(57)【要約】【課題】光波長変換素子のスタック端面にチッピング、欠け等を発生させない光波長変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】強誘電体からなるウエハーに光波長変換機能を付加する光波長変換機能付加工程と、光波長変換機能が付加されたウエハーを複数のスタックに分割するスタック分割工程と、前記スタックの表面に別部材を接続してスタック複合体を作成するスタック複合体作成工程と、前記スタック複合体を前記スタック面から、前記別部材の内部に達するが前記別部材を分離しない深さにて切削するスタック複合体切削工程と、切削された前記スタック複合体のスタック端面を研磨するスタック端面研磨工程と、前記スタック端面に反射防止膜を形成するスタック端面成膜工程と、前記端面成膜工程の後、前記スタック複合体から前記別部材を除去する別部材除去工程と、からなる光波長変換素子の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体からなるウエハーに光波長変換機能を付加する光波長変換機能付加工程と、
光波長変換機能が付加されたウエハーを複数のスタックに分割するスタック分割工程と、
前記スタックの表面に別部材を接着剤にて接続してスタック複合体を作成するスタック複合体作成工程と、
前記スタック複合体を前記スタック面から、前記別部材の内部に達するが前記別部材を分離しない深さにて切削するスタック複合体切削工程と、
切削された前記スタック複合体のスタック端面を研磨するスタック端面研磨工程と、
前記スタック端面に反射防止膜を形成するスタック端面成膜工程と、
前記端面成膜工程の後、前記スタック複合体から前記別部材を除去する別部材除去工程と、
からなる光波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
強誘電体からなるウエハーに光波長変換機能を付加する光波長変換機能付加工程と、
光波長変換機能が付加されたウエハーを複数のスタックに分割するスタック分割工程と、
前記スタックの表面に別部材を接着剤にて接続してスタック複合体を作成するスタック複合体作成工程と、
前記スタック複合体を前記スタック面から、前記別部材の内部に達するが前記別部材を分離しない深さにて切削するスタック複合体切削工程と、
切削された前記スタック複合体のスタック端面を研磨するスタック端面研磨工程と、
前記端面研磨工程の後、前記スタック複合体から前記別部材を除去する別部材除去工程と、
前記スタック端面に反射防止膜を形成するスタック端面成膜工程と、
からなる光波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記光波長変換機能付加工程における前記強誘電体は、ニオブ酸リチウムもしくはタンタル酸リチウムである請求項１及び２記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記スタック複合体作成工程における前記別部材は、前記スタックと同一の形状で有り、且つ切削抵抗は前記スタックよりも小である請求項１及び２記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記別部材は、フェライトを主成分とした材料である請求項３記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記スタック複合体作成工程における前記接着剤は、ホットメルトワックスである請求項１及び２記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記ホットメルトワックスの軟化温度は、前記スタック端面成膜工程にて加える温度以上で且つ略１００℃以下である請求項６記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記スタック複合体作成工程において、前記スタック複合体に前記ホットメルトワックスの軟化温度以上の熱を加え、且つ接着時に所定の加重を加える請求項７記載の光波長変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記別部材除去工程は、前記スタック複合体に前記接着剤の軟化温度以上の熱を加え、前記接着剤が軟化した後に前記スタックを前記別部材から取り外す請求項１及び２記載の光波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長変換素子の製造方法に関し、より詳細にはニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムのような強誘電体材料のウエハーに、電極形成、極反転、スライス、研磨、反射防止膜成膜等のプロセスを経て光波長変換素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光波長変換素子の材料として使われるニオブ酸リチウム等の強誘電体は脆性材料なので、スライスなどの機械加工によって切断を行う際に、切断面にチッピングや欠け等の品質欠陥が生じ易い。特にダイヤモンド等の砥粒を樹脂等で保持させた刃物を高速で回転させながら材料を切断するスライスプロセスにおいては、材料を治具等に接着や吸着などの方法で、固定した状態で切断を行う際に、材料の固定側（材料の裏面側の治具と接触している部分）でチッピングが発生しやすいことが経験的に知られている。特に前述の固定側のチッピングを防止するために、材料を完全に切断せずに一部を残して切断加工を行い、後工程において材料へき開により分離させる方法が開示されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、材料裏面に別部材を表面活性化接合方法により貼り付けた状態で切断加工を行う方法により、材料の固定側（材料裏面の別部材との接触部分）におけるチッピング、欠けを防止する方法が開示されている（例えば特許文献２を参照。）。
【０００４】
図７は、ニオブ酸リチウム等のウエハーから光波長変換素子を製造する従来プロセスのフローチャートである。まず、原材料であるニオブ酸リチウム等のウエハーに電極を形成して、極反転のプロセスを行い光波長変換素子となる機能を作成する。その後、複数個の光波長変換素子の集合体であるスタックに分割する。このスタックにする目的は、後工程の研磨プロセスや成膜プロセスにおいて複数個の光波長変換素子を同時加工して生産性を向上させるためと、波長変換素子単体のハンドリング時に波長変換素子単体の破損を軽減するためである。スタックの光の入射面と出射面となる２つの端面（以下、スタック端面と言う。）は、メカニカルラッピング及びケミカルメカニカルポリッシングにより鏡面研磨された後、そのスタック端面に反射防止膜が成膜される。ここまで完了した状態で、再度スライスプロセスにおいて光波長変換素子単体へ分断され製品として完成される。
【０００５】
図８は、ウエハー内におけるスタックのレイアウトについての説明図である。ウエハー１は、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム等の強誘電体材料からなり、電極パターン７は電極形成プロセスにより作成される。スタック２は光波長変換素子の複数個の集合体であり、出来る限り１枚のウエハーから多数得られるようにレイアウトされる。
【０００６】
図９は、スタックについての説明図である。スタック端面３は、光波長変換素子として完成されたときに、レーザ光を入射させる面であり、スタック端面４は端面３より入射したレーザ光が波長変換されて出射される面である。スタック端面３から入射したある波長を持った光２５はスタック端面４より、目的の波長に変換された光２７として出射される。より具体的には、１０００ｎｍ程度の波長で入射したレーザ光が、半分の５００ｎｍ程度の波長の光に変換されて出射される。従って、光波長変換素子として最も品質を要求される面が、光の通路となるスタック端面３およびスタック端面４となり、チッピング、欠け等は品質不良となる。
【０００７】
図１０は、スタック内と光波長変換素子の関係についての説明図である。スタック内において、光波長変換素子５から光波長変換素子６まで一定ピッチで端面３および端面４に垂直に複数の光波長変換素子がレイアウトされた状態となっている。材料であるウエハーの寸法が３インチの場合、スタックの光入射面および出射面の幅寸法は、１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度となり、最終的な光波長変換素子の幅は１ｍｍ程度となる。図７で説明されたフローチャートのとおり、スタック状態において、入射面３および出射面４の鏡面加工および反射防止膜の成膜が施され、その後外周刃切断機等を使って光波長変換素子単体へと切り離して光波長変換素子が得られる。前述のように、わずか１ｍｍ程度の幅寸法の光波長変換素子単体の端面を研磨する、あるいはハンドリングすることは破損の危険性が非常に高いので、一般的にはスタック状態で研磨や成膜のプロセスが行われる。
【特許文献１】特開平１０−３１９２６４号公報
【特許文献２】特開２００４−３３８１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、スタックから光波長変換素子単体に分断するための切断機の刃物がスタック端面の側辺に刃物が接触してしまい、スタック端面の側辺部分にチッピングが発生してしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光波長変換素子のスタック端面に重大な品質欠陥であるチッピング、欠け等を発生させない光波長変換素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光波長変換素子の製造方法は、強誘電体からなるウエハーに光波長変換機能を付加する光波長変換機能付加工程と、光波長変換機能が付加されたウエハーを複数のスタックに分割するスタック分割工程と、前記スタックの表面に別部材を接続してスタック複合体を作成するスタック複合体作成工程と、前記スタック複合体を前記スタック面から、前記別部材の内部に達するが前記別部材を分離しない深さにて切削するスタック複合体切削工程と、切削された前記スタック複合体のスタック端面を研磨するスタック端面研磨工程と、前記スタック端面に反射防止膜を形成するスタック端面成膜工程と、前記端面成膜工程の後、前記スタック複合体から前記別部材を除去する別部材除去工程と、からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光波長変換素子の製造方法によれば、光波長変換素子として最も品質が要求される光の入射面および出射面（スタック端面）のチッピング、欠け等の不良を防止することができ、高品質な光波長変換素子の製造を可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の光波長変換素子の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるニオブ酸リチウムからなるウエハーから光波長変換素子を製造する工程の概要を示すプロセスフローチャートで、次の７工程から成る。まず、（１）光波長変換機能付加工程として、原材料であるニオブ酸リチウムからなるウエハーは電極形成・極反転を行われ光波長変換素子としての基本機能が備えられる。その後、光波長変換素子としての基本機能が付加されたウエハーは、（２）スタック分割工程にて光波長変換素子の複数個の集合体であるスタック２に分割される。この分割されたスタック２は、（３）スタック複合体作成工程にて、別部材を接続されスタック複合体が形成される。このスタック複合体は、（４）スタック複合体切削工程にて、所定の幅でダイシングされる。その後、（５）スタック端面研磨工程にて、鏡面研磨された後、（６）スタック端面成膜工程にて、反射防止膜が形成され、（７）別部材除去工程にて、スタック複合体に接続された別部材が除去され、目的とする光波長変換素子が得られる。本発明の特徴は、上記（３）スタック複合体作成工程、（４）スタック複合体切削工程、（５）スタック端面研磨工程、及び（７）別部材除去工程であり、以下その詳細を説明する。
【００１４】
（３）スタック複合体作成工程の詳細について以下に説明する。図２に示すように分割されたスタック２の裏面にスタック２と同等の形状のダミースタック８（別部材）を接合する。本実施例では、スタック２の厚みは１ｍｍのものを用いた。また、ダミースタック８の外形寸法はスタック２と同じ大きさとし、厚みは１ｍｍ以上あることが望ましい。
【００１５】
次に、ダミースタック８の材料について説明する。ダミースタックは、次のスタック複合体切削工程にてスタックと共切りされ、プロセス終了後廃棄処分となるため、高価なものは好ましくない。スタック２とダミースタック８とを接合する最大のメリットは、スタックとダミースタックとが同化することでスタックの接合面側にチッピングが発生しにくいことである。ここで、スタックと別材料のダミースタックを使用しても、同様にチッピングを発生させないためには、まず、ダミースタックに使用する材料の切削抵抗は、ウエハー材料の切削抵抗よりも小さいことが重要である。ウエハー材料の切削抵抗よりも大きいダミースタックを使用すると、ダミースタックを切断する際に、ウエハー材料の切断時に生じる切削抵抗以上の切削抵抗が発生するため、ウエハー材料のみを切断する場合と比較して、刃物の回転バランスが悪化し、チッピングや欠けが生じる。本発明の実施例においては、比較的安価で切削抵抗が小さいフェライト（酸化鉄）をダミースタックに使用する材料として使用した。なお、本実施例では、フェライトを使用したが、これに限るものではなくウエハー材料の切削抵抗よりも小さな材料であれば良く、例えば、シリコンやカーボン等の材料が使用できる。
【００１６】
次に、スタックとフェライトを用いたダミースタックとの接合方法を説明する。スタックとダミースタックの材料が異なるので、特許文献２に開示されているような表面活性化接合は行えないため接着材を使用して接合する。表面活性化接合においては、スタックとダミースタックが同化することでスタック裏面のチッピングを軽減しているので、接着材を使用する場合では、接着層を出来る限り薄くすることで同様の効果を得ることが出来る。
【００１７】
本発明の実施例においては、ホットメルトワックスを使用してスタック２とダミースタック８とを接合した。ホットメルトワックスは軟化温度が８０℃のものを使用したが、これに限るものでは無く、軟化温度の上限値としては、光波長変換素子に悪影響を及ぼさない軟化温度、例えば１００℃以下のものを使用すれば良く、軟化温度の下限値としては、後工程の成膜工程における成膜温度以上であれば良い。本実施例では、９０℃に温度設定したホットプレート上で、スタックとダミースタックとに２００ｇ／ｃｍ2の荷重をかけて接合し、スタック複合体を作成した。荷重は、これに限るものではなく、余分な接着剤をスタックとダミースタックの間隙から除去し、接着層が薄くなるように、適宜選べば良い。接着層が厚くなると切断ブレードの目詰まりの原因となる可能性があるため接着層はできる限り薄いことが望ましい。
【００１８】
次に、（４）スタック複合体切削工程の詳細について以下に説明する。本実施例では、図３に示すように外周刃切断装置１０を使用してスタック複合体上のスタック２を光波長変換素子１３に分断した。外周刃切断装置１０は、切断刃物１１と送り機構１２から構成され、切断刃物１１を回転数１００００ｒｐｍで矢印の方向に回転させながら、スタック２に接触させ、切り込み深さを１．２ｍｍで、送り機構１２上に吸着固定されたスタック２を送り速度５０ｍｍ／分で移動させることで分断を行った。切り込み深さとは、スタック２の上面から切断刃物が入り込む深さのことであり、本発明の実施例の場合、スタック２の厚みが１ｍｍなので、ダミースタック８への切り込み量は、０．２ｍｍである。切断刃物１１は＃２０００番のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンド（セラミック系保持材）で保持させた厚み０．１５ｍｍで外形８５ｍｍのものを使用した。
【００１９】
図４はスタック複合体切削工程後のスタック複合体の外観を表す図である。溝１４は、切断刃物により形成された溝である。スタックから光波長変換素子単体への分断は前述のように、ダミースタック８を完全に切断せずダミースタック８の厚み方向の途中で刃物を止める。本実施例においては、ダミースタックの切り込み深さが０．２ｍｍなので、０．８ｍｍの厚み分が切断されずに残る。後工程においてダミースタック８が分離しないためには、ダミースタック８の厚みの半分以内で切断を止めることが望ましい。
【００２０】
チッピング１５は切断時に高い確率で発生し、図中に示すように特に切断刃物が最初に被加工物に入り込む部分と最後に被加工物から離れる部分に発生しやすい。本実施例においては、＃２０００という非常に微細な砥粒を使用しているが、砥粒が微細になるほど目詰まりが発生しやすくなり、砥石のドレッシングが頻繁に必要となるため、量産工程においてはチッピングの大きさが許容される範囲で大きい砥粒を使うことが望ましい。具体的には、＃８００番程度の砥粒であれば、加工条件を最適化することで、約２０μｍの大きさのチッピングに押さえる事ができる。また、生産性とのトレードオフの関係を考慮する必要があるが、送り速度をさらに減少すれば、チッピングを押さえることが出来る。
【００２１】
次に（５）スタック端面研磨工程の詳細について以下に説明する。光入射面および光出射面であるスタック端面の研磨方法について説明する。図５は、本発明で使用した研磨用治具の外観図である。スタック複合体切削工程後のスタック複合体上のスタック２はスタック８に接合された状態のまま、位置決めブロック１７に、押さえ１８および弾性体１９により挟み込まれる形で締め付けねじ２０を使って取り付けられる。位置決めブロック１７の表面はスタックに傷を発生させないように、鏡面研磨された金属やセラミックであることが望ましく、弾性体１９はウレタンゴム等を使用し、スタックが位置決めブロック１７の面を基準に取り付けられるようにする。続いて、スタック２がセットされた状態の位置決めブロック１７を円盤治具１６に取り付けねじ２７を使って取り付ける。本発明の実施の形態１においては、1枚の円盤治具に対して４つのスタックがセットできるようにしたが、これに固定されるものではなく、生産性を向上させるために多数の位置決めブロックが同時に装着できるような設計とすることが望ましい。
【００２２】
図６は、本発明で使用した研磨装置の構成図である。研磨装置２１は、一般的な卓上タイプを使用した。ラッピング定盤２２をラッピング装置に装着し、反時計方向に回転させた。被加工物をセットした円盤治具１６をリング形状の保持リング２３内に挿入し、強制駆動装置２４によって反時計方法に回転させた。保持リング２３の内周と円盤治具１６の外周とのクリアランスは０．５ｍｍ〜１ｍｍとし、ラッピング定盤２２が回転した際に、円盤治具１６が保持リング２３内で安定して回転できるようにした。ラッピング定盤２２は錫製を使用し、研磨剤は平均粒子径３μｍのダイヤモンドを使用した。約３０分間の研磨を行うことで、スライス工程で発生させたチッピングが消滅し、研磨面が鏡面となった。
【００２３】
片方の面を研磨後、位置決めブロック１７を反転し円盤治具１６にセットし、反対側の面を同様に研磨した。ダイヤモンド等によるメカニカル研磨は、研磨面を鏡面にすることが可能であるが、加工面に加工変質層が残るためにメカニカル研磨後、ケミカルメカニカルポリッシングを行った。ケミカルメカニカルポリッシングに使用する装置は、研磨装置２１と同様のものを使用し、ラッピング定盤２２の代わりにポリウレタン製の研磨パッドを使用した。研磨スラリーはアルカリ性のコロイダルシリカスラリーを使用し、メカニカル研磨と同様の加工条件で約３０分ラップした。片方の面のケミカルメカニカルポリッシング終了後、反対側の面も同様にメカニカルケミカルポリッシングを行った。両面の研磨終了後、位置決めブロック１７にスタックおよびダミースタックが固定された状態で、円盤治具１６から取りはずし、純水での超音波洗浄行い、位置決めブロックやスタックに付着した研磨スラリーを除去する。洗浄後、引き続き位置決めブロック１７にスタックおよびダミースタックが固定された状態で、（６）スタック端面成膜工程にて成膜治具に装着し反射防止膜の成膜を行う。
【００２４】
次に（７）別部材除去工程の詳細について以下に説明する。スタック複合体を９０℃に加熱したホットプレート上に別部材がホットプレートと接するような姿勢でセットし、ホットメルトが軟化した後に、光波長変換素子をピンセットにて取り外す。この工程により、本発明の光波長変換素子単体が取り出される。
【００２５】
なお、本実施例においては、（６）スタック端面成膜工程を実施後、（７）別部材除去工程を実施したが、成膜装置の性質により、（７）別部材除去工程を実施後、光波長変換素子単体で端面成膜工程を実施しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明にかかる光波長変換素子の製造方法は、光学材料として使用される材料を切断あるいは切削加工する際に発生するチッピングや欠けを防止する効果を有し、特に脆性材料から成る光学材料の加工方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプロセスフローチャート
【図２】本発明の実施の形態１におけるスタックの説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスライスプロセスの説明図
【図４】本発明の実施の形態１における分断溝の説明図
【図５】本発明の実施の形態１における円盤治具の説明図
【図６】本発明の実施の形態１における研磨プロセスの説明図
【図７】従来例のプロセスフローチャート
【図８】従来例のウエハーとスタックのレイアウト図
【図９】従来例のスタックの説明図
【図１０】従来例の光波長変換素子の説明図
【符号の説明】
【００２８】
１  ウエハー
２  スタック
３  スタック端面
４  スタック端面
５  光波長変換素子
６  光波長変換素子
７  電極パターン
８  ダミースタック
９  仮接着面
１０  外周刃切断装置
１１  切断刃物
１２  送り機構
１３  光波長変換素子
１４  溝
１５  チッピング
１６  円盤治具
１７  位置決めブロック
１８  押さえ
１９  弾性体
２０  締め付けねじ
２１  研磨装置
２２  ラッピング定盤
２３  保持リング
２４  強制駆動装置
２５  ある波長を持った光
２６  目的の波長に変換された光
２７  取り付けねじ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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