JP4817237B2 - Piezoelectric element frequency adjusting device and frequency adjusting method - Google Patents

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、圧電素子の製造に利用される周波数調整装置、及び方法に関するものである。   The present invention relates to a frequency adjusting apparatus and method used for manufacturing a piezoelectric element.

水晶振動子、セラミック振動子、SAWフィルター等の圧電素子は周波数制御、選択用電子部品の中核をなすもので、最近の情報通信・電子機器には、欠くことのできないデバイスとなっている。
水晶振動子では水晶ブランクと電極の厚みによって周波数が決まるので、これらの制御が重要となる。そのため、水晶振動子の製造工程では、個々の周波数を測定しながら個々の周波数を合わせ込む周波数調整工程があり、他の電子デバイスに見られない特徴的な工程である。ここでは、切り出された水晶ブランクにスパッタ成膜等によって電極形成した後、ケースに組み込まれるが、この段階では数100〜3000ppm程度の周波数バラツキが生じ、これを±2ppm以下の周波数バラツキとするため周波数調整工程が必要となる。
Piezoelectric elements such as crystal resonators, ceramic resonators, and SAW filters form the core of electronic components for frequency control and selection, and have become indispensable devices for recent information communication and electronic devices.
In the quartz resonator, the frequency is determined by the thickness of the quartz blank and the electrode, so these controls are important. Therefore, in the manufacturing process of the crystal unit, there is a frequency adjustment process for adjusting individual frequencies while measuring individual frequencies, which is a characteristic process that is not found in other electronic devices. Here, electrodes are formed on the cut-out crystal blank by sputtering film formation, etc., and then incorporated into the case. At this stage, a frequency variation of several hundred to 3000 ppm occurs, and this is a frequency variation of ± 2 ppm or less. A frequency adjustment process is required.

水晶振動子の周波数調整では、個々の周波数を測定しながら、その電極膜厚を変化させることにより、所望の周波数に合わせ込む方法が採られる。電極膜厚を変化させる方法としては、真空蒸着法とイオンビームエッチング法の2種類があり、抵抗加熱蒸発源を用いた真空蒸着法が早期に実用化された。   In the frequency adjustment of the crystal resonator, a method of adjusting to the desired frequency by changing the electrode film thickness while measuring each frequency is adopted. There are two methods for changing the electrode film thickness: a vacuum deposition method and an ion beam etching method, and a vacuum deposition method using a resistance heating evaporation source has been put into practical use at an early stage.

蒸着式の周波数調整方法では、水晶片上に形成されたベース電極膜に、金属マスクを介して調整用の電極膜を抵抗加熱蒸発源より蒸着させる。構造が比較的単純で、高い蒸着速度から低い蒸着速度まで制御しやすい特長がある。短所として、ベース電極膜上に調整電極膜が形成される多層構造となり、特に調整電極膜の密着性や充填密度等が悪くなりがちであり、水晶振動子が小型化するにつれて電極が小さくなると蒸着式ではベース電極膜と調整膜との位置ズレが生じ易くなる等、何れもデバイス特性の悪化をもたらす。また、蒸着材料の補給や蒸着物の汚染による清掃のために連続運転時間は8時間以内に限られてしまう。   In the vapor deposition type frequency adjustment method, an adjustment electrode film is vapor-deposited from a resistance heating evaporation source on a base electrode film formed on a crystal piece through a metal mask. It has a relatively simple structure and is easy to control from a high deposition rate to a low deposition rate. Disadvantages include a multi-layer structure in which an adjustment electrode film is formed on the base electrode film, and particularly the adhesion and packing density of the adjustment electrode film tend to deteriorate, and vapor deposition occurs when the electrode becomes smaller as the crystal unit becomes smaller In the formulas, the base electrode film and the adjustment film are liable to be misaligned. In addition, the continuous operation time is limited to 8 hours or less due to the replenishment of the vapor deposition material and the cleaning due to contamination of the vapor deposition material.

一方、イオンビームエッチングによる周波数調整方法では、電極膜が多層にならないことや、ベース電極膜と調整膜との位置ズレが生じても金属電極膜のエッチングレートに比べて水晶のエッチングレートが極端に低いため電極膜が選択的にエッチングされることから、蒸着式と比べ原理的に周波数調整時のデバイス特性の悪化が少ない。さらに、蒸発材の補給が不要なため長時間の連続運転が可能であること等が蒸着式に比べてイオンビームエッチング式が有利な点である。   On the other hand, in the frequency adjustment method by ion beam etching, even if the electrode film is not multilayered or the positional deviation between the base electrode film and the adjustment film occurs, the crystal etching rate is extremely higher than the etching rate of the metal electrode film. Since the electrode film is selectively etched because it is low, there is little deterioration in device characteristics at the time of frequency adjustment in principle compared with the vapor deposition type. Furthermore, the ion beam etching method is advantageous over the vapor deposition method in that it does not require replenishment of the evaporating material and can be operated continuously for a long time.

このため早くからイオンビームエッチング式が有望視され1980年代には、様々な水晶デバイスメーカー、装置メーカーによって研究・開発が開始された。ところがイオンビームエッチング式では、周波数調整直後に周波数がシフトする現象が生じ、これが実用化を妨げる大きな原因となって、イオンビームエッチング式の周波数調整装置が普及し始めるのは1999年以降である。   For this reason, the ion beam etching method was promising early on, and in the 1980s, research and development began by various crystal device manufacturers and equipment manufacturers. However, in the ion beam etching type, a phenomenon occurs in which the frequency shifts immediately after the frequency adjustment, which is a major cause that hinders practical use, and the ion beam etching type frequency adjustment apparatus starts to spread after 1999.

図9は周波数シフトの例である。ここでは2secから4secまでのイオンビームエッチングを行っている。イオンビームエッチングによって水晶振動子電極がエッチングされるため周波数が高くなっていく。エッチングを終了するとその直後に周波数が下がる現象が生じている。この時のシフト量は300ppmにもなっており、目標としている±2ppmよりも遙かに大きく、調整レートを大きくする程シフト量は大きくなる傾向にあるため短時間で高精度に調整することが困難であった。   FIG. 9 shows an example of frequency shift. Here, ion beam etching is performed for 2 to 4 seconds. Since the crystal resonator electrode is etched by ion beam etching, the frequency increases. There is a phenomenon that the frequency decreases immediately after the etching is finished. The shift amount at this time is as high as 300 ppm, which is much larger than the target ± 2 ppm, and the shift amount tends to increase as the adjustment rate is increased. It was difficult.

そこで、周波数調整量とエッチング後の周波数シフト量が1次式で近似できることに着目し、予め周波数調整量とエッチング後の周波数シフト量のデータを実験によって取得しておき、近似式を求め、これを用いて周波数調整前の周波数測定結果からエッチングを終了させる点をオフセットさせることによって所望する周波数に対しての周波数バラツキを小さくする方法が用いられている(特許文献1)。
特開2003−204236号公報
Therefore, paying attention to the fact that the frequency adjustment amount and the frequency shift amount after etching can be approximated by a linear expression, data of the frequency adjustment amount and the frequency shift amount after etching are acquired in advance by experiments to obtain an approximate expression. A method of reducing the frequency variation with respect to a desired frequency by offsetting the point at which etching is terminated from the frequency measurement result before frequency adjustment using the method is used (Patent Document 1).
JP 2003-204236 A

上記のような方法では、事前に実験によって周波数調整量とエッチング後の周波数シフト量の関係を求めておかなければならない。この周波数調整量とエッチング後の周波数シフト量の関係は、周波数によって異なり、周波数が同じでも圧電基板形状、電極サイズ、イオンビーム照射エリア、調整レート等が異なると周波数調整量とエッチング後の周波数シフト量の関係も異なってしまう。そのため、圧電素子品種が変わる毎にこのデータを取り直す必要が生じる。このようなデータの取得、条件出しには技術者が関与する必要があり、一般の作業者のみでは装置能力を十分に引き出すことが困難となる。また、サンプル品のような元々個数の少ない場合では条件出しに数を割くことが困難であり、条件出しが出来なければ所望の調整精度が得られず、歩留まりが悪くなって最終的に得られる個数が更に減少してしまう。少品種大量生産であれば、それほど問題とはならないが多品種少量生産には、この条件出しは無視できない問題となる。   In the method as described above, the relationship between the frequency adjustment amount and the frequency shift amount after etching must be obtained in advance by experiments. The relationship between the frequency adjustment amount and the frequency shift amount after etching differs depending on the frequency. Even if the frequency is the same, the frequency adjustment amount and the frequency shift after etching are different when the piezoelectric substrate shape, electrode size, ion beam irradiation area, adjustment rate, etc. are different. The relationship of quantity is also different. Therefore, it is necessary to obtain this data every time the type of piezoelectric element is changed. It is necessary for an engineer to be involved in such data acquisition and condition setting, and it is difficult for a general worker alone to fully exploit the apparatus capability. In addition, when the number of samples is originally small, it is difficult to divide the number into conditions. If the conditions cannot be determined, the desired adjustment accuracy cannot be obtained and the yield is deteriorated and finally obtained. The number further decreases. This is not a problem if it is mass production of small varieties, but this condition is a problem that cannot be ignored for small-lot production of many varieties.

本発明の第1の側面は、圧電素子をエッチングするためのエッチング源、エッチングの量を制御する制御手段、及び制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、圧電素子をエッチングして圧電素子の共振周波数を調整する圧電素子の周波数調整装置であって、演算手段が、エッチングされる圧電素子の材料特性及びエッチングのための電力に基づいて圧電素子における熱応力分布を導出するとともに、熱応力分布に基づいてエッチング後に発生する共振周波数のシフト量を制御情報として計算し、制御手段が、シフト量に基づいて共振周波数の調整量を補正するように構成された周波数調整装置である。ここで、エッチング源をイオンビームエッチングするためのイオンガンとし、エッチングのための電力をイオンビームの電力とした。   A first aspect of the present invention includes an etching source for etching a piezoelectric element, a control unit that controls the amount of etching, and a calculation unit that provides control information to the control unit. A frequency adjusting device for a piezoelectric element that adjusts the resonance frequency of the piezoelectric element, wherein the calculation means derives a thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the material characteristics of the etched piezoelectric element and the power for etching, and the thermal stress The frequency adjustment device is configured to calculate, as control information, a shift amount of the resonance frequency generated after etching based on the distribution, and the control unit corrects the adjustment amount of the resonance frequency based on the shift amount. Here, the etching source was an ion gun for ion beam etching, and the power for etching was the power of the ion beam.

本発明第2の側面は、圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、圧電素子の共振周波数を検出して制御手段に出力する周波数モニタ、及び制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、圧電素子をエッチングして圧電素子の共振周波数を調整する圧電素子の周波数調整装置であって、周波数モニタによって検出される周波数について、圧電素子の調整前の共振周波数をfr、エッチングによる調整前後での共振周波数の差をΔfrとした場合に、制御手段が少なくともΔfrに基づいて共振周波数の調整量Dを算出し、演算手段が、エッチングされる圧電素子の材料特性及び照射されるイオンビームの電力に基づいて圧電素子における熱応力分布を導出し、熱応力分布に基づいて目標調整量Dxに対するシフト量ΔDxを計算するとともに、Dx及びΔDxを制御情報として制御手段に提供し、制御手段が、Dと(Dx+ΔDx)とを比較して、D=(Dx+ΔDx)となった時点でエッチングを終了するように構成された周波数調整装置である。   The second aspect of the present invention is an ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor for detecting the resonance frequency of the piezoelectric element and outputting it to the control means, and control means The piezoelectric element frequency adjusting device includes a calculation means for providing control information to the piezoelectric element, and adjusts a resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element. The frequency detected by the frequency monitor is adjusted before the piezoelectric element is adjusted. When the resonance frequency is fr and the difference between the resonance frequencies before and after the adjustment by etching is Δfr, the control unit calculates the adjustment amount D of the resonance frequency based on at least Δfr, and the calculation unit calculates the piezoelectric element to be etched. Deriving the thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the material properties and the power of the irradiated ion beam, based on the thermal stress distribution The shift amount ΔDx with respect to the target adjustment amount Dx is calculated, and Dx and ΔDx are provided as control information to the control means. The control means compares D with (Dx + ΔDx), and D = (Dx + ΔDx). This is a frequency adjusting device configured to finish etching at the time.

本発明第3の側面は、圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、圧電素子の共振周波数を検出して制御手段に出力する周波数モニタ、及び制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、圧電素子をエッチングして圧電素子の共振周波数を調整する圧電素子の周波数調整装置であって、周波数モニタによって検出される周波数について、圧電素子の調整前の共振周波数をfr、エッチングによる調整前後での共振周波数の差をΔfrとした場合に、制御手段が少なくともΔfrに基づいて共振周波数の調整量Dを算出し、演算手段が、エッチングされる圧電素子の材料特性及び照射されるイオンビームの電力に基づいて圧電素子における熱応力分布を導出し、熱応力分布に基づいてエッチング開始からのイオンビームの照射時間tに対する調整量Dのシフト量ΔD(t)を導出するとともに、ΔD(t)及び目標調整量Dxを制御情報として制御手段に提供し、制御手段が、Dと(Dx+ΔD(t))とを比較し、D=(Dx+ΔD(t))となった時にエッチングを終了するように構成された周波数調整装置である。   The third aspect of the present invention is an ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, a control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor for detecting the resonance frequency of the piezoelectric element and outputting it to the control means, and a control means The piezoelectric element frequency adjusting device includes a calculation means for providing control information to the piezoelectric element, and adjusts a resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element. The frequency detected by the frequency monitor is adjusted before the piezoelectric element is adjusted. When the resonance frequency is fr and the difference between the resonance frequencies before and after the adjustment by etching is Δfr, the control unit calculates the adjustment amount D of the resonance frequency based on at least Δfr, and the calculation unit calculates the piezoelectric element to be etched. Deriving the thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the material properties and the power of the irradiated ion beam, based on the thermal stress distribution Then, a shift amount ΔD (t) of the adjustment amount D with respect to the ion beam irradiation time t from the start of etching is derived, and ΔD (t) and the target adjustment amount Dx are provided as control information to the control means. This is a frequency adjusting device configured to compare D with (Dx + ΔD (t)) and end etching when D = (Dx + ΔD (t)).

ここで、上記第1から第3の側面において、材料特性が圧電素子の物理定数データ及び形状を表す形状特性データからなり、電力がエッチングレートから計算され、演算手段が、複数の種類の圧電素子の物理定数データが記憶されたメモリを備え、複数の種類のうち選択された種類に対応する物理定数データ、並びに入力された形状特性データ及びエッチングレートからシフト量を演算するように構成した。
また、圧電素子が水晶振動子であり、形状特性データを、水晶振動子を構成する水晶及び電極の形状に関する寸法並びにカットアングルの種類とした。
Here, in the first to third aspects, the material characteristic is composed of physical constant data and shape characteristic data representing the shape of the piezoelectric element, the electric power is calculated from the etching rate, and the arithmetic means includes a plurality of types of piezoelectric elements. And a shift amount is calculated from the physical constant data corresponding to the selected type among a plurality of types, the input shape characteristic data, and the etching rate.
In addition, the piezoelectric element is a crystal resonator, and the shape characteristic data is a size and a cut angle type related to the shapes of the crystal and electrodes constituting the crystal resonator.

本発明第4の側面は、圧電素子をエッチングするためのエッチング源、エッチングの量を制御する制御手段、及び制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、圧電素子をエッチングして圧電素子の共振周波数を調整する方法であって、演算手段によって、エッチングされる圧電素子の材料特性及びエッチングのための電力に基づいて圧電素子における熱応力分布を導出するとともに、熱応力分布に基づいてエッチング後に発生する共振周波数のシフト量を制御情報として計算するステップ、制御手段がエッチングを開始するステップ、及び制御手段が、目標調整量及び計算されたシフト量に基づいてエッチングの終了点を決定しエッチングを終了ステップからなる方法である。ここで、エッチング源をイオンビームエッチングするためのイオンガンとし、エッチングのための電力をイオンビームの電力とした。   The fourth aspect of the present invention comprises an etching source for etching a piezoelectric element, a control means for controlling the amount of etching, and an arithmetic means for providing control information to the control means. A method of adjusting a resonance frequency, wherein a thermal stress distribution in a piezoelectric element is derived based on material characteristics of the piezoelectric element to be etched and power for etching by an arithmetic means, and after etching based on the thermal stress distribution. The step of calculating the generated resonance frequency shift amount as control information, the step of starting the control means, and the control means determine the etching end point based on the target adjustment amount and the calculated shift amount, and perform the etching. It is a method consisting of an end step. Here, the etching source was an ion gun for ion beam etching, and the power for etching was the power of the ion beam.

本発明によれば、予め実験によって周波数シフト量を求める必要が無く、条件出しの時間を大幅に短縮することができ、多品種少量生産にも対応できる。   According to the present invention, it is not necessary to obtain the amount of frequency shift by experiments in advance, the condition setting time can be greatly shortened, and it is possible to cope with a large variety of small-quantity production.

実施例1.
図1は本発明の実施例を示すブロック図である。図において、22は水晶振動子、15は水晶振動子22をイオンビームエッチングするためのイオンガン、30はイオンガン15をオン/オフする等してエッチングを開始/終了させる制御部、11は水晶振動子22の共振周波数を測定するための周波数モニタ、10は制御部30に対して後述の制御情報を提供する演算手段である。後述するように、制御部30は周波数モニタ11と演算手段10から入力される情報に基づいて、エッチングを終了するタイミングを決定する。
Example 1.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 22 is a crystal oscillator, 15 is an ion gun for ion beam etching of the crystal oscillator 22, 30 is a control unit for starting / ending etching by turning on / off the ion gun 15, and 11 is a crystal oscillator. A frequency monitor 10 for measuring the resonance frequency of 22 is an arithmetic means for providing control information described later to the control unit 30. As will be described later, the control unit 30 determines the timing for ending the etching based on information input from the frequency monitor 11 and the calculation means 10.

図2は本発明による水晶振動子の3室のインライン構造となっている周波数調整装置を示す概略図である。仕込室1、エッチング室2、取出室3の3室インライン構成となっており、仕込室1の搬送レール9には、複数の水晶振動子22を搭載したキャリア27がセットされ、仕込室1を10-3Pa以下に排気後、仕切弁12を開き、キャリア27に搭載された水晶振動子22をイオンガン15の前まで搬送する。エッチング室2には、水晶振動子のエッチング時間を短くする為に、複数台(本実施例では3台)のイオンガン15が設けられ、上流(左側)より、H(高レート用)、M(中レート用)、L(低レート用)となっており、それぞれにシャッター7、水晶振動子22とのコンタクト機構8、及び水晶振動子22の共振周波数の周波数モニタ(ネットワークアナライザー)11が設けられている。これらは制御部30によってコントロールされ、水晶振動子22は所望の周波数に調整される。
エッチング室2で周波数調整された水晶振動子22は、仕切弁13を開き搬送レール9によってキャリア27毎、取出室3へ送られ、仕切弁13を閉じて取出室3を大気圧とした後取出される。制御部30は演算手段10に接続されている。
FIG. 2 is a schematic view showing a frequency adjusting device having an in-line structure of three chambers of a crystal resonator according to the present invention. It has a three-chamber inline configuration of a preparation chamber 1, an etching chamber 2, and an extraction chamber 3. A carrier 27 carrying a plurality of crystal resonators 22 is set on the transport rail 9 of the preparation chamber 1. After exhausting to 10 −3 Pa or less, the gate valve 12 is opened, and the crystal resonator 22 mounted on the carrier 27 is conveyed to the front of the ion gun 15. The etching chamber 2 is provided with a plurality of (three in this embodiment) ion guns 15 in order to shorten the etching time of the crystal resonator, and from the upstream (left side), H (for high rate), M ( Medium rate) and L (low rate), each provided with a shutter 7, a contact mechanism 8 with a crystal resonator 22, and a frequency monitor (network analyzer) 11 of the resonance frequency of the crystal resonator 22. ing. These are controlled by the control unit 30, and the crystal resonator 22 is adjusted to a desired frequency.
The crystal resonator 22 whose frequency has been adjusted in the etching chamber 2 is opened after the gate valve 13 is opened and sent to the take-out chamber 3 for each carrier 27 by the transport rail 9. Is done. The control unit 30 is connected to the calculation means 10.

図3は、図2中に用いられているイオンガン15の概略図である。イオンガン内部に円筒状の陽極18と、熱陰極17と、イオン引き出し用の加速グリッド21と、遮蔽グリッド20とが設けられている。不活性ガス導入パイプ16がイオンガン本体15に接続されている。トランスの中点と、イオンガン本体15と、遮蔽グリッド20は、同電位になっている。この電位と陽極18との間に低電圧直流放電電源E1と放電電流モニタ機構25が接続されている。この放電電流モニタ機構25の放電電流モニタ出力は、熱陰極17の電力制御用の交流電力調整器26を制御する放電電流制御回路24に印可されている。また、遮蔽グリッド20と、加速グリッド21との間に定電圧直流高電圧電源E2が接続されている。即ち、放電電流モニタ出力に応答する放電電流制御回路24が、放電電流が一定になるよう熱陰極への電力の供給を制御している。放電電流制御回路24は制御部30からの信号に基づいてイオンガン15をオン/オフする。また、シャッター7の開閉動作も制御部30によって制御される。   FIG. 3 is a schematic view of the ion gun 15 used in FIG. A cylindrical anode 18, a hot cathode 17, an ion extraction acceleration grid 21, and a shielding grid 20 are provided inside the ion gun. An inert gas introduction pipe 16 is connected to the ion gun body 15. The midpoint of the transformer, the ion gun body 15 and the shielding grid 20 are at the same potential. A low-voltage DC discharge power source E1 and a discharge current monitor mechanism 25 are connected between this potential and the anode 18. The discharge current monitor output of the discharge current monitor mechanism 25 is applied to a discharge current control circuit 24 that controls an AC power regulator 26 for power control of the hot cathode 17. In addition, a constant voltage direct current high voltage power supply E <b> 2 is connected between the shielding grid 20 and the acceleration grid 21. That is, the discharge current control circuit 24 responding to the discharge current monitor output controls the supply of power to the hot cathode so that the discharge current becomes constant. The discharge current control circuit 24 turns on / off the ion gun 15 based on a signal from the control unit 30. The opening / closing operation of the shutter 7 is also controlled by the control unit 30.

ところで、上述したような周波数シフトが生じるメカニズムについては、長年解明されないままであったが、イオンビーム照射による温度上昇分布によって生じる熱応力が、圧電基板の弾性定数の変化をもたらして周波数シフトを生じさせることを見いだした。
例として図4のようなφ7.4、周波数25MHzの水晶振動子で、電極径3φにビーム電圧300Vイオンビーム電流密度1mA/cm2のイオンビームを照射したときの周波数変動の計算結果を示す。
By the way, although the mechanism that causes the frequency shift as described above has not been elucidated for many years, the thermal stress caused by the temperature rise distribution due to the ion beam irradiation causes a change in the elastic constant of the piezoelectric substrate, resulting in a frequency shift. I found out that
As an example, FIG. 4 shows a calculation result of frequency fluctuations when an ion beam having a beam voltage of 300 V and an ion beam current density of 1 mA / cm 2 is irradiated on an electrode diameter of 3 φ with a crystal resonator of φ7.4 and a frequency of 25 MHz.

ビーム電圧300Vイオンビーム電流密度1mA/cm2のイオンビームの電力密度は300mW/cm2であり、3φの電極内に照射すると21mWになり、これによってφ7.4の水晶が温度上昇する。
図5は、この時の差分法による温度分布変化シミュレーション結果である。ここでは水晶振動子はサポートによって支持されているが、この部分の熱伝導は小さく熱的にはフローティングであると仮定している。ビーム照射によって中心付近の温度が上昇し、しだいに周辺に拡散していくが、中心付近と周辺部では温度差が生じていることが分かる。
The power density of an ion beam with a beam voltage of 300 V and an ion beam current density of 1 mA / cm 2 is 300 mW / cm 2 , and when irradiated into a 3φ electrode, it becomes 21 mW, which raises the temperature of the φ7.4 crystal.
FIG. 5 shows a temperature distribution change simulation result by the difference method at this time. Here, the crystal resonator is supported by the support, but it is assumed that the heat conduction in this portion is small and is thermally floating. It can be seen that the temperature near the center rises due to the beam irradiation and gradually diffuses to the periphery, but there is a temperature difference between the center and the periphery.

この温度分布によって生じる熱応力は、円柱座標系を用いて中実円板の熱応力として、

Figure 0004817237
により位置rの熱応力を求めることが出来る。ここで、αは水晶の熱膨張率、Eは水晶のヤング率、bは水晶素板の半径、τは位置rでの温度上昇である。
図6(a)及び(b)は図5の温度分布から式(1)(2)によって求めた熱応力分布である。 The thermal stress caused by this temperature distribution is the thermal stress of a solid disk using a cylindrical coordinate system,
Figure 0004817237
The thermal stress at position r can be obtained by Here, α is the thermal expansion coefficient of the crystal, E is the Young's modulus of the crystal, b is the radius of the crystal base plate, and τ is the temperature rise at the position r.
FIGS. 6A and 6B are thermal stress distributions obtained from the temperature distribution of FIG. 5 by the equations (1) and (2).

次に、得られた熱応力分布から周波数変化を求める。
基本となる波動方程式は、

Figure 0004817237
である。ここで、u:粒子変位、φ:電気ポテンシャル、ρ:密度、c:弾性定数、e:圧電定数、ε:誘電率である。圧電性を持つ解から、共振周波数frは基板の厚さをHとして、
Figure 0004817237
で与えられ、共振での変移成分は、
Figure 0004817237
となる。 Next, a frequency change is obtained from the obtained thermal stress distribution.
The basic wave equation is
Figure 0004817237
It is. Here, u: particle displacement, φ: electric potential, ρ: density, c: elastic constant, e: piezoelectric constant, and ε: dielectric constant. From the solution having piezoelectricity, the resonance frequency fr is H as the thickness of the substrate.
Figure 0004817237
The shift component at resonance is given by
Figure 0004817237
It becomes.

Thurstonの理論より、応力P下での水晶内の音波の伝搬速度Wは、U:変異方向単位ベクトル、N:伝搬方向単位ベクトル、M:圧縮応力の単位ベクトルとして、

Figure 0004817237
で与えられ、応力による弾性常数の変化は、
Figure 0004817237
となる。 From Thurston's theory, the propagation velocity W of the sound wave in the crystal under the stress P is expressed as U: variation direction unit vector, N: propagation direction unit vector, and M: compression stress unit vector.
Figure 0004817237
The change in elastic constant due to stress is given by
Figure 0004817237
It becomes.

摂動法から求まる共振周波数の変化は、

Figure 0004817237
で与えられる。圧電定数と誘電率の変化は小さいので無視し、積分範囲をV=電極面積×基板厚さとすると、
Figure 0004817237
となる。 The change in resonance frequency obtained from the perturbation method is
Figure 0004817237
Given in. Since the change in piezoelectric constant and dielectric constant is small, it is ignored and the integration range is V = electrode area × substrate thickness.
Figure 0004817237
It becomes.

図7は式(3)から求めた周波数25MHzのATcutとBTcutの共振周波数の変化、即ち、シフト量の計算結果と実測値との比較を示すものである。実測値の周波数変化は、膜厚変化から換算される周波数変化を差し引いて示してある。計算値と実測値がよく一致していることが分かる。
なお、さらに式(3)を整理すると、

Figure 0004817237
となる。ここで、M、Mはそれぞれ圧縮応力ベクトルMのx軸方向、y軸方向の単位ベクトルであり、Sはコンプライアンス、Cは材料変換後の弾性定数である。
上式からわかるように、共振周波数の変化Δω/ωは、熱応力Mを対象となる形状に関して全方向に積分した結果に深く関連している。

FIG. 7 shows a change in the resonance frequency of ATcut and BTcut with a frequency of 25 MHz obtained from Equation (3), that is, a comparison between the shift amount calculation result and the actual measurement value. The frequency change of the actually measured value is shown by subtracting the converted frequency change from the film thickness change. It can be seen that the calculated values and the measured values are in good agreement.
Furthermore, when formula (3) is further arranged,
Figure 0004817237
It becomes. Here, M 1 and M 2 are unit vectors of the compressive stress vector M in the x-axis direction and y-axis direction, respectively, S is compliance, and C is an elastic constant after material conversion.
As can be seen from the above equation, the change Δω / ω in the resonance frequency is deeply related to the result of integrating the thermal stress M in all directions with respect to the target shape.

さらに、図8は、エッチング直後で共振周波数がシフトする前の前測定周波数(調整量)に対する、その後に共振周波数がシフトした後の後測定周波数(シフト量)との関係を示す図である。図中の点線は上述した計算結果を示す線であり、ビーム電圧と調整レートについて下から、(1000V、1600ppm/s)、(900V、1300ppm/s)、(800V、1000ppm/s)、(700V、700ppm/s)、及び(500V、400ppm/s)に対応する線となっている。図中の各点は実測値であり、計算による線とほぼ一致するものとなっている。
したがって、水晶振動子の水晶形状、寸法と水晶の膨張率、ヤング率、弾性定数等の材料定数と水晶振動子の電極形状、寸法とイオンビーム照射面積、イオンビーム照射量が分かれば予め計算によって周波数シフトを予測することが可能となる。
Further, FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the pre-measurement frequency (adjustment amount) immediately after etching and before the resonance frequency shifts, and the post-measurement frequency (shift amount) after the resonance frequency is shifted. The dotted lines in the figure indicate the calculation results described above, and the beam voltage and adjustment rate are (1000 V, 1600 ppm / s), (900 V, 1300 ppm / s), (800 V, 1000 ppm / s), (700 V) from the bottom. , 700 ppm / s) and (500 V, 400 ppm / s). Each point in the figure is an actual measurement value, which almost coincides with the calculated line.
Therefore, if you know the crystal shape and dimensions of the crystal unit, the material constants such as the expansion coefficient, Young's modulus, and elastic constant of the crystal unit, and the electrode shape, size, ion beam irradiation area, and ion beam irradiation amount of the crystal unit, The frequency shift can be predicted.

次に、図1に戻り、演算手段10について説明する。演算手段10は上記の原理を用いて予めΔDを導出しておくための手段である。演算手段10内のメモリ101には水晶の物理定数データ(膨張率α、ヤング率E、密度ρ、弾性定数c、圧電定数e、誘電率ε等)が予め記憶されている。これらは既知の値である。また、所望のエッチング調整レートに対して、イオンビームの電流密度、印加電圧及びそれによって決まる電力Xpが(公知の方法で)計算される。そして、エッチングしようとする水晶振動子における水晶及び電極の形状並びに水晶のカットアングルに関する情報(以下、「形状特性データXs」という)が、エッチングを開始する前に作業者によって演算手段10に入力される。   Next, returning to FIG. 1, the computing means 10 will be described. The computing means 10 is means for deriving ΔD in advance using the above principle. The memory 101 in the arithmetic means 10 stores crystal physical constant data (expansion coefficient α, Young's modulus E, density ρ, elastic constant c, piezoelectric constant e, dielectric constant ε, etc.) in advance. These are known values. In addition, for the desired etching adjustment rate, the current density of the ion beam, the applied voltage, and the power Xp determined thereby are calculated (in a known manner). Information on the crystal and electrode shapes in the crystal resonator to be etched and the crystal cut angle (hereinafter referred to as “shape characteristic data Xs”) is input to the computing means 10 by the operator before starting the etching. The

ここで、形状特性データXsとは、例えば、水晶が円形である場合はその径、水晶が四角形である場合はその辺の長さ等である。また、水晶振動子22の調整前の共振周波数をfr、調整前後の共振周波数の差をΔfrとして、調整量DをD=Δfr/frと定義し、Dのシフト量をΔDとし、値は全て絶対値とする。また、前段落に加えて更に、調整量Dの目標値である目標調整量Dxが作業者によって入力される。   Here, the shape characteristic data Xs is, for example, the diameter when the crystal is circular, and the length of the side when the crystal is square. Further, the resonance frequency before adjustment of the crystal resonator 22 is defined as fr, the difference between the resonance frequencies before and after the adjustment is defined as Δfr, the adjustment amount D is defined as D = Δfr / fr, the shift amount of D is defined as ΔD, and all the values are defined. Absolute value. Further, in addition to the previous paragraph, a target adjustment amount Dx that is a target value of the adjustment amount D is input by the operator.

演算手段10は、上記の各物理定数、計算された電力Xp、及び入力された形状特性データXsから、上述した原理に基づいて熱応力分布関数Mを計算するとともに、その熱応力分布関数Mに基づいて目標調整量Dxに対するシフト量ΔDxを演算し、そのDxとΔDxの値を制御部30に与える。その後、制御部30がイオンガン15をオンし、入力されたエッチングレート(電力Xp)でエッチングが開始される。制御部30は、周波数モニタ11によって検出された共振周波数からΔfr及び調整量D{D=Δfr/fr}を算出する。もちろん、検出された共振周波数からΔfr又はDを求める計算を制御部30ではなく周波数モニタ11で行ってもよい。制御部30はDと(Dx+ΔDx)とを比較し、両者が等しくなった時点でエッチングを終了すべくイオンガン15をオフする。   The calculation means 10 calculates the thermal stress distribution function M from the above physical constants, the calculated power Xp, and the input shape characteristic data Xs based on the above-described principle, and the thermal stress distribution function M Based on this, the shift amount ΔDx with respect to the target adjustment amount Dx is calculated, and the values of Dx and ΔDx are given to the control unit 30. Thereafter, the control unit 30 turns on the ion gun 15, and etching is started at the inputted etching rate (power Xp). The control unit 30 calculates Δfr and the adjustment amount D {D = Δfr / fr} from the resonance frequency detected by the frequency monitor 11. Of course, the calculation for obtaining Δfr or D from the detected resonance frequency may be performed by the frequency monitor 11 instead of the control unit 30. The control unit 30 compares D with (Dx + ΔDx), and turns off the ion gun 15 to end the etching when they become equal.

例えば、図8を参照すると、(ビーム電圧、調整レート)を(1000V、1600ppm/s)として、目標調整量Dxを|−1500|=1500(ppm)とした場合、そのシフト量ΔDxは|−200|=200(ppm)と計算されるから、周波数モニタ11で検出された共振周波数から算出されるDが1700(ppm)となるまでエッチングを行えば、目標の1500ppmの調整ができることになる。   For example, referring to FIG. 8, when (beam voltage, adjustment rate) is (1000 V, 1600 ppm / s) and the target adjustment amount Dx is | −1500 | = 1500 (ppm), the shift amount ΔDx is | −. Since 200 | = 200 (ppm) is calculated, if etching is performed until D calculated from the resonance frequency detected by the frequency monitor 11 reaches 1700 (ppm), the target 1500 ppm can be adjusted.

なお、本実施例では基本的にはエッチングの開始/終了をイオンガン15のオン/オフにより行っているが、シャッター7によるビームの開放/遮断で行ってもよい。また、調整量D=Δfr/fr(割合)と規定したが、D=Δfr等(絶対量)で規定しても上記の原理は利用できる。   In this embodiment, the start / end of etching is basically performed by turning on / off the ion gun 15, but may be performed by opening / blocking the beam by the shutter 7. Further, although the adjustment amount D = Δfr / fr (ratio) is defined, the above principle can be used even if D = Δfr or the like (absolute amount).

実施例2.
実施例1では、イオンビームの電力Xp及び目標調整量Dxからそれに対応するシフト量ΔDxを導出し、演算手段10から制御部30へ提供される制御情報をDx及びΔDxとしたが、本実施例では、イオンビームの電力Xpとエッチング開始からのイオンビームの照射時間tからシフト量ΔDをtの関数ΔD(t)として導出し、Dx及び関数ΔD(t)を制御情報とするものを示す。
本実施例の基本的な構成は図1〜3に示した実施例1と同様であるが、制御部30は内部にタイマー回路を有している必要がある。
Example 2
In the first embodiment, the shift amount ΔDx corresponding to the power Xp of the ion beam and the target adjustment amount Dx is derived, and the control information provided from the calculation means 10 to the control unit 30 is Dx and ΔDx. In the figure, the shift amount ΔD is derived as a function ΔD (t) of t from the ion beam power Xp and the ion beam irradiation time t from the start of etching, and Dx and the function ΔD (t) are used as control information.
Although the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the control unit 30 needs to have a timer circuit therein.

本実施例では、制御部30は(図示しない)内部のタイマー回路を利用してΔD(t)の値を計算しつつ、D=(Dx+ΔD(t))となった時点でイオンガン15をオフしてエッチングを終了する。なお、ΔDをtの関数とする替わりに、ΔDを印加した総電力W(t){W(t)=Xp×t}の関数として、Dx及びΔD(W(t))を制御情報としてもよい。
なお、本実施例では調整前の共振周波数が事前に分かっていれば周波数モニタ11は不要である。また、調整において、最終的に絶対的な共振周波数を得る必要がない場合、即ち、調整前後の相対値のみを必要とする場合は、やはり周波数モニタ11は不要となる。
In this embodiment, the control unit 30 calculates the value of ΔD (t) using an internal timer circuit (not shown), and turns off the ion gun 15 when D = (Dx + ΔD (t)). To finish etching. Instead of using ΔD as a function of t, Dx and ΔD (W (t)) can be used as control information as a function of total power W (t) {W (t) = Xp × t} applied with ΔD. Good.
In the present embodiment, the frequency monitor 11 is not necessary if the resonance frequency before adjustment is known in advance. Further, when it is not necessary to finally obtain an absolute resonance frequency in the adjustment, that is, when only a relative value before and after the adjustment is required, the frequency monitor 11 is not necessary.

いずれの実施例においても共通しているのは、演算手段がエッチング開始から終了までに発生した熱応力分布、あるいはエッチング終了時に発生している熱応力分布に関連してシフト量を求め、制御部がそのシフト量を補正すべくイオンガンを制御することである。そして、相違するのは、最初の実施例ではシフト量を水晶振動子側の調整量の関数として制御情報を構成するのに対し、後に示した実施例ではシフト量をイオンガン側の出力値の関数として制御情報を構成するものである。   What is common in both embodiments is that the control means obtains the shift amount in relation to the thermal stress distribution generated from the start to the end of etching or the thermal stress distribution generated at the end of etching, and the control unit Is to control the ion gun to correct the shift amount. The difference is that, in the first embodiment, the control information is configured with the shift amount as a function of the adjustment amount on the crystal resonator side, whereas in the embodiment shown later, the shift amount is a function of the output value on the ion gun side. The control information is configured as follows.

なお、本実施例では好適な例として圧電素子に水晶振動子を用いるものを示したが、他の種類の圧電素子であってもよい。言い換えると、圧電素子に用いる材料の物理定数(膨張率α、ヤング率E、密度ρ、弾性定数c、圧電定数e、誘電率ε等)さえ分かっていれば、その圧電素子の形状特性及びエッチングレート(イオンビーム電力)から熱応力分布を導出できる。もちろん、予め複数の種類の材料について、メモリに各物理定数データを入力しておき作業者が選択した材料に応じて対応する物理定数データを読み出すようにしてもよい。そして、その熱応力分布に基づいて調整量シフトを求め、エッチングの終了点を決定するという本発明の原理を適用することができる。従って、初めて扱う種類の圧電素子であっても、それが公知の材料からなるものであれば、事前の測定・実験データの取得なしに、単に既知の値を入力するだけで周波数調整の工程を開始することができる。   In the present embodiment, a piezoelectric element using a crystal resonator is shown as a preferred example, but other types of piezoelectric elements may be used. In other words, if the physical constants (expansion coefficient α, Young's modulus E, density ρ, elastic constant c, piezoelectric constant e, dielectric constant ε, etc.) of the material used for the piezoelectric element are known, the shape characteristics and etching of the piezoelectric element are known. Thermal stress distribution can be derived from the rate (ion beam power). Of course, for each of a plurality of types of materials, each physical constant data may be input to the memory and the corresponding physical constant data may be read according to the material selected by the operator. Then, it is possible to apply the principle of the present invention in which an adjustment amount shift is obtained based on the thermal stress distribution and the end point of etching is determined. Therefore, even if it is a piezoelectric element of the kind handled for the first time, if it is made of a known material, the frequency adjustment process can be performed simply by inputting a known value without acquiring prior measurement / experiment data. Can start.

また、本実施例ではイオンビームエッチングを用いるものを示したが、反応性プラズマエッチングを用いるものでも同様の原理を利用することができる。この場合、上記の電力Xpに相当するものとしてプラズマ生成用に投入される電力(印加電圧であってもよい)等を適用することができる。   In this embodiment, the ion beam etching is used, but the same principle can be used even in the case of using reactive plasma etching. In this case, power (which may be an applied voltage) input for plasma generation can be applied as the power corresponding to the power Xp.

本発明の水晶振動子周波数調整装置を示すブロック図The block diagram which shows the crystal oscillator frequency adjusting device of this invention 本発明によるイオンガンを用いた水晶振動子周波数調整装置の概略図Schematic of a crystal resonator frequency adjustment device using an ion gun according to the present invention. 本発明によるイオンガンの概略図Schematic of ion gun according to the present invention 本発明を説明するための図Diagram for explaining the present invention 本発明を説明するための温度分布の図Temperature distribution diagram for explaining the present invention 本発明を説明するための熱応力分布の図Thermal stress distribution diagram for explaining the present invention 本発明における周波数変化の計算結果と実測値とを比較する図The figure which compares the calculation result of a frequency change in this invention, and a measured value 本発明を説明するための図Diagram for explaining the present invention 共振周波数のシフトを説明する図Diagram explaining shift of resonance frequency

符号の説明Explanation of symbols

1.仕込室
2.エッチング室
3.取出室
7.シャッター
8.コンタクト機構
9.搬送レール
10.演算手段
11.周波数モニタ
12.仕切弁1
13.仕切弁2
15.イオンガン
16.ガス導入パイプ
17.熱陰極
18.陽極
19.磁石
20.遮蔽グリッド
21.加速グリッド
22.水晶振動子
24.放電電流制御回路
25.放電電流モニタ機構
26.交流電圧調整器
27.キャリア
30.制御部
101.メモリ
1. Preparation room 2. 2. Etching chamber Extraction chamber 7. Shutter 8. Contact mechanism9. Transport rail 10. Calculation means 11. Frequency monitor 12. Gate valve 1
13. Gate valve 2
15. Ion gun 16. Gas introduction pipe 17. Hot cathode 18. Anode 19. Magnet 20. Shielding grid 21. Acceleration grid 22. Crystal resonator 24. Discharge current control circuit 25. Discharge current monitor mechanism 26. AC voltage regulator 27. Carrier 30. Control unit 101. memory

Claims (4)

圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、該圧電素子の共振周波数を検出して該制御手段に出力する周波数モニタ、及び該制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、該圧電素子をエッチングして該圧電素子の共振周波数を調整する圧電素子の周波数調整装置であって、
該周波数モニタによって検出される周波数について、該圧電素子の調整前の共振周波数をfrとして、エッチングによる調整中の共振周波数と該frとの差をΔfrとした場合に、該制御手段が共振周波数の調整量D=Δfr/frを算出し、
該演算手段が、エッチングされる圧電素子の温度分布に基づいて該圧電素子における熱応力分布を導出し、該熱応力分布に基づいて目標調整量Dxに対するシフト量ΔDxを計算するとともに、Dx及びΔDxを該制御情報として該制御手段に提供し、
該制御手段が該イオンガンにエッチングを開始させた後、Dと(Dx+ΔDx)とを比較して、D=(Dx+ΔDx)となった時点で該エッチングを終了させるように構成された周波数調整装置。
Ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor that detects the resonance frequency of the piezoelectric element and outputs it to the control means, and provides control information to the control means A piezoelectric element frequency adjusting device for adjusting the resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element,
The frequency detected by the frequency monitor, a resonance frequency before the adjustment of the piezoelectric element as fr, the difference between the resonant frequency and the fr being adjusted by the etching when the .DELTA.fr, the control means is the resonant frequency An adjustment amount D = Δfr / fr is calculated,
The calculation means derives a thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the temperature distribution of the piezoelectric element to be etched, calculates a shift amount ΔDx with respect to the target adjustment amount Dx based on the thermal stress distribution, and Dx and ΔDx To the control means as the control information,
A frequency adjusting device configured to compare D with (Dx + ΔDx) after the control means starts etching with the ion gun and terminate the etching when D = (Dx + ΔDx).
圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、該圧電素子の共振周波数を検出して該制御手段に出力する周波数モニタ、及び該制御手段に制御情報を提供する演算手段を備え、該圧電素子をエッチングして該圧電素子の共振周波数を調整する圧電素子の周波数調整装置であって、
該周波数モニタによって検出される周波数について、該圧電素子の調整前の共振周波数をfrとして、エッチングによる調整中の共振周波数と該frとの差をΔfrとした場合に、該制御手段が共振周波数の調整量D=Δfr/frを算出し、
該演算手段が、エッチングされる圧電素子の温度分布に基づいて該圧電素子における熱応力分布を導出し、該熱応力分布に基づいてエッチング開始からのイオンビームの照射時間tに対する調整量Dのシフト量ΔD(t)を導出するとともに、ΔD(t)及び目標調整量Dxを該制御情報として該制御手段に提供し、
該制御手段が該イオンガンにエッチングを開始させた後、Dと(Dx+ΔD(t))とを比較し、D=(Dx+ΔD(t))となった時にエッチングを終了させるように構成された周波数調整装置。
Ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor that detects the resonance frequency of the piezoelectric element and outputs it to the control means, and provides control information to the control means A piezoelectric element frequency adjusting device for adjusting the resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element,
The frequency detected by the frequency monitor, a resonance frequency before the adjustment of the piezoelectric element as fr, the difference between the resonant frequency and the fr being adjusted by the etching when the .DELTA.fr, the control means is the resonant frequency An adjustment amount D = Δfr / fr is calculated,
The calculation means derives a thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the temperature distribution of the piezoelectric element to be etched, and shifts the adjustment amount D with respect to the ion beam irradiation time t from the start of etching based on the thermal stress distribution. Deriving the amount ΔD (t), and providing ΔD (t) and the target adjustment amount Dx as the control information to the control means;
After the control means starts etching the ion gun, D is compared with (Dx + ΔD (t)), and the frequency adjustment is configured to end the etching when D = (Dx + ΔD (t)). apparatus.
圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、該圧電素子の共振周波数を検出して該制御手段に出力する周波数モニタ、及び該制御手段に制御情報を提供する演算手段によって、該圧電素子をエッチングして該圧電素子の共振周波数を調整する方法であって、Ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor that detects the resonance frequency of the piezoelectric element and outputs it to the control means, and provides control information to the control means A method of adjusting the resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element by a computing means that comprises:
該周波数モニタによって検出される周波数について、該圧電素子の調整前の共振周波数をfrとして、エッチングによる調整中の共振周波数と該frとの差をΔfrとした場合に、該制御手段が共振周波数の調整量D=Δfr/frを算出するステップ、Regarding the frequency detected by the frequency monitor, when the resonance frequency before adjustment of the piezoelectric element is fr and the difference between the resonance frequency being adjusted by etching and fr is Δfr, the control means Calculating an adjustment amount D = Δfr / fr;
該演算手段が、エッチングされる圧電素子の温度分布に基づいて該圧電素子における熱応力分布を導出し、該熱応力分布に基づいて目標調整量Dxに対するシフト量ΔDxを計算するとともに、Dx及びΔDxを該制御情報として該制御手段に提供するステップ、及びThe calculation means derives a thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the temperature distribution of the piezoelectric element to be etched, calculates a shift amount ΔDx with respect to the target adjustment amount Dx based on the thermal stress distribution, and Dx and ΔDx Providing the control means with the control information; and
該制御手段が該イオンガンにエッチングを開始させた後、Dと(Dx+ΔDx)とを比較して、D=(Dx+ΔDx)となった時点で該エッチングを終了させるステップAfter the control means starts etching the ion gun, D is compared with (Dx + ΔDx), and the etching is terminated when D = (Dx + ΔDx).
を備える方法。A method comprising:
圧電素子をイオンビームエッチングするためのイオンガン、エッチングの開始/終了を制御する制御手段、該圧電素子の共振周波数を検出して該制御手段に出力する周波数モニタ、及び該制御手段に制御情報を提供する演算手段によって、該圧電素子をエッチングして該圧電素子の共振周波数を調整する方法であって、Ion gun for ion beam etching of a piezoelectric element, control means for controlling the start / end of etching, a frequency monitor that detects the resonance frequency of the piezoelectric element and outputs it to the control means, and provides control information to the control means A method of adjusting the resonance frequency of the piezoelectric element by etching the piezoelectric element by a computing means that comprises:
該周波数モニタによって検出される周波数について、該圧電素子の調整前の共振周波数をfrとして、エッチングによる調整中の共振周波数と該frとの差をΔfrとした場合に、該制御手段が共振周波数の調整量D=Δfr/frを算出するステップ、Regarding the frequency detected by the frequency monitor, when the resonance frequency before adjustment of the piezoelectric element is fr and the difference between the resonance frequency being adjusted by etching and fr is Δfr, the control means Calculating an adjustment amount D = Δfr / fr;
該演算手段が、エッチングされる圧電素子の温度分布に基づいて該圧電素子における熱応力分布を導出し、該熱応力分布に基づいてエッチング開始からのイオンビームの照射時間tに対する調整量Dのシフト量ΔD(t)を導出するとともに、ΔD(t)及び目標調整量Dxを該制御情報として該制御手段に提供するステップ、及びThe calculation means derives a thermal stress distribution in the piezoelectric element based on the temperature distribution of the piezoelectric element to be etched, and shifts the adjustment amount D with respect to the ion beam irradiation time t from the start of etching based on the thermal stress distribution. Deriving an amount ΔD (t) and providing ΔD (t) and a target adjustment amount Dx to the control means as the control information; and
該制御手段が該イオンガンにエッチングを開始させた後、Dと(Dx+ΔD(t))とを比較し、D=(Dx+ΔD(t))となった時にエッチングを終了させるステップAfter the control means starts etching the ion gun, D is compared with (Dx + ΔD (t)), and the etching is terminated when D = (Dx + ΔD (t)).
を備える方法。A method comprising:
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