(57)【要約】【課題】非線形光学結晶基板における結晶方位を容易に特定する。【解決手段】直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板に照射して該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出装置であって、保持面を有し、該非線形光学結晶基板を該保持面上に保持する保持テーブルと、該非線形光学結晶基板に対して該レーザビームを該非線形光学結晶基板の表面に垂直な方向から照射できるレーザビーム照射ユニットと、非線形光学効果によって発生する高調波を検出する高調波検出ユニットと、該レーザビームの偏光面と、該該非線形光学結晶基板と、を相対的に回転させたときの回転角と、該高調波検出ユニットによって検出された該高調波の強度と、の関係を記録する記録ユニットと、該記録ユニットに記録された該回転角と、該強度と、の関係に基づいて、該保持テーブルに保持された該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出ユニットと、を含む。【選択図】図５
2019219326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学効果が発生する出力の直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板に照射して該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出装置であって、
保持面を有し、該非線形光学結晶基板を該保持面上に保持する保持テーブルと、
該非線形光学結晶基板に対して透過性を有する該レーザビームを該保持テーブルに保持された該非線形光学結晶基板の表面に垂直な方向から該非線形光学結晶基板に照射できるレーザビーム照射ユニットと、
該レーザビームが該非線形光学結晶基板に照射された際に非線形光学効果によって発生する高調波を検出する高調波検出ユニットと、
該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、を該非線形光学結晶基板の表面に対して垂直な該方向の周りに相対的に回転させたときの回転角と、該高調波検出ユニットによって検出された該高調波の強度と、の関係を記録する記録ユニットと、
該記録ユニットに記録された該回転角と、該強度と、の関係に基づいて、該保持テーブルに保持された該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出ユニットと、
を含むことを特徴とする非線形光学結晶基板の結晶方位検出装置。
【請求項２】
該非線形光学結晶基板はリチウムナイオベート基板またはリチウムタンタレート基板であることを特徴とする、請求項１に記載の非線形光学結晶基板の結晶方位検出装置。
【請求項３】
非線形光学効果が発生する出力の直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板に照射して該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出方法であって、
該非線形光学結晶基板の加工閾値以下の出力で該非線形光学結晶基板に対して透過性を有する該レーザビームを該非線形光学結晶基板の表面に垂直な方向から該非線形光学結晶基板に照射するレーザビーム照射ステップと、
該レーザビーム照射ステップの実施時に、該非線形光学結晶基板で生じた非線形光学効果によって発生した該レーザビームの高調波を検出する高調波検出ステップと、
該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、を該非線形光学結晶基板の表面に垂直な該方向の周りに相対的に回転させる回転ステップと、
該レーザビーム照射ステップと、該高調波検出ステップと、該回転ステップと、を繰り返して、該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、の相対的な回転角と、該高調波検出ステップで検出された該高調波の強度と、の関係を記録する記録ステップと、
該記録ステップで記録された該関係に基づいて該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出ステップと、
を含むことを特徴とする非線形光学結晶基板の結晶方位検出方法。
【請求項４】
該回転ステップにおける該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、の相対的な回転角は２０°以下であることを特徴とする、請求項３に記載の非線形光学結晶基板の結晶方位検出方法。
【請求項５】
該非線形光学結晶基板はリチウムナイオベート基板またはリチウムタンタレート基板であることを特徴とする、請求項３に記載の非線形光学結晶基板の結晶方位検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出装置、及び結晶方位を検出する結晶方位検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特定の周波数帯域の電気信号を取り出す素子であるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイスチップを製造する際には、例えば、リチウムタンタレート（ＬＴ；ＬｉＴａＯ３）やリチウムナイオベート（ＬＮ；ＬｉＮｂＯ３）等の円板状の単結晶基板が使用される。リチウムタンタレートやリチウムナイオベートの単結晶は複屈折性を有する非線形光学結晶であるため、該単結晶基板は非線形光学結晶基板とも呼ばれる。
【０００３】
非線形光学結晶基板の表面を加工して回路パターンを形成することで素子を形成し、該基板を素子毎に分割するとＳＡＷデバイスチップを製造できる。該基板からＳＡＷデバイスチップを製造する際、基板の結晶方位の違いによって劈開条件が異なる。また、形成される素子の特性は基板の結晶方位の影響を受ける。そのため、所望の特性のデバイスチップを適切に形成する上で基板の結晶方位が特定されることは重要である。
【０００４】
そこで、非線形光学結晶基板を扱う者が容易に特定の結晶方位を認識できるように、基板にはオリエンテーションフラットと呼ばれる直線状の切断部、または、ノッチと呼ばれる切り欠き部が形成される。
【０００５】
ところで、近年、チップの性能や形状等へ要求が多様化しており、また、チップの製造上の理由等から円板状の非線形光学結晶基板の外周部を切り離し、サイズダウンされた基板がデバイスチップの製造に使用される場合がある。この場合、非線形光学結晶基板からオリエンテーションフラット等が除去される。また、デバイスチップの試作過程等において、非線形光学結晶基板が割れて個片化される場合がある。この場合、個片化された非線形光学結晶基板のすべてにはオリエンテーションフラット等が残らない。
【０００６】
このような事情によりオリエンテーションフラットやノッチが欠落した場合、結晶方位の特定が困難となる。そこで、非線形光学結晶基板を構成する結晶の結晶方位を正確に特定するために、例えば、Ｘ線回折装置が使用される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１４６２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｘ線回折装置は高価であり、測定に手間と時間がかかる。そのため、基板からＳＡＷデバイスチップを製造する過程においてＸ線回折装置を使用するとＳＡＷデバイスチップの製造効率が低下してしまう。そこで、オリエンテーションフラット等が失われた非線形光学結晶基板の結晶方位を容易に特定できる装置及び方法が求められる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非線形光学結晶基板における結晶方位を容易に特定できる結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によると、非線形光学効果が発生する出力の直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板に照射して該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出装置であって、保持面を有し、該非線形光学結晶基板を該保持面上に保持する保持テーブルと、該非線形光学結晶基板に対して透過性を有する該レーザビームを該保持テーブルに保持された該非線形光学結晶基板の表面に垂直な方向から該非線形光学結晶基板に照射できるレーザビーム照射ユニットと、該レーザビームが該非線形光学結晶基板に照射された際に非線形光学効果によって発生する高調波を検出する高調波検出ユニットと、該レーザビームの偏光面と、該該非線形光学結晶基板と、を該非線形光学結晶基板の表面に垂直な該方向の周りに相対的に回転させたときの回転角と、該高調波検出ユニットによって検出された該高調波の強度と、の関係を記録する記録ユニットと、該記録ユニットに記録された該回転角と、該強度と、に基づいて、該保持テーブルに保持された該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出ユニットと、を含むことを特徴とする非線形光学結晶基板の結晶方位検出装置が提供される。
【００１１】
該結晶方位検出装置において、好ましくは、該非線形光学結晶基板はリチウムナイオベート基板またはリチウムタンタレート基板である。
【００１２】
また、本発明の他の一態様によると、非線形光学効果が発生する出力の直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板に照射して該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出方法であって、該非線形光学結晶基板の加工閾値以下の出力で該非線形光学結晶基板に対して透過性を有する該レーザビームを該非線形光学結晶基板の表面に垂直な方向から該非線形光学結晶基板に照射するレーザビーム照射ステップと、該レーザビーム照射ステップの実施時に、該非線形光学結晶基板で生じた非線形光学効果によって発生した該レーザビームの高調波を検出する高調波検出ステップと、該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、を該非線形光学結晶基板の表面に垂直な該方向の周りに相対的に回転させる回転ステップと、該レーザビーム照射ステップと、該高調波検出ステップと、該回転ステップと、を繰り返して、該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、の相対的な回転角と、該高調波検出ステップで検出された該高調波の強度と、の関係を記録する記録ステップと、該記録ステップで記録された該関係に基づいて該非線形光学結晶基板の結晶方位を検出する結晶方位検出ステップと、を含むことを特徴とする非線形光学結晶基板の結晶方位検出方法が提供される。
【００１３】
好ましくは、該回転ステップにおける該レーザビームの偏光面と、該非線形光学結晶基板と、の相対的な回転角は２０°以下である。
【００１４】
また、該結晶方位検出方法において、好ましくは、該非線形光学結晶基板はリチウムナイオベート基板またはリチウムタンタレート基板である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様に係る結晶方位検出装置は、非線形光学結晶基板の特定の結晶方位を検出できる。該結晶方位検出装置では、非線形光学効果が発生する出力の直線偏光のレーザビームを該非線形光学結晶基板に照射する。非線形光学結晶基板に特定の出力及び波長のレーザビームを照射すると、２次の非線形光学効果により、入射したレーザビームの周波数の整数倍の周波数である高調波（第二高調波等）の発生が観測される。
【００１６】
該高調波の強度は位相整合条件を満たすか否かで大きく変化し、例えば、非線形光学結晶基板に入射させるレーザビームの偏光面を回転させることで変化する。そこで、予め、オリエンテーションフラット等が失われていない状態の非線形光学結晶基板に偏光面を相対的に回転させながら該レーザビームを照射し、発生する高調波を検出する。
【００１７】
そして、例えば、オリエンテーションフラット等が示していた結晶方位と、該偏光面と、が垂直に交差する際の回転角を基準角（０°）として、回転角と、高調波の強度と、の標準の関係を記録ユニットに記録しておく。
【００１８】
その後、非線形光学結晶基板からオリエンテーションフラット等が失われ、該オリエンテーションフラット等が示していた特定の結晶方位が不明となった場合に、非線形光学結晶基板を本発明の一態様に係る結晶方位検出装置に搬入する。そして、レーザビームの偏光面を相対的に回転させながら該レーザビームを該非線形光学結晶基板に照射し、高調波の強度の該偏光面の回転角依存性を測定する。得られた回転角と、高調波の強度と、の関係を記録ユニットに記録し、予め記録された該標準の関係と比較する。
【００１９】
両関係をグラフ化すると回転角がシフトした同型のグラフとなるため、例えば、該両関係を照合することにより回転角のシフト量を算出し、非線形光学結晶基板から失われたオリエンテーションフラット等が示していた特定の結晶方位を導出できる。このように、Ｘ線回折装置を使用することなく非線形光学結晶基板の結晶方位を検出できる。
【００２０】
したがって、本発明により、非線形光学結晶基板における結晶方位を容易に特定できる結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）は、ノッチが設けられた非線形光学結晶基板を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、オリエンテーションフラットが設けられた非線形光学結晶基板を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｃ）は、オリエンテーションフラットが設けられた非線形光学結晶のインゴットを模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、割れて個片化された非線形光学結晶基板を模式的に示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、外周部が切除されサイズダウンされた非線形光学結晶基板を模式的に示す斜視図である。
【図３】結晶方位検出装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】非線形光学結晶基板へのレーザビームの照射を模式的に示す側面図である。
【図５】レーザビーム照射ステップを模式的に示す斜視図である。
【図６】レーザビームの偏光面の回転角と、観測される高調波の強度と、の関係の一例を模式的に示すグラフである。
【図７】結晶方位検出方法の各ステップのフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法によると、例えば、オリエンテーションフラットやノッチ等の特定の結晶方位を示す表示が失われた非線形光学結晶基板の該特定の結晶方位を検出できる。まず、結晶方位が検出される非線形光学結晶基板について説明する。
【００２３】
非線形光学結晶基板は、例えば、特定の周波数帯域の電気信号を取り出す素子であるＳＡＷデバイスチップを製造する際に使用される単結晶基板である。該非線形光学結晶基板は、例えば、リチウムタンタレート（ＬＴ；ＬｉＴａＯ３）基板やリチウムナイオベート（ＬＮ；ＬｉＮｂＯ３）基板である。これら基板に使用される材料の単結晶は、複屈折性を有する非線形光学結晶である。
【００２４】
非線形光学結晶基板の表面を加工して回路パターンを形成することで素子を形成し、該基板を素子毎に分割すると、ＳＡＷデバイスチップを製造できる。非線形光学結晶基板からＳＡＷデバイスチップを製造する際、基板の結晶方位の違いによって劈開条件が異なる。また、形成される素子の特性は該基板の結晶方位の影響を受ける。そのため、所望の特性のデバイスチップを適切に形成する上で非線形光学結晶基板の結晶方位が特定されることは重要である。
【００２５】
そこで、非線形光学結晶基板を扱う者が容易に特定の結晶方位を認識できるように、基板にはオリエンテーションフラットと呼ばれる直線状の切断部、または、ノッチと呼ばれる切り欠き部が形成される。図１（Ａ）は、ノッチ３が設けられた非線形光学結晶基板１を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示す通り、ノッチ３はＶ字形状の切り欠き部である。また、図１（Ｂ）は、オリエンテーションフラット５が設けられた非線形光学結晶基板１を模式的に示す斜視図である。
【００２６】
図１（Ｃ）に、非線形光学結晶基板１に切り出される前の非線形光学結晶で形成されるインゴット７を示す。例えば、オリエンテーションフラット５がインゴット７に形成され、このインゴット７が切り出されるとオリエンテーションフラット５が設けられた非線形光学結晶基板１が形成される。オリエンテーションフラット５等は、例えば、非線形光学結晶の材質や、切り出される非線形光学結晶基板１の用途、形成される素子の設計上の事情等に応じて選択された特定の結晶方位を示すようにインゴット７に形成される。
【００２７】
非線形光学結晶基板１からＳＡＷデバイスチップを形成する過程では、該ノッチ３又は該オリエンテーションフラット５の位置が参照されて、非線形光学結晶基板１の表面上の所定の位置に素子が形成される。そして、該ノッチ３又は該オリエンテーションフラット５の位置が参照されて、非線形光学結晶基板１が素子毎に分割される。すると、個々のＳＡＷデバイスチップが形成される。
【００２８】
チップの試作過程等において、非線形光学結晶基板１が割れて個片化される場合がある。また、近年、チップの性能や形状等へ要求が多様化しており、または、チップの製造上の理由等から円板状の非線形光学結晶基板１の外周部を切り離し、サイズダウンされた基板がチップの製造に使用される場合がある。図２（Ａ）は、割れて個片化された非線形光学結晶基板１を模式的に示す斜視図である。また、図２（Ｂ）は、外周部が切除されサイズダウンされた非線形光学結晶基板１を模式的に示す斜視図である。
【００２９】
図２（Ａ）に示す通り、ノッチ３が設けられた非線形光学結晶基板１が個片化されて、３つの非線形光学結晶基板１ａ，１ｂ，１ｃに分割される場合を例に説明する。図２（Ａ）に示す通り、非線形光学結晶基板１ａにはノッチ３が残るため、ノッチ３が示す特定の結晶方位が把握される。その一方で、非線形光学結晶基板１ｂ，１ｃにはノッチ３が存在しないため、もはや該特定の結晶方位を把握できない。
【００３０】
また、図２（Ｂ）に示す通り、ノッチ３が設けられた非線形光学結晶基板１の外周部が切除されることによりサイズダウンされ、径の小さな非線形光学結晶基板１ｄが形成される場合、ノッチ３が失われる。そのため、サイズダウンされた非線形光学結晶基板１ｄにおいてもノッチ３が示していた該特定の結晶方位を把握できない。
【００３１】
このように、ノッチ３やオリエンテーションフラット５が失われて非線形光学結晶基板の特定の結晶方位が把握できない状態となった場合、所望の性能のデバイスチップを形成するために、再度該特定の結晶方位を導出する必要がある。この場合、例えば、Ｘ線回折装置を使用することが考えられるが、該Ｘ線回折装置は高価である上、測定に手間がかかる。そこで、本実施形態に係る結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法により、ノッチ３またはオリエンテーションフラット５が示していた特定の結晶方位を検出する。
【００３２】
本実施形態に係る結晶方位検出装置について説明する。図３は、本実施形態に係る結晶方位検出装置２を模式的に示す斜視図である。該結晶方位検出装置２は、非線形光学結晶基板を保持する保持テーブル２６と、非線形光学結晶基板にレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット２８と、発生した高調波を検出する高調波検出ユニット３０と、を備える。
【００３３】
結晶方位検出装置２の各構成要素は、基台４に支持される。基台４の上面には、保持テーブル２６をＹ軸方向（図３参照）に移動させるＹ軸方向移動ユニット６が設けられる。Ｙ軸方向移動ユニット６は、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール８と、該Ｙ軸ガイドレール８にスライド可能に装着されたＹ軸移動プレート１０と、を備える。
【００３４】
Ｙ軸移動プレート１０の裏面側（底面側）にはナット部（不図示）が設けられ、このナット部にはＹ軸ガイドレール８に平行なＹ軸ボールねじ１２が螺合される。さらに、Ｙ軸ボールねじ１２の一端には、Ｙ軸パルスモータ１４が連結される。Ｙ軸パルスモータ１４でＹ軸ボールねじ１２を回転させると、Ｙ軸移動プレート１０はＹ軸ガイドレール８に沿ってＹ軸方向に移動する。
【００３５】
Ｙ軸移動プレート１０の上面には、保持テーブル２６をＸ軸方向（図３参照）に移動させるＸ軸方向移動ユニット１６が設けられる。Ｘ軸方向移動ユニット１６は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール１８と、Ｘ軸ガイドレール１８にスライド可能に装着されたＸ軸移動プレート２０と、を備える。
【００３６】
Ｘ軸移動プレート２０の裏面（底面側）にはナット部（不図示）が設けられ、このナット部にはＸ軸ガイドレール１８に平行なＸ軸ボールねじ２２が螺合される。さらに、Ｘ軸ボールねじ２２の一端には、Ｘ軸パルスモータ２４が連結される。Ｘ軸パルスモータ２４でＸ軸ボールねじ２２を回転させると、Ｘ軸移動プレート２０はＸ軸ガイドレール１８に沿ってＸ軸方向に移動する。
【００３７】
Ｘ軸移動プレート２０の上面には、結晶方位の検出対象となる非線形光学結晶基板を保持する保持テーブル２６が設けられる。保持テーブル２６の上面には多孔質部材が配設されており、該多孔質部材の上面が非線形光学結晶基板を保持する保持面２６ａとなる。
【００３８】
非線形光学結晶基板１１（図５参照）は、保持テーブル２６上に搬入される前に、例えば、環状のフレーム１５（図５参照）の開口部を塞ぐように貼られたテープ１３（図５参照）に貼られる。フレーム１５と、テープ１３と、非線形光学結晶基板１１と、が一体化されるとフレームユニットが形成される。図３に示す通り、保持テーブル２６は、該保持面２６ａ上に載せられたフレームユニットに含まれるフレーム１５を挟持するクランプ２６ｂを外周部に備える。
【００３９】
該多孔質部材は、保持テーブル２６の内部に形成された吸引路（不図示）を介して吸引源（不図示）に接続される。該保持面２６ａの上にテープ１３を介して非線形光学結晶基板１１を載せ、該吸引源を作動させて該吸引路及び該多孔質部材を通じて非線形光学結晶基板１１に負圧を作用させる。すると、非線形光学結晶基板１１が保持テーブル２６に吸引保持される。
【００４０】
基台４の上面の後方側には立設部４ａが設けられ、該立設部４ａの上端には該上端から保持テーブル２６の上方に延びた腕部４ｂが設けられる。腕部４ｂの該立設部４ａ側の端部とは反対側の端部には、レーザビーム照射ユニット２８と、高調波検出ユニット３０と、カメラユニット３２と、が設けられる。
【００４１】
レーザビーム照射ユニット２８は、該非線形光学結晶基板１１に対して透過性を有し、さらに、該非線形光学結晶基板１１に照射されると非線形光学効果が発生する波長のレーザビームを該非線形光学結晶基板１１に照射する機能を有する。さらに、レーザビーム照射ユニット２８は、非線形光学結晶基板１１に照射されると非線形光学効果が発生する出力で該レーザビームを照射できる。レーザビーム照射ユニット２８は、例えば、非線形光学結晶基板１１の表面に垂直な方向から該レーザビームを照射できる。
【００４２】
例えば、レーザビーム照射ユニット２８は、Ｎｄ：ＹＡＧ等を媒体とし発振される波長１０６４ｎｍのレーザビームを非線形光学結晶基板１１に照射できる。波長１０６４ｎｍのレーザビームをリチウムタンタレート（ＬＴ）やリチウムナイオベート（ＬＮ）等の非線形光学結晶に照射すると、非線形光学効果により、入射したレーザビーム（基本波）の周波数の整数倍の周波数である高調波の発生が観測される。該高調波は、例えば、波長５３２ｎｍの第二高調波である。
【００４３】
レーザビーム照射ユニット２８により照射されるレーザビームには、該レーザビームの進行方向を含む特定の面に電場（または磁場）の振動方向を有する直線偏光のレーザビームを使用する。すなわち、該直線偏光のレーザビームは、該進行方向を含む偏光面を有する。発生する高調波の強度は位相整合条件を満たすか否かで大きく変化し、例えば、非線形光学結晶基板１１に入射させるレーザビームの偏光面を回転させることで変化する。
【００４４】
レーザビーム照射ユニット２８は半波長板（λ／２板）を備えてもよく、この場合、該レーザビームは該半波長板を経て照射される。半波長板は、レーザビームの偏光面を回転させる機能を有する。そして、半波長板を該レーザビームの進行方向の周りに回転させると、該偏光面の回転角の大きさが変化する。したがって、レーザビーム照射ユニット２８は、該半波長板を回転させることにより、任意の回転角に偏光面を回転させた状態で直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶１１に照射できる。
【００４５】
または、保持テーブル２６は、保持面２６ａに垂直な軸の周りに回転できてもよい。この場合、直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶基板１１に照射する際、保持テーブル２６を回転させることにより、非線形光学結晶基板１１に入射する直線偏光のレーザビームの偏光面を非線形光学結晶基板１１に対して相対的に回転させることができる。すなわち、保持テーブル２６を回転させることでも、任意の回転角に偏光面を回転させた状態で直線偏光のレーザビームを非線形光学結晶１１に照射できる。
【００４６】
レーザビーム照射ユニット２８の近傍に設けられる高調波検出ユニット３０は、該レーザビームが非線形光学結晶基板１１に照射された際に非線形光学効果によって発生する高調波を検出する機能を有する。高調波検出ユニット３０には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）検出器、または、ＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor）検出器が使用される。
【００４７】
また、レーザビーム照射ユニット２８の近傍に設けられるカメラユニット３２は、保持テーブル２６に保持された非線形光学結晶基板１１を撮像できる。カメラユニット３２は、例えば、ノッチ３やオリエンテーションフラット５が失われていない非線形光学結晶基板１を保持テーブル２６に保持させた際に、該ノッチ３又は該オリエンテーションフラット５を検出できる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る結晶方位検出装置２は、高調波検出ユニット３０に電気的に接続された記録ユニット３４（図４参照）を備える。該記録ユニット３４は、高調波検出ユニット３０で検出された高調波の強度を記録できる。特に、レーザビームの偏光面を該非線形光学結晶基板１１に対して垂直な方向の周りに相対的に回転させたときの回転角と、該高調波検出ユニット３０によって検出された該高調波の強度と、の関係を記録できる。
【００４９】
図４は、結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１について結晶方位を検出するのに先立ち、ノッチ３又はオリエンテーションフラット５が失われる前の非線形光学結晶基板１に対してレーザビームを照射する様子を模式的に示す側面図である。
【００５０】
図４に示される通り、レーザビーム照射ユニット２８からレーザビーム２８ａが該非線形光学結晶基板１に照射されると、発生する高調波３０ａが高調波検出ユニット３０により検出される。検出された高調波３０ａの強度は、レーザビーム２８ａの偏光面の相対的な回転角とともに記録ユニット３４に伝達され、記録ユニット３４では、該回転角と、該強度と、の関係が記録される。
【００５１】
例えば、該ノッチ３等が示す結晶方位と、該レーザビームの偏光面と、が垂直に交差する場合の該回転角が基準角（０°）とされる。そして、該偏光面と、非線形光学結晶基板１と、を相対的に回転させ、各回転角において高調波検出ユニット３０で検出される高調波３０ａの強度と、高調波３０ａが検出された際の該偏光面の回転角と、の関係を記録ユニット３４に記録する。記録される該関係は標準の関係とされ、後に参照される。
【００５２】
その後、ノッチ３等が失われて該ノッチ３等が示す特定の結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１を保持テーブル２６に保持させる。そして、該非線形光学結晶基板１１にレーザビーム２８ａを照射し、同様に高調波３０ａを検出し、高調波３０ａの強度と、偏光面の相対的な回転角と、の関係を記録ユニット３４に記録する。なお、該特定の結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１にレーザビーム２８ａを照射し高調波を検出する際は、該回転角の基準角は任意の角度とされる。
【００５３】
本実施形態に係る結晶方位検出装置２は、さらに、記録ユニット３４に電気的に接続された結晶方位検出ユニット３６を備える。結晶方位検出ユニット３６は、記録ユニット３４に記録された該関係に基づいて、該保持テーブル２６に保持された該非線形光学結晶基板１１の結晶方位を検出する。
【００５４】
具体的には、結晶方位検出ユニット３６は、結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１について得られた該高調波３０ａの強度と、偏光面の該回転角と、の関係と、ノッチ３等を有する該非線形光学結晶基板について得られた該標準の関係と、を照合する。
【００５５】
ここで、両関係は同種の非線形光学結晶基板から得られる関係であるため、両関係について横軸が偏光面の回転角、縦軸が高調波３０ａの強度を表すグラフを作成すると、回転角がシフトした同型のグラフとなる。この場合、該回転角のシフトの量を導出することにより、結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１において、ノッチ３等が示していた結晶方位が検出される。
【００５６】
このように本実施形態係る結晶方位検出装置２によると、Ｘ線回折装置を使用することなく、非線形光学結晶基板１１における結晶方位を容易に特定できる。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る結晶方位検出装置２のレーザビーム照射ユニット２８は、非線形光学結晶基板１１をアブレーション加工等のレーザ加工を実施できる出力又は波長のレーザビームを照射できてもよい。この場合、結晶方位検出ユニット３６に検出された該結晶方位が再び不明とならないように、該レーザビーム照射ユニット２８により非線形光学結晶基板１１に該結晶方位を示す目印を形成できる。なお、該目印は他の方法により非線形光学結晶基板１１に形成されてもよい。
【００５８】
また、結晶方位検出装置２は、非線形光学結晶基板１１にレーザビーム２８ａを照射する間、Ｘ軸方向移動ユニット１６又はＹ軸方向移動ユニット６を作動させて保持テーブル２６を移動させてもよい。この場合、非線形光学結晶基板１１の該レーザビーム２８ａが照射される位置が常に変化する。そのため、非線形光学結晶基板１１の特定の領域においてレーザビーム２８ａが過剰に照射されにくくなり、材料の変質等の高調波発生以外の現象が発生するのを防止できる。
【００５９】
保持テーブル２６を移動させながら高調波３０ａを検出する場合、レーザビーム２８ａが照射される各位置において生じる高調波３０ａをそれぞれ測定し、得られた各強度を平均化する。この場合、非線形光学結晶基板１１の局所的な表面状態等の影響が極力抑えられ、ばらつきの少ない精度の高い値を取得できる。
【００６０】
図６に、レーザビーム２８ａの偏光面の相対的な回転角と、高調波３０ａの強度と、の関係の一例を示す。図６に示すグラフは、偏光面の相対的な回転角を変化させてノッチ３を有するリチウムタンタレート（ＬＴ）基板にレーザビーム２８ａを照射し、実際に観測された高調波３０ａの強度と、該回転角と、の関係を示すグラフである。該関係が得られた際の高調波の検出条件について説明する。
【００６１】
まず、ノッチ３を有するリチウムタンタレート（ＬＴ）基板を保持テーブル２６に保持させ、波長１０６４ｎｍの直線偏光のレーザビーム２８ａを該リチウムタンタレート（ＬＴ）基板に照射した。該レーザビーム２８ａの出力は５μＪ〜１０μＪ、周波数は１０ｋＨｚとした。そして、発生した波長５３２ｎｍの第二高調波を高調波検出ユニット３０で検出した。
【００６２】
このとき、Ｘ軸方向移動ユニット１６を作動させ保持テーブル２６をＸ軸方向に沿って１００ｍｍ／ｓの速度で移動させながらレーザビーム２８ａを照射し、高調波検出ユニット３０で検出された高調波３０ａの強度を平均化した。そして、保持テーブル２６を保持面２６ａに垂直な軸の周りに回転させることにより直線偏光のレーザビーム２８ａの偏光面を該リチウムタンタレート（ＬＴ）基板に対して相対的に回転させ、同様に高調波３０ａの測定を繰り返した。なお、保持テーブル２６は１０°ずつ回転させた。
【００６３】
以上の条件にて発生した高調波３０ａの強度を記録することにより、図６に示すような偏光面の回転角と、高調波３０ａの強度と、の関係を取得することができた。なお、図６においては、レーザビーム２８ａの偏光面と、リチウムタンタレート（ＬＴ）基板のノッチが示す結晶方位と、が垂直に交差する状態の該偏光面の相対的な回転角を基準角（０°）とした。得られた該関係は、結晶方位が不明となったリチウムタンタレート（ＬＴ）基板の結晶方位を検出する際に、標準の関係として参照される。
【００６４】
図６に示される通り、高調波３０ａの強度は、該回転角に対して依存性を有することが確認された。そして、偏光面の回転角が９０°であるとき、すなわち、偏光面と、該ノッチが示す結晶方位と、が平行となるとき、高調波３０ａの強度が極大化することが確認された。なお、１８０°異なる２つの回転角において、それぞれ観測される高調波３０ａの強度は原理的には一致するはずである。しかし、図６において一致しない場合があるのは、レーザビーム２８ａの質等の影響によるものと考えられる。
【００６５】
次に、本実施形態に係る結晶方位検出方法について説明する。該結晶方位検出方法では、例えば、上述の結晶方位検出装置２が使用される。以下、該結晶方位検出装置２を使用する場合を例に、該結晶方位検出方法を説明する。
【００６６】
該結晶方位検出方法の各ステップの関係を示すフローチャートを図７に示す。図７に示す通り、該結晶方位検出方法では、非線形光学結晶１１にレーザビーム２８ａを照射するレーザビーム照射ステップＳ１と、発生する高調波３０ａを検出する高調波検出ステップＳ２と、を含む。さらに、レーザビーム２８ａの偏光面を非線形光学結晶基板１１に対して相対的に回転させる回転ステップＳ３を含む。
【００６７】
レーザビーム照射ステップＳ１、高調波検出ステップＳ２、及び回転ステップＳ３を繰り返して各回転角における高調波３０ａの強度データをすべて取得し、該回転角と、該高調波３０ａの強度と、の関係を記録する記録ステップＳ４を実施する。その後、得られた該関係に基づいて、保持テーブル２６に保持された非線形光学結晶基板１１の結晶方位を検出する結晶方位検出ステップＳ５を実施する。以下、本実施形態に係る結晶方位検出方法の各ステップについて詳述する。
【００６８】
まず、レーザビーム照射ステップＳ１について説明する。図５は、レーザビーム照射ステップＳ１を模式的に示す側面図である。レーザビーム照射ステップＳ１では、まず、結晶方位の検出対象となる非線形光学結晶基板１１を、テープ１３及び環状のフレーム１５と一体化されたフレームユニットの状態で保持テーブル２６に保持させる。
【００６９】
レーザビーム照射ステップＳ１では、例えば、所定の方向に非線形光学結晶基板１１を移動させながら、直線偏光のレーザビーム２８ａを非線形光学結晶基板１１に照射する。このとき、レーザビーム２８ａの出力は、非線形光学結晶基板１１に多光子吸収による変質等の加工がされないように加工閾値以下の出力かつ非線形光学効果として高調波が発生する出力とされる。また、レーザビーム２８ａは、非線形光学結晶基板１１に対して透過性を有し、かつ、高調波が発生する波長とされる。
【００７０】
高調波検出ステップＳ２では、レーザビーム照射ステップＳ１の実施時に非線形光学結晶基板１１の非線形光学結晶の非線形光学効果によって発生した高調波３０ａを高調波検出ユニット３０により検出する。高調波検出ステップＳ２は、レーザビーム照射ステップＳ１とほぼ同時に実施される。
【００７１】
本実施形態に係る結晶方位検出方法では、レーザビーム２８ａの偏光面を非線形光学結晶基板１１に対して回転させる回転ステップＳ３を実施し、レーザビーム照射ステップＳ１及び高調波検出ステップＳ２を複数回繰り返す。そして、得られた該偏光面の相対的な回転角と、高調波３０ａの強度と、の関係に基づいて非線形光学結晶基板１１の結晶方位を検出する。回転ステップＳ３は、該結晶方位を適切に検出するのに必要な所定の回数で実施される。
【００７２】
すなわち、必要な高調波３０ａの強度データがすべて取得できていなければ回転ステップＳ３が実施される。回転ステップＳ３では、レーザビーム２８ａの偏光面と、非線形光学結晶基板１１と、を非線形光学結晶基板１１の表面に垂直な方向の周りに相対的に回転させる。例えば、保持テーブル２６を保持面２６ａに垂直な軸の周りに所定の角度で回転させる。または、レーザビーム照射ユニット２８が半波長板を有し、レーザビーム２８ａが該半波長板を通過する場合、該半波長板を回転させる。
【００７３】
なお、１回の回転ステップＳ３において相対的に回転させる該偏光面と、非線形光学結晶基板１１と、の回転角が大きすぎると、測定データが不十分となり結晶方位の検出の精度が低下する。そのため、１回の回転ステップＳ３における該回転角は所定の角度以下であることが望ましい。例えば、該回転角は２０°以下とされるのが好ましく、１０°以下とされるのがより好ましい。回転ステップＳ３を実施した後には、再びレーザビーム照射ステップＳ１及び高調波検出ステップＳ２を実施する。
【００７４】
図５には、３回のレーザビーム照射ステップＳ１、高調波検出ステップＳ２、及び回転ステップＳ３が既に実施された後に実施される４回目のレーザビーム照射ステップＳ１及び高調波検出ステップＳ２の様子が模式的に示されている。図５に示す通り、各レーザビーム照射ステップＳ１においてレーザビーム２８ａの照射位置２８ｂは、それぞれ異なる方向に沿っている。
【００７５】
レーザビーム照射ステップＳ１と、高調波検出ステップＳ２と、回転ステップＳ３と、を繰り返して、測定が必要な各回転角における高調波３０ａの強度データがすべて取得できている場合、次に、記録ステップＳ４を実施する。記録ステップＳ４では、レーザビーム２８ａの偏光面と、該非線形光学結晶基板１１と、の相対的な回転角と、該高調波検出ステップＳ２で検出された該高調波の強度と、の関係を、例えば、記録ユニット３４に記録する。
【００７６】
ただし、記録ステップＳ４はこれに限定されない。記録ステップＳ４では、例えば、レーザビーム照射ステップＳ１と、高調波検出ステップＳ２と、を１回実施した際にその都度実施してもよい。この場合、レーザビーム照射ステップＳ１と、高調波検出ステップＳ２と、に続けて記録ステップＳ４を実施して該回転角と、該高調波の強度と、を記録ユニット３４に記録する。そして、必要な測定結果をすべて取得できていない場合には回転ステップＳ３を実施し、取得できている場合には該関係を記録ユニット３４に記録する。
【００７７】
次に、記録ステップＳ４で記録された該関係に基づいて非線形光学結晶基板１１の結晶方位を検出する結晶方位検出ステップＳ５を実施する。結晶方位検出ステップＳ５では、例えば、予めノッチ３等により特定の結晶方位が示される非線形光学結晶基板１に対して同様の測定が実施されて得られた直線偏光の該回転角と、高調波の強度と、の標準の関係が参照される。なお、該標準の関係は、例えば、ノッチ３等が失われていない非線形光学結晶基板１を測定することで取得される。
【００７８】
すなわち、該標準の関係と、記録ステップＳ４で記録された関係と、を照合することにより、ノッチ３等が失われて特定の結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１の該特定の結晶方位を検出する。なお、結晶方位検出ステップＳ５を実施した後、例えば、レーザビーム照射ユニット２８により、加工を実施できる条件で非線形光学結晶基板１１にレーザビームを照射し、該特定の結晶方位を示す表示を形成する表示形成ステップを実施してもよい。
【００７９】
以上に説明する通り、本実施形態に係る結晶方位検出方法によると、高価なＸ線回折装置を使用することなく非線形光学結晶基板における結晶方位を容易に特定できる。
【００８０】
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。上記実施形態では、ノッチ３又はオリエンテーションフラット５が失われてそれらが示す特定の結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１について、該特定の結晶方位を検出する場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、結晶方位の検出対象となる非線形光学結晶基板１１にノッチ３等が設けられていても良い。
【００８１】
非線形光学結晶基板１１に形成されるノッチ３等には、それらが示すべき特定の結晶方位に対して一定の範囲の誤差が生じる。該誤差が大きい場合に、該ノッチ３等を参照して非線形光学結晶基板１１に形成する素子の性能に影響を与える恐れがある。
【００８２】
そこで、該誤差の大きさを検出するために、または、真の該特定の結晶方位を検出するために、本発明の一態様に係る結晶方位検出装置２が使用されてもよく、該結晶方位検出方法が実施されてもよい。この場合、例えば、１°以下の範囲の誤差を検出するために、レーザビーム２８ａの偏光面と、非線形光学結晶基板と、の相対的な回転角は、１°以下に設定される。すなわち、本発明の一態様に係る結晶方位検出方法においては、回転ステップにおける回転角が１°以下とされてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態においては、ノッチ３等により特定の結晶方位が既知の非線形光学結晶基板１について取得された該標準の関係が参照されて、結晶方位の検出対象となる非線形光学結晶基板１１の特定の結晶方位が検出される場合について説明した。しかし、本発明の一態様はこれに限定されない。
【００８４】
結晶方位が不明となった非線形光学結晶基板１１の結晶方位の検出においては、該標準の関係が使用されなくてもよい。非線形光学結晶基板１１を構成する非線形光学結晶の材質が既知であれば、該非線形光学結晶で生じる高調波の強度について、レーザビームの偏光面の角度に対する依存性が予測できる場合がある。この場合、レーザビームの偏光面と、非線形光学結晶基板１１と、の相対的な回転角と、高調波３０ａの強度と、の関係を直接評価することにより非線形光学結晶基板１１の特定の結晶方位を検出できる。
【００８５】
さらに、上記実施形態では、失われる前のノッチ３等が示していた非線形光学結晶基板の特定の結晶方位を検出する場合について説明したが、本発明の一態様に係る結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法はこれに限定されない。すなわち、ノッチ３等が示していた結晶方位ではない他の方位を検出してもよい。
【００８６】
例えば、非線形光学結晶基板に形成される回路パターンの設計上の事情により、該特定の結晶方位には沿わない方向に沿って素子を形成したい場合がある。この場合、例えば、ノッチ３等が示していた該特定の結晶方位とは異なる結晶方位で、例えば、素子の形成に都合の良い方位を検出してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態においては、レーザビーム照射ユニット２８により非線形光学結晶基板１１に対して透過性を有するレーザビーム２８ａを照射する場合について説明した。本発明の一態様に係る結晶方位検出装置及び結晶方位検出方法では、さらに、特定の結晶方位が検出された非線形光学結晶基板１１に対して、検出された該特定の結晶方位を参照してそのままレーザ加工を実施してもよい。
【００８８】
例えば、レーザビーム照射ユニット２８は、非線形光学結晶基板１１が吸収性を有する波長のレーザビームを非線形光学結晶基板１１に照射できてもよい。該レーザビームを非線形光学結晶基板１１に照射しながら、例えば、Ｘ軸方向移動ユニット１６を作動させ保持テーブル２６をＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向に沿って非線形光学結晶基板１１をアブレーション加工できる。
【００８９】
または、レーザビーム照射ユニット２８は、非線形光学結晶基板１１を透過できるレーザビームを非線形光学結晶基板１１の内部に集光させ、多光子吸収過程により非線形光学結晶基板１１の内部に改質層を形成できてもよい。該レーザビームを非線形光学結晶基板１１の内部に集光させながら、例えば、Ｘ軸方向移動ユニット１６を作動させ保持テーブル２６をＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向に沿って非線形光学結晶基板１１の内部に改質層を形成できる。
【００９０】
上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００９１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１１  非線形光学結晶基板
３  ノッチ
５  オリエンテーションフラット
７  インゴット
１３  テープ
１５  フレーム
２  結晶方位検出装置
４  基台
４ａ  立設部
４ｂ  腕部
６，１６  移動ユニット
８，１８  ガイドレール
１０，２０  移動プレート
１２，２２  ボールねじ
１４，２４  パルスモータ
２６  保持テーブル
２６ａ  保持面
２６ｂ  クランプ
２８  レーザビーム照射ユニット
２８ａ  レーザビーム
２８ｂ  照射位置
３０  高調波検出ユニット
３０ａ  高調波
３２  カメラユニット
３４  記録ユニット
３６  結晶方位検出ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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