(57)【要約】【課題】  光学素子の溝加工等を従来の研磨装置を使い、しかも従来の研磨作業により、簡単で安価にしてかつ精度の高い溝加工等を可能とする研磨加工方法を提供する。【解決手段】  被加工物１の加工面に被加工物１より研磨剤８による研磨速度の遅い異材料２をフォトリソグラフィ技術で蒸着する。研磨を行うに際しては、被加工物１は研磨皿４に接着剤等で貼付けられ、さらに研磨皿４のヘソ５の部分に専用の治具が取り付けられる。そして、研磨布６を貼り付けた研磨定盤７に対して研磨皿４を相対的な往復動させ、かつ研磨剤８を流しながら研磨加工が行われる。研磨加工が終了すると被加工物１は研磨により除去され異材料２が残り、最終的にはこの異材料２も取り除かれ、目的の溝加工形状ができる。【選択図】          図３
2006159313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の加工面上に被加工物より研磨剤による研磨速度の遅い異なる材料を、目的とする加工形状にパターニングする工程と、被加工物の前記パターニングされた加工面に研磨剤を供与しつつ研磨加工する工程とからなり、被加工物とパターニングした材料との研磨速度差を生じさせることによって、被加工物の研磨面上に目的とする加工形状の研磨加工を施すようにしたことを特徴とする研磨加工方法。
【請求項２】
研磨剤の溶液は、被加工物がパターニングされた材料に比して化学反応を受けて早く研磨される化学効果を及ぼす溶液であることを特徴とする請求項１記載の研磨加工方法。
【請求項３】
被加工物が光学素子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の研磨加工方法。
【請求項４】
被加工物が光導波路であることを特徴とする請求項３記載の研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の被加工物に溝加工のための研磨加工を行う。たとえば具体的には光導波路を形成するための研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、光学素子に光導波路などの溝加工を施す場合、ダイヤモンドツールを使用した精密機械加工をはじめダイシング加工やエキシマレーザを利用したレーザ加工、あるいは異方性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングを利用した加工等が用いられている（たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００３】
その中でもリッジ型の光導波路形成手段に用いられる機械加工では、ダイヤモンドツールを用い、このツールを移動させるか或は光学素子を移動させ、目的とする溝形状を加工する。また、ダイシング加工は、ダイヤモンドが塗布された回転刃により光学素子を移動させることによって溝形状を加工する。レーザ加工は、エキシマレーザなどを使い、レーザアブレレーションを利用し、光学素子或はレーザ位置を移動させることで溝形状を加工する。また、エッチング加工は、光学素子上にフォトリソグラフィ技術を利用してマスクによりパターンを転写し、プラズマやイオンによるドライエッチングによって溝形状加工を行なうものである。
【特許文献１】特許第２５５０６０６号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９０４４号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９９１５号公報
【特許文献４】特開２００４−２１９４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通常光学素子の溝加工は幅と深さは共にμｍオーダーの精度が求められる加工である。そのため、溝加工を行なう装置における加工具の作動は、μｍオーダー以上の精度で制御することが必要であり、しかも充分な安定性が必要である。エッチング加工の場合は他の加工法と多少異なり、半導体技術を用いるため非常に細かい加工が可能であるが、μｍオーダーのエッチングは非常に長時間を要し、かつイオン或はプラズマが光学素子にダメージを与える可能性がある。またダイシング加工やレーザ加工等はいずれの加工法も非常に高価な機械を必要とする。
そこで本発明は上記の事情を鑑み、光学素子の溝加工等を従来の研磨装置を使い、しかも従来の研磨作業により、簡単で安価にしてかつ精度の高い溝加工等を可能とする研磨加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が提供する研磨加工方法は、上記課題を解決するためにつぎの研磨加工方法を提供する。
すなわち、被加工物の加工面上に被加工物より研磨剤による研磨速度の遅い異なる材料を、目的とする加工形状にパターニングする工程と、被加工物の前記パターニングされた加工面に研磨剤を供与しつつ研磨加工する工程とからなり、被加工物とパターニングした材料との研磨速度差を生じさせることによって、被加工物の研磨面上に目的とする加工形状の研磨加工を施すようにしたものである。
研磨剤による研磨速度の差は、その被加工物（光学素子）と研磨剤、パターニングする材料と研磨剤による研磨し易さにより決まり、より具体的には被加工物とパターニングする材料とのそれぞれの硬度の差に起因する。
【０００６】
パターニングは、フォトリソグラフィ技術を利用することで容易に行なえる。またパターニングする材料は、被加工物と研磨剤により最適な材料を選べばよく、物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）を用いることができる。
さらに、本発明が提供する研磨加工方法は、研磨剤の溶液による化学反応によって研磨速度の差を生起させるもので、目的とする加工形状にパターニングした材料に比して被加工物の研磨速度を早め化学効果を生じさせる溶液を用いるものである。
化学効果とは、メカニカル・ケミカルポリッシングと呼ばれる研磨剤のエッチング効果や、ケモメカニカルポリッシングと呼ばれる被加工物表面の酸化膜や水和物の生成効果などがあげられる。このいずれの化学効果を活用するかは、被加工物や研磨剤（砥粒）の種類により選択する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明が提供する研磨加工方法は以上詳述したとおりであり、高価な装置を必要とせず、従来より常用されている研磨装置を利用でき、加工作業も簡単でしかも安価に被加工物の研磨面上に目的とする加工形状すなわち溝状の研磨加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、材料にはそれぞれ硬さを有すること、そしてその硬さは材質により異なることという２つの物理的特徴を利用し、その研磨中に硬度の違いに起因する研磨速度差を生起させることで、材料間の研磨量の違いを発生させ、最終的に目的とする加工形状を得ることができる。
目的とする加工形状たとえば溝形状は、被加工物の加工面上にフォトリソグラフィ技術を利用し、異なる材料（被加工物より研磨剤による研磨速度の遅い材料）を、目的とする形状にパターニングするが、このパターニングには、物理蒸着あるいは化学蒸着が利用されるのが望ましい。またパターニングする材料は、被加工物の材料の特性（硬度）によって選択すればよく、たとえば、ＳｉＯ２、Ｔｉ、Ｃｒ、窒化膜や炭化膜などがある。ここで目的とする溝形状を得るために、被加工物の加工面上に目的とする加工形状のパターニングを行なう場合、必ずしも最終形の溝形状とパターニング形状は一致させる必要は無く、研磨終了後に目的とする溝形状ができるようにパターニング形状を決定すればよい。
【０００９】
研磨剤は、両材料より硬度が高いことは望まれる。たとえば、ダイヤモンド砥粒などが望ましい。また粒径は、パターン形状や目的する溝形状により選べばよく、粒径の違による段階的な研磨も可能である。
研磨布は、不繊布タイプあるいはスエードタイプのいずれでも良いが、溝形状の研磨加工時にはスエードタイプの方が望ましい。
また、研磨剤に化学効果のある溶液を利用する場合、物理的な硬度差だけでなく、化学的効果が付加され、より選択的に被加工物の研磨ができる。化学効果を得るには、被加工物の材質により異なるが、たとえばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であれば、研磨液をアルカリ性にすることで化学効果を利用する研磨加工が保障される。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の第１の実施例を図１から図３に基づいて説明する。
まず第一に、図１に示すように被加工物１の加工面に被加工物１より研磨剤による研磨速度の遅い異なる材料（以下単に異材料という）２をフォトリソグラフィ技術にて蒸着し、目的とする加工形状(溝形状)のパターニングを行う。
この加工作業は、まず被加工物１の加工面にレジストを塗布する。そしてこのレジスト塗布面に対して溝形状のスリットを有するマスク（図示せず）を対置し、このマスクを介して光を照射してレジスト塗布面の焼付けと現像を行う。この焼付け、現像により加工形状の凹凸ができる。この凹部は被加工物１の上面であり、凸部は被加工物１の上面に塗布されたレジストである。このようにして形成された凹凸面に対して異材料２である材料、たとえば二酸化ケイ素の材料を蒸着する。すると、凹部ならびに凸部の上面に二酸化ケイ素の材料が成膜される。
【００１１】
つぎに、成膜され被加工物１全体を溶剤（図示せず）中に浸漬し、レジストを除去する。すると前記凸部はレジストとともに二酸化ケイ素の材料が成膜も除去され、結果的には被加工物１の上面に蒸着された二酸化ケイ素の材料の成膜のみが残存する。このようにして、異材料２によるパターニング作業が終了する。このパターニングによる結果が図１における部分３の拡大図を示す図２に示しているが、被加工物１の加工面上に異材料２のパターン形状が凸状に盛上った状態を示している。なお、この図２において、異材料２の幅がａ、異材料２と異材料２の間隔がｂ、そして異材料２の高さがｃで示されている。
【００１２】
つぎに、研磨工程に移るが、この研磨工程では、たとえば、図３に示す研磨装置が利用される。この図では図２に示すパターニングされた異材料２が大きくは示されていない。
以下図３に示す研磨装置による具体的な加工方法、条件や材料などについて説明する。被加工物１は研磨皿４にワックスや接着剤等で貼付けられ、他方研磨皿４には取り付けられたヘソ５の部分に専用の治具たとえばカンザシ（図示せず）が取り付けられる。この専用の治具などは一定の重量を有しており、研磨皿４は被加工物１を研磨定盤７の上面に貼り付けられた研磨布６に対して一定の荷重で押圧するようになっている。研磨布６の布地はポリウレタン等を使用する。
【００１３】
研磨に際して、研磨布６と研磨定盤７との間に研磨剤８を供与具体的には流しながら行う。被加工物１の材料によってはダイヤモンド粒子を混合したダイヤモンド水を採用する。
研磨皿４を研磨定盤７に対して相対的に往復移動させることによって研磨加工が進行する。このようにして、目的とする加工形状を溝としたとき、この溝加工ができるまでを図で示すと、図４から図７に示すとおりである。図４から図７は図２と同様加工面を拡大して示している。
【００１４】
図４は、研磨皿４に取り付けた研磨前の状態である。図５は、研磨加工当初の状態である。研磨により異材料２の角が取れ始め、異材料２の無い部分の被加工物１が少し研磨される（溝の深さ：ｄ１）。
図６は、研磨加工の終了に近い状態である。異材料２の多くが研磨され、それに伴い異材料２の無い部分も大きく研磨される（溝の深さ：ｄ２）。
図７は、研磨加工終了時の状態である。被加工物１は研磨により除去され、さらに異材料２が除去された状態で、溝１Ｍができる。溝１Ｍの幅をｅ、溝の間隔をｆ、溝の深さをｄ３で示す。なお、ｄ１とｄ２およびｄ３との間には次の関係が成立する。
ｄ１＜ｄ２＜ｄ３
【００１５】
この最終の溝の幅ｅ、溝の間隔ｆ、溝の深さｄ３は、研磨剤、研磨時間や研磨布によって異なるが、同一条件ではほぼ初期の異材料２の幅ａ、間隔ｂ、高さｃの値により決定される。そのため、目的とする加工形状により幅ａ、間隔ｂ、高さｃ値を決定することが必要である。このようにして目的とする溝（形状）の研磨加工が完了する。
この実施例で示した被加工物１の材料としては、たとえばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、シリコン（Ｓｉ）、ガラスなどがあり、他方蒸着物としては、金属膜（Ｔｉ、Ｃｒなど）や窒化膜（ＴｉＮなど）、炭化膜（ＴｉＣなど）などが挙げられる。
【実施例２】
【００１６】
つぎに本発明の第２の実施例について説明する。
第２の実施例における研磨加工装置の構成、作動は第１の実施例と全く同じで、研磨剤に被加工物１に対し化学効果のある材料を用いたものである。この研磨剤とは具体的にはＰＨ値が９〜１１のアルカリ水とコロイダルシリカの粒剤を重量比６０％：４０％で混合したアルカリ水を利用する。粒子径はナノオーダーである。物理的な硬度差による研磨だけではなく、化学効果により選択的に被加工物の研磨が行なわれ、より効率的に溝加工が可能となる。
【００１７】
この化学効果の材料すなわち溶液としては、被加工物１の材料により異なるが、たとえば被加工物１の材料が前述のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などの場合、研磨剤としては、前期した例と同様アルカリ水溶液が有益である。
【００１８】
本発明の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。まず被加工物であるが、加工目的、製品として光学素子特に光導波路について説明したが、その他の加工目的における加工にも適用できる。材料もニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）に限定されない。加工も溝加工のみならず模様加工にも適用可能である。化学効果を活用する溶液もアルカリ水溶液には限定されない。研磨加工装置についても図示例に限定されず、研磨剤の供与も流し供給でなく一定の圧を付与しながら供与する方式とすることもできる。本発明はこれらすべての変形実施例を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】研磨剤による研磨速度の遅い異なる材料をパターニングした被加工物を示す図である。
【図２】被加工物の部分を拡大して示す図である。
【図３】研磨加工装置の構成を示す図である。
【図４】研磨加工における溝加工前を示す図である。
【図５】被加工における加工当初の状態を示す図である。
【図６】研磨加工の終了に近い状態を示す図である。
【図７】研磨加工の終了時の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  被加工物
１Ｍ  溝
２  異材料
３  部分
４  研磨皿
５  ヘソ
６  研磨布
７  研磨定盤
８  研磨剤
ａ  幅
ｂ  間隔
ｃ  高さ
ｄ１、ｄ２、ｄ３  溝の深さ
ｅ  溝の幅
ｆ  溝の間隔
【図１】
2006159313.tif 000003
【図２】
2006159313.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006159313.tif 000006
【図５】
2006159313.tif 000007
【図６】
2006159313.tif 000008
【図７】
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