JP2010034919A

JP2010034919A - 周波数調整装置のソレノイド被覆構造

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Publication number: JP2010034919A
Application number: JP2008195639A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nakayama; 直樹中山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP5163343B2

Abstract

【課題】シャッタ駆動用ソレノイドを真空槽の中に配置した場合に、ソレノイドへのスパッタ粒子の付着を防止し、長期間にわたって安定した動作信頼性を得ることができる周波数調整装置のソレノイド被覆構造を提供する。
【解決手段】ソレノイド１２の本体部を第１カバー２０で覆い、シャフト１３を挿通穴２０ａに挿通させる。シャッタの開閉二位置において、シャフト１３と挿通穴２０ａとの隙間を塞ぎ、イオンビームでエッチングされて発生したスパッタ粒子が第１カバー１２の内側に侵入するのを防止する２枚の第２カバー２１ａ，２１ｂをシャフト１３に取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明はイオンビームで圧電素子をエッチングして周波数を調整する装置において、圧電素子へのイオンビーム照射時間を調整するためのシャッタ駆動用ソレノイドに、イオンビームでエッチングされて発生したスパッタ粒子が付着するのを防止するためのソレノイド被覆構造に関するものである。

従来、圧電素子をイオンビームでエッチングすることにより、圧電素子の周波数を調整する方法が知られている。その際、圧電素子へのイオンビーム照射時間を調整するためのシャッタが設けられ、シャッタを駆動するためにソレノイドが用いられる。

特許文献１には、真空槽内でイオンビームエッチングによって圧電素子の周波数調整を行う装置であって、表面に複数の電極が形成された圧電基板と、前記圧電基板上の複数の電極を選択的に露出させる為の開口を有するベース板と、前記ベース板の開口から露出する複数の電極に対して同時にイオンビームを照射するイオン源と、前記イオンビームが照射される前記ベース板の開口部周辺をエッチングから保護する保護板と、同じく前記ベース板の開口より露出する電極の数に対応して同数設けられ、各々独立して駆動可能なシャッタ機構と、前記シャッタをかい潜って漏洩するイオンビームを遮蔽するための遮蔽板とを有する周波数調整装置が開示されている。

特許文献１の図１，図２には、シャッタを駆動するためのソレノイドを真空槽の内部に配置した例が開示されている。イオンビームを圧電素子に照射した際、圧電素子だけでなく、遮蔽板やシャッタもエッチングされるため、エッチングされて発生したスパッタ粒子がソレノイドなどに付着する可能性がある。特許文献１では、スパッタ粒子がソレノイドなどに付着するのを防ぐ手段がないため、スパッタ膜がソレノイド内部、シャフト、摺動部分などに付着し、長く使用を続けるとシャッタの動作不良を起こす可能性がある。

スパッタ粒子の付着を防ぐため、ソレノイドの本体部（ボビン、巻線、ヨークなど）をカバーで囲い、カバーとシャフトとの隙間をジャバラやＯリングを用いてシールする方法も考えられる。しかし、これでは構造が複雑になると共に、大きな駆動力が必要となるという欠点がある。特に、イオンビームの照射時間を高精度に調整するには、ソレノイドがシャッタを開閉二位置に高速で動作させる必要があり、ジャバラやＯリングを用いると、その摺動抵抗等により動作スピードが低下してしまう。

また、特許文献１の図１２，図１３にはソレノイドを真空槽の外側に配置した例が開示されている。この場合には、ソレノイドの本体部が真空槽の内部と隔離されているので、本体部にはスパッタ粒子が付着しないが、可動鉄芯と、可動鉄芯を挿通自在に覆うカバー部材との隙間にスパッタ膜が形成され、長く使用を続けるとシャッタの動作不良を起こす可能性がある。また、ソレノイドの本体部が真空槽の外側に設けられ、可動鉄芯が真空槽の内部に挿入されているので、真空槽の内外を隔てるシール部と可動鉄芯との間には必然的に摺動抵抗が発生する。この摺動抵抗のため、ソレノイドを駆動するための大きな駆動力を必要とすると共に、ソレノイドの動作スピードが低下してしまうという問題がある。
特開２００４−５６４５５号公報

本発明の目的は、シャッタ駆動用ソレノイドを真空槽の中に配置した場合に、ソレノイドへのスパッタ粒子の付着を防止し、長期間にわたって安定した動作信頼性を得ることができる周波数調整装置のソレノイド被覆構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、真空槽内に配置された圧電素子に対しエッチング用イオンガンによってイオンビームを照射し、圧電素子へのイオンビーム照射時間をシャッタで調整することにより、圧電素子の周波数を調整する装置において、前記シャッタを開閉二位置に駆動するため前記真空槽内に設置されたソレノイドであって、本体部と当該本体部に対して往復移動するシャフトとを有し、前記シャフトに前記シャッタが連結されたソレノイドと、前記ソレノイドの本体部を覆い、前記シャフトを挿通させる挿通穴を有する第１カバーと、少なくとも前記シャッタの開閉二位置において前記シャフトと第１カバーの挿通穴との隙間を塞ぎ、前記イオンビームでエッチングされて発生したスパッタ粒子が前記第１カバーの内側に侵入するのを防止する、前記シャフトに取り付けられた第２カバーと、を備えたことを特徴とするソレノイド被覆構造を提供する。

ソレノイドはコイルやヨークなどの本体部と、可動鉄心と共に往復移動するシャフトとを備えており、本体部やシャフトの周囲にスパッタ粒子が付着し、スパッタ膜が形成されると、シャッタの動作不良を起こす可能性がある。本発明では、ソレノイドの本体部を覆う第１カバーと、少なくともシャッタの開閉二位置においてシャフトと第１カバーの挿通穴との隙間を塞ぐ第２カバーとを備えている。第２カバーはシャフトに取り付けられ、シャフトと一体に移動する。第１カバーだけではシャフトを通す穴からスパッタ粒子が侵入するが、シャフトに取り付けられた第２カバーが挿通穴に蓋をすることでスパッタ粒子の直線的な侵入経路を遮り、第１カバー内へのスパッタ粒子の侵入を防ぐことができる。シャッタが開閉二位置の間をストロークしている間は、シャフトと第１カバーの挿通穴との隙間からスパッタ粒子が侵入する可能性はあるが、ソレノイドは開閉二位置の間を短時間（例えば数十ｍｓｅｃ程度）で動作し得るので、ストローク途中における挿通穴からのスパッタ粒子の侵入を無視できる。

本発明のソレノイド被覆構造は、２種類のカバーで構成され、小型でシンプルであり、複数のシャッタ同士を密着して配置できる。また、第１カバーはシャフトに対して接触せず、第２カバーはシャフトと一体に動くので、摺動部分がなく、抵抗ロスが少ない。そのため、ソレノイドの駆動力が小さくて済み、かつ高速で作動でき、イオンビームの照射時間を高精度に調整できる。

第２カバーとしては種々の形態のものを使用できるが、シャッタのストローク以上の間隔をあけてシャフトに取り付けられた２枚のカバー板で構成し、シャッタの開閉二位置の一方において一方のカバー板が第１カバーの挿通穴を軸方向内側から塞ぎ、シャッタの開閉二位置の他方において他方のカバー板が第１カバーの挿通穴を軸方向外側から塞ぐように構成することができる。スパッタ粒子はわずかな隙間からでも侵入してくるが、短い区間であればその運動は直線的なものといえる。この特徴を利用し、第１カバーと、第２カバーの２枚のカバー板で直線的な経路を遮り、スパッタ粒子の侵入を防止することができる。２枚のカバー板は小形の部品でよいので、軽量であり、シャフトの高速動作性を損なわない。また、第１カバーと第２カバーとを密着させる必要が無いため、寸法管理が簡単になる。

第１カバーの挿通穴に、シャフトの外周にそってシャッタ方向に突出する第１筒部を一体に形成し、第２カバーに、第１筒部の外周に嵌挿自在で、シャッタの全ストローク範囲内において第１筒部の外周を覆う第２筒部を一体に形成してもよい。この場合は、シャッタの全ストローク範囲内において第１カバーの第１筒部の外周に第２カバーの第２筒部が嵌挿しているため、シャッタの開閉二位置だけでなくストローク途中においても、スパッタ粒子が第１カバーの内側に侵入するのを防止できる。

本発明によれば、シャッタを駆動するソレノイドを第１カバーで覆うと共に、少なくともシャッタの開閉二位置においてシャフトと第１カバーの挿通穴との隙間を塞ぐ第２カバーをシャフトに取り付けたので、イオンビームでエッチングされて発生したスパッタ粒子が第１カバーの内側に侵入するのを防止でき、長期間にわたって安定したシャッタの動作信頼性を得ることができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。

図１，図２は本発明にかかる周波数調整装置の一例を示す。本周波数調整装置１は密閉構造の処理室２を備え、処理室２の側部には開閉扉３を介して真空ポンプ４が連設されている。真空ポンプ４を駆動することにより、処理室２の内部は所定の真空度に保たれている。処理室２の天井部にはエッチング用イオンガン５が設置されている。このイオンガン５は図１に示すように、所定範囲内において単位面積当たりほぼ一定強度のイオンビームＩＢを下方に向かって照射することができる。

処理室２の底部には可動ステージ（搬送手段）６が設けられ、その上にウエハ１０が位置決め保持されている。ウエハ１０は、例えば圧電基板よりなり、その上には図２に示すように、複数の素子を１単位とするエリア１０ａが一定ピッチＰでマトリックス状に密に配置されている。なお、１つのエリア１０ａが複数の素子を含む場合に限らず、１個の素子で構成されてもよい。可動ステージ６はウエハ１０をエリア１０ａのピッチＰ間隔で矢印Ａ方向に間欠的に搬送することができる。本周波数調整装置に送られる前段階のウエハ１０の各エリア１０ａの周波数は、イオンビームの照射による周波数の変化方向と逆方向に予めずらした状態に設定されており、イオンビームの照射によって目標値へ近づく方向へ調整される。イオンビームの照射によってエッチングされるのは、ウエハ１０上に形成された電極や保護膜など、周波数を調整できる物質であれば何でもよい。ウエハ１０の各エリア１０ａの周波数は事前に測定され、目標値に対する周波数ずれ量が個別に求められている。

可動ステージ６の上方には、シャッタベース１１が一定位置にかつ水平に設置されている。シャッタベース１１の中央部には、イオンガン５によるイオンビームの照射範囲とほぼ対応する大きさの開口部１１ａが形成されている。シャッタベース１１の開口部１１ａには、ねらいのエリア以外のイオンビームを遮蔽するパターンマスク１５が位置決め固定されている。パターンマスク１５はできるだけウエハ１０と近接する距離に支持するのがよい。パターンマスク１５には、複数のマスク穴１５ａがウエハ１０のエリア１０ａ毎に独立に形成されている。各マスク穴１５ａの大きさは、パターンマスク１５とウエハ１０との距離及びイオンビームの拡散角度に応じて決定されるが、各エリア１０ａの大きさにほぼ等しく設定される。この例のマスク穴１５ａは、ウエハ１０の一列分の処理を２段階に分けて行うよう、ウエハ搬送方向と直交する方向に２列にかつウエハ搬送方向（Ａ方向）に交互にずらして設けられている。つまり、奇数行と偶数行のマスク穴をＡ方向（搬送方向）にずらして設けてある。搬送方向下流側（左側）のマスク穴が奇数行のエリアと対応し、搬送方向上流側（右側）のマスク穴が偶数行のエリアと対応する。そして、左側のマスク穴１５ａと右側のマスク穴１５ａとの間には、エリア１０ａの１列分（＝Ｐ）と同一の間隔ｄが設けられている。なお、左右のマスク穴１５ａのＡ方向の間隔ｄは、１列分に限らず一素子分または複数素子分としてもよく、エリアの割り付けに応じて任意に選定できる。

シャッタベース１１上には、開口部１１ａを間にしてその両側に複数のソレノイド１２が固定されている。各ソレノイド１２にはシャフト１３を介してシャッタ１４が連結され、各シャッタ１４はそれぞれのソレノイド１２によって水平方向に個別に作動される。ソレノイド１２は、コイルやヨーク等を備えた本体部１２ａと、可動鉄心と一体に動作するシャフト１３とを備え、コイルに通電することによりシャフト１３を開閉二位置に高速で作動できるものが望ましい。例えば、開位置と閉位置との間を数十ｍｓｅｃ以下で作動できるものがよい。各シャッタ１４は、各マスク穴１５ａを個別に開閉できるように各マスク穴に対応して設けられている。つまり、左側のシャッタ１４は左側のマスク穴１５ａを、右側のシャッタ１４は右側のマスク穴１５ａを開閉するよう対向方向に作動される。シャッタ１４の幅及び長さは、マスク穴１５ａを完全に覆うことができるよう、マスク穴の縦横の寸法より大きい。可動ステージ６及び各ソレノイド１２の動きは、ウエハ搬送方向と直交する方向の１列のエリアの周波数調整を複数段階で行うように、制御装置１６によって制御される。制御装置１６には、ウエハ１０の各エリアの目標周波数に対する周波数ずれ量がイオンビームの照射時間と関連して記憶されている。

パターンマスク１５の下方へウエハ１０が搬送された後、全てのシャッタが開き、マスク穴１５ａを介して全てのエリアにイオンビームが照射される。そして、所望の照射時間（周波数ずれ量に対応した照射時間）が経過したエリアに対応したシャッタから順次に閉じられ、全てのシャッタが閉じられた後、ウエハ１０は１ピッチだけ搬送方向に搬送される。

シャッタベース１１上には、左側のソレノイド１２と右側のソレノイド１２とをそれぞれ覆う第１カバー２０が固定されている。図３は左側のソレノイド１２の被覆構造を示したもので、第１カバー２０は、ソレノイド１２の本体部１２ａと、本体部１２ａから突出するシャフト１３の基部側（シャッタと反対側）とを覆う箱型に形成されている。なお、ソレノイド１２の本体部１２ａの裏側（シャッタと反対側）からはスパッタ粒子Ｓが侵入する可能性が低いので、第１カバー２０の裏側は開放していても構わない。第１カバー２０には、シャフト１３を所定のクリアランスをあけて挿通させる挿通穴２０ａが形成されている。シャフト１３には、シャッタ１４のストローク長以上の間隔Ｄをあけて一対の第２カバー２１ａ，２１ｂが固定されている。一方の第２カバー２１ａは第１カバー２０の内部に位置しており、他方の第２カバー２１ｂは第１カバー２０の外部に位置している。この実施例の第２カバー２１ａ，２１ｂは、挿通穴２０ａより大きな直径を有する円板で構成されている。なお、右側のソレノイド１２の被覆構造は左側のソレノイド１２の被覆構造と同様であるため、重複説明を省略する。

図３の（ａ），図４の（ａ）はシャッタ１４がマスク穴１５ａを閉じた状態、図３の（ｂ），図４の（ｂ）はシャッタ１４がマスク穴１５ａを開いた状態を示す。シャッタ閉状態では、基部側の第２カバー２１ａが第１カバー２０に接近し、挿通穴２０ａを軸方向内側からほぼ蓋しているため、スパッタ粒子Ｓは挿通穴２０ａを通過しても第２カバー２１ａにより遮蔽され、第１カバー２０の内部へは侵入できない。一方、シャッタ開状態では、先端側の第２カバー２１ｂが第１カバー２０に接近し、挿通穴２０ａを軸方向外側からほぼ蓋しているため、スパッタ粒子Ｓは挿通穴２０ａを通過できず、第１カバー２０の内部へは侵入できない。なお、第２カバー２１ａ，２１ｂを第１カバー２０と接触させる必要はなく、僅かな隙間をあけるのがよい。スパッタ粒子Ｓはわずかな隙間からでも侵入してくるが、短い区間であればその運動は直線的なものといえるため、第２カバー２１ａ，２１ｂが第１カバー２０に接触しなくても、直線的な侵入経路を塞ぐことにより、ソレノイド本体部１２ａやシャフト１３へのスパッタ膜の付着を防ぐことができる。そのため、長期間にわたってソレノイド１２の動作信頼性を確保することができる。

シャッタ１４が開位置と閉位置との間を移動する途中では、挿通穴２０ａは蓋されないので、スパッタ粒子Ｓが挿通穴２０ａを通って第１カバー２０の内部に侵入する可能性があるが、一般にソレノイド１２の動作時間（開位置と閉位置との間を移動する時間）は数十ｍｓｅｃ程度の短時間であるため、スパッタ粒子Ｓが第１カバー２０の内部に侵入する可能性は非常に低い。そのため、ソレノイド１２の動作信頼性を損なう恐れは殆どない。

図５は本発明に係るソレノイドの被覆構造の第２実施例を示し、（ａ）はシャッタ閉状態、（ｂ）はシャッタ開状態である。この実施例では、第１カバー２０の挿通穴２０ａの周囲に内筒部２０ｂを軸方向外側（シャッタ方向）に向かって突設し、先端側の第２カバー２１ｂの外周部に軸方向内側（反シャッタ方向）へ向かって突出する外筒部２１ｂ_１を形成したものである。基端側の第２カバー２１ａは第１実施例と同様である。この場合は、シャッタ開位置において（図５（ｂ）参照）、第２カバー２１ｂの外筒部２１ｂ_１が内筒部２０ｂの外周に被さることにより、侵入経路が屈折するので、スパッタ粒子の遮蔽効果がさらに高くなる。

図６は本発明に係るソレノイドの被覆構造の第３実施例を示し、（ａ）はシャッタ閉状態、（ｂ）はシャッタ開状態である。この実施例では、第１カバー２０の挿通穴２０ａの周囲に内筒部２０ｃを内外両方に向かって突設し、基端側の第２カバー２１ａの外周部に軸方向外側へ向かって突出する外筒部２１ａ_１を形成し、先端側の第２カバー２１ｂの外周部に軸方向内側へ向かって突出する外筒部２１ｂ_１を形成したものである。この場合は、閉位置及び開位置の両方において、内筒部２０ｃに対して第２カバー２１ａ，２１ｂの外筒部２１ａ_１，２１ｂ_１が被さるので、遮蔽効果が第２実施例よりさらに向上する。

図７は本発明に係るソレノイドの被覆構造の第４実施例を示し、（ａ）はシャッタ閉状態、（ｂ）はシャッタ開状態である。この実施例では、第１カバー２０の挿通穴２０ａの周囲に内筒部２０ｄを軸方向外側にむかって突設するとともに、内筒部２０ｄの先端部に半径方向に広がるフランジ部２０ｅを形成する。先端側の第２カバー２１ｂの外周部に、フランジ部２０ｅに被さる外筒部２１ｂ_１を軸方向内側へ向かって形成したものである。基端側の第２カバー２１ａは第１実施例と同様である。この場合は、シャッタ開位置において、遮蔽効果が第２実施例より高くなる。

図８は本発明に係るソレノイドの被覆構造の第５実施例を示し、（ａ）はシャッタ閉状態、（ｂ）はシャッタ開状態である。この実施例では、第１カバー２０の外面に、挿通穴２０ａより径の大きな内筒部２０ｆを軸方向外側にむかって突設するとともに、先端側の第２カバー２１ｂに内外２重の外筒部２１ｂ_２を軸方向内側に向かって突設したものである。基端側の第２カバー２１ａは第１実施例と同様である。この場合は、シャッタ開位置において、内外２重の外筒部２１ｂ_２が第１カバー２０の内筒部２０ｆの内外周両側に嵌合するので、遮蔽効果が第２実施例より高くなる。

図９は本発明に係るソレノイドの被覆構造の第６実施例を示し、（ａ）はシャッタ閉状態、（ｂ）はシャッタ開状態である。この実施例では、第１カバー２０の挿通穴２０ａの外面に、シャフト１３の外周にそって軸方向外側に向かって延びる第１筒部２０ｇを突設し、第２カバー２１に第１筒部２０ｇの外周に嵌挿自在な第２筒部２１ｃを一体に形成したものである。第１筒部２０ｇと第２筒部２１ｃの軸方向長さは、全ストローク範囲において互いに軸方向に重なるように設定されている。そのため、開閉二位置だけでなく、ストローク途中における挿通穴２０ａからのスパッタ粒子の侵入をも防止できる。なお、第１筒部２０ｇと第２筒部２１ｃとの間には、互いに接触しないよう所定のクリアランスを設けるのがよい。この実施例では、第２カバー２１が単一部品で構成されるため、部品数を減らすことができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々変更が可能である。前記実施例では、ソレノイドのシャフトに対してシャッタが直接固定され、シャッタが前後に直線移動する例を示したが、特許文献１のようにシャッタが揺動する場合にも、同様に適用できる。本発明のソレノイドとは、コイルやヨークを有する本体部と可動鉄芯とを備えた一般的なソレノイドに限らず、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）であってもよい。ＶＣＭには可動コイルタイプと可動磁石タイプなど種々のタイプがあるが、いずれでも使用可能である。また、前記実施例では、イオンビームを上から下に向けて垂直方向に照射した場合を示したが、下から上、あるいは水平方向に照射するようにしても構わない。

本発明に係る周波数調整装置の一例の概略図である。図１に示す周波数調整装置の主要部を図１のイオンガン側から見た分解斜視図である。ソレノイドの被覆構造を示す第１実施例の側面図である。図３の一部拡大図である。本発明に係るソレノイドの被覆構造の第２実施例の概略図である。本発明に係るソレノイドの被覆構造の第３実施例の概略図である。本発明に係るソレノイドの被覆構造の第４実施例の概略図である。本発明に係るソレノイドの被覆構造の第５実施例の概略図である。本発明に係るソレノイドの被覆構造の第６実施例の概略図である。

符号の説明

１周波数調整装置
２処理室
５エッチング用イオンガン
６可動ステージ
１０ウエハ（圧電基板）
１０ａエリア
１１シャッタベース
１２ソレノイド
１２ａ本体部
１３シャフト
１４シャッタ
１５パターンマスク
１５ａマスク穴
１６制御装置
２０第１カバー
２０ａ挿通穴
２１ａ，２１ｂ第２カバー

Claims

真空槽内に配置された圧電素子に対しエッチング用イオンガンによってイオンビームを照射し、圧電素子へのイオンビーム照射時間をシャッタで調整することにより、圧電素子の周波数を調整する装置において、
前記シャッタを開閉二位置に駆動するため前記真空槽内に設置されたソレノイドであって、本体部と当該本体部に対して往復移動するシャフトとを有し、前記シャフトに前記シャッタが連結されたソレノイドと、
前記ソレノイドの本体部を覆い、前記シャフトを挿通させる挿通穴を有する第１カバーと、
少なくとも前記シャッタの開閉二位置において前記シャフトと第１カバーの挿通穴との隙間を塞ぎ、前記イオンビームでエッチングされて発生したスパッタ粒子が前記第１カバーの内側に侵入するのを防止する、前記シャフトに取り付けられた第２カバーと、を備えたことを特徴とするソレノイド被覆構造。
前記第２カバーは、前記シャッタのストローク以上の間隔をあけて前記シャフトに取り付けられた２枚のカバー板で構成され、前記シャッタの開閉二位置の一方において一方のカバー板が前記第１カバーの挿通穴を軸方向内側から塞ぎ、前記シャッタの開閉二位置の他方において他方のカバー板が前記第１カバーの挿通穴を軸方向外側から塞ぐことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド被覆構造。
前記第１カバーの挿通穴には、前記シャフトの外周にそってシャッタ方向に突出する第１筒部が一体に形成され、
前記第２カバーには、前記第１筒部の外周に嵌挿自在で、前記シャッタの全ストローク範囲内において前記第１筒部の外周を覆う第２筒部が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド被覆構造。