DE2709368A1

DE2709368A1 - Verfahren zur kontrolle der bearbeitung eines piezoelektrischen plaettchens durch ionenbeschuss

Info

Publication number: DE2709368A1
Application number: DE19772709368
Authority: DE
Inventors: Marc Berte; Bernard Desormiere
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-08
Anticipated expiration: 2002-06-05
Also published as: FR2343331A1; FR2343331B1; US4092588A; CA1061474A; DE2709368C2; GB1513540A

Description

Verfahren zur Kontrolle der Bearbeitung eines piezoelektrischen Plättchens durch Ionenbeschuß

Die Erfindung betrifft die Herstellung von elektromechanischen Vorrichtungen mit Resonatoren, in denen das oder die Resonatorelemente aus einem Plättchen aus piezoelektrischem Material erhalten werden, das örtlich durch Erosion bis zu einer Dicke mit vorbestimmten! Wert verdünnt wird.

Die Bearbeitung dieses piezoelektrischen Plättchens

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in einer Zone von bestimmter Konfiguration erfolgt durch Beschießen einer seiner Hauptflächen mittels eines Strahls von geladenen Teilchen. Es ist vorteilhaft, während der Bearbeitung das Dünnerwerden des Plättchens auf der Höhe jeder bearbeiteten Zone zu kontrollieren, um die Einwirkung des Strahls von einfallenden Ionen zu unterbrechen, wenn die gewünschte Dicke erreicht ist. Da der Ionenbeschuß in einer Vakuumkammer erfolgt, kann die Kontrolle der Dicke während der Bearbeitung nicht durch eine direkte Messung der Dicke des Plättchens erfolgen.

Bekanntlich bewirkt der Ionenbeschuß eine mechanische Anregung des Plättchens, wobei er durch den piezoelektrischen Effekt eine elektrische Spannung verursacht, deren Frequenzspektrum eine Spektrallinie enthält, die der natürlichen Augenblicksresonanzfrequenz entspricht. Es ist bekannt, diese Spannung durch zwei Elektroden zu entnehmen, die jeweils auf einer Hauptfläche des bearbeiteten Plättchens angeordnet sind. Durch optisches Anzeigen des Frequenzspektrums dieser Spannung kann man die Spektrallinie identifizieren, die der Resonanzfrequenz entspricht,und auf der Frequenz skala die Bildung dieser Spektrallinie verfolgen, bis sie mit der gewünschten besonderen Frequenz zusammenfällt. Dieses Verfahren zur Kontrolle der Bearbeitung ist relativ ungenau, denn die bewußte Spektrailinie weist ein Profil mit abgerundetem Gipfel auf, das Amplituden- und FormSchwankungen unterliegt.

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Zur Beseitigung dieses Nachteils wird erfindungsgemäß darauf verzichtet, die Bearbeitung an Hand des elektrischen Signals zu kontrollieren, das aus dem Ionenbeschuß resultiert. Die fortgesetzte Kontrolle der Schwingungseigenschaften des piezoelektrischen Kristalls erfolgt mittels eines Wechselstromsignals mit veränderlicher Frequenz, das aus einer Impedanzmeßeinrichtung stammt. Zu diesem Zweck ist das Plättchen mit Meßelektroden versehen, die in der Nähe der Bearbeitungszone angeordnet sind Die Meßeinrichtung gestattet, den Verlauf der Änderung der Impedanz des aus dem Plättchen und den Elektroden bestehenden Systems optischsichtbar zu machen. Der Verlauf weist eine plötzliche Änderung auf, die der Augenblicksdikke des Plättchens unter der bearbeiteten Zone entspricht. Die optische Anzeige ist nicht den oben erwähnten Amplitudenschwankungen unterworfen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren ztr Kontrolle des Fortschrittes der Ionenbearbeitung eines Plättchens aus piezoelektrischem Material, das für die Anfertigung einer elektromechanischen Resonanzvorrichtung bestimmt ist, wobei diese Bearbeitung in einer Vakuumkammer durchgeführt und durch eine Meßeinrichtung außerhalb der Kammer elektrisch kontrolliert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Plättchen wenigstens zwei Meßelektroden zugeordnet werden und daß die Elektroden mit den Meßklemmen der Meßeinrichtung verbunden werden, die das komplexe Verhältnis mißt, welches den Strom,

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den sie liefert, mit der an den Meßklemmen verfügbaren Spannung verknüpft, wobei die Meßeinrichtung eine Wechselstromquelle mit einstellbarer Frequenz und Anzeigeeinrichtungen enthält, die in Abhängigkeit von der einstellbaren Frequenz den Verlauf der Änderung eines der Parameter, die das komplexe Verhältnis kennzeichnen, nach Betrag und Phase angeben.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ionenbe

arbeitung, die mit einer Admittanzmeßeinrichtung ausgestattet ist, welche die Dicke eines piezoelektrischen Plättchens kontrolliert, und

Fig. 2 eine Ausführungsvariante der

in Fig. 1 dargestellten Ionenbearbeitungskontrolleinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Ionenbearbeitung, die eine genaue Kontrolle der Dicke gestattet, die einem Plättchen P aus piezoelektrischem Material gegeben wird. Das zu bearbeitende Plättchen P ist in einer Bearbeitungskammer angeordnet und mit zwei Meßelektroden 1 versehen,

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die mit einer Admittanzmeßeinrichtung M mit einstellbarer Frequenz verbunden sind. Diese Bearbeitungskammer enthält einen Plättchenhalter S, eine Quelle für geladene Teilchen, die einen Ionenstrahl F in Richtung des Halters S schickt, eine Abdeckung C, die die Zone Z des zu bearbeitenden Plättchens P begranzt, und ein Wärmeabführsystem, welchem ein Sockel E zugeordnet ist, der mit dem Halter S thermisch verbunden ist. Geeignete Durchlässe 2, die in dem Halter S gebildet sind, gestatten, die Admittanzmeßeinrichtung M mit dem beiden Meßelektroden 1 elektrisch zu verbinden, die sich auf der Hauptfläche des Plättchens P entgegengesetzt zu der Bearbeitungszone Z und dieser letzteren gegenüber befinden. Die Elektroden 1 können durch Aufdampfung im Vakuum oder durch jedes andere Auftragsverfahren hergestellt werden.

Die Meßeinrichtung M führt dem Plättchen P elektrische Wechselstromenergie zu und das komplexe Verhältnis des durch die Einrichtung M gelieferten Stroms zu der an ihren Meßklemmen vorhandenen Spannung dient zum Kontrollieren der Verdünnung der bearbeiteten Zone des Plättchens. Dieses komplexe Verhältnis oder sein Kehrwert (Impedanz) gestattet, durch seinen Betrag und seinen Phasenwinkel eine Kurve in Abhängigkeit von der Frequenz f zu erhalten, wie sie auf dem Schirm der Meßeinrichtung M dargestellt ist. Diese Kurve weist in einem Frequenzbereich Af eine Änderung mit steiler Flanke auf, die auf der Achse der

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Frequenzen f leicht lokalisiert werden kann. Die gewünschte Dicke des Plättchens unterhalb der Zone Z entspricht einer Frequenz fo des dargestellten Diagramms. Das Zusammenfallen dieser Frequenz fo mit einer Frequenz des Bereiches Af bestimmt das Stoppen der Bearbeitung. Die Frequenz fo kann durch eine vorgewählte Einteilung der Frequenzachse oder durch eine Markierung, die durch einen geeichten Frequenzgenerator geliefert wird, der der Meßeinrichtung M zugeordnet ist, positioniert werden. Dieser geeichte Generator kann gegebenenfalls aus einem durch einen Referenzresonator gesteuerten Oszillator bestehen, der sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in der Vakuumkammer in unmittelbarer Nähe der entsprechenden, gerade bearbeiteten Vorrichtung befinden kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung erfordert weder eine Gradeinteilung noch eine Markierung. Sie arbeitet nach einem Wechselanzeigeprinzip. In der Vakuumkammer sind unter Bedingungen, die so ähnlich wie möglich sind, ein Referenzresonator PR und eine in der Bearbeitung befindliche Vorrichtung P angeordnet worden. Diese beiden Vorrichtungen ruhen auf gleichen Trägern S, welche ihrerseits auf einem gemein samen Sockel E befestigt sind. Die Meßelektroden Z, mit denen jede Vorrichtung ausgerüstet ist, haben dieselbe Anordnung. Sie sind mit zwei Meßklemmenpaaren der Einrichtung M verbunden. Die beiden Meß-

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klemmenpaare werden abwechselnd auf den Eingang der Admittanzmeßschaltung umgeschaltet, um zwei überlagerte Admittanz-Frequenz-Kurven optisch anzuzeigen. Die mit ausgezogenen Linien dargestellte Kurve gehört zu dem bearbeiteten Plättchen P und die mit strichpunktierten Linien dargestellte Kurve gehört zu dem Referenzplättchen PR. Entsprechend der Bearbeitung verschiebt sich die zu dem Plättchen P gehörende Kurve zu den oberen Frequenzen hin und das Zusammenfallen der beiden Kurven signalisiert das Ende der Bearbeitung.

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Claims

PatentanwälteDipl -Ing G. Leiser2709368Dipl -Ing E. PrinzDipl. -Oho. ii. Dr. G. HauserMärz 1977Ernsbergorst rasae i9 8 München 603.iN - CSF 173» Bd. Haussmann 75008 Paris / Frankreich Unser Zeichon: T 2161 PATENTANSPRÜCHE ;

1.; Verfahren zur Kontrolle des Fortschrittes der Ionenbearbeitung eines Plättchens aus piezoelektrischem Material, das zum Anfertigen einer elektromechanischen Resonanzvorrichtung bestimmt ist, wobei die Bearbeitung in einer Vakuumkammer erfolgt und durch eine Meßeinrichtung außerhalb der Kammer elektrisch kontrolliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Plättchen wenigstens zwei Meßelektroden zugeordnet werden und daß die Elektroden mit den Meßklemmen der Meßeinrichtung verbunden werden, die das komplexe Verhältnis mißt, das den Strom, den sie liefert, mit der an den Meßklemmen verfügbaren Spannung verknüpft, wobei die Einrichtung eine Wechselstromquelle mit einstellbarer Frequenz und Einrichtungen zur optischen Anzeige enthält, die in Abhängigkeit von der einstellbaren Frequenz den Verlauf der Änderung eines der Parameter, die das komplexe Verhältnis kennzeichnen, nach Betrag und Phase angeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

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net, daß Einrichtungen zur Frequenzmarkierung den Anzeigeeinrichtungen zugeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen den Verlauf sowie einen ähnlichen Verlauf anzeigen, der durch Messung an einer Referenzresonanzvorrichtung erzielt wird, welche ein piezoelektrisches Plättchen mit bestimmter Dicke umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden auf einer Hauptfläche des Plättchens angeordnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche, die durch die Elektroden eingenommen und begrenzt wird, der Zone gegenüberliegt, deren Dicke kontrolliert wird, und kleiner ist als der Flächeninhalt der Zone

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungseinrichtungen einen Markierungsoszillator enthalten, dessen Frequenz durch eine Referenzresonatorvorrichtung kontrolliert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzresonatorvorrichtung in unmittelbarer Nähe des bearbeiteten Plättchens in der Kammer angeordnet ist.

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