JP2004338137A

JP2004338137A - 材料加工方法

Info

Publication number: JP2004338137A
Application number: JP2003134897A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Fujiwara; 隆行藤原; Hiroshi Maeda; 弘前田; Sanpei Iida; 三平飯田; Yasukazu Nihei; 靖和二瓶
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】脆性材料を所望の形状に加工する除去加工において、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工方法を提供する。
【解決手段】被加工物１０の表面に別部材１２の裏面を密着させ、別部材１２の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、被加工物１０の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料加工方法に係り、特に、脆性材料を所望の形状に加工する除去加工を行い、その際に生じるチッピング等の欠陥を少なくするのに好適な材料加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オプトロニクス技術等の進展に伴い、ガラス等の脆性材料（硬脆材料ともいう）に精密加工を施した部材の需要が増えつつある。このような部材をオプトロニクス技術等に光学部品として使用する場合、光の散乱を避ける必要があり、光の波長以下、具体的には０．１μｍ以下の加工精度を要求される場合が多くなっている。
【０００３】
このような例として、たとえば、光導波路型デバイスが挙げられる。このような光導波路型デバイスは、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）等の単結晶に溝加工を施すことにより形成される。図１２は、このような光導波路型デバイスＤの所望の溝形状を示す概念図である。同図に示される溝Ｄ１の幅又は土手Ｄ２の幅は、たとえば１０μｍ前後となる。
【０００４】
このような精度レベルの加工には、たとえば、モールド型を使用した転写加工等は使用できず、従来より、適用できる加工方法としては、ダイシング加工、研削加工が提案されている（特許文献１参照。）。また、機械加工以外の微細加工方法として、フォトリソグラフィー、レーザ加工等も考えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５０９４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の材料加工方法では、品質面（加工精度、欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることが困難であるのが現状である。
【０００７】
すなわち、ダイシング加工、研削加工等によって溝を形成する場合、図１３に示されるように、加工した溝Ｄ１の両測のエッジ部分（いわゆる、土手Ｄ２のへり）にチッピングＤ３を生じることが避けられない。通常、ダイシングブレード、研削砥石の表面に固定されている（埋め込まれている）砥粒の突き出し量は砥粒粒径の約１／３程度であり、加工された被加工物に生じるチッピングのサイズ及び微細クラック（潜傷とも称される）の深さは砥粒粒径の約１／５〜１／３程度であることが経験的に確認されている。
【０００８】
この場合、たとえば、砥粒番手が＃数千番のダイヤモンドブレードを使用したとすれば、チッピングのサイズはμｍレベルとなり、光導波路型デバイスとした際に光の散乱を避けられず、品質不良となってしまう。
【０００９】
一方、チッピングや微細クラックを抑えるべく、砥粒サイズの小さい高番手のブレードを使用することも可能ではあるが、この場合砥粒サイズの微小化に伴い加工速度が極端に低下し、また、研削焼けの発生頻度も増加することが予想され、工業的な生産には不適となる。
【００１０】
また、機械加工以外の微細加工方法として、フォトリソグラフィーの適用は可能ではある。ところが、ガラス等の脆性材料のエッチングは、たとえばフッ酸系のウェットエッチングを採用した場合、等方性のエッチングとなり、アンダーカット（サイドエッチ）が避けられない。また、半導体プロセスに採用されるドライエッチングを採用した場合、エッチングレートが極端に低く、工業的な生産には不適となる。
【００１１】
機械加工以外の他の微細加工方法として、レーザ加工も適用は可能ではあるが、加工速度が極端に低く、工業的な生産には不適となる。
【００１２】
他の微細加工方法として、アブレイシブウオータージェット加工も検討の余地があるが、これに使用されるノズルの内周が、加工して行くに従い、使用する遊離砥粒、たとえばダイヤモンド砥粒によって磨耗し、形状精度の維持が困難である。また、ノズルが微細な砥粒（たとえば、＃１００００以上）により目詰まりを生じ易く、これにより連続した加工が維持しにくいという問題点もある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、材料、特に脆性材料を所望の形状に加工する除去加工において、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、前記別部材の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、前記被加工物の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、被加工物の表面に別部材を密着させ、別部材の表面側よりパターン状の除去加工を行う。この際、被加工物の表面に別部材が密着しているので、チッピング等の欠陥が生じにくい。これにより、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工が行える。
【００１６】
被加工物の表面に別部材の裏面を密着させる方法としては、後述する表面活性化常温接合が最も好ましいが、それ以外の各種方法も採用できる。たとえば、磁力をオフ状態にした磁気チャックの上に被加工物を配し、その後、鉄系の別部材を被加工物の表面に配する。そして、磁力をオン状態にすることにより、被加工物が磁気チャックと別部材とでサンドイッチされ、別部材と密着する。この状態で別部材側からパターン状の除去加工を行うことにより、チッピング等の欠陥が生じにくい加工が行える。
【００１７】
なお、同様な手法として、従来より、ダミー部材を被加工物の裏面にワックス等で接着し、これにより、ツールの抜け側のチッピングを抑制する方法が公知である。しかし、この手法は、被加工物とダミー部材との接着、加工後の剥離等、工程が複雑になる上、ワックス等の剥離後の洗浄をも要し、生産性の点では問題が多い。
【００１８】
パターン状の除去加工としては、ダイシング、マスクを使用したサンドブラスト加工、超音波加工等の公知の各種加工方法が採用できる。
【００１９】
本発明において、前記被加工物の加工後に、前記被加工物の表面より前記別部材を除去することが好ましい。このようにすれば、本発明の有利な効果が発揮できるからである。
【００２０】
また、本発明は、被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、該別部材の表面に他の被加工物の裏面を密着させる順で被加工物と別部材との積層を交互に行い、複数枚の被加工物と複数枚の別部材との積層体を形成し、前記積層体の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、前記積層体の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法を提供する。
【００２１】
本発明によれば、複数枚の被加工物と複数枚の別部材とを使用し、被加工物と別部材との積層を交互に行った積層体を形成し、この積層体の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行う。これにより、１回の除去加工で複数枚の被加工物の除去加工が行え、生産性が向上する。
【００２２】
また、本発明は、被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、該別部材の表面に他の被加工物の裏面を密着させる順で被加工物と別部材との積層を交互に行い、複数枚の被加工物と複数枚の別部材との積層体を形成し、前記積層体の側面側より平面状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法を提供する。
【００２３】
本発明によれば、複数枚の被加工物と複数枚の別部材とを使用し、被加工物と別部材との積層を交互に行った積層体を形成し、この積層体の側面側より平面状の除去加工を行う。これにより、被加工物の線状部材と別部材の線状部材とが交互に並んで密着した平板状の部材が得られる。このような平板状の部材は、表面にチッピング等の欠陥が生じにくく、光導波路型デバイス等に好適に使用できる。
【００２４】
ここで、平面状の除去加工とは、ワークの加工後の面を平坦面に加工する除去加工を指し、平面研削盤等による研削加工、研磨機によるラップ加工、ポリッシュ加工が代表的な加工法である。
【００２５】
また、本発明において、表面活性化常温接合により前記被加工物と前記別部材とを密着させることが好ましい。このように、表面活性化常温接合を行えば、強固な結合力が容易に得られ、本発明の有利な効果が発揮できるからである。
【００２６】
なお、表面活性化接合（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｔｉｖａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ：ＳＡＢ）とは、物質の表面を覆っている酸化膜等の不活性な層を取り除いて、活性にした表面同士を合せることによって、原子レベルの強固な結合を得る手法であり、表面活性化常温接合とは、これを常温で行う手法である。
【００２７】
この技術は、加熱によるストレスのない接合が特徴である。また、半田等の接着層を必要としないので、各種分野への応用が期待されている。この表面活性化プロセスは真空中で行われるのが一般的であるが、対象材料や目的によっては、接合は大気圧中でも可能である。
【００２８】
また、本発明において、前記被加工物と前記別部材との密着する面の表面粗さがＲｙで１０ｎｍ未満であることが好ましい。このように、密着する面の表面が平滑であれば、密着状態が良好となるからである。特に、表面活性化接合では、この効果が得られる。
【００２９】
また、本発明において、前記被加工物及び／又は前記別部材が脆性材料であることが好ましい。このように、切削加工が行えない脆性材料の加工に、本発明の特徴が発揮できるからである。ここで「脆性材料」とは、特定原子間の凝集力として定義される材料の理想的破壊強度σ_０（単位：Ｎ／ｍ^２）と、微視レベルでのせん断分離に対する理想的滑り強度τ_０（単位：Ｎ／ｍ^２）との比、σ_０／τ_０が１未満である材料、すなわち、塑性変形を起こさない材料をいう。
【００３０】
また、本発明において、前記被加工物及び／又は前記別部材がニオブ酸リチウムであることが好ましい。このように、ニオブ酸リチウムの単結晶に溝加工を施すことにより形成される光導波路型デバイスの加工において、本発明の有利な特徴が発揮できるからである。
【００３１】
また、本発明において、前記パターン状の除去加工がレーザ加熱とダイシングとの複合加工であることが好ましい。パターン状の除去加工にはダイシングが好ましく採用できるが、更にこのようなレーザ加熱との複合加工が行われれば加工時の応力緩和に好ましく作用し、チッピング等の欠陥が生じにくいからである。
【００３２】
また、本発明において、前記パターン状の除去加工後に加工箇所にダミー部材を注入し、該ダミー部材の硬化後に平面状の除去加工を行うことが好ましい。このように、加工箇所にダミー部材を注入した後に研削、研磨等の平面状の除去加工を行えば、一旦生じたチッピング等の欠陥を除去できるからである。
【００３３】
また、本発明において、前記被加工物の表面より前記別部材を除去する方法がドライエッチング又はアルカリ性溶液若しくは酸性溶液を使用したウェットエッチングであることが好ましい。このようなエッチングを採用することにより、別部材の除去が選択的に行えるからである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る材料加工方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明の材料加工方法の第１の実施態様の概要を示す断面図である。
【００３５】
図１（ａ）に示されるように、接合面が所定の表面粗さに加工された被加工物１０と別部材１２とを対向させ、表面活性化常温接合により被加工物１０の表面に別部材１２の裏面を密着させる（図１（ｂ））。表面活性化常温接合は、図２に示される装置により、図３に示されるフローでなされる。
【００３６】
図２において、表面活性化常温接合装置１４は、真空チャンバ１６とこの真空チャンバ１６内に配される試料台と、高速原子ビーム源３０と試料加圧手段とより構成される。
【００３７】
真空チャンバ１６には、排気用配管１８が接続され、排気用配管１８に設けられるバルブ２０、図示しない真空ポンプ等で高真空排気系を構成する。この高真空排気系は、真空チャンバ１６内の到達真空度を約１０^−５Ｐａまで排気できることが好ましい。また、真空チャンバ１６には、リーク用の給気用配管２２が設けられている。
【００３８】
真空チャンバ１６内に配される試料台としては、真空チャンバ１６内の下部に固定される被加工物用試料台２４と、真空チャンバ１６内の上部に貫通して設けられたシリンダシャフト２６の下端に固定される別部材用試料台２８（図３参照）とより構成される。
【００３９】
真空チャンバ１６内に配される高速原子ビーム源３０、３０は、高速原子ビーム（たとえば、Ａｒ高速原子ビーム）をそれぞれ被加工物１０と別部材１２とに照射するべく設けられ、真空チャンバ１６の側壁に固定されている。
【００４０】
試料加圧手段としては、図示しない油圧プレス等の加圧装置のシリンダシャフト２６により被加工物１０と別部材１２とを密着させる構成が採用される。試料加圧手段による加圧力は試料に１〜１０ＭＰａの圧を加えられることが好ましい。
【００４１】
図３（ａ）において、被加工物用試料台２４の上面に被加工物１０が、別部材用試料台２８の下面に別部材１２がそれぞれ固定され、被加工物１０と別部材１２とは所定間隔をおいて対向している。この状態で真空チャンバ１６内が排気され、所定の真空度におかれる。
【００４２】
図３（ｂ）において、高速原子ビーム源３０、３０よりＡｒ高速原子ビームをそれぞれ被加工物１０と別部材１２とに照射し、被加工物１０及び別部材１２の表面の汚染層を取り除き、これらの表面を活性化している。
【００４３】
図３（ｃ）において、Ａｒ高速原子ビームの照射後に、シリンダシャフト２６が下降していき、被加工物１０と別部材１２とが所定圧で密着されている。この後、真空チャンバ１６内がリークされ、真空チャンバ１６が開けられて密着後の試料が取り出される。
【００４４】
この表面活性化常温接合は、他の接合方法と比較して以下の長所を有している。
１）除去加工によるチッピング等の欠陥を生じるエッジ部の全てを別部材１２で強固に補強できる。
２）到達真空度、加圧力等を制御することにより試料同士の密着力をコントロールできるので、除去加工後に被加工物１０から別部材１２を外すこともでき、除去加工後に被加工物１０と別部材１２とが密着した状態のまま製品化することもできる。
３）常温で被加工物１０と別部材１２とが密着されるため、両者の熱膨張係数を合せる必要がない。
４）適切な別部材１２を選択することにより、被加工物１０と別部材１２との界面に所望の屈折率段差を形成できる。
【００４５】
図１に戻って、表面活性化常温接合の後に、同図（ｃ）に示されるように、別部材１２の表面に対して平面状の除去加工を行い、別部材１２の厚さを適正化する。この平面状の除去加工は、別部材１２の除去量が僅少な場合にはポリッシュ加工のみで足り、別部材１２の除去量が多い場合には研削加工、ラップ加工、ポリッシュ加工等を組み合わせて行えばよい。
【００４６】
次いで、図１（ｄ）に示されるように、別部材１２の表面に他の被加工物１０を表面活性化常温接合により密着させる。この工程は、既述の図２及び図３により説明したフローと同一であることより、説明を省略する。
【００４７】
次いで、図１（ｅ）に示されるように、他の被加工物１０の表面に対して平面状の除去加工を行い、他の被加工物１０の厚さを適正化する。この工程は、既述の図１（ｃ）により説明したフローと同一である
次いで、図１（ｆ）及び図４に示されるように、他の被加工物１０の表面よりパターン状の除去加工を開始し、被加工物１０の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行う。この例では、パターン状の除去加工としてダイシングが採用されている。
【００４８】
図４に示されるダイシング装置４０において、試料すなわち、被加工物１０と別部材１２と他の被加工物１０とを密着させた積層物が試料テーブル４２上に固定され、試料テーブル４２が回転するダイシングブレード４４に対して矢印の方向に移動することによりダイシングがなされる。このダイシング装置４０においては、マルチブレードによる複数の溝加工が同時になされている。
【００４９】
次いで、図１（ｇ）に示されるように、積層物（試料）より他の被加工物１０が除去され、最終形態の試料となる。
【００５０】
なお、図１のフローにおいて、製品仕様によっては、（ｅ）の工程を省略したり、（ｇ）の工程を省略して３層構成のままの試料とすることもできる。
【００５１】
次に、本発明の材料加工方法の第２の実施態様について、図５に示される断面図により説明する。同図（ａ）において、被加工物１０の表面に別部材１２の裏面を密着させ、この別部材１２の表面に他の被加工物１０の裏面を密着させる順で被加工物１０と別部材１２との積層を交互に行い、複数枚の被加工物１０、１０…と複数枚の別部材１２、１２…との積層体を形成する。この密着も表面活性化常温接合により行うことが好ましい。
【００５２】
この表面活性化常温接合による工程は、既述の図２及び図３により説明したフローと同一に行える。但し、この場合部材を密着させる毎に真空チャンバ１６を大気開放して、次に密着させる試料（被加工物１０又は別部材１２）をセットしなければならない。
【００５３】
上記煩雑な工程を避けるため、真空チャンバ１６内に試料ロード手段を設け、真空チャンバ１６を大気開放せずに、順次次に密着させる試料を試料供給台（被加工物用試料台２４又は別部材用試料台２８）に供給する構成も採用できる。
【００５４】
複数枚の被加工物１０、１０…と複数枚の別部材１２、１２…とが密着した積層体を形成した後、図５（ｂ）に示されるように、積層体の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、積層体の表面より所定深さまでパターン状の除去加工が行われる。この除去加工は、図４に示されるダイシング装置４０により行われるのが好ましい。
【００５５】
以上に説明した本発明の材料加工方法の第２の実施態様によれば、１回の除去加工で複数枚の被加工物等の除去加工が行え、導波路アレイ５０、５０…が複数同時に製造できる。
【００５６】
次に、本発明の材料加工方法の第３の実施態様について、図６に示される断面図により説明する。同図（ａ）において、被加工物１０の表面に別部材１２の裏面を密着させ、この別部材１２の表面に他の被加工物１０の裏面を密着させる順で被加工物１０と別部材１２との積層を交互に行い、複数枚の被加工物１０、１０…と複数枚の別部材１２、１２…との積層体を形成する。この密着も表面活性化常温接合により行うことが好ましい。以上の工程は、図５（ａ）に示される第２の実施態様と同様であることより、詳細については説明を省略する。
【００５７】
次いで、図６（ｂ）に示されるように、積層体を９０度回転させ、積層体の一側面をダミープレート５２上に固定する。ダミープレート５２は、研削盤のワークテーブに固定できたり、研磨機のキャリヤ内に配置できる形状のものが使用される。積層体の一側面をダミープレート５２上に固定する方法としては、ワックスによる固定、紫外線硬化樹脂による固定等の公知の各種方法が採用できる。
【００５８】
次いで、図６（ｃ）に示されるように、積層体の他側面側より平面状の除去加工を行う。この平面状の除去加工は、除去量が僅少な場合にはポリッシュ加工のみで足り、除去量が多い場合には研削加工、ラップ加工、ポリッシュ加工等を組み合わせて行えばよい。
【００５９】
本発明の材料加工方法の第１、第の実施態様で採用されているダイシングに代えて、本実施態様で平面状の除去加工を採用する利点としては、被加工物の寸法（厚さ）を測定しながら加工を行うことが容易であり、高い加工精度のものが容易に得られることである。また、一度にウエハレベルの加工が可能であり、ダイシングと比べて加工能率の向上が図れる。
【００６０】
一般的に、ダイシングでは、かなり高精度に温度制御がなされた状態であっても、加工機械の熱膨張等の影響で、０．１μｍレベルの精度誤差は避け難い。このため、加工機械のスケールのみでワークの寸法精度を保証することが困難であり、加工後のワークの寸法を測定して、これを加工機械にフィードバックする対処法が精度を確保する上で必要であった。しかし、ダイシングでは、オンラインのワークの寸法測定が困難であり、精度を確保するのに各種の工夫、習熟を要していた。
【００６１】
これに対し、既述のように、本実施態様で採用する平面状の除去加工は、高い加工精度のものが容易に得られる利点がある。
【００６２】
以上に説明した本発明の材料加工方法の第３の実施態様によれば、１回の除去加工で複数枚の被加工物等の除去加工が行え、導波路アレイ５０、５０…が複数同時に製造できる。
【００６３】
次に、本発明の材料加工方法の第４の実施態様について、図７に示される斜視図により説明する。同図において、パターン状の除去加工がレーザ加熱とダイシングとの複合加工となっている。同図に示されるダイシング装置４０としては、図４に示されるものと同様のものが使用されている。
【００６４】
図４に示されるダイシング装置４０において、試料すなわち、被加工物１０と別部材１２とを密着させた積層物が試料テーブル４２上に固定され、試料テーブル４２が回転するダイシングブレード４４に対して矢印の方向に移動することによりダイシングがなさている。また、ダイシング予定箇所にレーザ光６０が照射され、レーザ加熱がなされている。
【００６５】
このような加工方法を採用することにより、ダイシング予定箇所にレーザ光６０が照射され、加熱、収縮による被加工物１０又は別部材１２内のストレスに沿ってダイシングなされる。その結果、加工時の被加工物１０又は別部材１２内部の応力が緩和され、レーザ光６０が照射された領域以外の箇所のチッピング等の欠陥が生じにくくなる。
【００６６】
次に、本発明の材料加工方法の第５の実施態様について、図８に示される断面図により説明する。同図（ａ）において、被加工物１０が準備され、同図（ｂ）において、被加工物１０のダイシングがなされる。なお、ダイシングの詳細については、図４に従って説明済みであることより省略する。なお、本実施態様において、ダイシング以外のパターン状の除去加工を採用することもできる。
【００６７】
図８（ｂ）に示される被加工物１０のダイシングにおいて、被加工物１０の表面には別部材１２が密着していないので、チッピング等の欠陥を生じやすい。
【００６８】
次いで、図８（ｃ）に示されるように、パターン状の除去加工後に加工箇所にダミー部材５４が注入される。ダミー部材５４としては、ワックス、レジスト、各種樹脂材等が使用できる。図示の態様では、加工箇所に注入されたダミー部材５４があふれ出て、被加工物１０の表面を覆った状態にある。
【００６９】
次いで、図８（ｄ）に示されるように、ダミー部材５４の硬化後に平面状の除去加工（研削加工、研磨加工等）を行うこれにより、被加工物１０の表面から所定厚さ分が除去される。この際、チッピング等の欠陥も同時に除去される。
【００７０】
次いで、図８（ｅ）に示されるように、加工箇所に注入されたダミー部材５４が除去され、被加工物１０にチッピング等の欠陥のない溝が得られる。
【００７１】
なお、ダミー部材５４として被加工物１０と異なる屈折率の材料を使用し、これを積極的に利用する態様も採用できる。たとえば、図８（ｄ）に示される状態で、導波路アレイ５０の製品とする。また、図８（ｄ）に示される状態に、更にダミー部材５４を塗布、硬化させ、３方をダミー部材５４で囲まれた導波路とする態様も採用できる。
【００７２】
次に、本発明の材料加工方法の第６の実施態様について、図９に示される断面図により説明する。これは、第５の実施態様の変形例である。同図（ａ）において、被加工物１０のダイシングがなされる。これは、図８（ｂ）と同一の状態である。
【００７３】
次いで、図９（ｂ）に示されるように、パターン状の除去加工後に加工箇所にダミー部材５４が注入される。これは、図８（ｃ）と同一の状態である。
【００７４】
次いで、図９（ｃ）に示されるように、ダミー部材５４の層の表面に接着剤５６を塗布し、別部材１２を接着する。
【００７５】
次いで、図９（ｄ）に示されるように、被加工物１０の裏面側より平面状の除去加工を始め、ダミー部材５４が注入された溝部と貫通するまでこの除去加工を行う。
【００７６】
最後に、被加工物１０の裏面側にダミー部材５４を塗布、形成する。これにより、４方をダミー部材５４で囲まれた導波路５０が得られる。
【００７７】
次に、本発明の材料加工方法の第７の実施態様について、図１０に示されるブロック図により説明する。この実施態様は、本発明の材料加工方法を使用した導波路の製造工程を説明するものである。
【００７８】
本実施態様において、被加工物１０としてはタンタル酸リチウムが使用され、別部材１２としてはニオブ酸リチウム（以下、ＬＮと略称する）が使用される。ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムとは屈折率に差があり、導波路を伝播する光が両者の接合部を透過して散乱するのを防ぐ効果が得られる。
【００７９】
本実施態様においては、図２に示されるバッチ式の表面活性化常温接合装置１４と異なり、インライン方式の表面活性化常温接合装置７０が使用される。表面活性化常温接合装置７０には、連続通過式の真空チャンバが採用されており、試料は、前室７２、照射ゾーン７４、圧着ゾーン７６、後室７８の順で自動搬送され、表面活性化常温接合が連続でなされる。公知の各種真空装置と同様に、前室７２及び後室７８は、試料の投入及び試料の取り出しに伴う表面活性化常温接合装置７０の真空度の低下を最小限とするために設けられている。
【００８０】
表面活性化常温接合装置７０の下流には研削装置８０及び研磨装置８２が設けられており、また、表面活性化常温接合装置７０の下流の別系統にはダイシング装置８４と洗浄装置（図示略）が設けられている。
【００８１】
これらの装置を使用した本実施態様において、試料の断面形状は、図１に示される第１の実施態様と同様となる。
【００８２】
被加工物１０としてのタンタル酸リチウムと別部材１２としてのＬＮとはウエハ状で供給される。被加工物１０と別部材１２は、表面活性化常温接合装置７０に投入される前に、粗洗浄（超音波洗浄、アルカリ洗剤洗浄、エッチングによる洗浄等）が施され、乾燥後に前室７２に投入される。
【００８３】
前室７２より照射ゾーン７４に自動で移載された被加工物１０と別部材１２には、照射ゾーン７４が所定の真空度になった後、高速原子ビームが照射される。これにより、被加工物１０及び別部材１２の表面の汚染層が取り除かれ、これらの表面が活性化される。
【００８４】
高速原子ビームの照射後に、照射ゾーン７４から圧着ゾーン７６に自動で移載された被加工物１０と別部材１２とは、必要に応じて、オリフラの位置合せ又はパターンの位置合せが行われる。
【００８５】
その後、被加工物１０と別部材１２とは重ね合わされた状態で圧着される（図１（ｂ）参照）。圧着ゾーン７６における圧着手段には、図２に示されるプレス方式、ニップロール等によるロール方式等の各種圧着手段が採用できる。この場合、ニップロール等によるロール方式を採用するときは、加える線圧は１〜１００ｋＰａの範囲が好ましく採用できる。この際、ゴム等の可撓性の材質のものを介して圧着させることにより、平坦度の許容値が広がる。
【００８６】
なお、プレス方式、ロール方式のいずれによる圧着においても、被加工物１０及び別部材１２の材質、板厚、結晶構造等により最適値を選択することが好ましい。
【００８７】
圧着ゾーン７６で密着された試料（被加工物１０及び別部材１２）は、後室７８を経て自動で取り出される。
【００８８】
表面活性化常温接合装置７０における加工において、被加工物１０と別部材１２との密着力は被加工物１０、別部材１２の表面粗さ及び被加工物１０、別部材１２の平坦度によって大きく影響を受ける。被加工物１０及び別部材１２に必要とされるこれらの値は、被加工物１０及び別部材１２の材質、サイズにより異なるが、４インチ（外径が約１００ｍｍ）サイズのＬＮのウエハの場合、表面粗さがＲｙで１００ｎｍ未満、平坦度が１００μｍ未満であることが好ましく、Ｒｙで１ｎｍ未満、平坦度が１μｍ未満であることがより好ましい。
【００８９】
表面活性化常温接合装置７０の後室７８より取り出された試料は、研削装置８０及び研磨装置８２に送られ、研削加工及び研磨加工がなされる。一般的に、ウエハの板厚は、ハンドリング等による破損を防止する等の理由により、４インチ（外径が約１００ｍｍ）サイズで０．４ｍｍ程度が要求される。一方、導波路は、光ファイバの径にもよるが、１辺が１０μｍ程度のリッジ状の凸状の断面形状が要求されることが多い。そのために、研削加工及び研磨加工によって、ウエハの板厚を調整する必要がある（図１（ｃ）参照）。
【００９０】
この際、通常の研削加工により表面粗さをＲｙで１０ｎｍ未満にすることは困難であることより、研削加工の後に研磨加工を採用している。このような遊離砥粒と研磨パッドを使用した研磨加工によれば、ＬＮを１０μｍ程度の厚さに、表面粗さをＲｙで１ｎｍ未満に加工できる。
【００９１】
研削装置８０及び研磨装置８２により加工された試料は再度表面活性化常温接合装置７０に投入され、別部材１２としてのＬＮの表面に他の被加工物１０としてのタンタル酸リチウムが密着される（図１（ｄ）参照）。
【００９２】
３層構造となった試料はダイシング装置８４に送られ、ダイシングがなされる（図１（ｆ）参照）。このように、厚さ１０μｍのＬＮの両面にはタンタル酸リチウムが密着されており、ダイシング時のチッピング等の欠陥が生じにくい。この後、ダイシングによりチップ形状に分割され、製品形態とされる。
【００９３】
なお、タンタル酸リチウムの代わりにＳｉを使用し、ダイシングの後にＳｉのみをＫＯＨによるウェットエッチングにより除去することも可能である。ウェットエッチングの条件としては、たとえば、ＫＯＨとＨ_２Ｏとを重量比で１対２とし、液温を８０±１０°Ｃに管理したエッチャントを使用する。これにより、Ｓｉのエッチングレートは１μｍ／分前後となり、溝加工されたＬＮのみが残留する。表面活性化接合でのＳｉの平坦度及び表面粗さはＬＮに準じる。
【００９４】
以上、本発明に係る材料加工方法及び加工装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００９５】
たとえば、被加工物１０の表面に別部材１２の裏面を密着させる方法としては、表面活性化常温接合が最も好ましいが、それ以外の各種方法も採用できる。たとえば、既述したように、磁気チャックの上に被加工物を配し、その後、鉄系の別部材を被加工物の表面に配し、被加工物を磁気チャックと別部材とでサンドイッチする方法である。
【００９６】
また、被加工物１０と別部材１２とを機械的に密着させる構成、たとえば、メカニカルクランプ（トグルクランプ等）を使用した方法も採用できる。これらの方法を使用し、別部材側からパターン状の除去加工を行うことにより、チッピング等の欠陥が生じにくい加工が行える。
【００９７】
また、ダイシングの際には、通常のダイシングブレードに代えてブレードの先端部にＲ面取りを施した変形ダイシングブレードを使用することもできる。図１１は、変形ダイシングブレード４５による加工状態を示す断面図である。図１１（ａ）に示される被加工物１０に同図（ｂ）に示されるように変形ダイシングブレード４５でダイシングすると、同図（ｃ）に示されるような断面形状が得られえる。このような加工では、従来のダイシングに比べてチッピング等の欠陥が生じにくい。
【００９８】
なお、この場合、図１１（ｃ）に示されるように土手の上端が断面Ｒ形状となっているが、たとえば被加工物１０を光導波路型デバイスに使用した際の性能劣化は生じさせない。すなわち、図１３に示されるエッジ部分にチッピングＤ３が存在すると、通光させた際にこの部分で乱反射を生じ、伝播光が減衰するとともに、ノイズを発生させることとなるが、土手Ｄ２の上端が断面Ｒ形状であっても滑らかな表面であれば、光は全反射し、伝播光の減衰、ノイズの発生は低減される。
【００９９】
また、被加工物１０及び別部材１２の材質として、本実施態様以外の他の組み合わせも各種採用できる。たとえば、被加工物１０としてコングルエントのＬＮを、別部材１２としてストイキオのＬＮを組み合わせる態様、被加工物１０としてプロトン交換されて屈折率が制御されたＬＮを、別部材１２としてプロトン交換されていないＬＮを組み合わせる態様等が採用できる。基本的に、被加工物１０に対して熱膨張係数が同等で、かつ屈折率が被加工物１０より低い別部材１２であれば、各種材料が選択可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被加工物の表面に別部材を密着させ、別部材の表面側よりパターン状の除去加工を行う。この際、被加工物の表面に別部材が密着しているので、チッピング等の欠陥が生じにくい。これにより、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の材料加工方法の第１の実施態様の概要を示す断面図
【図２】表面活性化常温接合装置の概要を示す断面図
【図３】表面活性化常温接合の工程を示す断面図
【図４】ダイシングの概要を示す斜視図
【図５】本発明の材料加工方法の第２の実施態様の概要を示す断面図
【図６】本発明の材料加工方法の第３の実施態様の概要を示す断面図
【図７】本発明の材料加工方法の第４の実施態様の概要を示す斜視図
【図８】本発明の材料加工方法の第５の実施態様の概要を示す断面図
【図９】本発明の材料加工方法の第６の実施態様の概要を示す断面図
【図１０】本発明の材料加工方法の第７の実施態様の概要を示すブロック図
【図１１】変形ダイシングブレードによる加工状態を示す断面図
【図１２】所望の溝形状を示す概念図
【図１３】従来の加工法による溝形状を示す概念図
【符号の説明】
１０…被加工物、１２…別部材、１４…表面活性化常温接合装置、１６…真空チャンバ、１８…排気用配管、２０…バルブ、２２…給気用配管、２４…被加工物用試料台、２６…シリンダシャフト、２８…別部材用試料台、３０…高速原子ビーム源、４０…ダイシング装置、４２…試料テーブル、４４…ダイシングブレード

Claims

被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、
前記別部材の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、前記被加工物の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法。
前記被加工物の加工後に、前記被加工物の表面より前記別部材を除去する請求項１に記載の材料加工方法。
被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、該別部材の表面に他の被加工物の裏面を密着させる順で被加工物と別部材との積層を交互に行い、複数枚の被加工物と複数枚の別部材との積層体を形成し、
前記積層体の表面側よりパターン状の除去加工を開始し、前記積層体の表面より所定深さまでパターン状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法。
被加工物の表面に別部材の裏面を密着させ、該別部材の表面に他の被加工物の裏面を密着させる順で被加工物と別部材との積層を交互に行い、複数枚の被加工物と複数枚の別部材との積層体を形成し、
前記積層体の側面側より平面状の除去加工を行うことを特徴とする材料加工方法。
表面活性化接合により前記被加工物と前記別部材とを密着させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料加工方法。
常温で表面活性化接合を行う請求項５に記載の材料加工方法。
前記被加工物と前記別部材との密着する面の表面粗さがＲｙで１０ｎｍ未満である請求項１〜６のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記被加工物及び／又は前記別部材が脆性材料である請求項１〜７のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記被加工物及び／又は前記別部材がニオブ酸リチウムである請求項１〜８のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記パターン状の除去加工がレーザ加熱とダイシングとの複合加工である請求項１、２、３、５、６、７、８又は９のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記パターン状の除去加工後に加工箇所にダミー部材を注入し、該ダミー部材の硬化後に平面状の除去加工を行う請求項１、２、３、５、６、７、８、９又は１０のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記被加工物の表面より前記別部材を除去する方法がドライエッチングである請求項２、５、６、７、８、９、１０又は１１のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記被加工物の表面より前記別部材を除去する方法がアルカリ性溶液又は酸性溶液を使用したウェットエッチングである請求項２、５、６、７、８、９、１０又は１１のいずれか１項に記載の材料加工方法。
前記別部材がＳｉであり、前記アルカリ性溶液がＫＯＨである請求項１３に記載の材料加工方法。