがＴＤの９８％以下であることが好ましく、９６％以下であることが更に好ましい。ノイズ振動成分を抑制するという観点からは、ＴＣがＴＤの９０％以上であることが好ましく、９４％以上であることが更に好ましい。
【００３３】
露光時にはコンタクトアライナーを使用できる。また、レジストとしては、ポジレジスト、ネガレジストのいずれも使用できる。また、いわゆるリフトオフ法を利用してもよい。
【００３４】
次いで、開口１８Ａ、１８Ｂからレジストを露光してパターニングし、レジストの一部を開口させる。次いで、金属膜１５Ａ、１５Ｂ、下地膜１４Ａ、１４Ｂをウエットエッチングし、図４（ｂ）に示すように開口２０Ａ、２０Ｂを形成する。次いで、レジスト層１６Ａ、１６Ｂを除去することで、図５（ａ）に示すマスク３０Ａ、３０Ｂを形成する。マスク３０Ａ、３０Ｂは、下地膜１４Ａ、１４Ｂと、金属膜１５Ａ、１５Ｂとからなる。金属メッキ被膜や下地層のエッチング方法は公知である。例えば、金用エッチャントとしては、よう素とよう化カリウムの水溶液が好ましく、クロム用エッチャントとしては、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の水溶液が好ましい。
【００３５】
次いで、開口２０Ａ、２０Ｂにおいて、基板１３を、ふっ酸を含有する水溶液に接触させることによってウエットエッチングし、図５（ｂ）に示すような開口２３を形成する。そして、一対の開口２３の間に振動片２の輪郭を形成できる。
【００３６】
ここで、図４（ａ）において、表面側のホトマスク１７Ａの位置と裏面側のホトマスク１７Ｂとが位置ずれすると、図２に点線で示すように振動片２の横断面形状が歪む。
【００３７】
第一の態様に係る発明は、一対の主面と一対の側面とを備えており、前記一方の主面の幅が前記他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、基板の一方の主面に所定の開口を有するマスクをパターニングして形成し、基板の他方の主面にマスクを設けることなしに、基板を一方の主面および他方の主面からエッチングすることによって振動片を成形することを特徴とする。
【００３８】
前述したように、基板の表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生することがある。この位置ずれの度合いが各基板ごとに微妙に異なることによって、各振動子ごとのゼロ点温度ドリフトの偏差が発生する。
【００３９】
これに対して、基板の一方の主面にマスクを設置し、他方の主面側にマスクを設けることなく、基板の両面からエッチングを行うことによって、振動子を成形することを考案した。この方法によれば、基板の表面側のホトマスクのみをアライメントし、基板の裏面側のマスクのアライメントを行わない。従って、前述したような、基板の表面と裏面とにおけるマスクの位置ずれに起因するゼロ点温度ドリフトの偏差が生じない。
【００４０】
図６は、本方法の各工程を模式的に示すものである。まず基板１３を準備し、基板１３の主面１３ａ、１３ｂをエッチングして加工変質層を除去し、次いで、基板１３を前述のように洗浄する。次いで、基板１３の表面１３ａの全体にわたって、図６（ａ）に示すように、下地膜１４Ａ、金属膜１５Ａを前述のように形成する。金属膜１５Ａ上にレジスト１６Ａを塗布し、次いでホトマスク１７Ａを設置する。
【００４１】
この状態で、図６（ｂ）に示すように、開口１８Ａ、１８Ｂからレジストを露光してパターニングし、レジストの一部を開口させる。次いで、金属膜１５Ａ、下地膜１４Ａをウエットエッチングし、開口２０Ａを形成する。次いで、レジスト層１６Ａを除去することで金属マスク３０Ａを形成する。
【００４２】
次いで、開口２０Ａにおいて、基板１３の表面１３ａを、ふっ酸を含有する水溶液に接触させることによってウエットエッチングする。これと同時に、基板１３の裏面１３ｂをウエットエッチングすることによって、裏面１３ｂ側を徐々に除去していく。最終的に、図６（ｃ）に示すような開口２３が形成され、一対の開口２３の間に振動片２２の輪郭を形成できる。２２ｃ、２２ｄは一対の主面であり，２２ａ、２２ｂは一対の側面である。開口２０Ａからエッチングが進行すると、エッチング孔の径は深くなるのにつれて徐々に小さくなる傾向がある。従って、本例では、一方の主面２２ｃの幅よりも他方の主面２２ｄの幅の方が大きくなり易い。
【００４３】
また、第二の態様に係る発明は、一対の主面と一対の側面とを備えており、一方の主面の幅が他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造する方法であって、
基板の一方の主面に所定の開口を有する第一のマスクをパターニングして形成する第一のマスク形成工程；
基板の他方の主面に未硬化のレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程；
第一のマスク側の開口から活性エネルギー線を照射し、未硬化のレジスト膜を露光する露光工程；
レジスト膜を現像し、開口のパターンに対応する現像パターンを形成する現像工程；
現像パターンを利用して第二のマスクを形成する第二のマスク形成工程；および
基板を一方の主面および他方の主面からエッチングすることによって振動片を成形するエッチング工程
を有することを特徴とする。
【００４４】
この方法によれば、基板の一方の主面側の第一のマスクをパターニングした後に、この第一のマスクパターンを利用して基板の他方の主面側のレジスト膜を現像し、このレジスト膜の現像パターンを第二のマスクに転写している。従って、第一のマスクと第二のマスクとの相対的位置関係が、製造される個々の振動子において大きく変動することがない。従って、基板の表面と裏面とにおけるマスクの位置ずれに起因するゼロ点温度ドリフトの偏差が生じにくい。
【００４５】
図７〜図９は第二の発明の各工程を模式的に示す断面図である。
（第一のマスク形成工程）
基板１３の一方の主面１３ａに、所定の開口１８Ａを有する第一のマスク３０Ａをパターニングして形成する（図７（ａ）、（ｂ））。
【００４６】
この工程においては、基板１３の表面１３ａおよび裏面１３ｂをエッチングして加工変質層を除去し、基板１３を前述のように洗浄する。次いで、基板１３の表面１３ａの全体にわたって、下地膜１４Ａ、金属膜１５Ａを前述のように形成する。金属膜１５Ａ上にレジスト１６Ａを塗布し、次いでホトマスク１７Ａを設置する。この状態で、開口１８Ａからレジストを露光してパターニングし、レジストの一部を開口させる。次いで、金属膜１５Ａ、下地膜１４Ａをウエットエッチングし、開口２０Ａを形成する。次いで、レジスト層１６Ａを除去することで金属マスク３０Ａを形成する。
【００４７】
（レジスト膜形成工程）
本工程では、図７（ｃ）に示すように、基板１３の他方の主面１３ｂに未硬化のレジスト膜２４を形成する。
【００４８】
（露光工程）
本工程では、図８（ａ）に示すように、マスク３０Ａ側の開口２０Ａから活性エネルギー線を矢印のように照射し、未硬化のレジスト膜２４を露光する。この露光によって、レジスト膜２４のうち、開口２０Ａに対応する領域２４ａが硬化する。
【００４９】
（現像工程）
次いで、露光後のレジスト膜２４を現像し、未硬化領域２４ｂを除去する。現像方法それ自体は周知である。この結果、図８（ｂ）に示すように、開口２０Ａのパターンに対応する現像パターン２５が形成される。
【００５０】
（マスク形成工程）
この現像パターン２５を利用して第二のマスクを形成する。この際の具体的方法は特に限定されない。特に好ましくは、基板１３の裏面１３ｂの全面にわたって、現像パターン２５を被覆するように金属膜を形成し、次いで現像パターンとその上の金属膜とをリフトオフする。
【００５１】
即ち、図８（ｃ）に示すように、裏面１３ｂ上に下地膜１４Ｂおよび金属膜１５Ｂを成膜する。この際、下地膜１４Ｂおよび金属膜１５Ｂが、現像パターン２５を被覆するようにする。次いで、現像パターン２５をリフトオフすると、図９（ａ）に示すような金属マスクパターン３０Ｂが形成される。
【００５２】
次いで、開口２０Ａおよび２０Ｂの両方からエッチングを行うことによって、図９（ｂ）に示すように基板１３に開口２６が形成される。そして、一対の開口２６の間に振動片２７が成形される。次いで金属マスクを除去し、図９（ｃ）に示す振動片２７を得る。
【００５３】
ここで、図８（ｂ）の段階においては、現像パターン２５には開口２０Ａのパターンが転写される。従って、開口２０Ｂのパターンにも開口２０Ａのパターンが転写される。ただし、開口２０Ａの幅ＴＥと開口２０Ｂの幅ＴＦとは、ほぼ同じになる場合もあるが、ＴＣがＴＤよりも大きくなる場合もあり、またＴＣがＴＤより小さくなる場合もある。
【００５４】
即ち、図８（ａ）に示す露光工程において、活性エネルギー線が開口２０Ａから基板１３に入射した後に、そのビームが広がった場合には、レジスト膜２４の露光領域２４ａが広くなり、従って開口２０Ｂの幅ＴＦは大きくなる。一方、活性エネルギー線のビームの形態を調節することによって、活性エネルギー線が開口２０Ａから基板１３に入射した後に、ビームが広がらないようにすることができる。この場合には、レジスト膜２４の露光領域２４ａの幅が小さくなり、ＴＥとＴＦとがほぼ同じになるか、あるいはＴＦの方が小さくなる。こうしたエネルギー線ビームの調節方法それ自体は公知である。
【００５５】
そして、マスクの開口の幅ＴＥ、ＴＦが変化すると、当然、図９（ｃ）に示す振動片の一方の主面２７ｃの幅ＴＡおよび他方の主面２７ｄの幅ＴＢもそれに応じて変化する。なお、２７ａ、２７ｂは側面である。
【００５６】
ＴＥとＴＦとが等しい場合であっても、等しくない場合であっても、開口２０Ａのパターンが開口２０Ｂのパターンに転写される。従って、振動子ごとに、開口２０Ａと２０Ｂとの平面的な位置関係が変動するという問題点は生じない。
【００５７】
好適な実施形態においては、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００５８】
特に好ましくは、振動子が、所定平面内に３回回転対称のａ軸を有し、かつ所定平面に垂直な方向にｃ軸を有する圧電性単結晶からなる。これは特に好ましくは水晶である。
【００５９】
好適な実施形態においては、一方の側面が
【数３】
0003998515.tif 000002
面であり、他方の側面が
【数４】
0003998515.tif 000003
面である。この場合には、特に他方の側面２ｂ上の突起の開始点にバラツキが発生しやすく、このためにゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなりやすい。
【００６０】
本発明の振動子は、平板状の振動片を備えている。ここで、振動片の動作モードは限定されないが、屈曲振動モードであることが特に好ましい。また、振動片が所定平面に沿って形成されていることが好ましい。ただし、「振動片が所定平面に沿って形成されている」とは、幾何学的に厳密な意味ではなく、製造上の誤差は許容される。この場合には、振動片以外の部分は平板状でなくともよい。ただし、好適な実施形態においては、振動子の全体が平板状である。
【００６１】
本発明の振動子からの出力に基づいたゼロ点温度ドリフトは、振動子がどのような形成方法によって形成されていたとしても、前述したような振動片の横断面形状の影響を受ける。従って、本発明の振動片および振動子の形成方法は特に限定されず、ウエットエッチング法、ドライエッチング法の他、レーザー光線を使用した成形法でもよい。
【００６２】
ただし、実際の量産という観点からは、ウエットエッチング法が最も好ましい。この場合、エッチャントは限定されないが、以下のものが好ましい。エッチャントは、ふっ酸を含有していることが好ましく、ふっ酸水溶液か、あるいはふっ酸とフッ化アンモニウムとを任意の割合で混合した水溶液が好ましい。エッチャントの濃度は、４０重量％以下が好ましく、エッチャントの温度は、４０〜８０℃が好ましい。
【００６３】
本発明の振動型ジャイロスコープは、前述の振動子を備えている。この振動型ジャイロスコープは、更に駆動手段、検出手段を備えている。駆動手段、検出手段は、一般には振動子上に形成される電極の形態をしている。
【００６４】
好適な実施形態においては、本発明の振動型ジャイロスコープは、振動片が設けられる所定平面ＸＹに対して略垂直な回転軸Ｚの回りの回転角速度を測定するものである。特に好ましくは、各振動片が、所定平面ＸＹに沿って屈曲振動する。図１０は、この実施形態に係る振動子を示す平面図であり、図１１は、図１０の振動子の斜視図である。
【００６５】
振動子１２は、所定平面（ＸＹ平面）に対して略垂直なＺ軸を中心とする回転角速度を測定できるものである。振動子１２の固定部４Ｂは、振動子の重心ＧＯを中心として４回対称の正方形をしている。固定部４Ｂの周縁部から細長い支持部６が突出している。各支持部６の先端部分４Ａから、支持部６に直交する方向に、一対の屈曲振動片２Ａ、２Ｂまたは２Ｃ、２Ｄが延びている。各屈曲振動片の付け根部分５は、先端部分４Ａから突出しており、先端部分４Ａが各屈曲振動片の固定部として機能する。各屈曲振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと各付け根部分５とによって、各屈曲振動子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが構成されている。各屈曲振動片には、それぞれ駆動電極８が設けられている。
【００６６】
固定部４Ｂの周縁部から、細長い周方向屈曲振動片２Ｅ、２Ｆが突出している。各屈曲振動片２Ｅ、２Ｆと各付け根部分５とによって、各屈曲振動子１Ｅ、１Ｆが構成されている。各屈曲振動片には、それぞれ検出電極９が設けられている。各振動片１Ｅ、１Ｆの先端にはそれぞれ重量部１０が設けられている。
【００６７】
駆動モードにおいては、各屈曲振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが、固定部４Ａを中心として、矢印Ａのように屈曲振動する。検出モードにおいては、各支持部６が、固定部４Ｂへの付け根を中心として矢印Ｃのように周方向に屈曲振動する。これに対応して、各屈曲振動片２Ｅ、２Ｆが、矢印Ｂのように屈曲振動する。各屈曲振動片２Ｅ、２Ｆに励起される各検出振動を測定することによって、垂直軸Ｚの周りの回転角速度を測定する。
【００６８】
各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄは、それぞれ、＋Ｘ面側の側面２ａと、−Ｘ面側の側面２ｂとを備えている。そして、各付け根部分５において、＋Ｘ面２ａ側には一方のテーパー部３Ｃ、３Ｅが設けられており、−Ｘ面２ｂ側には他方のテーパー部３Ｄ、３Ｆが設けられている。
【００６９】
各検出振動片２Ｅ、２Ｆは、それぞれ、＋Ｘ面側の側面２ａと、−Ｘ面側の側面２ｂとを備えている。そして、付け根部分５において、＋Ｘ面２ａ側には一方のテーパー部３Ｇが設けられており、−Ｘ面２ｂ側には他方のテーパー部３Ｈが設けられている。
【００７０】
【実施例】
（参考実験）
図４、図５を参照しつつ説明した方法に従って、図１０、図１１に示す振動子および振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、厚さ０．３ｍｍの水晶のＺ板のウエハー１３に、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜１４Ａ、１４Ｂと、厚さ１０００オングストロームの金膜１５Ａ、１５Ｂとを順番に形成した。ウエハーの両面にレジスト１６Ａ、１６Ｂをコーティングし、ホトマスク１７Ａ、１７Ｂを設置し、露光した。
【００７１】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜１５Ａ、１５Ｂをエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜１４Ａ、１４Ｂをエッチングして除去した。
【００７２】
温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハー１３を浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜として形成した。
【００７３】
得られた振動子１２の固定部４Ｂの寸法は６．０ｍｍ×６．０ｍｍである。各駆動振動片２Ａ〜２Ｄの長さは６．０ｍｍである。各駆動電極８の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍである。各検出振動片２Ｅ、２Ｆの長さは６．０ｍｍである。各検出電極９の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍである。
【００７４】
次いで、振動子の固定部４Ｂの中央に０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの正方形の支持孔を形成し、この支持孔に直径０．６ｍｍの金属ピンを通し、金属ピンに対して振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着した。得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。
【００７５】
ここで、比較例においては、各屈曲振動片２Ａ−２Ｆを形成するのに際して、図４（ａ）に示すようにホトマスク１７Ａ、１７Ｂを設置するときに、ＴＣもＴＤも３００μｍに設計した。この結果、図３に示すような振動片７が得られた。主面７ｃ、７ｄの幅は  ９９７μｍであり、側面７ａ、７ｂの幅は３０５μｍであった。１０個の振動子について、それぞれ−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差を測定した。この結果、前記最大値と最小値との差の平均値は３．７％であり、標準偏差は４．２％であった。
【００７６】
参考例においては、各屈曲振動片２Ａ−２Ｆを形成するのに際して、図４（ａ）に示すようにホトマスク１７Ａ、１７Ｂを設置するときに、ＴＣを２６４μｍとし、ＴＤを３００μｍに設計した。この結果、図２に示すような振動片２が得られた。主面２ｃの幅ＴＡは９７７μｍであり、主面２ｄの幅ＴＢは９９７μｍであり、側面７ａ、７ｂの幅は３０４μｍであった。１０個の振動子について、それぞれ−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差を測定した。この結果、前記最大値と最小値との差の平均値は５．２％であり、標準偏差は０．７％であった。
【００７７】
（本発明例）
図７〜図９を参照しつつ説明した方法に従って、振動子を製造した。具体的には、縦２ｍｍ、横２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの水晶基板を希フッ酸にてエッチング洗浄した後、スピンドライヤーにて乾燥し、清浄な水晶基板１３を製作した。次に、スパッタ装置を用いて水晶基板１３の一方の主面１３ａに、下地層１４Ａ（Ｃｒ層）を0.05μm の膜厚にて成膜し、その上に金属膜１５Ａ（Ａｕ膜）を0.2μmの膜厚で成膜した。次に、金属膜１５Ａの成膜面上にスピンコーターによりポジ型ホトレジストを塗布してレジスト膜１６Ａを形成した。露光装置を用いて、所望のホトマスクパターンをレジスト膜１６Ａに転写し、レジストパターンを形成した。次に、このレジストパターンをマスクとして硝酸セリウムアンモニウムと塩酸の混合液にて金属膜１５Ａおよび下地膜１４Ａをエッチング除去し、図７（ｂ）に示すマスクパターン３０Ａを形成した。
【００７８】
次に、他方の主面１３ｂにネガ型フォトレジスト２４をスピンコーターによって塗布した。この状態で露光装置に、マスク３０Ａが上方になるように基板１３を設置し、５００ｍＪの露光光量にて露光した。露光に使用する紫外線は、水晶基板１３中を透過し、レジスト面を露光する。次に、スパッタ装置を用いてレジストパターン面に下地膜１４Ｂ（Ｃｒ膜）を0.05μm の膜厚にて成膜し、その上に金属膜１５Ｂ（Ａｕ膜）を0.2 μm の膜厚で成膜した。次に、リフトオフ工程にて、レジスト膜２５及びレジスト膜２５上に成膜されたＡｕとＣｒの膜を有機溶剤にて除去し、初期に形成したパターンとアライメントずれのないマスクパターン３０Ｂを得た。その後、基板１３を、７０℃に加熱した４０％フッ化水素アンモニウム溶液に１０時間浸漬し、水晶をエッチング加工し、図１１に示す振動子形状を得た。その後、得られた振動子上に配線パターンをフォトリソグラフによって形成し、ジャイロ振動子を得た。
【００７９】
この振動子を使用し、実験Ａと同様にして振動型ジャイロスコープを製造し、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。この結果、実験Ａと同様の結果を得た。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、一対の主面と一対の側面とを備えており、一方の主面の幅が他方の主面の幅よりも小さい振動片を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は、本発明で製造できる振動子１を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、振動子１を概略的に示す側面図である。
【図２】  振動子２の横断面の輪郭を示す図である。
【図３】  振動子７の横断面の輪郭を示す図である。
【図４】  （ａ）、（ｂ）は、振動子の成形プロセスの参考例を説明するための断面図である。
【図５】  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、振動子の成形プロセスの参考例を説明するための断面図である。
【図６】  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第一の発明の好適例において、振動子の形成プロセスの各工程を説明するための模式的断面図である。
【図７】  第二の発明の好適例の成形プロセスに関するものであり、（ａ）は、基板１３の一方の主面１３ａ上に金属膜、レジスト膜およびホトマスクを設置した状態を示し、（ｂ）は、基板１３の一方の主面１３ａ上のマスク３０Ａを示し、（ｃ）は、基板１３の他方の主面１３ｂ上にレジスト膜２４を設けた状態を示す。
【図８】  第二の発明の好適例の成形プロセスに関するものであり、（ａ）は、マスク３０Ａの開口２０Ａからレジスト膜２４を露光する工程を示し、（ｂ）は、レジスト膜２４を現像して得られた現像パターン２５を示し、（ｃ）は、基板１３の他方の主面１３ｂ上に下地膜１４Ｂおよび金属膜１５Ｂを形成した状態を示す。
【図９】  第二の発明の好適例の成形プロセスに関するものであり、（ａ）は、基板１３に設けられたマスク３０Ａおよび３０Ｂを示し、（ｂ）は基板１３のエッチング工程を示し、（ｃ）は、マスクを除去して得られた振動片２７を示す。
【図１０】  振動子１２を概略的に示す平面図である。
【図１１】  振動子１２を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１２  振動子
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２２、２７ 振動片        ２ａ、２２ａ、２７ａ 振動片２の一方の側面        ２ｂ、２２ｂ、２７ｂ 振動片２の他方の側面        ２ｃ、２２ｃ、２７ｃ 振動片２の一方の主面        ２ｄ、２２ｄ、２７ｄ 振動片２の他方の主面        ４、４Ａ、４Ｂ  固定部        ５  付け根部分        ８  駆動手段（駆動電極）        ９  検出手段（検出電極）        １３  基板        １４Ａ、１４Ｂ  下地膜        １５Ａ、１５Ｂ  金属膜        １６Ａ、１６Ｂ  レジスト        １７Ａ、１７Ｂ  ホトマスク        １８Ａ、１８Ｂ  レジスト露光用の開口        ２０Ａ、２０Ｂ  基盤１３のエッチング用の開口        ２４  レジスト膜        ２４ａ  レジスト膜２４の露光領域        ２４ｂ  レジスト膜２４の未露光領域        Ｄ  活性エネルギー線        ＴＡ  一方の主面２ｃの幅        ＴＢ  他方の主面２ｄの幅        ＴＣ  ホトマスク１７Ａの開口の幅        ＴＤ  ホトマスク１７Ｂの開口の幅        θ  他方の主面と側面とがなす角度
【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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