JP4963178B2 - 水晶波長板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は厚み精度の高い水晶波長板の製造方法、及びその水晶波長板に関する。

従来から、光学機器には水晶波長板と呼ばれる水晶から成る薄い板が用いられていた。また、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核として、その搭載部品についての非常に急激な市場からの小型化や更なる薄片化、加えて軽量化や低価格化の要求があるのが実際であるが、この水晶波長板と呼ばれる薄い水晶板について、更にその厚み精度が著しく高い所望の板厚値を有した水晶波長板が要求されている。

先述の水晶波長板は、従来はオートクレーブと呼ばれる耐圧容器内に炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を充填し、オートクレーブ内状態を高温高圧状態とした水熱育成法と呼ばれる人工水晶の育成法によって育成された人工水晶を板状に切り出して、更に所望の厚みとなるようにその主面に機械的な研磨加工をして、最終的に所望の複屈折率を有する厚みをもった小さな薄い水晶波長板とする製造方法により製造されることが一般的であった。

しかしながら、先述の水熱育成法により作られた人工水晶から水晶波長板を切り出し、所望の複屈折率を有する厚みを持った小さな薄い水晶波長板とするために、水晶波長板主面に機械的な研磨加工を施す水晶波長板の製造方法では、水晶波長板の板厚み公差は、例えば±０．１μｍ以内といったように、所望される設計波長が短波長になるほど非常に厳しくなり、その結果、厚み研磨加工が非常に難しく、所望する水晶波長板よりも薄く研磨加工した場合、その水晶板は使用不能品として廃棄しなくてはならなくなるといった問題があった。

そこで、大気圧下において珪素源として一種類または複数種類の珪素のアルコキシドを気化し、反応促進剤である塩化水素とともに、窒素ガス等のキャリアガスでサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等から成る基板上に先述のキャリアガスを用いて輸送し、先述の基板上で酸素ガスと反応させることによって、水晶ホモエピタキシャル薄膜を先述の基板上に育成する水晶薄膜の製造方法と、その水晶薄膜そのものの様々な用途への応用が考えられた。

特開２００２−８０２９６号公報 特開２００３−２８９２３６号公報

なお、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。

しかしながら、所望の複屈折率を有する水晶板からなる所望の板厚値を有した水晶波長板を、水熱合成法で育成された人工水晶から水晶板を切り出して水晶波長板として用いる場合、水晶波長板の板厚み公差は所望される設計波長が短波長になるほど、例えば±０．１μｍ以内のオーダーに至るほど厳しいものと成るために、その厚み研磨加工が非常に難しくなるおそれがあるという問題があった。

また、一種類または複数種類の珪素アルコキシドを大気圧下で基板上に育成させてなる大気圧気相成長法による水晶薄膜の製造方法では、先述のサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等から成る基板上に水晶薄膜が育成された水晶薄膜を、所望の板厚値を有した水晶波長板として応用するには、十分な厚みのある水晶板を形成するのに水晶薄膜の形成時間を要するため生産効率が低くなるおそれがあるといった問題があり、また、先述の基板全体の大きさで成長した水晶薄膜を応用するには、搭載する電子機器に適した大きさの水晶板に小さく切断する必要があり、ここでも必要とする水晶波長板の生産効率を落とすおそれがあるといった問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従ってその目的は、厚み精度の高い水晶波長板の製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、所望の複屈折率を有する水晶板からなる所望の板厚値を有した水晶波長板の製造方法において、人工水晶から第一の水晶板を切り出す工程と、該第一の水晶板を、該所望の板厚値よりも１μｍ以上２０μｍ以下の範囲で薄くなるように研磨加工をする工程と、該第一の水晶板の該研磨加工面上に、複数個の第二の水晶板のパターンが形成されたガラス又は石英から成るマスクを密着させて載置し、該第一の水晶板の該研磨加工面上に、該所望の板厚値から該第一の水晶板の該研磨加工後の厚みを差し引いた差分の厚みで且つ該マスクの該パターン形状の水晶薄膜をホモエピタキシャル成長させて、同時に該所望の板厚値を有する該複数個の該第二の水晶板を形成する工程と、から成ることを特徴とする。

本発明の水晶波長板の製造方法では、研磨加工による水晶板厚調整のみに依る製造方法と比較して、非常に厚み精度の高い水晶波長板を、容易、かつ生産効率良く製造することが出来、加えて必要な厚みをもった水晶波長板を同時に多数個製造出来る為に、ここでも生産効率を著しく高め、生産歩留まりの良い水晶波長板を製造することが出来る。

また、本発明の水晶波長板によれば、所望される設計波長が短波長で著しく小さな板厚み公差を有した、位相差精度の著しく高い水晶波長板を得ることが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の、水晶波長板３の製造工程図である。即ち、本発明の水晶波長板３の製造方法は、その製造工程順に説明すると、所望の複屈折率を有する水晶板１からなる所望の板厚値２を有した水晶波長板３の製造方法において、まず、水熱合成法で育成された人工水晶から第一の水晶板４を切り出す工程（Ｓ１０１）と、この第一の水晶板４を所望の板厚値２よりも１μｍ以上で２０μｍ以下の範囲で薄く研磨加工する工程（Ｓ１０２）と、第一の水晶板４の研磨加工面５上に大気圧気相成長法を用いて所望の板厚値２から第一の水晶板４の厚みを差し引いた差分の厚みの水晶薄膜６をホモエピタキシャル成長させて第二の水晶板７を形成する工程（Ｓ１０３）とから成ることを特徴とする。

図２は本発明の水晶波長板４を側面方向からみた概略の側面模式図である。この図２に示されるように、本発明の水晶波長板３は水熱合成法で育成された人工水晶から切り出された第一の水晶板４と、第一の水晶板４の研磨加工面５上に大気圧気相成長法でホモエピタキシャル成長された水晶薄膜６で出来た第二の水晶板７からなる水晶波長板３である。即ち、所望の板厚値２から第一の水晶板４の厚みを差し引いた厚みだけ、大気圧気相成長法により水晶薄膜６、即ち第二の水晶板７を第一の水晶板４の研磨加工面５上に形成し、最終的に所望の板厚値２をもった水晶波長板３である。

図３は基板台上に載置された第一の水晶板４に密着して装着するマスク８の一例を示すマスク８の上面方向からみた概略の図である。第二の水晶板７を第一の水晶板４上に大気圧気相成長法を用いて形成するときに使用される電気炉のなかは高温となるため、マスク８はガラスや石英といった耐熱性材料で出来ている。また、マスクパターン９は所望する電子機器に搭載される水晶板１の形状をしており、勿論ここにあげた複数の正方形のマスクパターン９以外にも、円形や長方形、また楕円、多角形、櫛形であっても構わず、またそれぞれのマスクパターン９の形状が小さく多数ひとつのマスク８上に形成されていても構わず、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。また、マスク８の厚さは、所望する第二の水晶板７厚みの１１０％以上で、かつ１５０％以下の厚みである。基板上に育成される水晶板１の形状ににじみが生じないように第一の水晶板４へマスク８が確実に密着していることが必要である。

図４は本発明の水晶波長板３の製造方法の一工程を示す概略の模式図である。電気炉のなかで基板ロッドにより支えられた基板台の上に載置された第一の水晶板４の主面である研磨加工面５に密着してマスク８を装着した様子を示す側面方向からみた概略の側面模式図である。この状態で一種または複数種の珪素アルコキシドを大気圧下で先述の第一の水晶板４上に成長させると、マスクパターン９の形状の水晶ホモエピタキシャル薄膜で出来た第二の水晶板７を、第一の水晶板４の主面である研磨加工面５上に形成することが出来る。なお、図４における電気炉内の気流の向きは鉛直方向に図示されているが、電気炉を横置きとして気流の向きを水平方向としても全く構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

図５は一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下での第一の水晶板４上での成長を終え、電気炉を開蓋して第一の水晶板４からマスク８を外し、マスクパターン９形状に成長した第二の水晶板７からなる水晶薄膜６が第一の水晶板４の研磨加工面５上に形成された様子を示した、基板台をその斜め上方からみた概略の模式図である。第二の水晶板７が第一の水晶板４の研磨加工面５上に形成された水晶板１は基板台上から容易に取り外すことが出来、この水晶板１を個割りした水晶板を、所望の板厚値２を有した水晶波長板３として使用することが出来る。本発明の水晶波長板３によれば、所望される設計波長が短波長で著しく厳しい板厚み公差を有した、位相差精度の著しく高い水晶波長板３を得ることが出来る。

なお、先の実施例１では先述のガラスや石英といった耐熱性材料で出来たマスク８を使用しているが、マスク８は第一の水晶板４上に耐熱性のあるフォトリソ等によりマスクパターン９を形成しても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

図６は従来の基板上に水晶ホモエピタキシャル成長薄膜を、一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下において、大気圧気相成長法を用いた装置内部に載置されたサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等で出来た基板上に水晶薄膜６をホモエピタキシャル成長する様子を示す側面方向からみた概略の模式図である。

本発明の水晶波長板の製造工程図である。 本発明の水晶波長板を側面方向からみた概略の側面模式図である。 基板台上に載置された第一の水晶板に密着して装着するマスクの一例を示すマスクの上面方向からみた概略の図である。 本発明の水晶波長板の製造方法の一工程の様子を示す概略の模式図である。 一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下での第一の水晶板上での成長を終え、電気炉を開蓋して第一の水晶板からマスクを外し、マスクパターン形状に成長した第二の水晶板からなる水晶薄膜が第一の水晶板の研磨面上に形成された水晶波長板が形成される様子を示した、基板台の斜め上方からみた概略の模式図である。 図６は従来の基板上に水晶ホモエピタキシャル成長薄膜を、一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下において、大気圧気相成長法を用いた装置内部に載置されたサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等で出来た基板上に水晶薄膜のホモエピタキシャル成長をする様子を示す側面方向からみた概略の模式図である。

符号の説明

１ 水晶板
２ 所望の板厚値
３ 水晶波長板
４ 第一の水晶板
５ 研磨加工面
６ 水晶薄膜
７ 第二の水晶板
８ マスク
９ マスクパターン
１１ 水晶薄膜の厚み

Claims (1)

1. 所望の複屈折率を有する水晶板からなる所望の板厚値を有した水晶波長板の製造方法において、
   人工水晶から第一の水晶板を切り出す工程と、
   該第一の水晶板を、該所望の板厚値よりも１μｍ以上２０μｍ以下の範囲で薄くなるように研磨加工をする工程と、
   該第一の水晶板の該研磨加工面上に、複数個の第二の水晶板のパターンが形成されたガラス又は石英から成るマスクを密着させて載置し、該第一の水晶板の該研磨加工面上に、該所望の板厚値から該第一の水晶板の該研磨加工後の厚みを差し引いた差分の厚みで且つ該マスクの該パターン形状の水晶薄膜をホモエピタキシャル成長させて、同時に該所望の板厚値を有する該複数個の該第二の水晶板を形成する工程と、から成ることを特徴とする水晶波長板の製造方法。

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