(57)【要約】【課題】高周波水晶振動子の周波数を所望の精度を保って調整する高周波水晶振動子の周波数調整方法を提供する。【解決手段】本発明による周波数調整方法は基準周波数よりも僅かに高い周波数になるように水晶片の電極厚みを削減する工程、基準周波数よりも高い周波数から基準周波数に一致するまたはそれに近い周波数になるように電極厚みを増加する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準周波数よりも僅かに高い周波数になるように水晶片の電極厚みを削減する工程、前記基準周波数よりも高い周波数から前記基準周波数に一致するまたはそれに近い周波数になるように電極厚みを増加する工程を含む高周波水晶振動子の周波数調整方法。
【請求項２】
前記電極厚みを削減する工程がイオンビーム・トリミングで電極厚みを削減する請求項１記載の高周波水晶振動子の周波数調整方法。
【請求項３】
前記電極厚みを増加する工程がイオンビーム・デポジションで電極厚みを増加する請求項１記載の高周波水晶振動子の周波数調整方法。
【請求項４】
フレームと、前記フレームの上面に設けられ、内部に回転する調整リングを有するチャンバと、前記チャンバの下方にあって前記調整リングの上面に治具を介して取り付けられる水晶片にイオンビームを照射する第１のイオンガンと、前記チャンバ内に置かれたサブストレートにイオンビームを照射する第２のイオンガンと、前記チャンバの下方に設けられ、前記チャンバ内の空気を抽出する空気抽出装置とを備える高周波水晶振動子の周波数調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビーム・トリミングおよびイオンビーム・デポジションの併用により高周波水晶振動子の周波数を所望の精度を保って調整する高周波水晶振動子の周波数調整方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数安定度に優れる水晶振動子が多くの通信機器を含む電子機器に周波数および時間の基準源として使用されている。この水晶振動子は人工水晶から、たとえばＡＴカット（一般に、Ｚ軸に対して約３５°１５′の角度で切り出す）によって切り出された水晶片から形成され、その後、機械的研磨、科学的あるいは電気的エッチングによって所望の周波数に応答した厚みを保って成形される。一般に、ＡＴカットでは振動モードは厚みすべり振動が適用され、振動周波数は厚みに反比例し、厚みが小さくなればなる程、高くなる。
【０００３】
ところで、近年水晶振動子は高周波数化の進展が顕著になりつつあり、高周波数化に伴って水晶片の厚みが極小さくなっている。製造時の水晶片の厚みを維持するためにより高い加工精度が求められ、加工精度が一定の基準を満たさない場合には周波数の調整に支障を来たす可能性がある。現在主流と目される周波数調整法はイオンビームによる調整である。これはイオンビームを照射することで電極から原子を弾き出し、電極厚みを小さくする方法で、１００ＭＨｚ級水晶振動子の周波数調整では好んで使用されている。
【０００４】
しかしながら、高周波数化の流れは２００ＭＨｚを超える過程にあり、イオンビームによる調整に頼る方法では２００ＭＨｚを超える水晶振動子で求められる周波数精度を満たすことができない。
【０００５】
本発明に関連する先行技術文献には次のものがある。
【特許文献１】特開２００２−１４１７６０号公報、第３頁−第４頁、図１ないし図９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イオンビームによる周波数調整は上記のように質量削減を目的に行われ、加工レートが高いことから、効率が重視される場面では多くの恩恵に浴することができる。しかしながら、この方法で調整を完了したとき、目標周波数に対して数十〜数百ｐｐｍ以上周波数が戻るという、加工精度上見逃すことのできない問題を引き起こす。この現象を回避する一つの対策として加工中の目標設定を基準値よりも大きい、変化を見越した値にすることがある。しかし、通常、上記現象はしばしばバラツキを伴って現れるために目標設定においてミスを犯すことがあり、結果的に加工精度が一定しない大きな要因となる。
【０００７】
２００ＭＨｚを超える水晶振動子の周波数調整が質量削減を重視した方法で行われるならば、高い周波数によって上記の周波数が戻るという、現象はさらに顕著になり、たとえば加工レートを最小に保って実施しても、また繰り返し調整したとしても精度は著しく損なわれ、結果として、高周波水晶振動子を求められる周波数に合わせることが殆ど不可能になる。
【０００８】
本発明の目的は高周波水晶振動子の周波数を所望の精度を保って調整することを可能にした高周波水晶振動子の周波数調整方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高周波水晶振動子の周波数調整方法は基準周波数よりも僅かに高い周波数になるように水晶片の電極厚みを削減する工程、基準周波数よりも高い周波数から基準周波数に一致するまたはそれに近い周波数になるように電極厚みを増加する工程を含むものである。
【００１０】
本発明方法の工程は基準周波数よりも僅かに高い周波数になるように水晶片の電極厚みを削減する。この工程はイオンビームを照射して電極から原子を弾き出す、エッチングによる。基準周波数とは最終目標となる周波数のことで、本工程では基準周波数の限界を超える、いわゆるオーバシュートになる周波数値を得るべく加工する。
【００１１】
次の工程では基準周波数よりも高い周波数から基準周波数に一致するまたはそれに近い周波数になるように電極厚みを増加する。この工程はスパッタリング法を利用するイオンビーム・デポジションによる。電極材料（たとえば、Ａｕ）と同じ材料からなるターゲットにイオンビームを当ててターゲット構成原子を弾き出し、これを水晶片に付着させる。この質量付加によって電極厚みを増加することができる。すなわち、本工程を経たとき、一旦基準値限界を超えて大きくした周波数を最終目標の周波数に一致するまたはそれに近い周波数に合わせることができる。
【００１２】
スパッタリング法を利用するイオンビーム・デポジションは超低加工レートで加工が進み、効率面では不利であるが、オングストローム・レベルの加工精度が求められる周波数の微調整には好ましい方法といえる。しかもこの方法によれば、調整加工後に周波数が戻るという、周波数安定性及び安定性を損ねる不利を取り除くことができる。これにより、周波数の微調整で得た周波数値をそのまま維持し続けることが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る高周波水晶振動子の周波数調整はフレームと、フレームの上面に設けられ、内部に回転する調整リングを有するチャンバと、チャンバの下方にあって調整リングの上面に治具を介して取り付けられる水晶片にイオンビームを照射する第１のイオンガンと、チャンバ内に置かれたサブストレートにイオンビームを照射する第２のイオンガンと、チャンバの下方に設けられ、チャンバ内の空気を抽出する空気抽出装置とを備えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明方法に適用される周波数調整装置について図面を参照して説明する。図１において、本発明の周波数調整装置はテーブル１を有し、このテーブル１の上面にチャンバ２を備える。このチャンバ２はテーブル１に気密を保って取り付けられるカバー３によって形成される。チャンバ２が形成されるテーブル１は四方を囲われたフレーム４上部に載置されている。また、チャンバ２内の空気を抽出する真空ポンプを備える空気抽出装置５はフレーム４の内部に収容されている。
【００１５】
さらに、チャンバ２内には水平面内で回転する調整リング６が設けられる。この調整リング６は上面に複数の取り付け用治具７が載置される。この取り付け用治具７は電極調整加工において後記の第１のイオンガンと対峙する位置に運ばれる。また、治具７上の水晶片の周波数を測定する測定ヘッド８が設けられる。この測定ヘッド８はテーブル１上に配置されるネットワーク・アナライザ９とケーブル１０を介して接続される。測定ヘッド８は水晶片からの反射電圧信号を得る測定治具（図示せず）を備える。測定ヘッド８はヘッドを駆動して測定治具とワークの電極とを導通させるアクチュエータ（図示せず）と連結される駆動要素１１と結ばれる。
【００１６】
一方、テーブル１の下方から水晶片電極に加速されたイオンビームを照射する第１のイオンガン１２が設けられる。第１のイオンガン１２はヘリウムガスを高速に加速するための電場を形成する電源１３と接続される。また、第１のイオンガン１２はヘリウムガスを第１のイオンガン１２に供給するガス源１４と結ばれる。ネットワーク・アナライザ９には周波数測定において測定を制御する測定制御装置１５が設けられる。
【００１７】
本実施の形態の取り付け用治具７は、図２に示すように、下側のガイド枠１６と、上側の補強枠１７と、双方の部材を締結する複数の締付け用ビス１８とを備える。この治具７は電極調整加工において調整リング６の上面に位置決めピン（図示せず）を用いて固定される。また、治具７は水晶片電極に衝突させるイオンビームを制御するマスクプレート１９を備える。本実施の形態ではマスクプレート１９は正確な心出しのために複数の位置決めピン２０によってガイド枠１６に固定される。ガイド枠１６の中心には、図３に示すように、水晶片を置くための取り付け用凹溝２１が形成される。
【００１８】
一方、図４に示すように、周波数調整装置はイオンビームをサブストレート２２に放射する第２のイオンガン２３を備える。この第２のイオンガン２３はヘリウムガスを高速に加速する電場を形成する電源２４と接続される。第２のイオンガン２３はまたヘリウムガスを第２のイオンガン２３に供給するガス源２５と結ばれる。なお、図において、符号２６はシャッタを示している。
【００１９】
水晶振動子の周波数調整方法を説明する。水晶片の加工に先立ってガイド枠１６の凹溝２１に水晶片を取り付ける。水晶片電極がマスクプレート１９と正確に向き合うようにガイド枠１６の位置決めピン２０に合わせてマスクプレート１９を取り付ける。さらに、ガイド枠１６とマスクプレート１９とをビス１８によって固定する。水晶片の取り付けを完了した治具７を調整リング６に載せ、駆動機構（図示せず）を操作して水晶片と第１のイオンガン１２とが対峙するように位置決めする（図５参照）。この後、空気抽出装置５を始動してチャンバ２内の空気を抽出し、所定の真空を確立する。
【００２０】
（イオンビーム・トリミング工程）
調整リング６を下方に移動して水晶片電極を第１のイオンガン１２に近づける。第１のイオンガン１２から加速されたイオンビームを放射し、マスクプレート１９を通して水晶片電極に衝突させる。
【００２１】
本工程ではスパッタ率の小さいヘリウムガスを用いて比較的エッチング速度を抑制して加工する。ここで、水晶片電極は最終目標となる基準周波数の限界を超える、あるオーバシュート量を持つ周波数値になるように加工する。すなわち、図６に示すように、オーバシュート量をαとすると、基準周波数ｆS＋αがこの場合の周波数値となる。ちなみに、周波数値は反射測定治具を搭載した測定ヘッド８とネットワーク・アナライザ９とを用いて正確に測定される。
【００２２】
（イオンビーム・デポジション工程）
駆動装置を操作して水晶片電極を第２のイオンガン２３と向き合うサブストレート２２に近づける。第２のイオンガン２３からイオンビームを放射し、サブストレート２２に衝突させ、構成原子を弾き出し、飛び出した原子をマスクプレート１９を通して水晶片電極に付着させる。
【００２３】
本工程ではスパッタ率の小さいヘリウムガスを使用する。ここで、水晶片電極は前工程で基準周波数よりも大きくした周波数から基準周波数に一致するまたはそれに近い周波数になるように加工する。これは、図６において、（基準周波数ｆS＋α）−αに相当し、最終目標となる基準周波数に等しい値になる。
【００２４】
スパッタリング法を利用するイオンビーム・デポジションは超低加工レートで加工が進み、効率面では不利である。しかし、この方法はオングストローム・レベルの加工精度を求められる周波数の微調整には好ましいといえる。さらに、イオンビーム・デポジションによれば、調整加工後に周波数が戻るという、周波数安定性を損ねる不利を取り除くことが可能で、これにより、周波数の微調整で得た周波数をそのまま維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による高周波水晶振動子の周波数調整装置の構成図である。
【図２】図１に示される取り付け用治具を示す断面図である。
【図３】図２に示されるガイド枠を示す平面図である。
【図４】本発明方法で水晶片に第１のイオンガンを位置決めした状態を示す説明図である。
【図５】本発明による周波数調整装置の第２のイオンガンの構成図である。
【図６】本発明方法による周波数調整方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
２…  チャンバ
４…  フレーム
５…  空気抽出装置
６…  調整リング
７…  取り付け用治具
１２…  第１のイオンガン
１６…  ガイド枠
１９…  マスクプレート
２２…  サブストレート
２３…  第２のイオンガン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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