(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶からなる基部及び前記基部から同一方向に延びており電圧が印加されることによって振動可能な第１及び第２水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法において、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及び前記基部対応領域から前記水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びた第１及び第２振動片対応領域を有するマスクを前記主表面上に形成する工程と、前記マスクの形成された前記水晶ウエハをエッチングすることにより、前記マスクの前記基部対応領域及び前記第１及び第２振動片対応領域直下にそれぞれ前記基部及び前記第１及び第２水晶振動片を形成する工程と、を備え、前記基部対応領域の外周は、前記第１及び第２振動片対応領域間に位置して前記Ｘ軸に沿って延びた所定部分を有し、前記第１振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域の前記所定部分の一端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分を有し、前記第２振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域の前記所定部分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記第１振動片対応領域の前記外周は、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた線分を有し、前記第２振動片対応領域の前記外周は、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた線分を有することを特徴とする、請求項１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
水晶からなる基部及び前記基部から同一方向に延びており電圧が印加されることによって振動可能な第１及び第２水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法において、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及び前記基部対応領域から前記水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びた第１及び第２振動片対応領域を有するマスクを前記主表面上に形成する工程と、前記マスクの形成された前記水晶ウエハをエッチングすることにより、前記マスクの前記基部対応領域及び前記第１及び第２振動片対応領域直下にそれぞれ前記基部及び前記第１及び第２水晶振動片を形成する工程と、を備え、前記基部対応領域の外周は、前記第１及び第２振動片対応領域間に位置して前記Ｘ軸に沿って延びた所定部分を有し、前記第１振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域の前記所定部分の一端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、前記第３線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、を有し、前記第２振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域の前記所定部分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、前記第５線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
水晶からなる基部及び前記基部から延びており電圧が印加されることによって振動可能な水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法において、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及び前記基部対応領域から前記水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びた振動片対応領域を有するマスクを前記主表面上に形成する工程と、前記マスクの形成された前記水晶ウエハをエッチングすることにより、前記マスクの前記基部対応領域及び前記振動片対応領域直下にそれぞれ前記基部及び前記水晶振動片を形成する工程と、を備え、前記振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分から所定間隔離隔して前記基部対応領域にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
前記振動片対応領域の前記外周は、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた線分とを有することを特徴とする、請求項４に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
水晶からなる基部及び前記基部から延びており電圧が印加されることによって振動可能な水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法において、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及び前記基部対応領域から前記水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びた振動片対応領域を有するマスクを前記主表面上に形成する工程と、前記マスクの形成された前記水晶ウエハをエッチングすることにより、前記マスクの前記基部対応領域及び前記振動片対応領域直下にそれぞれ前記基部及び前記水晶振動片を形成する工程と、を備え、前記振動片対応領域の外周は、前記基部対応領域にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、前記第３線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、前記第１線分から所定間隔離隔して前記基部対応領域にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、前記第５線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項７】
前記水晶振動片は、前記主表面と前記主表面に対向する裏面との間に位置して前記振動片対応領域の前記外周に沿って延びた側面に突出部を有し、前記エッチングは、前記突出部の高さが、前記主表面と前記裏面との間の距離の８％以下になるまで行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項８】
水晶からなる基部と、
前記基部から前記水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる第１及び第２水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、
水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における前記基部の外周は、前記第１及び第２水晶振動片間に位置して前記Ｘ軸に沿って延びた所定部分を有し、
前記主表面上における前記第１水晶振動片の外周は、前記基部の前記所定部分の一端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分を有し、
前記主表面上における前記第２水晶振動片の外周は、前記基部の前記所定部分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分を有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項９】
前記第１水晶振動片の前記外周は、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分を有し、前記第２水晶振動片の前記外周は、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分を有することを特徴とする、請求項８に記載の水晶振動子。
【請求項１０】
水晶からなる基部と、
前記基部から前記水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる第１及び第２水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、
水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における前記基部の外周は、前記第１及び第２水晶振動片間に位置して前記Ｘ軸に沿って延びた所定部分を有し、
前記主表面上における前記第１水晶振動片の外周は、前記基部の前記所定部分の一端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、前記第３線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、を有し、
前記主表面上における前記第２水晶振動片の外周は、前記基部の前記所定部分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、前記第５線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項１１】
水晶からなる基部と、
前記基部から前記水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、
水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における前記水晶振動片の外周は、前記基部にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分と、前記第１線分から所定間隔離隔して前記基部にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約６０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分とを有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項１２】
水晶からなる基部と、
前記基部から前記水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、
水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における前記水晶振動片の外周は、前記基部にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、前記第３線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、前記第１線分から所定間隔離隔して前記基部にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、前記第２線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、前記第５線分の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする水晶振動子。
【請求項１３】
前記主表面と前記主表面に対向する裏面との間に位置して前記水晶振動片の前記外周に沿って延びた側面に突出部を有し、前記突出部の高さが、前記主表面と前記裏面との間の距離の８％以下であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を印加することにより振動する水晶振動子及びその製造方法に関する。本水晶振動子は、その振動を利用した角速度検出装置又は計測技術に適用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水晶振動子は、特開平５−３０８２３８号公報に記載されている。同公報によれば、平行に延びた一対の水晶振動片の股部をＵ字型のマスクを施してエッチングしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水晶の結晶方位はＵ字型とは異なるため、上記の如くＵ字型のマスクを施してエッチングを行うと、水晶振動片に対してエッチング残り形状が本質的に対称とはならず、水晶振動片の股部にエッチング残りが存在することとなる。このような非対称の水晶振動片を水晶のＸ軸に沿って振動させた場合、非対称性に基づいて水晶振動片がＺ軸方向にも振動する。したがって、このような非対称の水晶振動片を用いた水晶振動子の振動安定性は十分とは言えない。
【０００４】
本発明は、このような課題に基づいてなされたものであり、上記従来技術に比してさらに振動を安定させることが可能な水晶振動子及びその製造方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水晶振動子の製造方法に関する。この方法は、水晶の結晶方位を慮してなされたものであり、マスクを水晶の結晶方向に合わせて形成する。水晶は、３つのＸ軸を有し、隣接するＸ軸は１２０度の角度で交差する。
【０００６】
本方法は、水晶からなる基部及び基部から同一方向に延びており電圧が印加されることによって振動可能な第１及び第２水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法を対象とする。この方法は、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及びこの基部対応領域から水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びた第１及び第２振動片対応領域を有するマスクを主表面上に形成する工程と、マスクの形成された水晶ウエハをエッチングすることにより、マスクの基部対応領域及び第１及び第２振動片対応領域直下にそれぞれ基部及び第１及び第２水晶振動片を形成する工程と、を備える。
【０００７】
ここで、基部対応領域の外周は、第１及び第２振動片対応領域間に位置してＸ軸に沿って延びた所定部分を有し、第１振動片対応領域の外周は、基部対応領域の所定部分の一端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分を有し、第２振動片対応領域の外周は、基部対応領域の所定部分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分を有する。マスクの第１振動片対応領域の第１線分は、このＸ軸の所定方向からみて約３０度の角度を成し、接続線の一端から第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びている。なお、約３０度とは、２４度から３６度までの角度であることが好ましい。上述のように、水晶はこのＸ軸の所定方向からみて１２０度の角度で交差する他のＸ軸を有する。したがって、他のＸ軸と第１線分とは約９０度の角度を成す。
【０００８】
マスクの第２振動片対応領域の第２線分は、このＸ軸と約３０度の角度を成し、第２振動片対応領域の先端に近付く方向に延びている。すなわち、第２線分はＸ軸の上記所定方向からみて約１５０度の角度を成している。上述のように、水晶はこのＸ軸の所定方向からみて−１２０度の角度で交差する別のＸ軸を有する。したがって、この別のＸ軸と第２線分とは約９０度の角度を成す。
【０００９】
第１及び第２線分は、それぞれ、上記他のＸ軸及び別のＸ軸と約９０度の角度で交差するので、水晶ウエハのエッチングは、マスクの第１線分及び第２線分を境界として、これらのＸ軸と直交する方向に沿って水晶ウエハの主表面からその内部へと進行する。
【００１０】
第１線分を含む第１振動片対応領域を有するマスクを用いて、水晶ウエハをエッチングすることにより、この領域直下に第１水晶振動片を形成することができる。また、第２線分を含む第２振動片対応領域を有するマスクを用いて、水晶ウエハをエッチングすることにより、この領域直下に第２水晶振動片を形成することができる。
【００１１】
基部対応領域の所定部分及び第１及び第２線分により形成される水晶振動子の股部には、水晶振動片振動時に応力が集中する。本方法によれば、水晶振動子の股部のエッチングは、これらの線分により規定される水晶の結晶方位に応じて進行するので、この股部を境界として互いに対向する２つの水晶振動片側面のエッチング残り形状を上記従来の方法により製造されるそれと比較して対称とすることができ、双方の水晶振動片に印加される応力を等しくすることができる。
【００１２】
さらに、本出願人が、上記Ｕ字型のマスクを用いて水晶ウエハをエッチングすることにより上記股部を形成した結果、この股部はＸ軸と２７．３６０度（約３０度）の角度で交差し、第１振動片対応領域の先端へ延びた線分と、Ｘ軸と３７．４３９度（約４０度）の角度で交差し、第２振動片対応領域の先端へ延びた線分と、Ｘ軸と８４．３９５度（約８５度）の角度で交差し、第２振動片対応領域の先端へ延びた線分と、によって規定されることが判明した。したがって、これらの実験データに基づく線分に沿った線分を有するマスクを用いて、対向する水晶振動片の股部を形成すれば、この股部の対称性をさらに向上させることができる。
【００１３】
すなわち、上記第１振動片対応領域の外周は、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、第３線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して前記第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第４線分とを有し、上記第２振動片対応領域の外周は、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、第５線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して第２振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第６線分とを有することが好ましい。なお、約４０度とは、３４．５度から４０．５度までの角度であることが好ましく、約８５度とは、７８．５度から９０．５度までの角度であることが好ましい。
【００１４】
本方法によっても、水晶振動子の股部のエッチングは、これらの線分により規定される水晶の結晶方位に応じて進行するので、この股部を境界として互いに対向する２つの水晶振動片側面のエッチング残り形状を上記従来の方法により製造されるそれと比較して対称とすることができる。
【００１５】
さらに、上記３７．４３９度と８４．３９５度の角度の線分の代りに、近似的にこれらの角度の中間値６０．９１７度（約６０度）の線分を有するマスクを用いて、上記水晶ウエハの股部をエッチングしてもよい。
【００１６】
この方法によれば、上記第１振動片対応領域の外周は、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた線分を有し、上記第２振動片対応領域の外周は、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して第２振動片対応領域の先端に近付く方向に延びた線分を有することが好ましい。なお、約６０度とは、５４度から６６度までの角度であることが好ましい。
【００１７】
上記水晶振動子の製造方法は、一対の水晶振動片の対称性を考慮してなされたものであるが、これは単一の水晶振動片の対称性を考慮してなされてもよい。
【００１８】
すなわち、本方法は、水晶からなる基部及び前記基部から延びており電圧が印加されることによって振動可能な水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法を対象とする。なお、本水晶振動子は、この水晶振動片以外の水晶振動片を具備してもよい。
【００１９】
この方法は、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面を有する水晶ウエハを用意する工程と、基部対応領域及び基部対応領域から水晶ウエハの所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びた振動片対応領域を有するマスクを主表面上に形成する工程と、マスクの形成された水晶ウエハをエッチングすることにより、マスクの基部対応領域及び振動片対応領域直下にそれぞれ基部及び水晶振動片を形成する工程と、を備え、振動片対応領域の外周は、基部対応領域にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、前記第１線分から所定間隔離隔して前記基部対応領域にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第２線分とを有する。
【００２０】
この振動片対応領域を有するマスクを用いて、水晶ウエハをエッチングすれば、この領域直下に水晶振動片を形成することができる。ここで、第１及び第２線分により形成される水晶振動片の根元部には、水晶振動片振動時に応力が集中する。本方法によれば、水晶振動片の根元部のエッチングは、これらの線分により規定される水晶の結晶方位に応じて進行するので、この根元部により規定される水晶振動片側面のエッチング残り形状を上記従来の方法により製造されるそれと比較して対称とすることができ、水晶振動片に印加される応力を等しくすることができる。
【００２１】
なお、上述の実験結果から、上記振動片対応領域の外周は、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、第３線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して前記振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、第５線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第６線分とを有することが好ましい。
【００２２】
さらに、上記実験結果から、上記振動片対応領域の外周は、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して振動片対応領域の先端へ近付く方向に延びた線分と、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して振動片対応領域の先端に近付く方向に延びた線分とを有することとしてもよい。
【００２３】
また、水晶振動片は、主表面と主表面に対向する裏面との間に位置し、上記振動片対応領域の外周に沿って延びた側面に突出部を有する。ここで、上記エッチングは、この突出部の高さが、主表面と裏面との間の距離の８％以下になるまで行うことが好ましい。
【００２４】
水晶振動片をＸ軸方向に振動させると、この突出部により水晶振動片がＺ軸方向にも振動してしまう。上記振動片対応領域により規定される水晶振動片側面の突出部の高さが、主表面と裏面との間の距離、すなわち、水晶振動片の厚みの８％以下になるまで水晶ウエハの上記股部或いは根元部をエッチングすれば、水晶振動片のＺ軸方向の漏れ振動を十分に抑えられる。この値が８％以下になる時間で水晶ウエハをエッチングすれば、振動を十分に安定させることができるので、この必要最低限のエッチング時間で安定した振動を行う水晶振動子を製造することができる。
本水晶振動子は、水晶からなる基部と、基部から水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる第１及び第２水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における基部の外周は、第１及び第２水晶振動片間に位置してＸ軸に沿って延びた所定部分を有し、主表面上における第１水晶振動片の外周は、基部の所定部分の一端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分を有し、主表面上における第２水晶振動片の外周は、基部の所定部分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分を有することを特徴とする。
本水晶振動子は、水晶からなる基部と、基部から水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って同一方向に延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる第１及び第２水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における基部の外周は、第１及び第２水晶振動片間に位置してＸ軸に沿って延びた所定部分を有し、主表面上における第１水晶振動片の外周は、基部の所定部分の一端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、第３線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して第１水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、を有し、主表面上における第２水晶振動片の外周は、基部の所定部分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、第５線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする。
本水晶振動子は、水晶からなる基部と、基部から水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における水晶振動片の外周は、基部にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分と、第１線分から所定間隔離隔して基部にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた線分とを有することを特徴とする。
本水晶振動子は、水晶からなる基部と、基部から水晶の所定のＸ軸に直交する軸に沿って延びており、電圧が印加されることによって振動可能であり、水晶からなる水晶振動片と、を備えた水晶振動子であって、水晶のＺ軸に沿った軸に直交した主表面上における水晶振動片の外周は、基部にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第１線分と、第１線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第３線分と、第３線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第４線分と、第１線分から所定間隔離隔して基部にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分と、第２線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第５線分と、第５線分の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第６線分と、を有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水晶振動子の製造方法の一形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００２６】
本実施の形態に係る水晶振動子の製造方法においては、まず、水晶ウエハ１を用意する。
【００２７】
図１は、水晶ウエハ１の斜視図である。水晶ウエハ１は、水晶のＺ軸（光軸）に対して角度θの範囲内にある主軸Ｚ’に直交した主表面１ａ及び裏面１ｂを有する。また、この水晶ウエハ１は、水晶のＸ軸（電気軸）に垂直なオリエンテーションフラット１ｃをその側面に有する。
【００２８】
水晶ウエハ１の主表面１ａと裏面１ｂとの間の距離、すなわち、水晶ウエハ１の厚みＤは２００〜５００μｍであり、角度θは、±２０度である。換言すれば、主軸Ｚ’は、水晶のＺ軸を水晶のＸ軸を中心として、±２０度の範囲内で回転させた位置にある。なお、水晶のＸ軸及びＺ軸に垂直な軸をＹ軸（機械軸）とする。水晶ウエハ１の主表面１ａは、Ｙ軸に対して角度θ傾いたＹ’軸及びＸ軸によって規定される。なお、ＸＹＺ軸及びＸＹ’Ｚ’軸は、それぞれ、直交座標系を構成する。
【００２９】
次に、この水晶ウエハ１の主表面１ａ及び裏面１ｂ上に、それぞれ、金属マスクを形成する。
【００３０】
図２は、水晶ウエハ１の主表面１ａ及び裏面１ｂ上に、それぞれ、金属マスク３及び４が形成された水晶振動子中間体１’の斜視図であり、図３は図２の中間体１’をＡ−Ａ線矢印に沿って切った中間体１’の断面図である。
【００３１】
金属マスク３は、矩形状の開口ＯＰ１を有する支持領域３ａ、開口ＯＰ１内に形成された振動子対応領域３ｂ、振動子対応領域３ｂと支持領域３ａとを接続する接続領域３ｃを有し、金属マスク４は金属マスク３と同一の構造を有する。これらの金属マスク３及び４を形成するためには、まず、水晶ウエハ１の主表面１ａ及び裏面１ｂ上の全面に金属層及びフォトレジストを順次積層した後、金属マスク３及び４の形状と同じ形状の露光パターンをフォトレジスト上に投影し、フォトレジストを感光させる。感光したフォトレジストを有機溶剤を用いて一部除去すると、除去されたフォトレジストの下に金属層が露出する。金属層の露出部分をエッチング液を用いて除去した後、残りのフォトレジストを別の有機溶剤を用いて全て除去すれば、図２に示した金属マスク３及び４が形成される。なお、金属マスク３及び４は、それぞれ、Ｃｒ層及びＡｕ層の２層構造（３層以上の多層構造としてもよい）を有している。
【００３２】
次に、図２及び図３に示すように、金属マスク３及び４の形成された中間体１’をその上下面からＮＨ4ＨＦ2等のエッチング液を用いてエッチングする。
【００３３】
図４は、上記エッチング後の図２の中間体１’の振動子対応領域３ｂを抜出して示す斜視図であり、図５は図４の中間体１’をＡ−Ａ線矢印に沿って切った中間体１’の断面図である。水晶ウエハ１の金属マスク３及び４の形成されていない領域はエッチング液によって除去され、水晶ウエハ１のこの領域は主表面１ａから裏面１ｂまで貫通する。一方、マスク３及び４直下の水晶ウエハ１の領域は残存し、水晶振動子が水晶ウエハ１から切出される。以下、本実施の態様に用いた金属マスク３の振動子対応領域３ｂのパターン形状及びこのマスクパターン３によって水晶ウエハ１から切出された水晶振動子の形状について説明する。
【００３４】
金属マスク３の振動子対応領域３ｂは、基部対応領域５、振動片対応領域６及び７から構成され、振動片対応領域６及び７の長手方向は、図２に示した水晶ウエハ１のオリエンテーションフラット１ｃに平行である。
【００３５】
金属マスク４も振動片対応領域８及び９を備えており、領域８及び９の側端は、領域６及び７の側端とＺ’軸に沿って整列している。すなわち、金属マスク４は、金属マスク３をＺ’軸に沿って平行移動させたものである。したがって、金属マスク４の構造は、金属マスク３の構造と同一であるので、金属マスク４の構造の説明は省略する。
【００３６】
金属マスク３の振動片対応領域６及び７は、基部対応領域５の一端からＹ’軸の正方向に沿って互いに平行に延びている。
【００３７】
振動片対応領域６は、Ｙ’軸に平行な線分１０及び線分１１と、Ｘ軸に平行であり、線分１０の一端と線分１１の一端とを接続する線分１２と、線分１０の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と角度θ1aの範囲内で交差する線分１３と、線分１３の他端を通り、Ｘ軸に平行な仮想直線ＢＬとによって囲まれている。仮想直線ＢＬは、振動片対応領域６と基部対応領域５との間の境界線であるとともに、振動片対応領域７と基部対応領域５との間の境界線である。
【００３８】
金属マスク３の振動片対応領域７は、Ｘ軸に平行な仮想直線ＢＬと、Ｙ’軸に略平行な線分１４及び線分１５と、Ｘ軸に平行であり、線分１４の一端と線分１５の一端とを接続する線分１６と、線分１４の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と角度θ1bの範囲内で交差する線分１７と、によって囲まれている。ここで、角度θ1a及びθ1bは、それぞれ３０±６度である。
【００３９】
金属マスク３の基部対応領域５は、Ｘ軸と角度θ1a及びθ1bを成す振動片対応領域６及び７の線分１３及び１７の他端同士を接続する線分１８（所定部分）を一端に有している。線分１８は、前述のＸ軸に平行な仮想直線ＢＬの一部であり、基部対応領域５は、仮想直線ＢＬを境界として振動片対応領域６及び７から離れる方向に広がっている。すなわち、基部対応領域５は、Ｘ軸に平行な線分１８，１９及びＹ’軸に平行な線分１１及び１５によって囲まれており、長方形を成している。
【００４０】
振動片対応領域６の長手方向に沿った平行二線分１０と１１との間の距離、すなわち、振動片対応領域６の幅は、振動片対応領域７の長手方向に沿った平行二線分１４と１５との間の距離である振動片対応領域７の幅に等しく、これらの幅は共にＷである。水晶振動片６ａ及び７ａは、振動片対応領域６及び７によって上記エッチングから保護されることにより、水晶ウエハ１から切出されているので、水晶振動片６ａ及び７ａの表面の幅は、振動片対応領域６及び７の幅Ｗに一致する。
【００４１】
なお、振動片対応領域６，７及び水晶振動片６ａ，７ａの幅Ｗは、その厚みＤに等しいか、又は、厚みＤよりも大きい方が好ましい。水晶振動片６ａ及び７ａの厚みＤは、水晶ウエハ１の厚みと同一であり、２００〜５００μｍである。
【００４２】
水晶のエッチングの際には、Ｘ軸の正方向へのエッチングの速度と負方向へのエッチングの速度とが異なる。また、水晶は３回回転対称の結晶であり、Ｚ軸に垂直であって、Ｘ軸と±１２０度の角度を成す２つのＸ軸を有する。これらの軸をそれぞれＸ１軸及びＸ２軸とする。これらのエッチング速度の違いにより、振動片対応領域６及び７の下に形成された水晶振動片６ａ及び７ａは、振動片対応領域６及び７の線分１１及び１４直下からＸ軸の正方向に突出した突出部２０及び２１をそれぞれ有する。一方、水晶振動片６ａ及び７ａの突出部２０及び２１にそれぞれ対向する平面２０ａ及び２１ａは、Ｙ’Ｚ’平面に平行である。また、上記エッチング速度の違いにより、水晶振動片６ａは、振動片対応領域６の根元の線分１３の直下からＸ１軸の正方向に突出した突出部２２を有し、水晶振動片７ａは、振動片対応領域７の根元の線分１７直下にＸ２軸に垂直な平面２２ａを有する。これらの突出部（エッチング残り）２０〜２２の高さｔxは略同一であり、高さｔxは、厚みＤの８％以内である。換言すれば、上記エッチングは、主表面１ａに垂直であって線分１１及び１４をそれぞれ含む平面からそれぞれの側面までの最大離隔距離ｔxが、主表面１ａと裏面１ｂとの間の距離Ｄの８％以下になるまで行われる。
【００４３】
また、線分１０を含み主表面１ａに垂直な平面から、股部の突出部２２までの最大離隔距離をＷ１とする。また、水晶振動子の股部を上記Ｕ字型のマスクを用いて水晶ウエハをエッチングすることにより形成した場合のＷ１の大きさを測定した結果は次の通りであった。厚さＤが２００μｍの水晶ウエハ１を用いて１００分間のエッチングを行った場合、距離Ｗ１は１７２μｍであった。厚さＤが３００μｍの水晶ウエハ１を用いて１５０分間のエッチングを行った場合、距離Ｗ１は２６４μｍであった。厚さＤが４００μｍの水晶ウエハ１を用いて２００分間のエッチングを行った場合、距離Ｗ１は３７２μｍであった。厚さＤが５００μｍの水晶ウエハ１を用いて２５０分間のエッチングを行った場合、距離Ｗ１は４６５μｍであった。したがって、線分１０を含み主表面１ａに垂直な面から、線分１３と線分１８との交点までの金属マスク３の距離は、水晶振動片６ａ又は７ａの厚みＤよりも大きいことが好ましい。上述の如く厚さＤに対するエッチング時間を確保することで、突起２２の高さｔxを小さく（厚みＤの８％以内）することができるからである。
【００４４】
振動片対応領域６の第１線分１３は、このＸ軸の正方向からみて約３０度の角度を成している。水晶のＸ１軸はＸ軸の正方向からみて１２０度の角度で交差する。したがって、Ｘ１軸と股部の線分１３とは約９０度の角度を成す。
【００４５】
また、振動片対応領域７の第２線分１７は、Ｘ軸の正方向からみて約１５０度の角度を成している。Ｘ２軸は、Ｘ軸の正方向からみて−１２０度の角度で交差している。したがって、Ｘ２軸と第２線分１７とは約９０度の角度を成している。
【００４６】
第１線分１３及び第２線分１７は、それぞれ、Ｘ１軸及びＸ２軸と約９０度の角度で交差するので、水晶ウエハ１のエッチングは、マスク３の第１線分１３及び第２線分１７を境界として、Ｘ１軸及びＸ２軸にそれぞれ直交する方向に沿って水晶ウエハ１の主表面１ａからその内部へと進行する。
【００４７】
第１線分１３及び線分１０〜１２によって囲まれた領域によって第１振動片対応領域６は規定される。この第１振動片対応領域６を有するマスクを用いて水晶ウエハ１をエッチングすることにより、この領域６の直下に第１水晶振動片６ａが形成される。第２線分１７及び線分１４〜１６によって囲まれた領域によって第２振動片対応領域７は規定され、この領域７を有するマスク３を用いて水晶ウエハ１をエッチングすることにより、この領域７の直下に第２水晶振動片７ａが形成される。さらに、基部対応領域５を有するマスク３を用いて水晶ウエハ１をエッチングすることにより、この領域５の直下に基部５ａが形成される。線分１８、第１線分１３及び第２線分１７により形成される水晶振動子の股部には、水晶振動片振動時に応力が集中するが、この股部のエッチングは、Ｘ１軸及びＸ２軸にそれぞれ垂直な第１線分１８及び第２線分１７を境界として水晶ウエハ１の内部へと進行する。したがって、この股部を境界として互いに対向する２つの水晶振動片６ａ及び７ａの側面２２及び２２ａの形状は、上記従来の方法により製造されるそれと比較して対称とすることができ、双方の水晶振動片６ａ及び７ａに印加される応力を等しくすることができる。
【００４８】
エッチングの終了後、図２に示した金属マスク３及び４を除去し、フォトリソグラフィ技術を用いて、水晶振動片６ａ及び７ａ上に電極２３〜３４を形成し、水晶振動子１００を形成する。電極２３〜３４の形成後、図２の接続領域３ｃ直下の水晶部から水晶振動子１００を分離する。
【００４９】
図６は、電極２３〜３４を有する水晶振動子１００を固定台１０１上に固定した角速度検出装置を示す斜視図であり、図７は図６の水晶振動子１００をＡ−Ａ線矢印に沿って切った水晶振動子１００の断面図である。この角速度検出装置は、電極２３〜３４の一部に水晶振動片６ａ及び７ａをＸ軸方向に振動させる駆動電圧を印加するとともに電極２３〜３４の一部からの水晶振動片６ａ及び７ａのＺ軸方向の振動に対応した信号を検知する電気回路１０２を備える。水晶振動片６ａ及び７ａのＺ’軸方向の振動は、水晶振動片６ａ及び７ａのＸ軸方向の振動速度及び水晶振動片６ａと７ａの長手方向を中心にこれらに働く回転力との積、コリオリの力に対応して発生するので、電気回路１０２は角速度検出装置に働いた角速度を検出することができる。
【００５０】
なお、水晶振動子１００は、図４に示した金属マスク３及び４を用いて形成されているので、主表面（平面）１ａの形状は、金属マスク３の領域３ｂの形状と同一である。したがって、振動子１００の形状は、領域３ｂと同一符号を用いることにより、その説明を省略する。なお、水晶振動子１００の裏面１ｂの形状は主表面１ａの形状と同一である。
【００５１】
次に、上記高さｔxを厚みＤの８％以下に設定した理由について説明する。
【００５２】
図８は、図５の水晶振動片６ａの断面を抜出して示す説明図である。水晶振動片６ａのＹ’軸に垂直な断面は、ＸＹ’面に平行な主表面１ａ及び裏面１ｂと、Ｙ’Ｚ’面に平行な左側面２０ａと、左側面２０ａに対向した右側面２０ｂとを有する。主表面１ａ、裏面１ｂ及び左側面２０ａは平面であり、右側面２０ｂはＸ軸の正方向に突出するように屈曲している。突出部２０は、右側面２０ｂの屈曲部によって規定される。突出部２０の高さｔxは、上下面１ａ及び１ｂと右側面２０ｂとの２つの交線を含む平面から、突出部２０の頂点Ｃまでの距離によって規定される。図８の断面内において、突起部２０がないときの水晶振動片６ａの重心位置をＯとする。重心Ｏを含むＸＹ’面と頂点Ｃ’との間の距離を突出部２０のずれ量ｔzとする。図８の断面内において、突起部２０があるときの水晶振動片６ａの重心位置をＯ’とする。
【００５３】
水晶振動片６ａを重心Ｏを中心としてＸ軸方向に振動させると、水晶振動片６ａの重心Ｏが重心Ｏ’に移動しているので、断面の主軸がＺ’軸に対して角度αずれ（Ｚ”軸）、水晶振動片６ａをＸ軸方向に振動させているにも拘らず、水晶振動片６ａはＸ’軸に対して角度βずれた方向に沿って振動する。このような振動は、水晶振動子１００の振動の安定性を低下させるばかりでなく、例えば、この水晶振動子１００を角速度検出装置に用いた場合には、コリオリの力に基づかないＺ軸方向の漏れ振動成分が上記電気回路１０２によって検出され、電気回路１０２により検出される角速度の精度を低下させる。
【００５４】
Ｚ軸方向のもれ振動成分の振幅ｔａｎβは、ずれ量ｔzに依存する。すなわち、もれ振動成分の振幅ｔａｎβは、ずれ量ｔzの厚みＤに対する比（ｔz／Ｄ）に比例して大きくなる。したがって、比率ｔz／Ｄを低下させることにより、水晶振動子１００の振動の安定性を向上させることができる。
【００５５】
図９は、複数の水晶振動子１００を製造したときの、ｔx／Ｄとｔz／Ｄとの関係を示すグラフである。ｔx／Ｄが大きいときには、ｔz／Ｄが大きな水晶振動子１００が製造される確率が高くなるのに対し、ｔx／Ｄが小さいときには、ｔz／Ｄが大きな水晶振動子１００は製造されない。ｔx／Ｄを８％以下にすればｔz／Ｄが所定値内になり、安定した振動を達成する水晶振動子１００を製造することができる。
【００５６】
図１０は、水晶ウエハ１のエッチング時間（単位：時間）と突出部２０の高さｔxとの間の関係を示すグラフである。折れ線Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、それぞれ、厚さＤ＝５００μｍ，４００μｍ，３００μｍ，２００μｍの水晶ウエハのデータを示し、点Ｄ１〜Ｄ４においてそれぞれの水晶ウエハは上下に貫通した。同図中の点線は、使用中の金属マスクが破損し始め、エッチングのばらつきが拡大することによって安定した振動を達成する水晶振動子１００が製造できなくなる領域を示す。したがって、エッチング時間は３時間以下であることが望ましい。エッチング時間が３時間のとき、厚みＤが５００μｍの場合、比率ｔx／Ｄは７．８％である。エッチング時間が３時間のとき、厚みＤが４００μｍの場合、比率ｔx／Ｄは５．０％である。エッチング時間が３時間のとき、厚みＤが３００μｍの場合、比率ｔx／Ｄは２．６％である。
【００５７】
したがって、厚みＤが５００μｍ以下の場合、比率ｔx／Ｄが８％以下７．８％以上になるまでエッチングすることが好ましい。厚みＤが４００μｍ以下の場合、比率ｔx／Ｄが８％以下５．０％以上になるまでエッチングすることが好ましい。厚みＤが３００μｍ以下の場合、比率ｔx／Ｄが８％以下３（２．６）％以上になるまでエッチングすることが好ましい。
【００５８】
なお、上記金属マスク３及び４を規定する線分の形状及び水晶振動子１００の主表面１ａ及び裏面１ｂの形状は、図１１〜図１５を用いて説明される形状にしてもよい。また、これらの下面の金属マスクの形状及び金属マスクを用いて製造された水晶振動子の主表面（平面）及び裏面（平面）の形状は、上面の金属マスクの形状と同一である。したがって、以下の説明においては、上面の金属マスクの形状のみについて説明し、重複する説明を省略する。また、図１１〜図１５は、図４に示した水晶振動子中間体１’の平面図と同一形式にて示す別の水晶振動子中間体の平面図である。さらに、金属マスク３の振動子対応領域３ｂと同一構造の要素に関しては、同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００５９】
本出願人は、水晶振動子の股部を上記Ｕ字型のマスクを用いて水晶ウエハをエッチングすることにより形成した。この股部はＸ軸と２７．３６０度（約３０度）の角度で交差し、第１振動片対応領域の先端へ延びた線分と、Ｘ軸と３７．４３９度（約４０度）の角度で交差し、第２振動片対応領域の先端へ延びた線分と、Ｘ軸と８４．３９５度（約８５度）の角度で交差し、第２振動片対応領域の先端へ延びた線分と、によって規定されることが判明した。したがって、これらの実験データに基づく線分に沿った線分を有するマスクを用いて、対向する水晶振動片の股部を形成すれば、この股部の対称性をさらに向上させることができる。
【００６０】
まず、図１１に示す水晶振動子中間体２００の金属マスク２０３について説明する。
【００６１】
金属マスク２０３の振動片対応領域２０６及び２０７は、基部対応領域５の一端からＹ’軸の正方向に沿って互いに平行に延びており、振動片対応領域２０６及び２０７の直下には、それぞれ水晶振動片２０６ａ及び２０７ａが形成される。
【００６２】
振動片対応領域２０６は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ2aの角度を成して振動片対応領域２０６の先端に近付く向へ延びた第３線分２１３ａと、第３線分２１３ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ3aの角度を成して第１振動片対応領域の先端に近付く方向へ延びた第４線分２１３ｂとを有する。また、振動片対応領域２０７は、第２線分１７の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ2bの角度を成して振動片対応領域２０７の先端に近付く方向へ延びた第５線分２１７ａと、第５線分２１７ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ3bの角度を成して振動片対応領域２０７の先端に近付く方向へ延びた第６線分２１７ｂと、を有する。角度θ2a及びθ2bは、それぞれ３７．５±３度（約４０度）である。角度θ3a及びθ3bは、それぞれ８４．５±６度（約８５度）である。なお、角度θ2a及びθ2bは、それぞれ角度θ1a及びθ1b以上である。
【００６３】
さらに、上記３７．４３９度と８４．３９５度の角度の線分の代りに、近似的にこれらの角度の中間値６０．９１７度（約６０度）の線分を有するマスクを用いて、上記水晶ウエハの股部をエッチングしてもよい。
【００６４】
図１２は、このような方法を行うための水晶振動子中間体３００の金属マスク３０３を示す。
【００６５】
金属マスク３０３の振動片対応領域３０６及び３０７は、基部対応領域５の一端からＹ’軸の正方向に沿って互いに平行に延びており、振動片対応領域３０６及び３０７の直下には、それぞれ水晶振動片３０６ａ及び３０７ａが形成される。振動片対応領域３０６は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ7aの角度を成して振動片対応領域３０６の先端に近付く方向に延びた線分３１３ａを有する。振動片対応領域３０７は、第２線分１７の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ7b度の角度を成して振動片対応領域３０７の先端に近付く方向に延びた線分３１７ａを有する。なお、角度θ7a及びθ7bは、それぞれ６０±６度（約６０度）である。
【００６６】
ここで、線分１４を含みＺ’軸に平行な平面と突出部２１との最大離隔距離をＷ２とする。また、この平面から線分１７と線分１８との交点までの距離をＷ３とする。ここで、図４に記載の実施態様のマスクを用いて水晶ウエハをエッチングすることにより形成した場合のＷ２の大きさを測定した結果は次の通りであった。
【００６７】
厚さＤが０．２ｍｍ（２００μｍ）の水晶ウエハ１に距離Ｗ３が０．２ｍｍのマスクを形成し、これを１００分間エッチングしたところ、距離Ｗ２は０．０１２ｍｍであった。なお、ここで、厚さＤの３乗は、０．００８ｍｍ3である。
【００６８】
厚さＤが０．３ｍｍ（３００μｍ）の水晶ウエハ１に距離Ｗ３が０．３ｍｍのマスクを形成し、これを１５０分間エッチングしたところ、距離Ｗ２は０．０３８ｍｍであった。なお、ここで、厚さＤの３乗は、０．０２７ｍｍ3である。厚さＤが０．４ｍｍ（４００μｍ）の水晶ウエハ１に距離Ｗ３が０．４ｍｍのマスクを形成し、これを２００分間エッチングしたところ、距離Ｗ２は０．０８４ｍｍであった。なお、ここで、厚さＤの３乗は、０．０６４ｍｍ3である。厚さＤが０．５ｍｍ（５００μｍ）の水晶ウエハ１に距離Ｗ３が０．５ｍｍのマスクを形成し、これを２５０分間エッチングしたところ、距離Ｗ２は０．１３６ｍｍであった。なお、ここで、厚さＤの３乗は、０．１２５ｍｍ3である。したがって、厚さＤが０．２〜０．５（ｍｍ）の範囲内において、線分１４を含みＺ’軸に平行な平面から、線分１７と線分３１７ａとの交点までの金属マスク３０３の距離は、厚さＤ（ｍｍ）の３乗よりも大きく設定することが好ましい。上述の如く厚さＤに対するエッチング時間を確保することで、突起２１の高さｔxを小さく（厚さＤの８％以内）することができるからである。
【００６９】
さらに、線分１０と線分１４との間の距離をＳとする。また、線分１０と線分３１３ａとの交点から仮想直線ＢＬまでの距離をｈとする。この距離Ｓが大きい場合、一対の振動片をＸ軸方向に振動させた時の振動の機械的結合が小さくなる。機械的結合を大きくするためには、線分３１３ａ及び１３を仮想直線ＢＬ上へ投影した線分の長さを長くすることが好ましい。さらに、距離Ｓによるエッチング液の流れ易さや電極の配置を考慮すると、比率ｈ／Ｓは、０．２以上０．４以下であることが好ましい。
【００７０】
上記水晶振動子の製造方法は、一対の水晶振動片の対称性を考慮してなされたものであるが、これは単一の水晶振動片の対称性を考慮してなされてもよい。
【００７１】
図１３は、このような方法を行うための水晶振動子中間体４００の金属マスク４０３を示す。金属マスク４０３の振動片対応領域４０６及び４０７は、基部対応領域４０５の一端からＹ’軸の正方向に沿って互いに平行に延びており、これらの領域直下にそれぞれ、基部４０５ａ及び第１及び第２水晶振動片４０６ａ，４０７ａが形成される。基部対応領域４０５は、Ｘ軸に平行な線分１８，４１９及びＹ’軸に平行な線分４２２，４２３によって囲まれている。
【００７２】
振動片対応領域４０６は、線分１３から所定間隔離隔して基部対応領域４０５にその一端で連続し、Ｘ軸とθ4aの角度を成して振動片対応領域４０６の先端に近付く方向に延びた線分４５０と、線分１３の他端に連続し、振動片対応領域４０６の長手方向に沿って往復し、線分４５０の他端に至る線１０，１２、４１１とによって規定される。なお、線分４１１は、Ｙ’軸に平行である。
【００７３】
振動片対応領域４０６は、線分１３，４５０及び線１０，１２、４１１によって囲まれた領域によって規定される。したがって、この領域４０６を有するマスクを用いて水晶ウエハ１をエッチングすれば、この領域直下に水晶振動片を形成することができる。線分１３及び４５０により形成される水晶振動片の根元部には、水晶振動片振動時に応力が集中する。本方法によれば、水晶振動片の根元部のエッチングは、これらの線分１３及び４５０により規定される水晶の結晶方位に応じて進行するので、この根元部により規定される水晶振動片側面の形状は、上記従来の方法により製造されるそれと比較して対称とすることができ、領域４０６によって形成される水晶振動片に印加される応力を等しくすることができる。
【００７４】
なお、振動片対応領域４０７は、線分１７から所定間隔離隔して基部対応領域４０５にその一端で連続し、Ｘ軸とθ4bの角度を成して振動片対応領域４０７の先端に近付く方向に延びた線分４５１と、線分１７の他端に連続し、振動片対応領域４０７の長手方向に沿って往復し、線分４５１の他端に至る線１４，１６、４１５とによって規定される。なお、線分４１５は、Ｙ’軸に平行である。
【００７５】
ここで、角度θ4a及びθ4bは、それぞれ３０±６度である。
【００７６】
さらに、左右の振動片の対象性をさらに考慮すると、θ1aとθ1bとが等しく、且つ、θ4aとθ4bとが等しいことが好ましい。また、θ1aとθ4aとが等しく、且つ、θ1bとθ4bとを等しくしてもよい。
【００７７】
図１１に示した左右の振動片の対象性を考慮したマスク形状は、図１３の単一の振動片の対象性をも考慮したマスク形状に適用することができる。
【００７８】
図１４は、このような金属マスク５０３及びこのマスク５０３によって形成される振動子中間体５００を示す。金属マスク５０３の振動片対応領域５０６及び５０７は、基部対応領域４０５の一端からＹ’軸の正方向に沿って互いに平行に延びており、振動片対応領域５０６及び５０７の直下にそれぞれ第１及び第２水晶振動片５０６ａ，５０７ａが形成される。
【００７９】
振動片対応領域５０６は、線分４５０の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ5aの角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた線分４５０ａと、線分４５０ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ6aの角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた線分４５０ｂとを有する。
【００８０】
また、振動片対応領域５０７は、線分４５１の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ5bの角度を成して振動片対応領域５０７の先端に近付く方向へ延びた線分４５１ａと、線分４５１ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ6bの角度を成して振動片対応領域５０７の先端に近付く方向へ延びた線分４５１ｂとを有する。
【００８１】
上述の実験の結果から、角度θ4a及びθ4bは、それぞれ３０±６度（約３０度）であり、角度θ5a及びθ5bは、それぞれ３７．５±３度（約４０度）であり、角度θ6a及びθ6bは、それぞれ８４．５±６度（約８５度）である。
【００８２】
また、これらの角度を近似的に設定し、図１５に示す金属マスク６０３を水晶振動子中間体６００上に形成してもよい。このマスク６０３は、基部対応領域４０５から同一方向に延びた振動片対応領域６０６及び６０７を備えており、振動片対応領域６０６及び６０７の直下にそれぞれ第１及び第２水晶振動片６０６ａ，６０７ａが形成される。
【００８３】
振動片対応領域６０６は、線分４５０の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ8aの角度を成して振動片対応領域６０６の先端に近付く方向に延びた線分４５０ｃを有する。
【００８４】
また、振動片対応領域６０７は、線分４５１の他端にその一端で連続し、Ｘ軸とθ8bの角度を成して振動片対応領域６０７の先端に近付く方向に延びた線分４５１ｃを有する。θ8a及びθ8bは、それぞれ、６０±６度（約６０度）である。
【００８５】
以上のように、上述の実施の態様に係る水晶振動子の方法は、水晶からなる基部５ａ及び基部５ａから同一方向に延びており電圧が印加されることによって振動可能な第１及び第２水晶振動片６ａ及び７ａを備えた水晶振動子１００の製造方法を対象とする。
【００８６】
図１乃至図７を用いて説明した方法は、水晶のＺ軸に沿った軸（Ｚ’軸）に直交した主表面１ａを有する水晶ウエハ１を用意する工程（図１）と、基部対応領域５及びこの基部対応領域５から水晶ウエハ１の所定のＸ軸に直交する軸（Ｙ’軸）に沿って同一方向に延びた第１及び第２振動片対応領域６，７を有するマスク３を主表面１ａ上に形成する工程と、マスク３の形成された水晶ウエハ１をエッチングすることにより、マスク３の基部対応領域５及び第１及び第２振動片対応領域６，７直下にそれぞれ基部５ａ及び第１及び第２水晶振動片６ａ，７ａを形成する工程とを備える。
【００８７】
ここで、基部対応領域５の外周は、第１及び及び第２振動片対応領域６，７間に位置してＸ軸に沿って延びた所定部分１８を有し、第１振動片対応領域６の外周は、所定部分１８の一端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第１振動片対応領域６の先端に近付く方向へ延びた第１線分１３を有し、第２振動片対応領域７の外周は、接続線１８の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して第２振動片対応領域７の先端に近付く方向へ延びた第２線分１７を有する。
【００８８】
本方法によれば、所定部分１８及び第１線分１３及び第２線分１７によって規定される水晶振動子の股部のエッチングは、水晶の結晶方位に応じて進行するので、この股部を境界として互いに対向する２つの水晶振動片側面の形状を対称とすることができ、双方の水晶振動片に印加される応力を等しくすることができる。したがって、エッチング残り２２及び２２ａの形状を従来と比較して対象とすることができるので、製造された水晶振動子の振動が安定する。
【００８９】
さらに、図１１に示したマスク２０３を用いた方法によれば、第１振動片対応領域２０６の外周は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第１振動片対応領域２０６の先端に近付く方向へ延びた第３線分２１３ａと、第３線分２１３ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して第１振動片対応領域２０６の先端に近付く方向へ延びた第４線分２１３ｂとを有し、第２振動片対応領域２０７の外周は、第２線分１７の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して第２振動片対応領域２０７の先端に近付く方向へ延びた第５線分２１７ａと、第５線分２１７ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して第２振動片対応領域２０７の先端に近付く方向へ延びた第６線分２１７ｂとを有する。
【００９０】
さらに、図１２に示したマスク３０３を用いた方法によれば、第１振動片対応領域３０６の外周は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して第１振動片対応領域３０６の先端に近付く方向に延びた線分３１３ａを有し、第２振動片対応領域３０７の外周は、第２線分１７の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して第２振動片対応領域３０７の先端に近付く方向に延びた線分３１７ａを有する。
【００９１】
図１〜図１２に示した水晶振動子の製造方法は、一対の水晶振動片の対称性を考慮してなされたものであるが、これは単一の水晶振動片の対称性を考慮してなされてもよい。
【００９２】
図１３に示したマスク４０３を用いた方法によれば、振動片対応領域４０６の外周は、基部対応領域４０５にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して振動片対応領域４０６の先端に近付く方向へ延びた第１線分１３と、第１線分１３から所定間隔離隔して基部対応領域４０５にその一端で連続し、Ｘ軸と約３０度の角度を成して振動片対応領域４０６の先端に近付く方向へ延びた第２線分４５０とを有する。
【００９３】
この場合、第１線分１３及び第２線分４５０により形成される水晶振動片の根元部には、水晶振動片振動時に応力が集中する。本方法によれば、水晶振動片の根元部のエッチングは、これらの線分１３，４５０により規定される水晶の結晶方位に応じて進行するので、この根元部により規定される水晶振動片側面の形状を対称とすることができ、水晶振動片４０６に印加される応力を等しくすることができる。
【００９４】
さらに、図１４に示したマスク５０３を用いた方法によれば、振動片対応領域５０６の外周は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた第３線分２１３ａと、第３線分２１３ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた第４線分２１３ｂと、第２線分４５０の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約４０度の角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた第５線分４５０ａと、第５線分４５０ａの他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約８５度の角度を成して振動片対応領域５０６の先端に近付く方向へ延びた第６線分４５０ｂとを有する。
【００９５】
さらに、図１５に示したマスク６０３を用いた方法によれば、振動片対応領域６０６は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して振動片対応領域６０６の先端へ近付く方向に延びた線分３１３ａと、第２線分４５０の他端にその一端で連続し、Ｘ軸と約６０度の角度を成して振動片対応領域６０６の先端に近付く方向に延びた線分４５０ｃとを有する。
【００９６】
以上、上記いずれの方法においても、水晶の結晶方位に応じてエッチングが進行するので、エッチング残り形状が従来と比較して対称となり、製造された水晶振動子の振動を安定させることができる。
【００９７】
また、図８に示した水晶振動片６ａは、主表面１ａと主表面１ａに対向する裏面１ｂとの間に位置して振動片対応領域６の外周に沿って延びた側面に突出部２０を有する。ここで、上記エッチングは、この突出部２０の高さｔxが、主表面１ａと裏面１ｂとの間の距離Ｄの８％以下になるまで行うことが好ましい。水晶振動片６ａの厚みＤの８％以下になるまで水晶ウエハ１の上記股部或いは根元部をエッチングすれば、振動を十分に安定させることができるので、この必要最低限のエッチング時間で安定した振動を行う水晶振動子を製造することができる。
【００９８】
ここで、金属マスクの大きさは、突出部２０の高さｔZが水晶振動片６ａの厚みＤの８％以下になるまでエッチングを行ったときに生じる股部のエッチング残りの大きさに基づいて決定されている。
【００９９】
さらに、振動片対応領域の外周は、第１線分１３の他端にその一端で連続し、水晶のＸ軸に直交する方向（Ｙ’軸）に沿って延びた第７線分１０と、前記第７線分１０の他端にその一端で連続し、水晶のＸ軸に沿って延びた第８線分１２と、前記第８線分１２の他端にその一端で連続し、水晶のＸ軸に沿って前記基部対応領域５に向かって延びる第９線分１１を備えることが好ましい。
【０１００】
この場合、第３線分１０と第５線分１１とは共に水晶のＸ軸に沿っているので、水晶振動片６ａは、これらの線分１０及び１１を境界として、共にＸ軸に垂直な方向（Ｙ’）に沿って水晶ウエハ１の主表面１ａからその内部へとエッチングされる。したがって、本方法によれば、これらの線分１０及び１１を境界として水晶ウエハ１から切出される水晶振動片６ａの形状をさらに対称とすることができる。
【０１０１】
さらに、図１乃至図７を用いて説明した方法により製造された水晶振動子は、水晶のＺ軸に沿った軸（Ｚ’軸）に直交する平面を含む所定領域５を有する基部５ａ、及び、前記平面を含む第１及び第２領域６，７をそれぞれ有し前記基部５ａから水晶のＹ軸に沿った軸（Ｙ’軸）に沿って同一方向に延びており電圧が印加されることによって振動可能な第１及び第２水晶振動片６ａ，７ａを備えた水晶振動子１００において、前記所定領域５の外周は、前記第１及び第２水晶振動片６ａ，７ａ間に位置して水晶のＸ軸に沿って延びた所定部分１８を有し、前記第１領域６の外周は、前記所定領域５の前記所定部分１８の一端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第１水晶振動片６ａの先端に近付く方向へ延びた第１線分１３を有し、前記第２領域７の外周は、前記所定領域５の前記所定部分１８の他端にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記第２水晶振動片の先端に近付く方向へ延びた第２線分１７を有する。
【０１０２】
本水晶振動子は、上述のように、所定部分１８及び第１及び第２線分１３，１７によって規定される第１及び第２水晶振動片６ａ，７ａの股部の形状を、その製造時に対称とすることができるので、安定した振動を行うことができる。
【０１０３】
さらに、図１３を用いて説明した方法により製造された水晶振動子は、水晶のＺ軸に沿った軸（Ｚ’軸）に直交する平面を含む所定領域４０５を有する基部４０５ａ、及び、前記平面を含む第１領域４０６を有し前記基部４０５ａから水晶のＹ軸に沿った軸（Ｙ’軸）に沿って延びており電圧が印加されることによって振動可能な水晶振動片４０６ａを備えた水晶振動子４００において、前記第１領域４０６の外周は、前記所定領域４０５にその一端で連続し、水晶のＸ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片４０６ａの先端に近付く方向に延びた第１線分１３と、前記第１線分１３から所定間隔離隔して前記所定領域４０５にその一端で連続し、前記Ｘ軸と約３０度の角度を成して前記水晶振動片の先端に近付く方向に延びた第２線分４５０とを有する。
【０１０４】
本水晶振動子は、上述のように、第１及び第２線分１３，４５０によって規定される水晶振動片の根元部の形状を、その製造時に対称とすることができるので、安定した振動を行うことができる。
【０１０５】
なお、上記実施の態様に係る水晶振動子の製造方法によれば、その水晶振動子は２つの水晶振動片を備えたものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は１つ或いは３つ以上の水晶振動片を備えた水晶振動子の製造方法にも適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、水晶の結晶方位に応じてエッチングが進行するので、安定した振動を行う水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水晶ウエハの斜視図。
【図２】マスクの形成された水晶ウエハの斜視図。
【図３】図２の水晶ウエハをＡ−Ａ線矢印に沿って切った断面図。
【図４】水晶振動子中間体の斜視図。
【図５】図４の中間体をＡ−Ａ線矢印に沿って切った断面図。
【図６】水晶振動子を備えた角速度検出装置。
【図７】図６の水晶振動子をＡ−Ａ線矢印に沿って切った断面図。
【図８】水晶振動片の断面図。
【図９】ｔz／Ｄに対するｔx／Ｄの分布度数を示すグラフ。
【図１０】エッチング時間と突出部の高さの関係を示すグラフ。
【図１１】別の中間体の平面図。
【図１２】別の中間体の平面図。
【図１３】別の中間体の平面図。
【図１４】別の中間体の平面図。
【図１５】別の中間体の平面図。
【符号の説明】
５ａ…基部、６ａ，７ａ…水晶振動片、１００…水晶振動子、５…基部対応領域、１…水晶ウエハ、６，７…振動片対応領域、３…マスク、１８…所定部分、１３…第１線分、１７…第２線分。
【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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