JPH06143108A - Groove processing method and device - Google Patents

Groove processing method and device

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JPH06143108A
JPH06143108A JP31661792A JP31661792A JPH06143108A JP H06143108 A JPH06143108 A JP H06143108A JP 31661792 A JP31661792 A JP 31661792A JP 31661792 A JP31661792 A JP 31661792A JP H06143108 A JPH06143108 A JP H06143108A
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JP
Japan
Prior art keywords
tool
fine
groove
substrate
grooving
Prior art date
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Pending
Application number
JP31661792A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigenobu Wada
重伸 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH06143108A publication Critical patent/JPH06143108A/en
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve diametral accuracy of a tool by decreasing the oscillation of a groove processing fine tool. CONSTITUTION:In a method and a device for mechanically forming a fine groove on a base plate 5 by a rotated fine tool 3, the groove-processing is performed on a base plate without removing the fine tool 3 from the device after correcting diametral and oscillation accuracy of the fine tool 3 by a correcting tool 4 incorporated in the device in such a state that the fine tool 3 for the purpose of processing is attached to a tool chuck 2. Thereby the oscillation of the fine tool 3 can be decreased, the diametral accuracy can be improved, moreover highly accurate groove having an optional shape can be formed on the optical material base plate 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学材料基板上に精密
微細溝を加工する方法及び加工装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a processing apparatus for processing precision fine grooves on an optical material substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】光スイッチ、光交換機等の光デバイス
は、リチウムナイオベート等の光学材料基板上に形成さ
れ、同一基板内のデバイス同士は、光学材料基板の表面
層に形成された光導波路で接続される。一方、他の基板
上のデバイスあるいは光ファイバと接続するためには、
光学材料基板端面まで導かれた導波路端部と光ファイバ
を両者の光軸をミクロン単位で合わせて接合する必要が
ある。
2. Description of the Related Art Optical devices such as optical switches and optical switches are formed on an optical material substrate such as lithium niobate, and devices on the same substrate are optical waveguides formed on the surface layer of the optical material substrate. Connected. On the other hand, in order to connect with devices on other boards or optical fibers,
It is necessary to join the end portion of the waveguide guided to the end surface of the optical material substrate and the optical fiber by aligning the optical axes of both with the micron unit.

【0003】従来は、一本ずつ顕微鏡を使って導波路端
部と光ファイバとの光軸の位置合わせを行い、固定して
いた。また、基板上に溝を加工し、溝内に光ファイバが
設置されている。
Conventionally, the optical axes of the waveguide end and the optical fiber have been aligned and fixed one by one using a microscope. Further, a groove is processed on the substrate, and an optical fiber is installed in the groove.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記溝を形成する方法
としては、光学材料基板上にエッチング等で加工する
方法、異方性エッチング等で溝を形成したシリコン単
結晶板を光学基板上に接着する方法、機械的除去加工
で溝を形成する等の方法が考えられていた。
As a method of forming the groove, a method of processing the optical material substrate by etching or the like, or a method of adhering a silicon single crystal plate in which the groove is formed by anisotropic etching or the like on the optical substrate A method of forming a groove by mechanical removal processing has been considered.

【0005】しかし、エッチングで加工する場合、例え
ば光ファイバの直径の半分程度の深さの溝を形成する必
要があり、通常の光通信用ファイバの場合、60μm以
上の深さが必要となる。このような寸法の溝において必
要とされるミクロン精度の幅、深さ精度の溝を形成する
ことは、困難である。
However, in the case of processing by etching, for example, it is necessary to form a groove having a depth of about half the diameter of the optical fiber, and in the case of an ordinary optical communication fiber, a depth of 60 μm or more is required. It is difficult to form a groove with a micron-accuracy width and depth accuracy required for a groove of such dimensions.

【0006】又、シリコン基板上に溝を形成する方法で
は、半導体素子用のリソグラフィ技術と異方性エッチン
グとを用いれば、サブミクロン精度の溝を形成すること
ができるが、光学材料基板への接着時に位置合わせを行
う必要があり、又シリコン基板を光学材料基板に接着す
ることにより、生じる表面の段差の問題を解消する必要
がある。一般的な溝形成方法としては、薄刃の円盤状工
具の外周部分を用いた機械的除去加工が多用されている
が、基板の端から端までの直線溝形成には適している
が、基板の途中までの溝形成や任意の曲線形状等の溝形
成は不可能であるという欠点があった。
In the method of forming a groove on a silicon substrate, a submicron-precision groove can be formed by using a lithography technique for semiconductor elements and anisotropic etching. It is necessary to perform alignment at the time of bonding, and it is necessary to solve the problem of a step on the surface caused by bonding the silicon substrate to the optical material substrate. As a general groove forming method, mechanical removal processing using an outer peripheral portion of a thin blade disk-shaped tool is often used, but it is suitable for forming a linear groove from end to end of the substrate, There is a drawback that it is impossible to form a groove halfway or to form a groove having an arbitrary curved shape.

【0007】更に微細な円柱状の工具を被加工物表面に
対して垂直な軸のまわりで回転させながら、エンドミル
式に加工する方法が考えられる。例えば、光ファイバ固
定用の微細精密溝を形成する場合、加工に用いる工具の
直径は所望する溝幅(例えば直径125μmの光ファイ
バ固定用の溝ならば、直径125μm)にほぼ等しく、
直径精度や回転振れが規定の値内に収まっていることが
必要である。
A method is conceivable in which a fine cylindrical tool is processed in an end mill system while rotating about a shaft perpendicular to the surface of the workpiece. For example, when forming a fine precision groove for fixing an optical fiber, the diameter of the tool used for processing is almost equal to a desired groove width (for example, a groove for fixing an optical fiber having a diameter of 125 μm has a diameter of 125 μm).
It is necessary that the diameter accuracy and rotational runout be within the specified values.

【0008】しかし、工具の直径は、製作時に1μm以
下の精度に加工する可能性があるが、スピンドル等の回
転機構の先端に保持するときに取り付け誤差が生じ、数
μmから数十μm程度の回転振れが発生するため、溝形
状精度悪化の原因となっていた。
However, the diameter of the tool may be machined to an accuracy of 1 μm or less at the time of manufacture, but an attachment error occurs when the tool is held at the tip of a rotating mechanism such as a spindle, and the diameter is several μm to several tens of μm. Since rotational runout occurs, this is a cause of deterioration in groove shape accuracy.

【0009】本発明の目的は、従来の上記欠点を解消し
て、基板上に高精度の任意形状の溝を機械的に加工する
溝加工方法及び溝加工装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a groove processing method and a groove processing apparatus for mechanically processing a highly precise groove of a desired shape on a substrate.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る溝加工方法は、工具整形工程と、溝加
工工程とを有する溝加工方法であって、工具整形工程
は、溝加工に先立って、所要寸法よりも若干大きな直径
の円柱状微細工具を溝加工用の回転機構に取付け、回転
中の微細工具に修正工具を押しあてて、該微細工具を、
回転機構の回転軸と同軸で所要寸法の直径を有する工具
形状に削り出すものであり、溝加工工程は、削り出した
微細工具を溝加工用の回転機構に取付けたままで、これ
を基板表面に接触させ、微細工具と基板を相対移動させ
て基板表面に溝加工を行うものである。
In order to achieve the above object, a groove machining method according to the present invention is a groove machining method having a tool shaping step and a groove machining step. Prior to the above, a cylindrical fine tool having a diameter slightly larger than the required dimension is attached to the rotating mechanism for groove machining, and the correcting tool is pressed against the rotating fine tool to
It is a machine tool that is coaxial with the rotation axis of the rotating mechanism and has a diameter of the required dimension.In the groove machining process, the machined fine tool remains attached to the rotating mechanism for groove machining, and this is placed on the substrate surface. The groove is formed on the surface of the substrate by bringing the fine tool and the substrate into relative contact with each other.

【0011】また、本発明に係る溝加工装置は、スピン
ドル機構と、修正工具と、測定器と、移動ステージ機構
と、制御機構とを有し、所要寸法より若干大きな直径を
もつ微細工具を削り出して、所要寸法の工具形状に整形
し、整形後の微細工具で基板表面に溝加工を行う溝加工
装置であって、スピンドル機構は、基板の溝加工面に対
して垂直な軸まわりに整形前後の円柱状微細工具を回転
させるものであり、修正工具は、スピンドル機構上の円
柱状微細工具を径方向及び軸方向に削り出しを行うもの
であり、測定器は、修正工具による削り出しが行なわれ
ている円柱状微細工具の直径及び振れを測定するもので
あり、移動ステージ機構は、微細工具と基板の相対位置
及び微細工具と修正工具との相対位置を規制するもので
あり、制御機構は、測定器からの微細工具形状のデータ
に基いて移動ステージ機構を制御すものである。
Further, the groove machining apparatus according to the present invention has a spindle mechanism, a correction tool, a measuring instrument, a moving stage mechanism, and a control mechanism, and grinds a fine tool having a diameter slightly larger than a required dimension. It is a groove processing device that takes out and shapes it into a tool shape of the required size, and performs groove processing on the substrate surface with the fine tool after shaping.The spindle mechanism shapes around the axis perpendicular to the groove processing surface of the substrate. It rotates the front and rear cylindrical fine tools, the correction tool cuts out the cylindrical fine tool on the spindle mechanism in the radial direction and the axial direction, and the measuring instrument cuts by the correction tool. The moving stage mechanism regulates the relative position between the fine tool and the substrate and the relative position between the fine tool and the correction tool, and the control mechanism. Is It is intended to control the movement stage mechanism based on the data of the fine tool shape from the measuring instrument.

【0012】[0012]

【作用】加工用の微細工具3を工具チャック2に取付け
たままで、微細工具3の直径及び振れの精度を修正工具
4によって修正し、その後、微細工具3を装置から取り
外すことなく、微細工具3で基板に溝加工を行う。
With the machining fine tool 3 still attached to the tool chuck 2, the diameter and runout accuracy of the fine tool 3 are corrected by the correction tool 4, and then the fine tool 3 is removed without removing it from the apparatus. Groove the substrate.

【0013】[0013]

【実施例】次に本発明について図面を参照して詳細に説
明する。
The present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明の溝加工方法を説明するた
めの概念図である。図1において、1は高速回転が可能
で高精度な高周波スピンドルである。高周波スピンドル
1の回転軸の先端には、工具チャック2によって円柱状
の微細工具3(例えば微細ダイヤモンド砥粒を含んだメ
タルボンド砥石)を保持している。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the groove processing method of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a high-precision high-frequency spindle capable of high-speed rotation. A cylindrical fine tool 3 (for example, a metal bond grindstone containing fine diamond abrasive grains) is held by a tool chuck 2 at the tip of the rotary shaft of the high-frequency spindle 1.

【0015】4は、例えば円錐状のダイヤモンドの修正
工具で、ステージ(図示せず)上に固定されることによ
り微細工具3の軸方向と半径方向に精密に移動させるこ
とができる。
Reference numeral 4 denotes, for example, a conical diamond correction tool, which can be precisely moved in the axial direction and the radial direction of the fine tool 3 by being fixed on a stage (not shown).

【0016】溝加工に先立って工具チャック2に、所要
寸法よりも若干大きな直径の微細工具3を固定して、高
周波スピンドル1を回転させながら修正工具4を接触さ
せ移動することにより、微細工具3を加工し、点線で示
すように取り付け誤差や曲がりを修正してスピンドルの
回転中心と中心が一致し、所要寸法に等しい工具形状を
得る。
Prior to grooving, a fine tool 3 having a diameter slightly larger than a required dimension is fixed to the tool chuck 2, and a correction tool 4 is brought into contact with and moved while rotating the high frequency spindle 1, whereby the fine tool 3 is moved. Is processed and the mounting error and bending are corrected as shown by the dotted line so that the center of rotation of the spindle coincides with the center and a tool shape equal to the required dimension is obtained.

【0017】図2は、本発明の溝加工装置の構成を説明
するための正面図である。図2において、1は高周波ス
ピンドル、2は工具チャック、3は微細工具、4は修正
工具である。5は基板で、ベース6の上に水平ステージ
7、垂直ステージ8によって移動可能に保持されてい
る。修正工具4は、水平ステージ7、垂直ステージ8に
より保持され移動可能な構造となっている。
FIG. 2 is a front view for explaining the structure of the groove processing apparatus of the present invention. In FIG. 2, 1 is a high frequency spindle, 2 is a tool chuck, 3 is a fine tool, and 4 is a correction tool. A substrate 5 is movably held on a base 6 by a horizontal stage 7 and a vertical stage 8. The correction tool 4 has a structure that is held and movable by a horizontal stage 7 and a vertical stage 8.

【0018】9はステージ7,8により保持されている
非接触型の測定器(例えば、株式会社キーエンス製レー
ザ式外径測定器)で、微細工具3の外径及び振れを測定
する。測定器で測定した微細工具3の直径のデータは、
パーソナルコンピュータ等の記録制御装置10に記録
し、記録制御装置10に記録したデータを用いて水平ス
テージ7、垂直ステージ8を制御して所要寸法の微細工
具3を加工する。
Reference numeral 9 denotes a non-contact type measuring device (for example, a laser type outer diameter measuring device manufactured by KEYENCE CORPORATION) held by the stages 7 and 8 to measure the outer diameter and deflection of the fine tool 3. The data of the diameter of the fine tool 3 measured by the measuring device is
Data is recorded in the recording control device 10 such as a personal computer, and the horizontal stage 7 and the vertical stage 8 are controlled using the data recorded in the recording control device 10 to process the fine tool 3 having a required size.

【0019】本実施例では、直径150±1μmのブロ
ンズ系メタルボイドダイヤモンド砥石の微細工具をチャ
ックによってスピンドルに取り付け(取り付け後の微細
工具の振れは10μm)、分解能0.1μmの測定器に
より直径と振れを測定し、この測定値に基いて円錐状
(頂角90度、先端直径0.1μm)単結晶ダイヤモン
ド製の修正工具を用い微細工具の加工を行った。データ
の記録及び制御装置としてパーソナルコンピュータを使
用した。この結果、微細工具を長さ100μmの範囲に
渡り、直径125±0.5μm、最大振れ0.5μmに
加工することができ、この工具を用いてリチウムナイオ
ベート基板上に幅125μm、深さ63μmの溝を精度
±1μmで任意の形状に形成することができた。
In this embodiment, a fine tool of a bronze type metal void diamond grindstone having a diameter of 150 ± 1 μm is attached to a spindle by a chuck (the deviation of the fine tool after attachment is 10 μm), and the diameter is measured by a measuring instrument having a resolution of 0.1 μm. The shake was measured, and based on the measured value, a fine tool was processed using a conical (vertical angle 90 degrees, tip diameter 0.1 μm) single-crystal diamond correction tool. A personal computer was used as a data recording and control device. As a result, a fine tool can be processed over a range of 100 μm in length with a diameter of 125 ± 0.5 μm and a maximum deflection of 0.5 μm. With this tool, a width of 125 μm and a depth of 63 μm can be formed on a lithium niobate substrate. It was possible to form the groove of (1) in an arbitrary shape with an accuracy of ± 1 μm.

【0020】本実施例においては、説明を簡略化するた
めに水平方向の移動機構が一軸の場合を示したが、これ
と直角方向に移動機構を設けることにより、任意形状の
溝が形成可能であることは言うまでもない。また、修正
工具4として、単石のダイヤモンドを用いた場合を示し
たが、多石や砥石あるいは回転式の修正工具を用いても
同様の効果が得られる。
In this embodiment, the horizontal movement mechanism is uniaxial for simplification of description, but by providing the movement mechanism in a direction perpendicular to this, a groove of arbitrary shape can be formed. Needless to say. Further, the case where a single stone diamond is used as the correction tool 4 is shown, but the same effect can be obtained by using a multi-stone stone, a grindstone, or a rotary correction tool.

【0021】本実施例では、基板、修正工具、測定器を
同一のステージ上に設置する場合について示したが、こ
れらは別のステージ上に設置されても、あるいは取り外
し式になっていても、同様の効果が得られることは言う
までもない。又、本加工を微細工具の端面部分の加工に
応用することにより、端面部形状を任意形状に加工する
ことが可能になり、半円形断面や三角形断面等の溝形状
の加工も容易に行える。
In this embodiment, the substrate, the correction tool, and the measuring instrument are installed on the same stage. However, even if they are installed on another stage or detachable, It goes without saying that the same effect can be obtained. Further, by applying the main processing to the processing of the end surface portion of the fine tool, the end surface portion can be processed into an arbitrary shape, and the groove shape such as the semicircular cross section or the triangular cross section can be easily processed.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように本発明の溝加工方法
及び溝加工装置を用いると、基板上に高精度に任意形状
の溝を形成することができ、光学材料基板の加工法とし
て非常に有効である。
As described above, when the groove processing method and the groove processing apparatus of the present invention are used, it is possible to form a groove having an arbitrary shape with high precision on a substrate, which is very useful as a method for processing an optical material substrate. It is valid.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の溝加工方法を説明するための概念図で
ある。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a groove processing method of the present invention.

【図2】本発明の溝加工方法と溝加工装置の構成を説明
するための正面図である。
FIG. 2 is a front view for explaining the structure of the groove processing method and the groove processing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高周波スピンドル 2 工具チャック 3 微細工具 4 修正工具 5 基板 6 ベース 7 水平ステージ 8 垂直ステージ 9 測定器 10 記録制御装置 1 high frequency spindle 2 tool chuck 3 micro tool 4 correction tool 5 substrate 6 base 7 horizontal stage 8 vertical stage 9 measuring instrument 10 recording controller

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 工具整形工程と、溝加工工程とを有する
溝加工方法であって、 工具整形工程は、溝加工に先立って、所要寸法よりも若
干大きな直径の円柱状微細工具を溝加工用の回転機構に
取付け、回転中の微細工具に修正工具を押しあてて、該
微細工具を、回転機構の回転軸と同軸で所要寸法の直径
を有する工具形状に削り出すものであり、 溝加工工程は、削り出した微細工具を溝加工用の回転機
構に取付けたままで、これを基板表面に接触させ、微細
工具と基板を相対移動させて基板表面に溝加工を行うも
のであることを特徴とする溝加工方法。
1. A grooving method having a tool shaping step and a grooving step, wherein the tool shaping step is for grooving a cylindrical fine tool having a diameter slightly larger than a required dimension prior to grooving. It is attached to the rotating mechanism of, and the correction tool is pressed against the rotating fine tool, and the fine tool is cut into a tool shape coaxial with the rotation axis of the rotating mechanism and having a diameter of the required dimension. Is characterized in that the machined fine tool is still attached to the groove rotation mechanism and is brought into contact with the substrate surface, and the fine tool and the substrate are moved relative to each other to form the groove on the substrate surface. Groove processing method.
【請求項2】 スピンドル機構と、修正工具と、測定器
と、移動ステージ機構と、制御機構とを有し、所要寸法
より若干大きな直径をもつ微細工具を削り出して、所要
寸法の工具形状に整形し、整形後の微細工具で基板表面
に溝加工を行う溝加工装置であって、 スピンドル機構は、基板の溝加工面に対して垂直な軸ま
わりに整形前後の円柱状微細工具を回転させるものであ
り、 修正工具は、スピンドル機構上の円柱状微細工具を径方
向及び軸方向に削り出しを行うものであり、 測定器は、修正工具による削り出しが行なわれている円
柱状微細工具の直径及び振れを測定するものであり、 移動ステージ機構は、微細工具と基板の相対位置及び微
細工具と修正工具との相対位置を規制するものであり、 制御機構は、測定器からの微細工具形状のデータに基い
て移動ステージ機構を制御するものであることを特徴と
する溝加工装置。
2. A spindle mechanism, a correction tool, a measuring instrument, a moving stage mechanism, and a control mechanism, and a fine tool having a diameter slightly larger than the required dimension is machined to obtain a tool shape of the required dimension. A grooving device for shaping and grooving the surface of a substrate with a fine tool after shaping. A spindle mechanism rotates a cylindrical fine tool before and after shaping around an axis perpendicular to the grooved surface of the substrate. The correction tool is used to machine the cylindrical fine tool on the spindle mechanism in the radial and axial directions, and the measuring instrument is to measure the cylindrical fine tool that is being machined by the correction tool. The diameter and deflection are measured, the moving stage mechanism regulates the relative position between the micro tool and the substrate, and the relative position between the micro tool and the correction tool.The control mechanism controls the micro tool shape from the measuring instrument. of Grooving apparatus, characterized in that to control the movement stage mechanism based on the over data.
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