(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）とほぼ平行な２つの平面（ＸＹ面）を有する単結晶圧電材料からなる２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を平滑にする工程と、平滑にされた前記２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面（ＸＹ面）に水酸基が吸着された前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理された前記２枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）及び他方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）に、前記ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第１、第２の保護膜を形成する工程と、前記第１、第２の保護膜をそれぞれ少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成された音叉型振動子形状にパターニングし第１、第２のマスクを形成する工程と、前記第１、第２のマスクがそれぞれ形成された前記２枚のウエハを前記エッチング液によりエッチングする工程とを備え、前記熱処理する工程では、前記２枚のウエハの電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように、前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理し、前記第１、第２のマスクを形成する工程では、前記アームの幅方向（Ｘ軸方向）が前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の方向を向くように、かつ、前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量シフトさせて、前記第１、第２のマスクを形成する音叉振動子の製造方法。
【請求項２】
単結晶圧電材料は、水晶である請求項１に記載の音叉振動子の製造方法。
【請求項３】
水晶からなるウエハは、Ｚ板である請求項２に記載の音叉振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角速度センサに用いられる音叉振動子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、水晶やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ2Ｏ3）等の単結晶圧電材料を音叉振動子として用いた角速度センサが提案されている。例えば、図３に示すように水晶のＺ板（ウエハ）を圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ原子レベルで接合し、接合されたウエハをＺ軸方向にエッチングして音叉振動子を製造する方法が知られている。図３（ａ）はウエハとマスクの位置関係を示す断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）に示すようなマスクが設けられたウエハがＺ軸方向にウエットエッチングされた後の音叉振動子の一方のアームの断面形状を示す断面図である。１００ａ，１００ｂは水晶のＺ板からなるウエハ、１００ｃ，１００ｄはウエハ１００ａ，１００ｂのそれぞれ露出した平面（ＸＹ面）、１０１ａ，１０１ｂは音叉型振動子形状のマスク、１０２は水晶からなる音叉振動子の一方のアーム、１０２ａ，１０２ｂは一方のアーム１０２を構成する片、１０２ｃ，１０２ｄは片１０２ａ，１０２ｂの突起部である。
【０００３】
図３（ａ）において、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ原子レベルで接合したウエハ１００ａ，１００ｂのそれぞれ露出した平面（ＸＹ面）１００ｃ，１００ｄには所定の寸法の音叉型振動子形状のマスク１０１ａ，１０１ｂの各エッジが正確に一致するように位置決めされている。
【０００４】
図３（ａ）に示すようなマスク１０１ａ，１０１ｂが設けられたウエハ１００ａ，１００ｂをＺ軸方向にウエットエッチングすると、図３（ｂ）に示すように片１０２ａの電気軸（Ｘ軸）の＋側には突起部１０２ｃが生じ、電気軸（Ｘ軸）の−側にはＸＹ面にほぼ垂直な面（ＹＺ面）が形成される。同様に、片１０２ｂの電気軸（Ｘ軸）の＋側には突起部１０２ｄが生じ、電気軸（Ｘ軸）の−側にはＸＹ面にほぼ垂直な面（ＹＺ面）が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような音叉振動子の製造方法においては、図３（ｂ）に示すように片１０２ａでは突起部１０２ｃに相当する面積分だけ片１０２ｂの垂直な面（ＸＺ面）より飛び出し、また、片１０２ｂでは突起部１０２ｄに相当する面積分だけ片１０２ａの垂直な面（ＹＺ面）より飛び出す。このような断面形状をしたアーム１０２をＸ軸方向に音叉振動させようとしてもＸ軸方向から突起部１０２ｃと突起部１０２ｄを結ぶ方向にやや傾いた斜め振動モードが発生してしまう。これにより、Ｘ軸方向への音叉振動の効率が低下するばかりか、斜め振動モードの発生により実際にはＹ軸まわりに角速度が入力されていないにもかかわらず恰も角速度が入力されたかのようにアーム１０２をＺ軸方向に撓ませる力が発生してしまうという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、斜め振動モードの発生を抑制し、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、音叉振動子の製造方法において、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）とほぼ平行な２つの平面（ＸＹ面）を有する単結晶圧電材料からなる２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を平滑にする工程と、平滑にされた前記２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面（ＸＹ面）に水酸基が吸着された前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理された前記２枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）及び他方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）に、前記ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第１、第２の保護膜を形成する工程と、前記第１、第２の保護膜をそれぞれ少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成された音叉型振動子形状にパターニングし第１、第２のマスクを形成する工程と、前記第１、第２のマスクがそれぞれ形成された前記２枚のウエハを前記エッチング液によりエッチングする工程とを備え、前記熱処理する工程では、前記２枚のウエハの電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように、前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理し、前記第１、第２のマスクを形成する工程では、前記アームの幅方向（Ｘ軸方向）が前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の方向を向くように、かつ、前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量シフトさせて、前記第１、第２のマスクを形成するものである。
【０００８】
これにより、アーム内の質量バランスが確保できるため、斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【０００９】
次に、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音叉振動子の製造方法において、単結晶圧電材料を水晶としたものである。
【００１０】
これにより、極めて安価な材料を用いながら斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【００１１】
次に、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の音叉振動子の製造方法において、水晶からなるウエハをＺ板としたものである。
【００１２】
これにより、効率的なエッチングが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係わる音叉振動子を示す斜視図である。図２は同音叉振動子を形成するエッチング方法を示す工程断面図である。
【００１５】
図１において、１ａ，１ｂはアーム、１ｃはアーム１ａ，１ｂを連結する基部、１はアーム１ａ，１ｂと基部１ｃから構成される水晶音叉型振動子、２ａ，２ｂはアーム、２ｃはアーム２ａ，２ｂを連結する基部、２はアーム２ａ，２ｂと基部２ｃから構成される水晶音叉型振動子、３は水晶音叉型振動子１，２においてアーム１ａとアーム２ａのそれぞれの幅方向（Ｘ軸方向）並びにアーム１ｂとアーム２ｂのそれぞれの幅方向（Ｘ軸方向）が互いに逆方向を向くように接合された角速度センサ用の音叉振動子である。また、３ａ，３ｂはそれぞれ接合された角速度センサ用の音叉振動子３のアーム、３ｃは同音叉振動子３の基部である。
【００１６】
本発明は接合された音叉振動子３のアーム３ａ，３ｂの断面形状に特徴がある。そこで、図１に示す音叉振動子３のアーム３ｂを例に、そのＡ・Ａ断面形状を形成するためのエッチング方法を図２を用いて以下に詳述する。
【００１７】
図２において、４，５はＺ板と呼ばれる水晶のウエハ、６，７はＣｒ，Ａｕの２層からなる第１、第２の保護膜、８，９は第１、第２のフォトレジストである。
【００１８】
図２（ａ）に示された厚さが約１５０μｍのウエハ４，５の表面（ＸＹ面）を研磨により鏡面に加工する。
【００１９】
次に、研磨されたウエハ４，５の表面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させた後、水酸基が吸着された２枚のウエハ４，５の電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように重ね合わせ熱処理する。この熱処理により、重ね合わされた２枚のウエハ４，５の界面から水酸基や水素が離脱することで２枚のウエハ４，５が完全に接合される（図２（ｂ））。
【００２０】
次に、接合された２枚のウエハ４，５の露出したそれぞれの平面（ＸＹ面）にウエハ４，５を溶解するエッチング液（例えば、弗酸と弗化水素アンモニウムの混合液）に対して耐腐食性を有するＣｒ，Ａｕの２層からなる第１、第２の保護膜６，７を形成する（図２（ｃ））。
【００２１】
次に、第１、第２の保護膜６，７の上にそれぞれ第１、第２のフォトレジスト８，９を塗布する（図２（ｄ））。
【００２２】
次に、第１、第２のフォトレジスト８，９を露光し、現像することにより、ウエハ４，５に形成したい所定の音叉型振動子形状（例えば、アームの幅ｄ２＝２８０μｍ）の第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンをそれぞれ形成し、この対向する上下の第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンが各ウエハ４，５上でそれぞれ電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量（ｄ１＝７μｍ）シフトするようにする（図２（ｅ））。図２（ｅ）においては、７μｍシフトさせているが、このシフト量はエッチング液の温度、その配合比や接合後のウエハ４，５の厚みと目的とするアーム３ｂの幅によって適宜変更する必要がある。
【００２３】
次に、図２（ｅ）に示した第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンをマスクにして第１、第２の保護膜６，７をウエットエッチングする（図２（ｆ））。
【００２４】
次に、図２（ｆ）に示した第１、第２のフォトレジスト８，９と第１、第２の保護膜６，７をそれぞれ第１、第２のマスクにしてウエハ４，５を約５０℃で、約１０時間ウエットエッチングする（図２（ｇ））。図２（ｇ）においては、第１、第２のフォトレジスト８，９のパターンを剥離せずにウエハ４，５をウエットエッチングしているが、ウエハ４，５をウエットエッチングする前に剥離しておいても構わない。
【００２５】
次に、図２（ｈ）のようにウエットエッチングする際の第１、第２のマスクとして使用された第１、第２のフォトレジスト８，９及び第１、第２の保護膜６，７を剥離する。
【００２６】
図２（ｈ）に示すようにウエットエッチングした後のウエハ４，５のそれぞれの断面（ＸＺ面）の＋Ｘ軸方向には突起部４ａ，５ａが発生しており、その面積はほぼ等しい。また、ウエハ４，５の露出したそれぞれの平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から突起部４ａ，５ａの先端４ｂ，５ｂまでの距離ｄ３はほぼ等しく、約２０μｍである。また、ウエハ４，５のそれぞれの断面（ＸＺ面）の−Ｘ軸方向は、ほぼＸＹ面に垂直な形状を有する面４ｃ，５ｃとなる。また、ウエハ４の露出した平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から面５ｃまでの距離ｄ１は約７μｍである。同様に、ウエハ５の露出した平面（ＸＹ面）上の＋Ｘ軸方向の端から面４ｃまでの距離ｄ１も約７μｍである。
【００２７】
また、ウエハ４のＢ・Ｂ線より右側の突起部４ａとウエハ５のＢ・Ｂ線より右側の断面部分５ｄの面積はほぼ等しい。同じく、ウエハ４のＣ・Ｃ線より左側の断面部分４ｄとウエハ５のＣ・Ｃ線より左側の突起部５ａの面積はほぼ等しい。
【００２８】
図２においては、図１に示す音叉振動子３の片方のアーム３ｂの製造方法について説明したが、他方のアーム３ａも同一の製造方法により同時に形成され、その断面形状も図２に示したものと同じである。
【００２９】
上述のように音叉振動子３の両アーム３ａ，３ｂの断面ともに、Ｂ・Ｂ線より右側の突起部４ａとＢ・Ｂ線より右側の断面部分５ｄの面積がほぼ等しく、また、Ｃ・Ｃ線より左側の断面部分４ｄとＣ・Ｃ線より左側の突起部５ａの面積もほぼ等しくなる。これにより、両アーム３ａ，３ｂ内の質量バランスが確保されるため、音叉振動子３の両アーム３ａ，３ｂをＸ軸方向に励振しても斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高くなる。
【００３０】
本実施の形態においては、２枚のウエハ同士を先に接合してからエッチングし、所定の音叉振動子を形成する製造方法について説明してきたが、それぞれのウエハを先にエッチングし音叉型振動子を形成した後に、各音叉型振動子のアームの幅方向（Ｘ軸方向）が互いに逆方向を向くように重ね合わせて接合し所定の音叉振動子を形成することも可能である。また、上記の製造方法の場合において、ウエハ内に音叉型振動子を残したまま接合する方法とエッチングによりウエハから音叉型振動子を切り離してから接合する方法の二通りある。
【００３１】
また、本実施の形態においては、ウエハとして水晶を用いた場合について説明してきたが、これ以外の単結晶圧電材料を用いることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、圧電現象を生ずる電気軸（Ｘ軸）とほぼ平行な２つの平面（ＸＹ面）を有する単結晶圧電材料からなる２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を平滑にする工程と、平滑にされた前記２枚のウエハの各平面（ＸＹ面）を親水化処理し水酸基を吸着させる工程と、平面（ＸＹ面）に水酸基が吸着された前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理する工程と、熱処理された前記２枚のウエハの内の一方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）及び他方のウエハの露出した平面（ＸＹ面）に、前記ウエハを溶解するエッチング液に対して耐腐食性を有する第１、第２の保護膜を形成する工程と、前記第１、第２の保護膜をそれぞれ少なくとも２本のアームと前記アームを連結する少なくとも１つの基部から構成された音叉型振動子形状にパターニングし第１、第２のマスクを形成する工程と、前記第１、第２のマスクがそれぞれ形成された前記２枚のウエハを前記エッチング液によりエッチングする工程とを備え、前記熱処理する工程では、前記２枚のウエハの電気軸（Ｘ軸）が互いに逆方向を向くように、前記２枚のウエハを重ね合わせ熱処理し、前記第１、第２のマスクを形成する工程では、前記アームの幅方向（Ｘ軸方向）が前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の方向を向くように、かつ、前記ウエハの電気軸（Ｘ軸）の負極性の方向に所定量シフトさせて、前記第１、第２のマスクを形成しているため、アーム内の質量バランスが確保され、斜め振動モードの発生が抑制され、かつ、音叉振動の効率が高い音叉振動子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係わる音叉振動子を示す斜視図
【図２】  同音叉振動子を形成するエッチング方法を示す工程断面図
【図３】  従来の音叉振動子を形成するエッチング方法を示す概略工程断面図
【符号の説明】
１，２  水晶音叉型振動子
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  アーム
１ｃ，２ｃ，３ｃ  基部
３  音叉振動子
４，５  ウエハ
４ａ，５ａ  突起部
４ｂ，５ｂ  先端
４ｃ，５ｃ  ＸＹ面に垂直な形状を有する面
４ｄ  Ｃ・Ｃ線より左側の断面部分
５ｄ  Ｂ・Ｂ線より右側の断面部分
６  第１の保護膜
７  第２の保護膜
８  第１のフォトレジスト
９  第２のフォトレジスト
【図１】
0003809112.tif 000002
【図２】
0003809112.tif 000003
【図３】
0003809112.tif 000004