周波数調整方法及び周波数調整装置
【課題】水晶振動子の共振周波数を簡単で正確に調整する。
【解決手段】周波数調整装置は、チャンバ内に配置された水晶振動子２１上の電極にイオンビームを照射してエッチングするイオンガンと、水晶振動子２１の電極に接触するプローブと、水晶振動子２１と共に発振回路を構成する共振回路３５と、プローブと共振回路３５とを接続する同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂと、共振回路３５の出力信号に基づいて、水晶振動子２１の共振周波数をモニタし、イオンガンを制御する制御部とを備える。同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂの内導体は、プローブと共振回路の入力端又は出力端とを接続し、同軸ケーブル３４の外導体には、所定の基準電圧が印加されている。同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの特性、特に、長さは、帰還回路１１３の入出力信号の位相差が１８０°となるように設定されている。
【解決手段】周波数調整装置は、チャンバ内に配置された水晶振動子２１上の電極にイオンビームを照射してエッチングするイオンガンと、水晶振動子２１の電極に接触するプローブと、水晶振動子２１と共に発振回路を構成する共振回路３５と、プローブと共振回路３５とを接続する同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂと、共振回路３５の出力信号に基づいて、水晶振動子２１の共振周波数をモニタし、イオンガンを制御する制御部とを備える。同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂの内導体は、プローブと共振回路の入力端又は出力端とを接続し、同軸ケーブル３４の外導体には、所定の基準電圧が印加されている。同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの特性、特に、長さは、帰還回路１１３の入出力信号の位相差が１８０°となるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子の固有振動周波数を調整する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子の周波数調整を高精度でしかも高速に実施できる装置と方法が例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平６−３２２５６５号公報
【０００３】
この種の周波数調整装置は、水晶振動子の共振周波数を正確に調整できるものの、装置が大きく部品点数が多いという問題がある。また、処理装置内は真空状態であり、装置内に不純物を含ませないためにも、測定装置をエッチング装置内に配置することは困難である。
【０００４】
また、水晶振動子の共振周波数を正確に調整するため、水晶振動子の共振周波数を実際に測定しながら電極を処理することが考えられる。
【０００５】
水晶振動子の共振周波数を測定するために、調整対象の水晶振動子を含む発振回路を構成し、実際に発振させて固有共振周波数を測定する方法がある。水晶振動子を用いた発振回路としては、コルピッツ回路が広く適用される。
【０００６】
水晶振動子を含むコルピッツ発振回路の一例を図１３に示す。
図１３に示す発振回路３１１の、増幅器側の帰還回路３１２の増幅率をα、入出力間の位相差をθ１、水晶振動子Ｃｘを含む帰還回路３１３の増幅率をβ、入出力間の位相差をθ２とすると、発振回路３１１の発振条件は次の２つの式（１）、（２）の通りになる。
ループゲインＧ＝α×β≧１ ・・・（１）
位相差θ＝θ１＋θ２＝３６０×ｎ ・・・（２）
【０００７】
通常、ｎ＝１とし、帰還回路３１２を構成する増幅器として位相差θ１＝１８０°の反転増幅器を用い、帰還回路３１３に集中負荷容量Ｃ１、Ｃ２を用いてθ２＝１８０°の反転を行う。
【０００８】
しかし、図１３の発振回路３１１は、安定して発振するためのループゲインＧと位相差θの２つの条件（１）、（２）を共に満たすことが困難であるという問題がある。具体例を用いて説明する。図１４（Ａ），（Ｂ）は、水晶振動子Ｃｘを、ＡＴカット１２１ＭＨｚ５次オーバートーンの水晶振動子としたときの、帰還回路３１３の共振周波数付近の伝送特性（ＳパラメータのＳ２１）を示す。これらの伝送特性は、負荷容量Ｃ１（ｐＦ）とＣ２（ｐＦ）を同じ値とし、０ｐＦ、３０ｐＦ、５０ｐＦとしたときの特性である。図１４（Ｂ）に示すように、負荷容量値Ｃ１とＣ２が大きくなるにつれて出力信号の位相が回転し、入出力信号間の位相差が大きくなる。しかし、その一方で、図１４（Ａ）に示すように、利得が徐々に下がってしまう。このため、上記２つの発振条件（１）、（２）を安定的に満たして、図１３の発振回路３１１を安定的に発振させることは容易ではない。このため、発振回路を動作させて固有発振周波数をモニタしつつ水晶振動子の固有発振周波数を調整することも困難である。
【０００９】
また、従来の水晶発振回路は、必要とする共振周波数が高次オーバートーンの場合、基本波やスプリアス振動などが原因となって意図しない周波数で発振してしまう、異常発振が起きるケースがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の問題点を解決する為に成されたもので、振動子の共振周波数を簡単で正確に調整する事が出来る周波数調整方法と装置を提供する事を目的とする。
また、本発明は、発振回路を所望の発振周波数で安定的に発振可能とすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明の周波数調整方法は、
電極を有する圧電素子をチャンバ内に配置し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着中の前記圧電素子の基本共振周波数をモニタする、
圧電素子の周波数調整方法において、
該圧電素子の電極と増幅回路とを同軸ケーブル又はストリップラインで接続して発振回路を構成し、前記基本共振周波数をモニタする、
ことを特徴とする。
【００１２】
例えば、前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する。
【００１３】
例えば、前記増幅回路が反転増幅器から構成され、該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている。
【００１４】
また、前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインが有する誘導成分と容量成分によるインピーダンスと、前記増幅回路の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路をさらに備えてもよい。
【００１５】
上記目的を達成するため、この発明の周波数調整装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内で、処理対象の圧電素子を支持する支持手段と、
前記支持手段により前記チャンバ内に支持された圧電素子上に電極膜を形成し、又は、前記圧電素子に形成された電極膜をエッチングすることにより前記圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
前記支持手段で支持された圧電素子の電極膜に接触するプローブと、
前記チャンバの外に配置され、前記圧電素子と共に発振回路を構成する増幅回路と、
前記プローブと前記増幅回路とを接続し、前記発振回路の位相角を調整する同軸ケーブル又はストリップラインと、
前記増幅回路の出力信号に基づいて、前記圧電素子の共振周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした共振周波数に基づいて、前記周波数調整手段を制御して前記電極膜の厚さを制御することにより、前記圧電素子の共振周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する切り替え手段を更に配置してもよい。
【００１７】
例えば、前記増幅回路が反転増幅器から構成され、該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されてもよい。
【００１８】
例えば、前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインのリアクタンスによるインピーダンスと、前記反転増幅器の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路を配置してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成で、周波数を適切に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態に係る周波数調整装置及び周波数調整方法を説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の周波数調整装置１０は、仕込室１１、エッチング室（エッチング用チャンバ）１２、取出室１３の３室インライン構成となっている。
【００２２】
仕込室１１には、複数の水晶振動子２１を搭載したキャリア２２がセットされる。仕込室１１を１０−３Ｐａ以下に排気後、仕切弁２３を開き、キャリア２２に搭載された水晶振動子２１をエッチング室１２に搬送する。
【００２３】
被処理体である水晶振動子２１は、図２に示すように、水晶片２１１と、該水晶片２１１上に形成され、水晶片２１１にひずみを与えるための電極２１２，２１３を備える。電極２１２には、接続パッド２１２Ｐが接続されている。電極２１３には、水晶片２１１の側面に形成されたリード電極２１３Ｌ等を介して、接続パッド２１２Ｐと同一面に形成された接続パッド２１３Ｐが接続されている。電極２１２，２１３（接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐ）のサイズや厚さにより、同一の水晶片２１１でも、その基本発振周波数は変化する。
【００２４】
図１に示すエッチング室１２には、３台のイオンガン３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ）が設けられ、上流（左側）より、Ｈ（高レート用）、Ｍ（中レート用）、Ｌ（低レート用）となっている。イオンガン３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ）には、それぞれにシャッタ３２（３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌ）、コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）、同軸ケーブル３４（３４ＨＡ，３４ＨＢ，３４ＭＡ，３４ＭＢ，３４ＬＡ，３４ＬＢ）、共振回路（インバータ回路）３５（３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）及び周波数検出回路３６（３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌ）が設けられている。これらは制御部２００によってコントロールされ、水晶振動子２１はその基本発振周波数が目的周波数に一致するように、水晶振動子２１上に形成された電極の厚さが調整される。
【００２５】
エッチング室１２で基本発振周波数が調整された水晶振動子２１は、取出室１３をエッチング室１２と同一の圧力まで減圧した後、仕切弁３７を開きキャリア２２毎に、取出室１３へ送られ、仕切弁３７を閉じて取出室１３を大気圧とした後取出される。
【００２６】
イオンガン３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌの構成は、任意である。ただし、照射エネルギーの量は、イオンガン３１Ｈ＞イオンガン３１Ｍ＞イオンガン３１Ｌに設定されている。
【００２７】
シャッタ３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌは、それぞれ、イオンガン３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌから照射されたイオンの通過をオン・オフする。
【００２８】
図３に示すように、コンタクト機構３３（３３Ｈ、３３Ｍ、３３Ｌ）は、それぞれ、一対のプローブピン３３１Ａと３３１Ｂを備える。コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）は、前進してプローブピン３３１Ａと３３１Ｂを、処理対象の水晶振動子２１に形成された接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐに接続し、後退して、プローブピン３３１Ａと３３１Ｂをそれぞれ、接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐから離接する。
【００２９】
図３に示すように、一対の同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂ（３４ＨＡと３４ＨＢ，３４ＭＡと３４ＭＢ，３４ＬＡと３４ＬＢ）の内導体３４Ａｉｎと３４Ｂｉｎはそれぞれ、コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）のプローブピン３３１Ａと３３１Ｂに接続されている。また、同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂ（３４ＨＡと３４ＨＢ，３４ＭＡと３４ＭＢ，３４ＬＡと３４ＬＢ）の外導体３４Ａｏｕｔと３４Ｂｏｕｔはそれぞれ、基準電圧端（通常グランド）に接続されている。
【００３０】
同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの長さは、発振器回路の水晶振動子２１を含む帰還回路（同軸ケーブル３４Ａ、水晶振動子２１、同軸ケーブル３４Ｂで構成される回路）の入力信号と出力信号の位相差が１８０°となるように、実験等により、予め設定されている。
【００３１】
図１に示す共振回路３５（３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）は、処理対象の水晶振動子２１と共に発振回路を構成する。各共振回路３５は、図４に示すように、カスケードに接続されたインバータ回路（反転増幅回路）１０１，１０２と、インバータ回路１０１に並列に接続された抵抗素子１０３と、インバータ回路１０１と１０２の接続ノードに接続された抵抗素子１０４とから構成される。
【００３２】
コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）のプローブピン３３１Ａ、３３１Ｂが調整対象の水晶振動子２１の接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐに接触した状態では、図５に示すように、共振回路３５と帰還回路１１３とから構成される発振回路１１１が形成される。
【００３３】
発振回路１１１の、増幅器側の帰還回路１１２の増幅率をα、位相差をθ１、水晶振動子を含む帰還回路１１３の増幅率をβ、位相差をθ２とすると、
水晶発振回路１１１の発振条件は次の２つの式の通りになる。
ループゲインＧ＝α×β≧１
位相差θ＝θ１＋θ２＝３６０×ｎ
通常、ｎ＝１とし、帰還回路１１２を構成する増幅器は、反転増幅器であり、位相差θ１＝１８０°であり。従って、θ２＝１８０°となるように、帰還回路１１３の同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの特性（長さ）が設定されている。
【００３４】
図１に示す周波数検出回路３６Ｈは、共振回路３５Ｈの出力信号の周波数を検出することにより、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＨＡ，３３１ＨＢ、同軸ケーブル３４ＨＡ，３４ＨＢ、共振回路３５Ｈで形成される発振回路の発振周波数（出力信号の周波数）を求め、制御部２００に通知する。
【００３５】
同様に、周波数検出回路３６Ｍは、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＭＡ，３３１ＭＢ、同軸ケーブル３４ＭＡ，３４ＭＢ、共振回路３５Ｍで形成される発振回路の発振周波数を求め、制御部２００に通知する。また、周波数検出回路３６Ｌは、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＬＡ，３３１ＬＢ、同軸ケーブル３４ＬＡ，３４ＬＢ、共振回路３５Ｌで形成される発振回路の発振周波数を求め、制御部２００に通知する。
【００３６】
制御部２００は、プロセッサ、メモリ等を含み、所定の制御ルーチンに従って、周波数検出回路３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌの検出周波数などに基づいて、各部を制御し、各水晶振動子２１の基本発振周波数が目的周波数に一致するように、エッチング処理を行う。
【００３７】
上述したように、図５に示す発振回路１１１は、水晶振動子側の帰還回路１１３が、長さが調整された同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂから形成されている。この構成の発振回路１１１は、安定して発振する特性を有する。
【００３８】
図６Ａは、図５に示した構成の発振回路１１１における帰還回路１１３の周波数ゲイン特性を、図６Ｂは帰還回路１１３の入力信号と出力信号の位相θ２の差の例を示す。この例は、水晶振動子２１をＡＴカット１２１ＭＨｚ５次オーバートーンとし、共振周波数付近の特性（ＳパラメータのＳ２１）を示したものであり、同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの長さＬ１（ｍ）とＬ２（ｍ）を同じ値とし、それぞれ０ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍとした場合の特性である。図６Ｂに示すように、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂが長くなるにつれて、位相θ１が回転し、発振条件の（２）を充足する。一方、図６（Ａ）に示すように、図１４（Ａ）と異なり、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂの長さが変換しても、利得の低下は見られず、安定して発振条件（１）が充足される。従って、発振回路１１１を安定して発振させることができる。
【００３９】
図７にコンタクト機構３３の概略断面図を示す。
図示するように、コンタクト機構３３は、樹脂等の絶縁材料からなるブロック３３２にプローブピン３３１を固定し、図示しない駆動機構に接続するアーム３３７を用いてブロック３３２を前進若しくは後退させることにより、水晶振動子２１に形成した電極と接続若しくは離接する。ブロック３３２には図示しないばねが内挿されており、プローブピン３３１がばねの弾性力で伸縮することにより、プローブピン３３１を水晶振動子２１の電極に加圧しながら接触させることができる。ブロック３３２には配線用の基板３３３が取り付けられており、基板３３３に設けたスルーホール３３４にプローブピン３３１を挿通し、これを半田接続する。
【００４０】
図８にコンタクト機構３３の概略平面図を示す。図示するように、基板３３３には同軸コネクタ３４１が取付けられる。同軸コネクタ３４１には、内導体用の配線パターン３３５と、外導体用の配線パターン３３６とが設けられている。内導体用の配線パターン３３５は同軸コネクタ３４１の内導体に接続され、外導体用の配線パターン３３６は、同軸コネクタ３４１の外導体に接続される。
【００４１】
図８において、符号１２０はエッチング室１２の槽壁を示す。大気中から高真空雰囲気中に同軸ケーブル３４を導入するため、同軸ケーブル３４は気密を保って槽壁１２０を挿通する。同軸ケーブル３４の導入には、同軸コネクタを用いればよい。実施例では同軸ケーブル３４の外導線を槽壁１２０に接続し、槽壁１２０をグランドに接続している。
【００４２】
真空雰囲気中に導入された同軸ケーブル３４は、コンタクト機構３３の基板３３３に取付けられた同軸コネクタ３４１に接続されている。なお、上記構成により同軸ケーブル３４と調整対象の水晶振動子２１の電極を接続する構成に限定されず、同軸コネクタの内導体を接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐに直接接触させてもよい。
【００４３】
次に、上記構成の周波数調整装置１０の動作を説明する。
【００４４】
まず、調整対象の水晶振動子２１は、キャリア２２にセットされ、仕込室１１にセットされ、適宜、エッチング室１２内に投入される。
【００４５】
投入された調整対象水晶振動子２１は、まず、ハイレートイオンガン３１Ｈに対向する位置にセットされる。コンタクト機構３３Ｈは、プローブ３３１ＨＡと３３１ＨＢを前進させ、接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐに接触させる。
【００４６】
続いて、制御部２００は、イオンガン３１Ｈにイオンビームの照射を開始させると共にシャッタ３２Ｈを開き、イオンビームを調整対象水晶振動子２１の電極２１３に照射させて、エッチングを開始する。
【００４７】
エッチングを行っている間、水晶振動子２１と共振回路３５Ｈとは、プローブ３３１ＨＡ，３３１ＨＢと同軸ケーブ３４ＨＡと３４ＨＢを介して図５に等価回路で示すように接続され、発振回路を構成する。
【００４８】
このため、発振回路が大きな共振レベルで共振し、周波数検出回路３６Ｈは発振周波数を容易にそして正確に検出できる。
周波数検出回路３６Ｈが検出した発振周波数は、制御部２００に通知される。制御部２００は、通知された発振周波数が目的周波数に対し所定の許容範囲内に収束するまで、イオンビームの照射によるエッチングを継続する。
【００４９】
制御部２００は、周波数検出回路３６Ｈから発振通知された発振周波数が、目的周波数の許容誤差範囲内に収まると、シャッタ３２Ｈを閉じると共にイオンビームの照射を停止する。
【００５０】
また、コンタクト機構３３Ｈは、プローブ３３１ＨＡと３３１ＨＢを後退させ、接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐから離接させる。
【００５１】
続いて、制御部２００は、ハイレートエッチング装置で処理された水晶振動子２１をミドルレートエッチング装置、ローレートエッチング装置に順次搬送し、電極をエッチングする処理を行う。なお、エッチングの動作自体は、上述の動作と同一である。
【００５２】
この周波数調整装置１０においては、水晶振動子２１と発振回路３５とを同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂで接続し、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂ自体のリアクタンス成分を負荷としたので、発振回路１１１全体のゲインＧを維持しつつ、帰還回路１１３の入出力間の位相差θ１を１８０°として、発振回路１１１を安定して発振させることができる。そして、発振回路１１１の発振状態を安定的に維持して、水晶振動子２１の発振周波数をモニタしつつ、水晶振動子２１の電極をエッチングすることができる。従って、水晶振動子２１の固有振動を正確に調整することができる。
【００５３】
また、周波数調整装置１０は、エッチングの進行と共にエッチングレートがハイ、ミドル、ローと調整されているので、高速に且つ正確に周波数調整を行うことができる。
【００５４】
なお、周波数調整の対象は、水晶振動子に限定されず、任意の発振素子、圧電素子で構わない。
【００５５】
必要とする共振周波数が高次オーバートーンの場合、図５に示す共振回路１１１では、基本波やスプリアス振動などが原因となって、意図しない周波数で発振してしまう、異常発振が起きるおそれがある。
【００５６】
異常発振を防止するためには、図９に示すように、共振回路３５と同軸ケーブル３４Ａとの間にインピーダンスマッチング回路１１６ａ，１１６ｂを配置すればよい。インピーダンスマッチング回路１１６ａは、インピーダンスマッチング回路１１６ａから同軸ケーブル３４Ａ側を見たときのインピーダンスＩｋａと、インピーダンスマッチング回路１１６ａを含む共振回路３５の入力インピーダンスＩｉａとをマッチングする（等しくする）ようにインピーダンスが調整された回路である。同様に、インピーダンスマッチング回路１１６ｂは、インピーダンスマッチング回路１１６ｂから同軸ケーブル３４Ｂ側を見たときのインピーダンスＩｋｂと、インピーダンスマッチング回路１１６ｂを含む共振回路３５のインピーダンスＩｉｂとをマッチングするようにインピーダンスが調整された回路である。
【００５７】
なお、インピーダンスマッチング回路１１６ａ，１１６ｂの一方のみを配置してもよい。
【００５８】
図１０は、ＡＴカット３０ＭＨｚ３次オーバートーンの水晶振動子２１を用いた発振回路において、共振回路３５と同軸ケーブル３４との間にマッチング回路１１６が配置されている発振回路（図９の発振回路１１５）とマッチング回路が配置されていない発振回路（図５の発振回路１１１）との出力波形を比較して示すものである。図示するように、マッチング回路が無い場合、３次オーバートーンの信号に不要な基本波１０ＭＨｚ発振波形が重畳されている。一方、マッチング回路１１６を用いた場合、３０ＭＨｚの良好な発振波形が得られている。この図からも、マッチング回路を配置することが有効であることが理解できる。
【００５９】
また、同軸ケーブルに限定されず、マイクロストリップラインツイストペア信号線など、信号線をリアクタンスとして使用できるならば、どのような信号線を使用してもよい。マイクロストリップラインは、図１１に断面で例示するように、誘電体基板９１の一面に、例えば接地された導体箔９２を形成し、他面に線状の信号伝達用導体箔９３を形成した基本構造を持つ伝送路である。また、同軸ケーブル、マイクロストリップラインに限定されず、分布定数回路を構成できるならば、ツイストペア信号線等、どのような伝送路を使用してもよい。
【００６０】
上記実施の形態においては、発振回路１１１，１１５の帰還回路１１３の位相角（入力信号と出力信号の位相差）θ２を固定する例を示した。装置構成によっては、位相角θ２を連続的又は不連続に変化させる必要が生ずることがある。位相角θ２の調整が必要な場合には、図１２に例示するように、異なる特性（長さ、径）の同軸ケーブル（マイクロストリップライン、分布定数回路等）１２１ａ〜１２１ｎを配置し、スイッチ１２２，１２３等を、例えば、制御部２００で切り替えることにより、伝送路を選択して水晶振動子２１及び他の回路と接続するように構成すればよい。この場合、浮遊容量及び寄生容量の影響を排除するため、選択しない同軸ケーブル等を、周辺回路から完全に電気的に分離することが望ましい。
【００６１】
上記実施の形態においては、コルピッツ型の共振回路を例示したが、共振回路の構成は任意である。
【００６２】
上記実施の形態においては、水晶片２１１の上に予め電極２１２，２１３を形成し、これをイオンガンでエッチングすることにより、電極２１２，２１３の厚さ（重量）を変更することにより、水晶振動子２１の固有振動周波数を変更（調整）する例を示した。この発明はこれに限定されず、例えば、真空蒸着装置、スパッタ装置内において、水晶片２１１上に導体（金属）を堆積して電極を形成（付加蒸着）させることにより、電極２１２，２１３の厚さ（重量）を変更し、水晶振動子２１の固有振動周波数を変更（調整）する場合等にも同様に適用可能である。
【００６３】
通常、安定した発振出力を得るためには、水晶振動子と増幅器を接続するケーブルは極力短く配線する必要があるが、本発明により予め長さを調整した同軸ケーブルを用いることにより、水晶振動子と増幅器を離隔して配置しても安定した発振周波数を得ることができる。これにより、高温や極低温など発振回路を配置することができないチャンバ環境であっても、チャンバ雰囲気外に増幅器を配置することができるため、モニタ用水晶振動子をチャンバ内に配置して発振させることができる。また、真空チャンバ内に発振回路を配置する場合、増幅器の発熱による影響で周波数の測定に誤差を生じる場合があるが、本発明により増幅器をチャンバ外に配置することができるため、増幅器を大気中で放熱し熱の影響を軽減して測定精度を向上させるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係る周波数調整装置の全体構成図である。
【図２】水晶振動子の構成を示す図である。
【図３】コンタクト機構と同軸ケーブルの構成例を示す図である。
【図４】共振回路（インバータ回路）の回路例を示す図である。
【図５】発振回路の回路構成を説明するための図である。
【図６】図５に示す帰還回路の特性を示す図であり、（Ａ）は、周波数−ゲイン特性、（Ｂ）は周波数−位相差特性を示す。
【図７】コンタクト機構の概略断面を示す図である。
【図８】コンタクト機構の概略平面を示す図である。
【図９】インピーダンスマッチング回路を備える発振回路の構成を示す回路図である。
【図１０】インピーダンスマッチング回路の有無による、出力信号の差を説明摺るための図である。
【図１１】マイクロストリップラインの基本構成を示す図である。
【図１２】同軸ケーブルを切り替えることにより、位相差を切り替える構成の例を示す図である。
【図１３】従来の発振回路の回路図である。
【図１４】図１３に示す発振回路の帰還回路の特性を示す図であり、（Ａ）は、周波数−ゲイン特性、（Ｂ）は周波数−位相差特性を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 周波数調整装置
１１ 仕込室
１２ エッチング室
１３ 取出室
２１ 水晶振動子
２２ キャリア
２３ 仕切弁
３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ） イオンガン
３２ （３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌ）シャッタ
３３ （３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）コンタクト機構
３４ （３４ＨＡ，３４ＨＢ，３４ＭＡ，３４ＭＢ，３４ＬＡ，３４ＬＢ）同軸ケーブル
３５ （３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）共振回路
３６ （３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌ）周波数検出回路
１０１，１０２ インバータ回路
１０３，１０４ 抵抗素子
１１１，１１５，３１１ 発振回路
１１２ 増幅回路
１１３，３１２，３１３ 帰還回路
１１６ インピーダンスマッチング回路
１２０ 槽壁
１２１ 同軸ケーブル
１２２，１２３ スイッチ
２００ 制御部
２１１ 水晶片
２１２ 電極
２１２Ｐ 接続パッド
２１３ 電極
２１３Ｐ 接続パッド
３３１ プローブピン
３３２ ブロック
３３３ 基板
３３４ スルーホール
３３５ 内導体用配線パターン
３３６ 外導体用配線パターン
３６７ アーム
３４１ 同軸コネクタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子の固有振動周波数を調整する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子の周波数調整を高精度でしかも高速に実施できる装置と方法が例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平６−３２２５６５号公報
【０００３】
この種の周波数調整装置は、水晶振動子の共振周波数を正確に調整できるものの、装置が大きく部品点数が多いという問題がある。また、処理装置内は真空状態であり、装置内に不純物を含ませないためにも、測定装置をエッチング装置内に配置することは困難である。
【０００４】
また、水晶振動子の共振周波数を正確に調整するため、水晶振動子の共振周波数を実際に測定しながら電極を処理することが考えられる。
【０００５】
水晶振動子の共振周波数を測定するために、調整対象の水晶振動子を含む発振回路を構成し、実際に発振させて固有共振周波数を測定する方法がある。水晶振動子を用いた発振回路としては、コルピッツ回路が広く適用される。
【０００６】
水晶振動子を含むコルピッツ発振回路の一例を図１３に示す。
図１３に示す発振回路３１１の、増幅器側の帰還回路３１２の増幅率をα、入出力間の位相差をθ１、水晶振動子Ｃｘを含む帰還回路３１３の増幅率をβ、入出力間の位相差をθ２とすると、発振回路３１１の発振条件は次の２つの式（１）、（２）の通りになる。
ループゲインＧ＝α×β≧１ ・・・（１）
位相差θ＝θ１＋θ２＝３６０×ｎ ・・・（２）
【０００７】
通常、ｎ＝１とし、帰還回路３１２を構成する増幅器として位相差θ１＝１８０°の反転増幅器を用い、帰還回路３１３に集中負荷容量Ｃ１、Ｃ２を用いてθ２＝１８０°の反転を行う。
【０００８】
しかし、図１３の発振回路３１１は、安定して発振するためのループゲインＧと位相差θの２つの条件（１）、（２）を共に満たすことが困難であるという問題がある。具体例を用いて説明する。図１４（Ａ），（Ｂ）は、水晶振動子Ｃｘを、ＡＴカット１２１ＭＨｚ５次オーバートーンの水晶振動子としたときの、帰還回路３１３の共振周波数付近の伝送特性（ＳパラメータのＳ２１）を示す。これらの伝送特性は、負荷容量Ｃ１（ｐＦ）とＣ２（ｐＦ）を同じ値とし、０ｐＦ、３０ｐＦ、５０ｐＦとしたときの特性である。図１４（Ｂ）に示すように、負荷容量値Ｃ１とＣ２が大きくなるにつれて出力信号の位相が回転し、入出力信号間の位相差が大きくなる。しかし、その一方で、図１４（Ａ）に示すように、利得が徐々に下がってしまう。このため、上記２つの発振条件（１）、（２）を安定的に満たして、図１３の発振回路３１１を安定的に発振させることは容易ではない。このため、発振回路を動作させて固有発振周波数をモニタしつつ水晶振動子の固有発振周波数を調整することも困難である。
【０００９】
また、従来の水晶発振回路は、必要とする共振周波数が高次オーバートーンの場合、基本波やスプリアス振動などが原因となって意図しない周波数で発振してしまう、異常発振が起きるケースがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の問題点を解決する為に成されたもので、振動子の共振周波数を簡単で正確に調整する事が出来る周波数調整方法と装置を提供する事を目的とする。
また、本発明は、発振回路を所望の発振周波数で安定的に発振可能とすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、この発明の周波数調整方法は、
電極を有する圧電素子をチャンバ内に配置し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着中の前記圧電素子の基本共振周波数をモニタする、
圧電素子の周波数調整方法において、
該圧電素子の電極と増幅回路とを同軸ケーブル又はストリップラインで接続して発振回路を構成し、前記基本共振周波数をモニタする、
ことを特徴とする。
【００１２】
例えば、前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する。
【００１３】
例えば、前記増幅回路が反転増幅器から構成され、該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている。
【００１４】
また、前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインが有する誘導成分と容量成分によるインピーダンスと、前記増幅回路の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路をさらに備えてもよい。
【００１５】
上記目的を達成するため、この発明の周波数調整装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内で、処理対象の圧電素子を支持する支持手段と、
前記支持手段により前記チャンバ内に支持された圧電素子上に電極膜を形成し、又は、前記圧電素子に形成された電極膜をエッチングすることにより前記圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
前記支持手段で支持された圧電素子の電極膜に接触するプローブと、
前記チャンバの外に配置され、前記圧電素子と共に発振回路を構成する増幅回路と、
前記プローブと前記増幅回路とを接続し、前記発振回路の位相角を調整する同軸ケーブル又はストリップラインと、
前記増幅回路の出力信号に基づいて、前記圧電素子の共振周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした共振周波数に基づいて、前記周波数調整手段を制御して前記電極膜の厚さを制御することにより、前記圧電素子の共振周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する切り替え手段を更に配置してもよい。
【００１７】
例えば、前記増幅回路が反転増幅器から構成され、該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されてもよい。
【００１８】
例えば、前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインのリアクタンスによるインピーダンスと、前記反転増幅器の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路を配置してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成で、周波数を適切に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態に係る周波数調整装置及び周波数調整方法を説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の周波数調整装置１０は、仕込室１１、エッチング室（エッチング用チャンバ）１２、取出室１３の３室インライン構成となっている。
【００２２】
仕込室１１には、複数の水晶振動子２１を搭載したキャリア２２がセットされる。仕込室１１を１０−３Ｐａ以下に排気後、仕切弁２３を開き、キャリア２２に搭載された水晶振動子２１をエッチング室１２に搬送する。
【００２３】
被処理体である水晶振動子２１は、図２に示すように、水晶片２１１と、該水晶片２１１上に形成され、水晶片２１１にひずみを与えるための電極２１２，２１３を備える。電極２１２には、接続パッド２１２Ｐが接続されている。電極２１３には、水晶片２１１の側面に形成されたリード電極２１３Ｌ等を介して、接続パッド２１２Ｐと同一面に形成された接続パッド２１３Ｐが接続されている。電極２１２，２１３（接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐ）のサイズや厚さにより、同一の水晶片２１１でも、その基本発振周波数は変化する。
【００２４】
図１に示すエッチング室１２には、３台のイオンガン３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ）が設けられ、上流（左側）より、Ｈ（高レート用）、Ｍ（中レート用）、Ｌ（低レート用）となっている。イオンガン３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ）には、それぞれにシャッタ３２（３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌ）、コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）、同軸ケーブル３４（３４ＨＡ，３４ＨＢ，３４ＭＡ，３４ＭＢ，３４ＬＡ，３４ＬＢ）、共振回路（インバータ回路）３５（３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）及び周波数検出回路３６（３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌ）が設けられている。これらは制御部２００によってコントロールされ、水晶振動子２１はその基本発振周波数が目的周波数に一致するように、水晶振動子２１上に形成された電極の厚さが調整される。
【００２５】
エッチング室１２で基本発振周波数が調整された水晶振動子２１は、取出室１３をエッチング室１２と同一の圧力まで減圧した後、仕切弁３７を開きキャリア２２毎に、取出室１３へ送られ、仕切弁３７を閉じて取出室１３を大気圧とした後取出される。
【００２６】
イオンガン３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌの構成は、任意である。ただし、照射エネルギーの量は、イオンガン３１Ｈ＞イオンガン３１Ｍ＞イオンガン３１Ｌに設定されている。
【００２７】
シャッタ３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌは、それぞれ、イオンガン３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌから照射されたイオンの通過をオン・オフする。
【００２８】
図３に示すように、コンタクト機構３３（３３Ｈ、３３Ｍ、３３Ｌ）は、それぞれ、一対のプローブピン３３１Ａと３３１Ｂを備える。コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）は、前進してプローブピン３３１Ａと３３１Ｂを、処理対象の水晶振動子２１に形成された接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐに接続し、後退して、プローブピン３３１Ａと３３１Ｂをそれぞれ、接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐから離接する。
【００２９】
図３に示すように、一対の同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂ（３４ＨＡと３４ＨＢ，３４ＭＡと３４ＭＢ，３４ＬＡと３４ＬＢ）の内導体３４Ａｉｎと３４Ｂｉｎはそれぞれ、コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）のプローブピン３３１Ａと３３１Ｂに接続されている。また、同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂ（３４ＨＡと３４ＨＢ，３４ＭＡと３４ＭＢ，３４ＬＡと３４ＬＢ）の外導体３４Ａｏｕｔと３４Ｂｏｕｔはそれぞれ、基準電圧端（通常グランド）に接続されている。
【００３０】
同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの長さは、発振器回路の水晶振動子２１を含む帰還回路（同軸ケーブル３４Ａ、水晶振動子２１、同軸ケーブル３４Ｂで構成される回路）の入力信号と出力信号の位相差が１８０°となるように、実験等により、予め設定されている。
【００３１】
図１に示す共振回路３５（３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）は、処理対象の水晶振動子２１と共に発振回路を構成する。各共振回路３５は、図４に示すように、カスケードに接続されたインバータ回路（反転増幅回路）１０１，１０２と、インバータ回路１０１に並列に接続された抵抗素子１０３と、インバータ回路１０１と１０２の接続ノードに接続された抵抗素子１０４とから構成される。
【００３２】
コンタクト機構３３（３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）のプローブピン３３１Ａ、３３１Ｂが調整対象の水晶振動子２１の接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐに接触した状態では、図５に示すように、共振回路３５と帰還回路１１３とから構成される発振回路１１１が形成される。
【００３３】
発振回路１１１の、増幅器側の帰還回路１１２の増幅率をα、位相差をθ１、水晶振動子を含む帰還回路１１３の増幅率をβ、位相差をθ２とすると、
水晶発振回路１１１の発振条件は次の２つの式の通りになる。
ループゲインＧ＝α×β≧１
位相差θ＝θ１＋θ２＝３６０×ｎ
通常、ｎ＝１とし、帰還回路１１２を構成する増幅器は、反転増幅器であり、位相差θ１＝１８０°であり。従って、θ２＝１８０°となるように、帰還回路１１３の同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの特性（長さ）が設定されている。
【００３４】
図１に示す周波数検出回路３６Ｈは、共振回路３５Ｈの出力信号の周波数を検出することにより、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＨＡ，３３１ＨＢ、同軸ケーブル３４ＨＡ，３４ＨＢ、共振回路３５Ｈで形成される発振回路の発振周波数（出力信号の周波数）を求め、制御部２００に通知する。
【００３５】
同様に、周波数検出回路３６Ｍは、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＭＡ，３３１ＭＢ、同軸ケーブル３４ＭＡ，３４ＭＢ、共振回路３５Ｍで形成される発振回路の発振周波数を求め、制御部２００に通知する。また、周波数検出回路３６Ｌは、処理対象の水晶振動子２１、プローブ３３１ＬＡ，３３１ＬＢ、同軸ケーブル３４ＬＡ，３４ＬＢ、共振回路３５Ｌで形成される発振回路の発振周波数を求め、制御部２００に通知する。
【００３６】
制御部２００は、プロセッサ、メモリ等を含み、所定の制御ルーチンに従って、周波数検出回路３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌの検出周波数などに基づいて、各部を制御し、各水晶振動子２１の基本発振周波数が目的周波数に一致するように、エッチング処理を行う。
【００３７】
上述したように、図５に示す発振回路１１１は、水晶振動子側の帰還回路１１３が、長さが調整された同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂから形成されている。この構成の発振回路１１１は、安定して発振する特性を有する。
【００３８】
図６Ａは、図５に示した構成の発振回路１１１における帰還回路１１３の周波数ゲイン特性を、図６Ｂは帰還回路１１３の入力信号と出力信号の位相θ２の差の例を示す。この例は、水晶振動子２１をＡＴカット１２１ＭＨｚ５次オーバートーンとし、共振周波数付近の特性（ＳパラメータのＳ２１）を示したものであり、同軸ケーブル３４Ａと３４Ｂの長さＬ１（ｍ）とＬ２（ｍ）を同じ値とし、それぞれ０ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍとした場合の特性である。図６Ｂに示すように、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂが長くなるにつれて、位相θ１が回転し、発振条件の（２）を充足する。一方、図６（Ａ）に示すように、図１４（Ａ）と異なり、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂの長さが変換しても、利得の低下は見られず、安定して発振条件（１）が充足される。従って、発振回路１１１を安定して発振させることができる。
【００３９】
図７にコンタクト機構３３の概略断面図を示す。
図示するように、コンタクト機構３３は、樹脂等の絶縁材料からなるブロック３３２にプローブピン３３１を固定し、図示しない駆動機構に接続するアーム３３７を用いてブロック３３２を前進若しくは後退させることにより、水晶振動子２１に形成した電極と接続若しくは離接する。ブロック３３２には図示しないばねが内挿されており、プローブピン３３１がばねの弾性力で伸縮することにより、プローブピン３３１を水晶振動子２１の電極に加圧しながら接触させることができる。ブロック３３２には配線用の基板３３３が取り付けられており、基板３３３に設けたスルーホール３３４にプローブピン３３１を挿通し、これを半田接続する。
【００４０】
図８にコンタクト機構３３の概略平面図を示す。図示するように、基板３３３には同軸コネクタ３４１が取付けられる。同軸コネクタ３４１には、内導体用の配線パターン３３５と、外導体用の配線パターン３３６とが設けられている。内導体用の配線パターン３３５は同軸コネクタ３４１の内導体に接続され、外導体用の配線パターン３３６は、同軸コネクタ３４１の外導体に接続される。
【００４１】
図８において、符号１２０はエッチング室１２の槽壁を示す。大気中から高真空雰囲気中に同軸ケーブル３４を導入するため、同軸ケーブル３４は気密を保って槽壁１２０を挿通する。同軸ケーブル３４の導入には、同軸コネクタを用いればよい。実施例では同軸ケーブル３４の外導線を槽壁１２０に接続し、槽壁１２０をグランドに接続している。
【００４２】
真空雰囲気中に導入された同軸ケーブル３４は、コンタクト機構３３の基板３３３に取付けられた同軸コネクタ３４１に接続されている。なお、上記構成により同軸ケーブル３４と調整対象の水晶振動子２１の電極を接続する構成に限定されず、同軸コネクタの内導体を接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐに直接接触させてもよい。
【００４３】
次に、上記構成の周波数調整装置１０の動作を説明する。
【００４４】
まず、調整対象の水晶振動子２１は、キャリア２２にセットされ、仕込室１１にセットされ、適宜、エッチング室１２内に投入される。
【００４５】
投入された調整対象水晶振動子２１は、まず、ハイレートイオンガン３１Ｈに対向する位置にセットされる。コンタクト機構３３Ｈは、プローブ３３１ＨＡと３３１ＨＢを前進させ、接続パッド２１２Ｐと２１３Ｐに接触させる。
【００４６】
続いて、制御部２００は、イオンガン３１Ｈにイオンビームの照射を開始させると共にシャッタ３２Ｈを開き、イオンビームを調整対象水晶振動子２１の電極２１３に照射させて、エッチングを開始する。
【００４７】
エッチングを行っている間、水晶振動子２１と共振回路３５Ｈとは、プローブ３３１ＨＡ，３３１ＨＢと同軸ケーブ３４ＨＡと３４ＨＢを介して図５に等価回路で示すように接続され、発振回路を構成する。
【００４８】
このため、発振回路が大きな共振レベルで共振し、周波数検出回路３６Ｈは発振周波数を容易にそして正確に検出できる。
周波数検出回路３６Ｈが検出した発振周波数は、制御部２００に通知される。制御部２００は、通知された発振周波数が目的周波数に対し所定の許容範囲内に収束するまで、イオンビームの照射によるエッチングを継続する。
【００４９】
制御部２００は、周波数検出回路３６Ｈから発振通知された発振周波数が、目的周波数の許容誤差範囲内に収まると、シャッタ３２Ｈを閉じると共にイオンビームの照射を停止する。
【００５０】
また、コンタクト機構３３Ｈは、プローブ３３１ＨＡと３３１ＨＢを後退させ、接続パッド２１２Ｐ，２１３Ｐから離接させる。
【００５１】
続いて、制御部２００は、ハイレートエッチング装置で処理された水晶振動子２１をミドルレートエッチング装置、ローレートエッチング装置に順次搬送し、電極をエッチングする処理を行う。なお、エッチングの動作自体は、上述の動作と同一である。
【００５２】
この周波数調整装置１０においては、水晶振動子２１と発振回路３５とを同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂで接続し、同軸ケーブル３４Ａ，３４Ｂ自体のリアクタンス成分を負荷としたので、発振回路１１１全体のゲインＧを維持しつつ、帰還回路１１３の入出力間の位相差θ１を１８０°として、発振回路１１１を安定して発振させることができる。そして、発振回路１１１の発振状態を安定的に維持して、水晶振動子２１の発振周波数をモニタしつつ、水晶振動子２１の電極をエッチングすることができる。従って、水晶振動子２１の固有振動を正確に調整することができる。
【００５３】
また、周波数調整装置１０は、エッチングの進行と共にエッチングレートがハイ、ミドル、ローと調整されているので、高速に且つ正確に周波数調整を行うことができる。
【００５４】
なお、周波数調整の対象は、水晶振動子に限定されず、任意の発振素子、圧電素子で構わない。
【００５５】
必要とする共振周波数が高次オーバートーンの場合、図５に示す共振回路１１１では、基本波やスプリアス振動などが原因となって、意図しない周波数で発振してしまう、異常発振が起きるおそれがある。
【００５６】
異常発振を防止するためには、図９に示すように、共振回路３５と同軸ケーブル３４Ａとの間にインピーダンスマッチング回路１１６ａ，１１６ｂを配置すればよい。インピーダンスマッチング回路１１６ａは、インピーダンスマッチング回路１１６ａから同軸ケーブル３４Ａ側を見たときのインピーダンスＩｋａと、インピーダンスマッチング回路１１６ａを含む共振回路３５の入力インピーダンスＩｉａとをマッチングする（等しくする）ようにインピーダンスが調整された回路である。同様に、インピーダンスマッチング回路１１６ｂは、インピーダンスマッチング回路１１６ｂから同軸ケーブル３４Ｂ側を見たときのインピーダンスＩｋｂと、インピーダンスマッチング回路１１６ｂを含む共振回路３５のインピーダンスＩｉｂとをマッチングするようにインピーダンスが調整された回路である。
【００５７】
なお、インピーダンスマッチング回路１１６ａ，１１６ｂの一方のみを配置してもよい。
【００５８】
図１０は、ＡＴカット３０ＭＨｚ３次オーバートーンの水晶振動子２１を用いた発振回路において、共振回路３５と同軸ケーブル３４との間にマッチング回路１１６が配置されている発振回路（図９の発振回路１１５）とマッチング回路が配置されていない発振回路（図５の発振回路１１１）との出力波形を比較して示すものである。図示するように、マッチング回路が無い場合、３次オーバートーンの信号に不要な基本波１０ＭＨｚ発振波形が重畳されている。一方、マッチング回路１１６を用いた場合、３０ＭＨｚの良好な発振波形が得られている。この図からも、マッチング回路を配置することが有効であることが理解できる。
【００５９】
また、同軸ケーブルに限定されず、マイクロストリップラインツイストペア信号線など、信号線をリアクタンスとして使用できるならば、どのような信号線を使用してもよい。マイクロストリップラインは、図１１に断面で例示するように、誘電体基板９１の一面に、例えば接地された導体箔９２を形成し、他面に線状の信号伝達用導体箔９３を形成した基本構造を持つ伝送路である。また、同軸ケーブル、マイクロストリップラインに限定されず、分布定数回路を構成できるならば、ツイストペア信号線等、どのような伝送路を使用してもよい。
【００６０】
上記実施の形態においては、発振回路１１１，１１５の帰還回路１１３の位相角（入力信号と出力信号の位相差）θ２を固定する例を示した。装置構成によっては、位相角θ２を連続的又は不連続に変化させる必要が生ずることがある。位相角θ２の調整が必要な場合には、図１２に例示するように、異なる特性（長さ、径）の同軸ケーブル（マイクロストリップライン、分布定数回路等）１２１ａ〜１２１ｎを配置し、スイッチ１２２，１２３等を、例えば、制御部２００で切り替えることにより、伝送路を選択して水晶振動子２１及び他の回路と接続するように構成すればよい。この場合、浮遊容量及び寄生容量の影響を排除するため、選択しない同軸ケーブル等を、周辺回路から完全に電気的に分離することが望ましい。
【００６１】
上記実施の形態においては、コルピッツ型の共振回路を例示したが、共振回路の構成は任意である。
【００６２】
上記実施の形態においては、水晶片２１１の上に予め電極２１２，２１３を形成し、これをイオンガンでエッチングすることにより、電極２１２，２１３の厚さ（重量）を変更することにより、水晶振動子２１の固有振動周波数を変更（調整）する例を示した。この発明はこれに限定されず、例えば、真空蒸着装置、スパッタ装置内において、水晶片２１１上に導体（金属）を堆積して電極を形成（付加蒸着）させることにより、電極２１２，２１３の厚さ（重量）を変更し、水晶振動子２１の固有振動周波数を変更（調整）する場合等にも同様に適用可能である。
【００６３】
通常、安定した発振出力を得るためには、水晶振動子と増幅器を接続するケーブルは極力短く配線する必要があるが、本発明により予め長さを調整した同軸ケーブルを用いることにより、水晶振動子と増幅器を離隔して配置しても安定した発振周波数を得ることができる。これにより、高温や極低温など発振回路を配置することができないチャンバ環境であっても、チャンバ雰囲気外に増幅器を配置することができるため、モニタ用水晶振動子をチャンバ内に配置して発振させることができる。また、真空チャンバ内に発振回路を配置する場合、増幅器の発熱による影響で周波数の測定に誤差を生じる場合があるが、本発明により増幅器をチャンバ外に配置することができるため、増幅器を大気中で放熱し熱の影響を軽減して測定精度を向上させるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態に係る周波数調整装置の全体構成図である。
【図２】水晶振動子の構成を示す図である。
【図３】コンタクト機構と同軸ケーブルの構成例を示す図である。
【図４】共振回路（インバータ回路）の回路例を示す図である。
【図５】発振回路の回路構成を説明するための図である。
【図６】図５に示す帰還回路の特性を示す図であり、（Ａ）は、周波数−ゲイン特性、（Ｂ）は周波数−位相差特性を示す。
【図７】コンタクト機構の概略断面を示す図である。
【図８】コンタクト機構の概略平面を示す図である。
【図９】インピーダンスマッチング回路を備える発振回路の構成を示す回路図である。
【図１０】インピーダンスマッチング回路の有無による、出力信号の差を説明摺るための図である。
【図１１】マイクロストリップラインの基本構成を示す図である。
【図１２】同軸ケーブルを切り替えることにより、位相差を切り替える構成の例を示す図である。
【図１３】従来の発振回路の回路図である。
【図１４】図１３に示す発振回路の帰還回路の特性を示す図であり、（Ａ）は、周波数−ゲイン特性、（Ｂ）は周波数−位相差特性を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 周波数調整装置
１１ 仕込室
１２ エッチング室
１３ 取出室
２１ 水晶振動子
２２ キャリア
２３ 仕切弁
３１（３１Ｈ，３１Ｍ，３１Ｌ） イオンガン
３２ （３２Ｈ，３２Ｍ，３２Ｌ）シャッタ
３３ （３３Ｈ，３３Ｍ，３３Ｌ）コンタクト機構
３４ （３４ＨＡ，３４ＨＢ，３４ＭＡ，３４ＭＢ，３４ＬＡ，３４ＬＢ）同軸ケーブル
３５ （３５Ｈ，３５Ｍ，３５Ｌ）共振回路
３６ （３６Ｈ，３６Ｍ，３６Ｌ）周波数検出回路
１０１，１０２ インバータ回路
１０３，１０４ 抵抗素子
１１１，１１５，３１１ 発振回路
１１２ 増幅回路
１１３，３１２，３１３ 帰還回路
１１６ インピーダンスマッチング回路
１２０ 槽壁
１２１ 同軸ケーブル
１２２，１２３ スイッチ
２００ 制御部
２１１ 水晶片
２１２ 電極
２１２Ｐ 接続パッド
２１３ 電極
２１３Ｐ 接続パッド
３３１ プローブピン
３３２ ブロック
３３３ 基板
３３４ スルーホール
３３５ 内導体用配線パターン
３３６ 外導体用配線パターン
３６７ アーム
３４１ 同軸コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する圧電素子をチャンバ内に配置し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着中の前記圧電素子の基本共振周波数をモニタする、
圧電素子の周波数調整方法において、
該圧電素子の電極と増幅回路とを同軸ケーブル又はストリップラインで接続して発振回路を構成し、前記基本共振周波数をモニタする、
ことを特徴とする周波数調整方法。
【請求項２】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数調整方法。
【請求項３】
前記増幅回路が反転増幅器から構成され、
該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数調整方法。
【請求項４】
前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインが有する誘導成分と容量成分によるインピーダンスと、前記増幅回路の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の周波数調整方法。
【請求項５】
チャンバと、
前記チャンバ内で、処理対象の圧電素子を支持する支持手段と、
前記支持手段により前記チャンバ内に支持された圧電素子上に電極膜を形成し、又は、前記圧電素子に形成された電極膜をエッチングすることにより前記圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
前記支持手段で支持された圧電素子の電極膜に接触するプローブと、
前記チャンバの外に配置され、前記圧電素子と共に発振回路を構成する増幅回路と、
前記プローブと前記増幅回路とを接続し、前記発振回路の位相角を調整する同軸ケーブル又はストリップラインと、
前記増幅回路の出力信号に基づいて、前記圧電素子の共振周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした共振周波数に基づいて、前記周波数調整手段を制御して前記電極膜の厚さを制御することにより、前記圧電素子の共振周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする圧電素子の周波数調整装置。
【請求項６】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する切り替え手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の周波数調整装置。
【請求項７】
前記増幅回路が反転増幅器から構成され、
該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の周波数調整装置。
【請求項８】
前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインのリアクタンスによるインピーダンスと、前記反転増幅器の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路を更に備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の周波数調整装置。
【請求項１】
電極を有する圧電素子をチャンバ内に配置し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着し、
前記電極をエッチング又は付加蒸着中の前記圧電素子の基本共振周波数をモニタする、
圧電素子の周波数調整方法において、
該圧電素子の電極と増幅回路とを同軸ケーブル又はストリップラインで接続して発振回路を構成し、前記基本共振周波数をモニタする、
ことを特徴とする周波数調整方法。
【請求項２】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数調整方法。
【請求項３】
前記増幅回路が反転増幅器から構成され、
該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数調整方法。
【請求項４】
前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインが有する誘導成分と容量成分によるインピーダンスと、前記増幅回路の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の周波数調整方法。
【請求項５】
チャンバと、
前記チャンバ内で、処理対象の圧電素子を支持する支持手段と、
前記支持手段により前記チャンバ内に支持された圧電素子上に電極膜を形成し、又は、前記圧電素子に形成された電極膜をエッチングすることにより前記圧電素子の共振周波数を調整する周波数調整手段と、
前記支持手段で支持された圧電素子の電極膜に接触するプローブと、
前記チャンバの外に配置され、前記圧電素子と共に発振回路を構成する増幅回路と、
前記プローブと前記増幅回路とを接続し、前記発振回路の位相角を調整する同軸ケーブル又はストリップラインと、
前記増幅回路の出力信号に基づいて、前記圧電素子の共振周波数をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段がモニタした共振周波数に基づいて、前記周波数調整手段を制御して前記電極膜の厚さを制御することにより、前記圧電素子の共振周波数を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする圧電素子の周波数調整装置。
【請求項６】
前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さを変化させることにより、前記発振回路の位相角を調整する切り替え手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の周波数調整装置。
【請求項７】
前記増幅回路が反転増幅器から構成され、
該増幅回路の出力信号が、その位相を反転して該増幅回路に入力されるように前記同軸ケーブル又はストリップラインの長さが設定されている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の周波数調整装置。
【請求項８】
前記同軸ケーブル又は前記ストリップラインのリアクタンスによるインピーダンスと、前記反転増幅器の入力インピーダンスとをマッチングするマッチング回路を更に備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の周波数調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−６０４７３（Ｐ２００９−６０４７３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２７１８１（Ｐ２００７−２２７１８１）
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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