JPH0868805A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の振動部における励振モードの共振周波
数ｆ0 と検出モードの共振周波数ｆ00とを一致させるこ
とにより、振動部の各モードにおける振幅を大きくでき
る。 【構成】 交流電圧印加装置２６から交流電圧を印加
し、試料である角速度センサ１の振動部を振動させ、周
波数測定装置２７によって励振モードの共振周波数ｆ0
を測定する。そして、この共振周波数ｆ0 が検出モード
の共振周波数ｆ00と一致していない場合には、振動部付
近をイオン銃２５で加工する。さらに、振動部の共振周
波数ｆ0 を測定し、振動部の励振、検出モードの共振周
波数を一致させ、角速度センサ１の検出感度を著しく向
上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集束イオンビームを走
査して照射しながら試料を加工するイオンビーム加工装
置に関し、特に、振動部を有する試料の共振周波数を目
的とする周波数に合わせる加工のできるイオンビーム加
工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、振動部を有する素子としての角
速度センサ、共振子等は、シリコンのマイクロマシン技
術の開発により超小型に製作することが可能となってき
ている。

【０００３】ここで、本発明に適用される振動部を有す
る試料として、図３に示す角速度センサを例に挙げて説
明する。

【０００４】図中、１は角速度センサを示し、該角速度
センサ１は、基台をなす高抵抗なシリコン材料によって
板状に形成された基板２と、該基板２上にポリシリコン
を加工することによって形成された後述の角速度検出部
とから構成されている。

【０００５】３，３は支持部を示し、該各支持部３は前
記基板２の前後方向に離間して設けられ、該各支持部３
には前後方向に向けて伸長する４本の支持梁４，４，…
が一体形成されている。

【０００６】５は各支持梁４を介して支持された振動部
としての音叉振動子を示し、該音叉振動子５は枠状に形
成され、左右方向に離間して設けられた一対の振動板
６，６と、該各振動板６の左右側面に形成され、左右方
向に伸長する複数枚の電極板７Ａ，７Ａ，…を有する振
動側くし状電極７，７，…と、前記各振動板６から前後
方向両側に向けて伸長する８本の第１の腕部８，８，…
と、それぞれ同じ方向に伸びた４本の該第１の腕部８，
８，…と前記支持部４とを連結する左右に伸びる第２の
腕部９，９とからなる。

【０００７】１０，１１，１１は基板２上に固着された
固定電極を示し、該固定電極１０は前記振動板６の間
（即ち中央部）に位置して設けられ、各固定電極１１は
基板２の左右両側に位置して設けられている。また、中
央部に位置した該固定電極１０の左右側面には、前記各
振動板６の振動側くし状電極７に対向するように、複数
枚の電極板１２Ａ，１２Ａ，…を有する固定側くし状電
極１２，１２が形成されている。さらに、左右両側に位
置した各固定電極１１の内側側面には、前記各振動板６
の振動側くし状電極７に対向するように、複数枚の電極
板１３Ａ，１３Ａ，…を有する固定側くし状電極１３が
形成されている。

【０００８】１４，１４は固定電極１０を挟んで左右の
振動板６，６との間に設けられた振動発生手段としての
振動発生部を示し、該各振動発生部１４はくし状電極７
と１２とから構成されている。そして、各くし状電極７
と１２との間に、振動駆動信号を与えることにより、こ
れらの間の静電力によって各振動板６を矢示Ａ1 ，Ａ2
方向に駆動させる。

【０００９】一方、１５，１５は振動板６，６を挟んで
固定電極１１，１１との間に設けられた振動発生手段と
しての振動発生部を示し、該各振動発生部１５はくし状
電極７と１３とから構成されている。そして、各くし状
電極７と１３とに、振動駆動信号を与えることにより、
これらの間の静電力によって各振動板６を矢示Ａ1 ，Ａ
2 方向に振動させる。

【００１０】さらに、１６，１６，…は各振動板６の上
下方向に貫通するスルホールを示している。

【００１１】このように構成される角速度センサ１にお
いては、各支持部３，各支持梁４および音叉振動子５を
ポリシリコンによって一体形成することによって、各支
持梁４および音叉振動子５を基板２上に浮遊した状態で
支持しているから、支持梁４および各腕部８，９の張力
により、各振動板６は左右方向と上下方向に振動可能と
なっている。

【００１２】次に、音叉軸（各振動板６が音叉振動する
中心軸）となるＹ軸回りの角速度ωの検出動作について
説明すると、この種の角速度センサ１はコリオリ力を利
用して角速度を検出するものである。

【００１３】即ち、各振動発生部１４，１５に振動駆動
信号を印加すると、各振動板６が図中の矢示Ａ1 ，Ａ2
のように互いに逆方向に同じ大きさで励振させ、この状
態でＹ軸（音叉軸）回りに角速度ωで回転すると、各振
動板６にはＹ軸に直交する方向にコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2
（慣性力）が発生する。また、このコリオリ力Ｆ1 ，Ｆ
2 によって振動板６に捩れ振動が生じ、この捩れ振動の
振幅変化を基板２と各振動板６間に対向配設した振動変
位検出手段としての電極板（図示せず）によって、静電
容量の変化として検出し、これを角速度の検出信号とし
て出力するようになっている。

【００１４】また、角速度センサ１においては、各振動
発生部１４，１５（くし状電極７，１２）に振動駆動信
号を印加して各振動板６をある周波数で矢示Ａ1 ，Ａ2
方向に共振させるようにしているから、この励振状態の
振動周波数ｆ0 が一の振動モードとなる励振モードの共
振周波数となる。また、この状態でＹ軸（音叉軸）回り
に角速度ωが加わったときに振動板６に発生する捩れ振
動の共振周波数ｆ00が他の振動モードとなる検出モード
の共振周波数となる。そして、励振状態の共振周波数ｆ
0 と捩れ振動の共振周波数ｆ00とが等しくしなったとき
に、検出感度が最も向上するようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな角速度センサ１においては、振動板６，６の固有の
共振周波数ｆ0 及びｆ00は、第１の腕部８，第２の腕部
９の強度および振動板６の質量等の設計値により予め設
定されているが、製造工程の都合上、該各振動板６の共
振周波数ｆ0 及びｆ00には個々の角速度センサ１毎にバ
ラツキが発生する。このため、振動板６の励振状態の共
振周波数ｆ0 と捩れ振動の共振周波数ｆ00とが一致しな
いという問題がある。

【００１６】また、振動板６，６は固有の共振周波数ｆ
0 で振動するものの、該各振動板６の設計上の設計周波
数と実際に製造された角速度センサ１の共振周波数ｆ0
との差が大きい場合には、各センサ毎に振動駆動信号の
周波数を大きく変えなければならずセンサの回路部での
調整が非常に面倒であるという問題がある。

【００１７】また、感度の悪い角速度センサ１であって
も、共振周波数を設定する第１の腕部８，第２の腕部９
の強度および振動板６の質量等を研削の機械加工の手段
で調整することによって共振周波数を変化させることが
できるものの、この種の角速度センサ１はマイクロマシ
ン技術で製造されているために、製造後に調整すること
ができないという問題がある。

【００１８】さらに、角速度センサ１の生産率において
は、上述した如く、共振周波数ｆ0のバラツキにより高
精度に角速度が検出できる角速度センサ１の数量が少な
くなるために、歩留りが悪くなるという問題がある。

【００１９】このような問題は、発振器として使用され
る共振子を製造する場合においても同様である。

【００２０】本発明は上述したような角速度センサの如
き振動部を有する試料を製造する場合の問題に鑑みなさ
れたもので、本発明は試料の振動部における振動を目標
とする共振周波数に設定する加工をイオンビームで行う
ことのできるイオンビーム加工装置を提供することを目
的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明によるイオンビーム加工装置
は、図１に機能ブロック図として示すように、振動部を
有する試料を保持して任意の方向に移動する移動手段
と、該移動手段によって保持された前記試料に向けて集
束イオンビームを照射し、イオンビーム加工を施すイオ
ンビーム照射手段と、前記試料の振動部を機械的に振動
させる加振手段と、該加振手段によって振動が与えられ
た振動部の周波数を測定する周波数測定手段とを備え、
前記周波数測定手段で測定された振動部の一の振動モー
ドによる共振周波数を振動部が同時に有する他の振動モ
ードによる共振周波数に一致させるべく、前記イオンビ
ーム照射手段からの集束イオンビームによって振動部を
加工する構成としたことにある。

【００２２】請求項２の発明では、前記試料を、真空容
器内に設けたことにある。

【００２３】請求項３の発明では、前記移動手段上の試
料を観察するため観察手段を設けたことにある。

【００２４】請求項４の発明では、前記試料は、振動部
となる振動板を外力により共振させた状態で、該振動板
に生じるコリオリ力による変位を検出するセンサとした
ことにある。

【００２５】

【作用】請求項１の発明のように、加振手段によって振
動部を振動させ、このときの試料の振動部における一の
振動モードによる共振周波数を周波数測定手段によって
測定する。また、前記周波数測定手段によって測定され
た共振周波数と振動部が同時に有する他の振動モードに
よる共振周波数とのずれをなくすため、前記試料の振動
部にイオンビーム照射手段からの集束イオンビームを照
射して該振動部を加工する。そして、試料の振動部が有
する２つのモードの共振周波数を一致させて振動部がい
ずれもモードでも共振状態にでき、該振動部の各振動モ
ードの振動における振幅を大きくできる。

【００２６】請求項２の発明のように、試料を真空容器
内に配設することにより、振動部が振動するときの空気
によるダンピングを防止でき、高精度な（共振）周波数
の測定ができる。

【００２７】請求項３の発明のように、移動手段上の試
料を観察する観察手段を設けることにより、集束イオン
ビームが照射される試料の位置決めを行うことができ
る。

【００２８】請求項４の発明のように、振動部となる振
動板を外力により共振させた状態で、該振動板に生じる
コリオリ力による変位を検出するセンサに用いることに
より、振動板を一の振動モードとなる励振モード、コリ
オリ力による他の振動モードとなる検出モードのいずれ
の振動モードも共振状態にすることができ、該振動板の
振幅を大きくし、検出感度を向上させることができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例によるイオンビーム加
工装置を図２に基づいて説明するに、本実施例に適用さ
れる試料として、先に述べた角速度センサを例に挙げて
説明する。

【００３０】図中、２１は真空容器として構成される真
空室を示し、該真空室２１には真空排気装置２２が接続
され、真空室２１内を真空状態に保持している。

【００３１】２３は真空室２１の底部に位置して設けら
れた移動手段としての移動テーブルを示し、該移動テー
ブル２３は試料としての角速度センサ１を保持し、該角
速度センサ１をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の任意の方向に移動さ
せることができる。

【００３２】２４は移動テーブル２３上に保持された角
速度センサ１の形状を観察する形状観察手段としての走
査電子顕微鏡を示し、該走査電子顕微鏡２４のプローブ
２４Ａを真空室２１内に配設し、該プローブ２４Ａによ
って外部に設けたモニタ（図示せず）を介して高分解能
断面観察等を行う。

【００３３】２５は真空室２１の上部に設けられたイオ
ンビーム照射手段としてのイオン銃を示し、該イオン銃
２５はイオン源２５Ａ、電極２５Ｂ、偏向電極２５Ｃお
よび対物レンズ２５Ｄ等から構成され、イオン源２５Ａ
から放射されたガリウム・イオンビーム（集束イオンビ
ーム）は対物レンズ２５Ｄによって移動テーブル２３上
に保持された角速度センサ１上に細く絞られると共に、
偏向電極２５Ｃによって集束イオンビームをＸ軸または
Ｙ軸方向に走査させる。

【００３４】２６は加振手段としての交流電圧印加装置
を示し、該交流電圧印加装置２６は接続端子２６Ａ，２
６Ａを介して角速度センサ１のくし状電極７と１２にあ
る周波数の交流電圧を印加し、当該角速度センサ１の振
動板６，６をある周波数で励振させるものである。

【００３５】２７は周波数測定手段としての周波数測定
装置を示し、該周波数測定装置２７はレーザ変位計によ
って構成され、プローブ２７Ａを真空室２１内に配設
し、該プローブ２７Ａによって角速度センサ１の各振動
板６の微小変化を検出して周波数および振幅を検出して
共振周波数を解析するようになっている。

【００３６】本実施例によるイオンビーム加工装置は上
述の如く構成されるが、次にその動作について説明す
る。

【００３７】ここで、便宜上、製造された角速度センサ
１における振動板６，６の矢示Ａ1，Ａ2 方向への振動
による共振周波数を一の振動モードとなる励振モードの
共振周波数ｆ0 とし、音叉振動子５の振動板６，６の捩
れ振動による共振周波数を他の振動モードとなる検出モ
ードの共振周波数ｆ00とする。

【００３８】まず、真空室２１内にある移動テーブル２
３上に角速度センサ１を載置し、走査電子顕微鏡２４を
用いて該角速度センサ１を所定位置に位置合わせする。

【００３９】そして、角速度センサ１の振動板６におけ
る振動状態を測定する測定作業においては、交流電圧印
加装置２６によってある周波数の交流電圧をくし状電極
７，１２に印加し、該くし状電極７と１２との間（振動
発生部１４，１５）に静電力を発生させて振動板６をあ
る周波数で矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に励振させる。次に、こ
の状態のまま、交流電圧の周波数を変化させ、周波数測
定装置２７によって振動板６の周波数と振幅を検出し、
振幅が最大となる周波数を共振周波数ｆ0 として検出す
る。

【００４０】ここで、製造された角速度センサ１の音叉
振動子５が設計通りに形成されている場合には、励振モ
ードの共振周波数ｆ0 ≒検出モードの共振周波数ｆ00と
なり、Ｙ軸（音叉軸）回りの角速度ωにより発生するコ
リオリ力を高感度に検出できる。そして、検出感度の高
い角速度センサ１が製造されていることがわかり、良品
として扱うことができる。

【００４１】一方、励振モードの共振周波数ｆ0 ≠検出
モードの共振周波数ｆ00のときには、振動板６が励振し
た状態で作用するコリオリ力による捩れ振動の振幅は小
さくなり、この状態で角速度センサ１として使用した場
合には、検出感度は大幅に低下してしまうため、ｆ0 と
ｆ00の周波数を一致させる次の加工作業を進める。

【００４２】ここで、集束イオンビームによる加工作業
においては、走査電子顕微鏡２４のプローブ２４Ａを走
査して振動板６の振動条件を確定する支持梁４，第１の
腕部８，第２の腕部９および振動板６等を観察する。そ
して、励振モードの共振周波数ｆ0 が検出モードの共振
周波数ｆ00と一致するように除去加工すべく、移動テー
ブル２３およびイオン銃２５の偏向電極２５Ｃを用い
て、集束イオンビームを角速度センサ１の所望の位置に
照射してこの部分を加工（削除）する。このとき、走査
電子顕微鏡２４によって加工が必要とされる部分を観察
しつつ、イオンビーム加工を行うことが望ましい。ま
た、加工箇所は励振モードの共振周波数ｆ0は変化する
が、検出モードの共振周波数ｆ00は変化しない位置を選
定する。

【００４３】さらに、加工した角速度センサ１について
再び測定作業を行い、交流電圧印加装置２６から交流電
圧を印加し、周波数測定装置２７によって励振モードの
共振周波数ｆ0 を測定し、励振モードの共振周波数ｆ0
≒検出モードの共振周波数ｆ00になるまで、上述した測
定作業と加工作業とを繰り返す。

【００４４】このように、別工程で製造された角速度セ
ンサ１の音叉振動子５の形状が設計通りの形状にならな
かった場合でも、上述した作業を繰り返すことにより、
角速度センサ１の振動板６の持つ励振モードの共振周波
数ｆ0 を検出モードの共振周波数ｆ00に近づけることが
でき、全ての角速度センサ１における振動板６の励振モ
ードと検出モードとを共振状態で振動させることができ
る。この結果、全ての角速度センサ１の検出感度を高め
ることができる。

【００４５】さらに、前述した測定作業、加工作業によ
り、角速度センサ１の共振周波数ｆ0 ，ｆ00を設計上予
め設定された振動板６の設定周波数に近い値に一致させ
ることができ、角速度センサ１の不良品発生を大幅に低
下させ、生産効率を格段向上させ、歩留りを高めること
ができる。

【００４６】一方、真空排気装置２２内で各作業を行う
ことができ、振動板６に空気によるダンピングが作用す
るのを防止でき、正確な調整を行うことができる。さら
に、空気抵抗をなくすことにより、振動板６を確実に振
動させることができる。

【００４７】なお、前記実施例では、１個の角速度セン
サ１について測定作業、加工作業を行うものについて述
べたが、本発明はこれに限らず、シリコンウエハ上に複
数個の角速度センサ１を形成し、個々の各角速度センサ
１毎に加工するようにしてもよい。

【００４８】また、前記実施例では、角速度センサ１の
励振モードの共振周波数ｆ0 のみをイオンビーム加工に
より調整したが、本発明はこれに限らず、振動板６を捩
れ振動方向に振動させるように交流電圧印加装置２６に
接続し、このときの検出モードの共振周波数ｆ00を周波
数測定装置２７で測定し、検出モードの共振周波数ｆ00
と励振モードの共振周波数ｆ0 とを合わせるようにイオ
ンビーム加工を行うことにより、検出モードの共振周波
数ｆ00を調整でき、より高精度な調整を行うことができ
る。

【００４９】また、前記実施例は角速度センサ１に用い
るだけでなく、共振子等に用いてもよい。さらに振動部
を振動させるのに静電力を用いたが、これに限らず、圧
電素子、磁歪素子等による振動を用いたセンサに使用す
ることもできる。

【００５０】さらに、前記実施例では、周波数測定装置
２７をレーザ変位計を用いた場合を例示したが、周波数
測定手段は交流電圧印加装置２６から印加される電流の
大きさ、位相を測定することによって検出してもよく、
一方圧電素子、磁歪素子等の出力を測定することによっ
て周波数を検出してもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よれば、加振手段によって試料の振動部を機械的に振動
させ、周波数測定手段によって振動部の周波数を測定す
る。そして、周波数測定手段で測定された振動部の一の
振動モードによる共振周波数を、例えばコリオリ力の検
出に用いる他の振動モードによる共振周波数に合わせる
べく、前記試料を移動手段を用いて移動させ、前記イオ
ンビーム照射手段からの集束イオンビームによって振動
部を加工するようにしたから、振動部の有する２つの振
動モードの共振周波数を一致させることができ、検出感
度を向上することができる。

【００５２】請求項２の発明では、前記試料を、真空容
器内に設けることにより、振動部が振動するときの空気
によるダンピングを防止することができ、前記周波数測
定手段によって正確に周波数を検出できる。

【００５３】請求項３の発明では、前記移動手段上の試
料を観察するため観察手段を設けることにより、試料の
位置決めを正確に行うことができ、正確なイオンビーム
加工を行うことができる。

【００５４】請求項４の発明では、前記試料に、振動部
となる振動板に外部から静電力を与えて共振させた状態
で、該振動板に生じるコリオリ力による変位を静電容量
等の変化として検出するセンサを用いることにより、セ
ンサの検出感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図２】本発明の実施例によるイオンビーム加工装置を
示す構成図である。

【図３】従来技術による試料としての角速度センサを示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 角速度センサ（試料） ５ 音叉振動子（振動部） ２１ 真空室（真空容器） ２３ 移動テーブル（移動手段） ２４ 走査電子顕微鏡（形状観察手段） ２５ イオン銃（イオンビーム照射手段） ２６ 交流電圧印加装置（加振手段） ２７ 周波数測定装置（周波数測定手段） ｆ0 励振モードの共振周波数（一の振動モードによる
共振周波数） ｆ00 検出モードの共振周波数（他の振動モードによる
共振周波数）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 厚地 健一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 杉本 正一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動部を有する試料を保持して任意の方
   向に移動する移動手段と、該移動手段によって保持され
   た前記試料に向けて集束イオンビームを照射し、イオン
   ビーム加工を施すイオンビーム照射手段と、前記試料の
   振動部を機械的に振動させる加振手段と、該加振手段に
   よって振動が与えられた振動部の周波数を測定する周波
   数測定手段とを備え、前記周波数測定手段で測定された
   振動部の一の振動モードによる共振周波数を振動部が同
   時に有する他の振動モードによる共振周波数に一致させ
   るべく、前記イオンビーム照射手段からの集束イオンビ
   ームによって振動部を加工する構成としてなるイオンビ
   ーム加工装置。
2. 【請求項２】 前記試料は、真空容器内に設けてなる請
   求項１記載のイオンビーム加工装置。
3. 【請求項３】 前記移動手段上の試料を観察するため観
   察手段を設けてなる請求項１記載のイオンビーム加工装
   置。
4. 【請求項４】 前記試料は、振動部となる振動板を外力
   により共振させた状態で、該振動板に生じるコリオリ力
   による変位を検出するセンサである請求項１記載のイオ
   ンビーム加工装置。