イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法
【課題】イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置に関し、高精度で効率の良い調整方式を提供する。
【解決手段】搬送用トレー３０には圧電共振子２がマトリクス状配列態様でセットされる。イオンガン６０の各開口部６１,６２の間隔は前記配列の行方向間隔ｄのＮ倍（Ｎは２以上の整数）に設定してある。イオンビームはビーム制御板５０とマスク板４０を介して２列の各圧電共振子２に放射される。制御モジュール７０は、ピン２１,２２を通じて各圧電共振子２の共振周波数を計測しながらビーム制御板５０のシャッター５１a,５２aを開閉制御し、手前側の列の各圧電共振子２を予備的周波数に、前方側の列の各圧電共振子２を目的周波数に調整した後、搬送用トレー３０をステップｄだけ進める。予備的周波数に調整した各圧電共振子２は自然冷却されて目的周波数の調整段階へ移行する。
【解決手段】搬送用トレー３０には圧電共振子２がマトリクス状配列態様でセットされる。イオンガン６０の各開口部６１,６２の間隔は前記配列の行方向間隔ｄのＮ倍（Ｎは２以上の整数）に設定してある。イオンビームはビーム制御板５０とマスク板４０を介して２列の各圧電共振子２に放射される。制御モジュール７０は、ピン２１,２２を通じて各圧電共振子２の共振周波数を計測しながらビーム制御板５０のシャッター５１a,５２aを開閉制御し、手前側の列の各圧電共振子２を予備的周波数に、前方側の列の各圧電共振子２を目的周波数に調整した後、搬送用トレー３０をステップｄだけ進める。予備的周波数に調整した各圧電共振子２は自然冷却されて目的周波数の調整段階へ移行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法に係り、特に、イオンエッチングの際に生じる温度変化が加工段階での周波数測定に影響を与えないようにしながら、粗調整と微調整を効率良く実行しながら高精度に調整した圧電共振子を得ることを目的とした装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する方法は数十年前から知られている。それらの概要については、１９７５年の第２９回年次周波数調整シンポジウム会報（Proceeding of the 29th Annual Symposium on Frequency Control）における第１２８〜１３４頁に掲載されており、同記事はR.N.Castellano等によるイオンビーム技術による圧電素子の製造の研究（A Survey of Ion Beam Techniques for Piezoelectric Device Fabrication）に関するものである。
【０００３】
しかしながら、それらの早期に発表された文献があるにも拘わらず、イオンエッチング方式を利用した圧電共振子の共振周波数調整方法は、最近になってようやく実用レベルで実施されるようになってきた。そのイオンエッチング方式による調整方法は、真空中において圧電共振子の電極表面をイオンガンが発生させるイオンビームに晒すことにより行われる。即ち、イオンビームを電極に照射させると、電極の表面が剥ぎ取られて電極の質量が減少し、それによって圧電共振子の共振周波数を目的周波数へ向けて上昇させてゆくものである。
【０００４】
また、イオンエッチング方式による調整方法では一般にカウフマン（Kaufman）方式のイオンガンが適用されている。このイオンガンは、フィラメントからグリッドへ向かって加速される電子で不活性ガスの分子をイオン化し、そのイオンを電極表面に当てる方式であるが、フィラメントのメインテナンスを頻繁に行わなければならないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電共振子の共振周波数をイオンエッチング方法によって調整する工程では、単位時間当りのエッチング量に比例した割合で圧電共振子に熱が発生する。その場合、圧電共振子の共振周波数を計測しながらイオンエッチングを実行するのであるが、圧電共振子の共振周波数には温度依存性があるため、調整後に圧電共振子の温度が下がると共振周波数が変化して調整精度が低下する。
【０００６】
その問題に対して、１回の調整毎のエッチング率を低下させれば改善できることになるが、当然に目的周波数を得るまでの調整時間が長くなって効率が悪くなる。また、予め共振周波数の変化分を見込んだ目的周波数を設定しておく方法もあるが、個々の圧電共振子で変化分が異なるために高精度な調整が不可能であり、多数の圧電共振子の共振周波数を仕様範囲内に調整することは至難である。そこで、本発明は、多数の圧電共振子の共振周波数をイオンエッチング時の温度変化の影響を受けることなく目的周波数に調整することが可能な装置及び方法を提供し、共振周波数を高精度に設定した圧電共振子を効率良く得ることを目的として創作された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、真空槽内で圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する装置において、圧電共振子を嵌合させる凹部がマトリクス状配列態様で多数形成されていると共に、その各凹部の底壁には前記圧電共振子が嵌合した際にその電極を露出させる孔が形成されており、前記マトリクス状配列の行方向へ移動可能に支持された搬送用トレーと、２つの直線状の開口部が前記マトリクス状配列に係る行方向間隔のＮ倍（但し、Ｎは２以上の整数）だけ離隔させて平行に配置されており、その各開口部を通じて前記搬送用トレーにおける２列の各孔の形成領域に対してイオンビームを放射するイオンガンと、前記搬送用トレーと前記イオンガンの間に設置され、前記搬送用トレーの２列の各孔が前記イオンガンの各開口部と平面的に対応する位置に移動した状態で、前記２列の各孔と平面的に対応する位置にシャッター付きの開口窓が設けられたビーム制御板と、前記搬送用トレーにおける各凹部の形成面側に、その形成面と垂直な方向へ移動可能に支持されており、前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめられる各コンタクトピンが配設されているコンタクトパッドと、前記コンタクトパッドの各コンタクトピンを介して各圧電共振子の共振周波数を個別に計測する周波数計測手段と、前記搬送用トレーを前記マトリクス状配列の行方向間隔を単位ステップとして移動させる搬送制御手段と、前記コンタクトパッドの位置を制御して各コンタクトピンと各圧電共振子の電気接続端子との接続／非接続状態を構成する接続制御手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記ビーム制御板の各シャッターを個別に開閉制御するシャッター制御手段とを具備し、前記コンタクトパッドのコンタクトピンを前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された２列の各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめ、前記搬送用トレーにおける前記２列の各圧電共振子に対してそれらの共振周波数を計測しながら前記ビーム制御板の各シャッターを開閉制御してイオンビームによるエッチングを実行し、その２列の内、前記搬送用トレーの前進方向に関して後方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が目的周波数よりも低く設定された予備的周波数に、また前方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が前記目的周波数に達した段階で、前記コンタクトパッドのコンタクトピンと前記２列の各圧電共振子の電気接続端子とを非接続状態にして前記搬送用トレーを前記単位ステップ分だけ前進させる制御動作を繰り返すことを特徴としたイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置に係る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の「イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法」は、以下の構成を有していることにより、次のような効果を奏する。
【０００９】
搬送用トレーにマトリクス状配設態様でセットした圧電共振子の電極を２列分同時にイオンエッチングしながら、一方の列の各圧電共振子の共振周波数を予備的周波数に粗調整し、自然冷却した他方の列の各圧電共振子の共振周波数を目的周波数に微調整することにより、共振周波数を高精度に調整した圧電共振子を効率良く生産することを可能にする。
【００１０】
又、一般的に目的周波数への調整時間よりも予備的周波数への調整時間の方が長くなるため、予備的周波数への調整時間を可能な限り短くし、全体としてのスループットを向上させる。
【００１１】
更に、前記の予備的周波数へ調整時間と目的周波数への調整時間の時間差を利用して、目的周波数への調整のためのイオンビームの強度を低くすることにより、最終的に得られる圧電共振子の共振周波数の調整精度を高める。また、それらの発明の適用は、全体としてのスループットを低下させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の「イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法」の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。先ず、図５（Ａ）は底部が閉じたＳＭＤ（surface-mounted device）パッケージ１に圧電共振子２が装着されている状態を示し、そのＳＭＤパッケージ１には蓋がなく、圧電共振子２の一方の電極３が表側に露出されている。また、図５（Ｂ）はＳＭＤパッケージ１の裏側面を図示したものであり、圧電共振子２の各電極の電気接続端子４,５はＳＭＤパッケージ１の裏側に導かれて離隔した態様で配設されている。
【００１３】
次に、図１は実施形態に係る共振周波数調整装置の概略的構成図であり、図２はイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係（但し、調整開始前の状態）を示す平面図である。各図において、真空槽１０には上側から順にコンタクトバッド２０と搬送用トレー３０とマスク板４０とビーム制御板５０とイオンガン６０が平行な設置条件で内蔵されている。
【００１４】
ここに、搬送用トレー３０は真空槽１０内で水平方向へ可動な状態で支持されており、電動モータ１１によって駆動される減速機構等１２を介して水平方向へ移動されるものである。そして、搬送用トレー３０の上側面には前記のＳＭＤパッケージ１を嵌合させる多数の凹部３１がマトリクス状に形成されていると共に、その各凹部３１の底壁には孔３２が穿設されており、各凹部３１に対してＳＭＤパッケージ１を圧電共振子２の露出側を伏せてセットした状態で、水平方向へ移動できるようになっている。尚、この実施形態の搬送用トレー３０では、図２に示すように、凹部３１が８行×１６列のマトリクス状に形成されており、その行方向間隔は”ｄ”とされ、列方向間隔は”ｗ”とされている。
【００１５】
コンタクトバッド２０は昇降装置１３によって支持されており、搬送用トレー３０との対向面側には、その搬送用トレー３０における凹部３１の配設条件で２列分隔てた各列に属する凹部３１の配設領域に対応する位置に、それぞれ一対のコンタクトピン２１,２２が設けられている。即ち、各コンタクトピン２１,２２の列間の距離はＤ＝３ｄとされており、各列について列方向間隔ｗで８組の各コンタクトピン２１,２２が整列せしめられている。そして、各対のコンタクトピン２１,２２におけるピンの間隔は前記のＳＭＤパッケージ１における各電気接続端子４,５の略中心の間隔ａ（図５参照）とほぼ同等に設定されており、また各対のコンタクトピン２１,２２はバネ付勢機構（図示せず）によって下側へ付勢した状態で突出せしめられている。
【００１６】
マスク板４０は、真空槽１０内において搬送用トレー３０の下側面に密接した態様で固定されており、前記のコンタクトパッド２０における各対のコンタクトピン２１,２２の配設位置と平面的に対応する位置に開口窓４１,４２が形成されている。また、その各開口窓４１,４２はイオンガン６０のイオンビームを各圧電共振子２の電極３にだけ当てるためのものであり、電極３と同等の大きさか、又は誤差を考慮して電極３よりも僅かに大きく設定されている。ビーム制御板５０には、マスク板４０と同様に、真空槽１０内で固定されており、またマスク板４０における各開口窓４１,４２の配設位置と同一条件で各開口窓５１,５２が形成されているが、その各開口窓５１,５２には開閉制御されるシャッター５１a,５２aが設けられている。即ち、マスク板４０の開口窓４１,４２とビーム制御板５０の開口窓５１,５２は、それぞれ列間の距離をＤ＝３ｄとして、各列について列方向間隔ｗで８個形成されており、コンタクトバッド２０の各対のコンタクトピン２１,２２の中間から降ろした垂線上に位置していることになる。
【００１７】
イオンガン６０は、アノードレイヤー（Anode Layer）ガンを使用したものであって、その外部筐体には図２に示すような長円状の開口部６０aが形成されているが、開口部６０aの円弧状部分は閉鎖されており、その直線部分の開口区間６１,６２だけからイオンビームを放射するようになっている。そして、開口区間６１,６２の間隔はＤ＝３ｄに、それぞれの長さは搬送用トレー３０の幅に相当するように設定されており、イオンガン６０はその各開口区間６１,６２がマスク板４０とビーム制御板５０における開口窓（４１,５１）と（４２,５２）の各形成領域に対して平面的に対応するように設置されている。尚、アノードレイヤー方式のイオンガンはこの種の装置に用いられてこなかったが、放電現象と磁界を利用しているためにフィラメントが不要であり、カウフマン方式のイオンガンを用いる場合と比較して、頻繁にメインテナンスを施さなくてもよいという利点がある。
【００１８】
また、真空槽１０の外部に設けられた制御モジュール７０の入力端子にはコンタクトパッド２０の各コンタクトピン２１,２２から導かれたケーブルが接続されており、コンタクトバッド２０を降ろしてコンタクトピン２１,２２をＳＭＤパッケージ１の電気接続端子４,５に接続させた状態で圧電共振子２の共振周波数を計測できるようになっている。そして、制御モジュール７０は少なくとも共振周波数の計測回路とマイクロコンピュータ回路を内蔵しており、計測回路が求めた各圧電共振子２の共振周波数データに基づいて、［搬送用トレー３０を移動させる電動モータ１１］と［コンタクトパッド２０を移動させる昇降装置１３］と［ビーム制御板５０の各シャッター５１a,５２a］と［イオンガン６０］に対して制御信号を出力してそれらの動作をシーケンス制御する。
【００１９】
次に、前記の共振周波数調整装置による圧電共振子２の共振周波数の調整手順を順次説明する。先ず、図２は調整手順を開始する前におけるイオンガン６０の開口区間６１,６２と搬送用トレー３０の平面的位置関係を示しており、搬送用トレー３０の各凹部３１にはＳＭＤパッケージ１が圧電共振子２の露出側を伏せた態様でセットされている。従って、搬送用トレー３０には合計１２８個のＳＭＤパッケージ１を搭載させることができ、それらを以下の手順によって列単位で調整してゆく。
【００２０】
制御モジュール７０に対して開始指示を与えると、制御モジュール７０は電動モータ１１を駆動させて搬送用トレー３０を水平移動させ、その第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１をイオンガン６０の開口区間６１の上側に配置させる。即ち、搬送用トレー３０とイオンガン６０との平面的な関係は図３（Ａ）に示すＳＴＥＰ１の状態になる。また、開始指示に基づいて、制御モジュール７０はイオンガン６０を起動させて、各開口区間６１,６２からイオンビームが放射された状態にする。尚、この段階ではビーム制御板５０のシャッター５１a,５２aは閉じた状態になっている。
【００２１】
搬送用トレー３０の移動が完了すると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を下降させ、８組のコンタクトピン２１が第１列目の各ＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２に形成されている電気接続端子４,５に圧接した状態でコンタクトパッド２０の下降を停止させる。
【００２２】
そして、制御モジュール７０は第１列目の全ての圧電共振子２の共振周波数を計測し、そのデータを内部メモリにセーブする。また、その段階で、制御モジュール７０はビーム制御板５０の全てのシャッター５１a,５２aを開放させる。従って、イオンガン６０のイオンビームはビーム制御板５０の開口窓５１,５２からマスク板４０の開口窓４１,４２を通じて上側へ放射されることになり、第１列目の８個の圧電共振子２に対してイオンガン６０の開口区間６１から放射されているイオンビームによるエッチングが開始される。
【００２３】
ところで、制御モジュール７０は前記の計測結果に基づいて８個の圧電共振子２の内で最高の共振周波数を呈したものを確認することができる。この実施形態では、先ず、制御モジュール７０がその最高の共振周波数を呈した圧電共振子２に着目してエッチング継続中の共振周波数を継続的に計測する。そして、エッチングの継続によって前記の圧電共振子２の共振周波数が予め設定された予備的周波数ＦＰに達した段階で、制御モジュール７０はその圧電共振子２に対応しているビーム制御板５０のシャッター５１aを閉じるようにする。
【００２４】
次に、制御モジュール７０は前記で予備的周波数ＦＰへの調整が完了した圧電共振子２以外の他の圧電共振子２に係る共振周波数を再度計測し、その内の最高の共振周波数を呈した圧電共振子２に着目して、その圧電共振子２についての計測を行いながらエッチングを継続させて予備的周波数ＦＰへの調整を実行する。以降、制御モジュール７０は、１個の圧電共振子の調整が完了する度に残りの圧電共振子２の各共振周波数を再計測し、その計測によって最高の周波数を呈した圧電共振子２について同様の手順で予備的周波数ＦＰに調整してゆく。但し、ここで実行されている調整工程は目標周波数への調整ではなく、その目標周波数より低く設定された予備的周波数ＦＰへ揃えるための第１段階での調整工程である。
【００２５】
具体的には、図４は前記の調整過程を詳しく説明するグラフであり、一例として８個の圧電共振子２を最終的な目標周波数ＦＴである２０.０００ＭＨzに調整する場合を示しており、予備的周波数ＦＰを１９.９９８ＭＨzに設定して第１段階での調整を実行させている。同図における○印は調整前の各圧電共振子２の共振周波数を示しており、最低の共振周波数ＦＬ＝１９.９７２ＭＨzから最高の共振周波数ＦＨ＝１９.９９２ＭＨzまで２０ＫＨzの拡がりがある。
【００２６】
前記の調整過程によれば、先ず、最高の共振周波数ＦＨに係る圧電共振子２について予備的周波数ＦＰに調整されるが、そのΔＦ＝６ＫＨz分の調整過程においてビーム制御板５０の全てのシャッター５１aは開放されているため、他の圧電共振子２についてもエッチングが進行してそれらの共振周波数もΔＦ分だけ高くなる。従って、図４に示すように、第１列目の各圧電共振子２の共振周波数はそれぞれ○印の周波数から×印の周波数へ高められることになる。そして、予備的周波数ＦＰへの調整が完了した前記の圧電共振子２に対応するシャッター５１aを閉じて、その他の圧電共振子２の共振周波数を計測することになるが、通常は前の計測によって共振周波数が第２番目に該当していた圧電共振子２が次の調整対象となり、図４において”ｑ”で示した×印の周波数から予備的周波数ＦＰへ調整し、その調整の完了によりその圧電共振子２に対応したシャッター５１aが閉じられることになる。以降、同様にして、搬送用トレー３０の第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２が全て予備的周波数ＦＰへ調整される。
【００２７】
ところで、前記の調整過程では１個の圧電共振子２の調整が完了する度に残りの圧電共振子２の共振周波数を計測して再確認するようにしている。これは、一般的には当初の計測データに基づいた調整順序を採用することも可能であるが、イオンガン６０によるエッチングが各圧電共振子２に対して完全に均等に行われてバラツキがないという保証はないためである。その場合、計測時間中においてもエッチングが継続しているために、調整が完了した段階で圧電共振子２の共振周波数がそのエッチング時間相当分だけ予備的周波数ＦＰからずれている可能性がある。しかし、１つの圧電共振子２の共振周波数を計測するために必要な時間は約１０ｍsecであり、最長の計測時間は第２番目の圧電共振子２の調整を実行する前に行われる７個の圧電共振子２を対象とした１サイクルの計測時間であることから、前記の周波数のずれは最大で約７０ｍsecのエッチングによるものになる。一方、代表的なエッチング速度は圧電共振子２の目的周波数に対して１００ｐｐｍ／secである。従って、仮に約７０ｍsecのエッチングが余分になされたとしても、前記の周波数のずれによる誤差は７ｐｐｍであり、この誤差は予備的周波数ＦＰへの調整の後に実行される後記の目標周波数への調整量（目的周波数に対する約５０ｐｐｍ分）と比較しても十分に小さい値である。
【００２８】
以上のようにして搬送用トレー３０の第１列目の圧電共振子２が予備的周波数ＦＰに調整されると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を上側へ引き上げ、また電動モータ１１を駆動させて搬送用トレー３０が距離ｄだけ前方へ移動した段階で停止させる。従って、搬送用トレー３０とイオンガン６０の開口区間６１,６２との平面的関係は図３（Ｂ）のＳＴＥＰ２に示す状態となり、その移動が完了した段階で昇降装置１３が逆駆動されてコンタクトパッド２０が下降せしめられ、８組のコンタクトピン２１が第２列目の各ＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２に形成されている電気接続端子４,５に圧接した状態になる。また、第１列目の各圧電共振子２に対する調整が完了した段階ではビーム制御板５０の全てのシャッター５１aが閉じた状態になっているが、搬送用トレー３０は前記の準備が完了した段階で全てのシャッター５１aを開放させる。そして、その後に第１列目の各圧電共振子２に対する調整手順と同様の手順で第２列目の各圧電共振子２の共振周波数を予備的周波数ＦＰに調整する。
【００２９】
更に、その第２列目の各圧電共振子２に対する調整が完了すると、制御モジュール７０はコンタクトパッド２０と搬送用トレー３０の制御を行って図３（Ｃ）のＳＴＥＰ３の状態とし、第３列目の各圧電共振子２に対する調整手順を実行する。
【００３０】
また更に、第３列目の各圧電共振子２に対する調整が完了すると、同様にコンタクトパッド２０と搬送用トレー３０の制御によって図３（Ｄ）のＳＴＥＰ４の状態にして第４列目の各圧電共振子２に対する調整手順を実行する。但し、その段階では搬送用トレー３０がＤ＝３ｄだけ移動せしめられるため、第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１がイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置まで搬送された状態になる。
【００３１】
前記のように、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示したＳＴＥＰ１〜３の工程では搬送用トレー３０がそれぞれ距離ｄずつ移動せしめられて、第１列目から第３列目までの各圧電共振子２を予備的周波数ＦＰに調整している。従って、図３（Ｄ）のＳＴＥＰ４でイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置に達した第１列目の各圧電共振子２は既にＳＴＥＰ１で予備的周波数ＦＰに調整されたものである。但し、ＳＴＥＰ１においてイオンビームに晒されている状態での各圧電共振子２の温度は上昇しており、計測値として予備的周波数ＦＰが得られていてもその値は常温状態での共振周波数からずれている。
【００３２】
一方、第１列目の圧電共振子２は、ＳＴＥＰ１でエッチングを受けた後、ＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３の状態を経てＳＴＥＰ４の位置へ搬送されている。ＳＴＥＰ４では、前記のように第４列目の各圧電共振子２に対する予備的周波数ＦＰへの調整手順と第１列目の各圧電共振子２を最終的に目的周波数ＦＴへ調整する手順を同時に実行する。先ず、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を下降せしめ、各コンタクトピン２１を第４列目の各圧電共振子２の電気接続端子４,５に、各コンタクトピン２２を第１列目の各圧電共振子２の電気接続端子４,５にそれぞれ圧接させる。
【００３３】
そして、制御モジュール７０は、ビーム制御板５０の各シャッター５１aを全て開放して第４列目の各圧電共振子２に対する上記の調整手順を実行させるのであるが、各シャッター５２aについては全て閉じた状態とした後、第１列目の８個の圧電共振子２から１個ずつ選択して目的周波数ＦＴへの調整手順を実行する。この第１列目の各圧電共振子２に対する調整は、選択された圧電共振子２に対応するシャッター５２aを開放し、その圧電共振子２の共振周波数を計測しながらイオンガン６０の開口区間６２から放射されているイオンビームでエッチングすることによって実行される。
【００３４】
即ち、選択した圧電共振子２の共振周波数はエッチングの進行によってほぼ予備的周波数ＦＰに設定された状態から目的周波数ＦＴへ上昇するが、その圧電共振子２の共振周波数が目的周波数ＦＴになった段階でシャッター５２aを閉じるという手順を第１列目の８個の圧電共振子について順次実行する。尚、上記のＳＴＥＰ１における予備的周波数ＦＰへの調整段階と異なり、この場合における各圧電共振子２の選択順序は任意である。
【００３５】
ところで、ＳＴＥＰ４の位置へ搬送された第１列目の各圧電共振子２はＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ３の非エッチング状態を経ているため、ＳＴＥＰ１で上昇した温度は搬送された時点では自然冷却されて低下しており、共振周波数が圧電素子の温度依存性によって変化することは避けられない。また、上記のようにＳＴＥＰ１での共振周波数の計測時間に基づいたずれもある。しかし、それらの誤差は（目的周波数ＦＴ−予備的周波数ＦＰ）の値に対して十分に小さいものである。ＳＴＥＰ４での調整において重要なことは、ＳＴＥＰ１の調整手順でイオンビームによって加熱された各圧電共振子２がＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３を経ることで自然冷却されている点、及び、図４に示すように、予備的周波数ＦＰが目的周波数ＦＴに近い値に設定されており、ＳＴＥＰ４でのエッチング量が小さくても足りる点にある。
【００３６】
換言すれば、ＳＴＥＰ４で各圧電共振子２の共振周波数を最終的な目的周波数ＦＴへ調整する際に、自然冷却された後の温度状態からエッチングを開始でき、且つ各圧電共振子２をイオンビームに晒す時間を短くすることができるために、圧電共振子２の温度依存性の影響を受けずに正確な調整が実行できることになる。
【００３７】
以上のようにして、ＳＴＥＰ４で第１列目の各圧電共振子２について目的周波数ＦＴへの調整が完了し、また第４列目の各圧電共振子２について予備的周波数ＦＰへの調整が完了すると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を上昇させ、電動モータ１１を駆動させることで搬送用トレー３０を距離ｄだけ前方へ移動させる。従って、第５列目の各圧電共振子２がイオンガン６０の開口区間６１に対応する位置に、予備的周波数ＦＰに調整された第２列目の各圧電共振子２がイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置にそれぞれ搬送されるが、前者に対しては予備的周波数ＦＰへの調整手順が、後者に対しては目的周波数ＦＴへの調整手順が同時に実行されることになる。
【００３８】
以降、同様にして、各調整工程が完了する度に搬送用トレー３０が距離ｄずつ前方へ移動せしめられ、第ｍ列（但し、ｍ＝３,４,…,１３）の各圧電共振子２の予備的周波数ＦＰへの調整と、第(ｍ＋３)列の各圧電共振子２に対する目的周波数ＦＴへの調整が同時に実行されてゆく。尚、ｍ＝１４,１５,１６の場合にはイオンガン６０の開口区間６１に対応する列がなくなるため、予備的周波数ＦＰへの調整が完了している第１４列目から第１６列目の各圧電共振子２に対する目的周波数ＦＴへの調整だけになる。
【００３９】
以上に本発明の実施形態を説明したが、その変形例として次のような構成にしてもよい。
【００４０】
(1) 前記の実施形態では、コンタクトパッド２０における各コンタクトピン２１,２２の列間の距離、マスク板４０における各開口窓４１,４２の列間の距離、ビーム制御板５０における各開口窓５１,５２の列間の距離、及びイオンガン６０における各開口区間６１,６２の間隔がＤ＝３ｄであり、搬送用トレー３０における凹部３１と孔３２の行方向間隔ｄの３倍に設定されているが、Ｄは必ずしも３ｄとする必要はなく、ｄの２以上の整数倍であればよい。即ち、距離Ｄは、予備的周波数ＦＰへの調整段階で温度が上昇した各列の圧電共振子２を目的周波数ＦＴへの調整段階に達するまでに自然冷却させる時間を確保するものであるが、原理的には搬送用トレー３０が２ＳＴＥＰ以上移動せしめられる時間を設けておけば足りる。もっとも、距離Ｄは、ｄの２以上の整数倍という条件下に、前記の自然冷却が十分に行われることと、各列の圧電共振子２に対する調整時間も考慮して最も効率良く調整が進行するように設定される。
【００４１】
(2) 前記の実施形態では、イオンガン６０の各開口区間６１,６２から放射させるイオンビームの強度（ビーム密度）を同等に設定しているが、開口区間６２でのビーム密度を開口区間６１のそれよりも低く設定すれば、最終的な目的周波数ＦＴへの調整精度を高めることができる。これは、ビーム密度はエッチング率に比例し、エッチング率を低下させると調整精度を向上させることができるためであり、各開口区間６１,６２に設けるガンのビーム密度を前記のように設定すればよい。また、基本的には圧電共振子２に対するエッチング率が問題であることから、イオンガン６０の各開口区間６１,６２のビーム密度を同等に設定しながら、開口区間６２側に対応した列のシャッター５２aを全開状態とせずに、部分的に閉じる方法を採用してもよい。そして、それらの方法を採用しても、一般的に目的周波数ＦＴへの調整時間は予備的周波数への調整時間と比較して遥かに短いため、各ＳＴＥＰでの調整時間が長くなることはなく、スループットは低下しない。
【００４２】
(3) 前記の実施形態では、マスク板４０の各開口窓４１,４２によって調整段階にある各圧電共振子２の電極３にのみイオンビームが当るようにしている。これは、電極３以外の部分（電極３と電気接続端子４,５を接続する導体部分やＳＭＤパッケージ１等）にイオンビームが当ると、それらの部分が電極３の表面と同様に荒らされるためである。その機能からみれば、前記の実施形態のようにマスク板４０を固定方式とせずに、搬送用トレー３０の各孔３２に対応する位置に前記の開口窓４１,４２に相当する孔を形成したマスク板を搬送用トレー３０の下側面に密着させて取り付けておき、搬送用トレー３０と共に移動するような構成であってもよい。更には、マスク板４０の前記機能は、搬送用トレー３０の孔３２を電極３と同等の大きさか、又はそれよりも僅かに大きく形成しておくことで代替させることができ、その場合にはマスク板４０が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る共振周波数調整装置の概略的構成図である。
【図２】調整手順の開始前におけるイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係を示す平面図である。
【図３】搬送用トレーにセットされた圧電共振子に対する共振周波数の調整状態におけるイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係を示す平面図である。但し、（Ａ）は第１列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｂ）は第２列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｃ）は第３列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｄ）は第４列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整と第１列目の圧電共振子に対する目的周波数への調整を行っている状態に相当する。
【図４】搬送用トレーの第１列目の各圧電共振子における最高の共振周波数を有するものが予備的周波数へ調整された段階での各圧電共振子の共振周波数の変化を示すグラフである。
【図５】圧電共振子が装着されたＳＭＤパッケージの外観斜視図であり、（Ａ）は表側面（開放側）を、（Ｂ）は裏側面（底部側）を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１…ＳＭＤパッケージ
２…圧電共振子
３…電極
４,５…電気接続端子
１０…真空槽
１１…電動モータ
１２…減速機構等
１３…昇降装置
２０…コンタクトパッド
２１,２２…コンタクトピン
３０…搬送用トレー
３１…凹部
３２…孔
４０…マスク板
４１,４２…開口窓
５０…ビーム制御板
５１,５２…開口窓
５１a,５２a…シャッター
６０…イオンガン
６０a…開口部
６１,６２…開口区間
７０…制御モジュール
ａ…ＳＭＤパッケージにおける各電気接続端子の略中心の間隔
Ｄ…コンタクトピンの列間の距離
ｄ…搬送用トレーの凹部の行方向間隔
ｗ…搬送用トレーの凹部の列方向間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法に係り、特に、イオンエッチングの際に生じる温度変化が加工段階での周波数測定に影響を与えないようにしながら、粗調整と微調整を効率良く実行しながら高精度に調整した圧電共振子を得ることを目的とした装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する方法は数十年前から知られている。それらの概要については、１９７５年の第２９回年次周波数調整シンポジウム会報（Proceeding of the 29th Annual Symposium on Frequency Control）における第１２８〜１３４頁に掲載されており、同記事はR.N.Castellano等によるイオンビーム技術による圧電素子の製造の研究（A Survey of Ion Beam Techniques for Piezoelectric Device Fabrication）に関するものである。
【０００３】
しかしながら、それらの早期に発表された文献があるにも拘わらず、イオンエッチング方式を利用した圧電共振子の共振周波数調整方法は、最近になってようやく実用レベルで実施されるようになってきた。そのイオンエッチング方式による調整方法は、真空中において圧電共振子の電極表面をイオンガンが発生させるイオンビームに晒すことにより行われる。即ち、イオンビームを電極に照射させると、電極の表面が剥ぎ取られて電極の質量が減少し、それによって圧電共振子の共振周波数を目的周波数へ向けて上昇させてゆくものである。
【０００４】
また、イオンエッチング方式による調整方法では一般にカウフマン（Kaufman）方式のイオンガンが適用されている。このイオンガンは、フィラメントからグリッドへ向かって加速される電子で不活性ガスの分子をイオン化し、そのイオンを電極表面に当てる方式であるが、フィラメントのメインテナンスを頻繁に行わなければならないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電共振子の共振周波数をイオンエッチング方法によって調整する工程では、単位時間当りのエッチング量に比例した割合で圧電共振子に熱が発生する。その場合、圧電共振子の共振周波数を計測しながらイオンエッチングを実行するのであるが、圧電共振子の共振周波数には温度依存性があるため、調整後に圧電共振子の温度が下がると共振周波数が変化して調整精度が低下する。
【０００６】
その問題に対して、１回の調整毎のエッチング率を低下させれば改善できることになるが、当然に目的周波数を得るまでの調整時間が長くなって効率が悪くなる。また、予め共振周波数の変化分を見込んだ目的周波数を設定しておく方法もあるが、個々の圧電共振子で変化分が異なるために高精度な調整が不可能であり、多数の圧電共振子の共振周波数を仕様範囲内に調整することは至難である。そこで、本発明は、多数の圧電共振子の共振周波数をイオンエッチング時の温度変化の影響を受けることなく目的周波数に調整することが可能な装置及び方法を提供し、共振周波数を高精度に設定した圧電共振子を効率良く得ることを目的として創作された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、真空槽内で圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する装置において、圧電共振子を嵌合させる凹部がマトリクス状配列態様で多数形成されていると共に、その各凹部の底壁には前記圧電共振子が嵌合した際にその電極を露出させる孔が形成されており、前記マトリクス状配列の行方向へ移動可能に支持された搬送用トレーと、２つの直線状の開口部が前記マトリクス状配列に係る行方向間隔のＮ倍（但し、Ｎは２以上の整数）だけ離隔させて平行に配置されており、その各開口部を通じて前記搬送用トレーにおける２列の各孔の形成領域に対してイオンビームを放射するイオンガンと、前記搬送用トレーと前記イオンガンの間に設置され、前記搬送用トレーの２列の各孔が前記イオンガンの各開口部と平面的に対応する位置に移動した状態で、前記２列の各孔と平面的に対応する位置にシャッター付きの開口窓が設けられたビーム制御板と、前記搬送用トレーにおける各凹部の形成面側に、その形成面と垂直な方向へ移動可能に支持されており、前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめられる各コンタクトピンが配設されているコンタクトパッドと、前記コンタクトパッドの各コンタクトピンを介して各圧電共振子の共振周波数を個別に計測する周波数計測手段と、前記搬送用トレーを前記マトリクス状配列の行方向間隔を単位ステップとして移動させる搬送制御手段と、前記コンタクトパッドの位置を制御して各コンタクトピンと各圧電共振子の電気接続端子との接続／非接続状態を構成する接続制御手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記ビーム制御板の各シャッターを個別に開閉制御するシャッター制御手段とを具備し、前記コンタクトパッドのコンタクトピンを前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された２列の各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめ、前記搬送用トレーにおける前記２列の各圧電共振子に対してそれらの共振周波数を計測しながら前記ビーム制御板の各シャッターを開閉制御してイオンビームによるエッチングを実行し、その２列の内、前記搬送用トレーの前進方向に関して後方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が目的周波数よりも低く設定された予備的周波数に、また前方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が前記目的周波数に達した段階で、前記コンタクトパッドのコンタクトピンと前記２列の各圧電共振子の電気接続端子とを非接続状態にして前記搬送用トレーを前記単位ステップ分だけ前進させる制御動作を繰り返すことを特徴としたイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置に係る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の「イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法」は、以下の構成を有していることにより、次のような効果を奏する。
【０００９】
搬送用トレーにマトリクス状配設態様でセットした圧電共振子の電極を２列分同時にイオンエッチングしながら、一方の列の各圧電共振子の共振周波数を予備的周波数に粗調整し、自然冷却した他方の列の各圧電共振子の共振周波数を目的周波数に微調整することにより、共振周波数を高精度に調整した圧電共振子を効率良く生産することを可能にする。
【００１０】
又、一般的に目的周波数への調整時間よりも予備的周波数への調整時間の方が長くなるため、予備的周波数への調整時間を可能な限り短くし、全体としてのスループットを向上させる。
【００１１】
更に、前記の予備的周波数へ調整時間と目的周波数への調整時間の時間差を利用して、目的周波数への調整のためのイオンビームの強度を低くすることにより、最終的に得られる圧電共振子の共振周波数の調整精度を高める。また、それらの発明の適用は、全体としてのスループットを低下させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の「イオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置及び共振周波数調整方法」の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。先ず、図５（Ａ）は底部が閉じたＳＭＤ（surface-mounted device）パッケージ１に圧電共振子２が装着されている状態を示し、そのＳＭＤパッケージ１には蓋がなく、圧電共振子２の一方の電極３が表側に露出されている。また、図５（Ｂ）はＳＭＤパッケージ１の裏側面を図示したものであり、圧電共振子２の各電極の電気接続端子４,５はＳＭＤパッケージ１の裏側に導かれて離隔した態様で配設されている。
【００１３】
次に、図１は実施形態に係る共振周波数調整装置の概略的構成図であり、図２はイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係（但し、調整開始前の状態）を示す平面図である。各図において、真空槽１０には上側から順にコンタクトバッド２０と搬送用トレー３０とマスク板４０とビーム制御板５０とイオンガン６０が平行な設置条件で内蔵されている。
【００１４】
ここに、搬送用トレー３０は真空槽１０内で水平方向へ可動な状態で支持されており、電動モータ１１によって駆動される減速機構等１２を介して水平方向へ移動されるものである。そして、搬送用トレー３０の上側面には前記のＳＭＤパッケージ１を嵌合させる多数の凹部３１がマトリクス状に形成されていると共に、その各凹部３１の底壁には孔３２が穿設されており、各凹部３１に対してＳＭＤパッケージ１を圧電共振子２の露出側を伏せてセットした状態で、水平方向へ移動できるようになっている。尚、この実施形態の搬送用トレー３０では、図２に示すように、凹部３１が８行×１６列のマトリクス状に形成されており、その行方向間隔は”ｄ”とされ、列方向間隔は”ｗ”とされている。
【００１５】
コンタクトバッド２０は昇降装置１３によって支持されており、搬送用トレー３０との対向面側には、その搬送用トレー３０における凹部３１の配設条件で２列分隔てた各列に属する凹部３１の配設領域に対応する位置に、それぞれ一対のコンタクトピン２１,２２が設けられている。即ち、各コンタクトピン２１,２２の列間の距離はＤ＝３ｄとされており、各列について列方向間隔ｗで８組の各コンタクトピン２１,２２が整列せしめられている。そして、各対のコンタクトピン２１,２２におけるピンの間隔は前記のＳＭＤパッケージ１における各電気接続端子４,５の略中心の間隔ａ（図５参照）とほぼ同等に設定されており、また各対のコンタクトピン２１,２２はバネ付勢機構（図示せず）によって下側へ付勢した状態で突出せしめられている。
【００１６】
マスク板４０は、真空槽１０内において搬送用トレー３０の下側面に密接した態様で固定されており、前記のコンタクトパッド２０における各対のコンタクトピン２１,２２の配設位置と平面的に対応する位置に開口窓４１,４２が形成されている。また、その各開口窓４１,４２はイオンガン６０のイオンビームを各圧電共振子２の電極３にだけ当てるためのものであり、電極３と同等の大きさか、又は誤差を考慮して電極３よりも僅かに大きく設定されている。ビーム制御板５０には、マスク板４０と同様に、真空槽１０内で固定されており、またマスク板４０における各開口窓４１,４２の配設位置と同一条件で各開口窓５１,５２が形成されているが、その各開口窓５１,５２には開閉制御されるシャッター５１a,５２aが設けられている。即ち、マスク板４０の開口窓４１,４２とビーム制御板５０の開口窓５１,５２は、それぞれ列間の距離をＤ＝３ｄとして、各列について列方向間隔ｗで８個形成されており、コンタクトバッド２０の各対のコンタクトピン２１,２２の中間から降ろした垂線上に位置していることになる。
【００１７】
イオンガン６０は、アノードレイヤー（Anode Layer）ガンを使用したものであって、その外部筐体には図２に示すような長円状の開口部６０aが形成されているが、開口部６０aの円弧状部分は閉鎖されており、その直線部分の開口区間６１,６２だけからイオンビームを放射するようになっている。そして、開口区間６１,６２の間隔はＤ＝３ｄに、それぞれの長さは搬送用トレー３０の幅に相当するように設定されており、イオンガン６０はその各開口区間６１,６２がマスク板４０とビーム制御板５０における開口窓（４１,５１）と（４２,５２）の各形成領域に対して平面的に対応するように設置されている。尚、アノードレイヤー方式のイオンガンはこの種の装置に用いられてこなかったが、放電現象と磁界を利用しているためにフィラメントが不要であり、カウフマン方式のイオンガンを用いる場合と比較して、頻繁にメインテナンスを施さなくてもよいという利点がある。
【００１８】
また、真空槽１０の外部に設けられた制御モジュール７０の入力端子にはコンタクトパッド２０の各コンタクトピン２１,２２から導かれたケーブルが接続されており、コンタクトバッド２０を降ろしてコンタクトピン２１,２２をＳＭＤパッケージ１の電気接続端子４,５に接続させた状態で圧電共振子２の共振周波数を計測できるようになっている。そして、制御モジュール７０は少なくとも共振周波数の計測回路とマイクロコンピュータ回路を内蔵しており、計測回路が求めた各圧電共振子２の共振周波数データに基づいて、［搬送用トレー３０を移動させる電動モータ１１］と［コンタクトパッド２０を移動させる昇降装置１３］と［ビーム制御板５０の各シャッター５１a,５２a］と［イオンガン６０］に対して制御信号を出力してそれらの動作をシーケンス制御する。
【００１９】
次に、前記の共振周波数調整装置による圧電共振子２の共振周波数の調整手順を順次説明する。先ず、図２は調整手順を開始する前におけるイオンガン６０の開口区間６１,６２と搬送用トレー３０の平面的位置関係を示しており、搬送用トレー３０の各凹部３１にはＳＭＤパッケージ１が圧電共振子２の露出側を伏せた態様でセットされている。従って、搬送用トレー３０には合計１２８個のＳＭＤパッケージ１を搭載させることができ、それらを以下の手順によって列単位で調整してゆく。
【００２０】
制御モジュール７０に対して開始指示を与えると、制御モジュール７０は電動モータ１１を駆動させて搬送用トレー３０を水平移動させ、その第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１をイオンガン６０の開口区間６１の上側に配置させる。即ち、搬送用トレー３０とイオンガン６０との平面的な関係は図３（Ａ）に示すＳＴＥＰ１の状態になる。また、開始指示に基づいて、制御モジュール７０はイオンガン６０を起動させて、各開口区間６１,６２からイオンビームが放射された状態にする。尚、この段階ではビーム制御板５０のシャッター５１a,５２aは閉じた状態になっている。
【００２１】
搬送用トレー３０の移動が完了すると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を下降させ、８組のコンタクトピン２１が第１列目の各ＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２に形成されている電気接続端子４,５に圧接した状態でコンタクトパッド２０の下降を停止させる。
【００２２】
そして、制御モジュール７０は第１列目の全ての圧電共振子２の共振周波数を計測し、そのデータを内部メモリにセーブする。また、その段階で、制御モジュール７０はビーム制御板５０の全てのシャッター５１a,５２aを開放させる。従って、イオンガン６０のイオンビームはビーム制御板５０の開口窓５１,５２からマスク板４０の開口窓４１,４２を通じて上側へ放射されることになり、第１列目の８個の圧電共振子２に対してイオンガン６０の開口区間６１から放射されているイオンビームによるエッチングが開始される。
【００２３】
ところで、制御モジュール７０は前記の計測結果に基づいて８個の圧電共振子２の内で最高の共振周波数を呈したものを確認することができる。この実施形態では、先ず、制御モジュール７０がその最高の共振周波数を呈した圧電共振子２に着目してエッチング継続中の共振周波数を継続的に計測する。そして、エッチングの継続によって前記の圧電共振子２の共振周波数が予め設定された予備的周波数ＦＰに達した段階で、制御モジュール７０はその圧電共振子２に対応しているビーム制御板５０のシャッター５１aを閉じるようにする。
【００２４】
次に、制御モジュール７０は前記で予備的周波数ＦＰへの調整が完了した圧電共振子２以外の他の圧電共振子２に係る共振周波数を再度計測し、その内の最高の共振周波数を呈した圧電共振子２に着目して、その圧電共振子２についての計測を行いながらエッチングを継続させて予備的周波数ＦＰへの調整を実行する。以降、制御モジュール７０は、１個の圧電共振子の調整が完了する度に残りの圧電共振子２の各共振周波数を再計測し、その計測によって最高の周波数を呈した圧電共振子２について同様の手順で予備的周波数ＦＰに調整してゆく。但し、ここで実行されている調整工程は目標周波数への調整ではなく、その目標周波数より低く設定された予備的周波数ＦＰへ揃えるための第１段階での調整工程である。
【００２５】
具体的には、図４は前記の調整過程を詳しく説明するグラフであり、一例として８個の圧電共振子２を最終的な目標周波数ＦＴである２０.０００ＭＨzに調整する場合を示しており、予備的周波数ＦＰを１９.９９８ＭＨzに設定して第１段階での調整を実行させている。同図における○印は調整前の各圧電共振子２の共振周波数を示しており、最低の共振周波数ＦＬ＝１９.９７２ＭＨzから最高の共振周波数ＦＨ＝１９.９９２ＭＨzまで２０ＫＨzの拡がりがある。
【００２６】
前記の調整過程によれば、先ず、最高の共振周波数ＦＨに係る圧電共振子２について予備的周波数ＦＰに調整されるが、そのΔＦ＝６ＫＨz分の調整過程においてビーム制御板５０の全てのシャッター５１aは開放されているため、他の圧電共振子２についてもエッチングが進行してそれらの共振周波数もΔＦ分だけ高くなる。従って、図４に示すように、第１列目の各圧電共振子２の共振周波数はそれぞれ○印の周波数から×印の周波数へ高められることになる。そして、予備的周波数ＦＰへの調整が完了した前記の圧電共振子２に対応するシャッター５１aを閉じて、その他の圧電共振子２の共振周波数を計測することになるが、通常は前の計測によって共振周波数が第２番目に該当していた圧電共振子２が次の調整対象となり、図４において”ｑ”で示した×印の周波数から予備的周波数ＦＰへ調整し、その調整の完了によりその圧電共振子２に対応したシャッター５１aが閉じられることになる。以降、同様にして、搬送用トレー３０の第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２が全て予備的周波数ＦＰへ調整される。
【００２７】
ところで、前記の調整過程では１個の圧電共振子２の調整が完了する度に残りの圧電共振子２の共振周波数を計測して再確認するようにしている。これは、一般的には当初の計測データに基づいた調整順序を採用することも可能であるが、イオンガン６０によるエッチングが各圧電共振子２に対して完全に均等に行われてバラツキがないという保証はないためである。その場合、計測時間中においてもエッチングが継続しているために、調整が完了した段階で圧電共振子２の共振周波数がそのエッチング時間相当分だけ予備的周波数ＦＰからずれている可能性がある。しかし、１つの圧電共振子２の共振周波数を計測するために必要な時間は約１０ｍsecであり、最長の計測時間は第２番目の圧電共振子２の調整を実行する前に行われる７個の圧電共振子２を対象とした１サイクルの計測時間であることから、前記の周波数のずれは最大で約７０ｍsecのエッチングによるものになる。一方、代表的なエッチング速度は圧電共振子２の目的周波数に対して１００ｐｐｍ／secである。従って、仮に約７０ｍsecのエッチングが余分になされたとしても、前記の周波数のずれによる誤差は７ｐｐｍであり、この誤差は予備的周波数ＦＰへの調整の後に実行される後記の目標周波数への調整量（目的周波数に対する約５０ｐｐｍ分）と比較しても十分に小さい値である。
【００２８】
以上のようにして搬送用トレー３０の第１列目の圧電共振子２が予備的周波数ＦＰに調整されると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を上側へ引き上げ、また電動モータ１１を駆動させて搬送用トレー３０が距離ｄだけ前方へ移動した段階で停止させる。従って、搬送用トレー３０とイオンガン６０の開口区間６１,６２との平面的関係は図３（Ｂ）のＳＴＥＰ２に示す状態となり、その移動が完了した段階で昇降装置１３が逆駆動されてコンタクトパッド２０が下降せしめられ、８組のコンタクトピン２１が第２列目の各ＳＭＤパッケージ１の圧電共振子２に形成されている電気接続端子４,５に圧接した状態になる。また、第１列目の各圧電共振子２に対する調整が完了した段階ではビーム制御板５０の全てのシャッター５１aが閉じた状態になっているが、搬送用トレー３０は前記の準備が完了した段階で全てのシャッター５１aを開放させる。そして、その後に第１列目の各圧電共振子２に対する調整手順と同様の手順で第２列目の各圧電共振子２の共振周波数を予備的周波数ＦＰに調整する。
【００２９】
更に、その第２列目の各圧電共振子２に対する調整が完了すると、制御モジュール７０はコンタクトパッド２０と搬送用トレー３０の制御を行って図３（Ｃ）のＳＴＥＰ３の状態とし、第３列目の各圧電共振子２に対する調整手順を実行する。
【００３０】
また更に、第３列目の各圧電共振子２に対する調整が完了すると、同様にコンタクトパッド２０と搬送用トレー３０の制御によって図３（Ｄ）のＳＴＥＰ４の状態にして第４列目の各圧電共振子２に対する調整手順を実行する。但し、その段階では搬送用トレー３０がＤ＝３ｄだけ移動せしめられるため、第１列目にセットされている８個のＳＭＤパッケージ１がイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置まで搬送された状態になる。
【００３１】
前記のように、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示したＳＴＥＰ１〜３の工程では搬送用トレー３０がそれぞれ距離ｄずつ移動せしめられて、第１列目から第３列目までの各圧電共振子２を予備的周波数ＦＰに調整している。従って、図３（Ｄ）のＳＴＥＰ４でイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置に達した第１列目の各圧電共振子２は既にＳＴＥＰ１で予備的周波数ＦＰに調整されたものである。但し、ＳＴＥＰ１においてイオンビームに晒されている状態での各圧電共振子２の温度は上昇しており、計測値として予備的周波数ＦＰが得られていてもその値は常温状態での共振周波数からずれている。
【００３２】
一方、第１列目の圧電共振子２は、ＳＴＥＰ１でエッチングを受けた後、ＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３の状態を経てＳＴＥＰ４の位置へ搬送されている。ＳＴＥＰ４では、前記のように第４列目の各圧電共振子２に対する予備的周波数ＦＰへの調整手順と第１列目の各圧電共振子２を最終的に目的周波数ＦＴへ調整する手順を同時に実行する。先ず、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を下降せしめ、各コンタクトピン２１を第４列目の各圧電共振子２の電気接続端子４,５に、各コンタクトピン２２を第１列目の各圧電共振子２の電気接続端子４,５にそれぞれ圧接させる。
【００３３】
そして、制御モジュール７０は、ビーム制御板５０の各シャッター５１aを全て開放して第４列目の各圧電共振子２に対する上記の調整手順を実行させるのであるが、各シャッター５２aについては全て閉じた状態とした後、第１列目の８個の圧電共振子２から１個ずつ選択して目的周波数ＦＴへの調整手順を実行する。この第１列目の各圧電共振子２に対する調整は、選択された圧電共振子２に対応するシャッター５２aを開放し、その圧電共振子２の共振周波数を計測しながらイオンガン６０の開口区間６２から放射されているイオンビームでエッチングすることによって実行される。
【００３４】
即ち、選択した圧電共振子２の共振周波数はエッチングの進行によってほぼ予備的周波数ＦＰに設定された状態から目的周波数ＦＴへ上昇するが、その圧電共振子２の共振周波数が目的周波数ＦＴになった段階でシャッター５２aを閉じるという手順を第１列目の８個の圧電共振子について順次実行する。尚、上記のＳＴＥＰ１における予備的周波数ＦＰへの調整段階と異なり、この場合における各圧電共振子２の選択順序は任意である。
【００３５】
ところで、ＳＴＥＰ４の位置へ搬送された第１列目の各圧電共振子２はＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ３の非エッチング状態を経ているため、ＳＴＥＰ１で上昇した温度は搬送された時点では自然冷却されて低下しており、共振周波数が圧電素子の温度依存性によって変化することは避けられない。また、上記のようにＳＴＥＰ１での共振周波数の計測時間に基づいたずれもある。しかし、それらの誤差は（目的周波数ＦＴ−予備的周波数ＦＰ）の値に対して十分に小さいものである。ＳＴＥＰ４での調整において重要なことは、ＳＴＥＰ１の調整手順でイオンビームによって加熱された各圧電共振子２がＳＴＥＰ２とＳＴＥＰ３を経ることで自然冷却されている点、及び、図４に示すように、予備的周波数ＦＰが目的周波数ＦＴに近い値に設定されており、ＳＴＥＰ４でのエッチング量が小さくても足りる点にある。
【００３６】
換言すれば、ＳＴＥＰ４で各圧電共振子２の共振周波数を最終的な目的周波数ＦＴへ調整する際に、自然冷却された後の温度状態からエッチングを開始でき、且つ各圧電共振子２をイオンビームに晒す時間を短くすることができるために、圧電共振子２の温度依存性の影響を受けずに正確な調整が実行できることになる。
【００３７】
以上のようにして、ＳＴＥＰ４で第１列目の各圧電共振子２について目的周波数ＦＴへの調整が完了し、また第４列目の各圧電共振子２について予備的周波数ＦＰへの調整が完了すると、制御モジュール７０は昇降装置１３を駆動させてコンタクトパッド２０を上昇させ、電動モータ１１を駆動させることで搬送用トレー３０を距離ｄだけ前方へ移動させる。従って、第５列目の各圧電共振子２がイオンガン６０の開口区間６１に対応する位置に、予備的周波数ＦＰに調整された第２列目の各圧電共振子２がイオンガン６０の開口区間６２に対応する位置にそれぞれ搬送されるが、前者に対しては予備的周波数ＦＰへの調整手順が、後者に対しては目的周波数ＦＴへの調整手順が同時に実行されることになる。
【００３８】
以降、同様にして、各調整工程が完了する度に搬送用トレー３０が距離ｄずつ前方へ移動せしめられ、第ｍ列（但し、ｍ＝３,４,…,１３）の各圧電共振子２の予備的周波数ＦＰへの調整と、第(ｍ＋３)列の各圧電共振子２に対する目的周波数ＦＴへの調整が同時に実行されてゆく。尚、ｍ＝１４,１５,１６の場合にはイオンガン６０の開口区間６１に対応する列がなくなるため、予備的周波数ＦＰへの調整が完了している第１４列目から第１６列目の各圧電共振子２に対する目的周波数ＦＴへの調整だけになる。
【００３９】
以上に本発明の実施形態を説明したが、その変形例として次のような構成にしてもよい。
【００４０】
(1) 前記の実施形態では、コンタクトパッド２０における各コンタクトピン２１,２２の列間の距離、マスク板４０における各開口窓４１,４２の列間の距離、ビーム制御板５０における各開口窓５１,５２の列間の距離、及びイオンガン６０における各開口区間６１,６２の間隔がＤ＝３ｄであり、搬送用トレー３０における凹部３１と孔３２の行方向間隔ｄの３倍に設定されているが、Ｄは必ずしも３ｄとする必要はなく、ｄの２以上の整数倍であればよい。即ち、距離Ｄは、予備的周波数ＦＰへの調整段階で温度が上昇した各列の圧電共振子２を目的周波数ＦＴへの調整段階に達するまでに自然冷却させる時間を確保するものであるが、原理的には搬送用トレー３０が２ＳＴＥＰ以上移動せしめられる時間を設けておけば足りる。もっとも、距離Ｄは、ｄの２以上の整数倍という条件下に、前記の自然冷却が十分に行われることと、各列の圧電共振子２に対する調整時間も考慮して最も効率良く調整が進行するように設定される。
【００４１】
(2) 前記の実施形態では、イオンガン６０の各開口区間６１,６２から放射させるイオンビームの強度（ビーム密度）を同等に設定しているが、開口区間６２でのビーム密度を開口区間６１のそれよりも低く設定すれば、最終的な目的周波数ＦＴへの調整精度を高めることができる。これは、ビーム密度はエッチング率に比例し、エッチング率を低下させると調整精度を向上させることができるためであり、各開口区間６１,６２に設けるガンのビーム密度を前記のように設定すればよい。また、基本的には圧電共振子２に対するエッチング率が問題であることから、イオンガン６０の各開口区間６１,６２のビーム密度を同等に設定しながら、開口区間６２側に対応した列のシャッター５２aを全開状態とせずに、部分的に閉じる方法を採用してもよい。そして、それらの方法を採用しても、一般的に目的周波数ＦＴへの調整時間は予備的周波数への調整時間と比較して遥かに短いため、各ＳＴＥＰでの調整時間が長くなることはなく、スループットは低下しない。
【００４２】
(3) 前記の実施形態では、マスク板４０の各開口窓４１,４２によって調整段階にある各圧電共振子２の電極３にのみイオンビームが当るようにしている。これは、電極３以外の部分（電極３と電気接続端子４,５を接続する導体部分やＳＭＤパッケージ１等）にイオンビームが当ると、それらの部分が電極３の表面と同様に荒らされるためである。その機能からみれば、前記の実施形態のようにマスク板４０を固定方式とせずに、搬送用トレー３０の各孔３２に対応する位置に前記の開口窓４１,４２に相当する孔を形成したマスク板を搬送用トレー３０の下側面に密着させて取り付けておき、搬送用トレー３０と共に移動するような構成であってもよい。更には、マスク板４０の前記機能は、搬送用トレー３０の孔３２を電極３と同等の大きさか、又はそれよりも僅かに大きく形成しておくことで代替させることができ、その場合にはマスク板４０が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る共振周波数調整装置の概略的構成図である。
【図２】調整手順の開始前におけるイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係を示す平面図である。
【図３】搬送用トレーにセットされた圧電共振子に対する共振周波数の調整状態におけるイオンガンと搬送用トレーの相対的位置関係を示す平面図である。但し、（Ａ）は第１列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｂ）は第２列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｃ）は第３列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整状態、（Ｄ）は第４列目の圧電共振子に対する予備的周波数への調整と第１列目の圧電共振子に対する目的周波数への調整を行っている状態に相当する。
【図４】搬送用トレーの第１列目の各圧電共振子における最高の共振周波数を有するものが予備的周波数へ調整された段階での各圧電共振子の共振周波数の変化を示すグラフである。
【図５】圧電共振子が装着されたＳＭＤパッケージの外観斜視図であり、（Ａ）は表側面（開放側）を、（Ｂ）は裏側面（底部側）を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１…ＳＭＤパッケージ
２…圧電共振子
３…電極
４,５…電気接続端子
１０…真空槽
１１…電動モータ
１２…減速機構等
１３…昇降装置
２０…コンタクトパッド
２１,２２…コンタクトピン
３０…搬送用トレー
３１…凹部
３２…孔
４０…マスク板
４１,４２…開口窓
５０…ビーム制御板
５１,５２…開口窓
５１a,５２a…シャッター
６０…イオンガン
６０a…開口部
６１,６２…開口区間
７０…制御モジュール
ａ…ＳＭＤパッケージにおける各電気接続端子の略中心の間隔
Ｄ…コンタクトピンの列間の距離
ｄ…搬送用トレーの凹部の行方向間隔
ｗ…搬送用トレーの凹部の列方向間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内で圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する装置において、圧電共振子を嵌合させる凹部がマトリクス状配列態様で多数形成されていると共に、その各凹部の底壁には前記圧電共振子が嵌合した際にその電極を露出させる孔が形成されており、前記マトリクス状配列の行方向へ移動可能に支持された搬送用トレーと、２つの直線状の開口部が前記マトリクス状配列に係る行方向間隔のＮ倍（但し、Ｎは２以上の整数）だけ離隔させて平行に配置されており、その各開口部を通じて前記搬送用トレーにおける２列の各孔の形成領域に対してイオンビームを放射するイオンガンと、前記搬送用トレーと前記イオンガンの間に設置され、前記搬送用トレーの２列の各孔が前記イオンガンの各開口部と平面的に対応する位置に移動した状態で、前記２列の各孔と平面的に対応する位置にシャッター付きの開口窓が設けられたビーム制御板と、前記搬送用トレーにおける各凹部の形成面側に、その形成面と垂直な方向へ移動可能に支持されており、前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめられる各コンタクトピンが配設されているコンタクトパッドと、前記コンタクトパッドの各コンタクトピンを介して各圧電共振子の共振周波数を個別に計測する周波数計測手段と、前記搬送用トレーを前記マトリクス状配列の行方向間隔を単位ステップとして移動させる搬送制御手段と、前記コンタクトパッドの位置を制御して各コンタクトピンと各圧電共振子の電気接続端子との接続／非接続状態を構成する接続制御手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記ビーム制御板の各シャッターを個別に開閉制御するシャッター制御手段とを具備し、前記コンタクトパッドのコンタクトピンを前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された２列の各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめ、前記搬送用トレーにおける前記２列の各圧電共振子に対してそれらの共振周波数を計測しながら前記ビーム制御板の各シャッターを開閉制御してイオンビームによるエッチングを実行し、その２列の内、前記搬送用トレーの前進方向に関して後方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が目的周波数よりも低く設定された予備的周波数に、また前方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が前記目的周波数に達した段階で、前記コンタクトパッドのコンタクトピンと前記２列の各圧電共振子の電気接続端子とを非接続状態にして前記搬送用トレーを前記単位ステップ分だけ前進させる制御動作を繰り返すことを特徴としたイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置。
【請求項１】
真空槽内で圧電共振子の共振周波数をイオンエッチングによって調整する装置において、圧電共振子を嵌合させる凹部がマトリクス状配列態様で多数形成されていると共に、その各凹部の底壁には前記圧電共振子が嵌合した際にその電極を露出させる孔が形成されており、前記マトリクス状配列の行方向へ移動可能に支持された搬送用トレーと、２つの直線状の開口部が前記マトリクス状配列に係る行方向間隔のＮ倍（但し、Ｎは２以上の整数）だけ離隔させて平行に配置されており、その各開口部を通じて前記搬送用トレーにおける２列の各孔の形成領域に対してイオンビームを放射するイオンガンと、前記搬送用トレーと前記イオンガンの間に設置され、前記搬送用トレーの２列の各孔が前記イオンガンの各開口部と平面的に対応する位置に移動した状態で、前記２列の各孔と平面的に対応する位置にシャッター付きの開口窓が設けられたビーム制御板と、前記搬送用トレーにおける各凹部の形成面側に、その形成面と垂直な方向へ移動可能に支持されており、前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめられる各コンタクトピンが配設されているコンタクトパッドと、前記コンタクトパッドの各コンタクトピンを介して各圧電共振子の共振周波数を個別に計測する周波数計測手段と、前記搬送用トレーを前記マトリクス状配列の行方向間隔を単位ステップとして移動させる搬送制御手段と、前記コンタクトパッドの位置を制御して各コンタクトピンと各圧電共振子の電気接続端子との接続／非接続状態を構成する接続制御手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記ビーム制御板の各シャッターを個別に開閉制御するシャッター制御手段とを具備し、前記コンタクトパッドのコンタクトピンを前記搬送用トレーによって前記イオンガンの各開口部に対応する位置へ搬送された２列の各圧電共振子の電気接続端子に接続せしめ、前記搬送用トレーにおける前記２列の各圧電共振子に対してそれらの共振周波数を計測しながら前記ビーム制御板の各シャッターを開閉制御してイオンビームによるエッチングを実行し、その２列の内、前記搬送用トレーの前進方向に関して後方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が目的周波数よりも低く設定された予備的周波数に、また前方側の列に属する圧電共振子の共振周波数が前記目的周波数に達した段階で、前記コンタクトパッドのコンタクトピンと前記２列の各圧電共振子の電気接続端子とを非接続状態にして前記搬送用トレーを前記単位ステップ分だけ前進させる制御動作を繰り返すことを特徴としたイオンエッチングによる圧電共振子の共振周波数調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２２８６３４（Ｐ２００７−２２８６３４Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３９０５１（Ｐ２００７−１３９０５１）
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【分割の表示】特願２００２−１０３１６４（Ｐ２００２−１０３１６４）の分割
【原出願日】平成１４年４月５日（２００２．４．５）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【分割の表示】特願２００２−１０３１６４（Ｐ２００２−１０３１６４）の分割
【原出願日】平成１４年４月５日（２００２．４．５）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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