JPH07252652A - 荷重変換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に金属薄膜が形成されてなる荷重変換
器を製造する際、成膜手段としてのイオンビームスパッ
タ装置とスパッタ条件を工夫することにより、ＴＣＲ値
が０に近い荷重変換器を容易に製造する方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 Ｃｒ：Ｎｉ＝１：１の組成比を持つ合金をタ
ーゲット２とし、イオンビームスパッタ装置１０で成膜
を行う。その際、真空チャンバ１１内のターゲット２に
照射されるスパッタイオンビームＩとは別にアシストイ
オンビームＡをスパッタ原子Ｇが堆積される薄膜成長面
に直接照射すると共に、その加速電圧を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロードセルや、歪み検出
センサに用いられる荷重変換器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上にＣｕ−ＮｉやＮｉ−Ｃｒ等の合
金薄膜を形成した荷重変換器は、歪み検出センサやロー
ドセルとして応用されている。

【０００３】上記荷重変換器をロードセルとして応用す
る場合のロードセルの製造法としては、基板を起歪体と
し、該起歪体の表面に絶縁膜を形成すると共に、さら
に、その上に形成した金属薄膜にフォトエッチング等を
施すことにより、ストレインゲージ抵抗体パターンを作
製し、リード線で結線することにより製造される。

【０００４】ロードセルの製造法としては、上記方法の
他にも、起歪体に直接絶縁膜とストレインゲージを貼り
付ける方法があるが、上記の方法によると、製造工程が
少なくかつ容易に製造出来ると共に、高性能なロードセ
ルが出来るのでより有利である。

【０００５】ところで、ロードセルのストレインゲージ
抵抗体パターンに通常用いられるＮｉ−Ｃｒ合金は、通
常抵抗温度係数（以下、ＴＣＲと記す）が数百ＰＰｍ／
℃である。ロードセルで正確な測定を行うためには、ブ
リッジ出力の零点ドリフトを抑える必要がある。上記の
ように抵抗温度係数が大きい場合には、通電時のジュー
ル熱および周囲温度の変化により、抵抗変化を生じて零
点が動いてしまうので、環境温度が大きく違う用途、お
よび、環境変化が小さくても高精度の測定を要求される
用途の使用には問題がある。したがって、ＴＣＲを０に
近づけることがロードセルの製造上重要な要素であると
いえる。

【０００６】ＴＣＲを制御しながら起歪体の表面に金属
膜を形成する方法としては、特開昭６３−３４４１４号
公報には、Ｎｉ−Ｃｒ合金をターゲットとして高周波マ
グネトロンスパッタ法により成膜を行うと共に、成膜に
際してその合金の成分比を調節することにより起歪体表
面に形成される金属薄膜の成分比を調整し、これによっ
てＴＣＲの制御を行う方法が開示されている。

【０００７】また、特開昭６１−２２３５２４号公報に
は、いわゆるＩＣＢ法を用いて成膜および物性制御を行
う方法が開示されている。この方法は、材料金属、ここ
ではＣｕ−Ｎｉ合金、を溶融蒸気化して真空中に放出さ
せることにより金属原子クラスターとし、該原子クラス
ターにイオン化処理を施すと共に、該イオン化クラスタ
ーに加速電圧を加えて基板上に照射し、該基板上に薄膜
を形成させる方法である。この方法によれば、イオン化
処理の条件と加速電圧とを変化させることにより、基板
上に形成される金属薄膜の構造、すなわち、結晶性、配
向性、組成比のうち、少なくとも一つを変えることがで
き、これにより電気特性の制御が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
おいて示すように、マグネトロンスパッタ法により基板
上に金属薄膜を形成し、荷重変換器を製造する場合、そ
のＴＣＲ値は、基板表面に形成される多成分系合金の金
属薄膜の成分比を調節することにより制御される。そし
て、その成分比はターゲットとして用いる合金の組成比
に大部分が依存するので、そして、金属薄膜の成分比と
ターゲット合金の組成比の関係は、経験によって求める
以外知りようがないので、目的のＴＣＲ値の金属薄膜を
得るためには、組成比の違うターゲットを複数種用意
し、ターゲットを取り替えながら成膜を行う必要があ
り、目的とする金属薄膜を得るまでには多大なコストと
時間とを要した。

【０００９】本発明は荷重変換器を製造する際の上記の
問題に対処するもので、装置を工夫することにより、Ｔ
ＣＲ値が０に近い荷重変換器を容易に製造する方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係る荷重変換器の製造方法は、次のよう
な方法としたことを特徴とする。

【００１１】まず、本願の請求項１に係る発明（以下、
第１発明という）は、所定のターゲットと所定の基板を
材料とし、イオンビームを上記ターゲットに照射し、タ
ーゲットから飛び出した原子で上記基板表面に成膜する
イオンビームスパッタ法を用いた荷重変換器の製造方法
において、基板上の薄膜成長面にアシストイオンビーム
を照射すると共に、その加速電圧を適切に制御すること
によって、金属簿膜の抵抗温度係数がほぼ０とされた荷
重変換器を製造することを特徴とする。

【００１２】また、本願の請求項２に係る発明（以下、
第２発明という）は、上記第１発明において、ターゲッ
トとして、ＣｒとＮｉとでなり、かつ、その組成比がほ
ぼ１：１である合金を用いることを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記の発明によれば、次のような作用が得られ
る。

【００１４】まず、第１発明と第２発明のいずれにおい
ても、イオンビームスパッタ法による荷重変換器の製造
において、ターゲットにイオンビームを照射し、ターゲ
ットから原子を飛び出させ、該原子により基板上に成膜
すると共に、別にイオン源を設け、そのイオンビームを
アシストイオンビームとして基板の薄膜成長面に照射し
たので、該アシストイオンビームを基板上に形成される
金属薄膜の物性の制御のためのパラメータとすることが
可能となる。すなわち、その加速電圧を変化させること
によって荷重変換器の諸特性の制御が可能となるので、
同じターゲットを使いながらアシストイオンビームの加
速電圧を変化させるだけで諸物性を連続的に異なる複数
の金属薄膜を作製することが可能となる。したがって、
所望のＴＣＲ値を持つ荷重変換器を製造することが容易
になる。

【００１５】特に、第２発明によれば、上記第１発明に
おいて、アシストイオンビームを照射しなくとも、成膜
される金属薄膜のＴＣＲ値が０に近くなるようなターゲ
ットとして、ＣｒとＮｉとでなり、かつ、その組成比が
１：１の合金を用いたので、アシストイオンビームの加
速電圧を微調整するだけでＴＣＲ値がほぼ０の荷重変換
器が得られることになり、さらに荷重変換器の製造は容
易になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１７】基板１の表面に形成される金属薄膜の原料
となるターゲット２の素材としてはＣｒとＮｉよりな
り、その組成比が１：１の合金を用いた。また、比較の
ため、Ｃｒ：Ｎｉ＝１：０、Ｃｒ：Ｎｉ＝４：１の組成
比を持つ合金についても実験を行った。

【００１８】次に、基板表面に金属薄膜を成膜するため
のイオンスパッタ装置１０について図１を用いて説明す
ると、該装置１０は、真空チャンバ１１と該チャンバ１
１内に配置されたスパッタイオン源１２およびアシスト
イオン源１３と、ターゲット２を固定するためのターゲ
ットホルダ１４と、基板１を位置決めし固定するための
基板ホルダ１５とを主な構成要素として有する。

【００１９】真空チャンバ１１には、該チャンバ１１内
の真空度を表示するための真空計１６が設置されている
と共に、その側部には通路１７を介して真空ポンプ１８
が接続されており、下方には実験終了後チャンバ１１内
の圧力を常圧に戻す時のための吸気通路１９が形成され
ており、いずれの通路１７，１９にもバルブ２０，２０
が配置されている。そして、真空ポンプ１８と接続され
ている通路１７には、さらに、真空系バック圧を示す真
空計２１が配置されている。

【００２０】真空チャンバ１１内の図面上左側下方に位
置する上記スパッタイオン源１２は、真空チャンバ１１
内の上面中央部に配置されたターゲットホルダ１４に固
定されたターゲット２に向けてイオンビームＩを照射で
きるような向きに配置されていると共に、該スパッタイ
オン源１２にはイオン化されるアルゴンガスボンベに接
続されたガス流量コントローラ２２と、イオンビームＩ
の加速電圧を調節できるよう構成された電源２３とが接
続されている。同様に、真空チャンバ１１の中央部に配
置されて、図面上右側に位置する基板ホルダ１５に固定
されている複数の基板１…１にアシストイオンビームＡ
を照射できるような向きに配置されたアシストイオン源
１３にもアルゴンガスボンベに接続されたガス流量コン
トローラ２２とイオンビームの加速電圧を調節できるよ
う構成された電源２３とが接続されている。

【００２１】また、図面上右下に位置する基板ホルダ１
５は、円板状の回転板１５ａと、該回転板１５ａをその
中心軸に対して回転自在に支持する支持部１５ｂとによ
り構成されていると共に、上記回転板上には複数個の基
板１…１が位置決めされ、固定されるように構成されて
いる。そして、該基板ホルダ１５は、イオンビームＩに
よりターゲット２から飛び出した金属原子Ｇが堆積され
やすいように、その回転板１５ａをターゲット２の方向
に向けて配置されていると共に、該回転板１５ａの回転
をコントロールする回転コントロールユニット２４が接
続されている。

【００２２】したがって、スパッタリングに際して、上
記回転板１５ａを任意の回転数で回転させることによ
り、該回転板１５ａ上に固定される複数の基板は、その
配置場所による影響を受けることなく同じ条件で膜形成
が行われることとなる。

【００２３】荷重変換器の製造に当たって上記装置を用
いることにより、次に示す表１および表２に記載の各項
目における条件を任意に変えながら基板上に成膜するこ
とが可能となる。

【００２４】本実施例においては、上記ターゲットおよ
び装置１０を用いて、表１および表２に示す条件で成膜
を行った。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】 ここで、表１における真空系バック圧は、図１に示す真
空計２１により測定される圧力を、成膜時真空度は図１
に示す真空計１６により測定される真空チャンバ内の圧
力をそれぞれ示す。そして、表２に示す加速電圧および
減速電圧は、発生したアルゴンイオンをビームにするた
めに電極間にかける電圧を示し、加速電圧を大きくする
ほどビームの持つ運動エネルギーは大きくなり、逆に減
速電圧のマイナスの値を大きくする程ビームの持つ運動
エネルギーは小さくなる。また、アーク電圧はアルゴン
ガスをイオン化するために電極間にかける電圧を示し、
イオン化率を制御する為の指標となる。ターゲット電流
はターゲットに照射されるスパッタイオンビームの流れ
を電流としてモニターした場合の値で、スパッタイオン
ビームの強度を示す。

【００２７】次に、Ｃｒ：Ｎｉ＝１：１の組成を持つ合
金をターゲット２とし、上記装置１０および条件でアシ
ストイオンビームＡの加速電圧を変えながら作製した複
数の金属薄膜のＴＣＲを測定し、上記方法の効果の確認
を行ったので結果を図２に示す。

【００２８】図の縦軸はＴＣＲ値を、また、横軸はアシ
ストイオンビームＡの加速電圧を示す。アシストイオン
ビームＡの加速電圧を大きくするとＴＣＲの値は２次関
数的に変化することが分かる。すなわち、アシストイオ
ンビームＡのない時のＴＣＲ値が最初プラスの値を示し
ているのに対して加速電圧が５０Ｖの地点で極小値とし
てマイナスの値を示し、以後増加していく。したがっ
て、ＴＣＲ値は図の符号Ｘ、Ｙで示すように、アシスト
イオンビームＡの加速電圧の増大にしたがって０の値を
取る地点が２箇所あることになり、この付近で加速電圧
を微調節することによりＴＣＲ値がほぼ０の荷重変換器
を製造することが可能となる。

【００２９】なお、比較のために、Ｃｒ：Ｎｉ＝１：
０、Ｃｒ：Ｎｉ＝４：１の組成を持つ２種類のターゲッ
トについても、上記と同様アシストイオンビームＡの加
速電圧を変化させて金属薄膜の成膜をおこないＴＣＲの
測定を行った。Ｃｒ：Ｎｉ＝１：０についての結果を図
３に、Ｃｒ：Ｎｉ＝４：１についての結果を図４にそれ
ぞれ示す。

【００３０】図３と図４に示す結果を図２に示す結果と
比較しながら検討して見ると、いずれも成膜時のアシス
トイオンビームＡの加速電圧に応じてＴＣＲ値が変化す
ることが分かる。したがって、アシストイオンビームＡ
により、ＴＣＲ値を成膜時に用いるターゲットの組成比
による調整とは別に変えることが出来る。結果として、
ＴＣＲ値は合金の組成比とアシストイオンビームＡの加
圧電圧の条件において決定される。

【００３１】以上のことより、本実施例、および比較例
で示したイオンスパッタ法により成膜を行う場合、予め
ターゲット２のＣｒ：Ｎｉの組成比をＴＣＲ値が０に近
くなるように大まかに決めておき、（例えばＣｒ：Ｎｉ
＝１：１）その上でアシストイオンビームの加速電圧を
変化させると、ＴＣＲ値がほぼ０の荷重変換器を製造す
ることが可能となることが確認された。すなわち、組成
比の異なるターゲット複数種用意し、それらを何度も交
換することなく、容易に目的のＴＣＲ値の荷重変換器を
製造することが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】上記の発明によれば、次のような効果が
得られる。

【００３３】まず、第１発明と第２発明のいずれにおい
ても、イオンビームスパッタ法による荷重変換器の製造
において、スパッタリングのためにターゲットに照射す
るイオンビームとは別にイオン源を設け、アシストイオ
ンビームとして基板の薄膜成長面に照射したので、該ア
シストイオンビームを基板上に形成される金属薄膜の物
性の制御のためのパラメータとすることが可能となる。
すなわち、その加速電圧を変化させることによって得ら
れる荷重変換器の諸特性を連続的に変化させることが可
能となるので、複数の組成比の異なったターゲットを取
り替えながらスパッタリングする必要はなく、単一のタ
ーゲットで所望のＴＣＲ値を持つ荷重変換器を製造する
ことが可能となり、製造時間が短縮される。言い換える
と、所望のＴＣＲ値を持った荷重変換器を製造する場
合、その材料となるターゲットの組成比にはある程度の
ばらつきが許容されることとなる。

【００３４】また、起歪体の材料を変更した場合でも、
その線膨張係数に応じて加速電圧を制御すると、所定の
ＴＣＲ値を持った荷重変換器を製造することが可能とな
るので、各種材料を用いた起歪体の特徴を生かしたロー
ドセルや歪センサの開発が容易になる。

【００３５】特に、第２発明によれば、上記第１発明に
おいて、アシストイオンビームを照射しなくとも、成膜
される金属薄膜のＴＣＲ値が０に近くなるようなターゲ
ットとして組成比がＣｒ：Ｎｉ＝１：１の合金を用いた
ので、アシストイオンビームの加速電圧を微調整するだ
けでＴＣＲ値をほぼ０にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明において用いられるイオンビームスパ
ッタ装置を示す該略図である。

【図２】 Ｃｒ：Ｎｉ＝１：１の合金をターゲットとし
て本発明による方法により製造した複数の荷重変換器に
ついて、ＴＣＲを測定した結果を示すグラフである。

【図３】 Ｃｒ：Ｎｉ＝１：０の合金をターゲットとし
て本発明による方法により製造した複数の荷重変換器に
ついて、ＴＣＲを測定した結果を示すグラフである。

【図４】 Ｃｒ：Ｎｉ＝４：１の合金をターゲットとし
て本発明による方法により製造した複数の荷重変換器に
ついて、ＴＣＲを測定した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ターゲット Ｉ イオンビーム Ａ アシストイオンビーム Ｇ 金属原子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のターゲットと所定の基板を材料と
   し、イオンビームを上記ターゲットに照射し、ターゲッ
   トから飛び出した原子で上記基板表面に成膜するイオン
   ビームスパッタ法を用いた荷重変換器の製造方法であっ
   て、基板上の薄膜成長面にアシストイオンビームを照射
   すると共に、その加速電圧を適切に制御することによっ
   て、金属簿膜の抵抗温度係数がほぼ０とされた荷重変換
   器を製造することを特徴とする荷重変換器の製造方法。
2. 【請求項２】 ターゲットとして、ＣｒとＮｉとでな
   り、かつ、その組成比がほぼ１：１である合金を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷重変換器の製造方
   法。