JP2008119698A - Method and apparatus for drilling hole in substrate with co2 laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CO2レーザー(炭酸ガスレーザー)でガラス、セラミックス等の基板に穴を開ける方法及び装置に関し、さらに詳しくは、MEMS(微少電気機械システム)分野における陽極接合用ガラスに関し、特に貫通電極用ガラスに穴を開ける方法と装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for drilling holes in a substrate such as glass and ceramics with a CO 2 laser (carbon dioxide laser), and more particularly to glass for anodic bonding in the field of MEMS (micro electromechanical system), and more particularly to a through electrode. The present invention relates to a method and an apparatus for making a hole in a working glass.
従来より、MEMS分野においては、圧力センサ、加速度センサ、光デバイス、各種スイッチといった電気的素子と機械的素子の両方を兼ね備えた機能素子(マイクロデバイス)をシリコン基板等の上に形成し、ガラス基板で封止して製作されている。 Conventionally, in the MEMS field, functional elements (microdevices) having both electrical and mechanical elements such as pressure sensors, acceleration sensors, optical devices, and various switches have been formed on a silicon substrate, etc. It is manufactured by sealing with.
このガラス基板とシリコン基板等の接着は、従来、接着剤を用いて接着されていたが、接着時の接着剤の揮発成分による機能素子部分の汚染防止や機能素子部分のパッケージ内を真空化させて機能素子の動作の円滑化や酸化防止、断熱効果を得るため、最近では陽極接合と呼ばれる接着剤を使用しない方法で接合されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the glass substrate and the silicon substrate are bonded using an adhesive. However, the functional element portion is prevented from being contaminated by the volatile component of the adhesive during bonding, and the package of the functional element portion is evacuated. In order to achieve smooth operation of the functional elements, oxidation prevention, and heat insulation effect, recently, bonding is performed by a method called anodic bonding which does not use an adhesive (see, for example, Patent Document 1).
上記陽極接合とは、ガラス基板とシリコン基板を重ねて電圧印加しつつ加熱することにより、ガラス基板とシリコン基板の界面で発生する静電引力等でガラス基板とシリコン基板が接合される接合方法である。 The anodic bonding is a bonding method in which a glass substrate and a silicon substrate are bonded to each other by electrostatic attraction generated at the interface between the glass substrate and the silicon substrate by heating the glass substrate and the silicon substrate while applying voltage. is there.
また、最近では上記のMEMS部品をさらに微小化するため、ガラス基板に貫通穴を形成し、上記貫通穴を通じて貫通電極を設けて、ガラス基板から直接電極を取る構造とし、電極の取り回しを微小化している。 Recently, in order to further miniaturize the above MEMS parts, a through hole is formed in the glass substrate, a through electrode is provided through the through hole, and the electrode is directly taken from the glass substrate. ing.
上記のことから、MEMS部品の製造には、ガラス基板への精度の良い微細な貫通穴の形成が重要となってきている。また、量産性から、高速で低コストでの加工も求められてきている。 From the above, in the production of MEMS parts, it is important to form fine through holes with high accuracy in a glass substrate. In addition, high-speed and low-cost processing has been demanded for mass productivity.
このガラス基板への貫通穴の形成は、従来より、以下のような各種の手法が用いられており、例えば、1)スピニングドリル、2)超音波加工、3)サンドブラスト、4)ウエットエッチング、5)ドライエッチング、6)フェムト秒レーザー、によるものがあげられる。 Conventionally, various methods such as the following have been used to form a through hole in the glass substrate. For example, 1) spinning drill, 2) ultrasonic processing, 3) sand blast, 4) wet etching, 5 Examples thereof include dry etching and 6) femtosecond laser.
また、CO2レーザーを用いて、インクジェットヘッド等に用いられるガラスやセラミックス等への穴開け加工も行われている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、上記した従来のガラス基板への貫通穴の形成法は次のような問題があった。
1)スピニングドリルは、穴開けに時間を要すると共に、MEMS用としてはドリルの径を細くしなければならなかったり、穴間のピッチを狭くできないという問題があった。
2)超音波加工は、小さな穴開けが困難であり(最小穴径が0.35mm)、また、穴間のピッチを狭くできないという問題がある。
3)サンドブラストは、マスクが必要であり、穴開けに時間を要し、また、小さな穴開け加工ができない(深さは開口径を超えることができない)と共に穴間のピッチを狭くできないという問題や開口した穴の内部が荒れ、陽極接合した際に機能素子部分のパッケージ内の気密性が保てない問題があり、陽極接合には向かない問題がある。
4)ウエットエッチングは、マスクが必要であり、穴開けに時間を要し、また穴間のピッチを狭くできず、深い穴開けには向かない(加工深さ:最大0.2mm)と共に、穴の端がだれるという問題があった。
5)ドライエッチングは、マスクが必要であり、穴開けに時間を要し、また装置が非常に高価であるという問題がある。
6)フェムト秒レーザーは、穴開けに時間を要すると共に、装置が非常に高価であるという問題がある。
By the way, the above-mentioned conventional method for forming a through hole in a glass substrate has the following problems.
1) Spinning drills require time for drilling, and for MEMS, there is a problem that the diameter of the drill must be reduced or the pitch between holes cannot be reduced.
2) Ultrasonic machining has problems that it is difficult to make small holes (minimum hole diameter is 0.35 mm) and that the pitch between holes cannot be reduced.
3) Sandblasting requires a mask, takes time for drilling, cannot drill small holes (the depth cannot exceed the opening diameter), and cannot narrow the pitch between holes. The inside of the opened hole is rough, and there is a problem that the airtightness in the package of the functional element portion cannot be maintained when anodic bonding is performed, and there is a problem that is not suitable for anodic bonding.
4) Wet etching requires a mask, requires time for drilling, cannot narrow the pitch between holes, and is not suitable for deep drilling (processing depth: 0.2 mm at the maximum). There was a problem that the end of the.
5) The dry etching requires a mask, takes time for drilling, and has a problem that the apparatus is very expensive.
6) The femtosecond laser has a problem that it takes time to make a hole and the apparatus is very expensive.
また、特許文献2の方法は低コストなCO2レーザーによる穴開け加工に関するものであるが、特許文献2中に記載があるように、通常、単純にCO2レーザーでガラス等に穴開けを行った場合、加工熱によりガラス等に歪みが発生し、クラックが発生することになるため、加工部位の周辺を加工用のレーザー以外のレーザーや赤外線等で加熱し、加工部位とその周辺の温度勾配を低減することにより歪みを軽減し、クラックを防止する方法が開示されている。
Also, performing a method of
しかし、特許文献2のように2種類のレーザーを用いた場合、レーザー部分のコストが倍増したり、それぞれの制御機構が必要になったりするなど装置のコストが高くなる問題や制御機構が複雑化し調整等が困難になる問題がある。
However, when two types of lasers are used as in
また、特許文献2や一般的なレーザーでの穴開け加工は照射されたレーザーの熱により被加工物を蒸発させ、あるいはアシストガスで溶融成分を飛散させて行われている。
Moreover, the drilling process by
しかし、上記のように加工部分の被加工物を蒸発させる方法や、アシストガスで溶融成分を飛散させる方法では、穴開け部分に大きな熱量を加えなければならず、また、溶融部分の面積も大きなものとなるため、穴径が大きくなったり、溶融部分が加工部分周囲に飛散することにより、穴の周囲に盛り上がり等が生じたりすることになる。 However, in the method of evaporating the workpiece in the processed part as described above and the method of scattering the molten component with the assist gas, a large amount of heat must be applied to the perforated part, and the area of the molten part is also large. As a result, the hole diameter becomes large, or the melted portion scatters around the processed portion, so that a bulge or the like occurs around the hole.
このため、上記方法はMEMSのような微細加工には適さない問題がある。特に、貫通穴周囲に盛り上がりが発生した場合は貫通電極として使用する場合、その盛り上がりを除去せねばならず加工コストが高くなる問題がある。 For this reason, the above method has a problem that it is not suitable for microfabrication such as MEMS. In particular, when a swell occurs around the through-hole, when the swell is used as a through-electrode, the swell must be removed, resulting in a high processing cost.
また、特許文献2の2種類のレーザーを用いる方法は、被加工物が溶融するまで加熱することと、その周囲を加熱する必要性から、加工に時間を要する問題があり、量産性に適さないという問題があり、更に多数の穴開けを連続して行うと加わる熱量が多く、ガラス基板に歪みが発生してガラス基板にクラックが発生する問題があり、逆に与える熱量を少なくすると、穴が開かないという問題がある。
In addition, the method using two types of lasers in
ここで、従来例のCO2レーザー加工方法を図15乃至図17にて説明すると、先ず、図15に示すように、加工テーブル41上にある吸着テーブル42により吸着固定されたガラス基板43に対し、ノズル44内部で集光レンズ45により集光されたレーザービーム46は、ノズル44先端の開口を通じてガラス基板43に対して穴開け加工を行うようになっており、アシストガス導入管47からはアシストガス48が導入されている。
Here, the conventional CO 2 laser processing method will be described with reference to FIGS. 15 to 17. First, as shown in FIG. 15, the
図16にて従来方法によるガラス基板43の穴開け加工の原理を示すと、ガラス基板43を構成する通常状態の固体49は、レーザービー46が当たった部分を中心として温度が急上昇し、加工物の温度分布に示すように、中心付近でガラスの融点mpを超えて融液50と化し、この融液50がレーザービーム46の照射により更に温度が上昇して中央付近でガラスの沸点bpを超えて気化し、プラズマ蒸気51と化す。
FIG. 16 shows the principle of drilling of the
従来の装置は上記のような構成であり、次に、レーザー光による穴開け加工状態のガラス基板43の様子を図17に基づいて説明すると、まず、図17(a)のように、ノズル先端部52を通じて照射されるレーザービーム46の焦点付近のガラス基板43は、温度が融点mpを超えて固体49から融液50となり、この融液50に更にレーザービーム46が照射されることにより、融液50の中央部の温度が沸点bpを超えて気化し、プラズマ蒸気51と化し、ガラス基板43内から外部に排出されて孔が形成されることになる。
The conventional apparatus is configured as described above. Next, the state of the
図17(b)に示すように、融液50の中心部には更に高温になり沸点bpを超えてプラズマ蒸気51が形成され、この状態でプラズマ蒸気51を吹き飛ばすためにノズル先端部52に設けられた前述のアシストガス導入管47からアシストガス48を導入してノズル先端部52からアシストガス48を噴射させている。
なお、アシストガス48は、上記の他、酸素ガス等を噴射させて、穴開けを促進させたり、ノズル先端部52からプラズマ蒸気51が侵入して集光レンズ45を曇らせることを防止したりするために使用されている。
As shown in FIG. 17 (b),
In addition to the above, the
熱により融液50から形成されるプラズマ蒸気51とその周囲の融液50の2層構造のままガラス基板43の溶融が下方に進行するが、熱せられた時間が長い上面に近い方が溶融面積が広がり、全体として逆円錐形状で溶融が進行する。
The melting of the
ガラス基板43に対するレーザービーム46の照射による固体49の融液50化により、ガラス基板43の固体49が除去されて逆円錐形状の穴が形成されてゆき、図17(c)に示すように穴がガラス基板43の下面まで達すれば、レーザービーム46の照射を終了するが、その際、穴の周壁に溜まっていた融液50が重力又はアシストガス48の吹きつけにより下がり、逆円錐形の下部に溜まってから冷えて固まり、ガラス基板43を貫通して形成された穴部53の形状を崩したり、下部貫通部を塞いでしまうことになる。
When the
このように、比較的安価なCO2レーザーによる従来の加工方法は、微細加工や量産性に適さない問題があるし、また、前記したCO2レーザー以外の各種方法も、量産性、コスト面等種々の問題によってMEMS部品に適した方法がなかった。 As described above, the conventional processing method using a relatively inexpensive CO 2 laser has a problem that it is not suitable for fine processing and mass productivity. In addition, various methods other than the above-described CO 2 laser can be used for mass production, cost, etc. There were no suitable methods for MEMS parts due to various problems.
そこで、本発明の課題は、各種レーザーの中でも比較的安価でビームの質も良いCO2レーザーを用い、しかも、MEMSに適した微小な穴径での穴開け加工が可能で、被加工物の損傷も無く、さらに、開口した穴の周囲に盛り上がり等を発生させず、穴同士のピッチも小さくできるCO2レーザーでの基板への穴開け方法及び装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to use a CO 2 laser that is relatively inexpensive and has a good beam quality among various types of lasers, and is capable of drilling with a small hole diameter suitable for MEMS. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for drilling a substrate with a CO 2 laser that does not cause damage, does not generate swells around the opened holes, and can reduce the pitch between the holes.
上記のような課題を解決するため、請求項1の発明は、CO2レーザーを照射して基板へ穴を開ける方法において、レーザービームの照射時に被加工物の溶融成分を吸引しながら行うCO2レーザーでの基板への穴開け方法である。 In order to solve the above-described problems, the invention of claim 1 is a method of piercing a substrate by irradiating a CO 2 laser, and performing CO 2 while sucking a molten component of a workpiece when irradiating a laser beam. This is a method of drilling a substrate with a laser.
請求項2の発明は、請求項1に記載のCO2レーザーでの基板への穴開け方法において、穴開け後にアニール処理を施す構成を採用したものである。 According to a second aspect of the present invention, in the method for drilling a substrate with the CO 2 laser according to the first aspect, a configuration is adopted in which an annealing process is performed after the drilling.
請求項3の発明は、CO2レーザーを照射して基板へ穴を開ける装置において、被加工物に対向してレーザービームを照射するノズル部分に、レーザービームの照射時に被加工物の溶融成分を吸引し得る吸引部材を設けたCO2レーザーでの基板への穴開け装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for piercing a substrate by irradiating a CO 2 laser. A nozzle component that irradiates a laser beam opposite to the workpiece is irradiated with a molten component of the workpiece during the laser beam irradiation. This is a drilling device for a substrate with a CO 2 laser provided with a suction member capable of sucking.
上記各発明における基板とは例えばガラス基板やセラミックス基板、特にMEMS分野における陽極接合用ガラス製の基板に関し特に適用可能であるが、これらに限定されるものではなく、CO2レーザーによる穴開け加工が可能な材料からなるもの全般を含む。 The substrates in the above inventions are particularly applicable to, for example, glass substrates and ceramic substrates, particularly anodic bonding glass substrates in the MEMS field, but are not limited thereto, and drilling with a CO 2 laser is possible. Includes all possible materials.
また、アニール処理とは、基板のガラス転移点近傍(例えばガラス基板で約600℃)で加熱し、穴開け加工に伴う基板内の歪みを矯正するものである。 In addition, the annealing treatment is performed by heating near the glass transition point of the substrate (for example, about 600 ° C. with a glass substrate) to correct distortion in the substrate due to drilling.
上記請求項1又は請求項3の発明によれば、レーザービームの照射時に穴開け部分を吸引することで、被加工物を完全溶融させる前に水飴状の状態で吸引除去でき、穴径が広がらず、盛上りも生じさせることなく、短時間で加工できる。 According to the first or third aspect of the present invention, by sucking the perforated portion at the time of laser beam irradiation, the workpiece can be sucked and removed in a water tank-like state before the workpiece is completely melted, and the hole diameter is increased. In addition, it can be processed in a short time without causing swell.
また、加工時に必要以上に熱量を加える必要がないので、被加工物への熱による歪みの発生を最小限にできると共に、加工後の穴の状態も変質が少なく、なめらかで精度の良いものとなる。 In addition, since it is not necessary to apply more heat than necessary during processing, it is possible to minimize the occurrence of distortion due to heat on the work piece, and the state of the hole after processing is less altered and smooth and accurate. Become.
また、被加工物の歪みが少ないため、穴間のピッチを小さくしても被加工物に割れ、欠け等も生じないので、上記した短時間になめらかで精度良い貫通穴が形成できる点からも、例えばMEMS分野におけるガラス基板に適用すれば、導電用に適した微小な貫通穴が形成される。 In addition, since there is little distortion of the work piece, even if the pitch between the holes is reduced, the work piece will not be cracked, chipped, etc. From the point that smooth and accurate through holes can be formed in the short time described above. For example, when applied to a glass substrate in the MEMS field, a minute through hole suitable for conduction is formed.
更に、使用するのが比較的低コストとなるCO2レーザーを用い、また、他に熱源等を使用せずとも被加工物に歪み等が発生しないので、低コストで穴開け加工が行える。 Furthermore, since a CO 2 laser that is relatively inexpensive to use is used, and the workpiece is not distorted without using a heat source or the like, drilling can be performed at low cost.
請求項2の発明によれば、穴開け後に基板をアニール処理することで、更に基板の加工時の歪みを少なくでき、例えばMEMS等に適した貫通穴が形成されたガラス基板等を提供することができる。 According to the second aspect of the present invention, by annealing the substrate after drilling, distortion during processing of the substrate can be further reduced, and for example, a glass substrate having a through hole suitable for MEMS or the like is provided. Can do.
以下、この発明の実施の形態を、図1乃至図8に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1及び図2は、この発明を適用したMEMS用ガラス基板への穴開け装置を例とした一実施形態を示すものであり、機台1上に図示左右方向に延設されたレール2上に、搬送ロボット3が図示しない適宜手段にてこのレール2に沿って移動可能に設けられており、この搬送ロボット3のアームを用いて、同じく機台1上に配置された加工前ガラス基板収納部4、吸着回転テーブル5、加工テーブル6、及び加工済ガラス基板収納部7の各部分に、ガラス基板8を搬送、受け渡し、及び受け取りが可能となっている。
FIG. 1 and FIG. 2 show an embodiment of an example of a drilling device for a MEMS glass substrate to which the present invention is applied. On a
前記加工前ガラス基板収納部4は、加工前のガラス基板8を搬送ロボット3に受け渡すためにガラス基板8を重ねて収納し、順次上面から搬送ロボット3へ受け渡し可能となっている。
The unprocessed glass
前記加工済ガラス基板収納部7は、加工テーブル6上にて穴開け加工され次工程へ運ぶためのガラス基板8′を搬送ロボット3から受け取り、重ねて収納している。
The processed glass
前記吸着回転テーブル5は、搬送ロボット3により加工前ガラス基板収納部4より搬送されたガラス基板8を吸着して回転し、アライメントセンサ9を用いて既知の手段により穴開け加工のために必要となるガラス基板8の位置決めが行われる。
The suction rotation table 5 rotates by sucking and rotating the
前記加工テーブル6は、機台1上に設けられた機枠10内に設けられた昇降シリンダ11により昇降動自在になっており、加工テーブル6上に吸着テーブル12が固定され、位置決め後のガラス基板8を上面に吸着固定するようになっており、吸着されたガラス基板8に対してレーザーによる穴開け加工が行われる。
The processing table 6 can be moved up and down by an elevating
機枠10内の加工テーブル6付近に、隣り合って2本の支柱13、13が立設され、両支柱13、13間に支柱の上端部を繋ぐように水平方向に延びるレール14が設けられ、このレール14に摺動自在に嵌合されたスライダ15と一体となった固定枠16が設けられており、固定枠16はスライダ15と共に図示しない適宜手段にてレール14に沿って移動自在となっている。
Two
また固定枠16には、水平方向かつ前記レール14と直交するレール17が固定され、このレール17の前端は固定枠16より前方へ延設されており、このレール17に摺動自在に嵌合されたスライダ18には、上下方向に延設されたレール19が設けられており、レール19はスライダ18と共に図示しない適宜な駆動手段にてレール17に沿って水平方向に移動自在となっている。
A
このレール19に摺動により上下動自在に嵌合されたスライダ20には、レーザー光によりガラス基板8に穴開け加工を行うための、レーザー発振器21が固定されており、このレーザー発振器21の下部には、レーザー光を遮断するシャッター22、レーザー光を反射して所定位置に導くミラー23、ガラス基板8の穴開け加工する部分に対向するノズル24、ノズル24の先端部でガラス基板8に吸着するシリコーンゴム等からなる吸引部材としての吸着パッド25、アシストガスを導入するためのアシストガス導入管26、吸引部材の吸引作用を行うための吸引管27が上記レーザー発振器21と共にスライダ20と一体に設けられている。
A
前記レール14、レール17、レール19上で、それぞれスライダ15、スライダ18、スライダ20を制御された駆動手段にて移動させることで、ノズル24はX、Y、Z軸方向に移動自在となり、吸着パッド25を吸着テーブル12上のガラス基板8表面に接近させて吸着させたり、ガラス基板8の穴開け加工を行うべき複数の所定位置に加工後順次水平方向にノズル24を移動させたり、加工が終了したガラス基板8からノズル24を離反させるようになっている。
By moving the
図3は、加工テーブル6上の吸着テーブル12上に吸着固定されたガラス基板8に対して穴開け加工を行う際のノズル24の先端付近の拡大図であり、前記レーザー発振器21により照射され、シャッター22とミラー23によりノズル24内に導かれたレーザービーム28は、ノズル24内の集光レンズ29にて集光し、ノズル24の先端開口部を通り、更に、ノズル24先端に固定された吸着パッド固定ホルダ30及び吸着パッド25の中心の開孔部31を通じて吸着パッド25に吸着されたガラス基板8表面付近で焦点を結ぶように調整される。
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the tip of the
なお、吸着テーブル12はガラス基板8の穴開け加工を行う部位の下部には存在しないようにし、ガラス基板8の下面と加工テーブル6との間に適宜隙間(1〜3mm)を空けておくようにする。
The suction table 12 does not exist below the portion of the
また、吸引管27にて吸着パッド固定ホルダ30内を吸引し、アシストガス導入管26の噴射圧より高い負圧を発生させて、ガラス基板8表面から発生するガラス基板8が水飴状となった溶融成分を吸着パッド25及び吸着パッド固定ホルダ30の中心の開孔部31を通じて吸引して外部に排出しており、この吸引負圧は例えば約400mmHgから760mmHgで行われるが、これに限定される訳ではなく、吸着パッド25部分に負圧を働かせ、溶融成分を吸引できればよく、穴開け加工の条件によって適宜変更される。
Further, the
またアシストガス導入管26より、空気、窒素、酸素、アルゴンガス等からなるアシストガス32がノズル24内に導入されており、ノズル24の先端から吸着パッド固定ホルダ30に向かって噴出することで、吸着パッド25で吸い上げられた溶融成分が集光レンズ29を曇らせないようにしている。
Further, an assist
図4にてレーザー光線によるガラス基板8の穴開け加工の原理を示すと、ガラス基板8を構成するガラスは通常状態の固体33であるのに対して、レーザービーム28の焦点付近は焦点を中心としてガラス基板8の温度は急上昇し、加工物の温度分布に示すように、中心付近でガラスの融点mpを超えて水飴状の融液34と化すが、融液34は前述のように吸引管27の負圧により吸着パッド25を通じて吸い取られており、沸点bpを超えて気化することはない。
FIG. 4 shows the principle of drilling the
この発明の装置は上記のような構成であり、次に、レーザー光による穴開け加工状態のガラス基板8の様子を図5に基づいて説明すると、まず、図5(a)のように、吸着パッド固定ホルダ30と吸着パッド25の開孔部31を通じて照射されるレーザービーム28の焦点付近のガラス基板8は、温度が融点mpを超えて固体33から融液34となり、レーザービーム28の照射と同時に行われている吸引管27による吸引により、融液34が図示矢印のように開孔部31を通じて上方へ吸引される。
The apparatus of the present invention is configured as described above. Next, the state of the
図5(b)に示すように、融液34が吸引された後にはガラス基板8のガラスが除去された穴部35が形成されさらに穴部35の底部にはレーザービーム28が照射されてガラスの温度上昇により固体33が融液34と化してゆき、融液34は引き続き上方に吸収されることになる。
As shown in FIG. 5B, after the
ガラス基板8に対するレーザービーム28の照射による固体33の融液34化と融液34の上部への吸引により、ガラスが除去されて穴部35が形成されてゆき、図5(c)に示すように穴部35がガラス基板8の下面まで達すれば貫通穴となり、この部分の穴開け加工は終了し、吸着パッド25は次の加工部位まで移動し、所定部分、回数の穴開け加工を繰り返すことになる。
As shown in FIG. 5C, the glass is removed to form a
CO2レーザーによる300μmの厚みのガラス基板の穴開け加工の実施例を、表1に示すとおりの条件(実施例1〜4)で行った。また、比較例として同じく300μmの厚みのガラス基板に対して、表1に示すとおりの条件(比較例1〜5)で行った。 Examples of drilling a 300 μm thick glass substrate with a CO 2 laser were performed under the conditions shown in Table 1 (Examples 1 to 4). Moreover, it carried out on the conditions (Comparative Examples 1-5) as shown in Table 1 with respect to the glass substrate of the thickness of 300 micrometers similarly as a comparative example.
また、実施例1乃至4及び比較例1乃至5を行ったガラス基板の拡大断面写真を図6乃至図14に示した。 In addition, FIGS. 6 to 14 show enlarged cross-sectional photographs of the glass substrates on which Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were performed.
表1記載の欄中、「ガラス」の欄の「パイレックス(登録商標)」は硼珪酸ガラスの1種でコーニング社の登録商標、「リチウム含有」は硼珪酸ガラスの1種でリチウムを含有する比較的硬いガラス(旭硝子株式会社製:SW−YY)である。
「上部吸引」は、本発明の吸引部材による吸引を行ったものである。
「下部吸引」は、基板下面の貫通穴下方より融液の吸引を行ったものである。
「上部ブロー」は、アシストガスにて基板上面にて溶融成分やガスを吹き飛ばすものである。
「アニール処理」は、約600℃にて行った。
「穴開き」は、貫通穴が開いたものを○、貫通穴が開いていないものを×とした。
「使用レベル」は、MEMS用への使用適正(穴の状態、穴径、割れ、盛上り、歪みの総合評価)を表し、極めて良好を◎、良好を○、使用困難△(使用用途によっては加工等を施し使用できる)、使用不可を×とした。
In the column of Table 1, “Pyrex (registered trademark)” in the column of “Glass” is one type of borosilicate glass and a registered trademark of Corning, and “Lithium-containing” is one type of borosilicate glass and contains lithium. It is a relatively hard glass (Asahi Glass Co., Ltd. product: SW-YY).
“Upper suction” is suction performed by the suction member of the present invention.
“Lower suction” is the suction of the melt from the bottom of the through hole on the lower surface of the substrate.
The “upper blow” blows off the molten component or gas on the upper surface of the substrate with the assist gas.
The “annealing process” was performed at about 600 ° C.
“Hole opening” was evaluated as “◯” when the through hole was opened, and “X” when the through hole was not opened.
“Usage level” represents the suitability for MEMS use (hole condition, hole diameter, cracks, rise, distortion, comprehensive evaluation). Very good ◎, good ○, difficult to use △ (depending on the application) Can be used after processing, etc.), unusable was marked as x.
表1の記述及び図6乃至図9に示した断面写真に示すように、本発明の実施例1のものは、上部穴径と下部穴径との差が少なく、穴もなめらかであり、MEMS用としての使用適正に優れたものであった。
実施例2のものは、硬質のリチウム含有ガラスを加工したものであるが、これについても上部穴径と下部穴径との差が少なく、穴もなめらかであり、MEMS用としての使用適正に優れたものであった。
実施例3のアニール処理を施したものは、形成された貫通穴の周囲にガラス基板の歪みによる層が見あたらなかった(図8写真参照)。
実施例4のものは、100μmピッチで連続して穴開けを実行したものであり、穴間ピッチを小さくしても、精度良く穴開けでき、また、ガラス基板に歪み等が生じず、割れや欠けも生じなかった(図9写真参照)。
As shown in the description of Table 1 and the cross-sectional photographs shown in FIGS. 6 to 9, the first embodiment of the present invention has a small difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter, and the holes are smooth. It was excellent in the proper use for use.
The glass of Example 2 is obtained by processing hard lithium-containing glass, but there is little difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter, the holes are smooth, and excellent in suitability for MEMS use. It was.
In the sample subjected to the annealing treatment of Example 3, no layer due to distortion of the glass substrate was found around the formed through hole (see the photograph in FIG. 8).
In Example 4, the holes were continuously drilled at a pitch of 100 μm, and even if the pitch between the holes was reduced, the holes could be drilled with high accuracy, and the glass substrate was not distorted. No chipping occurred (see the photograph in FIG. 9).
表1の記述及び図10乃至図14に示した断面写真に示すように、比較例1のものは、上部穴径と下部穴径との差が実施例より大きく、MEMS用としての使用には穴内部の形状補正等の加工が必要であり、また、連続して穴開けする場合、ピッチ間を狭くできない問題があった。
比較例2のものは、下部吸引により下方に盛上りが形成されてしまい、MEMS用としての使用にはガラス基板表面の研磨加工等が必要であり、時間とコストがかかる問題があった。
比較例3のものは、アシストガスによるブローを行ったが、上部穴径と下部穴径との差が実施例より大きく、MEMS用としての使用には加工による穴内部の形状補正等の加工が必要であり、また、連続して穴開けする場合、ピッチ間を狭くできない問題があった。
As shown in the description of Table 1 and the cross-sectional photographs shown in FIGS. 10 to 14, the comparative example 1 has a larger difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter than the examples, and is used for MEMS. Processing such as shape correction inside the hole is necessary, and there is a problem that the pitch cannot be narrowed when drilling continuously.
In Comparative Example 2, a bulge is formed in the lower part due to lower suction, and the use for MEMS requires a polishing process on the surface of the glass substrate, which has a problem of time and cost.
In Comparative Example 3, the assist gas was blown, but the difference between the upper hole diameter and the lower hole diameter was larger than that of the Example, and for use for MEMS, processing such as shape correction inside the hole by processing was required. In addition, there is a problem that the pitch cannot be narrowed when continuously drilling holes.
また、比較例4のものは、硬質のリチウム含有ガラスを加工したもので、比較例5は更に上部ブローを加えたものであるが、両方とも融液が形成した穴を塞いでしまい、使用することができなかった。
このように、硬質のリチウム含有のガラスは、従来の加工方法では穴を開けることが非常に困難である。
Moreover, the thing of the comparative example 4 is what processed hard lithium containing glass, and the comparative example 5 added the upper blow further, but both block the hole which the melt formed, and use it. I couldn't.
Thus, it is very difficult to drill holes in hard lithium-containing glass by conventional processing methods.
1 機台
2 レール
3 搬送ロボット
4 加工前ガラス基板収納部
5 吸着回転テーブル
6 加工テーブル
7 加工済ガラス基板収納部
8 ガラス基板
8′ 加工済ガラス基板
9 アライメントセンサ
10 機枠
11 昇降シリンダ
12 吸着テーブル
13 支柱
14 レール
15 スライダ
16 固定枠
17 レール
18 スライダ
19 レール
20 スライダ
21 レーザー発振器
22 シャッター
23 ミラー
24 ノズル
25 吸着パッド
26 アシストガス導入管
27 吸引管
28 レーザービーム
29 集光レンズ
30 吸着パッド固定ホルダ
31 開孔部
32 アシストガス
33 固体
34 融液
35 穴部
mp 融点
bp 沸点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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