JP3473556B2 - 圧電共振子の周波数調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオンビームを用い
た圧電共振子の周波数調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオンビームを用いた圧電共振子
の周波数調整方法として、特開昭６３−１５１１０３号
公報のように、多数の圧電共振子を陰極上に配置し、陽
極から放出された＋ガスイオン粒子を陰極に向かって移
動させることにより、圧電共振子の電極の表面を均等に
エッチングし、粗調整を行った後、個々の圧電共振子に
対しイオンガンからイオンビームを照射することで、微
調整を行うようにした周波数調整方法が提案されてい
る。この場合には、微調整の段階で、周波数を測定しな
がらイオンビームエッチングを行うので、目標周波数へ
高精度に近づけることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、ほぼ完成品状態となった圧電共振子に対して
イオンビームを照射して周波数調整を行うので、多数の
圧電共振子の周波数調整を行う場合には、個々の素子を
位置決め保持するため多大の時間を必要とし、設備能力
に問題があった。また、粗調整の段階で、複数の圧電共
振子に対して均等にイオンビームを照射するので、個々
の素子の周波数ばらつきをなくすことができない。さら
に、微調整に際し、イオンビームを１回照射した後、周
波数測定を行い、その後再びイオンビームを照射すると
いう作業を繰り返すので、周波数を目標値に近づけるた
めに、イオンビームの照射と周波数測定とを何回も繰り
返さなければならず、周波数の調整に時間がかかるとい
う問題があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、完成品になる前
の圧電基板の段階で、各素子に対して１対１の周波数調
整を行うことができ、比較的短時間で高精度に周波数調
整を行うことができる圧電共振子の周波数調整方法を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、表面に複数の電極を形成
することにより、複数の素子を構成してなる圧電基板で
あって、この圧電基板の表面に形成された複数の電極に
対しイオンビームを同時に照射し、各電極をエッチング
することで、各素子の周波数を調整する圧電共振子の周
波数調整方法において、イオンビームの照射時間と素子
の周波数変化量との相関関係を求める工程と、上記圧電
基板内の各素子の周波数を測定する工程と、上記測定し
た周波数と目標値との差から各素子についての周波数調
整量を求める工程と、上記周波数調整量と上記相関関係
とを用いて各素子のイオンビームの照射時間を求める工
程と、各電極位置におけるイオンビームの電流密度分布
を測定する工程と、上記測定した電流密度分布によっ
て、各電極位置におけるイオンビームの照射時間を補正
する工程と、上記補正された照射時間だけ各素子にイオ
ンビームを照射する工程であって、イオンビームをシャ
ッタで開閉することにより、各素子個別に照射時間を制
御する工程と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の
周波数調整方法を提供する。

【０００６】本発明は、個別に分離された状態の圧電素
子に対してイオンビームを照射するのではなく、複数の
素子を持つ親基板状態の圧電基板に対してイオンビーム
を照射し、複数の素子を同時に周波数調整するものであ
る。まず最初に、イオンビームの照射時間と周波数変化
量との相関関係を求める。この作業は、実際に圧電共振
子に対して周波数調整を行う前に、イオンビームを電極
に照射して、その照射時間と周波数変化量との相関関係
を求め、データとして保存しておく。このデータは、イ
オンガンの特性と、電極のイオンビームに対するエッチ
ング特性などによって変化する。次に、圧電基板に島状
に形成された電極に個別に周波数信号を流し、表裏の対
向電極とその間の圧電基板部分とで構成される各素子の
共振周波数または反共振周波数を測定する。そして、測
定した周波数と目標値との差から各素子についての周波
数調整量を求める。圧電基板にマトリックス状に電極が
形成されている場合には、各素子の位置と周波数調整量
とを対応させて記憶しておくのがよい。次に、求めた周
波数調整量から上記照射時間と周波数変化量との相関関
係を用いて各素子のイオンビームの照射時間を求める。
次に、各電極位置におけるイオンビームの電流密度分布
を測定する。イオンビームの照射範囲内において、イオ
ンビームの強度には分布があるので、その分布を求める
のである。次に、測定した電流密度分布によって、各電
極位置におけるイオンビームの照射時間を補正する。つ
まり、最初に相関関係を求めた時のイオンビームの電流
密度と、実際のイオンビームの電流密度との差異に応じ
て、各電極位置における照射時間を補正するのである。
そして、補正された照射時間だけ各素子にイオンビーム
を照射する。つまり、イオンビームをシャッタで開閉す
ることにより、各素子個別に照射時間を制御する。これ
によって、圧電基板上に形成された複数の素子につい
て、１対１に周波数調整を行うことができ、圧電基板内
での周波数ばらつきを少なくできる。また、予め求めら
れた相関関係を用いて各素子のイオンビームの照射時間
を求め、この照射時間だけイオンビームを照射するの
で、１回のイオンビームの照射で目標値に近づけること
ができる。つまり、従来のようにイオンビームの照射と
周波数測定とを繰り返す必要がなく、短時間でかつ高精
度に周波数を目標値へ調整できる。

【０００７】イオンガンが複数の電極位置に対してイオ
ンビームを照射する場合、その照射位置によって電流密
度が異なる。このような位置バラツキによる周波数ばら
つきを解消するため、本発明では、事前にイオンビーム
の電流密度分布を測定しておき、電流密度によって相関
関係から求められるイオンビームの照射時間に対して補
正を行っている。これにより、広範囲内におけるイオン
ビームによるエッチング量の安定化が得られ、周波数の
集中度が向上する。

【０００８】また、イオンビームを連続的に照射してい
ると、イオンガンのグリッド摩耗によって電流密度が経
時的に低下する。このような経時変化によって電流密度
が変化すると、圧電基板における周波数バラツキが大き
くなる。この場合、電流密度の経時変化に伴って照射時
間を補正する方法もあるが、照射時間が長くなり、設備
能力が低下してしまう。そこで、請求項２のように、イ
オンビームの電流密度を測定し、測定された電流密度を
上下限値と比較し、電流密度が上下限値を超えた場合
は、イオンビームの強度を調整するのがよい。つまり、
電流密度が下限値より低くなった場合には、イオンビー
ムの強度、換言すればイオンガンの放電電流値を高くす
ることにより、電流密度の絶対値を上下限値内に補正
し、周波数の集中度を向上させることができる。なお、
電流密度が上限値より高い場合には、上記とは逆に、イ
オンガンの放電電流値を低くすればよい。イオンビーム
の電流密度の測定は、各圧電基板毎あるいはロット単位
で事前または事後に測定してもよいし、一定期間毎に測
定してもよい。

【０００９】本発明では、圧電基板上の各素子に対し
て、個別にイオンビームの照射時間を可変する必要があ
る。そのため、イオンビームを連続的に照射するととも
に、イオンビームを遮蔽、開放するシャッタを各素子に
対応して設け、このシャッタを開閉することで各素子の
照射時間を調整するのがよい。シャッタを用いること
で、イオンビームを連続的に照射しながら各素子の照射
時間を自在に可変できるので、高精度な周波数調整が可
能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明にかかる周波
数調整装置の一例を示す。本装置は、図４に示される圧
電基板１０に島状に多数個形成された電極１１をイオン
ビームによってエッチングして、圧電基板１０を介して
対向する電極１１間で形成される各素子の周波数を調整
するものである。圧電基板１０の各素子は、予め周波数
がやや低めに形成されており、本周波数調整装置によっ
て所望の周波数に調整される。

【００１１】本装置は、大略、真空室１と、真空室１内
に移動可能に配置され、圧電基板１０を所定位置に保持
するパレット２と、パレット２に収容された圧電基板１
０の電極１１部分を除く部分を覆うマスク３と、円盤型
のシャッタ４，５と、スリット板６と、イオンガン７
と、コントローラ１２とで構成されている。この実施例
では、１枚のパレット２に対し、シャッタ４，５は左右
対をなすように合計４台設けられ、スリット板６は前後
に２枚配置され、イオンガン７も前後に２台配置されて
いる。

【００１２】パレット２は、高い位置決め精度を持つ搬
送機構により駆動され、圧電基板１０に形成された電極
ピッチＰずつＸ方向へピッチ送りされる。パレット２
は、図５に示すように、複数枚（この例では１２枚）の
圧電基板１０を個別に収容できる複数の凹部２ａを備え
ており、圧電基板１０の各電極１１が搬送方向と直交方
向に並ぶように位置決めしている。マスク３は、パレッ
ト２に対して所定位置に位置決めされて載置される。

【００１３】パレット２の前端部には、イオンガン７の
電流密度測定用センサ８が取り付けられている。これに
より、新たなパレット２がイオンガン７の下を通過する
度に、イオンガン７の電流密度を測定し、各ポイントに
おける電流密度分布や、イオンビームの強度の経時変化
を測定している。

【００１４】真空室１の上部には、イオンガン７が発生
するイオンビームをパレット２上の圧電基板１０の各電
極１１に対して、選択的に照射できる円盤型のシャッタ
４，５が、２軸同軸機構９によって同軸上で個別に回転
可能に設けられている。下側シャッタ５は上側シャッタ
４より大径な円盤で構成され、図３に示すように、下側
シャッタ５には法線方向に並んだイオンビーム通過穴５
ａが所定角度θ（例えば２２．５度）間隔で形成されて
いる。法線方向に並んだ通過穴５ａのうち、上側シャッ
タ４の直径より内側の領域に形成された３個の通過穴５
ａ（図示せ ず）はすべて開口しており、上側シャッタ
４の直径より外側の領域に形成された通過穴５ａは、各
角度位置において１６通りの異なる組み合わせで開口し
ている。すなわち、４個開口した位置が１箇所、３個開
口した位置が４箇所、２個開口した位置が６箇所、１個
開口した位置が４箇所、全く開口しない位置が１箇所設
けられている。

【００１５】また、上側シャッタ４には、下側シャッタ
５の内側の通過穴５ａと上下に対応するように、法線方
向に並んだイオンビーム通過穴４ａが所定角度θ（例え
ば２２．５度）間隔で形成されている。上側シャッタ４
の通過穴４ａは、各角度位置において７通りの異なる組
み合わせで開口している。すなわち、３個開口した位置
が１箇所、２個開口した位置が３箇所、１個開口した位
置が３箇所であり、その他の位置は開口していない。上
下のシャッタ４，５は個別のモータ（図示せず）によっ
て、通過穴４ａ，５ａの開き角度θずつ間欠的に回転駆
動される。

【００１６】上側シャッタ４の上部には、スリット板６
が水平に配置されている。スリット板６には、パレット
２の搬送方向と直交方向のスリット穴６ａが形成されて
いる。このスリット穴６ａの幅は、圧電基板１０の電極
１１の一列分にイオンビームを照射できる幅に設定さ
れ、スリット穴６ａの長さは並列に配列された２枚の圧
電基板１０の電極１１の幅よりやや広く設定されてい
る。図３は、下側シャッタ５の７個の通過穴５ａと上側
シャッタ４の３個の通過穴４ａとが、スリット穴６ａに
対応した位置を示している。

【００１７】イオンガン７は、図１，図３に斜線で示す
範囲にイオンビーム７ａを連続的に照射しており、上記
シャッタ４，５およびスリット板６によって、圧電基板
１０の所望の電極１１以外の部分を遮蔽することによ
り、所望の電極１１に対して選択的にイオンビーム７ａ
が照射される。

【００１８】コントローラ１２には、パレット２に取り
付けられたセンサ８の検出信号が入力され、パレット２
の搬送制御、シャッタ４，５の開閉制御、イオンガン７
の放電電流制御などを行う。コントローラ１２には、後
述するように、イオンビームの照射時間と圧電基板１０
の各素子の周波数変化量との相関関係（検量線）や、検
量線の作成時に得られる各ポイントの電流密度などのデ
ータが予め入力され、記憶されている。

【００１９】次に、本発明に係る周波数調整方法につい
て、図６を参照して説明する。まず、圧電基板１０の各
素子の周波数を測定する（ステップＳ１）。すなわち、
圧電基板１０に対向して形成された電極１１に対して測
定端子を接触させ、表裏対向する電極１１間で形成され
る素子の共振周波数または反共振周波数を測定する。次
に、測定した周波数と目標値との差から各素子について
の周波数調整量を 求める（ステップＳ２）。次に、求
めた周波数調整量から、予め設定された検量線を用い
て、イオンビームの照射時間を算出する（ステップＳ
３）。この検量線は、イオンガン７によって圧電基板１
０に対してイオンビーム７ａを照射し、その照射時間と
周波数変化量との相関関係を予め実験的に求めたもので
あり、図７に示すように、イオンビーム照射時間と周波
数変化量とがほぼ比例する関係にある。全ての素子につ
いてイオンビームの照射時間を算出した後、各素子のイ
オンビームの照射時間（データ）がコントローラ１２に
転送される（ステップＳ４）。なお、検量線の作成時に
各ポイントの電流密度を測定しておき、このデータも同
時にコントローラ１２に転送される。以上のステップＳ
１〜Ｓ４の動作は、大気中で行われる。

【００２０】次に、圧電基板１０を収容したパレット２
を真空室１へ搬入し（ステップＳ５）、パレット２の前
端に取り付けられたセンサ８によって、圧電基板１０内
の素子の配列パターンに対応して、各ポイントのイオン
ビーム７ａの電流密度を測定する（ステップＳ６）。イ
オンビーム７ａの電流密度は、図８に示すように、略台
形状の密度分布を示す。その中で、密度分布がほぼ一定
域である有効エリア内に圧電基板１０の電極１１が位置
するように、スリット板６のスリット穴６ａによって不
定域が遮蔽される。但し、有効エリア内であっても、密
度分布には多少のバラツキがあるので、センサ８によっ
てこのバラツキを検出している。次に、センサ８によっ
て測定した電流密度と、検量線を作成した時の電流密度
との差異に応じて、各ポイントのイオンビーム照射時間
を補正する（ステップＳ７）。例えば、センサ８によっ
て測定した電流密度が、検量線を作成した時の電流密度
より高い場合には、イオンビーム照射時間を短めに補正
すればよい。次に、上記のように補正された圧電基板１
０の各ポイントのイオンビーム照射時間に対し、上下の
シャッタ４，５の開閉を行うことで、各電極１１に対し
て個別にイオンビーム照射時間を制御し、周波数調整を
行う（ステップＳ８）。このように周波数調整すると、
圧電基板１０上に形成された複数の素子について、１対
１に周波数調整を行うことができ、圧電基板１０内での
周波数集中度を向上させることができる。一列分のイオ
ンビーム照射が完了すれば、パレット２を電極ピッチＰ
だけピッチ送りする（ステップＳ９）。以後、ステップ
Ｓ７〜Ｓ９を終了条件（ステップＳ１０）を満足するま
で繰り返す。すなわち、パレット２に収容された全ての
圧電基板１０に対し、イオンビーム照射が完了するまで
繰り返す。パレット２の全ての圧電基板１０に対してイ
オンビーム照射が完了すれば、パレット２を真空室１か
ら搬出し（ステップＳ１１）、作業を終了する。

【００２１】上記説明では、イオンガン７は常に一定強
度のイオンビームを発生することを前提としている。し
かしながら、イオンビームを連続的に照射していると、
図８に破線で示すように、イオンガン７のグリッド摩耗
によって電流密度が経時的に低下する。このような経時
変化によって電流密度が変化した場合、シャッタ４，５
の開閉時間によってイオンビーム照射時間を制御し、周
波数調整量のバラツキを低くすることは可能であるが、
照射時間が長くなり、設備能力が低下する。また、電流
密度が僅かに変化しただけで、その度にイオンビーム照
射時間を変化させていたのでは、頻繁に照射時間を変化
させなければならない。そこで、パレット２の前端部に
取り付けられたセンサ８でイオンビームの電流密度を測
定し、測定された電流密度を上下限値（図８参照）と比
較し、電流密度が上下限値を超えた場合は、イオンビー
ムの強度を調整する。具体的には、電流密度が下限値よ
り低くなった場合には、イオンガンの放電電流値を高く
することにより、電流密度の絶対値を上下限値内に補正
し、電流密度が上限値より高くなった場合には、イオン
ガンの放電電流値を低くする。このように、電流密度の
絶対値を補正し、周波数調整量の安定化と設備能力の向
上とを図ることができる。なお、グリッド摩耗は徐々に
現れるものであるから、上記補正作業は、例えば新たな
パレット２が真空室１内に搬入する度に行ってもよい
し、複数枚のパレット２毎に行ってもよい。さらに、一
定時間毎に電流密度を測定するため、別の測定器を真空
室内に配置してもよい。

【００２２】図９は、イオンビーム照射前と、本発明の
周波数調整方法を用いてイオンビーム照射した後の周波
数分布を示したものである。図から明らかなように、照
射前に比べて照射後の周波数集中度が向上していること
がわかる。

【００２３】上記実施例では、シャッタとして回転式の
円盤シャッタ４，５を用いたが、これに限るものではな
く、各電極位置におけるイオンビームを遮蔽，開放でき
る機能を有するものであれば、如何なるシャッタを用い
てもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の方法によれば、複数の素子を有する圧電基板内
の各素子の周波数を測定し、測定した周波数と目標値と
の差から各素子についての周波数調整量を求め、予め求
めたイオンビームの照射時間と周波数変化量との相関関
係から各素子のイオンビームの照射時間を求め、求めた
照射時間だけ各素子にイオンビームを照射するようにし
たので、完成品になる前の圧電基板の状態で、各素子に
ついて１対１の周波数調整を行うことができる。そのた
め、設備能力の向上を図ることができるとともに、圧電
基板内での周波数ばらつきを少なくできる。また、予め
求められた相関関係を用いて各素子のイオンビームの照
射時間を求め、この照射時間だけイオンビームを照射す
るので、従来のようにイオンビームの照射と周波数測定
とを繰り返す必要がなく、短時間でかつ高精度に周波数
を目標値へ近づけることができる。さらに、イオンガン
が複数の電極位置に対してイオンビームを同時に照射す
る場合、その照射位置によって電流密度が異なる。この
ような位置バラツキによる周波数ばらつきを解消するた
め、本発明では、事前にイオンビームの電流密度分布を
測定しておき、電流密度によって相関関係から求められ
るイオンビームの照射時間に対して補正を行うため、広
範囲内におけるイオンビームによるエッチング量の安定
化が得られ、周波数の集中度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる周波数調整装置の一例の概略平
面図である。

【図２】図１に示す周波数調整装置の一部の断面図であ
る。

【図３】図１に示す周波数調整装置の一部の平面図であ
る。

【図４】図１に示す周波数調整装置で周波数調整される
圧電基板の斜視図である。

【図５】図１に示す周波数調整装置で使用されるパレッ
トおよびマスクの斜視図である。

【図６】本発明にかかる周波数調整方法を示すフローチ
ャート図である。

【図７】本発明にかかる周波数調整方法で使用される検
量線図である。

【図８】イオンビームの電流密度分布図である。

【図９】イオンビーム照射前後の周波数分布図である。

【符号の説明】

１ 真空室 ２ パレット ４，５ シャッタ ６ スリット板 ７ イオンガン １０ 圧電基板 １１ 電極 １２ コントローラ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 3/04 H01L 21/302 H01L 41/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に複数の電極を形成することにより、
   複数の素子を構成してなる圧電基板であって、この圧電
   基板の表面に形成された複数の電極に対しイオンビーム
   を同時に照射し、各電極をエッチングすることで、各素
   子の周波数を調整する圧電共振子の周波数調整方法にお
   いて、 イオンビームの照射時間と素子の周波数変化量との相関
   関係を求める工程と、 上記圧電基板内の各素子の周波数を測定する工程と、上記 測定した周波数と目標値との差から各素子について
   の周波数調整量を求める工程と、上記 周波数調整量と上記相関関係とを用いて各素子のイ
   オンビームの照射時間を求める工程と、各電極位置におけるイオンビームの電流密度分布を測定
   する工程と、 上記測定した電流密度分布によって、各電極位置におけ
   るイオンビームの照射時間を補正する工程と、 上記補正された 照射時間だけ各素子にイオンビームを照
   射する工程であって、イオンビームをシャッタで開閉す
   ることにより、各素子個別に照射時間を制御する工程
   と、を備えたことを特徴とする圧電共振子の周波数調整
   方法。
2. 【請求項２】上記イオンビームの電流密度を測定する工
   程と、 測定された電流密度を上下限値と比較する工程と、 電流密度が上下限値を超えた場合は、イオンビームの強
   度を調整する工程と、を備えたことを特徴とする請求項
   １に記載の圧電共振子の周波数調整方法。