(57)【要約】【課題】結晶材料を切断した状態で、あるいは球形加工する前に、その結晶軸を示唆する目印を材料内部に形成してから球状加工を行い、球形加工した後でも消えない結晶軸方向を示唆する刻印を結晶球に形成しておくことで、材料の結晶軸同定作業が１回で済み、且つ研磨工程等の表面加工を含む後工程においてもその刻印を基準に製造することができる異方性透明固体材料や、製造された球状弾性表面波素子、非常に高速で簡便に結晶球を使った球状弾性表面波素子の結晶軸を示す刻印を形成する方法を提供する技術が望まれていた。【解決手段】透明性と異方性を有する固体材料に、レーザー光を用い該固体材料の内部に方位軸を示す刻印を施したことを特徴とする異方性透明固体材料を提供する。【選択図】図１
2005150496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性と異方性を有する固体材料に、レーザー光を用い該固体材料の内部に方位軸を示す刻印を施したことを特徴とする異方性透明固体材料。
【請求項２】
前記レーザー光は瞬時パワーがギガワット、パルス幅が１ピコ秒以下の超短パルスレーザーであることを特徴とする請求項１記載の異方性透明固体材料。
【請求項３】
前記刻印は空隙であることを特長とする請求項１または２記載の異方性透明固体材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の異方性透明固体材料を用いて製造された内部に刻印を有する球状弾性表面波素子。
【請求項５】
透明性と異方性を有する球状の固体材料からなる球状弾性表面波素子の製造方法であって、少なくとも以下の工程１から工程３の工程を具備することを特徴とする内部に視認可能な方位軸を刻印された球状弾性表面波素子の製造方法。
工程１．１つの結晶方位について一定の角度を保つ平面を有した異方性透明固体材料に対し、レーザー光を照射して前記異方性透明固体材料内部に少なくとも１つの方位に関して視認可能な方位軸を刻印する工程
工程２．前記異方性透明固体材料をチップ状に切り出す工程
工程３．前記チップ状の異方性透明固体材料を、内部に工程１で刻印した方位軸を残しながら球状に加工する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明固体材料の内部加工に係わり、詳しくは、結晶材料などの異方性を有する材料の表面に損傷を与えることなく簡便に結晶軸の方向が明らかになる異方性透明固体材料、球状弾性表面波素子およびその製造方法に関する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材上に弾性表面波を発生させるとともに基材上に発生された弾性表面波を受信するものとして弾性表面波素子は従来から良く知られている。弾性表面波素子とは圧電体上に１対の櫛形電極が設けられていて、一方の櫛形電極に高周波電圧を供給することにより一方の櫛形電極の並んでいる方向に弾性表面波を発生させ、他方の櫛形電極が一方の櫛形電極から発生される弾性表面波の移動方向に配置されていて上記弾性表面波を受け取るというものである。弾性表面波素子は、遅延線，発信機の為の発振素子及び共振素子、周波数を選択する為のフィルター、化学センサー、バイオセンサー、またはリモートタグ等に使用されている。
【０００３】
このような弾性表面波素子において１対の櫛形電極相互間を弾性表面波が伝搬する際の伝搬損失を出来る限り小さくし、共振周波数の精度を高める為の一つの提案として、特許文献１に示すような球状弾性表面波素子がある。このような球状弾性表面波素子においては、基材として異方性のある圧電結晶球を用いるため、結晶球表面においてどの結晶軸に対してどの位置にすだれ状電極（櫛型電極）を設けるかで、発生する弾性表面波やその伝搬速度に大きな違いが生じてしまう。しかし、圧電結晶球を基材にし、その表面にすだれ状電極などを形成して球形の弾性波デバイス（素子）を作成する際に、圧電結晶材料を球形加工すると、その形状により結晶軸方向を見定める事が困難になり、素子の製造にかかせないパターニングや素子の加工を行うために１個１個の結晶球について結晶方向を測定しなくてはならず、特にＸ線などの測定に時間のかかる方法を採用した場合には装置も高価で、生産速度があがらないという問題があった。
【０００４】
結晶球の結晶方位測定方法として一般に考えられるのは、Ｘ線ラウエ法と呼ばれる方法が一般的である。
【０００５】
単結晶材料が育成される際には結晶独自の結晶成長速度の結晶方位への依存から単結晶の形から判別出来ることが多いが、一旦結晶球として球形加工されてしまうと、その形状から結晶軸を同定する事は出来なくなる。
【０００６】
Ｘ線ラウエ方法とは、Ｘ線ビームを結晶の或る方向から照射すると、結晶を構成する原子の配列に従ってＸ線がその結晶面に従った方向に反射される事から、その反射Ｘ線のパターンから結晶方向を測定するもので、水晶発振子の材料切り出し工程等で多く用いられている。
【０００７】
球形加工された結晶球の結晶軸測定方法として、図２に示す光の旋回物性を利用した方法がある。特に水晶やＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などにおいて、図２（Ａ）に示す方法でＺ軸方向に偏光させた光を入射して透過した光を別個の偏光板を通して観察すると、結晶材料の持つ光の旋回性と、球形としての幾何学的特徴から同心円状のマーク（図２（Ｂ））が現れる。このマークが球の中心に見える方向がＺ軸方向と判断する事が出来る。この方法の欠点は、Ｚ軸方向の測定には用いる事が出来るが、例えば水晶のＸ結晶軸あるいはＹ結晶軸をこれによって測定する事は出来ないことにある。また、Ｚ軸の向きまでは判定できないため、裏表が重要になるような結晶球には対応できないという問題がある。
【０００８】
結晶材料を結晶球に加工する一般的な方法を図３を用いて説明する。
【０００９】
多くの結晶球を取り出す為の図示しない結晶材料からのウエハー材１の切り出しが行われる。
【００１０】
塊状の結晶材料は図３（Ａ）の如く例えば結晶軸のＺ方向に垂直な面で一旦平面板に切断される。このウエハー材１をＺカット結晶基板と呼ぶ。このＺカット結晶基板は更に細かく切断されて、図３（Ｂ）に図示するように多数の多角柱チップ（ここでは立方体チップ）に切り落とされる。次いで、図示しない工程で角が取り除かれて、最終的に図示しないイマハシ式丸玉研磨機と呼ばれる、球形の溝の中を圧力をかけられながら回転させて徐々に尖った部位を削り取る。
【００１１】
あるいは最後は適当な研磨物と共に材料を混合し、長時間かき混ぜる事で自然と材料相互間で衝突し、あるいは研磨剤との摩擦によって角がとれて結晶球３にするものである。
【００１２】
一般に、このような方法を用いて結晶球３を作成する際には、当初の立方体あるいは荒削りした角を取った個々の結晶材料の直径は、目標とする結晶球３の直径の概ね１．４倍の大きさが必要であり、図３（Ｃ）に示すように真球状に作り込まれる。
【００１３】
図４に示すように、新しい弾性表面波デバイスの一つとして球状弾性表面波素子４がある。球状弾性表面波素子４は圧電材料でできた円環状に連続する表面に弾性表面波４１を発生して多重周回させるもので、円環状表面を弾性表面波４１が伝搬する際に、その表面に付着する物質などによって周回速度が変化するのを電気的に測定するセンサーとして期待されている。弾性表面波４１が結晶球３の表面を周回して伝搬する為には結晶で決まった方位を軸として弾性表面波を励起する必要がある。この為に、結晶球３の結晶方位により決まった特定の角度に弾性表面波４１を励起検出するすだれ状電極４２をホトリソグラフィーなどの方法を用いて形成しなくてはならない。
【００１４】
球状弾性表面波素子４は、例えば、水晶のＺ軸シリンダーと呼ばれる円環状経路４３を弾性表面波４１を周回させる方法においては、図４（Ｂ）に示すように、その円環領域を外れた部位４４（円環経路を赤道とすると極に相当する付近）を削っても周回特性に大きな影響を与えない事が知られている。その為、この部分を平らに削って他のＩＣチップ等の電子部品、あるいはすだれ状電極４２の結線スペースとして利用する、あるいは基板に固定する為の面として利用が望まれてきた。この極の平面の加工方法としては、樹脂などで固めた状態で樹脂ごと研磨する方法が用いられているが、微細物の高い平面精度での研磨は難しくコスト高になる問題を持っていた。
【００１５】
以上、詳細に述べたように、結晶球３の結晶軸を高い精度で決定することが要求されているが、簡便で低コストの方式が見いだせていなかった。
【００１６】
本発明では、結晶球３内部に刻印を残し、結晶軸を視認により判定するための方法を提案している。結晶軸を示す刻印はウエハー材１あるいは多角柱チップ２の表面に行っても研磨により消えてしまうため、結晶球３の内部に刻印する必要がある。しかし円環部分に刻印を残すと不良品となるため、透明体の表面に損傷を与えることなくマイクロメートルオーダーで透明体内部の微小部分のみに刻印しなければならない。
【００１７】
特に、近年、透明材料の内部加工では、超短パルスレーザーの有用性が研究報告されており、非特許文献１に示すように、屈折率を変えることで光導波路を形成したり、特許文献２に示すように、硝子内部にマイクロドットを形成することが可能である。
【００１８】
本発明による刻印方法は、上記の超短パルスレーザーの基本特性利用に基づいている。
【００１９】
公知文献は以下の通り。
【特許文献１】特開２００２−２６６８８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８６１号公報
【非特許文献１】緑川克美、「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌  Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
結晶材料を切断した状態で、あるいは球形加工する前に、その結晶軸を示唆する目印を材料内部に形成してから球状加工を行い、球形加工した後でも消えない結晶軸方向を示唆する刻印を結晶球に形成しておくことで、材料の結晶軸同定作業が１回で済み、且つ研磨工程等の表面加工を含む後工程においてもその刻印を基準に製造することができ、非常に高速で簡便に結晶球を使った球状弾性表面波素子の結晶軸を示す刻印を形成することが出来る材料およびこの材料を用いた球状弾性表面波素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決する為に、まず本発明の第１の発明は、透明性と異方性を有する固体材料に、レーザー光を用い該固体材料の内部に方位軸を示す刻印を施したことを特徴とする異方性透明固体材料を提供するものである。
【００２２】
これによって、従来のような素子の製造に欠かせないパターニングや素子の加工を行うために１個１個の結晶球について結晶方向をＸ線ラウエ法などの高価で時間のかかる測定を不要とすることが出来る。
【００２３】
また、本発明の第２の発明は、前記レーザー光は瞬時パワーがギガワット、パルス幅が１ピコ秒以下の超短パルスレーザーであることを特徴とする請求項１記載の異方性透明固体材料を提供するものである。
【００２４】
これによって、材料による光吸収特性問題を解決できる。
【００２５】
また、本発明の第３の発明は、前記刻印は空隙であることを特長とする請求項１または２記載の異方性透明固体材料を提供するものである。
【００２６】
また、本発明の第４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の異方性透明固体材料を用いて製造された内部に刻印を有する球状弾性表面波素子を提供するものである。
【００２７】
また、本発明の第５の発明は、透明性と異方性を有する球状の固体材料からなる球状弾性表面波素子の製造方法であって、少なくとも以下の工程１から工程３の工程を具備することを特徴とする内部に視認可能な方位軸を刻印された球状弾性表面波素子の製造方法を提供するものである。
【００２８】
工程１．１つの結晶方位について一定の角度を保つ平面を有した異方性透明固体材料に対し、レーザー光を照射して前記異方性透明固体材料内部に少なくとも１つの方位に関して視認可能な方位軸を刻印する工程
工程２．前記異方性透明固体材料をチップ状に切り出す工程
工程３．前記チップ状の異方性透明固体材料を、内部に工程１で刻印した方位軸を残しながら球状に加工する工程
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
【００３０】
結晶方位の知られた表面を有する単結晶材料等の異方性透明固体材料の方位を視認するために、その表面からパルス幅がナノ秒以下のエネルギービームを照射して、表面を損傷
することなく、その異方性透明固体材料の内部に刻印し、加工した後にもその刻印の少なくとも一部は残すことで、従来のような素子の製造にかかせないパターニングや素子の加工を行うために１個１個の結晶球について結晶方向をＸ線ラウエ法などの高価で時間のかかる測定を不要とすることが出来る。
【００３１】
異方性透明固体材料内部への刻印を作る工程は、ウエハー材が複数の多角柱チップに、あるいは棒状の材料が円柱もしくは多角柱チップに切断されるより前に行うことで、材料の結晶軸同定作業が１回で済み、且つ後工程においてもその刻印を基準に製造することができる。本発明の異方性透明固体材料は結晶球内部の任意の座標に任意の数の空隙を形成したものであるので、単に結晶軸の存在を示すだけでなく、その方向や、複数の結晶軸の方位も刻印することが可能である。これらの情報にしたがって球状弾性表面波素子への加工を行えば、例えば水晶材料では、すだれ状電極形成位置に大きな影響を及ぼし、その形成位置がずれると弾性表面波の伝搬速度に著しい違いが現れてしまうＸ軸、Ｙ軸の方位の判断も容易に行うことができる異方性透明固体材料となる。
【００３２】
刻印となる空隙もしくは空隙の集合を形成するエネルギービームは、空隙発生位置において高エネルギー密度となるレーザービームであり、瞬時パワーがギガワットでそのパルス幅が１ピコ秒以下のパルスレーザー（以下、超短パルスレーザー、あるいはフェムト秒レーザーという）によって発生されるので、材料による光吸収特性問題もなく、材料表面に損傷を与えることなく、異方性透明固体材料内部のみに極めて微細な刻印が簡便に出来るので、方位軸特定精度が高くなる。
【００３３】
さらに、異方性透明固体材料表面上に刻印を形成し、その異方性透明固体材料を加工して球基材を製造するにおいて、前記方位面の刻印された表面の少なくとも一部を残すようにして結晶球を製造することで、安価で簡便な検出方法で結晶軸を特定できるようになり、生産性が著しく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図を用いて本発明に係る異方性透明固体材料、球状弾性表面波素子およびその製造方法を説明する。
【００３５】
本発明で述べる刻印とは、対象となる固体材料に３次元的な座標を記録すること、あるいはその座標をいい、具体的にはレーザー光の照射を行い、当該固体材料に対し決定した任意の方位軸を、顕微鏡等の装置を用いる程度の視認により固体材料の外形状と空隙形成位置の相対的な比較を行って読み取ることができるような空隙を形成することである。
【００３６】
本発明で述べる方位軸とは、対象となる固体材料における３次元的な空間座標情報をいい、当該固体材料中における異方性の方向だけでなく、例えば互いに直交するＸＹＺの３軸のように、当該固体材料中における異方性の方向とは必ずしも並行ではない人為的に決定した軸も含む。
【００３７】
従って、方位軸を刻印するといえば、対象となる固体材料に視認可能なしるしをつける（刻印する）ことによって固体材料の左右、裏表などの向き（方位軸）を、見ただけで判定できるようにすることである。
【００３８】
本発明の異方性透明固体材料とは、以下に詳しく説明する結晶性材料のみならず、透明かつ視認による異方軸の同定が困難である固体材料に対し方向軸を示す刻印の施されたすべての材料を含み、その形状はウエハー状、棒状、多角柱、円柱、球形を問わないものとする。ここで透明とは、空隙である刻印を形成するために使用するエネルギービームに対して透明であればよく、透明の程度は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で意図した材料内位
置までエネルギービームが侵入して収束とそれによる加工がなされる程度であれば良い。
【００３９】
本発明における結晶球３とは、図４（Ａ）の球状弾性表面波素子に示されている真球形形状のみならず、円環状経路４３を弾性表面波４１が周回する形状であればどの様な形状でもよく、例えば図４（Ｂ）の球状弾性表面波素子に用いられるような球の１部分を削った太鼓形状などの円環状領域を有する形状のように円環形状が形成を終了された段階の基材も含むものとする。
【００４０】
なお、その後その表面の一部を削ったり、あるいは部分的に平面を有していても結晶球３であることには変わらないものとする。
【００４１】
多角柱の材料から球加工を行うための詳細な加工手順は周知技術であるので省略する。
【００４２】
なお、厚さ方向に小さな多角柱材料から球加工を開始すると、小さかった一方向の面については、他の材料との接触が非常に小さく削られる機会が小さく、その他の面が削られて最終的に球表面あるいは其れに近い円環状経路を有する結晶球となった場合でも平面として残る事が知られており、
結晶球の結晶軸方向を球面を形成した後でも結晶軸を示唆する面として残す事で、この面を基準に後工程を施せば、結晶球に結晶軸によって決められた方向にパターニングや加工を行うことが出来る。
【００４３】
特に、結晶軸方向が明白にされたウエハー材１から結晶球３を作成するにおいて、結晶球３として完成された後、あるいはそのプロセス過程で重要となる結晶面を持った結晶板を切断して、結晶面を残したまま加工を行うことで、より多くの結晶軸方向に関する情報を特段の操作なく結晶球に残すことができる。
【００４４】
本発明においては、結晶材料から切り出したウエハー材１面内における軸方位をまず判定し、その軸方位に基づいて刻印された空隙１３の座標位置を結晶球形成後も保持しなければならない。通常は結晶球を作る為にウエハー材が切断、球面加工されて結晶球になった後に、その内部に少なくとも複数の刻印としての空隙が存在するように設ける。
【００４５】
このとき、少なくとも２点の座標を特定できるように空隙１３を形成しておけば結晶球の全ての軸方位をその空隙１３の位置から再現する事も可能であり好ましい。結晶軸方位を示唆する刻印の方法について具体的には図４及び図５を用いて説明を行う。
【００４６】
球状弾性表面波素子４を形成する結晶球３の形状には大きく言って図４に示すように２種類があげられる。図４（Ａ）は完全に透明固体材料を球形に加工してからその表面にすだれ状電極４２などを形成して製造を行うが、例えば水晶のＺ軸シリンダーと呼ばれる円環状経路４３に弾性表面波４１を伝搬させるように作成する場合には、必ずＺ軸方向を地軸とした時の赤道方向にすだれ状電極４２を形成しなくてはならない。この為、異方性透明固体材料に対し球加工を施す前に、Ｚ軸方向を示唆する少なくとも２つの点を結晶軸のＺ方向にのみ異なる座標に刻印すれば、球加工後にもその２点を繋いだ方位からＺ軸方向を知る事ができ、それを元にＺ軸シリンダー経路を認識する事が出来る。
【００４７】
ところが、Ｚ軸シリンダー経路上（Ｚ軸を地軸として赤道に相当）のどの位置にすだれ状電極４２を形成しても一応は球状弾性表面波素子４として機能するが、弾性表面波４１の周波数は赤道上でもその位置によって変化し、特にどの位置にすだれ状電極４２を設け、弾性表面波４１を発生させるかで大きく異なってしまう。従って素子の仕様を一定にするためにはＸＹ方向も記録しておく必要がある。幾何学的に明らかなように、少なくとも２つの結晶軸をその向きも含めて記録するためには少なくとも３点の座標を示す空隙１３が一直線上に並んでいない配置で刻印されている必要がある。あらかじめ３点の空間的な
配置（座標）とＸＹＺ結晶軸との関係を把握する事でこれは可能である。もっとも簡単な場合を図５（Ｂ）に示す。ｚ１及びｚ２の空隙でＺ軸方向を示し、ｙ１の空隙でＹ方向を示している。ｚ１、ｚ２、ｙ１が少なくとも空間的にニ等辺三角形の位置に無ければ例えば水晶の３本の結晶方位すべてを記録する事が可能である。
【００４８】
図５（Ｃ）を用いて一つの点で結晶球３のＺ軸を示す可能性を説明する。この例では１つの空隙ｚ１が球のはずれに形成されている。空隙と、空隙に対して最も近い球表面を結び、例えばこれをＺ軸として判定することができる。また、Ｚ軸の方位も空隙がＺ軸上のどちら側に位置するかで判定することができる。これを可能にするには図３で示した多角柱チップの切りだしと空隙の相対的な位置精度を高くして加工する必要があるのは言うまでもない。
【００４９】
図５（Ｄ）を用いて二つの点で結晶球のＸＹＺ３軸すべてを示す可能性を説明する。この例では１つの空隙ｚ１が球のはずれに施され、もう１つの空隙ｙ１がｚ１とは重ならず、ｚ１よりは球の中心に近いが球の中心ではない位置に刻印されている。最も球表面に近い空隙をｚ１、次に球表面に近い空隙をｙ１と決めておく。空隙ｚ１と、空隙ｚ１に対して最も近い球表面を結び、これをＺ軸として判定することができる。また、例えば結晶球中心から空隙ｚ１を通り球表面へ向かってＺ軸の正の向きであると判断できる。そして結晶球の中心とｚ１、ｙ１の３点により形成される面をＹＺ平面とすれば、結晶球の中心に対して空隙ｙ１のある向きをＹ軸の正と判定することができるので、これら２軸の交わりから幾何学的にＸ軸の方位までもわかることとなる。
【００５０】
次に図６は球が少なくとも一つの方向を示す形状を有している例である。この場合は更に少数の空隙の刻印で結晶方位の記録が可能である。例えばこれは平面を有している場合であり、ここでは仮にＺ軸を法線とする面が形成されているとあらかじめ知られている場合は、図６（Ａ）に示すように２つの空隙がＺ軸に並行に並んでいるのでさえなければＹ方向もしくはＺ方向を記録する事が可能である。あるいは図６（Ｂ）のように空隙が１つであっても球の中心には位置しないことを利用してその方向を例えば＋Ｙ軸と記録する事が出来る。
【００５１】
図６では結晶球３において２箇所存在する円環経路を外れた部位４４が、Ｚ軸を法線とする平面によって切り取られた形状を示しているが、どちらか一方のみを真球形状の結晶球形成後に研磨等によって切削、あるいは双方を非対象になるように加工し、この加工によってＺ軸の方位を表すようにすれば、刻印については１座標のみでも３軸すべてを表すことができる。
【００５２】
このように異方性透明固体材料への空隙の刻印によってその結晶軸方向を記録する方法は様々あるが何れも幾何学的に容易に推測可能であり利用する事も可能である。特にレーザー光による刻印の場合は、空隙形状が通常は紡錘体になることからその形状により１つの空隙によって２座標を刻印し、１つの結晶軸を示すことも容易に推察出来る。
【００５３】
このように本発明とは、結晶球の外形、その中に刻印された空隙の幾何学的配置、或いはその空隙の形状が示す座標から結晶軸を知ることができる異方性透明固体材料である。
【００５４】
なお、ここでは水晶結晶を例にとり、ＸＹＺの３軸を示す刻印を施した異方性透明固体材料について述べたが、先述の通り透明でレーザー光による空隙の形成が可能であり、軸方向を刻印したい任意の固体材料であれば本発明を適用することができ、また軸の角度や数も目的に応じて定めることができる任意事項である。
【００５５】
前記の空隙を形成するためのエネルギー源としてレーザー光を用いることが有効である
。図７、図８に示すようにレーザー光４５はそのビーム形状を変える事で様々なウエハー材１中の位置や領域にエネルギーを集束させる事が可能であり、その為の光学系の構成は本発明の目的のためにはいかなるものでもよいので、ここでは記述しない。
【００５６】
但し、図８に示すように、複数の空隙１３（刻印）が一度に形成出来るエネルギー分布を持ったレーザー光を用いれば１回のレーザー光４５の照射によって特定方向の結晶方位を記録出きることから高スループットでの加工が可能であり望ましい。
【００５７】
このことは、超短パルスレーザーにて、集光光学系を工夫することで可能であることが報告されている。
【００５８】
なお、異方性透明固体材料に軸方位を刻印する際、あるいは結晶球形成の際、図９に示すように、空隙１３を発生させるために照射する（された）レーザー光４５が透過した異方性透明固体材料部分が結晶球完成後における円環状経路４３とならないようにすることが好ましい。円環状経路４３において弾性表面波４１が伝搬することになるため、レーザー光透過による影響を受けた部分が変質してその伝搬に影響を与えることのないようにである。
【００５９】
また、先述したように、多角柱チップ２からの研磨により結晶球３を作成する際には、当初の立方体あるいは荒削りした角を取った個々の結晶材料の直径は、目標とする結晶球３の直径の概ね１．４倍の大きさが必要であり、図３（Ｃ）に示すような関係下で真球に近い形状まで作り込まれる。従って本発明で軸方位の認定のために刻印される空隙も、球形加工時に失われないよう目標とされる結晶球３の内部に収まる位置に行わなければならない。
【実施例１】
【００６０】
以下のように、超短パルスレーザーを用いて空隙１３を刻印することによる軸方位の記録を結晶球作成の基になるウエハー材１に対して行った。
【００６１】
図１は、超短パルスレーザー発生制御手段１２を用いてウエハー材１内部に空隙１３を刻印する機構の概略図である。
【００６２】
用意したウエハー材１は厚さが１．４ｍｍの２インチのＺカット水晶基板である。このウエハー材１に対して、図８に示すようにＸＹ平面上であり、ＹＸ座標は同じであるがＸ軸方向に座標の異なる材料上の点２箇所が、球形加工後に得られる結晶球の１個１個すべてに刻印されてＸ軸を示す位置に、ＸＹ方向位置制御手段４７及びＺ方向位置制御手段４８を稼動してはレーザー光４５を照射しながら行った。図１（Ｂ）に示すように超短パルス秒レーザー発生制御手段１２により発生させたレーザー光４５の集束により生じる高エネルギー密度領域である焦点４９が刻印形成座標となるように位置合わせを行い、ついでレーザー光４５を照射して直径がマイクロメートルオーダーの空隙１３を形成する。ここで上記夫々の２箇所の空隙刻印座標は、一辺が１．４ｍｍの立方体の中心を挟む位置になり、かつ球形加工時に削り取られない位置に形成した。
【００６３】
本発明で使用した超短パルス秒レーザーはクラーク（Ｃｌａｒｋ  ＭＸＲ）社製のＣＰＡ−２００１であり、波長７７５ｎｍ、平均最大出力１Ｗ、繰り返し周波数１ｋＨｚの照射が可能である。
【００６４】
レーザー装置から出射されたレーザー光４５は、光学系を通り、集光レンズを用いて、ウエハー材１内部の所定の位置にその焦点４９を位置させる。上下左右の位置合わせはウエハー材１を搭載しているステージ群で行った。ソフトウェアコントローラーを用いてウエハー材１に対して所定の位置にレーザー光４５の焦点４９を合わせ、レーザー光４５を照射する機構とした。
【００６５】
ウエハー材の表面座標を測定、位置決めをした後、Ｚ軸ステージを移動させることで、所望の深さに位置を合わせた。その後、ビームスポット（ビームウェストの直径、焦点）１０μｍ、平均出力３ｍＷ、１パルス照射によって、直径１μｍから５μｍの空隙１３がウエハー材１の内部に形成できたことが顕微鏡を用いて確認できた。
【００６６】
以上の操作によりウエハー材１におけるすべての分割部分に刻印を施し、ダイシング装置により多角柱チップ２を切り出した。ここでは多角柱チップの形状は立方体とした。
【００６７】
研磨は荒削りをおこなった後に、イマハシ式丸玉加工機によって球形研磨を行った。この実施例では、立方体に切り出したためウエハー材表面が残らず、従って必要な球面精度を出す為に十分な研磨を行い、直径１ｍｍの真球状の水晶結晶球を得た。
【００６８】
このようにして得られた１ｍｍの直径の水晶結晶球３を球状弾性表面波素子４に加工した。フォトレジストの塗布を行った後に図１０に示す結晶球回転ステージ１５つきの装置にセットした。この装置は、４方向から結晶球３内部に作られた空隙１３を共焦点型顕微鏡カメラ１４によってその位置を測定し、結晶球３の結晶軸の方向を測定し、結晶球回転ステージ１５を用いて結晶球３を所定の方向を向くように修正した後に、球状弾性表面波波素子４のすだれ状電極４２パターンの露光を行った。
【００６９】
上記の空隙１３の形成は、Ｚカット水晶ウエハーの場合について述べたが、ＬｉＮｂＯ3等他の結晶材料に対しても同様の加工が可能であって、本発明の方法に依れば、ガラス質材料は勿論のこと先に述べた透明な固体材料なら加工が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、遅延線、発信機の為の発振素子及び共振素子、周波数を選択する為のフィルター、化学センサー、バイオセンサー、またはリモートタグ等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るレーザー光を使用した軸方向を示唆する刻印形成を示す概略図である。
【図２】従来から知られている結晶の偏光方向の旋回を利用した水晶のＺ軸方向解析手段を示す概略図である。
【図３】本発明で用いる結晶球形成方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る球状弾性表面波素子の例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る異方性透明固体材料への刻印座標の例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る異方性透明固体材料への刻印座標の例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例に係る超短パルスレーザーによる空隙形成方法の第１の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る超短パルスレーザーによる空隙形成方法の第２の例を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る超短パルスレーザーによる空隙形成方法のレーザービームの入射角の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る球状弾性表面波素子に加工するための空隙位置測定、座標軸特定を行う装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・・ウエハー材
２・・・・多角柱チップ
３・・・・結晶球
４・・・・球状弾性表面波素子
７・・・・オリフラ
１２・・・超短パルスレーザー発生制御手段
１３・・・空隙
１４・・・共焦点型顕微鏡カメラ
１５・・・結晶回転ステージ
１６・・・画像解析及び結晶方向解析手段
４１・・・弾性表面波
４２・・・すだれ状電極
４３・・・円環状経路
４４・・・円環領域を外れた部位
４５・・・レーザー光
４６・・・ビーム制御用光学的手段
４７・・・ＸＹ方向位置制御手段
４８・・・Ｚ方向位置制御手段
４９・・・焦点
５０・・・偏光板
５１・・・切りしろ
【図１】
2005150496.tif 000003
【図２】
2005150496.tif 000004
【図３】
2005150496.tif 000005
【図４】
2005150496.tif 000006
【図５】
2005150496.tif 000007
【図６】
2005150496.tif 000008
【図７】
2005150496.tif 000009
【図８】
2005150496.tif 000010
【図９】
2005150496.tif 000011
【図１０】
2005150496.tif 000012