水晶振子片及其制造方法

专利名称：水晶振子片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及水晶振子片及其制造方法，尤其涉及具有对发生作为 面外振动的漏振(漏扎振動)加以抑制的构造的水晶振子片及其制造 方法。
背景技术：
用于振动罗盘的音钗型的水晶振子，通过把水晶片(々工")切 成所需形状的水晶振子片的工序、形成用来将水晶振子片起振的电极 的工序，和把形成有电极的水晶振子片安装在容器中的工序等进行制
造。尤其是，由于水晶振子片的形状很大程度上对决定了振动的设备 性能造成影响，因此，把水晶片切成水晶振子片的工序很重要。
图8是表示水晶振子片的结晶轴的图。
如图8所示，水晶振子片由在与水晶的Z轴垂直的面切成的Z板、 从Z板绕X轴转动0~10。的水晶片IOO等进行加工。绕X轴转动之 后的水晶片的结晶轴为X、 Y，、 Z，。即，水晶片100的主面为X-Y， 面。
图9是从水晶片IOO切成的水晶振子片110的筒图。
图9(a)是水晶振子片110的正面简图，图9(b)是表示图9(a) 中的A-A，截面图的一例的图，图9 (c)是表示图9(a)中的A-A，截 面图的另一例的图。
水晶振子片110由支撑部111、基部112和振动腿113构成。进行 振动的部分是振动腿113。振动腿113以X轴为横向、Y，轴为纵向、 Z，轴为厚度方向。
在将水晶片IOO切成所述水晶振子片110的工序中，釆用使用了 可以高精度并廉价地大量生产小型的水晶振子片的光刻法(7才卜y乂夕'，7 4 )和液体蚀刻法(，工'7卜工'7 f"》夕')的方法。
图IO是表示水晶振子片的制造方法的图，图10中示出了水晶振
子片的振动腿截面。
首先，如图10 (b)所示，在图10 (a)所示的被调整成所需板厚 的水晶片IOO的两面，形成对水晶用的蚀刻液具有耐腐蚀性的金属耐 腐蚀膜200a、 200b，和配置在金属耐腐蚀膜200a、 200b上的光刻胶 (7才卜W》卜)201a、 201b。
接着，如图10 (c)所示，使用互相相向地对合时正确重合的被 分别描画了振子图案的2片光掩模205、 206,将光刻胶201a、 201b
接着，使光刻胶201a、 201b显影。接着如图10 (d)所示，把通 过显影形成的光刻胶图案作为掩模对金属耐腐蚀膜200a、 200b印刻图 形，形成水晶蚀刻用的蚀刻掩模207a、 207b。
接着，将光刻胶剥离。接着，把在表背两面形成有蚀刻掩模207a、 207b的水晶片101浸渍到氟酸类的蚀刻液中，如图10 (e)所示，把 未被蚀刻掩模207a、 207b覆盖的部分的水晶从表背两侧溶解。接着， 将蚀刻掩模207a、 207b除去，得到图9(a)所示的水晶振子片110。
另外，已知仅仅在蚀刻掩模的一个面上印刻图形，将另一个面整 个覆盖金属耐腐蚀膜，从单面进行蚀刻的水晶振子片的制造方法(例 如参照专利文献l)。
进而，已知如图ll所示的，使蚀刻掩模的背面图形207d的宽度 比表面图形207c的宽度大，以表面图形207c为基准图形进行蚀刻的 水晶振子片的制造方法(例如参照专利文献2)。
图12是用来说明水晶振子片的振动方向的图。
图12 (a)是水晶振子片的轴测图，图12 (b)是表示12 (a)中 的A-A，截面中的振动方向的一例的图，图12 (c)是表示12 (a)中 的A-A，截面中的振动方向的另一例的图。
如图12 (a)所示，当把音钗型水晶振子用于振动罗盘时，把X 轴方向的弯曲振动用作驱动振动、把Z，轴方向的弯曲振动用作在有角速度的情况下的检测振动。因此，在没有角速度的状态下，如图12(b) 所示，必定不会产生Z，轴方向的振动。但是，用现有的制造方法制作 的音钗型水晶振子中，实际上即使在没有角速度的情况下，如图12(c) 所示，有时也观测到了 Z，轴方向的振动成分。所述从斜向振动出现的 Z，轴方向的振动成分被称作漏振，由于不能与检测振动加以区分，所 以，存在使罗盘的S/N恶化、使温度特性恶化的问题。
另外，即使是通常用途的音钗型水晶振子，音钗型水晶振子的振 动也是利用X轴方向的弯曲振动产生，存在着包含Z，方向成分的斜向 振动会造成晶体阻抗上升、招致特性恶化的问题。
所述斜向振动，考虑是受到了在将水晶振子片通过蚀刻进行制造 的时候形成的水晶的残渣的影响。水晶中存在蚀刻异向性，蚀刻速度 因结晶的方向而不同。因此，蚀刻后的水晶振子片的振动腿113的侧 面均匀地残留未被蚀刻的残渣。例如，如图9 (b)和图9 (c)所示， 水晶振子片110的振动腿的截面形状未形成正确的长方形，在Y，-Z， 面的+X侧和-X侧的侧面伴有三角形或其它形状的残渣。图9 (b)是 进行短时间的蚀刻的情况下的截面图，图9 (c)是进行长时间的蚀刻 的情况下的截面图。
存在上述那样的残渣时，如图12 (b)所示，本应仅使其在X轴 方向进行振动的驱动振动，由于残渣的出现而破坏了平衡，如图12(c) 所示，随着Z，轴方向的成分向斜向进行振动，因而产生漏振。
由所述斜向振动产生的漏振，在现有技术的制造方法进行制造的 情况下发生的比较多。因此，需要抑制斜向振动、减少漏振。
另外，有对水晶振子片的截面的主轴的方向与斜向振动的关系加 以解析的文献(例如参照非专利文献1)。在下文中使用"截面的主轴，， 或"主轴"这样的词语，它们指的是穿过振动腿截面的截面重心的主轴。
专利文献l:日本特开昭52-035592号公报(第3页、图4)
专利文献2:日本特开2006-217497号/>报(第5页、图l)
非专利文献1:藤吉基弘电气信息通信学会论文志C VoLJ87-C No.9 pp712-719

发明内容
在此，对在振动腿截面上的残渣与斜向振动的关系加以考察。这
里所说的振动腿截面，是与振子的纵向垂直的截面(图9(a)中的 A-A，截面)，在水晶的X-Z，面上。
一般情况下，在对梁等的弯曲进行考虑的场合，截面的主轴也是 重点被考虑的。截面的主轴由正交的2根轴构成，在梁上施加与主轴 的一方方向相同的弯曲力时，梁向与弯曲力相同的方向弯曲。另一方 面，在施加了与主轴不同方向的弯曲力的情况下，梁向与施加弯曲力 的方向不同的方向弯曲。
在水晶振子的场合，因压电效应而作用的弯曲力是在X轴方向。 因此，如果主轴的一方的方向与X轴的方向相同，那么振动就在X轴 方向上产生，不会发生漏振。另一方面，如果主轴的方向从X轴方向 偏离而向Z，方向倾斜，则由于弯曲力的作用方向与主轴的方向不一 致，所以，振动会变为包含Z，轴成分的斜向振动，产生漏振。
主轴的方向由其梁(振动腿)的截面形状决定。在单纯的例子中， 关于具有对称轴的截面，其对称轴以及与该对称轴垂直的轴为该截面 的主轴。例如，如果是长方形的截面，各边的二等分线就是各个主轴。
在要获得没有漏振的水晶振子的场合，主轴的一方必须是与X轴 平行的。
在此，对在现有例那样制造水晶振子片的情况下，能否获得主轴 的一方与X轴平行的振子片进行考察。如上所述，如果用液体蚀刻法 制造水晶振子片，在振动腿的侧面必定会残留残渣。因此，所述残渣 的出现决定了截面的主轴的方向。在考虑水晶振子片的截面的主轴时， 首先必须考虑残渣被形成为什么样子。
残渣的形状，因蚀刻的时间、条件而不同，因此不能一言以概之， 但是由于会导致大致相同的倾向，所以根据从本发明的发明人所进行 的实验条件观察到的结果，对残渣的形成方式加以说明。
图13是图10 (e)的放大截面图，表示水晶振子片的振动腿中的
8残渣的形成状态。在此，为了简化，仅仅示出了一根振动腿，以水晶
的结晶轴的-X侧的侧面作为第l侧面、十X侧的侧面作为第2侧面。
如图13(a)所示，在进行时间比较短的蚀刻的场合，第2侧面， 从振子主面，即表面113a、背面113b形成残渣，该残渣在浅的部分 相对于Z，轴形成约为2。、在深的部分相对于Z，轴形成约为22。的角度。 深度随蚀刻的时间而变化，但是表面113a侧、背面113b侧的倾向都 相同。而且，如图13(b)所示，如果蚀刻持续较长时间，则22°的部 分消失，仅仅残留形成为2。角度的残渣。由于形成在第l侧面的残渣 非常小，因而少有被提及的例子，但是如图13(a)和图13(b)所示， 仔细观察的话，可知形成有残渣，相对于Z，轴形成约为1。的角度。该 第 一侧面的残渣形状几乎不因蚀刻时间而改变。蚀刻从蚀刻掩模 207a、 207b的端部开始，到贯穿为止，在表面侧、背面侧都不相互影 响，而是独立进行。
针对按照上述的图10所示现有的从表背两面进行蚀刻的方法制 造水晶振子片的情况，可以指出如下几点。
如图14 (a)所示，在形成在水晶片上的表面的蚀刻掩模207a， 与背面的蚀刻掩模207b的位置正确对齐的情况下，蚀刻之后的水晶振 子片的振动腿113的截面呈具有与X轴平行的对称轴的上下对称形 状。即，水晶振子片的振动腿113的截面具有与X轴平行的主轴300。 该场合下，弯曲力的作用方向与主轴的方向都是X轴方向，是一致的， 所以不产生漏振。
另一方面，在形成在水晶片上的表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀 刻掩模207b的位置在X轴方向错开地形成的情况下，如图14 (b) 所示，水晶振子片的振动腿113的截面呈非对称形状，计算主轴的方 向可知，主轴300a与X轴不平行。该场合下，弯曲力的作用方向与 主轴的方向不同，因而变成斜向振动，会产生漏振。
如图14(b)所示，蚀刻掩模207a、 207b发生错位a的话，如图 15 (a)所示那样，振动腿113的截面上会产生表面113a与背面113b 的错位a。此时的主轴的偏角(f:M角)如图15 (b)所示。在图15(b)中，示出2根主轴中接近X轴的主轴Xa与X轴的偏角t(。Xy<90)， 在图16中示出了用现有的制造方法进行制作的情况下蚀刻掩模207a 、 207b的错位a，与主轴Xa与X轴的偏角y (。)的关系。
图16中，以表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的错位 a为横轴、以主轴Xa与X的偏角y(。)为纵轴。蚀刻掩模207a与207b 的错位a,以表面的蚀刻掩模比背面的蚀刻掩模更靠-X侧时为正、y 以逆时针转动的偏移为正。从图16的图表可知，错位a与偏角y之间， 大小、方向都是相关的。
而且，当产生表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的错 位a时，如图15(a)所示，在振动腿113的截面上，背面113b的两 端分别相对于表面113a的两端同时向相同方向按a的量进行偏移，由 于脚对齐的关系而增强了主轴的方向偏移，结果就加强了漏振。
作为其对策，在蚀刻工序中，如果要把漏振减小到能够获得足够 的特性的程度，就必须在微米水平(廿y 、；夕口 ^ k《/k )进行表面 的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的位置对齐，制造图14(a)所示的上 下对称的水晶振子片。但是，即便使用高精度的双面校准曝光装置， 表背位置的对齐精度也是有极限的，存在成品率低的问题。
而且，在从单面进行蚀刻的场合，或在图ll所示的以表面图形为 基准进行蚀刻的场合，没有表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的错位 这一概念，但是，由于出现在一个侧面上的残渣与出现在另一个侧面 上的残渣的角度不同，所以，不能形成对称形状，计算主轴方向可知， 不具有与X轴平行的主轴。因此，会变成斜向振动而产生漏振。由于 该方法可以制造一直固定不变的振子片，所以有助于达到使共振频率 稳定的目的，但是不适合用来达到获得漏振少的振子片这一 目的。
可见，现有的方法中，存在着难以稳定地获得振动腿截面的主轴 方向与X轴大致平行的漏振少的水晶振子片这一问题。

发明内容
本发明的目的是，提供一种可以解决上述的现有技术中的问题的水晶振子片以及这样的水晶振子片的制造方法。
另外，本发明的目的是，提供一种漏振的发生被抑制了的(漏振输出相对值低)水晶振子片及其制造方法。
进而，本发明提供一种即便振动腿的截面形状不是对称式的，也
具有与x轴大致平行的主轴的水晶振子片及其制造方法。
进而，本发明提供一种，在从水晶片的表背两面用蚀刻掩模进行蚀刻的工序中，通过在表面的蚀刻掩模和背面的蚀刻掩模的形状上下
功夫，从而，即便振动腿的截面形状为非对称式的，也可以具有与X
轴大致平行的主轴，与现有技术相比可以稳定地进行制造，并使漏振的产生得以被抑制的水晶振子片及其制造方法。
本发明涉及的水晶振子片的制造方法的特征为，具有在水晶片的表面上形成第一蚀刻掩模，并在所述水晶片的背面上形成第二蚀刻掩模；通过用蚀刻溶液进行浸渍，将未被所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模覆盖的部分的水晶溶解，从而形成所迷振动腿的步骤，在所述第二蚀刻掩模中，从与所述第一蚀刻掩模的第一端部对应的位置突出的第一突出部的长度被设定成，使形成在所述第一侧面侧的所述第一残渣固定不变，而跟所述第一蚀刻掩模与所述第二蚀刻掩模的错位无关，所述第一和第二蚀刻掩模，对形成在所迷第二侧面侧的第二残渣进行调整，从而使在与所述振动腿的纵向正交的截面上穿过机械正交(力学的(二直交卞6 )的图心的两个主轴中的一方，被形成为与所述水晶片的表面或背面大致平行。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，在所述第二侧面侧的所述第二蚀刻掩模中，从与所述第 一蚀刻掩模的第二端部对应的位置突出的第二突出部的长度被设定成，当所述第一蚀刻掩模与所述第二蚀刻掩模的错位未发生时，在所述第二侧面侧形成所述第二残渣。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，当所述第一蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模的宽度小、所述水晶片的厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角度为a时，以在所述第一侧面侧，使所述第一蚀刻掩模的第一端部与所述第二蚀刻掩模的第一端部之差
b满足b〉txtana的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻 掩模形成在所述水晶片上。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，当所述第一 蚀刻掩模与所述第二蚀刻掩模的位置对齐精度为p时，以使所述第一 蚀刻掩模的第一端部与所述第二蚀刻掩模的第一端部之差b满足 b=txtana+k，且lOp的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二 蚀刻掩模形成在所述水晶片上。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，当所述第一 蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模的宽度小、所述水晶片的 厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角度为a时，以在所述第二侧面侧， 使所述第一蚀刻掩模的第二端部与所述第二蚀刻掩模的第二端部之差 c满足c<txtana的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述笫二蚀刻 掩模形成在所述水晶片上。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，当所述第一 蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模的宽度小、所述水晶片的 厚度为t、所述第二侧面侧的蚀刻角度为a时，以在所述第二侧面侧， 使所述第 一蚀刻掩模的第二端部与所述第二蚀刻掩模的第二端部之差 c满足c=0.7xtxtana的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二 蚀刻掩模形成在所述水晶片上。
本发明涉及的水晶振子片的特征在于，具有被形成为宽度相互 不同而且大致平行的表面和背面，具有形成在所述表面和所述背面之 间的第一侧面和第二侧面的振动腿，配置在所述第一侧面侧、在一个 斜面固定不变地形成的第一残渣，和配置在所述第二侧面侧的第二残 渣，所述第二残渣被调整成，使在与所述振动腿的纵向正交的截面上 穿过机械正交的图心的两个主轴中的一方，被形成为与所述表面或所 述背面大致平行。
本发明涉及的水晶振子片的特征在于，该水晶振子片从水晶片的 表背两面通过蚀刻进行加工且具有振动腿，上述振动腿具有宽度的大小互不相同的表面和背面，和由一个斜面形成的第一侧面以及由多个 斜面形成的第二侧面，表面的宽度与背面的宽度相比被设定得比较小， 当所述第 一侧面侧的表面的端部与所述第 一侧面侧的背面的端部的宽
度方向之差为A、所述第二側面側的表面的端部与所述第二側面侧的 背面的端部的宽度方向之差为B、第一侧面侧的蚀刻角度为a、水晶 片的厚度为t时，满足A=txtana以及B〈A的关系，在与所述振动腿 的纵向正交的截面上穿过机械正交的两个图心的主轴中的一方，被形 成为与所述表面大致平行。
进而，本发明涉及的水晶振子片优选为，第二侧面具有2个以上 的斜面，和该2个以上的斜面构成的棱线，形成凸状的形状。
根据上述构成，由于第一侧面由一个斜面构成，因此，只要水晶 片的厚度t固定不变，则第一侧面的表面和背面的宽度方向之差A就 一直固定不变，而且，第二侧面侧的表面和背面的宽度方向之差B被 调节为，使得振动腿截面的主轴的一方与X轴平行，而且压电效果产 生的弯曲力的作用方向与截面的主轴的一方的方向相同，因此，驱动 振动相对于振子主面不是倾斜而是平行地进行振动，不会产生向Z， 轴方向的漏振。现有的方法中，A、 B在制造中都会出现偏差，而本 发明中只有B会受到制造中偏差的影响，因而可以将蚀刻掩模的表背 位置对合所造成的漏振约减少一半。
进而，本发明涉及的水晶振子片优选为，被用于振动罗盘。
如果把本发明涉及的水晶振子片用于振动罗盘，可以提高振动罗 盘的S/N、使温度特性稳定化。
通过用蚀刻掩模从表背两面对本发明涉及的水晶片蚀刻而进行加 工的水晶振子片的制造方法，其特征是，所述第二蚀刻掩模形成得比 所述第一蚀刻掩模大，在所述第二蚀刻掩模上，具有从与所述第一蚀 刻掩模的一方的端部对应的位置突出的第一突出部，和从与另一方的 端部对应的位置突出的第二突出部，当所述笫一突出部的第一突出量 为b、所述水晶片的厚度为t、第一侧面侧的蚀刻角为a、所述第二突 出部的第二突出量为c时，满足b〉txtana以及c〈txtana的关系。
13按照上述构成，相对于Z，轴以角度a形成第一侧面时，背面蚀刻 掩模比表面蚀刻掩模长txtana，因此，通过蚀刻得到的斜面仅有从表 面蚀刻成的斜面。所以，在第一侧面上稳定地形成形状总是固定不变 的残渣。而且，由于第二側面的残渣对Z，轴以大于a的角度形成，所 以，当为比txtana小的第二突出量c时，与第一侧面的残渣取得平衡、 主轴的一方与X轴平行，而消除了漏振。在产生蚀刻掩模的表背位置 错位的场合，现有的方法中在表背使用相同的图形，会使第一侧面和 第二侧面都会错位，将错位脚对齐而增大了漏振，而本发明的情况下， 受到错位影响的仅仅是第二侧面，因此，可以将漏振约抑制一半。
进而，本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为，当掩模偏置 (才7七少卜)量为k、掩模的位置对合精度为士p时，所述第一突出 量b满足b=txtana+k以及k>p的关系。
按照上述构成，在第一侧面的残渣对Z，轴以角度a形成，制造工 序的表面与背面的蚀刻掩模的位置对合精度为士p的场合，即便p发生
位置错位，背面的蚀刻掩模的掩模偏置量k的值也被设定成比位置对 合精度p的值大的值，因此，在第一侧面上形成从表面进行蚀刻的一 个斜面，在第一侧面上形成总是固定不变的残渣。
进而优选为，把本发明涉及的制造方法制造成的水晶振子片用于 振动罗盘。
根据上述构成，可以提高振动罗盘的S/N、使温度特性稳定化。 根据本发明，受到表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的位置错位 影响的振动腿的侧面，在现有技术中为两侧，与此相对，本发明仅是 单侧受到影响，因此，约可以把漏振抑制到现有技术中的一半。


图1 (a) ~图1 (e)是表示本发明的实施方式中的水晶振子片的 制造工序的工序图。
图2是用来说明用于具有与X轴大致平行的主轴的振动腿截面的图。图3是表示水晶振子片的制造工序中的蚀刻掩模的大小的图。 图4是表示本发明涉及的水晶振子片的振动腿的截面形状的图。 图5是描绘通过本发明涉及的制造方法实际制造成的振子片的振
动腿的截面形状的图。
图6是表示水晶振子片的漏振输出相对值与蚀刻掩模的位置错位
的关系的图。
图7是表示水晶振子片的漏振输出相对值与频率的关系的图。 图8是表示水晶片的图。
图9 (a)表示水晶振子片的正面图、图9 (b)是表示图9 (a) 的AA，截面图的一例的图、图9 (c)是表示图9 (a)的AA，截面图的 另一例的图。
图10 (a) ~图10 (e)是表示现有技术中的水晶振子片的制造工 序的截面工序图。
图11是现有技术中的水晶振子片振动腿的截面图。
图12 (a)是表示水晶振子的轴测图、图12 (b)是表示图12 (a) 的AA，截面图的一例中的振动方向的图，图12 (c)是表示图12 (a) 的AA，截面图的另一例中的振动方向的图。
图13 (a)是表示水晶蚀刻残渣的一例的截面图，图13 (b)是表 示水晶蚀刻残渣的另 一 例的截面图。
图14 (a)是表示蚀刻掩模无错位的一例的截面图，图14 (b)是 表示蚀刻掩模错位的另 一例的截面图。
图15 (a)是表示振动腿的截面中的表面与背面的位置错位的图， 图15 (b)是表示图15 (a)中的振动腿的截面的主轴的偏角的图。
图16是表示水晶振子片的制造工序中的表面的蚀刻掩模与背面 的蚀刻掩模的位置错位，与主轴的偏角的关系的图。
具体实施例方式
下面用

本发明涉及的水晶振子片及其制造方法。但是， 本发明的技术范围不限于这些实施方式，请留意本发明请求保护的技术范围中记载的发明及其等同物的涉及点。
首先，使用图l说明书本发明涉及的水晶振子片的制造方法。
图1 (a)示出，在板厚被调整为t的水晶片IOO的两面，通过'减 射、蒸镀、电镀等形成了金属耐腐蚀膜200a、 200b的状态。金属耐腐 蚀膜200a、 200b在底层采用Cr、在表层采用Au等。进而，在该金 属耐腐蚀膜200a、 200b的表面分别形成光刻胶201a、 201b。
接着，如图1 (b)所示，使用表面用光掩模202、背面用光掩模 204这两片光掩模，通过双面校准装置(未图示)对光掩模202、 204 的表背位置进行位置对齐，将光刻胶201a、 201b膝光。接着，使光刻 胶201a、 201b显影，把所得到的图形作为掩模将金属耐腐蚀膜200a、 200b印刻形成振子形状，如图1 (c)所示，形成金属耐腐蚀膜的蚀刻 掩模207a、 207b。光刻胶201a、 201b可以在形成金属耐腐蚀膜的蚀 刻掩模207a、 207b之后立即剥离，也可以在粘着光刻胶的状态下移动 到下个工序，之后进行剥离。
接着，把形成有由金属耐腐蚀膜的蚀刻掩模207a、 207b形成的蚀 刻掩模的水晶片100 (参照图1 (c))，浸渍到包含氟酸的蚀刻液中， 把未被金属耐腐蚀膜207a、 207b覆盖的部分的水晶溶解。图1 (d) 仅示出了水晶振子片的振动腿313的截面形状。
接着，如图1 (e)所示，将金属耐腐蚀膜的蚀刻掩模207a、 207b 剥离，形成水晶振子片。而且，所形成的水晶振子片的整体形状与图 9 (a)相同。虽然在图1 (e)中示出了水晶片的结晶轴(+X、 Y，、 +Z)的方向，但在图1 (a) ~图1 (e)中，结晶轴的方向都是相同 的。
图2是用来说明用于具有与X轴大致平行的主轴的振动腿截面的图。
振动腿截面的主轴的方向由振动腿的截面形状决定。 具体来说，关于以振动腿的截面的图心为原点、横轴与X轴平行 的直角坐标系的截面复合转矩大致为0时，振动腿截面具有与X轴大 致平行的主轴。以下，根据图2所示的振动腿的截面IO说明本发明关注的振动腿的截面的设计方法。
首先，振动腿的截面10分为中央部的长方形的第一部分11、图 中左侧的三角形的第二部分12、图中右侧的三角形的第三部分13，和 图中右下的近似平行四边形的第四部分14。
振动腿截面的图中左侧的部分，在蚀刻工序中按角度a被蚀刻。 因此，当把下侧的蚀刻掩模207b设定成从上侧的蚀刻掩模207a充分 伸出时，在振动腿的左侧作为第 一侧面303侧的残渣形成第二部分12。 第二部分12被顶角a决定，因此，可以不受校准装置的精度误差的约 束，能够一直具有相同截面地进行制造。
振动腿截面的图中右侧的部分，在蚀刻工序中按角度p被蚀刻。 于是，在振动腿的右侧形成第二侧面侧的残渣(第三部分13+第四部 分14)。在振动腿截面的图中右侧的部分，上侧的蚀刻掩模207a与下 侧的蚀刻掩模207b的位置关系，因校准装置的精度误差而改变，所以， 不限于总是出现相同的残渣。
接着，以具有第一部分11~第四部分14的振动腿的截面IO的图 心为原点，通过计算求得横轴与X轴平行的直角坐标系中的截面复合 转矩。
在此，截面10的图心为Op第二部分12的图心为02、第四部 分14的图心为04。而且，第一部分的底边的长度为d、高度为t、第 二部分12的底边的长度为A、第四部分14的底边长度为B。进而， 用于进行计算的坐标轴(横轴x、纵轴y)以图心(^为原点，设定横 轴与X轴平行的直角坐标系，把所述坐标系称作本坐标系。
而且，第二部分12和第四部分14的面积与截面10的面积相比非 常小，因此，可以使自截面10的图心C^的底边的高度如图示那样近 似于t/2。
由于第一部分ll的部分相对于本坐标系的横轴x上下对称，所以， 关于本坐标系的截面复合转矩Mu为0。
第二部分12的关于以图心02为原点、横轴与X轴平行的直角坐 标系的截面复合转矩Mu，为(A2t2/72)。当把其以从O!到02的横向的距离为d/2、纵向的距离为近似于t/6、应用公知的平行轴的定理时， 第二部分12在本坐标系中的截面复合转矩M12为(A2t2/72 ) + (At2d/24 )。在此，由于(A2t2/72 )的绝对值相对于(At2d/24 )非常小， 因此，可以近似为M12= ( At2dZ24)。
由于第三部分13的部分相对于本坐标系的横轴x上下对称，所以， 关于本坐标系的截面复合转矩Mu为0。
第四部分14的关于以图心04为原点、横轴与X轴平行的直角坐 标系的截面复合转矩Mw，为(Bt3tanp/96 )。当把其以从C^到04的横 向的距离为d/2、纵向的距离为近似于t/4、应用7>知的平行轴的定理 时，第四部分14在本坐标系中的截面复合转矩M"为(Bt3tanp/96 )-(Bt2d/16)。在此，由于(Bt3tanp/96)的绝对值相对于(Bt2d/16)非 常小，因此，可以近似为M14=-Bt2d/16。
由于截面10关于整体的本坐标系的截面复合转矩M1()为 Mu+Mu+M^+M",所以，可以使]\11()= (At2d/24) - (Bt2d/16)。即， 只要选择使(At2d/24 ) = ( Bt2d/16 )的A和B，就可以使截面10的截 面复合转矩M^大致为零，成为振动腿截面的主轴与X轴大致平行的 理想的水晶振子片。
如上所述，由上述的条件求得A和B的关系时，B= (16/24 )xA， 可以近似为B=0.7A。即，当设定B-0.7A时，截面10的截面复合转 矩Mm为零，成为振动腿截面的主轴与X轴大致平行的理想的水晶振 子片。
如上所述，通过把下侧的蚀刻掩模207b设定成从上侧的蚀刻掩模 207a充分伸出时，可以不受校准装置的精度误差的约束，而一直使 A=txtana地进行制造。
另一方面，由于校准装置的精度误差，无法配置成使上侧的蚀刻 掩模207a与下侧的蚀刻掩模207b的偏差一直为B。
但是，通过设计成使上侧的蚀刻掩模207a与下侧的蚀刻掩模207b 的偏差为B，就能够以B为中心在校准装置的精度范围内进行振动腿 的制造。即，可以防止现有技术那样的，左右分别独自地形成振动腿
18的残渣，受第一侧面和第二侧面的校准误差的影响而从振动腿截面的
主轴与x轴大致平行的状态大幅偏差的情况。
如上述详细说明的那样，本发明中设计成，使上侧的蚀刻掩模
207a与下侧的蚀刻掩模207b的图中左侧的偏差量为比A足够大的值 (A+追加了校准装置的精度误差的量以上的值)、使上侧的蚀刻掩模 207a与下侧的蚀刻掩模207b的图中右侧的偏差量为B。即，本发明 中，考虑上述点，进行图l(b)中的表面用光掩模202以及背面用光 掩模204的位置对合。通过如此进行设计，可以显著提高振动腿截面 的主轴与X轴大致平行的理想的水晶振子片的制造频度。
而且，可以近似为B=0.7A=0.7txtana,可以使B的值也作为顶角 a的函数使用。
图3是表示将光刻胶201a、201b剥离了的状态的水晶片100的局 部放大图。
上述背面用光掩模204的振动腿的图形，与表面用光掩模202的 振动腿图形相比，宽度被设定得较大。因此如图3所示，背面的蚀刻 掩模207b的宽度形成得比表面的蚀刻掩模207a的大，在蚀刻掩模 207b的水晶的结晶轴400上的作为-X侧的端部的第一侧面侧形成了 第一突出部b、在作为+X侧的端部的第二侧面侧形成了第二突出部c。
如图3所示，穿过表面的蚀刻掩模207a的-X侧的端部并与Z，轴 平行的直线302与水晶片IOO被蚀刻了的面303的角度为a、水晶片 的板厚为t。于是，如上所述，第一突出部b的值，是在A上追加校 准装置的精度误差的量以上之后的值，即设定成比txtana+p大的值。 即，设定成b>txtana+p。而且，第二突出部c的值被设定成上述B的 值。由于可以近似为B=0.7A，所以，0<c<A，或0<c<txtana。
本实施方式中，背面的蚀刻掩模207b的第 一侧面侧的掩模偏置量 为k、第一突出部b被设定成b=txtana+k。在此，角度a的值约为1。， 所以，掩模偏置量k的值为2nm，第一突出部b(jtm)的值为b(nm) =t (nm) x0.017+2jim。通过把掩模偏置量k的值设定为，当所使用 的双面校准器的精度为士p时的比p大的值，即，设定为k>p，从而，即便表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b发生位置错位，第 一侧面也不会受到位置错位的影响，而是在第一侧面上形成从表面蚀 刻而成的一个斜面，在第一侧面上形成一直固定不变的残渣。
另外，背面的蚀刻掩模207b的第二突出部e的值被设定为 c=0.7A=0.7xtxtana。在此，角度a的值约为l。，所以c=tx0.012。
图4是表示水晶振子片的振动腿的截面形状的图。
通过本发明设计的制造方法制造的水晶振子片的振动腿313，如 图4所示，设有宽度大小相互不同的表面222和背面220、由一个斜 面形成的第一侧面210和由两个斜面232、234这两个斜面构成的棱线 230并呈凸状的形状的第二侧面212。而且，表面222的宽度d被设定 为比背面220的宽度e小。在此，在振动腿313上，第一侧面210侧 的表面222的端部222a与第一侧面210侧的背面220的端部220a在 宽度方向的差为A，、第二侧面212侧的表面222的端部222b与第二 侧面212侧的背面220的端部220b在宽度方向的差为B，、第一侧面 210侧的蚀刻角度为a、水晶片的厚度为t。
于是，如用图2进行说明的那样，实际制造出的水晶振子片的振 动腿313的A，，具有与设计值的A (参照图2)几乎相同的值。而且， 实际制造的水晶振子的振动腿313的B，，相对于设计值B(参照图2) 在双面校准器的精度士p的范围内进行变化。而且，实际制造的水晶振 子的振动腿313，如上述那样，必定至少满足A，=txtana、 B，〈A，的关 系。
进而，水晶的蚀刻量，在第二侧面的残渣相对于Z，轴按22。和2。 形成的短时间蚀刻的场合(图13 (a))、和相对于Z，轴仅按2。形成的 长时间蚀刻的场合下(图13(b))，不论第一侧面是否由一个斜面构 成，都可以发挥本发明的效果。
图5是描绘通过本发明涉及的制造方法实际制造成的振子片的振 动腿的截面形状的图。
图5的例子中，d=134nm、 t=160nm、角度a=l°、 A，-2.9fim、 B，=2.1nm。图5所示的水晶振子的主轴的错位为-0.07°，漏振输出(漏扎出力)相对值为0.09。在jt匕，txtana=2.72，因而可以i人为满足了 A， — txtana以及B，<A，。 图6是表示水晶振子片的漏振与来自表面的蚀刻掩模和背面的蚀由l掩i拿间Afr;5"免/右Afi/fA f胜乂A o AA类玄Aft闳图6的数据，是对来自与实际的位置错位a对应的漏振的漏振输 出进行测定的结果。纵轴为漏振输出的相对值，横轴为来自表面的蚀 刻掩模和背面的蚀刻掩模间的设定值的位置错位量(Hm)。而且，白 圏表示通过现有的方法制造出的水晶振子片的漏振输出相对值，黑圏 表示由图1所示制造方法制造出的水晶振子片的漏振输出相对值。如 图6所示，来自本实施方式中的水晶振子片的漏振的漏振输出，约为 现有的情况下的一半。如上所述，本实施方式的水晶振子片，第一侧面由一个斜面构成， 因而，只要水晶片的厚度t固定不变则表面和背面的宽度方向之差A， 就一直固定不变。而且，第二侧面的表面与背面之差B，被调节成，使 振动腿截面的主轴的一方与X轴大致平行。因此，压电效果产生的弯 曲力的作用方向与截面的主轴相同，.因此，驱动振动相对于振子主面 不是倾斜而是平行地进行振动，不会产生向Z，轴方向的漏振。现有的 方法中，A，和B，在制造中都会出现偏差，而本发明中只有B，会受到制 造中偏差的影响，因而可以将表背位置错位所造成的漏振约减少到一 半。图7是表示水晶振子片的漏振输出相对值与频率的关系的图。 图7的数据，是对通过现有的方法制造出的水晶振子片(44例) 以及用图1所示制造方法制造出的水晶振子片(32例)的漏振输出相 对值进行实际测定，而示出规定的漏振输出相对值范围内的频度(％) 的。对于漏振输出相对值的测定方法，以双腿音钗式水晶振动罗盘为 例进行说明。首先，以一方作为驱动腿，在驱动腿上设置用来在X轴方向进行 驱动振动的规定的电极，另外，以另一方作为检测腿，在检测腿上设置用来对z，轴方向的振动进行检测的检测用的规定的电极。接着，使驱动腿的起振条件得以满足、自激起振。当驱动腿向X轴方向运动时，检测腿为了使运动量取得平衡而向-x轴方向运动地进rfn亦dh扭4在此，检测腿为了检测z，宽度方向的振动而设有检测电极，因而，可以将来自该电极的信号增幅而对检测信号进行测定。而且，在使驱动腿自激起振、为了不作用柯利奥里力而成为不施加绕Y，轴的角速度 的状态时所产生的Z，轴方向的检测振动成分为漏振，可以对基于该漏 振的检测电极发出的信号进行增幅，而测定漏振输出。如图7所示，可以理解为，相比之下，通过图l所示制造方法制 造出的水晶振子片，其显示出低漏振输出相对值的频度较高。即，可 以理解为，相比之下，通过图1所示制造方法制造的水晶振子片，能 够以较高的频度制造主轴与X轴更为水平的水晶振子片。现有的制造方法中，由于配置光掩模的双面校准装置的精度问题， 存在着当蚀刻掩模的位置发生错位时，水晶振子片的第一侧面和第二 侧面双方受到影响，水晶振子片的漏振输出相对值变大这样的问题。 对此，本发明中，首先，通过充分设置的第一突出部b，即便蚀刻掩 模的位置发生错位，第一侧面也可以设定成一直为规定的形状。即， 第 一侧面侧的残渣被设定为固定不变。接着，本发明中，第二突出部c被设定为，使得在蚀刻掩模发生 位置错位的情况下，形成与第一侧面取得平衡的第二侧面。即，设定 为，在未发生蚀刻掩模位置错位的情况下，在第二侧面侧形成与第一 侧面侧的残渣完全取得平衡的残渣。当把在不发生蚀刻掩模的位置错位的场合，形成与第一侧面取得 平衡的第二侧面，作为设计上的目标值进行设定时，在实际制造工序 中，即使或多或少地发生蚀刻掩模的位置错位，也可以将漏振输出相 对值抑制为较小。也就是说，在蚀刻掩模发生位置错位的情况下，实际的 ，改变， 第二侧面侧的残渣从最适当的值发生变动。但是，由于第一侧面侧的残渣一直固定不变，因而不会受到第二侧面侧的残渣变动造成的影响， 所以，可以使漏振输出相对值比现有技术中的小。进而，第二侧面侧的残渣的变动，是以最适当的点(理想值B)为中心，与双面校准装 置的精度误差的范围内(士p)相对应，因而是轻微的。因此，本发明 在上述两点下功夫，据此，本发明涉及的制造方法，可以降低漏振输 出相对值，飞跃提高与规格相符合的水晶振子片的制造效率。而且，通过把本发明的水晶振子片用于振动罗盘，可以提高振动 罗盘的S/N，使得温度特性稳定化。在上述说明中，第一侧面的蚀刻角a约为1。，但是，由于蚀刻角 a因水晶片的切削角或蚀刻条件等而不同，所以，优选为与这些条件 相应地决定A和第一突出量b。关于第二突出量c的值，在各种基本条件，例如水晶片切削角、 蚀刻液组成、温度等改变的情况下，多少会有不同。这是由于，有时 a的值、p的值会改变而偏离上述中表示为B-0.7A的近似值。如上述 那样，第二突出量c近似等于0.7xtxtana，而实施方式中说明了的Z 板水晶振子片的使用范围中，当考虑a值、卩值的变化时，第二突出 量c为0.65xtxtana<c<0.75xtxtana的范围。为了确认近似了的第二突 出量的c值是否适当，求得图7所示那样的漏振输出相对值与频度的 关系，确认在漏振输出相对值零值附近是否出现频度的峰值。此时， 在频度的峰值偏离零值附近的场合，使c在上述范围内改变，使用适 当的第二突出量c的值。但是，在将各种条件较大改变的情况下，第 二突出量c的值不拘于上述范围进行适当的改变。在该场合，最好也 通过上述手法求得适当的第二突出量c的值。而且，上述基本条件的 变更多少使c的值改变，但是，制造时的基本条件的偏差不会达到使 c的值发生改变的程度， 一直为固定不变的第二突出量c。本实施方式中，采用了在水晶的表面(水晶结晶轴的+Z面)上设 置第一蚀刻掩模、在背面(水晶结晶轴的-Z轴)上设置第二蚀刻掩模 的例子，但是，在表面设置第二蚀刻掩模、在背面设置第一蚀刻掩模， 也可以发挥本发明的效果。以上，在本实施方式中以两腿音钗式的水晶振子片为例进行了说明，但是本发明也是用于两腿音钗式以外的例如L 3、 4、 5腿音钗式 样的，本发明不限于本实施方式。
权利要求
1.一种水晶振子片的制造方法，所述水晶振子片包括具有第一侧面和第二侧面的振动腿，其特征在于，具有在水晶片的表面上形成第一蚀刻掩模，并在所述水晶片的背面上形成第二蚀刻掩模；通过用蚀刻溶液进行浸渍，将未被所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模覆盖的部分的水晶溶解，从而形成所述振动腿的步骤，在所述第二蚀刻掩模中，从与所述第一蚀刻掩模的第一端部对应的位置突出的第一突出部的长度被设定成，使形成在所述第一侧面侧的所述第一残渣固定不变，而跟所述第一蚀刻掩模与所述第二蚀刻掩模的错位无关，所述第一和第二蚀刻掩模，对形成在所述第二侧面侧的第二残渣进行调整，从而使在与所述振动腿的纵向正交的截面上穿过机械正交的图心的两个主轴中的一方，被形成为与所述水晶片的表面或背面大致平行。
2. 如权利要求1所述的水晶振子片的制造方法，其特征在于，在 所述第二侧面侧的所述第二蚀刻掩模中，从与所述第 一蚀刻掩模的第 二端部对应的位置突出的第二突出部的长度被设定成，当所述第一蚀 刻掩模与所述第二蚀刻掩模的错位未发生时，在所述第二侧面侧形成 所述第二残渣。
3. 如权利要求1或2所述的水晶振子片的制造方法，其特征在于， 当所述第一蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模的宽度小、所 述水晶片的厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角度为a时，以在所述 第一侧面侧，使所述第一蚀刻掩模的第一端部与所述第二蚀刻掩模的 第一端部之差b满足b>txtana的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模形成在所述 水晶片上。
4. 如权利要求3所述的水晶振子片的制造方法，其特征在于，当 所述第一蚀刻掩模与所述第二蚀刻掩模的位置对齐精度为p时，以使 所述第一蚀刻掩模的第一端部与所述第二蚀刻掩模的第一端部之差b 满足b=txtana+k k>p的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模形成在所述 水晶片上。
5. 如权利要求1~4中的任一项所述的水晶振子片的制造方法， 其特征在于，当所述第一蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模 的宽度小、所述水晶片的厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角度为a 时，以在所述第二侧面侧，使所述第一蚀刻掩模的第二端部与所述第 二蚀刻掩模的第二端部之差c满足c〈txtana的关系的方式，把所述第 一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模形成在所述 水晶片上。
6. 如权利要求5所述的水晶振子片的制造方法，其特征在于，当 所述第一蚀刻掩模的宽度形成得比所述第二蚀刻掩模的宽度小、所述 水晶片的厚度为t、所述第二侧面侧的蚀刻角度为a时，以在所述第 二侧面侧，使所述第一蚀刻掩模的第二端部与所述第二蚀刻掩模的第 二端部之差c满足c=0.7xtxtana的关系的方式，把所述第一蚀刻掩模和所述第二蚀刻掩模形成在所述 水晶片上。
7. —种水晶振子片，所述水晶振子片从水晶片的表背两面通过蚀 刻进行加工，其特征在于，具有被形成为宽度相互不同而且大致平行的表面和背面， 具有形成在所述表面和所述背面之间的第一侧面和第二侧面的振动腿，配置在所述第一侧面侧、在一个斜面固定不变地形成的第一残渣， 和配置在所述第二侧面侧的第二残渣，所述第二残渣被调整成，使在与所述振动腿的纵向正交的截面上 穿过机械正交的图心的两个主轴中的一方，被形成为与所述表面或所 述背面大致平行。
全文摘要
本发明的目的是，提供一种漏振的发生被抑制了的水晶振子片及其制造方法。本发明设计的水晶振子片的制造方法的特征是，具有在水晶片的表面上形成第一蚀刻掩模，并在水晶片的背面上形成第二蚀刻掩模；通过用蚀刻溶液进行浸渍，将未被第一蚀刻掩模和第二蚀刻掩模覆盖的部分的水晶溶解，从而形成振动腿的步骤，在第二蚀刻掩模中，从与第一蚀刻掩模的第一端部对应的位置突出的第一突出部的长度被设定成，使形成在所述第一侧面侧的所述第一残渣固定不变，而跟第一蚀刻掩模与第二蚀刻掩模的错位无关，第一和第二蚀刻掩模，对形成在第二侧面侧的第二残渣进行调整，从而使在与振动腿的纵向正交的截面上穿过机械正交的图心的两个主轴中的一方，被形成为与水晶片的表面或背面大致平行。
文档编号H03H9/215GK101657965SQ20088000990
公开日2010年2月24日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月26日
发明者加藤晶子, 森谷卓 申请人:西铁城控股株式会社