JP7112651B2

JP7112651B2 - 圧電基板の製造装置及び圧電基板の製造方法

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Publication number: JP7112651B2
Application number: JP2017254494A
Authority: JP
Inventors: 弘毅崔
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019121871A

Description

本発明は、励振電極などと共に圧電振動素子を構成する圧電片の製造に供される圧電基板の製造装置及び圧電基板の製造方法に関する。

圧電振動素子を構成する圧電片は、圧電基板（例えば、圧電ウェハ）を個片化して製造される。厚みすべり振動モードを利用する水晶振動素子などの圧電振動素子において、圧電片の厚み変動による周波数特性への影響を低減させるため、圧電基板の厚さを高い加工精度によって加工することが求められる。

例えば、特許文献１には、測定と加工とに兼用される電極を備え、当該電極を用いて圧電基板の厚み分布を取得し、当該厚みの分布に基づき当該電極を用いたプラズマによるエッチング量を電極の位置ごとに決定する水晶加工装置が開示されている。これによれば、電極と当該電極の位置決め部とが同じであるため、測定工程と加工工程との間での位置誤差を低減し、加工精度を向上できる。しかし、エッチングによって発生したパーティクルなどの汚染物質が水晶基板の表面に付着する。汚染物質に起因した加工精度及び加工速度の低下を抑制するためには、汚染物質を除去する必要がある。

例えば、特許文献２には、半導体プロセス装置において、支持構造物、チャンバ部、またはステージ部などの周辺機器に機械的な振動を加えるための振動子を設け、クリーニング時や加工時に周辺機器などから基板を間接的に加振する構成が開示されている。

特開２０１５－１４６５１２号公報特開平７－１６１６３９号公報

しかしながら、プラズマエッチングの加工時に間接的に基板を加振すると、加工部と基板の相対位置が加振によって変化し、加工精度が低下するという課題が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、加工精度の低下が抑制可能な圧電基板の製造装置及び圧電基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る圧電基板の製造装置は、第１電極と、１対の対向する主面を有する圧電基板を挟んで第１電極と対向する第２電極と、第１電極と第２電極との間に加工電圧を印加してプラズマ化された処理ガスによって１対の主面間の厚みを小さくするように圧電基板に除去加工を行う加工部と、加工電圧の加工周波数を圧電基板の励振周波数に制御する制御部と、を備える。

本発明の一態様に係る圧電基板の製造方法は、第１電極と第２電極との間に１対の対向する主面を有する圧電基板を配置する工程と、制御部によって圧電基板の励振周波数に加工電圧の加工周波数を制御する工程と、加工部によって第１電極と第２電極との間に加工電圧を印加することでプラズマ化された処理ガスによって１対の主面間の厚みを小さくするように圧電基板に除去加工を行う工程と、を備える。

本発明によれば、加工精度の改善を図ることが可能な圧電基板の製造装置及び圧電基板の製造方法を提供することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置を利用する圧電基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図３は、圧電基板の厚さを測定する測定工程を概略的に示す図である。図４は、圧電基板をプラズマによってエッチングする加工工程を概略的に示す図である。図５は、第２実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。図６は、第３実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。図７は、第３実施形態に係る第２電極について、第２電極の対向面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。但し、第２実施形態以降において、第１実施形態と同一又は類似の構成要素は、第１実施形態と同一又は類似の符号で表し、詳細な説明を適宜省略する。また、第２実施形態以降の実施形態において得られる効果について、第１実施形態と同様のものについては説明を適宜省略する。各実施形態の図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

＜第１実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。

圧電基板の製造装置１００は、圧電性を有する材料を含み１対の対向する主面を有する圧電基板にプラズマ化させた処理ガスによるドライエッチング処理を行う装置である。圧電基板の製造装置１００は、第１電極１１０、第２電極１２０、検出器１８０、駆動部１３０、供給部１４０、カバー１５０、制御部１６１、測定部１６３、及び加工部１６５を備えている。

第１電極１１０は、圧電基板の製造装置１００のステージ上に設けられた板状の電極であり、下部電極に相当する。動作時には第１電極１１０の載置面１１０Ａ上に圧電基板が配置される。図示を省略しているが、第１電極１１０には、圧電基板を吸引してフラットな姿勢で保持するためのエアチャックが備えられている。

第２電極１２０は、第１電極１１０と対を成し、加工電極として機能する。つまり、第２電極１２０は、第１電極１１０と対向する対向面１２０Ａを有している。そして、第１電極１１０及び第２電極１２０は、第１電極１１０の載置面１１０Ａと第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間に交番電界を形成する加工電圧が印加される。載置面１１０Ａと対向面１２０Ａとの間に挟まれた加工領域において、交番電界は、圧電基板の上の処理ガスをプラズマ化して、圧電基板をドライエッチングする。また、交番電界は、圧電基板において加工領域を局所的に励振する。

検出器１８０は、圧電基板の１対の主面間の距離である厚みを算出するために、圧電基板における反射光を測定する部品である。検出器１８０は、測定部１６３に接続されている。検出器１８０は、発光部１８１及び受光部１８２を備えている。発光部１８１は、圧電基板に光を照射する。受光部１８２は、圧電基板での反射光を受光する。圧電基板の製造装置１００では、この反射光を検出することで、圧電基板の厚みを非接触に測定することができる。

検出器１８０は、第２電極１２０に対する相対的な位置を固定されている。発光部１８１及び受光部１８２は、カバー１５０に固定されている。つまり、共通して固定された第２電極１２０と検出器１８０とが、第１電極１１０に対する相対的位置を同時に変化させる構成となっている。これによれば、測定領域及び加工領域が同じ駆動部１３０及び制御部１６１によって決定される。このため、圧電基板の製造装置１００は、測定領域と加工領域の位置の誤差を低減することができる。つまり、圧電基板の製造装置１００は、加工精度を改善させることができる。

圧電基板において、検出器１８０によって光を照射されて反射する測定領域は、プラズマによるエッチングを実施する加工領域と同じ位置であってもよい。つまり、発光部１８１は、第１電極１１０の載置面１１０Ａと第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間の加工領域に向かって光を照射してもよい。このとき、受光部１８２は、加工領域での反射光を受光する。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、圧電基板の加工領域における加工中の厚みを測定することができる。すなわち、圧電基板の製造装置１００は、加工中の厚み変化を測定することができる。

発光部１８１が照射する光および受光部１８２が受光する反射光は、線状であってもよく、面状であってもよい。圧電基板の製造装置１００は、線状又は面状の光を利用することで、圧電基板の厚みの測定効率を向上させることができる。

検出器１８０は、測定部１６３によって圧電基板の厚みを算出することができれば、反射光を測定するための部品に限定されるものではない。検出器１８０は、反射光以外の光学的特性を測定するための部品でもよく、後述する電気的特性を測定するための部品であってもよい。

駆動部１３０は、第２電極１２０及び検出器１８０の、第１電極１１０に対する相対位置を変化させる。駆動部１３０は、第２電極１２０及び検出器１８０を保持し、第２電極１２０及び検出器１８０を一体的に移動させる。圧電基板の製造装置１００は、圧電基板を載せる台として第１電極１１０を動かさず、第２電極１２０及び検出器１８０を動かして、厚みの測定と加工を行う。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、測定開始から加工終了にかけて圧電基板を静置することで、圧電基板の撓み等の変形を抑制し、測定精度及び加工精度を改善させることができる。なお、駆動部１３０は、圧電基板を載せた第１電極１１０を動かすものであってもよい。

供給部１４０は、プラズマ化する処理ガスを供給する。処理ガスは、第１電極１１０の載置面１１０Ａと第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間に供給される。供給部１４０は、図示を省略したボンベ、配管、開閉弁、等を有する。水晶基板をエッチングする処理ガスとしては、一例として、四フッ化炭素（ＣＦ₄）及び酸素（Ｏ₂）からなるプロセスガスに、アルゴン（Ａｒ）などのキャリアガスを混合したものを挙げることができる。供給部１４０は、プロセスガスとキャリアガスとの混合比や、処理ガスの供給量を調整することで、加工速度を調整することができる。供給部１４０は、処理ガスにさらにＨ₂ガスを混合してもよく、これによれば加工速度を低下させることができる。つまり、水晶基板の加工量をより細かく調整することができるようになる。

カバー１５０は、第２電極１２０を先端が露出するように囲み、供給部１４０から処理ガスを供給される内部空間１５１を有する。カバー１５０は、第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間に隙間１５３を有する。処理ガスは、内部空間１５１に広がりカバー１５０の内側を外側に対して陽圧にし、隙間１５３から流出する。すなわち、カバー１５０は、処理ガスを第２電極１２０の先端へと導くノズルに相当する。圧電基板の製造装置１００が大気開放型プラズマエッチング装置である場合、カバー１５０は、処理ガスの拡散を抑制し、処理ガスの利用効率を向上させることができる。圧電基板の製造装置１００が真空密閉型プラズマエッチング装置である場合、圧電基板の製造装置１００を内部に収める真空チャンバ内において、処理ガスの拡散をカバー１５０によって所定の状態に制御することができる。すなわち、カバー１５０によって、圧電基板の製造装置１００は、効率的にプラズマを発生させることができる。また、プラズマエッチングによって発生する汚染源による真空チャンバの内壁の汚染を低減することができる。

圧電基板の製造装置１００は、処理ガスを隙間１５３から第２電極１２０の先端に供給する。したがって、第２電極１２０の先端において、エッチング済みの排気ガスを未反応の処理ガスで置換することができる。つまり、プラズマ濃度の均一性を保つことができ、加工精度を改善させることができる。また、圧電基板の製造装置１００は、エッチングによって発生したパーティクルを、第１電極１１０の載置面１１０Ａと第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間の空間から、未反応ガスによって押し流すことができる。したがって、圧電基板の製造装置１００は、加工領域の汚染を抑制し、加工精度を改善させることができる。

制御部１６１は、駆動部１３０、供給部１４０、測定部１６３、及び加工部１６５を制御し、圧電基板を加工する。制御部１６１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等からなるマイクロコンピュータである。制御部１６１は、例えば圧電基板の厚みが均一となるように、加工量を調整する。制御部１６１は、圧電基板の厚みが圧電基板内の位置によって変化するように加工量を設定してもよい。制御部１６１は、駆動部１３０を制御して、第１電極１１０に対する、第２電極１２０及び検出器１８０の相対位置を変化させる。制御部１６１は、供給部１４０を制御して、プロセスガスとキャリアガスとの混合比や処理ガスの供給量を調整する。制御部１６１は、測定部１６３を制御して、圧電基板の厚みを測定する。制御部１６１は、加工部１６５を制御して、圧電基板に除去加工を行う。

測定部１６３は、受光部１８２において受光した反射光を分光し、圧電基板の測定領域の厚みを測定する。測定部１６３は、例えば集積回路（ＩＣ）チップからなり、測定回路に相当する。圧電基板の製造装置１００は、測定部１６３を備えており、第１電極１１０の載置面１１０Ａから圧電基板を移動させることなく、測定と加工を実施することができる。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、測定領域と加工領域との位置精度を改善させることできるため、加工精度を改善させることができる。測定部１６３は、駆動部１３０と共に制御部１６１によって連動するように制御される。これにより、圧電基板の製造装置１００は、測定領域を変えながら厚みを測定し、圧電基板全体の厚み分布を測定する。

加工部１６５は、第１電極１１０と第２電極１２０との間に加工電力を印加し、処理ガスをプラズマ化させて圧電基板に除去加工を行う。すなわち、圧電基板の製造装置１００は、プラズマを用いたドライエッチングによって圧電基板を除去加工する。このような除去加工は、圧電基板の除去加工による厚みの調整あるいは表面形状の付与の他、表面のクリーニング、表面改質、などの効果を得ることもできる。加工部１６５は、例えば、ＩＣチップからなり、加工回路に相当する。加工電圧は、高周波電圧であり、第１電極１１０と第２電極１２０との間に高周波の交番電界を形成する。例えば水晶基板を加工する場合、ＣＦ₄プラズマで発生したＦラジカルがＳｉＯ₂中のＳｉと反応し、蒸気圧の高いＳｉＦ₄となり排気される。同時に、ＳｉＯ₂中のＯは、ＣＯ_Xとして排気される。他にも、水晶基板の表面近傍にイオンシースが形成され、水晶基板の表面を陽イオンが衝撃する。これは、ラジカルの化学反応や反応生成物の離脱を促進するとともに、スパッタエッチングを起こしパーティクルを発生させる。このように、加工工程においては、加工領域から排気ガスやパーティクル等の汚染源が飛散する。

加工電圧の加工周波数は、制御部１６１によって、圧電基板の励振周波数に制御される。これによれば、加工中は圧電基板の加工領域が励振される。つまり、圧電基板が直接的に振動させられる。このため、圧電基板の製造装置１００は、加工中における圧電基板の加工領域への汚染源の付着を抑制すると共に、付着済みの汚染源を除去することができる。したがって、圧電基板の製造装置１００は、汚染源による加工の阻害を抑制し、加工精度を改善させることができる。また、圧電基板は、加工領域が局所的に振動させられ、加工領域の外側は殆ど振動しない。このため、圧電基板の製造装置１００は、励振に起因した圧電基板の変位による加工精度の低下を抑制することができる。すなわち、加工精度を改善させることができる。この励振周波数は、例えば、厚みすべり振動モード（ＴｈｉｃｋｎｅｓｓＳｈｅａｒＶｉｂｒａｔｉｏｎＭｏｄｅ）である。より詳細には、厚みすべり振動モードは、交番電界が印加される励振領域に厚みすべり振動が集中する振動の閉じ込め現象を利用できるため、励振領域の周囲の圧電基板への振動の漏れが小さくできる。すなわち、交番電界が印加される圧電基板の加工領域に振動エネルギーを局所的に閉じ込めることができる。そのため、圧電基板の全体が振動する場合と比べて、圧電基板が第１電極１１０の載置面１１０Ａにおける固定位置から変位することを抑制可能である。つまり、第１電極１１０及び第２電極１２０に対する圧電基板の相対位置の変動が低減できる。また、振動エネルギーが圧電基板の製造装置１００へ伝搬することを抑制できる。すなわち、圧電基板の載置面１１０Ａを有する第１電極１１０と、第２電極１２０とに与える振動の影響を低減でき、加工時の第１電極１１０と第２電極１２０との相対位置の変動が低減できる。これにより、加工精度の低下を抑制できる。

加工電圧の加工周波数を決定する圧電基板の励振周波数は、圧電基板の加工後の厚みの目標値に基づいて算出される。例えば、圧電基板がＡＴカット型の水晶基板であるとき、水晶基板の１対の主面間の厚みｄ［ｍ］と、厚みすべり振動モードの基本モードの励振周波数ｆ［Ｈｚ］との間に、
ｆ＝ｋ・１６７０／ｄ・・・（式１）
式１が成り立と仮定する。なお、ｋは電気機械結合定数によって定める比例定数とする。この場合、厚みｄの値から、励振周波数ｆの値を容易な演算処理によって算出することができる。そのため、演算処理の時間を短縮できる。加工の前後において圧電基板の厚みの変化が小さい場合、厚みの目標値に基づいて算出される励振周波数によって決定された周波数の加工電圧は、加工前及び加工中の圧電基板を厚みすべり振動による共振振動現象を利用して効率よく振動させることができる。また、圧電基板の製造装置１００は、圧電基板の主面に除去加工を施す際、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま、第１電極１１０と第２電極１２０との相対位置を変化させればよい。このため、制御が簡便な圧電基板の製造装置１００を提供することができる。なお、加工電圧の加工周波数は、式１により算出された励振周波数ｆをそのまま用いるものであってもよく、励振周波数ｆを補正する計算処理を行ったものでもよい。

加工電圧の加工周波数を決定する圧電基板の励振周波数は、圧電基板の加工前の厚みの測定値に基づいて算出されてもよい。すなわち、制御部１６１が、測定部１６３から圧電基板の厚みに関するデータを取得し、この厚みに関するデータに基づいて加工部１６５を制御してもよい。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、測定工程によって、圧電基板の全面に亘る厚み分布、必要な加工量の分布、及び加工電圧の加工周波数を算出することができる。ここでいう厚み分布とは、圧電基板内の各位置に対して厚みの値をマッピングしたものである。他の「分布」についても同様とする。厚みに関するデータが厚み分布である場合、加工電圧の加工周波数は、厚みの平均値、中央値、最頻値、等の統計量に基づいて算出された励振周波数に制御されてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま圧電基板全体にドライエッチング方法による除去加工を施すことができる。加工電圧の加工周波数は、周波数分布として制御されてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、加工精度を改善させることができる。

加工電圧の加工周波数は、圧電基板の加工前の厚みの測定値と、加工後の厚みの目標値と、を参照して算出された圧電基板の加工中に変化する厚みの値に基づいて式１により算出された励振周波数ｆを用いて決定されてもよい。つまり、加工電圧の加工周波数を加工中の時間経過に応じて変化させてもよい。例えば、加工中の厚みは、加工前後の厚みと、加工速度と、加工の経過時間によって算出する。すなわち、加工の経過時間を変数とする厚みの関数ｄ（ｔ）を作成する。式１と関数ｄ（ｔ）によって、加工の経過時間を変数とする励振周波数の関数ｆ（ｔ）を作成する。そして、関数ｆ（ｔ）に基づいて加工電圧の加工周波数を変化させる。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に加工電圧を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、圧電基板の製造装置１００は、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を充分に振動させることができる。つまり、圧電基板の製造装置１００は、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。

なお、加工電圧の加工周波数は、加工中の特定の時点での厚みの値に基づいて式１により算出された励振周波数ｆを用いて決定されてもよい。例えば、圧電基板の加工に要する時間をＴとしたとき、加工開始からＴ／２経過した時点での圧電基板の厚みの推定値を算出し、その厚みの推定値に基づいて式１により励振周波数ｆを算出し、励振周波数ｆを用いて加工電圧の加工周波数を決定してもよい。

測定部１６３は、加工中に圧電基板の加工領域の厚みを測定し、制御部１６１は、加工中に変化する加工領域の厚みの測定値に基づいて式１から算出された励振周波数ｆを用いて決定されてもよい。つまり、加工電圧の加工周波数を加工中の時間経過に応じて変化させてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置１００は、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に加工電圧を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、圧電基板の製造装置１００は、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を充分に振動させることができる。つまり、圧電基板の製造装置１００は、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。この場合、式１の仮定を用いれば、厚み測定値による割り算だけから励振周波数ｆが算出される。そのため、加工の進度と同期して励振周波数ｆを算出し、励振周波数ｆの変化に応じて加工周波数を制御する場合に、式１は演算時間の短縮の観点で効果を有する。

次に、図２～図４を参照しつつ、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００を用いた圧電基板の製造方法について説明する。図２は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置を利用する圧電基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図３は、圧電基板の厚さを測定する測定工程を概略的に示す図である。図４は、圧電基板をプラズマによってエッチングする加工工程を概略的に示す図である。

まず、圧電基板１７０を第１電極１１０の上に載置する（Ｓ１１）。図３に示すように、圧電基板１７０は、第１電極１１０と第２電極１２０との間に配置される。圧電基板１７０は、互いに対向する一対の主面１７０Ａ，１７０Ｂを有する。一方の主面１７０Ｂが第１電極１１０に接触し、他方の主面１７０Ａが第２電極１２０と間隔を空けて対向するように、圧電基板１７０は配置される。

次に、厚さを測定する（Ｓ１２）。発光部１８１が圧電基板の測定領域１７１に向けて光を照射し、受光部１８２が測定領域１７１の主面１７０Ａで反射された反射光を受光する。この反射光を分光することで、圧電基板の測定領域１７１の厚みを算出する。１つの測定領域１７１で測定が終わると、駆動部１３０によって検出器１８０を第２電極１２０ごと移動させ、別の測定領域で厚みを測定する。このように、測定と移動を繰り返すことで、圧電基板１７０の厚みの分布を測定する。

次に、加工量の分布を算出する（Ｓ１３）。工程Ｓ１２において測定した加工前の圧電基板１７０の厚みの分布と、圧電基板１７０の厚みの目標値から、必要とされる加工量の分布を算出する。

次に、加工電圧の周波数を決定する（Ｓ１４）。例えば、工程Ｓ１２において測定した加工前の圧電基板１７０の厚みの分布から厚みの平均値を算出する。そして、厚みの平均値に基づいて圧電基板１７０の励振周波数を式１の関係により算出する。この励振周波数に基づいて加工電圧の加工周波数を決定する。

次に、処理ガス１４１を供給する（Ｓ１５）。図４に示すように、供給部１４０は、カバー１５０の内部空間１５１へと処理ガス１４１を供給する。内部空間１５１に充満した処理ガス１４１は、隙間１５３を通って、圧電基板１７０の加工領域１７２における主面１７０Ｂの上の空間に供給される。ここでいう主面１７０Ｂの上の空間とは、圧電基板１７０の主面１７０Ｂと第２電極１２０の対向面１２０Ａとの間、すなわち加工領域１７２と第２電極１２０との間の空間に相当する。主面１７０Ｂの上の空間への処理ガス１４１の供給速度は、内部空間１５１の内圧、隙間１５３の断面積、圧電基板１７０の加工速度、等によって決定される。

次に、プラズマによってエッチングする（Ｓ１６）。第１電極１１０と第２電極１２０との間に加工電圧を印加し、処理ガス１４１をプラズマ化する。このとき、圧電基板１７０の加工領域１７２は、励振されている。工程Ｓ１３において算出した加工量の分布に基づいて、加工領域７３の主面１７０Ａをエッチング処理する。１つの加工領域１７２でのエッチング処理が終わると、駆動部１３０によって第２電極１２０を検出器１８０と共に移動させ、別の加工領域をエッチング処理する。このように、加工と移動を繰り返すことで、圧電基板１７０の厚みの分布を目標値に近付ける。

＜第２実施形態＞
図５を参照しつつ、第２実施形態に係る圧電基板の製造装置２００について説明する。図５は、第２実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。

第２実施形態に係る圧電基板の製造装置２００は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００と同様に、第１電極２１０、第２電極２２０、駆動部２３０、供給部２４０、カバー２５０、制御部２６１、測定部２６３、及び加工部２６５を備えている。第１電極２１０は載置面２１０Ａを有し、第２電極２２０は対向面２２０Ａを有する。カバー２５０は、内部空間２５１を有しており、第２電極２２０の先端との間に隙間２５３を有している。

第２実施形態に係る圧電基板の製造装置２００は、発光部１８１及び受光部１８２の代わりに第３電極２８３を備えている点で、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００と相違している。

第３電極２８３は、第１電極２１０と対を成し、検出器２８０に相当する。第３電極２８３は、第１電極２１０と対向する対向面２８３Ａを有している。第３電極２８３は、第１電極２１０の載置面２１０Ａと第３電極２８３の対向面２８３Ａとの間に電場を形成するための測定電極である。第３電極２８３は、カバー２５０の外側に設けられ、第２電極２２０との相対位置が固定されている。つまり、共通して固定された第３電極２８３と第２電極１２０が、駆動部２３０によって、第１電極１１０に対して同時に移動するように構成されている。

測定部２６３は、第１電極２１０と第３電極２８３との間に高周波の測定電圧を印加し、電気的特性の一種である周波数特性に基づいて圧電基板の厚さを測定する。測定部２６３は、例えば、発振器や増幅器などを備える集積回路（ＩＣ）チップからなり、測定回路に相当する。第２電極２２０と第３電極２８３とがカバー２５０を挟むように配置されることにより、加工時に発生する発生源による第３電極２８３の汚染を抑制することができる。測定電圧を圧電基板の励振周波数とすることで、圧電基板の厚みの測定時に、圧電基板の表面に付着した汚染源を除去することができる。

なお、測定部２６３は、電気的特性に基づいて圧電基板の厚みを測定するものであれば、周波数特性に基づいた測定に限定されない。例えば、測定部２６３は、静電容量に基づいて、圧電基板の厚みを測定してもよい。このとき、圧電基板の厚みｄ［ｍ］、第３電極２８３の対向面２８３Ａの面積Ｓ［ｍ²］、圧電基板の誘電率ε、静電容量Ｃ［Ｆ］との関係に、下式（２）が成り立つと仮定する。
Ｃ＝εＳ／ｄ・・・（式２）
この場合、εとＳとを固定値と見なして静電容量Ｃを測定することで、厚みｄを算出することができる。制御部２６１、測定部２６３、及び加工部２６５において、電気回路等を共用することが可能である場合、圧電基板の製造装置２００の構成を簡略化することができる。

＜第３実施形態＞
図６及び図７を参照しつつ、第３実施形態に係る圧電基板の製造装置３００について説明する。図６は、第３実施形態に係る圧電基板の製造装置の構成を概略的に示す図である。図７は、第３実施形態に係る第２電極について、第２電極の対向面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。

第３実施形態に係る圧電基板の製造装置３００は、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００と同様に、第１電極３１０、第２電極３２０、駆動部３３０、供給部３４０、カバー３５０、及び検出器３８０（発光部３８１，受光部３８２）を備えている。第１電極３１０は載置面３１０Ａを有し、第２電極３２０は対向面３２０Ａを有する。カバー３５０の内部には内部空間３５１が形成されている。

第３実施形態に係る圧電基板の製造装置３００は、第２電極３２０に少なくとも１つの貫通孔Ｈが形成されている点で、第１実施形態に係る圧電基板の製造装置１００と相違している。

貫通孔Ｈは、第２電極３２０の内部空間３５１側の内向面３２０Ｂから第１電極３１０側の対向面３２０Ａまでを貫通している。貫通孔Ｈは、供給部３４０からカバー３５０の内部空間３５１へと供給された処理ガスを、第１電極３１０と第２電極３２０との間に供給する。処理ガスを均一に供給するためには、第２電極３２０の対向面３２０Ａを平面視したとき、貫通孔Ｈ１つ１つの断面積が小さく、貫通孔Ｈの数が多いことが望ましい。これによれば、第１電極３１０と第２電極３２０との間における処理ガスの濃度の均一性を向上させることができる。貫通孔Ｈの形状は特に限定されるものではなく、円柱状、スリット状、多孔質状、又はこれらの組み合わせ、等から好適に設計することができる。

以上のように、本発明の一態様によれば、第１電極１１０と、１対の対向する主面１７０Ａ、１７０Ｂを有する圧電基板１７０を挟んで第１電極１１０と対向する第２電極１２０と、第１電極１１０と第２電極１２０との間に加工電圧を印加してプラズマ化された処理ガス１４１によって１対の対向する主面１７０Ａ、１７０Ｂ間の厚みを小さくするように圧電基板１７０に除去加工を行う加工部１６５と、加工電圧の加工周波数を圧電基板１７０の励振周波数に制御する制御部１６１と、を備える圧電基板の製造装置１００が提供される。

上記態様によれば、加工中は圧電基板の加工領域が励振される。つまり、圧電基板が直接的に振動させられ。このため、圧電基板の製造装置は、加工中における圧電基板の加工領域への汚染源の付着を抑制すると共に、付着済みの汚染源を除去することができる。したがって、圧電基板の製造装置は、汚染源による加工の阻害を抑制し、加工精度を改善させることができる。

制御部１６１は、圧電基板１７０の厚みすべり振動モードの基本モードの励振周波数に加工周波数を制御してもよい。厚みすべり振動モードは、交番電界が印加される励振領域に厚みすべり振動が集中する振動の閉じ込め現象を利用できるため、励振領域の周囲の圧電基板への振動の漏れが小さくできる。すなわち、交番電界が印加される圧電基板の加工領域に振動エネルギーを局所的に閉じ込めることができる。そのため、振動エネルギーが、圧電基板の載置面を有する第１電極と、第２電極とに与える振動の影響を低減でき、加工時の第１電極と第２電極との相対位置の変動が低減できる。同様に、振動エネルギーによって、圧電基板が第１電極の載置面における固定位置から変位することを抑制可能である。つまり、第１電極及び第２電極に対する圧電基板の相対位置の変動が低減できる。これにより、加工精度の低下を抑制できる。

圧電基板の製造装置１００は、圧電基板１７０の厚みを測定する測定部１６３をさらに備えてもよい。圧電基板の製造装置は、測定部を備えており、第１電極の載置面から圧電基板を移動させることなく、測定と加工を実施することができる。これによれば、圧電基板の製造装置は、測定領域と加工領域との位置精度を改善させることできるため、加工精度を改善させることができる。

圧電基板の製造装置１００は、圧電基板１７０に光を照射する発光部１８１と、光の圧電基板１７０での反射光を受光する受光部１８２と、をさらに備え、測定部１６３は、反射光を分光して圧電基板１７０の厚みを測定してもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、圧電基板の厚みを非接触に測定することができる。また、圧電基板の製造装置は、圧電基板の加工領域における加工中の厚みを測定することができる。すなわち、圧電基板の製造装置は、加工中の厚み変化を測定することができる。

励振周波数は、圧電基板１７０の加工後の厚みの目標値に基づいて算出されてもよい。これによれば、加工の前後において圧電基板の厚みの変化が小さい場合、厚みの目標値に基づいて算出される励振周波数によって決定された周波数である加工周波数を有する加工電圧は、加工前及び加工中の圧電基板を充分に振動させることができる。また、圧電基板の製造装置は、圧電基板の全体に除去加工を施す際、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま、第１電極と第２電極との相対位置を変化させればよい。このため、制御が簡便な圧電基板の製造装置を提供することができる。

励振周波数は、測定部１６３によって測定された圧電基板１７０の加工前の厚みに基づいて算出されてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、測定工程によって、圧電基板の全面に亘る厚み分布、必要な加工量の分布、及び加工電圧の加工周波数を算出することができる。厚みに関するデータが厚み分布である場合、加工電圧の加工周波数は、厚みの平均値、中央値、最頻値、等の統計量に基づいて算出された励振周波数に制御されてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま圧電基板の全体に除去加工を施すことができる。加工電圧の加工周波数は、周波数分布として制御されてもよい。つまり、位置によって加工電圧の加工周波数を変えてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、加工精度を改善させることができる。

励振周波数は、測定部１６３によって測定された圧電基板１７０の加工前の厚みの測定値と、圧電基板１７０の加工後の厚みの目標値と、に基づいて得られた圧電基板１７０の加工中の厚みに応じて算出されてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に加工電圧を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、圧電基板の製造装置は、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を効率よく振動させることができる。つまり、圧電基板の製造装置は、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。

測定部１６３は、加工中に圧電基板１７０の加工領域の厚みを測定し、制御部１６１は、加工領域の厚みの変化に応じて、加工周波数を加工中に変化させてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置は、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に加工電圧を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、圧電基板の製造装置は、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を効率よく振動させることができる。つまり、圧電基板の製造装置は、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。

圧電基板の製造装置１００は、第２電極１２０を先端が露出するように囲むカバー１５０と、カバー１５０の内部空間２５１に処理ガスを供給する供給部１４０と、をさらに備えてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置が大気開放型プラズマエッチング装置である場合、カバーは、処理ガスの拡散を抑制し、処理ガスの利用効率を向上させることができる。圧電基板の製造装置が真空密閉型プラズマエッチング装置である場合、圧電基板の製造装置を内部に収める真空チャンバ内において、処理ガスの拡散をカバーによって所定の状態に制御することができる。すなわち、圧電基板の製造装置は、カバーによって、効率的にプラズマを発生させることができる。また、プラズマエッチングによって発生する汚染源による真空チャンバの内壁の汚染を低減することができる。

圧電基板の製造装置１００は、測定部１６３に接続され第２電極１２０との相対位置が固定された検出器１８０と、第１電極１１０に対して、第２電極１２０及び検出器１８０の相対位置を変化させる駆動部１３０と、をさらに備えてもよい。これによれば、測定領域及び加工領域が同じ駆動部及び制御部によって決定される。このため、圧電基板の製造装置は、測定領域と加工領域の位置の誤差を低減することができる。つまり、圧電基板の製造装置は、加工精度を改善させることができる。また、圧電基板の製造装置は、測定開始から加工終了にかけて圧電基板を静置することで、圧電基板の撓み等の変形を抑制し、測定精度及び加工精度を改善させることができる。

本発明の他の一態様によれば、第１電極１１０と第２電極１２０との間に１対の対向する主面１７０Ａ，１７０Ｂを有する圧電基板１７０を配置する工程と、制御部１６１によって圧電基板１７０の励振周波数に加工電圧の加工周波数を制御する工程と、加工部１６５によって第１電極１１０と第２電極１２０との間に加工電圧を印加することでプラズマ化された処理ガスによって１対の対向する主面１７０Ａ，１７０Ｂ間の厚みを小さくするように圧電基板１７０に除去加工を行う工程と、を備える圧電基板１７０の製造方法が提供される。

上記態様によれば、加工中は圧電基板の加工領域が励振される。つまり、圧電基板が直接的に振動させられる。このため、圧電基板の製造方法において、加工中における圧電基板の加工領域への汚染源の付着を抑制すると共に、付着済みの汚染源を除去することができる。したがって、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、汚染源による加工の阻害を抑制し、加工精度を改善させることができる。

励振周波数は、圧電基板１７０の厚みすべり振動モードの基本モードの励振周波数であってもよい。厚みすべり振動モードは、交番電界が印加される励振領域に厚みすべり振動が集中する振動の閉じ込め現象を利用できるため、励振領域の周囲の圧電基板への振動の漏れが小さくできる。すなわち、交番電界が印加される圧電基板の加工領域に振動エネルギーを局所的に閉じ込めることができる。そのため、振動エネルギーが、圧電基板の載置面を有する第１電極と、第２電極とに与える振動の影響を低減でき、加工時の第１電極と第２電極との相対位置の変動が低減できる。同様に、振動エネルギーによって、圧電基板が第１電極の載置面における固定位置から変位することを抑制可能である。つまり、第１電極及び第２電極に対する圧電基板の相対位置の変動が低減できる。これにより、加工精度の低下を抑制できる。

圧電基板１７０の製造方法は、測定部１６３によって圧電基板１７０の厚みを測定する工程をさらに備えてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法において、第１電極の載置面から圧電基板を移動させることなく、測定と加工を実施することができる。これによれば、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、測定領域と加工領域との位置精度を改善させることできるため、加工精度を改善させることができる。

厚みを測定する工程は、発光部１８１から圧電基板１７０に光を照射する工程と、受光部１８２において光の圧電基板１７０での反射光を受光する工程と、反射光の検出値に基づいて圧電基板１７０の厚みを測定する工程と、を備えてもよい。これによれば、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、圧電基板の厚みを非接触に測定することができる。また、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、圧電基板の加工領域における加工中の厚みを測定することができる。すなわち、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工中の厚み変化を測定することができる。

励振周波数は、圧電基板１７０の加工後の厚みの目標値に基づいて算出されてもよい。これによれば、加工の前後において圧電基板の厚みの変化が小さい場合、厚みの目標値に基づいて算出される励振周波数によって決定された周波数である加工周波数を有する加工電圧は、加工前及び加工中の圧電基板を充分に振動させることができる。また、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、圧電基板の全体に除去加工を施す際、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま、第１電極と第２電極との相対位置を変化させればよい。このため、制御が簡便な圧電基板の製造方法を提供することができる。

励振周波数は、測定部１６３によって測定された圧電基板１７０の加工前の厚みに基づいて算出されてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、測定工程によって、圧電基板の全面に亘る厚み分布、必要な加工量の分布、及び加工電圧の加工周波数を算出することができる。厚みに関するデータが厚み分布である場合、加工電圧の加工周波数は、厚みの平均値、中央値、最頻値、等の統計量に基づいて算出された励振周波数に近づけるように制御されてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工電圧の加工周波数を一定に保ったまま圧電基板の全体に除去加工を施すことができる。加工電圧の加工周波数は、周波数分布として制御されてもよい。つまり、位置によって加工電圧の加工周波数を変えてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工精度を改善させることができる。

励振周波数は、測定部１６３によって測定された圧電基板１７０の加工前の厚みの測定値と、圧電基板１７０の加工後の厚みの目標値と、に基づいて得られた圧電基板１７０の加工中の厚みに応じて算出されてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に一致させるように加工電圧の加工周波数を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を効率よく振動させることができる。つまり、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。

測定部１６３は、加工中に圧電基板１７０の加工領域の厚みを測定し、制御部１６１は、加工領域の厚みの変化に応じて、加工周波数を加工中に変化させてもよい。本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工前後及び加工中においても、圧電基板を励振するのに好適な周波数に加工電圧を制御することができる。圧電基板の加工量が多く、加工前後での圧電基板の厚みの変化が大きい場合であっても、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工開始から加工終了まで、共振振動現象を利用して圧電基板を高いエネルギー効率によって機械的に振動させることができる。つまり、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工量の多い場合であっても、加工精度の低下を抑制することができる。

圧電基板１７０の製造方法は、第２電極１２０を先端が露出するように囲むカバーの内部空間１５１に、供給部によって処理ガスを供給する工程をさらに備えてもよい。これによれば、圧電基板の製造装置が大気開放型プラズマエッチング装置である場合、カバーによって処理ガスの拡散を抑制し、処理ガスの利用効率を向上させることができる。圧電基板の製造装置が真空密閉型プラズマエッチング装置である場合、圧電基板の製造装置を内部に収める真空チャンバ内において、処理ガスの拡散をカバーによって所定の状態に制御することができる。すなわち、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、カバーによって、効率的にプラズマを発生させることができる。また、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、プラズマエッチングによって発生する汚染源による真空チャンバの内壁の汚染を低減することができる。

圧電基板１７０の製造方法は、測定部１６３に接続され第２電極１２０との相対位置が固定された検出器１８０と、第２電極１２０との、第１電極１１０に対する相対位置を、駆動部１３０によって変化させる工程をさらに備えてもよい。これによれば、測定領域及び加工領域が同じ駆動部及び制御部によって決定される。このため、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、測定領域と加工領域の位置の誤差を低減することができる。つまり、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、加工精度を改善させることができる。また、本態様に係る圧電基板の製造方法によれば、測定開始から加工終了にかけて圧電基板を静置することで、圧電基板の撓み等の変形を抑制し、測定精度及び加工精度を改善させることができる。

以上説明したように、本発明の一態様によれば、加工精度の改善を図ることが可能な圧電基板の製造装置及び圧電基板の製造方法を提供することが可能となる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１００…圧電基板の製造装置
１１０…第１電極
１２０…第２電極
１３０…駆動部
１４０…供給部
１５０…カバー
１６１…制御部
１６３…測定部
１６５…加工部
１８０…検出器
１８１…発光部
１８２…受光部

Claims

第１電極と、
１対の対向する主面を有する圧電基板を挟んで前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に加工電圧を印加してプラズマ化された処理ガスに
よって前記１対の主面間の厚みを小さくするように前記圧電基板に除去加工を行う加工部
と、
前記加工電圧の加工周波数を前記圧電基板の励振周波数に制御する制御部と、
前記圧電基板の前記厚みを測定する測定部と、
を備え、
前記励振周波数は、前記測定部によって測定された前記圧電基板の加工前の前記厚みに
基づいて算出される、
圧電基板の製造装置。
前記制御部は、前記圧電基板の厚みすべり振動モードの基本モードの励振周波数に前記
加工周波数を制御する、
請求項１に記載の圧電基板の製造装置。
前記圧電基板に光を照射する発光部と、
前記光の前記圧電基板での反射光を受光する受光部と、
をさらに備え、
前記測定部は、前記反射光を分光して前記圧電基板の前記厚みを測定する、
請求項１又は２に記載の圧電基板の製造装置。
前記励振周波数は、前記測定部によって測定された前記圧電基板の加工前の厚みの測定
値と、前記圧電基板の加工後の厚みの目標値と、に基づいて得られた前記圧電基板の加工
中の厚みに応じて算出される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電基板の製造装置。
前記測定部は、加工中に前記圧電基板の加工領域の前記厚みを測定し、
前記制御部は、前記加工領域の前記厚みの変化に応じて、前記加工周波数を加工中に変
化させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電基板の製造装置。
前記第２電極を先端が露出するように囲むカバーと、
前記カバーの内部空間に処理ガスを供給する供給部と、
をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電基板の製造装置。
前記測定部に接続され前記第２電極との相対位置が固定された検出器と、
前記第１電極に対して、前記第２電極及び前記検出器の相対位置を変化させる駆動部と
、
をさらに備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電基板の製造装置。
第１電極と第２電極との間に１対の対向する主面を有する圧電基板を配置する工程と、
制御部によって前記圧電基板の励振周波数に加工電圧の加工周波数を制御する工程と、
加工部によって前記第１電極と前記第２電極との間に前記加工電圧を印加することでプ
ラズマ化された処理ガスによって前記１対の主面間の厚みを小さくするように前記圧電基
板に除去加工を行う工程と、
測定部によって前記圧電基板の前記厚みを測定する工程と、
を備え、
前記励振周波数は、前記測定部によって測定された前記圧電基板の加工前の前記厚みに
基づいて算出される、
圧電基板の製造方法。
前記励振周波数は、前記圧電基板の厚みすべり振動モードの基本モードの励振周波数で
ある、
請求項８に記載の圧電基板の製造方法。
前記厚みを測定する工程は、
発光部から前記圧電基板に光を照射する工程と、
受光部において前記光の前記圧電基板での反射光を受光する工程と、
前記反射光に基づいて前記圧電基板の厚みを測定する工程と、
を備える、
請求項８又は９に記載の圧電基板の製造方法。
前記励振周波数は、前記測定部によって測定された前記圧電基板の加工前の前記厚みの
測定値と、前記圧電基板の加工後の前記厚みの目標値と、に基づいて得られた前記圧電基
板の加工中の厚みに応じて算出される、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の圧電基板の製造方法。
前記測定部は、加工中に前記圧電基板の加工領域の前記厚みを測定し、
前記制御部は、前記加工領域の前記厚みの変化に応じて、前記加工周波数を加工中に変
化させる、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の圧電基板の製造方法。
前記第２電極を先端が露出するように囲むカバーの内部空間に、供給部によって処理ガ
スを供給する工程をさらに備える、
請求項８から１２のいずれか１項に記載の圧電基板の製造方法。
前記測定部に接続され前記第２電極との相対位置が固定された検出器と、前記第２電極
との、前記第１電極に対する相対位置を、駆動部によって変化させる工程をさらに備える
、
請求項８から１３のいずれか１項に記載の圧電基板の製造方法。