JPH06143108A - 溝加工方法及び溝加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溝加工用の微細工具の振れを小さくし、該工
具の直径精度を向上する。 【構成】 回転させた微細工具３で機械的に基板５上に
微細な溝を形成する方法及び装置において、加工を行う
微細工具３を工具チャック２に取り付けた状態で装置に
組み込んだ修正工具４によって微細工具３の直径及び振
れの精度を修正した後に微細工具３を装置から取り外す
ことなく基板に溝加工を行う。 【効果】 微細工具３の振れを小さくし、直径精度を向
上させ、光学材料基板５上に高精度の任意形状溝形成が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。