(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の点群３ｍに属する酸化物単結晶材料で機械加工による加工面に発生するマイクロクラックを有する領域にレーザ光を照射して、上記領域を多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、上記レーザ光を照射した領域を酸により選択的に除去することを特徴とする酸化物単結晶材料の加工方法。
【請求項２】
還元雰囲気中にてレーザ光を照射することにより、基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させてレーザ光を照射させた領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させることを特徴とする請求項１記載の酸化物単結晶材料の加工方法。
【請求項３】
酸化物単結晶材料の加工面に発生するマイクロクラックを有する領域に、酸の液中においてレーザ光を照射することにより、多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、これと同時に上記レーザ光を照射した領域を酸により選択的に除去することを特徴とする請求項１記載の酸化物単結晶材料の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物単結晶材料を基材としたセンサ、光学素子等の機能デバイスを製造するときに用いる酸化物単結晶材料の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般的に、単結晶材料の機械的加工は、劈開性を有するが故に脆性があり、加工時に破損することが多く、生産性に課題が多い。その中で従来、ウェハ形状の単結晶材料を切断するのには、ダイシングや劈開性を利用した破断、またはスリットや孔などの開口部を形成するのには、サンドブラストを行うなどの機械的加工法が取られていた。しかし、機械的加工は加工面にマイクロクラック等のダメージ層が形成され、単結晶材料を機能デバイスとして使用するにあたり、特性劣化やノイズ発生の原因となる。
【０００３】
特に、点群３ｍに属するタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶材料の場合、機械加工後のダメージ層はその材料特性である圧電性及び焦電性に影響を与え、例えばタンタル酸リチウムの焦電性を利用した人体検知センサにおいては、マイクロクラックが起因となるポプコンノイズと呼ばれる突発性ノイズが問題となる。
【０００４】
従って、生産歩留まり良く且つ材料特性を維持できる加工方法が必要とされる。また機械加工でない方法として、レーザ加工が取られることもあるが、短波長レーザを用いた分子解離型加工では、加工できるレーザ波長が３００ｎｍ以下と限られてくること、加工速度が遅いことなどの問題点がある。一方熱的加工では、熱応力によるクラックや割れを生じたり、熱影響層が材料特性を劣化させたりするという問題となる。
【０００５】
本発明は叙述の点に鑑みてなされたものであって、切断端面、開口部端面のマイクロクラック等のダメージ層を除去して性能を向上できると共にダメージ層の除去が容易にできる酸化物単結晶材料の加工方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の請求項１の酸化物単結晶材料の加工方法は、薄板状の点群３ｍに属する酸化物単結晶材料で機械加工による加工面に発生するマイクロクラックを有する領域にレーザ光を照射して、上記領域を多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、上記レーザ光を照射した領域を酸により選択的に除去することを特徴とする。つまり、第１の工程として、機械的加工により、酸化物単結晶材料を切断したり、酸化物単結晶材料に開口部を形成したりする加工を行い、第２の工程として、上記加工でマイクロクラックが発生した加工端面にレーザを照射することにより、基材の結晶性を多結晶化させたり、或いは、酸化物の酸化度を低減したりするように局所的な溶融状態を作り低級酸化物とし、基材とは化学的に安定度の異なる状態を作る。その際、第１の工程によりダメージを受けた層がその厚み方向に亙って溶融するようなレーザ加工条件とする。そして、第３の工程として、第２の工程により形成された、多結晶層或いは低酸化度層を湿式除去できる酸により、エッチングを行う。これにより、切断或いは開口部を形成する際に併せてできていたダメージ層を除去し、基材の材料特性を維持することができる。またそのダメージ層除去に際しても、特にマスク等による除去部を特定する工程を必要とせず、基材と、レーザ照射部とのエッチング速度違いを利用した選択除去が可能となる。また後工程等でクラックが伸展して破損に繋がることを防止し、脆性な酸化物単結晶材料のウェハの加工の生産性が向上する。
【０００７】
また本発明の請求項２の酸化物単結晶材料の加工方法は、請求項１において、還元雰囲気中にてレーザ光を照射することにより、基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させてレーザ光を照射させた領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させることを特徴とする。第２の工程において、水素雰囲気下などの還元性ガス雰囲気中でレーザによる加熱溶融を行うことで、酸化物単結晶の構成酸素原子を還元除去して、より低酸素度の層を形成することができ、上記第３の工程でより低温での化学的除去が可能となり、また基材との選択的除去性が向上し、効果的なエッチングが可能となる。
【０００９】
また本発明の請求項３の酸化物単結晶材料の加工方法は、請求項１において、酸化物単結晶材料の加工面に発生するマイクロクラックを有する領域に、酸の液中においてレーザ光を照射することにより、多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、これと同時に上記レーザ光を照射した領域を酸により選択的に除去することを特徴とする。エッチング液中でレーザ照射することで第３の工程を同時に行うことができ、生産性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、第１の実施の形態の例から述べる。本発明の加工をする酸化物単結晶材料１はタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の点群３ｍに属する酸化物単結晶である。第１の工程として、機械的加工により、酸化物単結晶材料１を切断したり、酸化物単結晶材料１に開口部を形成したりする加工を行う［図１（ａ）］。このように加工した端面にはマイクロクラック等のダメージ層２ができる。第２の工程として、そのダメージ層２ができた加工端面に図１（ｂ）に示すようにレーザ光３を照射することにより、基材の結晶性を多結晶化させたり、或いは、酸化物の酸化度を低減したりするように局所的な溶融状態を作り低級酸化物とし、基材とは化学的に安定度の異なる状態を作る。その際、第１の工程によりダメージを受けた層がその厚み方向に亙って溶融するようなレーザ加工条件とする。図１（ｂ）で４はレーザによる溶融部である。そして、第３の工程として、第２の工程により形成された、多結晶層或いは低酸化度層を湿式除去できる酸により、図１（ｃ）に示すようにエッチングを行う。これにより、切断或いは開口部を形成する際に併せてできていたダメージ層２を選択的に除去する。図１（ｃ）で５は上記酸のエッチング液である。
【００１３】
上記第１から第３までの工程の具体的な一例は下記の通りである。第１の工程として、ダイシング加工により、厚さ５０μｍのタンタル酸リチウムの単結晶ウェハを支持体に固定して２ｍｍ□に個片化する。第２の工程としてＹＡＧレーザの第３高調波を、第１の工程により加工を行った端面から深さ０．０１ｍｍの加工ダメージ層２が溶融できるような位置に照射して、タンタル酸リチウムを酸化リチウムと酸化タンタルの多結晶体となるように溶融する。またこのとき、照射条件により、それぞれの酸化物は低級酸化物となる。第３の工程としてフッ化水素酸でエッチングすることで第２の工程でできたレーザ照射影響層をエッチングし、同時に第１の工程で生じた加工ダメージ層２を除去する。
【００１４】
上記のように酸化物単結晶材料１の切断断面、開口部端面のマイクロクラック等のダメージ層２を除去できることにより、材料の機能的特性を維持できる。またそのダメージ層除去に際しても、特にマスク等による除去部を特定する工程を必要とせず、基材と、レーザ照射部とのエッチング速度違いを利用した選択除去が可能となる。また後工程等でクラックが伸展して破損に繋がることを防止し、脆性な酸化物単結晶材料のウェハの加工の生産性が向上する。
【００１５】
次に第２の実施の形態の例について述べる。第１の実施の形態の例の第１の工程のように酸化物単結晶材料１に加工を行った後、第２の工程において、図２に示すように還元雰囲気中６にてレーザ光３を照射することにより、基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させてレーザ光３を照射させた領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させる。つまり、具体的には水素雰囲気中でレーザ光３を照射することで、第１の実施の形態の例のものに比べてより低級酸化物を形成できる。次いで第１の実施の形態の例の第３の工程のようにエッチングする。このとき上記のように第２の工程において還元雰囲気でレーザ光３を照射するために第３の工程のエッチング時にフッ素水素酸のようなエッチング液の温度を下げることができ、効果的なエッチング除去ができる。このようにすることで工程の短縮化による生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
次に第３の実施の形態の例について述べる。本例は第２の工程と第３の工程を同時に行うことができるようにしたものである。第１の工程では酸化物単結晶材料１を切断したり、酸化物単結晶材料１に開口部を形成したりする加工を行うが、図３（ａ）の例ではサンドブラストを行うことで切断加工したり開口部を形成したりするようになっている。図３（ａ）で７はサンド８をブラストするブラスト管、９はマスキングである。第２の工程と第３の工程は、図３（ｂ）に示すように酸化物単結晶材料１の加工面に発生するマイクロクラックを有する領域に、酸等の液中においてレーザ光３を照射することにより、多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、これと同時に上記レーザ光３を照射した領域をエッチングにて選択的に除去するようになっている。
【００２０】
具体的な一例は次の通りである。サンドブラストにより幅１００μｍの開口部が形成された薄板状のタンタル酸リチウムのウェハの切断端面にフッ化水素酸中でＹＡＧレーザの第３高調波を照射し、加工端面に溶融層４を形成すると同時にフッ化水素酸で溶融した部位を化学的除去し、サンドブラスト工程で生じた加工ダメージ層２を除去した。
【００２１】
このようにエッチング液中でレーザ照射することで第２工程と第３の工程を同時に行うことができ、工程の短縮化による生産性向上ができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明では、機械加工による切断或いは開口部を形成する際に併せてできていたダメージ層を除去し、基材の材料特性を維持することができるものであり、またそのダメージ層除去に際しても、特にマスク等による除去部を特定する工程を必要とせず、基材と、レーザ照射部とのエッチング速度違いを利用した選択除去が可能となるものであり、また後工程等でクラックが伸展して破損に繋がることを防止し、脆性な酸化物単結晶材料のウェハの加工の生産性が向上するものである。
【００２８】
また本発明の請求項２の発明は、請求項１において、還元雰囲気中にてレーザ光を照射することにより、基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させてレーザ光を照射させた領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させるので、水素雰囲気下などの還元性ガス雰囲気中でレーザによる加熱溶融を行うことで、酸化物単結晶の構成酸素原子を還元除去して、より低酸素度の層を形成することができ、より低温での化学的除去が可能となり、また基材との選択的除去性が向上し、効果的なエッチングが可能となるものである。
【００３０】
また本発明の請求項３の発明は、請求項１において、酸化物単結晶材料の加工面に発生するマイクロクラックを有する領域に、酸の液中においてレーザ光を照射することにより、多結晶化するか、若しくは基材の酸素分子を解離させて酸化度を低下させるか或いは金属化させて当該領域の耐酸性を非照射領域よりも低下させ、これと同時に上記レーザ光を照射した領域を酸により選択的に除去するので、エッチング液中でレーザ照射することにより耐酸性を低下させる工程とエッチングにより除去する工程を同時に行うことができ、生産性を向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する説明図である。
【図２】同上の第２の実施の形態を説明する説明図である。
【図３】同上の第３の実施の形態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 酸化物単結晶材料
２ ダメージ層
３ レーザ光
４ 溶融層
５ エッチング液
【図１】
0003864654.tif 000002
【図２】
0003864654.tif 000003
【図３】
0003864654.tif 000004