JP5906505B2 - Piezoelectric element frequency measuring method, frequency adjusting method, and piezoelectric element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明はイオンエッチングによる圧電素子の周波数測定方法及び周波数調整方法並びに圧電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a frequency measuring method and a frequency adjusting method for a piezoelectric element by ion etching, and a method for manufacturing a piezoelectric element.
従来から、イオンエッチングによる圧電素子の周波数調整方法が知られている。この方法は、イオンガン内部でプラズマを生成し、そのプラズマ中のイオンをグリッドによって加速及び出射してイオンビームを形成し、このイオンビームを被処理対象の圧電素子に照射してエッチングするものである。圧電素子の共振周波数はエッチングによって上昇していき、目標周波数に近づけられる。 Conventionally, a frequency adjustment method of a piezoelectric element by ion etching is known. In this method, plasma is generated inside an ion gun, ions in the plasma are accelerated and emitted by a grid to form an ion beam, and the target piezoelectric element is irradiated with this ion beam for etching. . The resonance frequency of the piezoelectric element rises by etching and approaches the target frequency.
ここで、イオンビームを圧電素子に照射すると、その後に荷電粒子が圧電素子に帯電する、いわゆるチャージアップの問題が発生する。チャージアップが起こった状態の圧電素子の周波数は、チャージアップがない状態(即ち、現実の周波数)の周波数よりも高くなる。従って、圧電素子においてチャージアップが起こると、その帯電した電荷が自然に除電されるまでの時間(例えば、数分間程度)は周波数の測定を待つ必要がある。そのため、このチャージアップに起因して周波数調整工程に時間がかかり、生産性が悪くなるという問題がある。 Here, if the piezoelectric element is irradiated with an ion beam, a so-called charge-up problem occurs in which charged particles are subsequently charged on the piezoelectric element. The frequency of the piezoelectric element in a state where charge-up has occurred is higher than the frequency in a state where there is no charge-up (that is, the actual frequency). Therefore, when charge-up occurs in the piezoelectric element, it is necessary to wait for frequency measurement for the time (for example, about several minutes) until the charged charge is naturally discharged. For this reason, there is a problem that the frequency adjustment process takes time due to the charge-up and the productivity is deteriorated.
特許文献1は、上記の問題に対処するため、イオンビーム照射に加えて、負に帯電した電子を照射して処理対象物表面の電位を電気的に中和してチャージアップを抑制する構成を開示する。具体的には、イオンガンの出射面に複数層のグリッドが配置され、各グリッドにおいて、正電荷のイオンを加速して引き出すための孔とは別に、負電荷の電子を加速して引き出すためのエレクトロンポートが設けられる。そして、各グリッドへの印加電圧を適宜設定することにより、プラズマ中の電子が処理対象物に到達して電荷が中和されることが開示されている。
In order to cope with the above problem,
しかし、特許文献1の構成によると、グリッドの構造が複雑になるという問題があった。具体的には、各グリッドにおいてイオン引き出し孔とは別にエレクトロンポートを設ける必要があるため、イオンビームを均一に引き出すための孔及びポートの配置設計が難しいという問題がある。イオンビーム引き出し孔の配置はイオンビームのパワー密度が照射面において均一な分布となるように工夫されるものであり、エレクトロンポートを設けることによって、イオンビームの均一な照射が得難くなるという問題がある。また、より効果的に電子を引き出すためにはグリッドを三層構造にする等の工夫が必要であり、グリッド全体の構造が複雑となるために装置の製造コストが増大してしまう。
However, according to the configuration of
また、所望量のイオン及び電子を引き出すためのイオン引出し孔及びエレクトロンポートの構成や各グリッドへの印加電圧について、各イオンガンについてそれぞれ最適に設計する必要がある。例えば、電子の引き出し量が過多となると、電子衝突により処理対象物が損傷する可能性や、発振が不安定となる可能性もある。従って、同文献の技術を多種のイオンガンに導入するには、それぞれのイオンガンに対して異なる最適設計が必要となり、対策に汎用性をもたせるのが難しいという問題があった。 In addition, it is necessary to optimally design each ion gun with respect to the configuration of ion extraction holes and electron ports for extracting a desired amount of ions and electrons and the voltage applied to each grid. For example, if the amount of extracted electrons is excessive, the object to be processed may be damaged by electron collision, and oscillation may become unstable. Therefore, in order to introduce the technique of this document to various ion guns, different optimum designs are required for the respective ion guns, and there is a problem that it is difficult to provide versatility for countermeasures.
そこで、本発明は、イオンエッチングによる圧電素子の周波数調整に関して、一般的なイオンガンにおいてグリッド等の構造を変更することなく、効果的なチャージアップ対策を施すことを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to take an effective charge-up measure without changing the structure of a grid or the like in a general ion gun with respect to frequency adjustment of a piezoelectric element by ion etching.
本発明の第1の側面は、イオンガン、処理対象の圧電素子とイオンガンの間を開閉するシャッタ、及び圧電素子の共振周波数を測定する測定手段を備えた周波数調整装置による圧電素子の周波数測定方法である。周波数測定方法は、イオンガンをオン状態とし、シャッタを開放して圧電素子にイオンビームを照射する工程、シャッタを閉じ、イオンガンをオフ状態とする工程、イオンガンをオフ状態とし、シャッタを開放して、イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して圧電素子を曝露する工程、及びイオンガンをオフ状態かつシャッタを閉状態又は開状態として、測定手段によって圧電素子の共振周波数を測定する工程を備える。 A first aspect of the present invention is a frequency measurement method for a piezoelectric element using a frequency adjusting device including an ion gun, a shutter that opens and closes between the piezoelectric element to be processed and the ion gun, and a measurement unit that measures the resonance frequency of the piezoelectric element. is there. The frequency measurement method is to turn on the ion gun, open the shutter and irradiate the piezoelectric element with the ion beam, close the shutter and turn off the ion gun, turn off the ion gun, open the shutter, A step of exposing the piezoelectric element to charged particles diffusing from plasma in the ion gun, and a step of measuring the resonance frequency of the piezoelectric element by the measuring means with the ion gun turned off and the shutter closed or opened.
本発明の第2の側面は、イオンガン、処理対象の圧電素子とイオンガンの間を開閉するシャッタ、及び圧電素子の共振周波数を測定する測定手段を備えた周波数調整装置による圧電素子の周波数調整方法である。周波数調整方法は、(A)イオンガンをオン状態とし、シャッタを開状態として圧電素子にイオンビームを照射する工程、(B)シャッタを閉状態とし、イオンガンをオフ状態とする工程、(C)イオンガンをオフ状態かつシャッタを開状態として、イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して圧電素子を曝露する工程、及び(D)イオンガンをオフ状態かつシャッタを閉状態又は開状態として、測定手段によって圧電素子の共振周波数を測定する工程を備え、工程(A)から工程(D)が所定回数繰り返され、前記繰り返し工程中工程(D)において測定された共振周波数と目標周波数との差に基づいて、その後に実行される工程(A)におけるイオンビームの照射量が決定される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a frequency adjustment method for a piezoelectric element using a frequency adjusting device including an ion gun, a shutter that opens and closes between the piezoelectric element to be processed and the ion gun, and a measurement unit that measures a resonance frequency of the piezoelectric element. is there. The frequency adjustment method includes: (A) a step of turning on the ion gun and irradiating the piezoelectric element with the shutter open, (B) a step of closing the shutter and turning off the ion gun, and (C) an ion gun. And (D) exposing the piezoelectric element to charged particles diffusing from the plasma in the ion gun, and (D) setting the ion gun in the off state and closing the shutter in the open state. A step of measuring a resonance frequency of the piezoelectric element, wherein steps (A) to (D) are repeated a predetermined number of times, and based on the difference between the resonance frequency measured in the step (D) during the repetition step and the target frequency. Then, the ion beam irradiation amount in the step (A) executed thereafter is determined.
本発明の第3の側面は圧電素子の製造方法であって、(A)処理対象の圧電素子を処理槽に搬入してイオンガンに対向配置する工程、(B)イオンガンをオン状態とし、圧電素子とイオンガンの間にあるシャッタを開状態として圧電素子にイオンビームを照射する工程、(C)シャッタを閉じ、イオンガンをオフ状態とする工程、(D)イオンガンのオフ状態を維持し、シャッタを開放して、イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して圧電素子を曝露する工程、(E)イオンガンをオフ状態かつシャッタを閉状態又は開状態として、測定手段によって圧電素子の共振周波数を測定する工程、及び(F)圧電素子を処理槽から搬出する工程を備える製造方法。 A third aspect of the present invention is a method for manufacturing a piezoelectric element, wherein (A) a process of bringing a piezoelectric element to be processed into a processing tank and disposing the piezoelectric element facing an ion gun, and (B) turning on the ion gun, A step of irradiating the piezoelectric element with an ion beam with the shutter between the ion gun and the ion gun open, (C) a step of closing the shutter and turning off the ion gun, and (D) maintaining the ion gun off and opening the shutter A step of exposing the piezoelectric element to charged particles diffused from plasma in the ion gun, and (E) the resonance frequency of the piezoelectric element is measured by the measuring means with the ion gun turned off and the shutter closed or opened. A manufacturing method provided with the process of carrying out a process and (F) a piezoelectric element from a processing tank.
上記第1乃至第3の側面において、イオンガンが、プラズマを発生させるためのカソード及びアノード並びにプラズマからイオンを引き出すための第1のグリッド及び第2のグリッドを備え、第1のグリッド及び第2のグリッドへの給電を遮断することによってイオンガンをオフ状態とするようにした。 In the first to third aspects, the ion gun includes a cathode and an anode for generating a plasma, and a first grid and a second grid for extracting ions from the plasma, and the first grid and the second grid The ion gun was turned off by shutting off the power supply to the grid.
実施例.
図1に本発明の実施例に用いる一般的な周波数調整装置を示す。周波数調整装置は、イオンガン1、処理対象の水晶振動子5−1〜5−nをイオンガン1に対して開閉するシャッタ3−1〜3−n、及び水晶振動子5−1〜5−nの共振周波数を測定する測定手段4を備え、これらの部材の全部又は一部が処理槽100内に含まれる。なお、以降の説明において、水晶振動子5−1〜5−nをまとめて水晶振動子5といい、対応するシャッタ3−1〜3−nをまとめてシャッタ3というものとする。また、後述するプローブ41−1〜41−nについても、これらをまとめてプローブ41というものとする。なお、1≦k≦nの任意のkについて、水晶振動子5−kに対して、シャッタ3−k及びプローブ41−kが対応しているものとする。
Example.
FIG. 1 shows a general frequency adjustment apparatus used in an embodiment of the present invention. The frequency adjusting device includes an
イオンガン1は、イオンガン本体の一部を形成する本体11、本体11の内周部に略環状に形成されるアノード12、フィラメント(カソード)13、複数のイオン引出し孔を有する遮蔽グリッド14及び加速グリッド15、並びにニュートラライザ16を備える。
The
本体11はビーム電源21によって給電され、遮蔽グリッド14と同電位にある。アノード12は放電電源22によって給電される。イオンビーム照射中、ビーム電源が300V〜1kV程度に設定されるとともに放電電源が数十V程度に設定され、この電位差により、アノード12の内側にプラズマが生成される。フィラメント13がフィラメント電源23からの通電により加熱されることにより熱電子が生成され、プラズマの生成が促進される。加速グリッド15は加速電源24から給電され、接地に対して−200V〜−60V程度の電圧が印加される。遮蔽グリッド14と加速グリッド15の電位差により、プラズマ中のイオンが加速されつつ引き出され、加速グリッド15を出射したイオンは図の矢印の方向に照射される。ニュートラライザ16はニュートラライザ電源25に給電され、負電荷を持つ電子を放出し、正電荷を持つイオンの照射が行われる処理槽内の電気的中和を行なう。
The main body 11 is powered by the
シャッタ3は複数のシャッタ3−1〜3−nからなり、それぞれのタイミングで水晶振動子5−1〜5−nをイオンガン1に対して開放又は遮蔽する。即ち、シャッタ3が閉状態にあるときは、イオンビームは水晶振動子5に到達しない。
The
測定手段4は、水晶振動子5の電極と電気的に接触して信号を伝送する測定プローブ41、及び測定プローブ41によって伝送される信号に基づいて水晶振動子5の共振周波数を測定する周波数計測器42(例えば、π回路及びネットワークアナライザ)を備える。
The measurement means 4 is a
水晶振動子5について、本実施例では、図1Bに示すような音叉型の水晶振動子を想定している。複数の音叉型の水晶振動子5がトレー50に収容され、各水晶振動子5のエッチング部分5aのみがトレー50に形成された開口よりイオンガン1に露出され、エッチング部分5aにイオンビームが照射される。即ち、水晶振動子5各々はトレー50によってイオンガン1からマスクされる。なお、図1では1列の水晶振動子のみを示しているが、これらは行方向にも配列され、マトリクス状の配列が形成される。また、処理対象は図1Bに示すような個片の水晶振動子に限られず、複数の水晶振動子が形成されたシート基板としてもよい。シート基板の場合は水晶振動子を個別に収容するトレーを不要とし、エッチング部分のみをイオンガンに露出するマスク等を別途設ければよい。
As for the
図2は本発明の実施例による水晶振動子の製造方法を示すフローチャートである。図2に示す製造方法を、図3A〜3Dを参照して説明する。なお、図2のフローチャートにおいて、本発明の周波数測定方法は工程S20〜S50に相当し、周波数調整方法は工程S20〜S60に相当し、水晶振動子の製造方法は工程S10〜S70に相当する。 FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a crystal resonator according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. In the flowchart of FIG. 2, the frequency measurement method of the present invention corresponds to steps S20 to S50, the frequency adjustment method corresponds to steps S20 to S60, and the method for manufacturing a crystal resonator corresponds to steps S10 to S70.
工程S10において、水晶振動子5が処理槽100に搬入され、列毎にマスク上に配置されてイオンガン1に対向配置される。このとき、各水晶振動子5の共振周波数は目標周波数よりも低いものとする。なお、工程S10の前後に(遅くとも工程S20の前には)処理槽100は真空引きされるものとする。
In step S <b> 10, the
工程S20において、図3Aに示すように、イオンガン1がオン状態(図1のスイッチS1及びS2が閉状態)とされるとともにシャッタ3が開放され、水晶振動子5にイオンビームが照射される。本実施例では、アルゴンガスからプラズマを生成しているので、水晶振動子5は、照射される+Arイオンによってエッチングされる。なお、工程S20においては、測定プローブ41は水晶振動子5に接触されておらず、周波数の測定は行われない。特に、水晶振動子5が音叉型のものである場合、水晶振動子5はイオンビーム照射によって水晶振動子の温度が上昇することによる周波数変動が大きいために、イオンビームの照射と同時に正確な周波数を測定することはできない。
In step S20, as shown in FIG. 3A, the
工程S30において、図3Bに示すように、シャッタ3が閉じられ、イオンガン1がオフ状態(図1のスイッチS1及びS2が開状態)とされて、イオンビームの照射(引き出し)が停止される。なお、イオンビームの引き出し停止(イオンガン1のオフ状態)はスイッチS1及びS2の開放に限られず、各電源の出力を停止させる等してもよく、加速電源24及びビーム電源21への給電が遮断されればよい。このとき、イオンガン1はフローティング状態となる。ここで、水晶振動子5はイオンビームを照射した直後は高温状態にあるが、1秒程度で周波数変動が小さくなり周波数測定が可能となる程度に温度が下がる。このとき、水晶振動子5は+Arイオンまたはニュートラライザ16より供給された電子により正負いずれかに帯電されている。なお、1回目の工程S30においてはシャッタ3−1〜3−nは同時に閉じられるようにすればよい。
In step S30, as shown in FIG. 3B, the
工程S40において、図3Cに示すように、イオンガン1のオフ状態が維持され、シャッタ3が開放される。これにより、イオンガン1内部からプラズマが拡散される。この拡散されたプラズマから荷電粒子が水晶振動子5に到達すると、水晶振動子5に帯電していた電荷が中和され、水晶振動子5が除電される。この工程S40で、実質的に瞬時(1秒程度)に中和が完了する。水晶振動子5が負に帯電している場合はイオンガン内部のプラズマから正イオンが水晶振動子5に到達して中和がなされ、水晶振動子5が正に帯電している場合はイオンガン内部のプラズマから電子が水晶振動子5に到達して中和がなされる。本発明により、処理対象が正負いずれに帯電していても簡単な構成で中和が可能となる。
In step S40, as shown in FIG. 3C, the
工程S50において、図3Dに示すように、イオンガン1がオフ状態かつシャッタ3が閉状態とされ、測定プローブ41−1〜41−nが水晶振動子5−1〜5−nに接触され、周波数測定器43によって水晶振動子5−1〜5−nの共振周波数が測定される。本実施例では、イオンガン1のオフ状態が維持され、シャッタ3が開放された後、0.2秒程度で再びシャッタ3を閉状態とする。中和処理完了後瞬時にシャッタ3を閉状態とすることで、処理対象である水晶振動子5をイオンガン1の熱影響から遮蔽することが可能となる。中和処理完了後は、数秒程度でシャッタ3を閉状態とすることが望ましい。なお、処理対象が熱影響を受けにくい場合は、工程S50において、シャッタ3は開状態であってもよい。
In step S50, as shown in FIG. 3D, the
工程S52において、周波数調整回数が所定数に達したか否かが判断され、所定数に達していない場合、処理は工程S54に進む。調整回数が所定数に達した場合、処理は工程S60に進み、周波数調整は終了する。 In step S52, it is determined whether or not the frequency adjustment count has reached a predetermined number. If the predetermined number has not been reached, the process proceeds to step S54. When the number of adjustments reaches the predetermined number, the process proceeds to step S60, and the frequency adjustment ends.
工程S54において、工程S50で測定された共振周波数(以下、「測定周波数」という)が水晶振動子5−1〜5−nそれぞれについて目標周波数と比較される。目標周波数に対する測定周波数の差、イオンビームの照射レート等に基づいて、水晶振動子5−1〜5−nそれぞれに対するイオンビームの追加照射量が算出される。 In step S54, the resonance frequency (hereinafter referred to as “measurement frequency”) measured in step S50 is compared with the target frequency for each of the crystal resonators 5-1 to 5-n. Based on the difference of the measurement frequency with respect to the target frequency, the irradiation rate of the ion beam, and the like, the additional irradiation amount of the ion beam for each of the crystal resonators 5-1 to 5-n is calculated.
工程S54の後、処理は工程S20に戻る。2回目以降の工程S20〜S30においては、水晶振動子5−1〜5−nに対する追加照射量に応じた時間だけシャッタ3−1〜3−nが開放される。従って、工程S30の開始(即ち、工程S20の終了)として、シャッタ3−1〜3−nを閉じるタイミングはそれぞれ異なる。なお、工程S54において算出された追加照射量が0の水晶振動子5−kがある場合、工程S20においてシャッタ3−kは閉状態が維持される。工程S20〜S50は数回程度繰り返されればよい。逆に、全ての水晶振動子5について1回の調整で済む場合は、工程S52及びS54は省略され、処理が工程S50から工程S60に移行するようにすればよい。
After step S54, the process returns to step S20. In the second and subsequent steps S20 to S30, the shutters 3-1 to 3-n are opened for a time corresponding to the additional irradiation amount with respect to the crystal resonators 5-1 to 5-n. Accordingly, the timing of closing the shutters 3-1 to 3-n is different as the start of the step S30 (that is, the end of the step S20). If there is a crystal resonator 5-k whose additional irradiation amount calculated in step S54 is 0, the shutter 3-k is kept closed in step S20. Steps S20 to S50 may be repeated about several times. On the other hand, when only one adjustment is required for all the
工程S10〜S60が各列の水晶振動子に対して繰り返された後に、工程70において、水晶振動子5が処理槽100から搬出される。工程S70において、処理槽100は大気に戻されてもよいし、真空状態を維持しつつ別途の搬送機構によって水晶振動子5が搬出されるようにしてもよい。シート基板を用いる場合は、搬出後に各水晶振動子5をフレームから切り離せばよい。
After steps S <b> 10 to S <b> 60 are repeated for each row of crystal resonators, the
図4Aに、実施例の周波数測定(工程S20〜S50)による測定結果を示す。横軸は時間、縦軸は、調整前の周波数Fに対する1回の周波数調整量ΔFの比を示す。本実施例では、目標とするΔF/Fは150ppmである。t0は、工程S20によりイオンガン1がオンされるとともにシャッタ3が開状態とされてイオンビームの照射が開始されたタイミングを示す。t1は、工程S30により、シャッタ3が閉じられるとともにイオンガン1がオフされたタイミングを示す。なお、t0からt1までの時間は数秒である。t1におけるイオンビーム照射の停止時から水晶振動子5が自然冷却される。t2は、水晶振動子5の温度が充分低下し、熱の影響がなくなるタイミングを示す。なお、図には表れていないが、照射熱の影響によりΔF/Fはt1の直後に一旦負側に振れる場合がある。t1〜t2に要する時間は1秒程度である。t3は、工程S40によりシャッタ3が開放されたタイミングを示す。工程S40は瞬時に完了し、t3の直後の任意の時間に工程S50の周波数の測定が実行される。
In FIG. 4A, the measurement result by the frequency measurement (process S20-S50) of an Example is shown. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the ratio of one frequency adjustment amount ΔF to the frequency F before adjustment. In this embodiment, the target ΔF / F is 150 ppm. t0 indicates the timing when the
本実施例では、t1から約10秒経過後に工程S40を開始するタイミング(t3)を設定しているが、工程S40の開始時はt1とt2の間であってもよい。但し、工程S50における周波数の測定はt2以降、即ち、水晶振動子5が充分に冷却された後に行う必要がある。
In this embodiment, the timing (t3) at which the process S40 is started after about 10 seconds from the time t1 is set, but the time at which the process S40 is started may be between t1 and t2. However, the frequency measurement in step S50 needs to be performed after t2, that is, after the
図4Bに、従来例の周波数測定(工程S40を含まないもの)による測定結果を示す。測定結果に示すように、イオンビームの照射が終了してから除電がほぼ終了するまで数分を要することが分かる。従って、工程S40を含まない場合にはイオンビーム照射の終了から周波数測定の開始を約数分間待たなければならなかったが、本発明のように工程S40を含むことにより、この待ち時間を大幅に短縮することができる。従って、本発明においては、工程S30によりイオンビームの照射を終了してから工程S50により周波数測定を開始するまでの時間を、理論的には水晶振動子5の冷却時間と等しい時間まで短縮することができる。
FIG. 4B shows a measurement result by frequency measurement of the conventional example (without step S40). As shown in the measurement results, it can be seen that it takes several minutes from the end of the ion beam irradiation until the neutralization is almost completed. Therefore, when step S40 is not included, it has been necessary to wait about several minutes from the end of ion beam irradiation for the start of frequency measurement. However, by including step S40 as in the present invention, this waiting time is greatly increased. It can be shortened. Therefore, in the present invention, the time from the end of ion beam irradiation in step S30 to the start of frequency measurement in step S50 is theoretically reduced to a time equal to the cooling time of the
また、工程S40を用いない自然放電による除電については、水晶振動子ごとに除電速度にばらつきがあることが分かっている。従って、自然放電による除電を用いる場合、イオンビーム照射後、所定の待ち時間及び所定の補正係数を適用して周波数測定を行っても、水晶振動子間での測定周波数ばらつきが発生する。一方、工程S40を用いる本実施例によると、除電完了後に周波数測定を行うことになるので、水晶振動子間での測定周波数のばらつきは非常に小さく、また、周波数測定に補正係数を適用する必要もない。 In addition, regarding static elimination by natural discharge without using step S40, it is known that there is a variation in the static elimination speed for each crystal resonator. Therefore, when neutralization by natural discharge is used, even if frequency measurement is performed by applying a predetermined waiting time and a predetermined correction coefficient after ion beam irradiation, measurement frequency variations among crystal resonators occur. On the other hand, according to the present embodiment using the step S40, the frequency measurement is performed after the static elimination is completed, so the variation in the measurement frequency between the crystal resonators is very small, and it is necessary to apply a correction coefficient to the frequency measurement. Nor.
このように、本発明によると、一般的な周波数調整装置を用いて簡単にチャージアップ対策を施すことができる。即ち、周波数調整装置における構造上の変更を行うことなく、既存の周波数調整装置からシャッタ3の開閉操作(及び、場合によってはイオンガン1への給電及び遮断操作)を変更するだけでチャージアップ対策を行うことができるので追加のコストや設計時間がかからず有利である。また、本発明は、チャージアップ対策のために構造上の変更を要しないので、種々の周波数調整装置に対して容易に導入することができ、汎用性が高い。 Thus, according to the present invention, it is possible to easily take a charge-up measure using a general frequency adjustment device. In other words, without changing the structure of the frequency adjusting device, the charge-up countermeasure can be taken only by changing the opening / closing operation of the shutter 3 (and, in some cases, the power supply and shut-off operation to the ion gun 1) from the existing frequency adjusting device. This is advantageous because it can be done without additional cost or design time. Further, since the present invention does not require structural changes for charge-up countermeasures, it can be easily introduced into various frequency adjustment devices, and is highly versatile.
変形例.
上記実施例では、いわゆる矩形イオンガン(イオンビームが帯状になるもの)を用いて複数の音叉型水晶振動子を周波数調整する例を示したが、本変形例では、筒形のイオンガン(イオンビームが線状となるもの)を用いて方形の水晶振動子を周波数調整する例を示す。
Modified example.
In the above embodiment, an example in which the frequency of a plurality of tuning fork type crystal resonators is adjusted using a so-called rectangular ion gun (one having an ion beam in a band shape) is shown. An example of adjusting the frequency of a square crystal resonator using a linear shape) is shown.
図5に本変形例に用いる周波数調整装置を示す。図1の場合と同様に、イオンガン6、処理対象の方形の水晶振動子9をイオンガン6に対して開閉するシャッタ7、及び水晶振動子9の共振周波数を測定する測定手段8を備え、これらの各部材の全部又は一部が処理槽200に含まれる。なお、イオンガン6への電源系は不図示であるが、図1と同様に適宜給電及び遮断されるものとする。この周波数調整装置の構成自体は一般的なものであり、イオンビームが線状であること以外は上記実施例と同様であるのでその詳細な説明を省略する。図6に本変形例による水晶振動子の製造方法のフローチャートを示す。
FIG. 5 shows a frequency adjusting device used in this modification. As in the case of FIG. 1, the
工程S110において、水晶振動子9がマスク90を介してイオンガン6に対向配置される。このとき、各水晶振動子9の共振周波数は目標周波数よりも低いものとする。なお、工程S110の前後に(遅くとも工程S120の前には)処理槽200は真空引きされるものとする。
In step S <b> 110, the crystal resonator 9 is disposed to face the
工程S120において、イオンガン6がオン状態とされ、シャッタ7が開放され、水晶振動子9にイオンビームが照射される(図3A参照)。例えば、実施例と同様に、アルゴンガスからプラズマを生成するものとすると、水晶振動子9は照射される+Arイオンによってエッチングされる。なお、この工程において、測定プローブ81は水晶振動子5に接触されており、周波数の測定はπ回路82及びネットワークアナライザ83によってリアルタイムに行われる。特に、水晶振動子9は方形タイプのものであるので、イオンビーム照射中の熱による影響を受け難い。従って、イオンビームの照射と同時に周波数を測定しても正確な値を得ることができる。
In step S120, the
工程S130において、シャッタ7が閉じられ、イオンガン6がオフ状態とされ、水晶振動子9へのイオンビームの照射が停止される(図3B参照)。ここで、水晶振動子9は帯電されている。
In step S130, the
工程S140において、イオンガン6のオフ状態が維持されつつ、シャッタ7が開放される。これにより、イオンガン6内部のプラズマから荷電粒子が拡散される(図3C参照)。この拡散された荷電粒子が水晶振動子9に到達すると、水晶振動子9に帯電していた電荷が中和され、水晶振動子9が除電される。この工程S140も、実質的に瞬時(1秒程度)に中和が完了する。
In step S140, the
ここで、シャッタ7を閉じる工程S130の直後にシャッタ7を開放する工程S140が開始されるので、理論上はシャッタ7を閉じる動作は省略してもよいことになるが、水晶振動子9へのイオンビーム照射量を正確に制御するために、工程S130ではシャッタ7の閉動作を行うことが望ましい。
Here, since the step S140 of opening the
工程S150において、イオンガン6がオフ状態かつシャッタ7が閉状態とされ、測定プローブ81が水晶振動子9に接触され、π回路82及びネットワークアナライザ83によって水晶振動子9の共振周波数が測定される(図3D参照)。なお、工程S150において、シャッタ7は開状態であってもよい。
In step S150, the
工程S155において、工程S150で測定された共振周波数(測定周波数)が目標周波数と比較される。測定周波数が目標周波数の所定範囲内に入っている場合、処理は工程S160に進み、周波数調整は終了する。測定周波数が目標周波数の所定範囲内に入っていない場合、処理は工程S120に戻る。 In step S155, the resonance frequency (measurement frequency) measured in step S150 is compared with the target frequency. If the measurement frequency is within the predetermined range of the target frequency, the process proceeds to step S160, and the frequency adjustment ends. If the measurement frequency is not within the predetermined range of the target frequency, the process returns to step S120.
2回目以降の工程S120において、水晶振動子9に対するイオンビームの追加照射量は、目標周波数に対する測定周波数の差、イオンビームの照射レート等に基づいて決定されるようにしてもよいし、予め定められた照射量で工程S120〜S150が繰り返されるようにしてもよい。なお、上記の予め定められた照射量は、工程S120の回数にかかわらず一定量としてもよいし、回数が増加するにつれて漸減する量としてもよい。なお、上記実施例と同様に、1回の周波数調整で済む場合は、工程S155は省略され、処理が工程S150から工程S160に移行するようにしてもよい。 In the second and subsequent steps S120, the additional irradiation amount of the ion beam to the crystal unit 9 may be determined based on the difference in the measurement frequency with respect to the target frequency, the irradiation rate of the ion beam, or the like. Steps S120 to S150 may be repeated with the given irradiation amount. In addition, said predetermined irradiation amount is good also as a fixed amount irrespective of the frequency | count of process S120, and is good also as an amount which decreases gradually as the frequency | count increases. As in the above embodiment, when only one frequency adjustment is required, step S155 may be omitted, and the process may be shifted from step S150 to step S160.
工程S110〜S160が処理対象の水晶振動子各々について繰り返された後に、工程S170において、水晶振動子9が処理槽200から搬出される。工程S170において、処理槽200は大気に戻されてもよいし、真空状態を維持しつつ別途の搬送機構によって水晶振動子9が搬出されるようにしてもよい。
After steps S110 to S160 are repeated for each crystal resonator to be processed, the crystal resonator 9 is unloaded from the
本変形例においても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。即ち、周波数調整装置における構造上の変更を行うことなく、既存の周波数調整装置からシャッタ7の開閉操作(及び、場合によってはイオンガン6への給電及び遮断操作)を変更するだけでチャージアップ対策を行うことができるので追加のコストや設計時間がかからず有利である。また、本変形例も、チャージアップ対策のために構造上の変更を要しないので、種々の周波数調整装置に対して容易に導入することができ、汎用性が高い。 Also in this modification, the same effect as the said Example can be acquired. In other words, without changing the structure of the frequency adjusting device, the charge-up countermeasure can be taken only by changing the opening / closing operation of the shutter 7 (and, in some cases, the power supply and shut-off operation to the ion gun 6) from the existing frequency adjusting device. This is advantageous because it can be done without additional cost or design time. In addition, since this modification also does not require structural changes for charge-up countermeasures, it can be easily introduced into various frequency adjusting devices and has high versatility.
図7Aに本発明の方法により製造された音叉型水晶振動子の周波数調整精度を示す。同図より、95%以上の水晶振動子が目標周波数Fの±5ppmの範囲で周波数調整されていることが分かる。一方、図7Bに従来の方法により製造された音叉型水晶振動子の周波数調整精度を示す。ここで従来の方法とは、ニュートラライザ16により電子を供給するが、ビーム照射停止後のチャージアップ対策は不実施の方法とする。特許文献1のような正イオンビーム照射によるエッチングと同時にエレクトロンポートから電子を供給する構成は、ニュートラライザ16と機能が同じである。図7Bより、イオンビーム照射と同時にニュートラライザ16から電子を供給する構成のみでは、周波数調整精度のばらつきが大きいことが分かる。本発明によりイオンビーム照射停止時に帯電した処理対象を中和する工程を追加し、その後周波数測定することで周波数測定精度を著しく向上させることができる。
FIG. 7A shows the frequency adjustment accuracy of a tuning fork type crystal resonator manufactured by the method of the present invention. From the figure, it can be seen that 95% or more of the crystal resonators are frequency adjusted within a range of ± 5 ppm of the target frequency F. On the other hand, FIG. 7B shows the frequency adjustment accuracy of a tuning fork type crystal resonator manufactured by a conventional method. Here, in the conventional method, electrons are supplied by the
なお、上記実施例及び変形例を用いて本発明を説明したが、本発明は以下のように変更可能である。例えば、上記実施例及び変形例においては、音叉型及び方形の水晶振動子の製造を例示したが、本発明は、他の種類の圧電素子に対しても適用できる。またさらに、本発明は、水晶振動子の周波数調整装置に限らず、イオンエッチングにおけるチャージアップが問題となる種々の装置に適用できる。 In addition, although this invention was demonstrated using the said Example and modification, this invention can be changed as follows. For example, in the above-described embodiments and modifications, the production of tuning fork type and square crystal resonators is exemplified, but the present invention can also be applied to other types of piezoelectric elements. Furthermore, the present invention can be applied not only to a crystal resonator frequency adjustment device but also to various devices in which charge-up in ion etching is a problem.
1、6.イオンガン
3、7.シャッタ
4、8.測定手段
5、9.水晶振動子
11.カソード
12.アノード
13.フィラメント
14.加速グリッド
15.遮蔽グリッド
16.ニュートラライザ
21.ビーム電源
22.放電電源
23.フィラメント電源
24.加速電源
25.ニュートラライザ電源
41、81.プローブ
42.周波数計測器
50.トレー
82.π回路
83.ネットワークアナライザ
90.マスク
100、200.処理槽
S1、S2.スイッチ
1,6.
Claims (6)
前記イオンガンをオン状態とし、前記シャッタを開放して前記圧電素子にイオンビームを照射する工程、
前記シャッタを閉じ、前記イオンガンをオフ状態とする工程、
前記イオンガンをオフ状態とし、前記シャッタを開放して、前記イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して前記圧電素子を曝露する工程、及び
前記イオンガンをオフ状態かつ前記シャッタを閉状態又は開状態として、前記測定手段によって前記圧電素子の共振周波数を測定する工程
を備える周波数測定方法。 A method for measuring the frequency of a piezoelectric element by a frequency adjusting device comprising an ion gun, a shutter that opens and closes between the piezoelectric element to be processed and the ion gun, and a measuring unit that measures a resonance frequency of the piezoelectric element,
Turning the ion gun on, opening the shutter and irradiating the piezoelectric element with an ion beam;
Closing the shutter and turning off the ion gun;
Turning the ion gun off and opening the shutter to expose the piezoelectric element to charged particles diffusing from plasma in the ion gun; and turning off the ion gun and closing or opening the shutter As a frequency measurement method comprising a step of measuring a resonance frequency of the piezoelectric element by the measurement means.
前記第1のグリッド及び前記第2のグリッドへの給電を遮断することによって前記イオンガンをオフ状態とする周波数測定方法。 The frequency measurement method according to claim 1, wherein the ion gun comprises a cathode and an anode for generating a plasma, and a first grid and a second grid for extracting ions from the plasma,
A frequency measurement method for turning off the ion gun by interrupting power supply to the first grid and the second grid.
(A)前記イオンガンをオン状態とし、前記シャッタを開状態として前記圧電素子にイオンビームを照射する工程、
(B)前記シャッタを閉状態とし、前記イオンガンをオフ状態とする工程、
(C)前記イオンガンをオフ状態かつ前記シャッタを開状態として、前記イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して前記圧電素子を曝露する工程、及び
(D)前記イオンガンをオフ状態かつ前記シャッタを閉状態又は開状態として、前記測定手段によって前記圧電素子の共振周波数を測定する工程
を備え、前記工程(A)から前記工程(D)が所定回数繰り返され、前記繰り返し工程中前記工程(D)において測定された共振周波数と目標周波数との差に基づいて、その後に実行される工程(A)におけるイオンビームの照射量が決定される周波数調整方法。 A frequency adjustment method of a piezoelectric element by a frequency adjustment device comprising an ion gun, a shutter that opens and closes between the piezoelectric element to be processed and the ion gun, and a measurement unit that measures a resonance frequency of the piezoelectric element,
(A) The ion gun is turned on, the shutter is opened, and the piezoelectric element is irradiated with an ion beam;
(B) a step of closing the shutter and turning off the ion gun;
(C) exposing the piezoelectric element to charged particles diffusing from plasma in the ion gun with the ion gun turned off and the shutter opened; and (D) the ion gun turned off and the shutter opened. A step of measuring the resonance frequency of the piezoelectric element by the measurement means as a closed state or an open state is provided, and the step (D) is repeated a predetermined number of times, and the step (D) is repeated during the repetition step. The frequency adjustment method in which the ion beam dose in the step (A) executed thereafter is determined based on the difference between the resonance frequency measured in step 1 and the target frequency.
前記第1のグリッド及び前記第2のグリッドへの給電を遮断することによって前記イオンガンをオフ状態とする周波数調整方法。 The frequency adjusting method according to claim 3, wherein the ion gun includes a cathode and an anode for generating a plasma, and a first grid and a second grid for extracting ions from the plasma,
A frequency adjustment method for turning off the ion gun by interrupting power supply to the first grid and the second grid.
(A)処理対象の圧電素子を処理槽に搬入してイオンガンに対向配置する工程、
(B)前記イオンガンをオン状態とし、前記圧電素子と前記イオンガンの間にあるシャッタを開状態として、前記圧電素子にイオンビームを照射する工程、
(C)前記シャッタを閉じ、前記イオンガンをオフ状態とする工程、
(D)前記イオンガンのオフ状態を維持し、前記シャッタを開放して、前記イオンガン内のプラズマから拡散する荷電粒子に対して前記圧電素子を曝露する工程、
(E)前記イオンガンをオフ状態かつ前記シャッタを閉状態又は開状態として、測定手段によって前記圧電素子の共振周波数を測定する工程、及び
(F)前記圧電素子を前記処理槽から搬出する工程
を含む製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising:
(A) A process of bringing a piezoelectric element to be processed into a processing tank and disposing it in opposition to an ion gun,
(B) turning on the ion gun, opening a shutter between the piezoelectric element and the ion gun, and irradiating the piezoelectric element with an ion beam;
(C) closing the shutter and turning off the ion gun;
(D) maintaining the ion gun in an off state, opening the shutter, and exposing the piezoelectric element to charged particles diffusing from plasma in the ion gun;
(E) a step of measuring the resonance frequency of the piezoelectric element by measurement means with the ion gun turned off and the shutter closed or open; and (F) carrying the piezoelectric element out of the processing tank. Production method.
前記第1のグリッド及び前記第2のグリッドへの給電を遮断することによって前記イオンガンをオフ状態とする製造方法。 6. The manufacturing method according to claim 5, wherein the ion gun includes a cathode and an anode for generating a plasma, and a first grid and a second grid for extracting ions from the plasma,
The manufacturing method which makes the said ion gun an OFF state by interrupting | blocking the electric power feeding to a said 1st grid and a said 2nd grid.
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