JP2003117920A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液相エピタキシャル法により育成された厚さ
２００μｍ以上のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜を歩留まり良く切断する手段を提供する。 【構成】 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を
固定してダイシングマシーンで切断する工程において、
はじめに最低４０μｍから最大前記結晶膜の厚さの４０
％だけ切り込みを入れ、その後、前述切り込み面を固定
し、既切り込み面のラインと同一ラインとなるように、
未切り込み面から切り込み、前記結晶膜を完全に切断す
る。 【効果】チッピングが小さくなり、歩留まりの良いファ
ラデー回転子が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータや光サ
ーキュレータなどのファラデー回転子に用いられるビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法に関
し、詳しくは、非磁性ガーネット基板の片面に育成され
た厚さ２００μｍ以上のビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜の切断方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバ通信や光計測の発展は
目覚しいものがある。この光ファイバ通信や光計測では
多くの場合、信号源として半導体レーザーが使用されて
いる。しかし半導体レーザーは、光ファイバ端面などか
ら反射して再び半導体レーザー自身に戻ってくるところ
の所謂反射戻り光があると、発振が不安定になるという
重大な欠点がある。そのため半導体レーザーの出射側に
光アイソレータを設けて反射戻り光を遮断し、半導体レ
ーザーの発振を安定化させることが行われている。

【０００３】光アイソレータは偏光子、検光子、ファラ
デー回転子及びファラデー回転子を磁気的に飽和させる
ための永久磁石からなる。光アイソレータの中心的な機
能を担うファラデー回転子は、主に液相エピタキシャル
法で育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶、例えば（ＨｏＴｂＢｉ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２、（ＹｂＴ
ｂＢｉ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２或いは（ＬｕＴｂＢｉ）_３（Ｆ
ｅＡｌ）_５Ｏ_１２などが用いられる。

【０００４】ところで半導体レーザーの発振波長は様々
であるが、長距離の光ファイバ通信では、石英光ファイ
バが低損失を示す１．３１μｍや１．５５μｍ帯（長波
長帯と呼ばれている）が採用されることが多く、この波
長に対応したファラデー回転子（回転角４５度の場合）
の厚さは、例えば（ＨｏＴｂＢｉ）_３Ｆｅ_５Ｏ_１２の場
合、概ね二百数十μｍから三百数十μｍである。なお、
これらの低損失領域以外の波長でも、ファラデー回転子
は原理的に使用可能であるが、その場合、膜厚は波長に
より様々な値となる。

【０００５】一般に、液相エピタキシャル（以下「ＬＰ
Ｅ」と記す）法によるビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶（以下「ＢＩＧ」と記す）厚膜の育成は以下のよ
うにして行われる。まず縦型管状炉からなるＬＰＥ装置
の中央に貴金属製の坩堝を備え付ける。そして希土類鉄
ガーネット成分の酸化物、例えば酸化第二鉄、希土類酸
化物、酸化鉛、酸化ホウ素及び酸化ビスマスからなるフ
ラックス成分を坩堝に仕込む。そして１０００℃程度の
高温でこれら酸化物を溶解させ、ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶厚膜育成用の融液とする。その後、融
液温度を８００℃前後に降下させ過飽和状態に保つ。

【０００６】次に基板ホルダーに固定した非磁性ガーネ
ット基板をＬＰＥ装置の上部から徐々に下降させ、融液
と接触させる。融液と接触した基板を回転させながら基
板上にガーネット単結晶を育成した後、基板を融液から
数センチ引き上げる。そして高速で基板を回転させて、
基板に付着した融液を振りきった後、ＬＰＥ装置から引
き上げる。

【０００７】ＬＰＥ装置から引き上げられたＢＩＧ膜は
適当な大きさに分割された後、必要とされるファラデー
回転角が得られる膜厚（通常は、４５度のファラデー回
転角が得られるような厚さ）まで研磨され、鏡面仕上げ
される。基板は、研磨作業中に、除去されることが多
い。研磨によって所定の厚さまで仕上げられたＢＩＧ膜
は、光アイソレータ用、光サーキュレーター用あるいは
光スイッチ用などをはじめとする光デバイス用のファラ
デー回転子として、デバイス設計に見合った大きさに切
断される。光デバイス用ファラデー回転子の大きさは、
デバイスの小型化に伴い、一辺が１ｍｍ以下の超小型の
ものから３．５ｍｍ程度のものまで様々であるが、概ね
一辺が５ｍｍ以下のものが主である。

【０００８】適当な大きさに分割及び研磨されたＢＩＧ
膜を一辺が５ｍｍ以下のチップサイズに切断する方法と
しては、レーザーによる方法やスクライバーを用いる方
法などがあるが、ダイシングマシーンによる切断方法が
一般的である。ＢＩＧ膜をダイシングマシーンで切断す
る場合、何らかの方法で、ＢＩＧ膜を固定する必要があ
る。固定方法として、シリコンウエハやガラスなどの硬
い材質の上に、ＢＩＧ膜をワックスで固定して切断する
方法（以下、ワックスカット法と略称する）と、粘着テ
ープに固定する方法（以下、テープカット法と略称す
る）がある。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】ワックスカット法で
は、切断後のワックスを除去する作業が難しく、この点
で生産性に問題がある。一方、テープカット法では、粘
着テープの種の選択と、ピックアップ装置（ニードルに
よるチップの突き上げ剥離機構と、バキュームピンセッ
トによる拾い上げ搬送機構を有する装置）とを採用して
おり、チップを扱う際の省力化が容易で、粘着剤の付着
による膜表面の汚れの問題も稀であり、作業の効率化が
可能である。

【００１０】しかし、テープカット法では、厚さが概ね
２００μｍ以上のＢＩＧ膜を切断すると、図１に示すよ
うなチッピング（テープ接着面側の切断エッジからの欠
け）が百数十μｍ以上にわたって生じることがあり、重
大な欠点を抱えている。チッピングが大きいと、光学有
効面積が減少する、光アイソレータを組み立てる際のＢ
ＩＧ膜の固定強度が不十分になる等の問題が生じ、その
結果、歩留まりが低下するので、チッピングはできるだ
け小さいことが望ましい。

【００１１】ワックスカット法ではテープカット法に見
られる大きなチッピングはほとんど見られず切断面の形
状に関しては、ワックスカット法が優れていることが知
られているが、いずれの方法においても、チッピング問
題の解消は重要な課題となっている。なお、チッピング
の発生における、ワックスカット法とテープカット法の
差は、主にＢＩＧ膜を固定するワックスと粘着テープと
の固着力の差にある。ワックスに比べて粘着テープでは
固着力が弱く、このことで大きなチッピングが発生しや
すいと言われている。

【００１２】テープカット法とワックスカット法のいず
れの切断方法においても、チッピングの解消は、歩留ま
り向上における重要な課題である。特に作業効率で有利
なテープカット法では、チッピング解消は、最も重要な
課題であり、チッピングが生じにくい切断法を見出す必
要がある。

【００１３】ダイシングマシーンによる切断技術は、ガ
ラスやシリコンをはじめ、集積回路等の一般的な材料の
切り出しなど多方面で利用されている。しかし、一般的
な材料に比べて、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜は脆性材料なので、切断作業は、はるかに困難であ
る。従来の切断条件や切断手法では、チッピングをはじ
め、割れや欠けが頻発し、ビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜用の工業的な生産手法とはなり得ない。こ
の点で従来技術を凌駕する切断手法の開発が強く望まれ
ていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、膜厚が概
ね２００μｍを超えるＢＩＧ膜のカット法におけるチッ
ピング問題を解決するため、ブレードの種類、切断手
順、テープの種類、その他を鋭意検討した結果、本発明
を完成した。すなわち本発明は、ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜を治具に固定し、ダイシングマシー
ンで切断する方法において、一辺が５ｍｍ以下のチップ
に切断する際に、はじめに結晶膜の第１の面に、最大で
厚さの４０％だけ切り込みを入れ、その後、第１の面に
対向する第２の面がブレードに向くように結晶膜を裏返
して固定しなおし、第１の面に切り込んだラインと正確
に対向して整列するように、第２の面から切り込むこと
で、結晶膜を完全に切断することを特徴とするビスマス
置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の切断方法である。

【００１５】本発明を実施する際は、適当な大きさに分
割されたＢＩＧ膜を固定する方法としては、粘着テープ
をはじめ、各種ワックスや接着剤が使用可能である。粘
着テープとしては、粘着力が大きくＢＩＧ膜を強固に固
定可能なこと、更に、細かく切断されたチップを容易に
取り出すことが可能なように、加熱、光照射、電子線照
射、その他の手段によりその粘着力を大幅に消失するも
のが望ましい。これらの中で、紫外線を照射することで
テープの粘着性が低下する紫外線硬化型テープ（以下、
ＵＶテープと略称する）が簡便で好ましいものとしてあ
げられる。

【００１６】ワックスとしては、固着力が高く、切断後
の剥離が容易なものであれば、天然系ワックス、合成系
ワックスあるいはこれらを混合した混合ワックスなど種
類は選ばない。固着力については特に規定することはで
きないが、概ね１ｋｇ／ｃｍ ^２以上であれば十分であ
る。剥離方法についても、特に制限は無いが、熱による
溶融剥離方法や溶剤による剥離方法などが選択できる。

【００１７】本発明は、通常ダイシングマシーン（外周
刃の切断機）を使用して行う。外周刃（ブレード）とし
てセラミックス切断用としてのものであれば特に制限は
無いが、通常ダイヤモンド固定外周刃式切断機を使用す
る。切断機のブレードはＢＩＧ膜の切り代をできるだけ
少なくするという意味で２００μｍ以下の厚さのもが望
ましく、さらに好ましくは１００μｍ以下である。

【００１８】本発明では、ＢＩＧ膜の表裏両面からブレ
ードを挿入する。裏面フルカット（表面から、切りこん
だ後、裏面側から切りこんでそのまま完全に切断してし
まうこと）時に使用するブレードの厚さは、最大でも表
面切り込み時に使用したブレードの厚さと同じにする必
要があり、チッピング抑制のための条件である。さら
に、光アイソレータに組み込みやすいチップ形状を考慮
すると、裏面フルカット時に使用するブレードは表面へ
の切り込み時に使用したブレードよりも薄いものを使用
することが望ましい。

【００１９】本発明を実施する際に、表面切り込み時
に、切り込みを入れる深さは最深でＢＩＧ膜厚の４０％
である。切り込み深さがＢＩＧ膜厚の４０％を越える
と、表面切断中にＢＩＧ膜が割れたり、裏面フルカット
のためテープ張り替えを行う際に割れが生じる可能性が
高くなる。

【００２０】本発明を実施する際に、ダイシング条件
（スピンドル回転数、カットスピード、切り込みの深さ
等）は、使用するブレードの種類とＢＩＧ膜との相性に
より異なり、適宜最適条件に変更する必要があるので特
に限定しない。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例によってその実施態様
と効果を、具体的にかつ詳細に説明するが、以下の例は
具体的に説明するものであって本発明の実施態様や発明
の範囲を限定するものとしては意図されていない。

【００２２】実施例１ 容量３，０００ｍｌ（ミリリットル）の白金製坩堝に、
酸化鉛（ＰｂＯ，４Ｎ）５，５００ｇ、酸化ビスマス
（Ｂｉ_２Ｏ_３，４Ｎ）５，５００ｇ、酸化第二鉄（Ｆｅ
_２Ｏ_３，４Ｎ）７６５ｇ、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３，５
Ｎ）２００ｇ、酸化テルビウム（Ｔｂ_４Ｏ_７，３Ｎ）３
４ｇ、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３，３Ｎ）４５ｇを仕
込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定位置に設置
し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌して均一に混
合した後、融液温度を７７９℃まで下げ、ビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。

【００２３】ここに得られた融液表面に、常法に従って
厚さ５００μｍで格子定数１．２４９７±０．０００２
ｎｍの３インチ（１１１）ガーネット単結晶［（ＧｄＣ
ａ） _３（ＧａＭｇＺｒ）_５Ｏ_１２］基板の片面を接触さ
せ、融液温度を７７９℃に維持しながら２２時間のエピ
タキシャル成長を行い、厚さ３９８μｍで、Ｈｏ_{１． １}
Ｔｂ_０．７Ｂｉ_１．２Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有するビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜（以下、「Ｈｏ
ＴｂＢｉＩＧ」と記す）を作製した。

【００２４】このＨｏＴｂＢｉＩＧを１１ｍｍ×１１ｍ
ｍの大きさに分割し、２５枚の分割品を得た（以下、
「１１ｍｍ角分割品」と記す）。この２５枚の１１ｍｍ
角分割品の基板を研磨によって除去し、波長１．５５μ
ｍにおけるファラデー回転角が４５度を示すように膜の
厚さを調整し、波長１．５５μｍに対応する反射防止膜
を両面に施して、波長１．５５μｍ用の大きさ１１ｍｍ
×１１ｍｍのファラデー回転子２５個を得た（以下、
「反射防止膜付１１ｍｍ角分割品」と記す）。これらの
平均厚さは３６２μｍであった。

【００２５】この反射防止膜付１１ｍｍ角分割品２５個
の中から任意に４個選択し、１ｍｍ×１ｍｍの大きさに
切断した。切断に用いたダイシングテープはＬＩＮＴＥ
Ｃ社製ＵＶテープＡＤＷＩＬＬ Ｄ−６３８（厚さ１４
０μｍ）、切断装置はｄｉｓｃｏ社製ダイシングマシー
ンＤＡＤ５６２、使用ブレードは、表面切り込み時はｄ
ｉｓｃｏ社製ＮＢＣ−ＺＢ１０６ＪＳＳ（ブレード厚５
０μｍ、刃先出し量５００μｍ）、裏面フルカット時は
ｄｉｓｃｏ社製ＮＢＣ−ＺＢ１０６Ｊ（ブレード厚３０
μｍ、刃先出し量５００μｍ）である。切断に際して
は、表面切り込み時のダイシング条件は、スピンドル回
転数５０００ｒｐｍ、カットスピード１．２ｍｍ／ｓｅ
ｃ及び切り込み深さを１００μｍとした。また、裏面フ
ルカット時のダイシング条件は、スピンドル回転数５０
００ｒｐｍ及びカットスピード０．５ｍｍ／ｓｅｃとし
た。４個の反射防止膜付１１ｍｍ角分割品から図２のよ
うな波長１．５５μｍ用の１ｍｍ×１ｍｍのファラデー
回転子４００個を得た（以下、「１ｍｍ角分割品」と記
す）。これらのうち１００μｍ以上のチッピングが発生
したものはなかった。また、これらのうち５０μｍ以上
のチッピングが発生したものは２９個であった。

【００２６】この１ｍｍ角分割品は、表面に切りこみを
いれるのに使用したブレードの厚さと、裏面に切りこみ
をいれるのに使用したブレードの厚さとの差、アライメ
ント（表面切断ラインに裏面切断予定ラインをあわせる
こと）精度及び機械精度により、図２のようなチップ側
面に段差が発生する。４００個の１ｍｍ角分割品のう
ち、任意に１００個選択し、側面の段差の大きさを測定
した。その結果、最小０μｍ、最大３２μｍ、平均１７
μｍの段差が生じていた。

【００２７】比較例 実施例から得られた２５個の１１ｍｍ角分割品の中から
任意に４個選択し、１ｍｍ×１ｍｍの大きさの切断し
た。切断装置は実施例と同じものを使用したが、表面切
断でフルカット）を行った。その結果、波長１．５５μ
ｍ用の大きさ１ｍｍ×１ｍｍのファラデー回転子４００
個を得た。これらのうち１００μｍ以上のチッピングが
発生したものは３２個であった。また、これらのうち５
０μｍ以上のチッピングが発生したものは２８１個であ
った。また、これらには側面の段差は存在しなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光通信機器用ファラデ
ー回転子に使用される厚さ２００μｍ以上のビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜を治具に固定して、一辺
が５ｍｍ以下のチップに切断しても、チッピングによる
不良が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】切断時に発生するチッピングの例を示す模式図
である。

【図２】波長１．５５μｍ用の１ｍｍ角分割品の切断部
分を模式的に示す側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 斉 東京都葛飾区新宿六丁目一番一号 フォト クリスタル株式会社内 Ｆターム(参考） 3C069 AA03 BA04 BB04 CA00 CB01 EA02 4G077 AA03 BC22 BC27 CG01 CG05 EA02 FJ03 HA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
   膜をダイシングマシーンにより一辺が５ｍｍ以下の平行
   四辺形のチップに切断するに際し、はじめに前記結晶膜
   の第１の面に、４０μｍ以上で且つ前記結晶膜の厚さの
   ４０％以下の深さを有する第１の切り込み線を入れ、そ
   の後、前記結晶膜を裏返し、前記第１の面に対向する第
   ２の面に、前記第１の切りこみ線と整列する第２の切り
   こみ線を切りこむことにより、前記結晶膜を切断するこ
   とを特徴とするビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
   膜の切断方法。
2. 【請求項２】 前記第１の切りこみ線の深さが、５０μ
   ｍから前記結晶膜の厚さの３０％であることを特徴とす
   る請求項１に記載のビスマス置換希土類鉄ガーネット単
   結晶膜の切断方法。
3. 【請求項３】 前記結晶膜が液相エピタキシャル法によ
   り育成されることを特徴とする請求項１に記載のビスマ
   ス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の切断方法。
4. 【請求項４】 前記結晶膜を、切断前に、粘着テープに
   固定することを特徴とする請求項１に記載のビスマス置
   換希土類鉄ガーネット単結晶膜の切断方法。
5. 【請求項５】 前記粘着テープが加熱、光照射、電子線
   照射、その他の手段によりその粘着力が大幅に消失する
   ものであることを特徴とする請求項１記載のガーネット
   単結晶膜の切断方法。