JPH08146029A - 振動子の共振周波数調整方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子１の共振周波数の調整設備をコンパク
トにし、調整工程を簡略化し、効率の良い振動子１の共
振周波数調整方法およびその装置を提供することであ
る。 【構成】 設置台21上には振動子１を設置するステージ
20を設ける。ステージ20を密閉状に覆う測定・加工容器
17によって形成される作業室18は、共振周波数の測定時
に真空排気を行う真空ポンプ12と排気バルブ22を介して
接続し、レーザアシストエッチング加工時に反応ガスを
供給する反応ガス供給手段13とガス供給バルブ23を介し
て接続する。測定・加工容器17の近傍にレーザビーム照
射手段11を配置し、レーザビームの光路上にレーザビー
ムを振動子１の照射部位に導くミラー25を設ける。測定
・加工容器17の頂壁にレーザビームを透過する透過ガラ
ス19を介してレーザアシストエッチング加工情況をモニ
タするモニタ手段15を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動ジャイロや共振子
等に用いられる振動子の共振周波数調整方法およびその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２には、半導体マイクロマシニング技
術を用いて作製されて振動ジャイロ等に使用される振動
子１の一例が示されている。振動子１は、シリコン等の
基板３に、重り２および梁９を有する振動部８と、振動
部８を励振駆動させる櫛歯形状の可動電極６および櫛歯
形状の固定電極７とが形成されている。また、振動部８
の表裏両面上には電極（図示せず）が設けられ、それぞ
れの電極と平行配置する検出電極（図示せず）が設置さ
れている。また、振動子１の表面上には、可動電極６お
よび固定電極７に電圧を印加する導体パターン５が形成
されている。

【０００３】固定電極７は、重り２と一体形成されてい
る可動電極６と噛み合うように配置され、固定電極７に
導体パターン５を介して交流電圧が印加されると、固定
電極７と可動電極６間に静電力が生じ、この静電力によ
って振動部８がＹ軸方向に励振振動する。

【０００４】上記のように振動部８を励振振動させ、振
動子１がＸ軸を中心として回転すると、振動部８の励振
振動方向と回転軸方向とに共に直交する方向（図では紙
面に垂直なＺ軸方向）にコリオリ力が発生する。このコ
リオリ力によって、振動部８がコリオリ力発生方向に検
出振動し、検出振動の振幅の大きさが、振動部８の表面
や裏面に設けられる電極とその電極に対峠している検出
電極間の静電容量変化として検出され、この検出値に基
づいて、Ｘ軸回りの回転角速度等の大きさを検出する。

【０００５】ところで、振動部８の検出振動は、検出振
動と励振振動とがほぼ近い値に予め設定した共振周波数
で振動したときに、最大振幅で振動する。しかし、設定
の共振周波数で検出振動および励振振動するように全て
の振動子１を形成するのは不可能である。そこで、作製
した振動子１の固定電極７に印加する交流電圧の周波数
を徐々に変化させ、振動部８の励振振動の周波数を変え
て行き、振動部８の励振振動の振幅が最大となる振動部
８の周波数を共振周波数として測定する。その振動部８
の励振の共振周波数が設定の共振周波数からずれている
ときには、振動部８の共振周波数を設定の共振周波数に
合わせる修正調整を行う。検出振動の共振周波数が設定
の共振周波数からずれているときも同様に修正を行い、
励振の共振周波数と検出の共振周波数を共に設定の共振
周波数に合わせる。

【０００６】この種の従来における振動部８の共振周波
数の調整手段として、梁９に圧電素子を貼り付けて電圧
印加により伸縮させたり、静電引力を発生させて、梁９
に応力を加えて振動部８の共振周波数を調整する手段が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電素子や静
電引力による手段では梁９に加えることのできる応力が
小さいために、調整可能な周波数領域が狭く、振動部８
の共振周波数が設定の共振周波数から大きくずれている
ときには調整ができず、実用的ではなかった。そこで、
最近では、周波数調整領域が広く、高精度に振動部８の
共振周波数を調整できるレーザアシストエッチング加工
技術を用いた調整手段が脚光を浴びている。以下に、レ
ーザアシストエッチング加工技術を用いた振動部８の共
振周波数の調整手法を説明する。

【０００８】まず、振動子１を共振周波数の測定用の容
器に設置する。空気抵抗による振動部８のＱ値の低下を
防止するために、測定用の容器内を真空排気し真空状態
とし、振動部８の共振周波数を測定する。

【０００９】次に、振動部８の共振周波数が設定の共振
周波数から例えば低い方にずれているときには、振動子
１を測定用の容器から取り出して加工用の容器に設置す
る。そして、振動部８のレーザアシストエッチング加工
を行うために加工用の容器内を、例えばＨＣｌ，Ｓ
Ｆ₆ ，ＣＦ₄ 等の反応ガスで満たし、振動子１の振動部
位である振動部８の重り２のエッチング除去領域をレー
ザビームで照射する。レーザビームの熱エネルギが、照
射された重り２の表面と、反応ガスとの化学反応を励起
して、レーザビーム照射領域をエッチング除去し、重り
２の質量を小さくして、振動部８の共振周波数を高い方
向に修正する。

【００１０】レーザアシストエッチング加工後には、再
度振動部８の共振周波数の測定を行うために、振動子１
を加工用の容器から取り出して測定用の容器に設置し、
共振周波数の測定を行う。

【００１１】以上のような振動部８の共振周波数の測定
とレーザアシストエッチング加工を交互に繰り返し行
い、振動部８の共振周波数を設定の共振周波数に合わせ
る修正調整を行う。

【００１２】上記レーザアシストエッチング加工は、通
常の、例えば真空状態での振動子１のレーザビーム加工
と比べて、レーザビームのパワーを小さくしても重り２
の表面を除去でき、レーザビームのスポットをより集束
して重り２の微小な領域を照射するので、加工面精度が
良く、また、除去物質の再付着が生じないことから、正
確に重り２の質量を小さくでき、精度良く振動部８の共
振周波数を調整することが可能である。

【００１３】しかしながら、振動部８の共振周波数の測
定用と加工用の専用容器をそれぞれ別々に設けなければ
ならず、振動部８の共振周波数の調整設備が大掛かりな
ものとなってしまうという問題がある。

【００１４】また、振動子１を測定用の容器と加工用の
容器に交互に設置して、振動部８の共振周波数を修正調
整するので、振動部８の共振周波数の調整工程が繁雑
で、非常に時間と手間がかかるという問題がある。

【００１５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、振動子１の共振周波数の調
整設備を簡易化し、かつ、コンパクトにし、また、振動
子１の共振周波数の調整工程を簡略化して効率良く振動
子１の共振周波数が調整できる振動子１の共振周波数調
整方法およびその装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明の振動子の共振周波数調整方法は、振動子の共振周
波数の測定とレーザアシストエッチング加工を行う共通
の測定・加工容器中に振動子を入れ、然る後に、測定・
加工容器内を真空にしてから振動部を振動させて共振周
波数を測定し、測定した共振周波数が設定の共振周波数
からずれているときには、測定・加工容器内を反応ガス
で満たし、この反応ガス雰囲気中で振動素子にレーザビ
ームを照射してレーザアシストエッチング加工を施すと
いう如く、測定・加工容器内を真空にしての共振周波数
の測定と測定・加工容器内を反応ガスで満たしてのレー
ザビーム照射によるレーザアシストエッチング加工を必
要回数交互に繰り返して振動子の共振周波数を設定の共
振周波数に調整することを特徴として構成されている。

【００１７】また、本発明の振動子の共振周波数調整装
置は、振動子の共振周波数の測定とレーザアシストエッ
チング加工を行う共通の測定・加工容器と、この測定・
加工容器内を真空排気する真空排気手段と、測定・加工
容器内に反応ガスを満たす反応ガス供給手段と、測定・
加工容器内に入れられて真空雰囲気中に在る振動子を振
動させ共振周波数を測定する共振周波数測定手段と、反
応ガス雰囲気中に在る測定・加工容器内の振動子の振動
部位にレーザビームを照射してレーザアシストエッチン
グ加工を行うレーザビーム照射手段と、測定・加工容器
内の振動子の前記加工情況をモニタするモニタ手段とを
備えたことを特徴として構成されている。

【００１８】

【作用】上記構成の本発明において、測定・加工容器内
に振動子が設置されると、真空排気手段が駆動して、測
定・加工容器内を真空状態とし、真空状態で共振周波数
測定手段が振動部の共振周波数を測定する。振動部の共
振周波数が設定の共振周波数から例えば低い方にずれて
いるときには、反応ガス供給手段が測定・加工容器内を
反応ガスで満たす。そして、レーザビーム照射手段がレ
ーザビームを出力し、このレーザビームにより振動部を
レーザアシストエッチング加工し、振動部の質量を小さ
くして、振動子の共振周波数が高い方向に調整される。
このとき、モニタ手段は振動子のレーザアシストエッチ
ング加工情況をモニタしている。以上のような振動子の
共振周波数の測定とレーザアシストエッチング加工を交
互に繰り返し行い、振動子の共振周波数が修正調整され
て設定の共振周波数と一致する。

【００１９】

【実施例】本発明による実施例を図面に基づいて以下に
説明する。図１には、図２に示されるような振動子１の
共振周波数の測定とレーザアシストエッチング加工を行
う共振周波数調整装置が示されている。

【００２０】同図において、設置台21上には振動子１を
着脱自在に設置するステージ20が設けられ、ステージ20
には、ステージ20を直交平面の２方向あるいは直交三次
元の立体３方向に変位させる移動手段（図示せず）が接
続され、また、振動子１の設置回路（図示せず）が形成
されている。この設置回路と接続している共振周波数測
定手段14には、振動部８を励振振動方向または検出振動
方向に振動駆動させる駆動回路（図示せず）や、前記振
動方向の振幅の大きさを検出する検出回路（図示せず）
等が形成されている。また、ステージ20を密閉状に覆う
測定・加工容器17が設けられ、測定・加工容器17によっ
て作業室18が形成される。作業室18は、排気バルブ22を
介して作業室18内を真空排気する真空排気手段としての
真空ポンプ12と接続され、また、ガス供給バルブ23を介
して、例えば、ＨＣｌやＳＦ₆ やＣＦ₄ 等の反応ガスを
作業室18内に供給する反応ガス供給手段13と接続されて
いる。

【００２１】また、測定・加工容器17の上部近傍には、
例えばＹＡＧレーザ等のレーザビームを出力するレーザ
ビーム照射手段11が配置され、測定・加工容器17の頂壁
にはレーザビームを透過する透過ガラス19が設けられて
いる。レーザビーム照射手段11から出力されるレーザビ
ームの光路上には、レーザビームを反射し透過ガラス19
を通して振動子１の照射部位に照射するミラー25が設け
られ、このミラー25には、ミラー25の回転方向と回転量
を制御する駆動手段（図示せず）が接続されている。ま
た、透過ガラス19の上部近傍には、透過ガラス19を通し
て振動子１の調整加工情況をモニタする、例えばＣＣＤ
カメラ等のモニタ手段15が配置され、モニタ手段15に
は、モニタ手段15からの信号を、例えば映像として映し
出すディスプレイ装置（図示せず）等が接続されてい
る。

【００２２】上記構成の装置において、共振周波数調整
対象の振動子１をステージ20上に設置する。

【００２３】次に、真空ポンプ12を駆動して排気バルブ
22を開けて作業室18を真空排気し、作業室18が適当な真
空状態となったら、排気バルブ22を閉じ、真空ポンプを
停止し、共振周波数測定手段14を駆動して、励振振動方
向と検出振動方向との２方向の振動部８の共振周波数を
測定する。前記振動部８の共振周波数が例えば設定の共
振周波数から低い方にずれているときには、ガス供給バ
ルブ23を開けて、反応ガス供給手段13から作業室18に反
応ガスを供給し、作業室18が適当な反応ガス雰囲気中と
なったら、ガス供給バルブを閉じ、レーザビーム照射手
段11からレーザビームを出力する。このレーザビーム
は、ミラー25で振動部８への照射進行光路が決定され
て、振動子１の振動部位としての重り２のエッチング除
去領域を照射して、モニタ手段15でモニタしながら、レ
ーザアシストエッチング加工を行い、重り２の質量を小
さくして振動部８の共振周波数を高い方向に修正する。

【００２４】そして、レーザビーム照射手段11の出力を
停止して振動部８のレーザアシストエッチング加工を終
了すると、再び前記のように真空ポンプ12によって反応
ガスを排気し、作業室18を真空状態にして振動部８の共
振周波数を測定する。測定により、まだなお、振動部８
の共振周波数が設定の共振周波数から低い方にずれてい
るときには、上記のように振動部８のレーザアシストエ
ッチング加工を行う。以上のようにして、振動部８の励
振振動方向と検出振動方向との共振周波数が共に設定の
共振周波数と一致するまで、振動部８の共振周波数の測
定と、レーザアシストエッチング加工を交互に繰り返し
行う。

【００２５】なお、振動部８の励振振動方向と検出振動
方向の共振周波数が共に設定の共振周波数から低くなる
ように振動部８を予め作製しておけば、全ての振動部８
の共振周波数を設定の共振周波数と合うように修正調整
できる。また、振動部８の励振振動方向又は検出振動方
向の共振周波数が設定の共振周波数より高い方にずれて
いるときには、上記同様にして、梁９をレーザアシスト
エッチング加工し、梁９の断面形状を可変して振動部８
の共振周波数を低い方向に修正し、振動部８の共振周波
数を設定の共振周波数と合うように修正調整できる。

【００２６】本実施例によれば、１つの測定・加工容器
17で振動子１の共振周波数の測定とレーザアシストエッ
チング加工を行うので、振動子１の共振周波数の調整設
備を簡易化し、かつ、コンパクトにすることができる。
また、上記の如く、振動子１は、１度作業室18に設置さ
れると、振動子１の共振周波数が調整し終わるまで取り
出されることなく、同一の測定・加工容器17内で測定と
加工が繰り返されて振動子１の共振周波数の修正調整が
行われるので、従来のように、振動子１を測定用と加工
用の容器に出し入れすることがなくなり、その分、時間
と手間を省くことができ、振動子１の共振周波数の調整
工程を簡略化することができる。また、この工程の簡略
化により、振動子１を効率良く大量に製造することが可
能となり、安価な振動子１を供給することができる。

【００２７】なお、本発明は本実施例に限定されること
はなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、本実施
例では、図２に示すような１個の振動子１を作業室18に
設置し、振動子１の共振周波数の測定とレーザアシスト
エッチング加工を行ったが、１度に複数の振動子１を設
置して、あるいは、振動子１が複数形成されたダイシン
グ前のウェハを設置して、効率良く振動子１の共振周波
数の測定とレーザアシストエッチング加工を行うように
してもよい。

【００２８】また、本実施例では、振動ジャイロに用い
られる振動子１を例にして説明したが、本発明は共振子
等に用いられる振動子の共振周波数の測定と調整にも適
用されるものである。

【００２９】また、振動子１の形状は、図２に示される
ような形状に限定されず、他の形状であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、振動子の共振周波数の
測定とレーザアシストエッチング加工を行う共通の測定
・加工容器を設けるので、振動子の共振周波数の調整設
備を簡易化し、かつ、コンパクトにすることができる。
また、上記測定・加工容器には、真空排気手段と反応ガ
ス供給手段とが設けられており、振動子の共振周波数を
測定する際には、真空排気手段により容器内を真空排気
し、振動子をレーザアシストエッチング加工する際に
は、測定時と同一容器内に反応ガス供給手段から反応ガ
スを供給するので、振動子は１個の容器内で共振周波数
の測定と調整を行うことができる。このことから、従来
のように、測定時と調整時と別々の専用の容器に振動子
を移し換えることがなくなり、その分、時間と手間を省
くことができて、振動子を効率良く製造でき、安価な振
動子を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動子の共振周波数の測定およびレーザアシス
トエッチング加工を行う共振周波数の調整装置の一例を
示す説明図である。

【図２】振動子の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 振動子 ８ 振動部 11 レーザビーム照射手段 12 真空ポンプ 13 反応ガス供給手段 14 共振周波数測定手段 15 モニタ手段 17 測定・加工容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森屋 和文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 厚地 健一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子の共振周波数の測定とレーザアシ
   ストエッチング加工を行う共通の測定・加工容器中に振
   動子を入れ、然る後に、測定・加工容器内を真空にして
   から振動子を振動させて共振周波数を測定し、測定した
   共振周波数が設定の共振周波数からずれているときに
   は、測定・加工容器内を反応ガスで満たし、この反応ガ
   ス雰囲気中で振動子の振動部位にレーザビームを照射し
   てレーザアシストエッチング加工を施すという如く、測
   定・加工容器内を真空にしての共振周波数の測定と測定
   ・加工容器内を反応ガスで満たしてのレーザビーム照射
   によるレーザアシストエッチング加工を必要回数交互に
   繰り返して振動子の共振周波数を設定の共振周波数に調
   整する振動子の共振周波数調整方法。
2. 【請求項２】 振動子の共振周波数の測定とレーザアシ
   ストエッチング加工を行う共通の測定・加工容器と、こ
   の測定・加工容器内を真空排気する真空排気手段と、測
   定・加工容器内に反応ガスを満たす反応ガス供給手段
   と、測定・加工容器内に入れられて真空雰囲気中に在る
   振動子を振動させ共振周波数を測定する共振周波数測定
   手段と、反応ガス雰囲気中に在る測定・加工容器内の振
   動子の振動部位にレーザビームを照射してレーザアシス
   トエッチング加工を行うレーザビーム照射手段と、測定
   ・加工容器内の振動子の前記加工情況をモニタするモニ
   タ手段とを備えた振動子の共振周波数調整装置。