(57)【要約】【課題】加工するに際して、特殊な方位軸検出装置を用いることなくその方位軸を明確に把握することが可能で、しかも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、非常に高速で簡便な技術が望まれていた。【解決手段】結晶方位の知られた方向の表面である極領域が平面となっており、円環領域が球状となっていることを特徴とする単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子および単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子の基材に用いられる弾性表面波素子用結晶材およびその製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶方位の知られた方向の表面である極領域が平面となっており、円環領域が球状となっていることを特徴とする単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材。
【請求項２】
結晶方位の知られた方向の表面である極領域が、円環領域と異なる曲率半径となっており、円環領域が球状をなしていることを特徴とする単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材。
【請求項３】
結晶方位の知られた平面を有する単結晶材料の結晶方位の知られた平面を残して極領域とし、円環領域を球状に加工することを特徴とする、請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項４】
上記結晶方位の知られた表面を有する結晶材料がウエハーであり、円環領域を球状に加工する工程の最初に該ウエハーから複数の結晶材を切り出し、該結晶材から請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を製造することを特徴とする請求項３記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項５】
ウエハーの厚さが、円環領域の曲率半径の2倍より小さい事を特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項６】
極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を有することを特徴とする請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材。
【請求項７】
上記結晶方位の知られた表面を有する結晶材料に極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を設け、該印を残して製造することを特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項８】
上記ウエハーに極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を設け、その後切り出しを行うことを特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項９】
上記印を設ける方法が、上記結晶方位の知られた表面のフォトリソを用いた結晶材のエッチング工程によって行うことを特徴とする請求項７および８記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項１０】
上記単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法において、円環領域の加工を極領域に保護層を形成してから実施する事を特徴とした請求項３、４、５、７、８、９何れか記載の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項１１】
上記請求項１、２、５、６何れか記載の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材が圧電性結晶であり、上記球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の円環領域に、すだれ状電極を有することを特徴とする球状弾性表面波素子。
【請求項１２】
前記極領域に、球状領域に弾性波を発生する為の電極を有することを特徴とする請求項１２の球状弾性表面波素子。
【請求項１３】
上記ウエハーの切り出し工程が、極領域となる部分を除くエッチング工程を少なくとも含むことを特徴とする、請求項４、５、８、９、１０何れか記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【請求項１４】
上記ウエハーの切り出し工程の後に、前記極領域となる部分を除くエッチング工程の後、前記極領域となる部分とその周辺領域を含む部分を除くエッチングを再度行うことを特徴とする請求項１３記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は弾性表面波素子に関係しており、より詳細には、少なくとも球面の一部で形成されていて円環状に連続している円環領域を有した基材の上記外表面に設けられている弾性表面波発生手段が上記外表面が連続している方向に向かう弾性表面波を発生させる、弾性表面波素子および弾性表面波素子の基材に用いられる弾性表面波素子用結晶材およびその製造方法および球状弾性表面波素子に関係している。
【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。従来の弾性表面波素子では圧電体上に１対のすだれ状電極が設けられていて、一方のすだれ状電極に高周波電流を供給することにより一方のすだれ状電極の並んでいる方向に弾性表面波を発生させ、他方のすだれ状電極が一方のすだれ状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。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】
ところが、単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材のＺ軸を極として地軸と見なした時の赤道に相当する球状円環領域に沿って弾性表面波が効率良く伝播することが知られている。このため、性能の良い弾性表面波素子を製造するためにはＺ軸を明確に把握した上で単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を用いて弾性表面波素子を設けなければならない。
【０００４】
具体的には、すだれ状電極を赤道上に赤道に相当する球状円環領域に垂直方向にすだれ上電極の電極端子がなるように、例えば蒸着とフォトリソグラフィーを用いて設け、弾性表面波素子を設ける場合、正確に結晶方位を決めて弾性表面波素子を設けなければならない。
【０００５】
しかし、従来は弾性表面波素子用結晶球を基材にし、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を作成する際に、弾性表面波素子用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。
【０００６】
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。
【０００７】
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きることが多いが、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。
【０００８】
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。
【０００９】
球形加工された結晶球の結晶軸測定方法として、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、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ができなくなることにある。
【００１０】
セラミックや宝石などの結晶材料を結晶球に加工する一般的な方法を図２から図７を用いて説明する。
【００１１】
多くの結晶球を取り出す為、結晶材の切り出しが行われる。
【００１２】
塊状のものはまず円筒状のインゴット水晶２１に加工し、図２の如く結晶軸のＺ方向に垂直な面を切りしろ２３として図３の様な一旦平面板に切断される。これをＺカット水晶基板２４と呼ぶ。このＺカット水晶基板２４は図４の様に更に細かく切断されて、多数の図５の様なサイコロ形チップ２６に切り落とされる。次いで、非特許文献２の様に材料を図６の様に多角形にカットし、サイコロ形状から角を取る作業（グライディング）を行い多角形カットチップ２７を製造する。
【００１３】
これは、荒削りを行う方法で球形に近づけて行く工程で、角が取り除かれて、特に５ｍｍ以下の直径の玉については、バレル研磨と呼ばれる方法でほぼ球形とし、その後に丸玉研磨機：例えばイマハシ式丸玉研磨機と呼ばれる装置によって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り、最終的に真球度の向上と表面の平滑化を行うことが出来る。
【００１４】
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図７の様な結晶球２８にするものである。
【００１５】
この様に球形加工方法は様々にありこれ以上説明を行わないが、当初準備する多面の多角形とした素材で或る方位に多角形の厚さが小さい場合に、それに相当する面が他の方位の面に較べて圧倒的に研磨速度が遅いか研磨されないために真球からずれたり、当初のある面を他の方位の面が球研磨された状態に至っていてもそのまま残すことが業界では知られている。
【００１６】
なお、このような方法を用いて結晶球２８を作成する際には、当初のサイコロ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２８の直径の概ね１．４倍の大きさが必要であり、真球に近い形状まで作り込まれる。
【００１７】
図８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４１がある。球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材４２は圧電材料でできた円環状に連続する表面である円環領域３９に弾性表面波を発生して多重周回させるもので、円環領域３９を弾性表面波が伝搬する際に、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極領域４０にかけて設けた電極端子４３、４４にて信号を取り出して電気的に測定するセンサーとして期待されている。弾性表面波が結晶球の表面を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して伝搬させる為に、球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の結晶方位により決まった特定の角度に弾性表面波を励起検出するすだれ状電極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。
【００１８】
球状弾性表面波デバイスは、例えば、水晶のＺ軸シリンダーと呼ばれる円環状経路を弾性表面波を周回させる方法においては、その円環領域を外れた部位（円環経路を赤道とすると極に相当する付近、以下極領域という）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。
【００１９】
以上、詳細に述べたように、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。
【００２０】
本発明では、結晶内部にエネルギービームを照射して刻印する方法を提案しているが、表面に刻印しても研磨により消えてしまうため、内部に刻印する必要があるが、一般的な高調波ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーでは、円環部分に刻印を残すと不良品となるため損傷を与えられないが、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することは困難とされてきた。
【００２１】
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１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。
【００２２】
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。
【００２３】
特許文献等は以下の通りである。
【特許文献１】特開平１１−２６７８６１号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６８８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）
【非特許文献２】（財）機械振興協会技術研究所発行の、「加工技術データファイル」第９巻別冊  （昭和６１年）５０Ｐ〜５４Ｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材から弾性表面波素子に加工するに際して、特殊な方位軸検出装置を用いることなくその方位軸を明確に把握することが可能で、しかも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、非常に高速で簡便な球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を使った弾性表面波素子の結晶軸を把握できる弾性表面波素子および単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子の基材に用いられる弾性表面波素子用結晶材およびその製造方法を提供することが望まれていた。
【００２５】
また、球形加工方法において、当初準備する多面の多角形とした素材で或る方位に多角形の厚さが小さい場合にそれに相当する面が他の方位の面に較べて圧倒的に研磨速度が遅いか研磨されないために真球からずれる現象を積極的に応用し、ウエハー基板などの結晶方位が明確な加工段階にある材料の結晶方位を示す面を意図的に残す事で球面の表面と、
結晶方位を示す方位を残した結晶材料を製造して準備する事で、球状弾性表面波素子などの、結晶方位に従って後工程を行うにその効率を上げる球状円環領域を有する弾性表面波素子の基材に用いられる弾性表面波素子用結晶材およびその製造方法を提供することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明はかかる課題を解決するものであり、本願の請求項１に係る発明は、結晶方位の知られた方向の表面である極領域が平面となっており、円環領域が球状となっていることを特徴とする単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を提供するものである。
【００２７】
また、本願の請求項２に係る発明は、結晶方位の知られた方向の表面である極領域が、円環領域と異なる曲率半径となっており、円環領域が球状をなしていることを特徴とする単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を提供するものである。
【００２８】
また、本願の請求項３に係る発明は、結晶方位の知られた平面を有する単結晶材料の結晶方位の知られた平面を残して極領域とし、円環領域を球状に加工することを特徴とする、請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００２９】
また、本願の請求項４に係る発明は、上記結晶方位の知られた表面を有する結晶材料がウエハーであり、円環領域を球状に加工する工程の最初に該ウエハーから複数の結晶材を切り出し、該結晶材から請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を製造することを特徴とする請求項３記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３０】
また、本願の請求項５に係る発明は、ウエハーの厚さが、円環領域の曲率半径の２倍より小さい事を特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３１】
また、本願の請求項６に係る発明は、極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を有することを特徴とする請求項１記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を提供するものである。
【００３２】
また、本願の請求項７に係る発明は、上記結晶方位の知られた表面を有する結晶材料に極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を設け、該印を残して製造することを特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３３】
また、本願の請求項８に係る発明は、上記ウエハーに極領域の平面に該表面の法線が示す結晶方位とは別の結晶方位を示す印を設け、その後切り出しを行うことを特徴とする請求項４記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３４】
また、本願の請求項９に係る発明は、上記印を設ける方法が、上記結晶方位の知られた表面のフォトリソを用いた結晶材のエッチング工程によって行うことを特徴とする請求項７および８記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３５】
また、本願の請求項１０に係る発明は、上記単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法において、円環領域の加工を極領域に保護層を形成してから実施する事を特徴とした請求項３、４、５、７、８、９何れか記載の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３６】
また、本願の請求項１１に係る発明は、上記請求項１、２、５、６何れか記載の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材が圧電性結晶であり、上記球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の円環領域に、すだれ状電極を有することを特徴とする球状弾性表面波素子を提供するものである。
【００３７】
また、本願の請求項１２に係る発明は、前記極領域に、球状領域に弾性波を発生する為の電極を有することを特徴とする請求項１２の球状弾性表面波素子を提供するものである。
【００３８】
また、本願の請求項１３に係る発明は、上記ウエハーの切り出し工程が、極領域となる部分を除くエッチング工程を少なくとも含むことを特徴とする、請求項４、５、８、９、１０何れか記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００３９】
また、本願の請求項１４に係る発明は、上記ウエハーの切り出し工程の後に、前記極領域となる部分を除くエッチング工程の後、前記極領域となる部分とその周辺領域を含む部分を除くエッチングを再度行うことを特徴とする請求項１３記載の単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の製造方法を提供するものである。
【００４０】
このように構成された弾性表面波素子においては、少なくとも球面の一部で形成されている球状円環領域上に設けられている弾性表面波発生器が上記基材の外表面の連続する方向に向かうよう弾性表面波を発生させると、弾性表面波が円環領域に沿い上記連続する方向と交差する方向に拡散せずに連続する方向にのみ向かう。この為に弾性表面波は円環領域に沿い少なくとも円環領域の円周距離を拡散することなく伝搬することが出来、ひいては無限に伝搬することが出来る。
【００４１】
上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従った弾性表面波素子においては、基材が圧電材料が好ましいが、非圧電材料で形成することも出来る。この場合には、弾性表面波発生器は、基材の円環領域に設けられた圧電材料膜と圧電材料膜の表面に設けられ圧電材料膜に電界を印加することで連続する方向に弾性表面波を発生させる振動発振器とを備える。
【００４２】
振動発振器は、高周波電源に接続されるすだれ状電極を含んでいることが出来る。
【００４３】
基材は圧電材料で形成されていることが好ましい。この場合には、弾性表面波発生器は、基材の表面の円環領域に設けられ基材の円環領域に電界を印可することで連続する方向に弾性表面波を発生させる振動発振器を備えていることが出来る。
【００４４】
振動発振器は、高周波電源に接続されるすだれ状電極を含んでいることが出来る。
【００４５】
振動発振器が高周波電源に接続されるすだれ状電極を含んでいる場合、すだれ状電極の複数の電極片の配列周期は上記基材の球面の半径の１／１０以下に設定されていることが好ましい。
【００４６】
振動発振器が発生させる弾性表面波の波長は、基材全体の固有振動ではなく、すでだれ
状電極の複数の電極片の配列周期に略等しくなる。
【００４７】
振動発振器が高周波電源に接続されるすだれ状電極を含んでいる場合、すだれ状電極の複数の電極片が相互に対面する長さ（電極幅）は基材の球面の直径の半分以下で上記球面の半径の１／１００以上に設定されていることが好ましい。
【００４８】
円環領域に配置されるすだれ状電極及びこれに付随した電気回路パターン等の上記連続する方向に対し直交する方向に沿った長さは、基材の球面の円周長さの半分以下である必要がある。従って、すだれ状電極の複数の電極片が相互に対面する長さ（電極幅）は上記基材の球面の直径の半分以下であることが合理的である。また、対面する長さ（電極幅）が基材の円環領域の半径の１／１００以下になると、すだれ状電極において発生した表面弾性波は円環領域の連続する方向に伝播しながら連続する方向と直交する方向に拡散する。そして、連続する方向と直交する方向に拡散した表面弾性波がすだれ状電極に入力されるようになると、すだれ状電極が拡散する領域に存在する障害物からの影響を受け、例えばすだれ状電極の周波数特性が悪影響を受ける可能性がある。
【００４９】
そして実際には、波長パラメータ（球面の連続する方向における周囲長さ／弾性表面波波長）が１００乃至８００であり、直交する方向においてすだれ状電極の複数の電極片が相互に対面する長さ（電極幅）はコリメート角（コリメートビームが得られる角）と等しいかそれ以上である、ことが好ましい。
【００５０】
すだれ状電極の複数の電極片の配列周期は上記球面の半径の１／１０以下であることが好ましい。
【００５１】
また、すだれ状電極の複数の電極片の相互間の距離は上記球面の半径の１／１０以下であることが好ましい。
【００５２】
本発明において、円環領域とは、球面の一部で形成されていて円環状に連続している領域のことであり、従って円環領域以外の基材である極領域は平板状でも曲率半径の異なる、球形状をしたもので、この極領域と円環領域とからなる基材を示すものである。
【００５３】
特に、結晶軸方向が明白にされたウエハー（結晶板）から単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を作成するにおいて、単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材として完成された後、あるいはそのプロセス過程で重要な結晶面を持った結晶板を切断して、結晶球基材の作成を行うことのメリットは明らかである。
【００５４】
単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材作成において従来の加工前に材料の寸法に偏りがあると平面部分が残る事は知られていたが、結晶軸を後工程で利用する際に、材料切断段階に意図的にその結晶軸を残す事の優位性については特に弾性表面波素子の作成過程において非常に有効である。
【発明の効果】
【００５５】
以上詳述したことから明かなように、単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材から弾性表面波素子に加工するに際して、特殊な方位軸検出装置を用いることなくその方位軸を明確に把握することが可能で、しかも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、非常に高速で簡便な球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を使った弾性表面波素子の結晶軸を把握できる弾性表面波素子および単結晶材料からなる球状円環領域を有する弾性表面波素子の基材に用いられる弾性表面波素子用結晶材およびその製造
方法を提供ことが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明による結晶球の製造方法を説明する。なお、強い研磨工程によれば、材料の結晶方位を指す平面部分の全て或いは殆どの領域が研磨の影響を受けて曲面に成形される場合も、その他の表面に較べれば曲率半径の違いから上記平面が指していた平面方向を検出する事が出きることは当然である。
【００５７】
また、このような形状の場合、平板上をこの基材を自由に動かすだけで平板の面と当初平面であった方向が並行になることも容易に想像がつく。多角形の材料から球加工を行うための加工手順は背景技術と同様であるので省略する。
【００５８】
厚さ方向に小さな結晶材料から球加工を開始すると、図１で示した様に、小さかった位置方向の平面については、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表面となった場合でも平面として残ることが知られている。
【００５９】
本発明は、結晶球の結晶軸方向を球面を形成したあとでも結晶軸を示す面として残す事で、この面を基準に後工程を施せば、結晶球基材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事を発見したことに基く。
【００６０】
特に結晶軸方向の明白にされたウエハー（結晶板）から結晶球を作成するにおいて、結晶基材として完成された後、あるいはそのプロセス過程で重要な結晶面を持った結晶板を切断して、結晶基材の作成を行うことのメリットは明らかである。等方性材料による結晶球作成において従来結晶球加工前に材料の寸法に偏りがあると平面部分が残る事は知られていたが、結晶軸を後工程で利用するさいに材料切断段階に意図的にその結晶軸にウエハーを用意する事の優位性については特に球状弾性表面波デバイスの作成過程において非常に有効であった。
【００６１】
上記の結晶方向を示すパターンの向きはカメラを代表とする光学的な手段で容易に機械化と自動での判別を行わせることが出来て、平面面内に回転させる事で、特定の２方向について姿勢制御する事が可能である。
【００６２】
なお、球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材８２に結晶方位に従った平面を持つことの優位性について、図２３の様に平面ステージ８１などの上に結晶球材料を転がすだけ、もしくは押さえ８３で押さえるだけで、平面部分となっている極領域８４が下になった状態で止まることから、例えば結晶軸により決まる方位に露光する際に、その方位の角度調整が不要になる優位性を持つ。あるいは、平面の転がすのではなく図２４に示すように、球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材９１を２枚の平面板９３で挟み、煽動装置９４で摺り合わせるだけで図２５の様な平面板間の距離がレーザー測長計９５などで最小になるときを距離判断手段９６で弾性表面波素子用結晶材の径方向の距離が最小になった、つまり極領域９２が整列している状況と解釈させる事で結晶軸合わせの工程を高速化する事が可能である。
【００６３】
なお、特にウエハーを切断して結晶球の作成を行う際には、１００μｍ以下の厚さの円形のダイシングソーや、ダイヤモンド粉末を含んだワイヤーソーなどによって切断されるのが普通であるが、次に示すように、フォトリソ工程を用いて切断する事で、結晶材料に力学的な負荷を掛けることなく切断する事が可能である。
【００６４】
この方法の更に良い点は、フォトリソによってレジストなどのエッチング抑制面の形状
を選んだり、特に複数回異なる位置にレジスト形成する事で、次工程である球形研磨工程を行いやすくする利点がある。
【００６５】
複数回行う場合について、以下説明する。多数のレジスト形成とエッチングを繰り返す事で理論的には限りなく球形の側面を残す事が可能である。
【００６６】
また、エッチング阻害するレジストのパターンについては、どのような形状にするかは様々な手順や考え方がエッチングの特に深堀方法として考案されている。
【００６７】
また、エッチング工程の後にワイヤーソーなどによって残った接続面を切断し、結晶球の素材としてバラバラに切断された後に改めてエッチング溶液につける方法も可能である。このように切断の後に再度エッチングを行うと、エッチング工程は鋭角な部分で早く反応が起こる事から断面が滑らかにすることが出来る。
【実施例１】
【００６８】
１ｍｍ水晶球の加工をつぎのように行った。厚さ０．８５ｍｍのＺ軸カットの水晶ウエハーを用意する。そのＸ軸あるいはＹ軸はウエハーの状態でＸ線ラウエ法によって測定が成されており、オリエンテーションフラット（通称オリフラ）としてウエハー形状に反映されている。水晶のウエハーは蒸着装置によってクロム１５００オングストロームの厚さに成膜を行い、しかる後にフォトレジストの塗布を行い、線幅１０ミクロンのオリフラ垂直方向に、且つ次工程で切り出された時に全ての材料の表面上に、クロム膜のないラインを形成し、ウエハー３２の表面にクロム蒸着膜３３が設けられＸ軸方向と合致するＸ軸オリフラ３４が設けられている図１０の様なＸ線オリフラ付き水晶ウエハーを得た。
【００６９】
クロムのエッティングや露光方法などこれらは通常のエレクトロニクス産業で使用されており公知な技術であるからこれ以上これを詳説しない。次に、クロム蒸着膜３３をエッチングにより１．２ｍｍ間隔にＹ軸方向線３５を設け、Ｙ軸方向線３５が中央にくる位置のＹ軸の切りしろが来るような切りしろ３６になる様にＸＹ軸方向に裁断装置によって図１１に示す様に１．２ｍｍ間隔に切り出した。（厚さは０．８５ｍｍ）
同様の方法で計５００００個の多角形の材料を用意し、次に図１２に示す様にバレル研磨で荒削りを行って荒削りチップ３７を形成した後に、イマハシ式丸玉研磨気を用いて研磨を進めたところ、図１３に示すようなウエハーでクロム面を形成した面、及びその裏面の２つが狭くなりながらも略平面として極領域４０となって残す球状弾性表面波素子４１を多数形成する事が出来た。
【００７０】
そこで、金属性の平面定盤の上にこの材料を転がしたところ図２３（ｂ）の様に全ての球を平面部分が下になった状態で止まらせた。
【００７１】
次に、全ての球が平面を部分を上方向に位置させて静止した状態で、この定盤上から真空プレートを用いて１個の結晶球を取りあげ、側面にクロム１００オングストロームと金１０００オングストロームの蒸着を行い、後にレジストコートを表面に行う。
【００７２】
露光は、結晶球の平面に残った面の上のクロム膜に描かれた結晶軸を示すラインを光学カメラで撮影して結晶軸方向を観測して、結晶軸を回転させる事によって、水晶の＋Ｙカットの部分にすだれ上電極形状の露光を行う。クロム面はＺ軸カットであることがわかっているのでこの面に垂直方向にすだれ上電極の電極要素が包囲されるようにマスクはいあちされて露光したのは言うまでもない。
【００７３】
以上の方法によって、Ｘ線による結晶球１個１個の結晶方位を全て測定する手間が省け、結晶球のＺ軸シリンダーと呼ばれる結晶球状の周回経路上に弾性表面波を励起周回する
事が出来る弾性表面波素子の量産が可能であった。
【実施例２】
【００７４】
以下のように、フェムト秒レーザーを用いて水晶基板内部に泡を発生させる事による結晶方位の記録を結晶球作成の基になる水晶ウエハーについて行った。
【００７５】
用意したウエハーは厚さが１．４ｍｍの２インチのＬｉＮｂＯ3（リチウムナイオベート）１２８度Ｙカットウエハーである。このウエハーに対して、図１４に示すようにＸＺ座標は同じであるがＹ軸方向に座標の異なる材料上の点２箇所、及びＸＹ方向の座標は同じだがＺ方向に異なる点２箇所の計４箇所にフェムト秒レーザーを用いて泡を形成する。
【００７６】
夫々の２箇所の点は、一辺が１．４ｍｍのサイコロ形状の中心を挟む位置になるように形成することとした。
【００７７】
フェムト秒レーザーはホーヤ株式会社製のものであり、波長７７５ｎｍ、最大出力０．８Ｗ、１秒あたり１０００回の照射が可能である。
【００７８】
レーザー装置から出射されたレーザービームは、光学系をとおり、レンズをもちい手て、ＬｉＮｂＯ3結晶ウエハ内部の位置にその焦点を位置させる。位置合わせはウエハーを搭載しているステージ群である。コントローラーを用いてウエハーに対して所定の位置にレーザービームがその焦点を位置させてはレーザーを照射する機構とした。
【００７９】
照射によって直径１〜５μｍの泡が結晶球の内部に形成できたことが顕微鏡を用いて確認できた。以上の事を全てのＬｉＮｂＯ3ウエハーの分割されるべき部分全てに行って後に、ダイシング装置により切り出すことが出来た。
【００８０】
研磨は水晶の場合と同様に、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、ウエハー表面を残す必要が無く、必要な球面精度が出る為に必要な研磨を実施可能であった。
【００８１】
１ｍｍの直径のＬｉＮｂＯ3結晶球は水晶球と同様に球状弾性表面波素子に加工するために、フォトレジストの塗布を行った後に図１５に示す結晶回転方向制御ステージ５４つきの装置にセットした。この装置は、４方向から結晶球内部に作られた泡５２を共焦点型顕微鏡カメラ５３である顕微鏡によってその位置を測定し、結晶の結晶軸の方向を測定し、それを結晶方向解析手段５５で回転ステージを用いて修正した後に、球状弾性表面波波素子のすだれ上電極パターンの露光を行った。
【実施例３】
【００８２】
実際に厚さ０．８ｍｍの水晶ウエハーに対して、フッ酸対応のレジストであるＯＭＲ−８３（東京応化株式会社製）のレジスト６２を図１６の様に極部分となる部分のウエハー６１の表裏に形成してエッチングを行った。フッ酸濃度は５％であり、エッチング時間は２４時間行った。２４時間後の断面を図１７に示す様にエッチング液６４でエッチングされ、エッチングされた結晶材６３となった。さらに、エッチングされた結晶材６５の極領域となる部分の周囲の部分を含めてレジスト６６を図１８の様に表裏に形成してエッチングを行った。フッ酸濃度は５％であり、エッチング時間は２４時間行った。２４時間後の断面を図１９に示す様にエッチング液６８でエッチングされ、エッチングされた結晶材６７となった。この状態からワイヤソーを用いて図２０の様にウエハーを切断部分７０で切断をおこなったのが切断された結晶材６９である。ワイヤーソーのワイヤ幅は０．２ｍｍ径であり、更に図２１に示すように先ほど使用したフッ酸溶液のエッチング液７１に更に１時間の浸漬を行った結晶球素材７２の断面を図２２に示す。更に角が取れていることが
わかる。
【００８３】
本実施例ではこのあと、実施例Ｘと同様に球形研磨をおこなって急下降を行い、エッチング時にレジストで被われていた領域の一部が平面部となる結晶球の作成が可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
圧電材料でできた円環状に連続する表面に弾性表面波を発生して多重周回させる各種素子として、円環状の表面を弾性表面波が伝搬するのを利用する、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の測定するセンサー等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施形態の弾性表面波素子に用いられる球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の一つの形態の側面図である。
【図２】本実施形態の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を製造する工程における斜視図である。
【図３】図２に引き続く工程における斜視図である。
【図４】図３に引き続く工程における斜視図である。
【図５】図４に引き続く工程における斜視図である。
【図６】図５に引き続く工程における側面図である。
【図７】図６に引き続く工程によって完成した球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の斜視図である。
【図８】図７の球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材を用いて作成された弾性表面波素子の斜視図である。
【図９】図８とは別な製造工程の一例を示す斜視図である。
【図１０】図１８とは別な製造工程の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に引き続く工程における斜視図である。
【図１２】図１１に引き続く工程における斜視図である。
【図１３】図１２に引き続く工程によって完成した球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の斜視図である。
【図１４】結晶材であるウエハーに印をつける工程を示す側面図である。
【図１５】印をつけられている球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の結晶方位を測定する工程を示す側面図である。
【図１６】図１８、１０とは別な製造工程の一例を示す側断面図である。
【図１７】図１６に引き続くエッチング工程における側断面図である。
【図１８】図１７に引き続く工程における側断面図である。
【図１９】図１８に引き続くエッチング工程における側断面図である。
【図２０】図１９に引き続く切断工程における側断面図である。
【図２１】図２０に引き続くエッチング工程における側断面図である。
【図２２】図２１のエッチング工程終了時点における側断面図である。
【図２３】球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の結晶方位の軸合わせ方法を示す側断面図である。
【図２４】図２３とは違う球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材の結晶方位の軸合わせ方法を示す側断面図である。
【図２５】図２４の軸合わせ方法により結晶方位の軸合わせができた状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１１  球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材
１２  加工前のウエハー形状
１３  極領域
１４  円環領域
２１  インゴット水晶
２３  切りしろ
２４  Ｚカット水晶基板
２５  切りしろ
２６  サイコロ形チップ
２７  多角形カットチップ
２８  結晶球
３１  レジストパターン
３２  ウエハー
３３  クロム蒸着膜
３４  Ｘ軸オリフラ
３５  Ｙ軸方向線
３６  切りしろ
３７  荒削りチップ
３９  円環領域
４０  極領域
４１  球状弾性表面波素子
４２  球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材
４３、４４  電極端子
４５  ウエハー
４６  集束ビーム
４７  高エネルギー密度領域
４８  泡
５１  球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材
５２  泡
５３  共焦点型顕微鏡カメラ
５４  結晶回転方向制御ステージ
５５  結晶方向解析手段
６１  ウエハー
６２  レジスト
６３  エッチングされた結晶材
６４  エッチング液
６５  エッチングされた結晶材
６６  レジスト
６７  エッチングされた結晶球素材
６８  エッチング液
６９  切断された結晶材
７０  切断部分
７１  エッチング液
７２  結晶球素材
８１  平面ステージ
８２  球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材
８３  押さえ
８４  極領域
９１  球状円環領域を有する弾性表面波素子用結晶材
９２  極領域
９３  平面板
９４  煽動装置
９５  レーザー測長計
９６  距離判断手段
【図１】
2005203927.tif 000003
【図２】
2005203927.tif 000004
【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】
2005203927.tif 000009
【図８】
2005203927.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005203927.tif 000019
【図１８】
2005203927.tif 000020
【図１９】
2005203927.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2005203927.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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