(57)【要約】【課題】材料、特に脆性材料を所望の形状に加工する除去加工において、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させる。【解決手段】遊離砥粒を拡散させた液体を入れた液槽１４内に被加工物Ｗを配し、液槽の上方に位置決めされたノズル２２より加工液２４を噴出させ、加工液を液体を介して被加工物Ｗの表面に当てることにより、被加工物Ｗの一部を除去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊離砥粒を拡散させた液体を入れた液槽内に被加工物を配し、
前記液槽内に配置されたノズルより加工液を噴出させ、該加工液を前記液体を介して被加工物の表面に当てることにより、被加工物を加工することを特徴とする材料加工方法。
【請求項２】
所定パターンの開口を有するマスクを前記被加工物の表面に配する請求項１に記載の材料加工方法。
【請求項３】
前記マスクがフォトレジストであり、前記開口がフォトリソグラフィーによって形成される請求項２に記載の材料加工方法。
【請求項４】
前記液槽中の遊離砥粒の砥粒番手が＃１０００〜６４０００である請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項５】
前記被加工物が脆性材料である請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項６】
前記ノズルを位置決め手段により水平方向及び／又は垂直方向に移動させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項７】
前記ノズルよりの加工液の噴出方向と被加工物表面とのなす角度を可変とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項８】
加工後に、前記被加工物の加工後の部位と未加工の部位との境界部分にレーザ光又は収束イオンビームを照射し、面取りを施す請求項１〜７のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項９】
前記レーザ光がＵＶレーザ光である請求項１〜８のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項１０】
前記被加工物の未加工の部位の幅が５〜１５μｍである請求項１〜９のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項１１】
前記被加工物がニオブ酸リチウムである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の材料加工方法。
【請求項１２】
槽内に被加工物を配するとともに、前記槽内に遊離砥粒を拡散させた液体を収納する液槽と、
前記液槽内に配置されたノズルより加工液を噴出させ、該加工液を被加工物の表面に当てることができる加工液噴出手段と、
前記ノズル及び／又は被加工物を水平方向及び／又は垂直方向に移動させる位置決め手段と、
を備えることを特徴とする材料加工装置。
【請求項１３】
更に、被加工物の表面又は被加工物の表面に配されるマスクの表面に設けられた位置合わせマークの位置検出が可能な位置検出手段を備える請求項１２に記載の材料加工装置。
【請求項１４】
更に、前記液槽内の液体の液面レベルを一定に保つ液面レベル調整手段を備える請求項１２又は１３に記載の材料加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料加工方法及び加工装置に係り、特に、脆性材料を所望の形状に加工する除去加工を行い、その際に生じるチッピング等の欠陥を少なくするのに好適な材料加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オプトロニクス技術等の進展に伴い、ガラス等の脆性材料（硬脆材料ともいう）に精密加工を施した部材の需要が増えつつある。このような部材をオプトロニクス技術等に光学部品として使用する場合、光の散乱を避ける必要があり、光の波長以下、具体的には０．１μｍ以下の加工精度を要求される場合が多くなっている。
【０００３】
このような例として、たとえば、光導波路型デバイスが挙げられる。このような光導波路型デバイスは、ＬｉＮｂＯ３  （ニオブ酸リチウム）等の単結晶に溝加工を施すことにより形成される。図９は、このような光導波路型デバイスＤの所望の溝形状を示す概念図である。同図に示される溝Ｄ１の幅又は土手Ｄ２の幅は、たとえば１０μｍ前後となる。
【０００４】
このような精度レベルの加工には、たとえば、モールド型を使用した転写加工等は使用できず、従来より、適用できる加工方法としては、ダイシング加工、研削加工が提案されている（特許文献１参照。）。また、機械加工以外の微細加工方法として、フォトリソグラフィー、レーザ加工等も考えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５０９４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の材料加工方法では、品質面（加工精度、欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることが困難であるのが現状である。
【０００７】
すなわち、ダイシング加工、研削加工等によって溝を形成する場合、図１０に示されるように、加工した溝Ｄ１の両測のエッジ部分（いわゆる、土手Ｄ２のへり）にチッピングＤ３を生じることが避けられない。通常、ダイシングブレード、研削砥石の表面に固定されている（埋め込まれている）砥粒の突き出し量は砥粒粒径の約１／３程度であり、加工された被加工物に生じるチッピングのサイズ及び微細クラック（潜傷とも称される）の深さは砥粒粒径の約１／５〜１／３程度であることが経験的に確認されている。
【０００８】
この場合、たとえば、砥粒番手が＃数千番のダイヤモンドブレードを使用したとすれば、チッピングのサイズはμｍレベルとなり、光導波路型デバイスとした際に光の散乱を避けられず、品質不良となってしまう。
【０００９】
一方、チッピングや微細クラックを抑えるべく、砥粒サイズの小さい高番手のブレードを使用することも可能ではあるが、この場合砥粒サイズの微小化に伴い加工速度が極端に低下し、また、研削焼けの発生頻度も増加することが予想され、工業的な生産には不適となる。
【００１０】
更に、ダイシング加工、研削加工等では一般的には直線状の溝加工しかできず、加工形状の自由度が乏しいという問題もある。
【００１１】
また、機械加工以外の微細加工方法として、フォトリソグラフィーの適用は可能ではある。ところが、ガラス等の脆性材料のエッチングは、たとえばフッ酸系のウェットエッチングを採用した場合、等方性のエッチングとなり、アンダーカット（サイドエッチ）が避けられない。また、半導体プロセスに採用されるドライエッチングを採用した場合、エッチングレートが極端に低く、工業的な生産には不適となる。
【００１２】
機械加工以外の他の微細加工方法として、レーザ加工も適用は可能ではあるが、加工速度が極端に低く、工業的な生産には不適となる。
【００１３】
他の微細加工方法として、アブレイシブウオータージェット加工も検討の余地がある。この加工方法は、図１１の斜視図にその概要が示される。同図において、被加工物Ｗの表面に所定パターン（この場合は、Ｖ字パターン）の開口を有するマスク１が密着して配され、ワークテーブル２上に載置されるとともに、４隅をクランプ３、３…によって固定されている。被加工物Ｗの上方Ｌの距離に位置決めされたノズル４より遊離砥粒を拡散させた加工液５を高速で噴出させ、この加工液５を被加工物Ｗの表面に当てる。
【００１４】
このような加工を行いながら、ノズル４を水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動させることにより、マスク１に覆われていない部分の被加工物Ｗが除去されて、被加工物Ｗの表面に所定パターン状の溝７が形成される。
【００１５】
しかしながら、アブレイシブウオータージェット加工においても、次のような問題が生じ、工業的な生産には導入し難い。すなわち、ノズル４先端部の内周形状は加工精度に影響を及ぼすことより、重要であるが、加工して行くに従い、使用する遊離砥粒、たとえばダイヤモンド砥粒によって磨耗し、形状精度の維持が困難である。
【００１６】
また、高精度の加工をする場合、ノズル４先端部の内周径は微小であること（たとえば、数百、数十μｍレベル）が求められるが、微細な砥粒（たとえば、＃１００００以上）により目詰まりを生じ易く、これにより連続した加工が維持しにくいという問題点もある。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、材料、特に脆性材料を所望の形状に加工する除去加工において、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、遊離砥粒を拡散させた液体を入れた液槽内に被加工物を配し、前記液槽内に配置されたノズルより加工液を噴出させ、該加工液を前記液体を介して被加工物の表面に当てることにより、被加工物を加工することを特徴とする材料加工方法、及びこれに使用される加工装置を提供する。
【００１９】
本発明において、ノズルより噴出させる加工液には少量の砥粒を混ぜてもよい。この砥粒は、液体に拡散させた遊離砥粒と同種のものでも、異なるものでもよい。しかし、ノズルより噴出させる加工液には砥粒が含まれていないことが好ましい。すなわち、本発明によれば、ノズルより加工液を噴出させ、この加工液を液槽内の遊離砥粒を拡散させた液体を介して被加工物の表面に当てて加工を行う。したがって、ノズル先端の内周部が砥粒により磨耗することはない。また、ノズルの目詰まりも生じない。これにより、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工が行える。
【００２０】
本発明において、所定パターンの開口を有するマスクを前記被加工物の表面に配することが好ましい。マスクを使用せず、ノズルより噴出させる加工液のみでも、所定精度の加工が行えるが、マスクを併用すれば、更に高精度の加工が行えるからである。
【００２１】
また、本発明において、前記マスクがフォトレジストであり、前記開口がフォトリソグラフィーによって形成されることが好ましい。このような軟質（たとえば、環化ゴム系のフォトレジスト）のマスク材であれば、噴出される遊離砥粒のマスク材として好適であり、また、フォトリソグラフィーはμｍレベル、サブμｍレベルのパターニングが容易だからである。
【００２２】
そして、遊離砥粒を噴出させて行う加工、たとえば、サンドブラスト加工では、硬質（たとえば、ステンレス薄板）のマスク材よりも軟質（たとえば、ビニールテープ）のマスク材の方が磨耗が少なく好適であることより多用されているからである。
【００２３】
なお、「フォトリソグラフィー」とは、フォトマスクとフォトレジストを使用した感光性樹脂のパターニングを指し、一般的には、レジストコート、プレベーク、露光、現像、ポストベーク等の一連の工程により行われる。
【００２４】
また、本発明において、前記液槽中の遊離砥粒の砥粒番手が＃１０００〜６４０００であることが好ましい。この範囲の砥粒番手の遊離砥粒を使用すれば、精度のよい加工ができるからである。
【００２５】
また、本発明において、前記被加工物の種類は、延性材料、脆性材料、又は、弾性材料、塑性材料等、特に問わないが、被加工物が脆性材料であることが好ましい。このように、切削加工が行えない脆性材料の加工に、本発明の特徴が発揮できるからである。ここで「脆性材料」とは、特定原子間の凝集力として定義される材料の理想的破壊強度σ０  （単位：Ｎ／ｍ２  ）と、微視レベルでのせん断分離に対する理想的滑り強度τ０  （単位：Ｎ／ｍ２  ）との比、σ０  ／τ０  が１未満である材料、すなわち、塑性変形を起こさない材料をいう。
【００２６】
また、本発明において、前記ノズルを位置決め手段により水平方向及び／又は垂直方向に移動させることが好ましい。このように、位置決め手段によりノズルを移動できれば、任意のパターン加工が行えるからである。
【００２７】
また、本発明において、前記ノズルよりの加工液の噴出方向と被加工物表面とのなす角度を可変とすることが好ましい。たとえば、加工する溝の下隅部の断面形状を小さいＲ形状（たとえば、０．１Ｒ）の直角とする場合、加工液の噴出方向を被加工物に垂直にした構成では加工が困難である。このような場合でも、加工液の噴出方向と被加工物表面とのなす角度を可変とできれば、所望の形状精度が得られるからである。
【００２８】
また、本発明において、加工後に、前記被加工物の加工後の部位と未加工の部位との境界部分にレーザ光又は収束イオンビームを照射し、面取りを施すことが好ましい。既述のように、本発明によれば、チッピング等の欠陥のない高品質の加工が達成できるが、加工条件によっては、多少の欠陥（チッピング等）を生じることはある。その場合であっても、レーザ光の照射、好ましくはＵＶレーザ光（紫外線の波長領域のレーザ光）又は収束イオンビームの照射によって面取りを施すことができれば、チッピング等の欠陥のない高品質の加工が達成できるからである。
【００２９】
また、本発明において、前記被加工物の未加工の部位の幅が５〜１５μｍであることが好ましい。このような土手幅の加工において、本発明の有利な特徴が発揮できるからである。
【００３０】
また、本発明において、前記被加工物がニオブ酸リチウムであることが好ましい。このように、ニオブ酸リチウムの単結晶に溝加工を施すことにより形成される光導波路型デバイスの加工において、本発明の有利な特徴が発揮できるからである。
【００３１】
また、本発明において、更に、被加工物の表面又は被加工物の表面に配されるマスクの表面に設けられた位置合わせマークの位置検出が可能な位置検出手段を備えることが好ましい。このような位置合わせマークの位置検出が可能な位置検出手段を備えていれば、噴出させる加工液の位置決め精度が向上し、被加工物の加工精度が向上するからである。
【００３２】
また、本発明において、更に、前記液槽内の液体の液面レベルを一定に保つ液面レベル調整手段を備えることが好ましい。加工液の噴出に従って液槽内の液面レベルが徐々に上昇するが、ノズルの先端が液面レベルより上にある場合、これにより加工条件が変化する。この場合であっても、このように液槽内の液面レベルを一定に保つことができれば、被加工部位の加工条件が常に一定の状態に維持でき、その結果、被加工物の加工精度が向上するからである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る材料加工方法及び加工装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明の材料加工装置の概要を示す斜視図であり、図２は、図１の要部を示す概念図である。
【００３４】
図１に示されるように、材料加工装置１０は、上面にテーブルを有する装置架台１２と、装置架台１２の上面に配される液槽１４と、装置架台１２の上面に液槽１４を挟んで配される門形支柱１６と、門形支柱１６に支持される位置決め手段１８と、位置決め手段１８に支持される加工液噴出手段２０等より構成される。
【００３５】
位置決め手段１８は、３個の直動位置決め手段１８Ｘ、１８Ｙ及び１８Ｚを組み合わせて構成される。いずれの直動位置決め手段もスライドベースとボールねじとモータを組み合わせて構成され、各モータを後述するコンピュータ３６で制御することにより、それぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に高精度の位置決めができるようになっている。高精度の加工が求められる場合には、位置決め手段１８の位置決め精度がサブμｍレベルである構成が好ましい。なお、直動位置決め手段１８Ｘ、１８Ｙ及び１８Ｚの構成はこの例に限定されず、他の構成も採用できる。
【００３６】
加工液噴出手段２０の先端（下端）にはノズル２２が固定され、このノズル２２より加工液２４が噴出可能となっている。加工液２４の噴出のオンオフはバルブ２６により切り換えられる。バルブ２６にはエアコンプレッサ３０が接続されており、エアコンプレッサ３０から供給される空気圧によりバルブ２６が駆動される。
【００３７】
加工液２４は高圧ポンプ３２及び図示しない加工液タンクより加工液噴出手段２０に供給される。高圧ポンプ３２としては、高圧プランジャポンプ、アブレイシブウオータージェット加工に使用されている高圧ポンプ、超高圧ポンプ等、公知の各種ポンプが採用できる。
【００３８】
材料加工装置１０の各構成要素にはコンピュータ３６が接続されており、このコンピュータ３６により加工液２４の噴出タイミング、位置決め手段１８による加工液噴出手段２０の駆動、後述する試料台４０の傾斜角度制御等がなされる。なお、図１においては、位置決め手段１８が制御される構成のみが図示されている。すなわち、既述のように、３個の直動位置決め手段１８Ｘ、１８Ｙ及び１８Ｚがモータドライバー３４を介してコンピュータ３６により制御される。
【００３９】
図２において、液槽１４の底部には試料台４０が固定されている。この試料台４０は、液槽１４の底部に固定される基台４２と、上面に被加工物Ｗを固定するとともに、左端の傾斜角度設定手段４４を介して基台４２と連結される試料テーブル４６とで構成される。そして、試料台４０の試料テーブル４６の傾斜角度（すなわち、ノズル２２よりの加工液２４の噴出方向と被加工物Ｗ表面とのなす角度）は、コンピュータ３６により制御される。
【００４０】
次に、材料加工装置１０を使用した材料加工方法について説明する。液槽１４に入れる遊離砥粒を拡散させた液体の溶媒としては、特に制限はない。被加工物Ｗを腐食させたり、変質させたりせず、引火性、有毒性等、安全面での懸念を生じさせず、遊離砥粒を拡散させることができるものであれば使用できる。一般的には水を主体とすればよいが、被加工物Ｗ及び遊離砥粒の特性によっては、分散剤を添加して、遊離砥粒の分散性を向上させたり、潤滑剤（いわゆる、クーラント）を添加して遊離砥粒の摩滅を低減させたり、増粘剤を添加して粘度を調整して被加工形状を変化させたり、各種の効果を持たせることもできる。分散剤としては、たとえば、アルキルフェノール等の界面活性剤が使用できる。
【００４１】
液槽１４に入れる液体に拡散させる遊離砥粒としては、各種の研磨材が使用できる。具体的には、ダイヤモンド、コランダム、ルビー、エメリー、ガーネット、パーミサイト、珪藻土、トリポリ、Ａ砥粒（褐色アルミナ）、ＡＥ砥粒（人造エメリー）、ＡＺ砥粒（アルミナジルコニア）、Ｃ砥粒（黒色炭化珪素）、ｃＢＮ（六方晶窒化ほう素）、ＧＣ砥粒（緑色炭化珪素）、ＨＡ砥粒（解砕形アルミナ）、ＰＡ砥粒（淡紅色アルミナ）、ＷＡ砥粒（白色アルミナ）、ＷＣ砥粒（タングステンカーバイト）、酸化セリウム等が使用できる。
【００４２】
遊離砥粒の粒度としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、たとえば、ＬｉＮｂＯ３  （ニオブ酸リチウム）等の単結晶に溝加工を施すことにより光導波路型デバイスを形成する場合には、ＧＣ砥粒（緑色炭化珪素）で番手が＃１０００〜６４０００のものが好ましく使用できる。
【００４３】
遊離砥粒の濃度としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できる
ノズル２２より噴出させる加工液２４としては、特に制限はないが、異物の存在により液槽１４の液体を汚染させたり、加工形状に誤差を生じさせない点より、純水が好ましく採用できる。
【００４４】
ノズル２２の内径（孔径）としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、一般的には、０．０５〜１０ｍｍの範囲が採用できる。
【００４５】
ノズル２２の内径の形状としては、円弧状が一般的であるが、これ以外の形状も採用できる。たとえば、幅が０．２ｍｍで長さが５０ｍｍのスリット形状も使用できる。内径が円弧状のノズルではスキャンしなければならない加工形状であっても、このような形状のものであれば、スキャンが不要となる。また、内径を星形形状とし、砥粒の巻き込み促進を図る構成も採用できる。
【００４６】
ノズル２２の先端と被加工物Ｗの加工部位との距離としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、一般的には、０．０５〜３０ｍｍの範囲が採用できる。この距離が０．０５ｍｍ未満であると、加工液２４を遊離砥粒を拡散させた液体を介して被加工物Ｗの表面に当てる際に、巻き込む遊離砥粒の量が少なく、加工速度が極端に遅くなり不適であり、一方、この距離が３０ｍｍ超であると、加工液２４が遊離砥粒を拡散させた液体中に拡散してしまい、加工速度が遅くなるとともに、加工精度も劣るからである。
【００４７】
ノズル２２先端での吐出圧力としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、一般的には、０．１〜３００ＭＰａの範囲が採用できる。吐出圧力が０．１ＭＰａ未満であると、加工速度が極端に遅くなり不適であり、一方、吐出圧力が３００ＭＰａ超であると、装置面で制約を受けるからである。
【００４８】
試料台４０の試料テーブル４６の傾斜角度としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、一般的には、０〜８５度の範囲が採用できる。ここで、０度とは、ノズル２２よりの加工液２４の噴出方向が被加工物Ｗの表面に垂直に当ることを意味する。したがって、傾斜角度が８５度とは、水平に非常に近づいた状態である。傾斜角度が８５度超では、加工が殆どなされない状態となる。
【００４９】
なお、傾斜角度が８５度近傍の水平に非常に近づいた状態では、加工速度が非常に小さくなるが、砥粒による加工深さが小さくなり、被加工物Ｗが脆性材料であっても延性モード（塑性モード）の加工ができるという特徴が出せる。
【００５０】
被加工物Ｗの表面に所定パターンの開口を有するマスクを配する場合、このマスクにフォトレジストを使用し、開口をフォトリソグラフィーによって形成する際に使用するフォトレジストとしては、環化ゴム系のネガタイプのフォトレジストが好ましく使用できる。このようなフォトレジストとしては、たとえば、東京応化社製のもの、商品名：ＯＭＲ８３や、ＨＵＮＴ社製のもの、商品名：ＷａｙＣｏａｔ等が使用できる。なお、環化ゴム系以外のフォトレジストやポジタイプのフォトレジストであっても使用できる。
【００５１】
被加工物Ｗの表面に所定パターンの開口を有するマスクを配する場合、このマスクに図１１に示されるマスク１のような板状体を使用するとき、このマスクの材質としては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、たとえば、セラミックス板等の表面にダイヤモンド膜を蒸着等により形成したもの、金属板、セラミックス板等の表面にダイヤモンド・ライク・カーボン膜を蒸着等により形成したもの、ＷＣのような超鋼合金、硬質セラミックス、アルミナ、金属板等が使用できる。また、パターン精度によっては、ゴム、樹脂（たとえば、ＵＶ硬化型粘着剤塗布フィルム）等の有機材料も使用できる。
【００５２】
この際のマスクの厚さとしては、被加工物Ｗの材質、砥粒の材質、被加工物Ｗの加工形状（加工精度）、加工速度等に応じて任意に選択できるが、一般的には、０．２５〜１０ｍｍの範囲が採用できる。マスクの厚さが０．２５ｍｍ未満であると、マスクのライフが極端に短くなり不適であり、一方、マスクの厚さが１０ｍｍ超であると、パターン精度が極端に劣るからである。
【００５３】
なお、マスクの厚さをマスクの浸食速度と被加工物Ｗの加工速度との比を目安として選択するのも一つの指標として採用できる。
【００５４】
板状体のマスクとして硬質セラミックス、アルミナ又は樹脂（たとえば、ＵＶ硬化型粘着剤塗布フィルム）等を使用する場合、マスクに所定パターンの開口を形成する手段としては、ＵＶレーザ照射装置を使用する加工方法が採用できる。このような加工方法であれば、所望の精度が得やすい。すなわち、ＵＶレーザ照射装置は集光スポットを約０．１μｍ近傍まで絞ることが可能であり、精密光学部品に要求される精度を満たすマスクを形成できる。
【００５５】
被加工物Ｗの表面に所定パターンの開口を有する板状体のマスクを配する場合、被加工物Ｗと板状体のマスクとの間に隙間を生じないことが好ましい。この間に隙間を生じた場合、遊離砥粒がマスクの裏面に回り込みアンダーカットを生じる懸念があるからである。なお、マスクにフォトレジストを使用する場合には、この懸念は生じない。被加工物Ｗとフォトレジストとが密着（接着）しているからである。
【００５６】
したがって、被加工物Ｗと板状体のマスクとの接する面の表面粗さは極力小さくしておくことが好ましい。具体的には、被加工物Ｗと板状体のマスクとの接する面の表面粗さがＲｙで０．５μｍ以下であることが好ましく、Ｒｙで０．１μｍ以下であることが更に好ましい。
【００５７】
以上の加工液噴出手段２０による加工後に、被加工物Ｗの加工後の部位、すなわち溝Ｗ１、Ｗ１と、未加工の部位、すなわち土手Ｗ２との境界部分（エッジ部分）にレーザ光を照射し、面取りを施すことが好ましい。既述のように、本発明によれば、チッピング等の欠陥のない高品質の加工が達成できるが、加工条件によっては、図３に示されるような多少のチッピングＷ３等を生じることはある。その場合であっても、レーザ光の照射、好ましくはＵＶレーザ光（紫外線の波長領域のレーザ光）の照射によって面取りを施すことができれば、図４に示されるように、チッピング等の欠陥のない高品質の加工が達成できるからである。
【００５８】
なお、この場合、図４に示されるように土手の上端が断面Ｒ形状となっているが、たとえば被加工物Ｗを光導波路型デバイスに使用した際の性能劣化は生じさせない。すなわち、エッジ部分にチッピングＷ３が存在すると、通光させた際にこの部分で乱反射を生じ、伝播光が減衰するとともに、ノイズを発生させることとなるが、土手Ｗ２の上端が断面Ｒ形状であっても滑らかな表面であれば、光は全反射し、伝播光の減衰、ノイズの発生は低減される。
【００５９】
この加工に使用されるＵＶレーザ光用のレーザ照射装置５０としては、たとえば、最大出力が３Ｗで、波長が３３５ｎｍ、発振周波数が最大１００ｋＨｚのものが採用できる。そして、被加工物ＷにＬｉＮｂＯ３  （ニオブ酸リチウム）を使用した場合、レーザ照射装置５０よりのビームスポットサイズを径６μｍ、パルス発振時間を４０ｎ秒、出力を最大出力の５０〜６０％とし、ビームの移動速度を１００ｍｍ／分以下とすれば０．２〜０．５μｍのサイズのチッピングＷ３の除去が可能である。
【００６０】
この加工には、被加工物Ｗの材質によってはＵＶレーザ光以外のレーザ光又は収束イオンビーム（ＦＩＢ）も好適に使用できる。ＵＶレーザ光以外のレーザ光としては、赤外域（波長が８００〜５０００ｎｍ）のレーザ光、可視光領域（波長が４００〜８００ｎｍ）のレーザ光、フェトム秒レーザ光（発振時間の短いパルスレーザ光）が使用できる。
【００６１】
また、ガリウム（Ｇａ）イオンの収束イオンビーム（ＦＩＢ）も、ビームスポットサイズを径０．２μｍまで絞ることができ、好適に使用できる。収束イオンビームの装置としては、たとえば、電圧が５〜３０ｋＶで、電流が１ｐＡ〜１１ｎＡのものが採用できる。
【００６２】
このように、材料加工装置１０によれば、ノズル２２より噴出させる加工液２４には砥粒が含まれていない。したがって、ノズル先端の内周部が砥粒により磨耗することはない。また、ノズルの目詰まりも生じない。更に、遊離砥粒の個々の粒子の加工能力は非常に小さいので、チッピング等の欠陥を発生させにくい。また、多少のチッピング等を生じることがあっても、ＵＶレーザ光の照射によって面取りを施すことができ、欠陥のない高品質の加工が達成できる。
【００６３】
次に、本発明の材料加工装置を生産に適用した例について説明する。図１及び図２に示される構成では、試料台４０及び被加工物Ｗが液槽１４内部に配されたままの状態が示されているが、図５（ａ）〜（ｆ）には生産に適用した例が示されている。
【００６４】
図５（ａ）において、液槽１４には遊離砥粒を拡散させた液体が入っていない。この状態で、試料台４０に被加工物Ｗをセットする。次いで、図５（ｂ）において、液槽１４に遊離砥粒を拡散させた液体が入れられる。そして、図５（ｃ）に示されるように、図１、２の加工液噴出手段２０による加工が行われる。
【００６５】
その後、図５（ｄ）において、液槽１４より遊離砥粒を拡散させた液体が抜かれる。そして、図５（ｅ）に示されるように、加工液噴出手段２０による洗浄が行われる。この際の加工液２４の噴出圧力は加工時よりも小さくし、かつ加工液２４の流量を増加させることが好ましい。なお、加工液噴出手段２０を兼用せず、別途の洗浄ノズル等を設ける構成であってもよい。そして、図５（ｆ）に示されるように被加工物Ｗを取り外し、以降、このサイクルを繰り返す。
【００６６】
次に、図６〜図８に示されるような、更に連続生産を想定した各例について説明する。図６〜図８のいずれの図も、正面図（正立した状態）で示してあり、また、理解の便宜のため、試料テーブル４６等の一部の構成部分は図示を省略してある。いずれの方式も液槽１４の外部で被加工物Ｗがセットされ、次いで液槽１４内で加工が行われ、その後、液槽１４の外部で被加工物Ｗが取り外される。
【００６７】
図６に示される材料加工装置６０において、ロータリーインデックス方式で被加工物Ｗが搬送されている。すなわち、時計座標の３時の位置のワーク供給ステーション６２において被加工物Ｗがセットされ、次いで、時計座標の６時の位置において、液槽１４内で加工が行われ、時計座標の９時の位置の洗浄ステーション６４において洗浄され、時計座標の１２時の位置のワーク取り出しステーション６６において被加工物Ｗが取り外される。なお、液槽１４には、矢印１５Ａで示される向きで、遊離砥粒を拡散させた液体の供給と排出が行われている。
図７に示される材料加工装置７０において、液槽１４が長寸となっており、この中で複数の被加工物Ｗが搬送される構成となっている。被加工物Ｗの搬送は、長円状の軌跡を採る方式であるが、基本的な動作は、図６に示される材料加工装置６０と略同様である。従って詳細な説明は省略する。
【００６８】
なお、材料加工装置７０において、同様の構成のワーク供給ステーション７２、洗浄ステーション７４及びワーク取り出しステーション７６が採用されている。
【００６９】
図８に示される材料加工装置８０において、図７の構成と同様に、液槽１４が長寸となっており、この中で複数の被加工物Ｗが搬送される構成となっている。図７の構成と同様に、被加工物Ｗの搬送は、長円状の軌跡を採る方式であるが、被加工物Ｗがパレット８１に固定され、液槽１４内でのパレット８１の搬送がコンベア８３によって行われ、液槽１４外でのパレット８１の搬送がコンベア８５によって行われる点が相違する。、
但し、基本的な動作は、図６及び図７に示される材料加工装置６０、７０と略同様である。従って詳細な説明は省略する。なお、材料加工装置８０において、同様の構成のワーク供給ステーション８２、洗浄ステーション８４及びワーク取り出しステーション８６が採用されている。
【００７０】
以上、本発明に係る材料加工方法及び加工装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００７１】
たとえば、図１及び図２に示される本実施の形態では、被加工物Ｗの表面又は被加工物Ｗの表面に配されるマスクの表面に設けられる位置合わせマークの位置検出が可能な位置検出手段が図示されていないが、このような位置合わせマークの位置検出が可能な位置検出手段を備えている構成とする態様も採用できる。特に高精度の加工形状が求められる場合には、このような位置検出手段が必須となる。位置検出手段の構成としては、顕微鏡鏡筒、ＣＣＤ等を組み合わせた公知の各種手段が採用できる。そして、位置検出結果を位置決め手段１８にフィードバックして、加工液噴出手段２０の（又は被加工物Ｗの）位置決めを行うことが好ましい。
【００７２】
また、図１及び図２に示される本実施の形態では、液槽１４に付属する設備が図示されていないが、たとえば液槽１４内の液体の液面レベルを一定に保つ液面レベル調整手段を備えている構成とする態様も採用できる。この場合、加工液２４の噴出によって増加した液体は、バッファタンク等に保存して再利用する構成とすることが好ましい。
【００７３】
更に、加工液２４の噴出によって液槽１４内の液体量が増加し、これに伴い遊離砥粒の濃度が徐々に低下し、これにより加工条件が変動する懸念もある。これに対処すべく、砥粒の濃度調整手段を設ける構成とする態様も採用できる。具体的には砥粒の濃度をモニタするか、増加した液体量により砥粒の濃度を計算し、液槽１４に徐々にその分の遊離砥粒を追加する構成が考えられる。
【００７４】
なお、この砥粒の濃度調整手段と前記の液面レベル調整手段とを併用する場合、バッファタンク等に保存して再利用する液体の砥粒濃度を、脱水手段（たとえば強制的に蒸発させる構成）等により再度調整することが好ましい。
【００７５】
また、使用後の遊離砥粒は磨耗して粒度分布が変化することより、これを再度分級して、磨耗して微小になった砥粒を除去するとともに、新規の砥粒を追加して粒度分布を適正化する粒度分布調整手段を設けることもできる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ノズルより噴出させる加工液には砥粒が含まれていない。すなわち、ノズルより加工液を噴出させ、この加工液を液槽内の遊離砥粒を拡散させた液体を介して被加工物の表面に当てて加工を行う。したがって、ノズル先端の内周部が砥粒により磨耗することはない。また、ノズルの目詰まりも生じない。これにより、品質面（加工精度、チッピング等の欠陥のないこと）とコスト面（加工速度、装置コスト）との両方を満足させることができる材料加工が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の材料加工装置の概要を示す斜視図
【図２】図１の要部を示す概念図
【図３】レーザ光を照射し、面取りを施している状態を示す概念図
【図４】レーザ光照射後の状態を示す概念図
【図５】本発明の材料加工装置を生産に適用した例を示す概念図
【図６】本発明の材料加工装置を生産に適用した他の例を示す概念図
【図７】本発明の材料加工装置を生産に適用した更に他の例を示す概念図
【図８】本発明の材料加工装置を生産に適用した更に他の例を示す概念図
【図９】所望の溝形状を示す概念図
【図１０】従来の加工法による溝形状を示す概念図
【図１１】従来のアブレイシブウオータージェット加工方法概要を示す斜視図
【符号の説明】
１０…材料加工装置、１２…装置架台、１４…液槽、１６…門形支柱、１８…位置決め手段、２０…加工液噴出手段、２２…ノズル、２４…加工液、４０…試料台、４２…基台、４６…試料テーブル、５０…レーザ照射装置、Ｗ…被加工物
【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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【図１１】
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