JP4532324B2 - 被加工物の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、水晶などの透明な被加工基板、又は被加工基板を積層した積層基体から所望の外形形状及び厚みの被加工物を製造する方法に関し、特に厚みが著しく薄い被加工物を製造する方法に関する。

近年、多種多様な電子機器にはタイミングデバイスとして水晶振動子や、光学撮像機器には水晶やニオブ酸リチウム等の薄板を積層した光学ローパスフィルタ等が用いられてい
おり、電子機器等の小型化が進むにつれ、そこに搭載される水晶振動子や光学ローパスフィルタ等の電子部品も小型化薄型化が望まれている。

これら上記のような電子部品には、上述したように水晶やニオブ酸リチウム等の透明な基板が使用されている。これらの基板は、例えば水晶振動子に用いられる水晶素板の場合、水熱合成法により育成した一塊の人工水晶体を、人工水晶体の結晶軸方向に対し所望の振動モードを得る角度でカットし、外形加工及び研磨加工を施すことで円形状又は矩形状の平板水晶素板を形成する。

特に所望する振動モードが厚みすべり振動モードの場合は、水晶素板の厚みにより、その水晶素板の共振周波数が決定するために、所望の周波数で励振するように厚み研磨加工を行う。例えば水晶振動子の振動モードとして最も多用されている厚みすべり振動モードでは、厚みｄ（μｍ）と基本波共振周波数ｆ（ＭＨｚ）との関係は、ｆ≒１６７０／ｄで表すことが出来るので、本式に従って水晶振動子等で使用する水晶素板は、その素板の主面を研磨加工して厚みを減じ、所望の周波数となるように厚み加工をしている。

また、光学ローパスフィルタは、一般的に、まず所望の外形及び厚さまで研磨加工等を施された複屈折板同士、或いは複屈折板と位相板等の基板を複数枚用意し、その基板を接着剤で各々張り合わせることにより形成されている。この基板の材質としては水晶やニオブ酸リチウムなどが用いられている。又、光学ローパスフィルタによる高周波信号の減衰特性は、複屈折による光線の分離幅、及び光線の分離パターンで決まり、この分離幅は基板の板厚に比例する。

このように、上記のような電子部品を構成する水晶素板や複屈折板等の素子の製造にとって、素子の厚み研磨加工は、電子部品としての性能を左右する重要な要素の一つである。前記のような水晶素板や光学ローパスフィルタの基板等の被加工物の製造方法については、以下のような文献が開示されている。

特開２００４−９００９８号公報 特開平７−５０４３８号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

前記特許文献１に開示のような両面研磨装置を用いた厚み研磨加工の際に、被加工基板毎の厚みを測定する手段としては、マグネスケール等を研磨加工装置に取り付け、被加工基板の厚み寸法を高精度に測定制御する手段が用いられている。しかしこのような両面研磨装置を用いた厚み研磨加工では、一枚当たり数十μｍまでの厚みの加工が限界である。更に薄く加工する場合には、被加工基板にこの被加工基板よりも厚みがあるダミー基板等を貼り付け研磨加工する方法も用いられているが、この方法では一般的に被加工基板とダミー基板との貼り付けに接着剤が用いられているため、被加工基板の厚みが薄くなるにつれ、接着剤の弾性や塗布分布ムラ等の影響により、貼り合わせた被加工基板の平面平行度に悪影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、前記従来技術の課題を鑑みて成されたものであり、複数個の被加工物を、マトリックス状に一体配列して取得するウエハ状の透明基板を複数枚積層した積層基体から形成する被加工物の製造方法において、
表面を平面平行加工した第１の透明基板の一方の主面上のうち、被加工物が形成される領域外に、任意の深さの凹部を複数個形成する工程と、
この凹部が形成された第１の透明基板の一方の主面と、第２の透明基板の一方の主面とを直接接合法により接合する工程と、
第２の透明基板の他方の主面側から凹部にレーザを照射し、第２の透明基板の厚みを測定しつつ、第２の透明基板を、第２の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
第１の透明基板の他方の主面側から凹部にレーザを照射し、第１の透明基板の厚みを測定しつつ、第１の透明基板を第１の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
第１の透明基板又は第２の透明基板の他方の主面上に、凹部が形成された該第１の透明基板と同形態の第３の透明基板を配置し、第１の透明基板又は第２の透明基板の他方の主面と凹部が形成されている第３の透明基板の一方の主面とを直接接合する工程と
第３の透明基板に形成されている凹部に、第３の透明基板の接合主面とは反対側の主面よりレーザを照射し、第３の透明基板の厚みを測定しつつ、第３の透明基板を第１の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
前記第３の透明基板の形成工程と同様な工程を繰り返して、所望の積層数の透明基板による積層基体を形成する工程と、
この積層基体を所望の被加工物外形形状に切断し、個々の被加工物を得る工程とを具備することを特徴とする被加工物の製造方法である。

又、複数個の被加工物をマトリックス状に一体配列して取得するウエハ状の透明基板から形成する被加工物の製造方法において、
表面を平面平行加工したガラス基板の一方の主面上のうち、後述する工程で透明基板が接触接合する領域内に、所定の深さの凹部を複数個形成する工程と、
この凹部が形成されたガラス基板の一方の主面と、透明基板の一方の主面とを直接接合法により接合する工程と、
この透明基板の他方の主面側から凹部にレーザを照射し、この透明基板の厚みを測定しつつ、透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで透明基板を研磨加工する工程と、
研磨加工を施され所望の厚みに加工された透明基板を所望の被加工物の外形形状に切断加工する工程と、
個片化された透明基板とガラス基板とを分離し、所望の外形形状且つ厚みの被加工物を取得する工程とを具備することを特徴とする被加工物の製造方法である。

このような被加工物の製造方法を用いることにより、被加工基板である複数枚の透明基板間、又は透明基板とダミー基板（本発明ではガラス基板に該当）との接合に接着剤を用いることがなくなるので、従来の方法よりも更に平面平行度の精度が高い透明基板の研磨加工を行うことができる。又、本発明により、複数枚の透明基板間、又は透明基板とダミー基板との接合に直接接合法用いた場合でも、各透明基板のレーザ光による精密厚さ測定が可能となる。更に、ダミー基板にガラス基板を用いているので、比較的厚いダミー基板を作成でき、研磨加工の際に反りなどが発生しにくく、且つシリコン等を使用したダミー基板に比べ安価である。

因って、本発明に係わる加工方法を用いることにより、安価で生産性が良く、且つ平面平行度等の外形形状精度が高い被加工物を提供できる効果を奏する。

以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は本発明における被加工物の一製造方法の概略を、光学フィルタ素子の製造工程を例示して表した部分工程図である。図２は本発明における被加工物の他の製造方法の概略を、水晶素板の製造工程を例示して表した部分工程図である。図３は、図２に開示の工程（ｃ）における透明基板及びガラス基板の一形態を示した斜視図である。
尚、図１及び図２において、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。

即ち、本発明による光学フィルタ素子の製造工程として、まず図１（ａ）において、被加工基板として、表面を平面平行加工した複屈折板としての機能を有する水晶を材質とする第１の透明基板１１を準備し、第１の透明基板１１の一方の主面上のうち、後述する工程で第２の透明基板１３が接触接合する領域内で且つ光学フィルタ素子が形成される領域外に、任意の深さの凹部１２を複数個形成する。本工程時の第１の透明基板１１の厚さは最終加工終了形態時の厚さと比べ十分に厚く形成されている。尚、第２の透明基板１３が接触接合する領域内であれば凹部１２の形成箇所を限定するものではないが、出来るだけ第１の透明基板１１内の光学フィルタ素子形成領域外にあたる領域に形成することが望ましい。尚、凹部１２の開口面形状は矩形状でも円形状でも良い。

次に図１（ｂ）において、被加工基板として、表面を平面平行加工した複屈折板としての機能を有する水晶を材質であり且つ第１の透明基板と同外形形状の第２の透明基板１３を用意し、凹部１２が形成された第１の透明基板１１の一方の主面と、この第２の透明基板１３の一方の主面とを直接接合法により接合する。直接接合の手法としては外形加工を施した第１の透明基板１１及び第２の透明基板１３の接合側主面を光学研磨し、更に接合する主面にプラズマ処理を施して親水化することにより、第１の透明基板１１及び第２の透明基板１３の一方の主面同士を容易に常温で仮接合し、その後加熱処理を施して本接合する。

次に図１（ｃ）において、凹部１２の開口面上の第２の透明基板１３部分にレーザ光を照射し、この第２透明基板１３の厚みを測定しつつ、第２の透明基板１３の他方の主面側から所望の厚みまで第２透明基板１３を研磨加工する。又、第１の透明基板１１の他方の主面側から凹部１２にレーザを照射し、第１の透明基板１１の厚みを測定しつつ、第１の透明基板１１を第１の透明基板１１の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する。透明体の場合、その透明体にレーザ光を照射することで、一方の表面からの反射光と他方の表面からの反射光との差異によりレーザ光が照射された部分の厚みを測定できるが、第１の透明基板１１と第２の透明基板１３とが直接接合で接合している場合、その接合界面が原子レベルで接合されているためにレーザ光が接合界面で反射せず、レーザ光による厚み測定が不可能であった。しかし、第１の透明基板１１の接合側主面に凹部１２を形成することにより、第１の透明基板１１と第２の透明基板１３との間にエアギャップが形成されるので、照射されたレーザ光が凹部１２の開口面にあたる第２の透明基板１３の接合側表面や凹部１２の内壁面で反射することができ、因って第１の透明基板１１及び同様にした第２の透明基板１３の厚み寸法を精密に測定することができる。

更に、第１の透明基板の接合主面に凹部１２を複数個形成しているので、各々の凹部１２の形成位置における厚み寸法データを取得し、各データに差異がある場合は透明基板全体として研磨ムラがある状態であることを示しているので、厚みを補正する研磨加工を施し、透明基板全体の厚みを均一にすることができる。

次に図１（ｄ）において、第１の透明基板１１の他方の主面上に、被加工基板として、表面を平面平行加工した複屈折板としての機能を有する水晶を材質し且つ凹部１２が形成された第１の透明基板１１と同形態の第３の透明基板１４を配置し、第１の透明基板１１の他方の主面と、第３の透明基板の凹部１５が形成されている一方の主面とを直接接合する。直接接合する手法としては、上述した第１の透明基板１１と第２の透明基板１３との直接接合に用いた手法と同様とする。

次に図１（ｅ）において、上記図１（ｄ）の図示した工程で新たに接合した第３の透明基板１４を、第３の透明基板１４の他方の主面側から凹部１５にレーザを照射し、第３の透明基板１４の厚みを測定しつつ、第１の透明基板１１との直接接合面とは反対側の主面側から所望する厚さまで厚み研磨加工をする。

次に、図１の（ｄ）及び（ｅ）で表した各工程を繰り返し行うことにより、図１（ｆ）のように所望の層数の複屈折板を積層し直接接合した積層基体１６を形成する。尚、所望の積層数が２層の場合は上記工程Ｃ，Ｄ及びＥは行わない。

次に、図１（ｇ）において、この積層基体１６の最外主面上に反射防止膜を形成し、図記載の切断線により積層基体を光学フィルタ素子形成領域とそれ以外の領域とに切断分離して、図１（ｈ）のような個々の光学ローパスフィルタ１７を形成する。

尚、上記実施例１では、第１の透明基板１１の他方の主面側に、第３の透明基板１４を含む透明基板の凹部１５を形成した一方の主面を直接接合法により積層接合する形態を開示したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、第２の透明基板１３の他方の主面側に、第３の透明基板１４を含む透明基板の凹部１５を形成した一方の主面を直接接合法により積層接合する形態を用いても構わない。

又、上記実施例１では、積層基体１６を構成する透明基板を水晶で構成したものを開示したが、全ての透明基板を水晶で形成する必要はなく、所望する光学フィルタの機能に合わせてニオブ酸リチウム等の他の光学結晶体で形成された複屈折板を使用しても良い。

上記実施例１とは別の形態の実施例を開示する。
本発明における水晶素板の製造工程として、図２（ａ）において、表面を平面平行加工したガラス基板２１をダミー基板として準備する。ガラス基板２１は後述する透明基板２３と比較して十分に厚く形成されている。尚、本実施例ではガラス基板の外形形状を円板形状としているが、本発明はその形状に限定するものではなく、矩形状等の多角形形状でも構わない。又、シリコン基板等をダミー基板として用いる場合に比べ、厚みを厚く形成でき且つ安価である。

次に、図２（ｂ）の工程において、前工程で準備したガラス基板２１の一方の主面上のうち、後述する工程で透明基板２３が接触接合する領域内に、所定の深さの凹部２２を複数個形成する。透明基板２３が接触接合する領域内であれば凹部２２の形成箇所を限定するものではないが、出来るだけ透明基板２３内の被加工物形成領域外にあたる領域に形成することが望ましい。尚、凹部２２の開口面形状は矩形状でも円形状でも良い。

次に、図２（ｃ）の工程において、被加工基板としてガラス基板２１と同外形形状且つ同等の表面積の透明基板２３を用意し、凹部２２が形成されたガラス基板２１の一方の主面と、この透明基板２３の一方の主面とを直接接合法により接合する。直接接合の手法としては、外形加工を施したガラス基板２１及び透明基板２３の接合主面を精密研磨し、更に接合主面にプラズマ処理を施して親水化することにより、ガラス基板２１及び透明基板２３の一方の主面同士を容易に仮接合し、その後加熱処理を施して本接合（主面間の原子レベル接合）する。尚、接合主面がある程度の面積以上であれば加熱処理をして本接合することなく、仮接合のみでも十分な接合強度が得られる。尚、透明基板２３の材質としては水晶が用いられる。

次に、図２（ｄ）の工程において、凹部２２の開口面上の透明基板２３部分にレーザ光を照射し、この透明基板２３の厚みを測定しつつ、透明基板２３の他方の主面側から所望の厚みまで透明基板２３を研磨加工する。透明体の場合、その透明体にレーザ光を照射することで、一方の表面からの反射光と他方の表面からの反射光との差異によりレーザ光が照射された部分の厚みを測定できるが、透明基板２３とガラス基板２１とが直接接合で接合している場合、その接合界面が原子レベルで接合されているためにレーザ光が接合界面で反射せず、レーザ光による厚み測定が不可能であった。しかし、ガラス基板２１の接合主面に凹部２２を形成することにより、透明基板２３とガラス基板２１との間にエアギャップが形成されるので、照射されたレーザ光が凹部２２の開口面にあたる透明基板２３の接合側表面で反射することができ、因って透明基板２３の厚み寸法を精密に測定することができる。このレーザ光による厚み測定によって得られたデータに合わせて透明基板２３を、ガラス基板２１との接合主面とは反対側の主面側より研磨加工して、透明基板２３を所望の厚みにまで加工する。

次に、図２（ｅ）の工程において、研磨加工を施され所望の厚みに加工された透明基板２３を、所望の水晶素板の外形形状（図２（ｅ）では切断線Ａ。図３においては、透明基板２３に点線で図示している。）に切断加工する。切断する手段としてはダイシング等を用いて、ガラス基板２１の厚み方向の一部又は全部を含めて切断している。

次に、図２（ｆ）の工程において、個片化された透明基板２３とガラス基板２１とを分離し、所望の外形形状且つ厚みの水晶素板２４を複数同時に取得する。透明基板２３とガラス基板２１との分離は、前工程での切断工程において、接合部分に応力が加わることより接合強度が低下し分離が可能となる。又は、透明基板２３の熱膨張率とガラス基板２１の熱膨張率との間に差異がある場合、切断工程の後に粘着テープなどで透明基板２３を固定後加熱することにより、熱膨張率差により接合部分に応力が加わり容易に分離する方法が用いられる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば実施例２では、水晶素板の製造方法を開示したが、本発明は透明基板の材質として水晶に限定するものではなく、他にニオブ酸リチウム等の透明な圧電材でも構わない。

図１は、本発明における被加工物の一製造方法の概略を示した部分工程図である。 図２は、本発明における被加工物の他の製造方法の概略を示した部分工程図である。 図３は、図２の工程（ｃ）における透明基板及びダミー基板の一形態を示した斜視図である。

符号の説明

１１・・・第１の透明基板
１２・・・凹部
１３・・・第２の透明基板
１４・・・第３の透明基板
１５・・・凹部
１６・・・積層基体
１７・・・被加工物（光学フィルタ素子）
２１・・・ガラス基板
２２・・・凹部
２３・・・透明基板
２４・・・被加工物（水晶素板）

Claims (4)

1. 複数個の被加工物をマトリックス状に一体配列して取得するウエハ状の透明基板を複数枚積層した積層基体から形成する被加工物の製造方法において、
   表面を平面平行加工した第１の透明基板の一方の主面上のうち、該被加工物が形成される領域外に、任意の深さの凹部を複数個形成する工程と、
   該凹部が形成された第１の透明基板の一方の主面と、第２の透明基板の一方の主面とを直接接合法により接合する工程と、
   該第２の透明基板の他方の主面側から該凹部にレーザを照射し、該第２の透明基板の厚みを測定しつつ、該第２の透明基板を、該第２の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
   該第１の透明基板の他方の主面側から該凹部にレーザを照射し、該第１の透明基板の厚みを測定しつつ、該第１の透明基板を該第１の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
   該第１の透明基板又は該第２の透明基板の他方の主面上に、該凹部が形成された該第１の透明基板と同形態の第３の透明基板を配置し、該第１の透明基板又は該第２の透明基板の他方の主面と、凹部が形成されている該第３の透明基板の一方の主面とを直接接合する工程と
   第３の透明基板に形成された凹部に、該第３の透明基板の接合主面とは反対側の主面よりレーザを照射し、該第３の透明基板の厚みを測定しつつ、該第３の透明基板を該第１の透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
   前記該第３の透明基板の形成工程と同様な工程を繰り返して、所望の積層数の透明基板による積層基体を形成する工程と、
   該積層基体を所望の被加工物外形形状に切断する工程と、
   を具備することを特徴とする被加工物の製造方法。
2. 複数個の被加工物をマトリックス状に一体配列して取得するウエハ状の透明基板から形成する被加工物の製造方法において、
   表面を平面平行加工したガラス基板の一方の主面上のうち、次工程で該透明基板が接触接合する領域内に、所定の深さの凹部を複数個形成する工程と、
   該凹部が形成されたガラス基板の一方の主面と、該透明基板の一方の主面とを直接接合法により接合する工程と、
   該透明基板の他方の主面側から該凹部にレーザを照射し、該透明基板の厚みを測定しつつ該透明基板の他方の主面側から所望の厚みまで研磨加工する工程と、
   研磨加工を施され所望の厚みに加工された該透明基板を所望の被加工物外形形状に切断する工程と、
   個片化された該透明基板と該ガラス基板とを分離する工程と
   を具備することを特徴とする被加工物の製造方法。
3. 各該透明基板のうち少なくとも一つの材質が水晶であること特徴とする請求項１記載の被加工物の製造方法。
4. 該透明基板の材質が水晶であることを特徴とする請求項２記載の被加工物の製造方法。

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