JPH09241845A - 電極成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モニター水晶の振動周波数出力を安定させ、
振動片の電極成膜を正確に行う。 【解決手段】 真空槽内で振動片に電極を成膜する装置
において、モニター水晶を真空槽内の発振器にて発振さ
せ、モニター水晶と発振器の間の浮遊容量を少なくする
ために、モニター水晶から発振器までの距離を短くし、
モニター水晶と発振器を同一収納治具に配置する。ま
た、モニター水晶発振用発振器の出力信号の後に増幅器
を配置し出力信号の減衰を補う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電極成膜装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料に励振電極を設け、電極に交流
をかけて共振させ基準信号源とすることは古くから行わ
れている。中でも圧電セラミックスやピエゾ効果を有す
る単結晶に励振電極を設けて振動子として使用している
例が多い。電極の成膜は真空槽内に振動片を適当な治具
で配置し、蒸着やスパッタリング等の手法で行われてい
る。振動片に何を使用するか、成膜に何を使用するかは
振動子を製造するにおいては単なる選択事項なので、以
下では例示としてＡＴカット水晶振動子の電極成膜を真
空蒸着法で行う場合を想定して説明するが例示に限定さ
れるものではない。

【０００３】図１はシリンダー型容器に収納された矩形
状ＡＴカット水晶振動子の斜視図である。図４はＡＴカ
ット水晶振動片４０単体の斜視図である。図１において
１は金属製のカバーである。ＡＴカット水晶振動子は水
晶原石を所望するＡＴカット水晶振動片（以下単に水晶
片又はワークという）２に加工する工程、水晶片２に電
極３を成膜する工程、気密端子４のリード端子５に水晶
片２を固定するマウント工程、所望する周波数にあわせ
込む調整工程、金属カバー１で水晶片２を気密封止する
工程からなる。

【０００４】水晶片に電極を成膜する工程は、電気信号
を取り出すための励振電極を形成することを主たる目的
にしているが、同時にその振動周波数の粗調整をするこ
とも目的としている。水晶片の表面上に質量が一様に付
加すると、その振動周波数が減少する特性があることが
知られている。前記の電極を成膜する工程でも電極膜と
いう質量が水晶片に付加されることでその振動周波数が
減少する。この減少する量を電極降下量あるいはプレー
トバック量という。プレートバック量は電極膜の面積、
密度、膜厚及び水晶片の大きさ、周波数によって異な
る。電極膜の材料としては、銀、金、ニッケル、アルミ
ニウム、パラジウム等が使用され、用途によってはクロ
ムやチタンを下地にし、その上に前記電極材を積層する
こともある。

【０００５】図２は従来技術による真空蒸着機内部の模
式を示す正面断面図である。真空槽２９には水晶片４０
に電極を蒸着するための蒸着源２６を有している。蒸着
源２６の上部にワークである水晶片４０を多数整列収納
した蒸着治具２４とプレートバック量を制御するための
モニター２２が配置されている。蒸着材料２５は適宜前
述の材料から選ばれる。モニター２２には図３に示すよ
うな丸形のＡＴカット水晶振動子３０（以下モニター水
晶という）が使用されており、モニター水晶３０の振動
周波数の変化を蒸着膜厚に換算することで蒸着のレート
と蒸着膜厚を制御している。これを言い換えれば、ワー
ク４０のプレートバック量を制御していることになる。
モニター水晶３０は丸形のＡＴカット水晶振動子で、そ
の振動周波数は４．５ＭＨＺから６．５ＭＨＺのものが
多用されている。また、モニター水晶３０はワーク４０
の電極成膜の邪魔にならない位置に離して配置してあ
る。モニター水晶３０は予め電極３１をその表裏面に形
成しておき、発振器２７に接続することで、蒸着開始時
から常時その振動周波数を取り出せるようになってお
り、取り出した振動周波数は制御装置２８で読みとられ
る。制御装置２８はモニター水晶３０の振動周波数の変
化により蒸着源２６のパワーを制御し、モニター水晶３
０の振動周波数が設定値と一致したら蒸着材料２５の上
面に位置するオーバーラン防止のシャッター（図示せ
ず）を閉じ蒸着を終了させる。

【０００６】成膜中真空槽２９の内部は真空でかつ蒸着
源２６が蒸着材料２５を蒸発させるために高温になる。
発振器２７は熱による悪影響をさけるため真空槽２９の
外部に配置してある。そのため、モニター水晶３０から
発振器２７までの距離は長くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】水晶片に電極を成膜す
る工程は、電気信号を取り出すための励振電極を形成す
ることを主たる目的にしているが、同時にその振動周波
数を粗調整し、一定の狙い値に入れることも目的として
いる。成膜後のワーク４０の振動周波数のバラツキは、
その電極膜厚のバラツキによって、大きく影響を受ける
から、真空槽２９内のワーク４０の電極膜厚はできるだ
け均一にする必要がある。図２に示した従来技術でも蒸
着バッチ内のワークの電極膜厚は蒸着治具２４の中のワ
ーク４０の位置により異なるが、位置によるバラツキは
膜厚補正板（図示せず）等で小さくされている。しか
し、蒸着バッチ間の膜厚のバラツキは小さくすることが
出来ない。蒸着バッチ間の膜厚のバラツキの原因はモニ
ター水晶３０の振動周波数の安定度にある。蒸着中ワー
ク４０の膜厚の管理方法は、モニター水晶３０の振動周
波数の変化を蒸着膜厚に換算することで、蒸着のレート
と蒸着膜厚の制御を行っている。そのためにモニター水
晶３０の振動周波数を安定に発振させ制御装置２８に入
力しなければならない。図２で示した従来技術では成膜
中、真空槽２９の内部は真空でかつ蒸着源２６が蒸着材
料２５を蒸発させるために高温になり、発振器２７は熱
による影響を避けるため真空槽２９の外部に配置する。
そのためモニター水晶３０から発振器２７までの距離は
長くなり、モニター水晶３０から発振器２７までの浮遊
容量が増大する。浮遊容量が増大すると発振器２７から
のモニター水晶３０の振動周波数出力が不安定になった
り、極端な場合は発振停止に至ってしまう。成膜中、真
空槽２９の内部は蒸着材料２５を蒸発させるために蒸着
源２６に大電流を流し、又、制御装置２８からは蒸着源
２６を制御するための信号及び蒸着材料２５の上面に位
置するオーバーラン防止のシャッターを制御する種々の
信号が真空槽２９の内部に入ってくるので、真空槽２９
の内部は多種多様な電磁波ノイズがある。そのためモニ
ター水晶３０から発振器２７までの距離が長くなると電
磁波ノイズの影響を受け発振器２７から出力されるモニ
ター水晶３０の振動周波数が不安定になったり、極端な
場合は発振停止に至ってしまう。

【０００８】図２で示した従来技術にて前述したモニタ
ー水晶３０から発振器２７までの浮遊容量の悪影響を軽
減するために、発振器２７を真空槽２９の内部に配置す
ると、蒸着源２６が蒸着材料２５を蒸発させるために高
温になり、発振器２７は高温の影響を受け蒸着中安定に
動作しなくなる。そのため発振器２７からのモニター３
０の振動周波数出力が不安定になったり、極端な場合は
発振停止に至ってしまう。そこで蒸着源２６よりの高温
の影響をさけるため、発振器２７を真空槽２９の外部に
配置すると、前述したモニター水晶３０から発振器２７
までの浮遊容量の悪影響のため、モニター水晶３０の振
動周波数出力が不安定になったり、極端な場合は発振停
止になってしまう。

【０００９】また、図２で示した従来技術にて、前述し
たモニター水晶３０から発振器２７までの浮遊容量の悪
影響を軽減するために発振器２７を真空槽２９の内部に
配置すると、発振器２７から制御装置２８までの距離が
長くなり、モニター水晶３０の振動周波数出力信号が減
衰するので、蒸着中のモニター水晶３０の振動周波数が
制御装置２８に正確に入力されず、制御装置２８が誤動
作し、制御装置２８は蒸着源２６を正しく制御できなく
なる。極端な場合は蒸着中突然停止してしまうこともあ
る。本発明は前述の多くの課題を解決することを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】真空槽内で振動片に電極
を成膜する装置において、モニター水晶を真空槽内の発
振器にて発振させ、モニター水晶と発振器の間の浮遊容
量を少なくするために、モニター水晶から発振器までの
距離を短くし、モニター水晶と発振器を同一収納治具に
配置する。また、モニター水晶発振用発振器の出力信号
の後に増幅器を配置し出力信号の減衰を補う。

【００１１】

【発明の実施の形態】図５は本発明を説明するための蒸
着機内部模式を示す正面断面図である。従来技術と異な
るのは発振器２７及び増幅器５０を真空槽２９の内部に
置き、かつ発振器２７とモニター水晶３０を同一収納治
具に配置した。また、発振器２７の出力信号の後に増幅
器５０を追加した。成膜中において蒸着材料２５を蒸発
させるために蒸着源２６が高温になり、その輻射熱を受
け真空槽２９の内部は高温になる。蒸着源２６よりの幅
射熱で真空槽２９の内部にある発振器２７、及び増幅器
５０が誤動作しないように、断熱処理をし、かつ蒸着源
２６からの幅射熱が直接当たらないように発振器２７及
び増幅器５０は蒸着源２６からみてモニター２２の影に
なる部分に配置する。真空槽２９の内部にある発振器２
７及び増幅器５０の断熱処理方法は、真空槽２９の形
状、蒸着材料２５の種類による蒸着源２６の温度及び発
振器２７、増幅器５０の配置場所により異なるが、発振
器２７、増幅器５０が高温の影響で誤動作しない断熱処
理（発振器２７及び増幅器５０を石綿でおおう方法、水
冷パイプで水冷する方法等が考えられる。）を施す必要
がある。図５ではモニター２２、モニター水晶３０、発
振器２７、増幅器５０は蒸着源２６の上部に位置する
が、真空槽２９のいかなる場所に配置しても蒸着源２６
からの輻射熱が直接当たらないように発振器２７及び増
幅器５０は蒸着源２６からみてモニター２２の影になる
部分に配置する。

【００１２】モニター２２、モニター水晶３０、発振器
２７は同一収納治具に配置し、浮遊容量の影響をできる
だけ少なくするためモニター水晶３０から発振器２７ま
での距離を短くする。

【００１３】発振器２７の信号出力の後に設けた増幅器
５０は発振器２７の出力信号の減衰を補うためのもので
あり、必ずしも真空槽２９の内部に配置するものではな
い。増幅器５０は発振器２７の出力信号の減衰の程度に
より真空槽２９の外部に配置することも可能である。増
幅器５０は発振器２７の出力信号が制御装置２８に到達
するのに充分な増幅能力を有していることが条件とな
る。この場合、真空槽２９の形状、及び信号伝送距離の
長さ等、信号減衰量を考慮して、当該業者での決定事項
とする。

【００１４】

【発明の効果】以上、詳述した本発明によれば次のよう
な効果が得られる。

【００１５】モニター水晶発振用発振器を真空槽内に置
くことによりモニター水晶から発振器までの距離が短く
なり、モニター水晶と発振器の間の浮遊容量が少なくな
る。その結果、成膜中のモニター水晶の振動周波数は発
振器から安定に出力され制御装置に入力する。制御装置
はモニター水晶の振動周波数変化で成膜の状況を把握し
蒸着源を制御し、目的の成膜を行うことが出来る。

【００１６】モニター水晶と発振器を同一収納治具に配
置することにより、モニター水晶から発振器までの距離
が短くなり、モニター水晶と発振器の間の浮遊容量が少
なくなる。その結果、成膜中のモニター水晶の振動周波
数は発振器から安定に出力され制御装置に入力する。制
御装置はモニター水晶の振動周波数の変化で成膜の状況
を把握し蒸着源を制御し、目的の成膜を行うことが出来
る。

【００１７】発振器の信号出力の後段に増幅器をおくこ
とによりモニター水晶の振動周波数は十分な入力レベル
を確保して制御装置に入力し、制御装置は目的の成膜を
行えるように蒸着源を制御する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＡＴカット水晶振動子の斜視図。

【図２】 従来技術による真空蒸着機内部の模式を示す
正面断面図。

【図３】 モニター水晶に使用される丸形のＡＴカット
水晶振動片。

【図４】 ＡＴカット水晶振動片の斜視図。

【図５】 本発明による真空蒸着機内部の模式を示す正
面断面図。

【符号の説明】

１ 金属カバー ２ 水晶片 ３ 電極 ４ 気密端子 ５ リード端子 ２２ モニター ２４ 蒸着治具 ２５ 蒸着材料 ２６ 蒸着源 ２７ 発振器 ２８ 制御装置 ２９ 真空槽 ３０ 丸形モニター水晶 ３１ 電極 ４０ ＡＴカット水晶振動片 ５０ 増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内で振動片に電極を成膜する装置
   において、モニター水晶を真空槽内のモニター水晶発振
   用の発振器にて発振させることを特徴とする電極成膜装
   置。
2. 【請求項２】 真空槽内にあるモニター水晶とモニター
   水晶発振用の発振器を同一収納治具に配置することを特
   徴とする請求項１記載の電極成膜装置。
3. 【請求項３】 モニター水晶発振用の発振器の信号出力
   の後段に増幅器を設けたことを特徴とする請求項１又は
   ２記載の電極成膜装置。