JPWO2017038075A1 - Manufacturing method of glass with microstructure - Google Patents

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Abstract

本発明は、低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、よりストレート性が高く、深い孔又は溝等の微細構造が形成された微細構造付きガラスの製造方法を提供する。本発明は、ガラスに超音波を照射してエッチングするエッチング工程を有し、前記エッチング工程に用いるエッチング液がフッ化水素酸;硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸;及び界面活性剤を含み、前記エッチング液において、フッ化水素酸濃度0.05質量%〜8.0質量%であり、無機酸濃度2.0質量%〜16.0質量%であり、界面活性剤の含有量が5ppm〜1000ppmである、微細構造付きガラスの製造方法に関する。The present invention provides a method for producing a glass with a microstructure in which formation of holes with a low gradient is suppressed, the straightness is higher in the thickness direction of the substrate, and microstructures such as deep holes or grooves are formed. The present invention has an etching process for etching glass by irradiating ultrasonic waves, and an etching solution used in the etching process is one or more inorganic acids selected from the group consisting of hydrofluoric acid; nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid And a surfactant, in the etching solution, the hydrofluoric acid concentration is 0.05% by mass to 8.0% by mass, the inorganic acid concentration is 2.0% by mass to 16.0% by mass, and the interface It is related with the manufacturing method of the glass with a microstructure whose content of an activator is 5 ppm-1000 ppm.

Description

本発明は、レーザパルスによる貫通孔、有底孔、溝等の微細な構造付きガラスの製造方法に関する。より詳しくは、ガラス基板等へのレーザの照射によって、変質部又は加工孔を形成し、当該変質部又は加工孔を超音波照射エッチングによって除去加工することによって、前記した微細構造が形成されたガラスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a glass with a fine structure such as a through hole, a bottomed hole, and a groove by a laser pulse. More specifically, a glass in which the above-described fine structure is formed by forming an altered portion or a processed hole by laser irradiation to a glass substrate or the like, and removing the altered portion or the processed hole by ultrasonic irradiation etching. It relates to the manufacturing method.

変質部又は微小な加工孔を形成したガラス基板をエッチングすることで、ガラス基板に所望の孔又は溝を形成する方法として、例えば、特許文献1にガラスにレーザパルスを照射して変質部を形成し、そのガラス基板に対するエッチングレート(以下、エッチング速度ともいう)よりも変質部に対するエッチングレートが大きいエッチング液を用いてエッチングすることで孔又は溝を形成する方法が開示されている。また、特許文献2には、基板の一部を変質させ、その部分にレーザを照射して微小な加工孔を形成したのち、エッチングをすることによって基板を加工する方法が開示されている。すなわち、図1に示すように、変質部又は微小な加工孔を形成したガラス基板11をエッチングすることによって所望の孔を形成する。   As a method for forming a desired hole or groove in a glass substrate by etching a modified substrate or a glass substrate in which minute processed holes are formed, for example, Patent Document 1 discloses that a modified portion is formed by irradiating a glass with a laser pulse. And the method of forming a hole or a groove | channel by etching using the etching liquid with a larger etching rate with respect to a modified part than the etching rate (henceforth an etching rate) with respect to the glass substrate is disclosed. Patent Document 2 discloses a method of processing a substrate by altering a portion of the substrate, irradiating the portion with a laser to form a minute processed hole, and then etching. That is, as shown in FIG. 1, a desired hole is formed by etching the glass substrate 11 in which the altered portion or minute processed hole is formed.

特に貫通孔が形成されたガラス基板等を、インターポーザ等の電子基板用途に使用する場合等は、後に続く電極の形成工程等を考慮し、さらには安定した電流を担保するために、例えば貫通孔はストレート性が高いほうが望ましい。   In particular, when using a glass substrate or the like in which a through hole is formed for an electronic substrate application such as an interposer, the subsequent electrode forming process is taken into consideration, and in order to ensure a stable current, for example, the through hole It is desirable that the straightness is high.

しかしながら、特許文献1、2等の従来技術においては、エッチングによって形成した孔の勾配が小さくなってしまい、深い穴の形成もできない場合があった。微細な変質部又は加工孔をエッチングによって広げて所望の形状を形成するため、ガラス母材のエッチングレートがゼロではない。また、微細な変質部又は加工孔内部へはエッチング液の出入りが難しいため、棒、板又はプロペラ状の攪拌子をエッチング液槽内で回転させたり、バブリングでエッチング液を撹拌したとしても、エッチングは基板表面に近い部分ほど進み、基板内部ほど遅れてしまう。変質部におけるエッチングレートのほうが変質部以外の部分より大きい場合は、前記エッチング液の出入り又は置換といった事項は、勾配の大きい、かつ、ストレート性の高い孔を形成する目的において、それほど大きな要素を占めるものではなかった。しかしながら、変質部と変質部以外の部分のエッチングレートの差が小さいような特性を備えるガラスを対象とした場合、基板内部まで変質部がエッチングされるまでに、基板表面近くの変質部の周りで、変質部以外の部分のエッチングが進み、該エッチングレートの差が小さいほど、図2に示すように、基板表面近くの変質部の孔勾配が小さくなる問題が生じる場合があった。   However, in the prior arts such as Patent Documents 1 and 2, the gradient of holes formed by etching becomes small, and deep holes may not be formed. Since the fine altered portion or the processed hole is expanded by etching to form a desired shape, the etching rate of the glass base material is not zero. In addition, since it is difficult for the etching solution to enter and exit the minute altered part or the processing hole, even if the rod, plate or propeller stirrer is rotated in the etching solution tank or the etching solution is stirred by bubbling, Advances closer to the surface of the substrate and is delayed later in the substrate. When the etching rate in the altered portion is larger than the portion other than the altered portion, the entry / exit or replacement of the etching solution occupies a large factor for the purpose of forming a hole having a large gradient and high straightness. It was not a thing. However, in the case of glass that has characteristics such that the difference in etching rate between the altered portion and the portion other than the altered portion is small, the altered portion near the substrate surface is etched before the altered portion is etched to the inside of the substrate. As the etching of the portion other than the altered portion proceeds and the difference in the etching rate is smaller, there is a case where the hole gradient of the altered portion near the substrate surface becomes smaller as shown in FIG.

特開2011−37707号公報JP 2011-37707 A 特開2001−105398号公報JP 2001-105398 A

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、レーザパルスを併用した微細構造を有するガラスの製造方法において、該微細構造が備える低勾配の孔の形成を抑え、ガラス基板の厚み方向について、よりストレート性が高く、深い孔又は溝等の微細構造が形成されたガラスの製造方法を提供することである。特に、レーザパルスを併用した微細構造を有するガラスの製造方法において、該微細構造が備える低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、微細構造として、よりストレート性が高い貫通孔が形成されたガラスの製造方法を提供することである。また、本発明は、工業的に有利な、レーザパルスを併用した微細構造を有するガラスの製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to suppress the formation of low-gradient holes provided in the fine structure in a method for producing a glass having a fine structure using a laser pulse in combination with the glass. It is to provide a method for producing glass in which the straightness is higher in the thickness direction of the substrate and a fine structure such as a deep hole or groove is formed. In particular, in a method of manufacturing a glass having a microstructure using laser pulses in combination, the formation of low-gradient holes provided in the microstructure is suppressed, and through holes with higher straightness are formed as the microstructure in the thickness direction of the substrate. It is to provide a method for producing a finished glass. Another object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for producing a glass having a fine structure combined with a laser pulse.

本発明は、
ガラスに超音波を照射してエッチングするエッチング工程を有し、
前記エッチング工程に用いるエッチング液が
フッ化水素酸;
硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸;及び
界面活性剤を含み、
前記エッチング液において、フッ化水素酸濃度0.05質量%〜8.0質量%であり、無機酸濃度2.0質量%〜16.0質量%であり、界面活性剤の含有量が5ppm〜1000ppmである、
微細構造付きガラスの製造方法を提供する。
The present invention
It has an etching process for etching by irradiating glass with ultrasonic waves,
An etching solution used in the etching step is hydrofluoric acid;
One or more inorganic acids selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid; and a surfactant,
In the etching solution, the hydrofluoric acid concentration is 0.05 mass% to 8.0 mass%, the inorganic acid concentration is 2.0 mass% to 16.0 mass%, and the surfactant content is 5 ppm to 1000 ppm,
A method for producing a microstructured glass is provided.

本発明の微細構造付きガラスの製造方法を用いることにより、低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、よりストレート性が高く、深い孔又は溝等の微細構造が形成されたガラスを製造することができる。特に、レーザパルスを併用した微細構造を有するガラスの製造方法において、該微細構造が備える低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、微細構造として、よりストレート性が高い貫通孔が形成されたガラスの製造方法を提供することである。また、本発明は、工業的に有利な、レーザパルスを併用した微細構造を有するガラスの製造方法の提供を目的とする。   By using the method for producing a glass with a fine structure of the present invention, a glass having a fine structure such as a deep hole or a groove is formed which suppresses the formation of low-gradient holes and has higher straightness in the thickness direction of the substrate. Can be manufactured. In particular, in a method of manufacturing a glass having a microstructure using laser pulses in combination, the formation of low-gradient holes provided in the microstructure is suppressed, and through holes with higher straightness are formed as the microstructure in the thickness direction of the substrate. It is to provide a method for producing a finished glass. Another object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for producing a glass having a fine structure combined with a laser pulse.

図1は、従来技術のガラス基板のエッチング方法を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional glass substrate etching method. 図2は、従来技術、特に変質部とガラス基板のエッチングレートの差が小さい場合のガラス基板のエッチング方法を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional technique, particularly a method for etching a glass substrate when the difference in etching rate between the altered portion and the glass substrate is small. 図3は、実施例1に係る変質部の形成工程を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a process of forming an altered portion according to the first embodiment. 図4は、エッチング後の孔の測定方法を説明する、実施例1に係るガラス基板の概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the glass substrate according to Example 1 for explaining a method for measuring a hole after etching. 図5は、実施例1に係るガラス基板のエッチング後の断面の観察結果の画像である。FIG. 5 is an image of the observation result of the cross section of the glass substrate according to Example 1 after etching. 図6は、比較例1に係るガラス基板のエッチング後の断面の観察結果の画像である。FIG. 6 is an image of the observation result of the cross section after etching of the glass substrate according to Comparative Example 1. 図7は、実施例12に係るガラス基板のエッチング後の断面の観察結果の画像である。FIG. 7 is an image of the observation result of the cross section of the glass substrate according to Example 12 after etching. 図8は、実施例14に係るガラス基板の変質部又は加工孔の形成後であって、エッチング前の観察結果の画像である。FIG. 8 is an image of the observation result after the formation of the altered portion or the processed hole of the glass substrate according to Example 14 and before the etching. 図9は、実施例14に係るガラス基板のエッチング後の断面の観察結果の画像である。FIG. 9 is an image of the observation result of the cross section of the glass substrate according to Example 14 after etching.

本発明の微細構造付きガラスの製造方法は、ガラスに超音波を照射してエッチングするエッチング工程を有し、前記エッチング工程に用いるエッチング液がフッ化水素酸;硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸;及び界面活性剤を含み、前記エッチング液において、フッ化水素酸濃度0.05質量%〜8.0質量%であり、無機酸濃度2.0質量%〜16.0質量%であり、界面活性剤の含有量(質量濃度)が5ppm〜1000ppmであることを特徴とする。   The manufacturing method of the glass with a microstructure of the present invention has an etching process of irradiating the glass with ultrasonic waves and etching, and the etching solution used in the etching process is selected from the group consisting of hydrofluoric acid; nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid. One or more selected inorganic acids; and a surfactant. In the etching solution, the hydrofluoric acid concentration is 0.05% by mass to 8.0% by mass, and the inorganic acid concentration is 2.0% by mass to 16%. 0.0 mass%, and the surfactant content (mass concentration) is 5 ppm to 1000 ppm.

本発明の微細構造付きガラスの製造方法は、エッチング工程の前に、ガラスにレーザパルスを照射して変質部又は加工孔を形成する工程を備えるものが好ましい。すなわち、エッチング工程に用いるガラスは、エッチング工程の前に、変質部又は加工孔が形成されているものが好ましい。   The manufacturing method of the glass with a microstructure of the present invention preferably includes a step of forming a modified portion or a processed hole by irradiating the glass with a laser pulse before the etching step. That is, it is preferable that the glass used for the etching process has an altered portion or a processed hole formed before the etching process.

エッチング加工の詳細に触れる前に、ガラスへの変質部又は加工孔の形成工程(以下、「変質部形成工程」ともいう。)について述べる。
ガラスに貫通孔等の微細構造を形成するために、後に続くエッチングによって除去が予定される変質部を形成する工程(方法)として、特開2008−156200号公報に記載の方法を用いることができる。すなわち波長λのレーザパルスをレンズで集光してガラスに照射することによって、ガラスのうちレーザパルスが照射された部分に変質部又は加工孔を形成するものである。
Before touching the details of the etching process, a process for forming a modified part or processed hole in the glass (hereinafter also referred to as “modified part forming process”) will be described.
In order to form a fine structure such as a through-hole in glass, the method described in JP-A-2008-156200 can be used as a step (method) for forming an altered portion that is expected to be removed by subsequent etching. . That is, a laser pulse having a wavelength λ is condensed by a lens and irradiated on the glass, thereby forming an altered portion or a processed hole in a portion of the glass irradiated with the laser pulse.

本発明に使用できるガラス(以下、レーザ加工用ガラスともいう)としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、又はチタン含有シリケートガラスがレーザ加工用ガラスとして好適である。さらに、これらのガラスであって、かつアルカリ成分(アルカリ金属酸化物)を実質的に含んでいない無アルカリガラス又はアルカリ成分を微量だけ含んでいる低アルカリガラス等もレーザ加工用ガラスとして好適である。   As glass that can be used in the present invention (hereinafter also referred to as laser processing glass), quartz glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, or titanium-containing silicate glass is suitable as the laser processing glass. Further, non-alkali glass that is substantially free of alkali components (alkali metal oxides) or low alkali glass that contains only a small amount of alkali components is also suitable as the laser processing glass. .

さらに、その吸収係数を効果的に高めるために、ガラスが、着色成分として、Bi、W、Mo、Ce、Co、Fe、Mn、Cr、V及びCuから選ばれる金属の酸化物を少なくとも1種含んでいてもよい。   Further, in order to effectively increase the absorption coefficient, the glass contains at least one oxide of a metal selected from Bi, W, Mo, Ce, Co, Fe, Mn, Cr, V and Cu as a coloring component. May be included.

ホウケイ酸ガラスとしては、コーニング社の#7059ガラス(組成は、質量%で表して、 SiO2 49%、Al23 10%、B23 15%、RO(アルカリ土類金属酸化物)25%)又はパイレックス(登録商標)(ガラスコード7740)等が挙げられる。As the borosilicate glass, Corning # 7059 glass (composition is expressed by mass%, SiO 2 49%, Al 2 O 3 10%, B 2 O 3 15%, RO (alkaline earth metal oxide)) 25%) or Pyrex (registered trademark) (glass cord 7740).

アルミノシリケートガラスの実施形態1としては、以下のような組成を有するとよい。
質量%で表して、
SiO2 50〜70%、
Al23 14〜28%、
Na2O 1〜5%、
MgO 1〜13%、及び
ZnO 0〜14%、
を含むガラス組成物。
Embodiment 1 of the aluminosilicate glass may have the following composition.
Expressed in mass%,
SiO 2 50~70%,
Al 2 O 3 14-28%,
Na 2 O 1-5%,
MgO 1-13%, and ZnO 0-14%,
A glass composition comprising:

アルミノシリケートガラスの他の実施形態2としては、以下のような組成を有するとよい。
質量%で表して、
SiO2 56〜70%、
Al23 7〜17%、
23 0〜9%、
Li2O 4〜8%、
MgO 1〜11%、
ZnO 4〜12%、
TiO2 0〜2%、
Li2O+MgO+ZnO 14〜23%、
CaO+BaO 0〜3%、
を含むガラス組成物。
Another embodiment 2 of the aluminosilicate glass may have the following composition.
Expressed in mass%,
SiO 2 56~70%,
Al 2 O 3 7-17%,
B 2 O 3 0-9%,
Li 2 O 4~8%,
MgO 1-11%,
ZnO 4-12%,
TiO 2 0-2%,
Li 2 O + MgO + ZnO 14-23%,
CaO + BaO 0-3%,
A glass composition comprising:

アルミノシリケートガラスの他の実施形態3としては、以下のような組成を有するとよい。
質量%で表して、
SiO2 58〜66%、
Al23 13〜19%、
Li2O 3〜4.5%、
Na2O 6〜13%、
2O 0〜5%、
2O 10〜18%(ただし、R2O=Li2O+Na2O+K2O)、
MgO 0〜3.5%、
CaO 1〜7%、
SrO 0〜2%、
BaO 0〜2%、
RO 2〜10%(ただし、RO=MgO+CaO+SrO+BaO)、
TiO2 0〜2%、
CeO2 0〜2%、
Fe23 0〜2%、
MnO 0〜1%(ただし、TiO2+CeO2+Fe23+MnO=0.01〜3%)、
SO3 0.05〜0.5%、
を含むガラス組成物。
Another embodiment 3 of the aluminosilicate glass may have the following composition.
Expressed in mass%,
SiO 2 58~66%,
Al 2 O 3 13-19%,
Li 2 O 3 to 4.5%,
Na 2 O 6-13%,
K 2 O 0-5%,
R 2 O 10-18% (where R 2 O = Li 2 O + Na 2 O + K 2 O),
MgO 0-3.5%,
CaO 1-7%,
SrO 0-2%,
BaO 0-2%,
RO 2-10% (however, RO = MgO + CaO + SrO + BaO),
TiO 2 0-2%,
CeO 2 0-2%,
Fe 2 O 3 0-2%,
MnO 0 to 1% (however, TiO 2 + CeO 2 + Fe 2 O 3 + MnO = 0.01 to 3%),
SO 3 0.05~0.5%,
A glass composition comprising:

アルミノシリケートガラスの他の実施形態4としては、以下のような組成を有するとよい。
質量%で表して、
SiO2 60〜70%、
Al23 5〜20%、
Li2O+Na2O+K2O 5〜25%、
Li2O 0〜1%、
Na2O 3〜18%、
2O 0〜9%、
MgO+CaO+SrO+BaO 5〜20%、
MgO 0〜10%、
CaO 1〜15%、
SrO 0〜4.5%、
BaO 0〜1%、
TiO2 0〜1%、
ZrO2 0〜1%、
を含むガラス組成物。
Another embodiment 4 of the aluminosilicate glass may have the following composition.
Expressed in mass%,
SiO 2 60~70%,
Al 2 O 3 5-20%,
Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 5-25%,
Li 2 O 0-1%,
Na 2 O 3-18%,
K 2 O 0~9%,
MgO + CaO + SrO + BaO 5-20%,
MgO 0-10%,
CaO 1-15%,
SrO 0-4.5%,
BaO 0-1%,
TiO 2 0-1%,
ZrO 2 0 to 1%,
A glass composition comprising:

アルミノシリケートガラスの他の実施形態5としては、以下のような組成を有するとよい。
質量%で示して、
SiO2 59〜68%、
Al23 9.5〜15%、
Li2O 0〜1%、
Na2O 3〜18%、
2O 0〜3.5%、
MgO 0〜15%、
CaO 1〜15%、
SrO 0〜4.5%、
BaO 0〜1%、
TiO2 0〜2%、
ZrO2 1〜10%、
を含むガラス組成物。
Another embodiment 5 of the aluminosilicate glass may have the following composition.
Indicated by mass%
SiO 2 59~68%,
Al 2 O 3 9.5-15%,
Li 2 O 0-1%,
Na 2 O 3-18%,
K 2 O 0-3.5%,
MgO 0-15%,
CaO 1-15%,
SrO 0-4.5%,
BaO 0-1%,
TiO 2 0-2%,
ZrO 2 1-10%,
A glass composition comprising:

ソーダライムガラスは、例えば板ガラスに広く用いられるガラス組成物である。   Soda lime glass is a glass composition widely used for, for example, plate glass.

チタン含有シリケートガラスの実施形態1としては、以下のような組成を有するとよい。
モル%で表示して、
TiO2 5〜25%を含み、
SiO2+B23 50〜79%、
Al23+TiO2 5〜25%、
Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O+MgO+CaO+SrO+BaO 5〜20%、
であるガラス組成物。
Embodiment 1 of the titanium-containing silicate glass may have the following composition.
Displayed in mol%
Comprises TiO 2 5 to 25%,
SiO 2 + B 2 O 3 50-79%,
Al 2 O 3 + TiO 2 5-25%,
Li 2 O + Na 2 O + K 2 O + Rb 2 O + Cs 2 O + MgO + CaO + SrO + BaO 5-20%,
A glass composition.

また、上記チタン含有シリケートガラスの実施形態1において、
モル%で表示して、
SiO2 60〜65%、
TiO2 12.5〜15%、
Na2O 12.5〜15%、を含み、
SiO2+B23 70〜75%、
であることが好ましい。
In Embodiment 1 of the titanium-containing silicate glass,
Displayed in mol%
SiO 2 60~65%,
TiO 2 12.5-15%,
Na 2 O 12.5-15%,
SiO 2 + B 2 O 3 70-75%,
It is preferable that

さらに、上記チタン含有シリケートガラスの実施形態1において、
下記式
(Al23+TiO2)/(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O+MgO+CaO+SrO+BaO)≦0.9
(式中、各成分の量はモル%表示である。)を満たすことがより好ましい。
Furthermore, in Embodiment 1 of the titanium-containing silicate glass,
The following formula (Al 2 O 3 + TiO 2 ) / (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O + Rb 2 O + Cs 2 O + MgO + CaO + SrO + BaO) ≦ 0.9
It is more preferable to satisfy (wherein the amount of each component is expressed in mol%).

また、チタン含有シリケートガラスの他の実施形態2としては、以下のような組成を有するとよい。モル%で表示して、
23 10〜50%、
TiO2 25〜40%、を含み、
SiO2+B23 20〜50%、
Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O+MgO+CaO+SrO+BaO 10〜40%、
であるガラス組成物。
Moreover, as other Embodiment 2 of a titanium containing silicate glass, it is good to have the following compositions. Displayed in mol%
B 2 O 3 10-50%,
TiO 2 25-40%,
SiO 2 + B 2 O 3 20-50%,
Li 2 O + Na 2 O + K 2 O + Rb 2 O + Cs 2 O + MgO + CaO + SrO + BaO 10-40%,
A glass composition.

低アルカリガラスの実施形態1としては、以下のような組成を有するとよい。
モル%で表示して、
SiO2 45〜68%、
23 2〜20%、
Al23 3〜20%、
TiO2 0.1〜5.0%(但し5.0%は除く)、
ZnO 0〜9%、を含み、
Li2O+Na2O+K2O 0〜2.0%(但し2.0%は除く)であるガラス組成物。
As Embodiment 1 of a low alkali glass, it is good to have the following compositions.
Displayed in mol%
SiO 2 45~68%,
B 2 O 3 2-20%,
Al 2 O 3 3-20%,
TiO 2 0.1-5.0% (excluding 5.0%),
ZnO 0-9%,
A glass composition which is Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 0-2.0% (excluding 2.0%).

また、前記低アルカリガラスの実施形態1において、着色成分として、
モル%で表示して、
CeO2 0〜3.0%、
Fe23 0〜1.0%、
を含むことが好ましい。さらに、前記低アルカリガラスの実施形態1において、実質的にアルカリ金属酸化物(Li2O+Na2O+K2O)を含まない無アルカリガラスがより好ましい。
In Embodiment 1 of the low alkali glass, as a coloring component,
Displayed in mol%
CeO 2 0-3.0%,
Fe 2 O 3 0 to 1.0%,
It is preferable to contain. Furthermore, in Embodiment 1 of the low alkali glass, an alkali-free glass substantially not containing an alkali metal oxide (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is more preferable.

前記実施形態1の低アルカリガラス又は無アルカリガラスは、必須成分としてTiO2を含む。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるTiO2の含有量は、0.1モル%以上5.0モル%未満であり、レーザ照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、0.2〜4.0モル%が好ましく、0.5〜3.5モル%がより好ましく、1.0〜3.5モル%がさらに好ましい。特定の組成を有する低アルカリガラス又は無アルカリガラスにTiO2を適度に含ませることにより、比較的弱いレーザ等のエネルギー照射によっても変質部を形成することが可能となり、さらにその変質部は後工程の超音波照射エッチングにより容易に除去されうるという作用をもたらす。また、TiO2は結合エネルギーが紫外光のエネルギーと略一致しており、紫外光を吸収することが知られている。TiO2を適度に含ませることにより、電荷移動吸収として一般に知られているように、他の着色剤との相互作用を利用して着色をコントロールすることも可能である。従って、TiO2の含有量の調整により、所定の光に対する吸収を適度なものにすることができる。ガラスが適切な吸収係数を有することによって、エッチングによって孔が形成される変質部の形成が容易になるため、これらの観点からも、適度にTiO2を含ませることが好ましい。The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 1 contains TiO 2 as an essential component. The content of TiO 2 in the low alkali glass or non-alkali glass is 0.1 mol% or more and less than 5.0 mol%, and is 0.2 because it is excellent in the smoothness of the inner wall surface of the hole obtained by laser irradiation. -4.0 mol% is preferable, 0.5-3.5 mol% is more preferable, 1.0-3.5 mol% is further more preferable. By appropriately including TiO 2 in a low alkali glass or non-alkali glass having a specific composition, it becomes possible to form an altered portion even by irradiation of energy such as a relatively weak laser, and the altered portion is a post-process. It can be easily removed by ultrasonic irradiation etching. In addition, TiO 2 has a binding energy substantially equal to that of ultraviolet light, and is known to absorb ultraviolet light. By appropriately including TiO 2 , it is possible to control the coloration by utilizing the interaction with other colorants, as is generally known as charge transfer absorption. Therefore, by adjusting the content of TiO 2, the absorption for predetermined light can be made moderate. Since the glass has an appropriate absorption coefficient, it becomes easy to form an altered portion in which a hole is formed by etching. From these viewpoints, it is preferable that TiO 2 is appropriately contained.

また、前記実施形態1の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはZnOを任意成分として含んでいてもよい。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるZnOの含有量は、0〜9.0モル%が好ましく、1.0〜8.0モル%がより好ましく、1.5〜5.0モル%がさらに好ましく、1.5〜3.5モル%が特に好ましい。ZnOは、TiO2と同様に紫外光の領域に吸収を示す成分であるために、含まれていれば本発明のガラスに対して有効な作用をもたらす成分である。Moreover, the low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 1 may contain ZnO as an optional component. The content of ZnO in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 0 to 9.0 mol%, more preferably 1.0 to 8.0 mol%, and even more preferably 1.5 to 5.0 mol%. 1.5 to 3.5 mol% is particularly preferable. Since ZnO is a component that absorbs in the ultraviolet light region as in TiO 2 , if it is contained, it is a component that brings about an effective action on the glass of the present invention.

前記実施形態1の低アルカリガラス又は無アルカリガラスは、着色成分としてCeO2を含有させてもよい。特にTiO2と併用することで、変質部をより容易に形成させることができる。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるCeO2の含有量は0〜3.0モル%が好ましく、0.05〜2.5モル%がより好ましく、0.1〜2.0モル%がさらに好ましく、0.2〜0.9モル%が特に好ましい。The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 1 may contain CeO 2 as a coloring component. In particular, by using together with TiO 2 , the altered portion can be formed more easily. The content of CeO 2 in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 0 to 3.0 mol%, more preferably 0.05 to 2.5 mol%, still more preferably 0.1 to 2.0 mol%. 0.2 to 0.9 mol% is particularly preferable.

Fe23も本発明に使用するガラスにおける着色成分として有効であり、含有させてもよい。特にTiO2とFe23とを併用すること、又はTiO2とCeO2とFe23とを併用することにより、変質部の形成が容易になる。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるFe23の含有量は0〜1.0モル%が好ましく、0.008〜0.7モル%がより好ましく、0.01〜0.4モル%がさらに好ましく、0.02〜0.3モル%が特に好ましい。Fe 2 O 3 is also effective as a coloring component in the glass used in the present invention, and may be contained. In particular, the combined use of TiO 2 and Fe 2 O 3 , or the combined use of TiO 2 , CeO 2, and Fe 2 O 3 facilitates formation of the altered portion. The content of Fe 2 O 3 in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 0 to 1.0 mol%, more preferably 0.008 to 0.7 mol%, and 0.01 to 0.4 mol%. Further preferred is 0.02 to 0.3 mol%.

前記実施形態1の低アルカリガラス又は無アルカリガラスは、以上に挙げた成分に限られるものではないが、適度な着色成分の含有によりガラスの所定波長(波長535nm以下)の吸収係数が1〜50/cm、好ましくは3〜40/cmになるようにしてもよい。   The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 1 is not limited to the components listed above, but the absorption coefficient of the glass at a predetermined wavelength (wavelength of 535 nm or less) is 1 to 50 due to the inclusion of an appropriate coloring component. / Cm, preferably 3 to 40 / cm.

また、低アルカリガラスの他の実施形態2としては、以下のような組成を有するとよい。
モル%で表示して、
SiO2 45〜70%、
23 2〜20%、
Al23 3〜20%、
CuO 0.1〜2.0%、
TiO2 0〜15.0%、
ZnO 0〜9.0%、
Li2O+Na2O+K2O 0〜2.0%(但し2.0%は除く)であるガラス組成物。
さらに、前記低アルカリガラスの実施形態2において、実質的にアルカリ金属酸化物(Li2O+Na2O+K2O)を含まない無アルカリガラスがより好ましい。
Moreover, as other Embodiment 2 of a low alkali glass, it is good to have the following compositions.
Displayed in mol%
SiO 2 45~70%,
B 2 O 3 2-20%,
Al 2 O 3 3-20%,
CuO 0.1-2.0%,
TiO 2 0 to 15.0%,
ZnO 0-9.0%,
A glass composition which is Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 0-2.0% (excluding 2.0%).
Furthermore, in Embodiment 2 of the low alkali glass, an alkali-free glass substantially not containing an alkali metal oxide (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is more preferable.

前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスは、前記実施形態1の低アルカリガラス又は無アルカリガラスと同様にTiO2を含んでいてもよい。前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるTiO2の含有量は0〜15.0モル%であり、レーザ照射によって得られる孔内壁面の平滑性に優れる点から、0〜10.0モル%が好ましく、1〜10.0モル%がより好ましく、1.0〜9.0モル%がさらに好ましく、1.0〜5.0モル%が特に好ましい。The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 2 may contain TiO 2 in the same manner as the low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 1. The content of TiO 2 in the low alkali glass or non-alkali glass of the second embodiment is 0 to 15.0 mol%, and 0 to 10.0 because of excellent smoothness of the inner wall surface of the hole obtained by laser irradiation. Mol% is preferable, 1-10.0 mol% is more preferable, 1.0-9.0 mol% is further more preferable, and 1.0-5.0 mol% is especially preferable.

また、前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはZnOを含んでもよい。前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるZnOの含有量は0〜9.0モル%であり、1.0〜9.0モル%が好ましく、1.0〜7.0モル%がより好ましい。ZnOは、TiO2と同様に紫外光の領域に吸収を示す成分であるために、含まれていれば本発明のガラスに対して有効な作用をもたらす成分である。Further, the low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 2 may contain ZnO. The content of ZnO in the low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 2 is 0 to 9.0 mol%, preferably 1.0 to 9.0 mol%, and 1.0 to 7.0 mol%. More preferred. Since ZnO is a component that absorbs in the ultraviolet light region as in TiO 2 , if it is contained, it is a component that brings about an effective action on the glass of the present invention.

さらに、前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはCuOを含む。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるCuOの含有量は、0.1〜2.0モル%が好ましく、0.15〜1.9モル%がより好ましく、0.18〜1.8モル%がさらに好ましく、0.2〜1.6モル%が特に好ましい。CuOを含有させることにより、ガラスに着色が生じ、所定レーザの波長における吸収係数を適切な範囲にすることで、照射レーザのエネルギーを適切に吸収させることができ、孔形成の基礎となる変質部を容易に形成させることができる。   Further, the low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 2 contains CuO. The content of CuO in the low alkali glass or alkali-free glass is preferably 0.1 to 2.0 mol%, more preferably 0.15 to 1.9 mol%, and 0.18 to 1.8 mol%. Further preferred is 0.2 to 1.6 mol%. By containing CuO, coloring occurs in the glass, and by setting the absorption coefficient at a predetermined laser wavelength to an appropriate range, it is possible to appropriately absorb the energy of the irradiation laser, and the altered portion that forms the basis of hole formation Can be easily formed.

前記実施形態2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスは、以上に挙げた成分に限られるものではないが、適度な着色成分の含有によりガラスの所定波長(波長535nm以下)の吸収係数が1〜50/cm、好ましくは3〜40/cmになるようにしてもよい。   The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiment 2 is not limited to the above-described components, but the absorption coefficient of the glass at a predetermined wavelength (wavelength of 535 nm or less) is 1 to 50 by containing an appropriate coloring component. / Cm, preferably 3 to 40 / cm.

前記実施形態1及び2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはMgOを任意成分として含んでいてもよい。MgOはアルカリ土類金属酸化物の中でも、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるので含有させてもよい。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるMgOの含有量は15.0モル%以下が好ましく、12.0モル%以下がより好ましく、10.0モル%以下がさらに好ましく、9.5モル%以下が特に好ましい。また、MgOの含有量は2.0モル%以上が好ましく、3.0モル%以上がより好ましく、4.0モル%以上がさらに好ましく、4.5モル%以上が特に好ましい。   The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiments 1 and 2 may contain MgO as an optional component. Among the alkaline earth metal oxides, MgO has the characteristics that it suppresses an increase in the thermal expansion coefficient and does not excessively lower the strain point, and may improve the solubility. The content of MgO in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 12.0 mol% or less, further preferably 10.0 mol% or less, and 9.5 mol% or less. Particularly preferred. Further, the content of MgO is preferably 2.0 mol% or more, more preferably 3.0 mol% or more, further preferably 4.0 mol% or more, and particularly preferably 4.5 mol% or more.

前記実施形態1及び2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはCaOを任意成分として含んでいてもよい。CaOは、MgOと同様に、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるので含有させてもよい。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるCaOの含有量は15.0モル%以下が好ましく、12.0モル%以下がより好ましく、10.0モル%以下がさらに好ましく、9.3モル%以下が特に好ましい。また、CaOの含有量は1.0モル%以上が好ましく、2.0モル%以上がより好ましく、3.0モル%以上がさらに好ましく、3.5モル%以上が特に好ましい。   The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiments 1 and 2 may contain CaO as an optional component. CaO, like MgO, has the characteristics that it suppresses an increase in the thermal expansion coefficient and does not excessively lower the strain point, and may improve the solubility. The CaO content in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 12.0 mol% or less, still more preferably 10.0 mol% or less, and 9.3 mol% or less. Particularly preferred. Further, the CaO content is preferably 1.0 mol% or more, more preferably 2.0 mol% or more, further preferably 3.0 mol% or more, and particularly preferably 3.5 mol% or more.

前記実施形態1及び2の低アルカリガラス又は無アルカリガラスはSrOを任意成分として含んでいてもよい。SrOはMgO及びCaOと同様に、熱膨張係数の増大を抑制しつつ、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、溶解性も向上させるので、失透特性と耐酸性の改善のためには含有させてもよい。前記低アルカリガラス又は無アルカリガラスにおけるSrOの含有量は15.0モル%以下が好ましく、12.0モル%以下がより好ましく、10.0モル%以下がさらに好ましく、9.3モル%以下が特に好ましい。また、SrOの含有量は1.0モル%以上が好ましく、2.0モル%以上がより好ましく、3.0モル%以上がさらに好ましく、3.5モル%以上が特に好ましい。   The low alkali glass or non-alkali glass of Embodiments 1 and 2 may contain SrO as an optional component. SrO, like MgO and CaO, has the characteristics that it suppresses the increase in thermal expansion coefficient and does not excessively lower the strain point, and also improves the solubility, thus improving the devitrification characteristics and acid resistance. For this purpose, it may be contained. The content of SrO in the low alkali glass or non-alkali glass is preferably 15.0 mol% or less, more preferably 12.0 mol% or less, further preferably 10.0 mol% or less, and 9.3 mol% or less. Particularly preferred. The SrO content is preferably 1.0 mol% or more, more preferably 2.0 mol% or more, further preferably 3.0 mol% or more, and particularly preferably 3.5 mol% or more.

ある成分を「実質的に含有しない」とは、ガラスにおける当該成分の含有量が、0.1モル%未満、好ましくは0.05モル%未満、より好ましくは0.01モル%以下であることを意味する。なお、本明細書において、数値範囲(各成分の含有量、各成分から算出される値及び各物性等)の上限値及び下限値は適宜組み合わせ可能である。   “Substantially free” of a component means that the content of the component in the glass is less than 0.1 mol%, preferably less than 0.05 mol%, more preferably 0.01 mol% or less. Means. In the present specification, the upper limit value and the lower limit value of the numerical ranges (content of each component, values calculated from each component, physical properties, etc.) can be appropriately combined.

本発明に用いるガラスの熱膨張係数は、100×10-7/℃以下であることが好ましく、70×10-7/℃以下であることがより好ましく、60×10-7/℃以下であることがさらに好ましく、50×10-7/℃以下であることが特に好ましい。また、熱膨張係数の下限は特に限定されないが、例えば10×10-7/℃以上であってもよく、20×10-7/℃以上であってもよい。The thermal expansion coefficient of the glass used in the present invention is preferably 100 × 10 −7 / ° C. or less, more preferably 70 × 10 −7 / ° C. or less, and 60 × 10 −7 / ° C. or less. More preferably, it is particularly preferably 50 × 10 −7 / ° C. or less. The lower limit of the thermal expansion coefficient is not particularly limited, but may be, for example, 10 × 10 −7 / ° C. or higher, or 20 × 10 −7 / ° C. or higher.

熱膨張係数は以下のように測定する。まず、直径5mm、高さ18mmの円柱形状のガラス試料を作製する。これを25℃からガラス試料の降伏点まで加温し、各温度におけるガラス試料の伸びを測定することにより、熱膨張係数を算出する。50〜350℃の範囲の熱膨張係数の平均値を計算し、平均熱膨張係数を得ることができる。平均熱膨張係数は、熱機械分析装置(TMA:thermomechanical analyzer)によって測定することができる。実際の熱膨張係数の測定はNETZSCH社の熱機械分析装置TMA4000SAを用い、5℃/分の昇温速度条件で測定した。   The thermal expansion coefficient is measured as follows. First, a cylindrical glass sample having a diameter of 5 mm and a height of 18 mm is prepared. This is heated from 25 ° C. to the yield point of the glass sample, and the thermal expansion coefficient is calculated by measuring the elongation of the glass sample at each temperature. An average value of thermal expansion coefficients in the range of 50 to 350 ° C. can be calculated to obtain an average thermal expansion coefficient. The average thermal expansion coefficient can be measured by a thermomechanical analyzer (TMA). The actual coefficient of thermal expansion was measured using a thermomechanical analyzer TMA4000SA manufactured by NETZSCH at a temperature increase rate of 5 ° C./min.

ガラスの形状に限定はなく、例えばガラス板が用いられる。なお、変質部形成工程では、いわゆる感光性ガラスを用いる必要がなく、加工できるガラスの範囲が広い。すなわち、本発明の変質部形成工程では、金や銀を実質的に含まないガラスを加工できる。   There is no limitation in the shape of glass, for example, a glass plate is used. In the altered part forming step, it is not necessary to use so-called photosensitive glass, and the range of glass that can be processed is wide. That is, in the altered part forming step of the present invention, glass that does not substantially contain gold or silver can be processed.

特に剛性の高いガラスは、レーザ照射した際に、ガラスの上面と下面のどちらにおいても割れを発生しづらく、本発明の変質部形成工程によって好適に加工できる。例えば、ヤング率が80GPa以上のガラスが好ましい。   In particular, a highly rigid glass is less likely to be cracked on both the upper and lower surfaces of the glass when irradiated with a laser, and can be suitably processed by the altered portion forming step of the present invention. For example, a glass having a Young's modulus of 80 GPa or more is preferable.

なお、吸収係数αは、厚さt(cm)のガラス基板の透過率及び反射率を測定することによって算出できる。厚さt(cm)のガラス基板について、所定の波長(波長535nm以下)における透過率T(%)と入射角12°における反射率R(%)とを分光光度計(例えば、日本分光株式会社製紫外可視近赤分光光度計V−670)を用いて測定する。得られた測定値から以下の式を用いて吸収係数αを算出する。
α=(1/t)*ln{(100−R)/T}
The absorption coefficient α can be calculated by measuring the transmittance and reflectance of a glass substrate having a thickness t (cm). For a glass substrate having a thickness t (cm), a transmittance T (%) at a predetermined wavelength (wavelength 535 nm or less) and a reflectance R (%) at an incident angle of 12 ° are measured with a spectrophotometer (for example, JASCO Corporation). Measurement is performed using an ultraviolet-visible near-red spectrophotometer V-670). The absorption coefficient α is calculated from the obtained measured value using the following formula.
α = (1 / t) * ln {(100−R) / T}

本発明に用いるガラスの吸収係数αは、1〜50/cmが好ましく、3〜40/cmがより好ましい。   1-50 / cm is preferable and, as for the absorption coefficient (alpha) of the glass used for this invention, 3-40 / cm is more preferable.

以上に挙げたガラスについては、市販されている場合もあり、それらを購入して入手することができる。またそうでない場合であっても、公知の成形方法(例えば、オーバーフロー法、フロート法、スリットドロー法、キャスティング法等で所望のガラスを作製することができ、さらに切断や研磨等の後加工によって目的の形状のガラス組成物を得ることができる。   About the glass mentioned above, it may be marketed and can be obtained by purchasing them. Even if this is not the case, a desired glass can be produced by a known molding method (for example, overflow method, float method, slit draw method, casting method, etc.), and further by post-processing such as cutting and polishing. A glass composition of the shape can be obtained.

変質部形成工程では、1度のパルス照射で変質部を形成することが可能である。すなわち、本工程では、照射位置が重ならないようにレーザパルスを照射することによって、変質部を形成できる。ただし、照射パルスが重なるようにレーザパルスを照射してもよい。   In the altered part forming step, the altered part can be formed by one pulse irradiation. That is, in this step, the altered portion can be formed by irradiating the laser pulse so that the irradiation positions do not overlap. However, the laser pulses may be irradiated so that the irradiation pulses overlap.

変質部形成工程では、通常、ガラスの内部にフォーカスされるようにレンズでレーザパルスを集光する。例えば、ガラス板に貫通孔を形成する場合には、通常、ガラス板の厚さ方向の中央付近にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。なお、ガラス板の上面側(レーザパルスの入射側)のみを加工する場合には、通常、ガラス板の上面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。逆に、ガラス板の下面側(レーザパルスの入射側とは反対側)のみを加工する場合には、通常、ガラス板の下面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。ただし、ガラス変質部が形成できる限り、レーザパルスがガラスの外部にフォーカスされてもよい。例えば、ガラス板の上面や下面から所定の距離(例えば1.0mm)だけガラスから離れた位置にレーザパルスがフォーカスされてもよい。換言すれば、ガラスに変質部が形成できる限り、レーザパルスは、ガラスの上面から手前方向(レーザパルスの進行方向とは逆の方向)に1.0mm以内にある位置(ガラスの上面含む)、又はガラスの下面から後方(ガラスを透過したレーザパルスが進行する方向)に1.0mm以内にある位置(ガラスの下面位置を含む)又は内部にフォーカスされてもよい。   In the altered part forming step, the laser pulse is usually condensed by a lens so as to be focused inside the glass. For example, when forming a through-hole in a glass plate, the laser pulse is usually focused so as to be focused near the center in the thickness direction of the glass plate. When processing only the upper surface side (laser pulse incident side) of the glass plate, the laser pulse is usually focused so as to be focused on the upper surface side of the glass plate. Conversely, when processing only the lower surface side of the glass plate (the side opposite to the laser pulse incident side), the laser pulse is usually focused so as to be focused on the lower surface side of the glass plate. However, the laser pulse may be focused on the outside of the glass as long as the altered glass portion can be formed. For example, the laser pulse may be focused at a position away from the glass by a predetermined distance (for example, 1.0 mm) from the upper and lower surfaces of the glass plate. In other words, as long as an altered portion can be formed in the glass, the laser pulse is located within 1.0 mm from the upper surface of the glass in the front direction (the direction opposite to the traveling direction of the laser pulse) (including the upper surface of the glass). Alternatively, it may be focused to a position (including the position of the lower surface of the glass) or the position within 1.0 mm from the lower surface of the glass to the rear (the direction in which the laser pulse transmitted through the glass travels).

ナノ秒レーザ又はその装置の場合、レーザパルスのパルス幅は、1〜200ns(ナノ秒)が好ましく、1〜100nsがより好ましく、5〜50nsがさらに好ましい。また、パルス幅が200nsより大きくなると、レーザパルスの尖頭値が低下してしまい、加工がうまくできない場合がある。5〜100μJ/パルスのエネルギーからなるレーザ光を上記レーザ加工用ガラスに照射する。レーザパルスのエネルギーを増加させることによって、それに比例するように変質部の長さを長くすることが可能である。レーザパルスのビーム品質M2値は、例えば2以下であってもよい。M2値が2以下であるレーザパルスを用いることによって、微小な細孔又は微小な溝の形成が容易になる。なお、以下、本明細書において、特段の断りのない限り、レーザに関する説明は、ナノ秒レーザ又はその装置に関する。In the case of a nanosecond laser or an apparatus thereof, the pulse width of the laser pulse is preferably 1 to 200 ns (nanosecond), more preferably 1 to 100 ns, and further preferably 5 to 50 ns. In addition, when the pulse width is larger than 200 ns, the peak value of the laser pulse is lowered, and processing may not be performed well. The laser processing glass is irradiated with a laser beam having an energy of 5 to 100 μJ / pulse. By increasing the energy of the laser pulse, it is possible to increase the length of the altered portion in proportion to it. The beam quality M 2 value of the laser pulse may be 2 or less, for example. By using a laser pulse having an M 2 value of 2 or less, formation of minute pores or minute grooves is facilitated. In the following description, unless otherwise specified, the description regarding the laser relates to a nanosecond laser or an apparatus thereof.

変質部形成工程では、レーザパルスが、Nd:YAGレーザの高調波、Nd:YVO4レーザの高調波、又はNd:YLFレーザの高調波であってもよい。高調波は、例えば、第2高調波、第3高調波又は第4高調波である。これらレーザの第2高調波の波長は、532〜535nm近傍である。第3高調波の波長は、355〜357nm近傍である。第4高調波の波長は、266〜268nmの近傍である。これらのレーザを用いることによって、ガラスを安価に加工できる。In the altered portion forming step, the laser pulse may be a harmonic of an Nd: YAG laser, a harmonic of an Nd: YVO 4 laser, or a harmonic of an Nd: YLF laser. The harmonic is, for example, a second harmonic, a third harmonic, or a fourth harmonic. The wavelength of the second harmonic of these lasers is around 532-535 nm. The wavelength of the third harmonic is in the vicinity of 355 to 357 nm. The wavelength of the fourth harmonic is in the vicinity of 266 to 268 nm. By using these lasers, glass can be processed at low cost.

変質部形成工程に適用されるレーザ加工に用いる装置としては、例えば、コヒレント社製の高繰返し固体パルスUVレーザ:AVIA355−4500が挙げられる。当該装置では、第3高調波Nd:YVO4レーザであり、繰返し周波数が25kHzの時に6W程度の最大のレーザパワーが得られる。第3高調波の波長は350〜360nmである。As an apparatus used for the laser processing applied to the altered part forming step, for example, a high repetition solid-state pulse UV laser: AVIA355-4500 manufactured by Coherent is cited. This apparatus is a third harmonic Nd: YVO 4 laser, and a maximum laser power of about 6 W can be obtained when the repetition frequency is 25 kHz. The wavelength of the third harmonic is 350 to 360 nm.

レーザパルスの波長は、535nm以下が好ましく、例えば、350〜360nmの範囲であってもよい。一方、レーザパルスの波長が535nmよりも大きくなると、照射スポットが大きくなり、微小な構造の作製が困難になる上、熱の影響で照射スポットの周囲が割れやすくなる。   The wavelength of the laser pulse is preferably 535 nm or less, and may be in the range of 350 to 360 nm, for example. On the other hand, when the wavelength of the laser pulse is larger than 535 nm, the irradiation spot becomes large, making it difficult to produce a minute structure, and the periphery of the irradiation spot is easily broken by the influence of heat.

典型的な光学系として、発振されたレーザを、ビームエキスパンダで2〜4倍に広げ(この時点で加工部スポット径φ7.0〜14.0mm)、可変のアイリスでレーザの中心部分を切り取った後にガルバノミラーで光軸を調整し、100mm程度のfθレンズで焦点位置を調整しつつガラスに集光する。   As a typical optical system, the oscillated laser is expanded 2 to 4 times with a beam expander (at this time, the spot diameter of the processed portion is 7.0 to 14.0 mm), and the center portion of the laser is cut off with a variable iris. After that, the optical axis is adjusted with a galvanometer mirror, and the light is condensed on the glass while adjusting the focal position with an fθ lens of about 100 mm.

レンズの焦点距離L(mm)は、例えば50〜500mmの範囲にあり、100〜200mmの範囲から選択してもよい。   The focal length L (mm) of the lens is, for example, in the range of 50 to 500 mm, and may be selected from the range of 100 to 200 mm.

また、レーザパルスのビーム径D(mm)は、例えば1〜40mmの範囲にあり、3〜20mmの範囲から選択してもよい。ここで、ビーム径Dは、レンズに入射する際のレーザパルスのビーム径であり、ビームの中心の強度に対して強度が[1/e2]倍となる範囲の直径を意味する。The beam diameter D (mm) of the laser pulse is, for example, in the range of 1 to 40 mm, and may be selected from the range of 3 to 20 mm. Here, the beam diameter D is a beam diameter of a laser pulse when entering the lens, and means a diameter in a range where the intensity is [1 / e 2 ] times the intensity at the center of the beam.

変質部形成工程では、焦点距離Lをビーム径Dで除した値、すなわち[L/D]の値が、7以上であり、7以上40以下が好ましく、10以上20以下であってもよい。この値は、ガラスに照射されるレーザの集光性に関係する値であり、この値が小さいほど、レーザが局所的に集光され、均一で長い変質部の作製が困難になることを示す。この値が7未満であると、ビームウェスト近傍でレーザパワーが強くなりすぎてしまい、ガラス内部でクラックが発生しやすくなるという問題が生じる。   In the altered part forming step, the value obtained by dividing the focal length L by the beam diameter D, that is, the value of [L / D] is 7 or more, preferably 7 or more and 40 or less, and may be 10 or more and 20 or less. This value is related to the light condensing property of the laser irradiated on the glass. The smaller this value is, the more the laser is focused locally, and the more difficult it is to produce a uniform and long altered portion. . If this value is less than 7, the laser power becomes too strong in the vicinity of the beam waist, causing a problem that cracks are likely to occur inside the glass.

変質部形成工程では、レーザパルスの照射前にガラスに対する前処理(例えば、レーザパルスの吸収を促進するような膜を形成すること)は不要である。ただし、本発明の効果が得られる限り、そのような処理を行ってもよい。   In the altered portion forming step, pretreatment of the glass (for example, forming a film that promotes absorption of the laser pulse) is unnecessary before the laser pulse irradiation. However, such a process may be performed as long as the effect of the present invention is obtained.

アイリスの大きさを変えてレーザ径を変化させて開口数(NA)を0.020〜0.075まで変動させてもよい。NAが大きくなりすぎると、レーザのエネルギーが焦点付近のみに集中し、ガラスの厚さ方向にわたって効果的に変質部が形成されない。   The numerical aperture (NA) may be varied from 0.020 to 0.075 by changing the diameter of the iris and changing the laser diameter. If the NA is too large, the laser energy is concentrated only in the vicinity of the focal point, and the altered portion is not formed effectively over the thickness direction of the glass.

さらにNAの小さいパルスレーザを照射することにより、一度のパルス照射によって、厚み方向に比較的長い変質部が形成されるため、タクトタイムの向上に効果がある。   Furthermore, by irradiating a pulse laser having a small NA, a deteriorated portion that is relatively long in the thickness direction is formed by one pulse irradiation, which is effective in improving the tact time.

繰返し周波数は10〜25kHzとして、サンプルにレーザを照射するのが好ましい。また焦点位置をガラスの厚み方向で変えることで、ガラスに形成される変質部の位置(上面側又は下面側)を最適に調整できる。   The repetition frequency is preferably 10 to 25 kHz, and the sample is preferably irradiated with laser. Further, by changing the focal position in the thickness direction of the glass, the position (upper surface side or lower surface side) of the altered portion formed in the glass can be optimally adjusted.

さらに制御PCからのコントロールにより、レーザ出力、ガルバノミラーの動作等を制御することができ、CADソフト等で作成した2次元描画データに基づいて、レーザを所定の速度でガラス基板上に照射することができる。   Furthermore, the laser output and the operation of the galvanometer mirror can be controlled by the control from the control PC, and the laser is irradiated onto the glass substrate at a predetermined speed based on the two-dimensional drawing data created by CAD software or the like. Can do.

レーザが照射された部分には、ガラスの他の部分とは異なる変質部が形成される。この変質部は、光学顕微鏡等により容易に見分けることが可能である。組成によってガラス毎に差異はあるものの、変質部はおおむね円柱状に形成される。変質部はガラスの上面近傍から下面近傍に達する。   An altered portion different from other portions of the glass is formed in the portion irradiated with the laser. This altered portion can be easily identified with an optical microscope or the like. Although there is a difference for each glass depending on the composition, the altered portion is generally formed in a cylindrical shape. The altered portion reaches from the vicinity of the upper surface of the glass to the vicinity of the lower surface.

変質部は、レーザ照射により光化学的な反応が生じ、E’センタや非架橋酸素等の欠陥が生じた部位、又は、レーザ照射による急加熱若しくは急冷却によって生じた、高温度域における疎なガラス構造を保持した部位であると考えられる。   The altered part is a sparse glass in a high temperature region where a photochemical reaction has occurred due to laser irradiation and a defect such as E ′ center or non-bridging oxygen has occurred, or due to rapid heating or rapid cooling by laser irradiation. It is considered that the site retained the structure.

本発明の変質部形成工程に係るレーザ照射とウェットエッチングを併用する孔開け技術においては、一度のレーザパルスの照射で変質部を形成することができる。   In the perforating technique using both laser irradiation and wet etching according to the altered part forming step of the present invention, the altered part can be formed by one-time laser pulse irradiation.

変質部形成工程において選択される条件としては、例えば、ガラスの吸収係数が1〜50/cmであり、レーザパルス幅が1〜100nsであり、レーザパルスのエネルギーが5〜100μJ/パルスであり、波長が350〜360nmであり、レーザパルスのビーム径Dが3〜20mmであり、かつレンズの焦点距離Lが100〜200mmである組み合わせが挙げられる。   The conditions selected in the altered part forming step include, for example, a glass absorption coefficient of 1 to 50 / cm, a laser pulse width of 1 to 100 ns, and a laser pulse energy of 5 to 100 μJ / pulse, Examples include a combination in which the wavelength is 350 to 360 nm, the beam diameter D of the laser pulse is 3 to 20 mm, and the focal length L of the lens is 100 to 200 mm.

さらに、必要に応じて、エッチングを行う前に、変質部の直径のばらつきを減らすために、ガラス板を研磨してもよい。研磨しすぎると変質部に対するエッチングの効果が弱まるため、研磨の深さは、ガラス板の上面から1〜20μmの深さが好ましい。   Further, if necessary, the glass plate may be polished before etching to reduce the variation in the diameter of the altered portion. Since the effect of etching on the altered portion is weakened if the polishing is excessively performed, the polishing depth is preferably 1 to 20 μm from the upper surface of the glass plate.

変質部形成工程で形成される変質部の大きさは、レンズに入射する際のレーザのビーム径D、レンズの焦点距離L、ガラスの吸収係数、レーザパルスのパワー等によって変化する。得られる変質部は、例えば、直径が5〜200μm程度であり、10〜150μm程度であってもよい。また、変質部の深さは、上記のレーザ照射条件、ガラスの吸収係数、ガラスの板厚によっても異なるが、例えば、50〜300μm程度であってもよい。   The size of the altered portion formed in the altered portion forming step varies depending on the beam diameter D of the laser when entering the lens, the focal length L of the lens, the absorption coefficient of the glass, the power of the laser pulse, and the like. The obtained altered portion has, for example, a diameter of about 5 to 200 μm and may be about 10 to 150 μm. Further, the depth of the altered portion varies depending on the laser irradiation conditions, the glass absorption coefficient, and the glass plate thickness, but may be, for example, about 50 to 300 μm.

また、複数の孔を、それらが連続するように形成することによって、溝を形成することが可能である。この場合、線状に並ぶように複数のレーザパルスを照射することによって、線状に配置された複数の変質部を形成する。その後、変質部をエッチングすることによって溝を形成する。複数のレーザパルスの照射位置は重なっていなくてもよく、エッチングによって形成された孔が、隣接する孔同士を結合すればよい。   Moreover, it is possible to form a groove | channel by forming a some hole so that they may continue. In this case, a plurality of altered portions arranged in a line are formed by irradiating a plurality of laser pulses so as to be arranged in a line. Thereafter, a groove is formed by etching the altered portion. Irradiation positions of a plurality of laser pulses do not have to overlap, and holes formed by etching only need to connect adjacent holes.

また、変質部を形成する方法としては以上の態様に限られない。例えば、先述のフェムト秒レーザ装置からの照射によっても変質部又は加工孔を形成してもよい。フェムト秒レーザ又はその装置の場合、本発明の効果を奏する限り、特に条件は限定されない。例えば、レーザパルスのパルス幅は、100〜2000fs(フェムト秒)が好ましく、200〜1000fsがより好ましい。繰返し周波数は0.5〜10kHzとして、サンプルにレーザを照射するのが好ましい。レーザパルスのエネルギーは、1〜20μJ/パルスが好ましい。また、1パルスあたり1〜20μJのレーザパルスを、対象のガラス上に加工部スポット径φ1〜30μmのスポットが形成されるように光学系を調整することが好ましい。フェムト秒レーザ又はその装置において、前記した好適な条件を適宜組み合わせたものを使用することができる。   Further, the method for forming the altered portion is not limited to the above-described mode. For example, the altered portion or the processed hole may be formed by irradiation from the femtosecond laser apparatus described above. In the case of a femtosecond laser or an apparatus thereof, the conditions are not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, the pulse width of the laser pulse is preferably 100 to 2000 fs (femtosecond), and more preferably 200 to 1000 fs. The repetition frequency is preferably 0.5 to 10 kHz, and the sample is preferably irradiated with a laser. The energy of the laser pulse is preferably 1 to 20 μJ / pulse. Moreover, it is preferable to adjust the optical system so that a laser pulse of 1 to 20 μJ per pulse forms a spot having a processed portion spot diameter of φ1 to 30 μm on the target glass. In the femtosecond laser or the apparatus thereof, a combination of the above-described suitable conditions as appropriate can be used.

また、変質部の代わりに、ガラス基板内に、予め加工孔を形成しておき、後工程のエッチング工程によって、最終的な貫通孔等の構造を形成させることもできる。この加工孔を形成する工程は、例えば適切なガラス基板(例えば、レーザ加工に対して加工閾値を下げる効果の高いTi含有シリケートガラス等)に対して、所定の特性を備えるレーザの照射によって、アブレーション又は蒸発により、加工孔を形成するというものである。用いるレーザ装置としては、例えば、中心波長が266nm又は355nm(パルス幅5〜8nm)のYAGレーザであって、レンズの焦点距離L(mm)は、例えば50〜500mmの範囲であり、繰返し周波数は10〜25kHzとして、0.5〜10秒間ガラスにレーザを照射するのが好ましい。   In addition, instead of the altered portion, a processed hole may be formed in advance in the glass substrate, and a final structure such as a through hole may be formed by an etching process that is a subsequent process. The step of forming the processed hole is performed by, for example, ablation by irradiating a suitable glass substrate (for example, a Ti-containing silicate glass having a high effect of lowering the processing threshold for laser processing) with laser having predetermined characteristics. Alternatively, the processing hole is formed by evaporation. As a laser apparatus to be used, for example, a YAG laser having a center wavelength of 266 nm or 355 nm (pulse width 5 to 8 nm), the focal length L (mm) of the lens is, for example, in the range of 50 to 500 mm, and the repetition frequency is It is preferable to irradiate the glass with a laser at 10 to 25 kHz for 0.5 to 10 seconds.

レーザアブレーションによっては、それ自体で10〜100μm又はそれ以上の径の孔又は溝を形成できるため、後工程のエッチング加工と併用することによって、孔径の拡大や、ストレート性の向上の他に、加工部周辺のデブリ等のガラスの変形部位を目立たなくしたり、微細なクラックを除去する効果もある。   Depending on the laser ablation, a hole or groove with a diameter of 10 to 100 μm or more can be formed by itself, so that it can be used in combination with subsequent etching to increase the hole diameter and improve straightness. There is also an effect of making the deformation portion of the glass such as debris around the portion inconspicuous and removing fine cracks.

後工程のエッチング工程との併用によって、ガラス基板に微細構造を形成することができれば、変質部の形成の方法は、以上に限られない。   The method for forming the altered portion is not limited to the above as long as the microstructure can be formed on the glass substrate in combination with the subsequent etching step.

本発明の製造方法は、ガラスに超音波を照射するエッチング工程を有する。超音波によるキャビテーション、振動加速度、及び水流が、エッチング液とエッチングによる生成物の分散を微細な孔又は溝内部まで促進する。エッチング時に超音波の照射を行うことによって、微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細で、勾配が大きく(高ストレート性)、深い、孔又は溝を形成できる。   The production method of the present invention includes an etching step of irradiating glass with ultrasonic waves. Ultrasonic cavitation, vibration acceleration, and water flow promote the dispersion of the etchant and the product from the etching into the fine holes or grooves. By irradiating with ultrasonic waves at the time of etching, the difference in etching progress between the substrate surface and the inside of the fine holes or grooves can be eliminated, and the fine holes or grooves can be formed with a large gradient (high straightness).

液体中で超音波を伝搬させると、液体中に空洞ができる現象であるキャビテーションが発生する。キャビテーションは極めて短時間に昇圧と減圧を繰り返し、水分子を揺さぶりながら、引っ張ったり圧縮したりすることで、微細な孔又は溝の内部までエッチング液もしくはエッチングによる生成物の動きを促す。しかしながら、発振周波数を高くしていくとキャビテーションが発生する閾値が上がり、特に100kHzを超えると急激に指数関数的に上がってキャビテーションを発生しにくくなる。微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細で勾配が大きく、深い、孔又は溝を形成できる点から、超音波照射エッチングの発振周波数は、120kHz以下の範囲が好ましく、10〜120kHzがより好ましく、エッチング液に十分なキャビテーションを発生させる点から、20〜100kHzがさらに好ましい。前記発振周波数は、2種以上の発振周波数を併用してもよい。   When an ultrasonic wave is propagated in a liquid, cavitation, which is a phenomenon that creates a cavity in the liquid, occurs. Cavitation repeatedly increases and decreases pressure in a very short time, and pulls and compresses while shaking water molecules, thereby accelerating the movement of the etching solution or the product by etching to the inside of fine holes or grooves. However, as the oscillation frequency is increased, the threshold value for generating cavitation increases, and particularly when it exceeds 100 kHz, it rapidly increases exponentially and it becomes difficult to generate cavitation. The oscillation frequency of the ultrasonic irradiation etching is preferably in the range of 120 kHz or less from the point that the difference in etching progress between the substrate surface and the inside of the fine hole or groove can be eliminated, and the fine and large gradient can be formed. 10 to 120 kHz is more preferable, and 20 to 100 kHz is more preferable in that sufficient cavitation is generated in the etching solution. Two or more types of oscillation frequencies may be used in combination.

超音波の強度としては、特に限定されないが、0.10〜5.0W/cm2が好ましく、0.15〜4.0W/cm2がより好ましく、0.20〜3.0W/cm2がさらに好ましい。前記範囲内の超音波の強度であれば、被加工ガラスのダメージがない範囲で、照射する超音波の強度を大きくすることができる。前記範囲内の超音波の強度を選択するのは、微細構造内外近傍のエッチング液の交換を促進する効果が増すので好ましいためである。超音波の強度は、出力(単位W)をエッチング槽の底面積(単位cm2)で除したものを意味する。The intensity of the ultrasonic wave is not particularly limited, but is preferably 0.10~5.0W / cm 2, more preferably 0.15~4.0W / cm 2, 0.20~3.0W / cm 2 is Further preferred. If it is the intensity | strength of the ultrasonic wave in the said range, the intensity | strength of the ultrasonic wave to irradiate can be enlarged in the range which does not damage the to-be-processed glass. The ultrasonic intensity within the above range is selected because it is preferable because the effect of promoting the exchange of the etching solution in the vicinity of the inside and outside of the microstructure is increased. The intensity of the ultrasonic wave means the output (unit W) divided by the bottom area (unit cm 2 ) of the etching tank.

超音波処理には、特に限定されず、公知の装置を用いることができる。例えば、W−113(型番、出力100W、発振周波数28kHz/45kHz/100kHz、本多電子株式会社製、槽寸法:W240×D140×H100(単位はmm))又はUS−3R(型番、出力120W、発振周波数40kHz、アズワン株式会社製、槽寸法:W303×D152×H150(単位はmm))等を使用することができる。   The ultrasonic treatment is not particularly limited, and a known device can be used. For example, W-113 (model number, output 100 W, oscillation frequency 28 kHz / 45 kHz / 100 kHz, manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., tank dimensions: W240 × D140 × H100 (unit is mm)) or US-3R (model number, output 120 W, An oscillation frequency of 40 kHz, manufactured by AS ONE Co., Ltd., tank dimensions: W303 × D152 × H150 (unit: mm)) and the like can be used.

エッチング工程において、片側のみからのエッチングを可能にするために、ガラス板の上面側又は下面側に表面保護皮膜剤を塗布して保護してもよい。このような表面保護皮膜剤として、市販品を使用でき、例えば、シリテクト−II(Trylaner International社製)等が挙げられる。   In the etching step, in order to enable etching from only one side, a surface protective film agent may be applied and protected on the upper surface side or the lower surface side of the glass plate. As such a surface protective film agent, a commercially available product can be used, and examples thereof include silicate-II (manufactured by Trylaner International).

本発明の超音波照射エッチングにおけるエッチング液は、フッ化水素酸;硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸;及び界面活性剤を含む。エッチング液は、本発明の効果を妨げない限り、他の成分を含んでいてもよい。このような他の成分としては、フッ化水素酸、硝酸、塩酸及び硫酸以外の無機酸;シュウ酸、酒石酸、ヨウド酢酸、フマル酸、マレイン酸等の有機酸;キレート剤等が挙げられる。キレート剤は金属イオンを錯体化することで、基板表面への再付着を防止するので有効である。キレート剤としては、ジメチルグリオキシム、ジチゾン、オキシン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸(HEDP)、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(NTMP)等が挙げられる。HEDP及びNTMPはフッ化水素酸系の酸性領域での溶解性が高く有効である。また、エッチング液は、これらの他の成分を実質的に含まないものであってもよい。エッチング液が、ある成分を「実質的に含有しない」とは、エッチング液における当該成分の含有量が、1.0質量%未満、好ましくは0.5質量%未満、より好ましくは0.1質量%未満であることを意味する。   The etching solution in the ultrasonic irradiation etching of the present invention contains hydrofluoric acid; one or more inorganic acids selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid; and a surfactant. The etching solution may contain other components as long as the effects of the present invention are not hindered. Examples of such other components include inorganic acids other than hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid; organic acids such as oxalic acid, tartaric acid, iodoacetic acid, fumaric acid, and maleic acid; and chelating agents. The chelating agent is effective because it prevents redeposition to the substrate surface by complexing metal ions. Examples of the chelating agent include dimethylglyoxime, dithizone, oxine, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, hydroxyethylidene diphosphonic acid (HEDP), nitrilotrismethylenephosphonic acid (NTMP), and the like. HEDP and NTMP are effective because of their high solubility in the hydrofluoric acid-based acidic region. The etching solution may be substantially free of these other components. The term “substantially does not contain” a certain component in the etching solution means that the content of the component in the etching solution is less than 1.0% by mass, preferably less than 0.5% by mass, more preferably 0.1% by mass. Means less than%.

本発明に用いることができる界面活性剤としては、両性界面活性剤、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤等が挙げられる。これらは、本発明の効果を妨げない範囲であれば、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。両性界面活性剤としては、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ヤシ油アルキルアミノプロピオン酸ナトリウム、ラウリルアミノジプロピオン酸ナトリウム等が挙げられる。陽イオン界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩(例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド)、高級アミンハロゲン酸塩(例えば、硬牛脂アミン)、ハロゲン化アルキルピリジニウム系(例えば、塩化ドデシルピリジニウム)等が挙げられる。陰イオン界面活性剤としては、アルキル硫酸エステル塩、アルキルアリールスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、タウリン系界面活性剤、ザルコシネート系界面活性剤、イセチオネート系界面活性剤、N−アシル酸性アミノ酸系界面活性剤、モノアルキルリン酸エステル塩、高級脂肪酸塩及びアシル化ポリペプチド等が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル;ポリオキシアルキレングリコール誘導体;ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン脂肪酸ビスフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のポリオキシエチレン誘導体;モノグリセリン脂肪酸エステル;ポリグリセリン脂肪酸エステル;ソルビタン脂肪酸エステル;ショ糖脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンひまし油;ポリオキシエチレン硬化ひまし油等が挙げられる。例えば、前記したいずれかの界面活性剤のアルキル基の炭素数は、6〜20であってもよく、8〜18であってもよい。   Examples of the surfactant that can be used in the present invention include amphoteric surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants. These may be used alone or in combination of two or more as long as they do not interfere with the effects of the present invention. Examples of amphoteric surfactants include 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, coconut oil fatty acid amidopropyl betaine, coconut oil sodium alkylaminopropionate, sodium laurylaminodipropionate, and the like. . Examples of the cationic surfactant include quaternary ammonium salts (for example, lauryltrimethylammonium chloride), higher amine halogenates (for example, hard beef tallow amine), halogenated alkylpyridinium-based (for example, dodecylpyridinium chloride), and the like. It is done. As an anionic surfactant, alkyl sulfate ester salt, alkyl aryl sulfonate, alkyl ether sulfate ester salt, α-olefin sulfonate, alkyl sulfonate, alkyl benzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, taurine series Surfactants, sarcosinate surfactants, isethionate surfactants, N-acyl acidic amino acid surfactants, monoalkyl phosphate salts, higher fatty acid salts, acylated polypeptides and the like can be mentioned. Nonionic surfactants include polyoxyalkylene alkyl ethers such as polyoxyethylene alkyl ethers; polyoxyethylene alkyl phenyl ethers; polyoxyalkylene glycol derivatives; polyoxyethylene alkylamines, polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylenes Polyoxyethylene derivatives such as fatty acid bisphenyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester; monoglycerin fatty acid ester; polyglycerin fatty acid ester; sorbitan fatty acid ester; sucrose fatty acid ester; polyoxyethylene castor oil; Examples include ethylene hardened castor oil. For example, the carbon number of the alkyl group of any of the above-described surfactants may be 6-20 or 8-18.

フッ化水素酸によるガラスの溶解反応は次のように記述される。
SiO2+6HF→2H2O+H2SiF6
フッ化水素酸濃度を上げるとエッチング速度が速くなるが、速くなりすぎると超音波照射による微細な孔又は溝内部のエッチング液及びエッチングによる生成物の流動促進が十分に追いつかなくなってしまう。
The glass melting reaction with hydrofluoric acid is described as follows.
SiO 2 + 6HF → 2H 2 O + H 2 SiF 6
When the concentration of hydrofluoric acid is increased, the etching rate is increased. However, if the concentration is increased too much, the flow of the etching solution inside the fine holes or grooves caused by ultrasonic irradiation and the product due to the etching cannot be sufficiently caught up.

エッチング液に含まれるフッ化水素酸濃度は、0.05質量%〜8.0質量%であり、超音波照射によるエッチングにおいて微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細で勾配が大きく、深い、孔又は溝を形成できる点から、0.10質量%〜7.0質量%が好ましく、0.20質量%〜5.0質量%がより好ましい。フッ化水素酸濃度を下げることによって、形成された孔の勾配は改善させることは可能であるが、フッ化水素酸濃度を下げすぎればエッチングレートが遅くなり不要に処理効率が悪くなる。   The concentration of hydrofluoric acid contained in the etching solution is 0.05% by mass to 8.0% by mass, eliminating the difference in etching progress between the substrate surface and the inside of the fine holes or grooves in the etching by ultrasonic irradiation, 0.10 mass% to 7.0 mass% is preferable, and 0.20 mass% to 5.0 mass% is more preferable from the viewpoint of being fine and having a large gradient and capable of forming deep holes or grooves. Although it is possible to improve the gradient of the formed pores by lowering the hydrofluoric acid concentration, if the hydrofluoric acid concentration is lowered too much, the etching rate becomes slower and the processing efficiency becomes unnecessarily worse.

フッ化水素酸によるガラスのエッチングで生じるフッ化物及びケイフッ化物は、溶解度が低いため、微細な孔又は溝内部に留まりやすくエッチングの進行を阻害する。   Since the fluoride and silicofluoride generated by etching the glass with hydrofluoric acid have low solubility, they tend to stay inside the minute holes or grooves and inhibit the progress of the etching.

エッチング液がフッ化水素酸と硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸との混酸を含む場合、硝酸、塩酸及び硫酸の電離によってHが十分存在することで、HF⇔H+Fの平行が左寄りとなる。遊離Fが少なくなるため、フッ化物及びケイフッ化物の生成が抑えられ、超音波照射による微細な孔又は溝内部のエッチング液及びエッチングによる生成物の流動を安定して保つことができる。単純にフッ化水素酸の濃度を下げた場合、遊離Fを少なくすることができるが、エッチングも進行し難くなるため、強酸によって、遊離Fの発生を抑えたほうが良い。硝酸、塩酸及び硫酸の濃度を上げればエッチングレートが速くなり、速くなりすぎると超音波照射による微細な孔又は溝内部のエッチング液及びエッチングによる生成物の流動促進が十分においつかなくなってしまう。When the etching solution contains a mixed acid of hydrofluoric acid and one or more inorganic acids selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid, H + is sufficiently present due to ionization of nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid. ⇔H + + F - parallel is leftward. Since the free F is reduced, the generation of fluoride and silicofluoride is suppressed, and the flow of the etching solution inside the fine holes or grooves by ultrasonic irradiation and the product by etching can be stably maintained. When the concentration of hydrofluoric acid is simply lowered, free F can be reduced, but etching is difficult to proceed. Therefore, it is better to suppress the generation of free F − with a strong acid. If the concentration of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid is increased, the etching rate is increased. If the concentration is too high, the flow of the etching solution inside the fine holes or grooves due to the ultrasonic irradiation and the product due to the etching are not sufficiently promoted.

界面活性剤を加えてエッチング液のガラスに対する濡れ性を向上することで、エッチング液の微細な孔又は溝の内部への出入りを容易にできる。さらに界面活性剤による汚れの除去、パーティクルや生成物の再付着の防止効果により、超音波照射による微細な孔又は溝内部でのエッチング進行も良好に保つことができる。汚れ除去の効果を高めるために、界面活性剤の量を増やしてもよいが、増やしすぎると泡立ちによる不具合やすすぎの手間がかかる。界面活性剤は5ppm加えれば効果が得られる。   By adding a surfactant to improve the wettability of the etchant to the glass, the etchant can easily enter and exit the fine holes or grooves. Further, the removal of dirt by the surfactant and the effect of preventing the reattachment of particles and products can keep the etching progress inside the fine holes or grooves by ultrasonic irradiation well. In order to enhance the effect of removing dirt, the amount of the surfactant may be increased. However, if it is excessively increased, troubles due to foaming and excessive labor are required. The effect can be obtained by adding 5 ppm of a surfactant.

エッチング液に含まれる、硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸(好適には硝酸)濃度は、2.0質量%〜16.0質量%であり、超音波照射によるエッチングにおいて、微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細で勾配が大きく、深い、孔又は溝を形成できる点から、2.5質量%〜15.0質量%が好ましく、3.0質量%〜14.0質量%がより好ましい。   The concentration of one or more inorganic acids (preferably nitric acid) selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid contained in the etching solution is 2.0% by mass to 16.0% by mass, and is obtained by ultrasonic irradiation. In etching, the difference in etching progress between the substrate surface and the inside of the fine holes or grooves is eliminated, and from 2.5 mass% to 15.0 mass% from the point that fine, large gradient and deep holes or grooves can be formed. Preferably, 3.0 mass% to 14.0 mass% is more preferable.

エッチング液に含まれる界面活性剤の含有量(質量濃度)は、5ppm〜1000ppmであり、超音波照射によるエッチングにおいて、微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細で勾配が大きく、深い、孔又は溝を形成できる点から、10ppm〜800ppmが好ましく、15ppm〜600ppmがより好ましい。界面活性剤の含有量は、例えば、高速液体クロマトグラフィー(HPLC/High Performance Liquid Chromatography)を用いて、測定できる。   The content (mass concentration) of the surfactant contained in the etching solution is 5 ppm to 1000 ppm. In etching by ultrasonic irradiation, the difference in etching progress between the substrate surface and the inside of the fine holes or grooves is eliminated, and is fine. 10 ppm to 800 ppm is preferable and 15 ppm to 600 ppm is more preferable from the viewpoint that the gradient is large and deep holes or grooves can be formed. The content of the surfactant can be measured using, for example, high performance liquid chromatography (HPLC / High Performance Liquid Chromatography).

エッチング時間及びエッチング液の温度は、変質部の形状、目的とする加工形状に応じて選択される。なお、エッチング時のエッチング液の温度を高くすることによって、エッチング速度を高めることができる。また、エッチング速度はエッチング液の組成によっても調整することができる。本発明の製造方法において、エッチング速度は、変質部以外のガラス基板におけるエッチング速度で表したところ、特に限定されないが、0.1〜9.0μm/minが好ましく、0.2〜7.0μm/minがより好ましく、0.5〜6.0μm/minがさらに好ましい。さらに、エッチング条件によって、孔の直径を制御することが可能である。   The etching time and the temperature of the etching solution are selected according to the shape of the altered portion and the target processing shape. Note that the etching rate can be increased by increasing the temperature of the etching solution during etching. The etching rate can also be adjusted by the composition of the etching solution. In the production method of the present invention, the etching rate is not particularly limited when expressed by the etching rate in the glass substrate other than the altered portion, but is preferably 0.1 to 9.0 μm / min, and preferably 0.2 to 7.0 μm / min. Min is more preferable, and 0.5 to 6.0 μm / min is more preferable. Furthermore, the diameter of the hole can be controlled by the etching conditions.

エッチング時間はガラス板の板厚にもよるため、特に限定されないが、30〜180分程度が好ましい。エッチング液の温度は、エッチングレートの調整のために変更することが可能であり、5〜45℃程度が好ましく、15〜40℃程度がより好ましい。45℃以上の温度でも加工は可能であるが、エッチング液の揮発が早いため実用的ではない。5℃以下の温度でも加工は可能であるが、エッチングレートが極端に遅くなる温度の場合は実用的ではない。   The etching time depends on the thickness of the glass plate and is not particularly limited, but is preferably about 30 to 180 minutes. The temperature of the etching solution can be changed to adjust the etching rate, preferably about 5 to 45 ° C, more preferably about 15 to 40 ° C. Processing is possible even at a temperature of 45 ° C. or higher, but it is not practical because of the rapid volatilization of the etching solution. Processing is possible even at a temperature of 5 ° C. or lower, but it is not practical when the etching rate is extremely low.

本発明のエッチング液は、上記した各成分を溶媒中で混合することで得ることができる。溶媒は、特に限定されないが、水が好ましい。   The etching solution of the present invention can be obtained by mixing the above-described components in a solvent. The solvent is not particularly limited, but water is preferable.

本発明の製造方法によって得られる微細構造付きガラスにおいて、孔勾配は、レーザパルス入射面(第1面)とその反対面(第2面)の両方において、ストレート性が高い点から、80度以上となるものが好ましく、85度以上となるものがより好ましい。孔勾配の測定方法は、後記する実施例に記載のとおりである。また、本発明の製造方法によって得られる微細構造付きガラスにおいて、開口径は、20〜110μmが好ましく、25〜100μmがより好ましく、30〜95μmがさらに好ましい。開口径は、孔勾配の観察に使用した画像から算出できる。   In the glass with a microstructure obtained by the production method of the present invention, the hole gradient is 80 degrees or more from the viewpoint of high straightness on both the laser pulse incident surface (first surface) and the opposite surface (second surface). What becomes becomes more preferable, and what becomes 85 degree | times or more is more preferable. The method for measuring the pore gradient is as described in the examples described later. Moreover, 20-110 micrometers is preferable in the glass with a microstructure obtained by the manufacturing method of this invention, 25-100 micrometers is more preferable, 30-95 micrometers is further more preferable. The opening diameter can be calculated from the image used for observation of the hole gradient.

次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。   EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples at all, and many variations are within the technical idea of the present invention. This is possible by those with ordinary knowledge.

[実施例1]
下記表1のガラスサンプル1の成分からなる30mm×30mm×t0.52mmのガラス基板を試料として用いた。
[Example 1]
A glass substrate of 30 mm × 30 mm × t 0.52 mm composed of the components of glass sample 1 shown in Table 1 below was used as a sample.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

<変質部形成工程>
レーザによる変質部の形成は、コヒレント社製の高繰返し固体パルスUVレーザ:AVIA355−4500を用いた。第3高調波Nd:YVO4レーザであり、繰返し周波数が25kHzの時に6W程度の最大のレーザパワーが得られる。第3高調波の主波長は355nmである。
<Deformed part formation process>
For the formation of the altered portion by the laser, a high repetition solid-state pulse UV laser: AVIA355-4500 manufactured by Coherent was used. This is a third harmonic Nd: YVO 4 laser, and a maximum laser power of about 6 W can be obtained when the repetition frequency is 25 kHz. The dominant wavelength of the third harmonic is 355 nm.

レーザ装置より出射されたレーザパルス(パルス幅9ns、パワー1.2W、ビーム径3.5mm)を、ビームエキスパンダで4倍に広げ、この拡大されたビームを、径5〜15mmの範囲で調整可能な可変のアイリスで切り取り、ガルバノミラーで光軸を調整し、焦点距離100mmのfθレンズでガラス板の内部に入射させた。アイリスの大きさを変えることでレーザ径を変化させてNAを0.020〜0.075まで変動させた。このとき、ガラス板の上面から物理長で0.15mmだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、400mm/秒の速度でスキャンした。   A laser pulse (pulse width 9 ns, power 1.2 W, beam diameter 3.5 mm) emitted from the laser device is expanded four times by a beam expander, and this expanded beam is adjusted within a range of 5 to 15 mm in diameter. The optical axis was adjusted with a galvano mirror, and the light was made incident on the inside of the glass plate with an fθ lens having a focal length of 100 mm. The laser diameter was changed by changing the size of the iris to vary the NA from 0.020 to 0.075. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.15 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 400 mm / second so that the irradiation pulses did not overlap.

レーザ光照射後、試料のガラスには、レーザ光が照射された部分において、他の部分とは異なる変質部が形成されていることが光学顕微鏡で確認された。ガラス毎に差異はあるものの、変質部はおおむね円柱状に形成されており、図3に示されるように、ガラスの上面近傍から下面近傍に達していた。   After the laser light irradiation, it was confirmed with an optical microscope that a modified portion different from other portions was formed in the glass portion of the sample in the portion irradiated with the laser light. Although there is a difference for each glass, the altered portion is generally formed in a cylindrical shape, and as shown in FIG. 3, it has reached the vicinity of the lower surface from the vicinity of the upper surface of the glass.

繰返し周波数は10〜25kHzとして、サンプルにレーザを照射した。また、焦点位置をガラスの厚み方向で変えることで、ガラスに形成される変質部の位置(上面側又は下面側)を最適に調整した。   The repetition frequency was 10 to 25 kHz, and the sample was irradiated with laser. Moreover, the position (upper surface side or lower surface side) of the altered portion formed on the glass was optimally adjusted by changing the focal position in the thickness direction of the glass.

<超音波照射エッチング工程>
ポリエチレン製の1L容器をエッチング槽として、次の成分を、純水を溶媒として表2に記載される割合で配合してエッチング液を作製した。
・フッ化水素酸 46% 森田化学工業
・硝酸1.38 60% 関東化学
・高性能非イオン性界面活性剤NCW−1001(ポリオキシアルキレンアルキルエーテル30%水溶液) 和光純薬工業
<Ultrasonic irradiation etching process>
The etching liquid was produced by mix | blending the following component in the ratio described in Table 2 by making a 1L container made from polyethylene into an etching tank, and using pure water as a solvent.
・ Hydrofluoric acid 46% Morita Chemical Industry ・ Nitric acid 1.38 60% Kanto Chemical ・ High-performance nonionic surfactant NCW-1001 (Polyoxyalkylene alkyl ether 30% aqueous solution) Wako Pure Chemical Industries

Figure 2017038075
Figure 2017038075

超音波槽に所定の水位まで水を入れ、そこに表2の成分を有するエッチング液の入ったエッチング槽を設置し、液温が温度を30℃になるようにエッチング液を温めた。上記試料(ガラス基板)を塩化ビニルで作製したカセットに立ててエッチング槽に入れ、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射した。超音波照射によってエッチング液の温度が上昇するため、超音波槽の水の一部を入れ替えて30℃±2℃を保った。途中で試料を引き上げ、基板厚みの変化からエッチングレートを求め、エッチング終了時の基板厚みが440μmになるようにエッチング時間を決めて実施し、微細構造付きガラスを得た。得られた試料を引き上げ、純水で十分にすすぎ、熱風で乾燥させた。
超音波の強度は出力(単位W)をエッチング槽の底面積(単位cm2)で除したものとした。超音波槽としては、US−3R(型番、出力120W、発振周波数40kHz、アズワン株式会社製、槽寸法:W303×D152×H150(単位はmm))を用いた。
Water was put into an ultrasonic bath to a predetermined water level, an etching bath containing an etching solution having the components shown in Table 2 was set therein, and the etching solution was heated so that the temperature of the solution became 30 ° C. The sample (glass substrate) was placed on a cassette made of vinyl chloride, placed in an etching tank, and irradiated with ultrasonic waves of 40 kHz and 0.26 W / cm 2 . Since the temperature of the etching solution was increased by the ultrasonic irradiation, a part of the water in the ultrasonic bath was replaced and kept at 30 ° C. ± 2 ° C. The sample was pulled up halfway, the etching rate was determined from the change in substrate thickness, and the etching time was determined so that the substrate thickness at the end of etching was 440 μm. The obtained sample was pulled up, rinsed thoroughly with pure water, and dried with hot air.
The intensity of the ultrasonic wave was obtained by dividing the output (unit W) by the bottom area (unit cm 2 ) of the etching tank. As an ultrasonic tank, US-3R (model number, output 120 W, oscillation frequency 40 kHz, manufactured by AS ONE Corporation, tank dimensions: W303 × D152 × H150 (unit: mm)) was used.

試料をガラスカッターで切断して、断面を#1000、#4000の研磨シートで順に磨いた。このときエッチングされた変質部が断面に露出してしまうと、本来の輪郭を観察できないため、研磨量を調節して露出しないようにした。画像測定器として、CNC画像測定システム NexivVMR−6555(型番、株式会社ニコン製、倍率8、視野0.58×0.44(単位mm))を使用し、該測定器によって、試料を断面方向(厚さ方向)から観察し、エッチング後の孔部に焦点を合わせた。図4の各面で51a及び51bに示した2カ所の基板表面と孔側面からなる角度を該測定器によって測定し、その平均を孔勾配とした。孔勾配はレーザパルス入射面(以降、「第1面」と称する)が86度であり、反対面(以降、「第2面」と称する)が86度であった。また、開口径は、孔勾配の観察に使用した画像から算出した。実際に観察された画像を図5に示す。   The sample was cut with a glass cutter, and the cross-sections were polished sequentially with # 1000 and # 4000 polishing sheets. At this time, if the etched altered portion is exposed in the cross section, the original contour cannot be observed. Therefore, the amount of polishing is adjusted so as not to be exposed. As an image measuring device, a CNC image measuring system NexivVMR-6555 (model number, manufactured by Nikon Corporation, magnification 8, visual field 0.58 × 0.44 (unit: mm)) is used, and the sample is cross-sectional direction ( Observed from the thickness direction), the hole after the etching was focused. The angle formed by the two substrate surfaces 51a and 51b shown in 51a and 51b on each surface of FIG. 4 and the hole side surface was measured by the measuring instrument, and the average was defined as the hole gradient. The hole gradient was 86 degrees on the laser pulse incident surface (hereinafter referred to as “first surface”) and 86 degrees on the opposite surface (hereinafter referred to as “second surface”). The opening diameter was calculated from the image used for observation of the hole gradient. An actually observed image is shown in FIG.

実施例1に示されるように、ガラスに形成された微細な変質部及び加工孔に対して、本発明のエッチング液を用いた超音波照射エッチングをすることによって、所望の微細で、孔勾配が大きく、深い孔(ストレート孔)を形成できた。   As shown in Example 1, by performing ultrasonic irradiation etching using the etching solution of the present invention on finely altered portions and processed holes formed in glass, a desired fine and hole gradient is obtained. Large and deep holes (straight holes) could be formed.

超音波を照射することでキャビテーション、振動加速度、及び水流が、エッチング液とエッチングによる生成物の分散を微細な孔内部まで促進させる。   By irradiating with ultrasonic waves, cavitation, vibration acceleration, and water flow promote the dispersion of the etching solution and the product by etching into the fine holes.

エッチング液のフッ化水素酸濃度と硝酸濃度を調整することによって、超音波照射による微細な孔のエッチング液及びエッチングによる生成物の流動促進に追いつくようにエッチング速度を調整している。硝酸は更に微細な孔内で溶解度が低いフッ化物及びケイフッ化物が生成することを抑え、超音波照射による微細な孔内部のエッチング液及びエッチングによる生成物の流動を安定して保つことができる。   By adjusting the hydrofluoric acid concentration and nitric acid concentration of the etching solution, the etching rate is adjusted so as to catch up with the flow promotion of the fine hole etching solution and the product by etching by ultrasonic irradiation. Nitric acid can suppress the formation of fluoride and silicofluoride having low solubility in fine pores, and can stably maintain the flow of the etching solution inside the fine pores by ultrasonic irradiation and the product by etching.

界面活性剤はエッチング液のガラスに対する濡れ性を向上させ、エッチング液の微細な孔又は溝の内部への出入りを容易にするとともに、生成物の孔内部への付着を防止し、超音波照射による微細な孔又は溝内部でのエッチング進行を良好に保つことができる。   The surfactant improves the wettability of the etchant to the glass, facilitates the entry and exit of the etchant into the fine holes or grooves, prevents the product from adhering to the inside of the hole, and by ultrasonic irradiation. The etching progress inside the fine holes or grooves can be kept good.

これらの理由で、超音波照射によるエッチングにおいて、微細な孔又は溝の基板表面と内部のエッチング進行の差をなくし、微細でありながら、勾配が大きく、深い孔(ストレート孔)を形成できる。   For these reasons, in etching by ultrasonic irradiation, the difference in etching progress between the substrate surface of the fine hole or groove and the inside is eliminated, and a deep hole (straight hole) having a large gradient can be formed while being fine.

実施例1の変形例として、超音波照射エッチングに用いるガラスが有する構造は、ガラスに形成した変質部及び構造をエッチングして所望の形状を得られる限り、貫通でも、有底でも、孔でも、溝でもよい。   As a modification of Example 1, the structure of the glass used for the ultrasonic irradiation etching has a through-hole, a bottomed hole, a hole, as long as a desired shape can be obtained by etching the altered portion and structure formed in the glass, It may be a groove.

実施例1の超音波の発振周波数は、複数の周波数を順次発振しても、複数の周波数を同時に発信しても、変調してもよい。   The ultrasonic oscillation frequency according to the first embodiment may be generated by sequentially oscillating a plurality of frequencies, transmitting a plurality of frequencies simultaneously, or modulating the plurality of frequencies.

超音波の強度を上げると孔勾配が向上し、エッチング液の温度を上げる又はフッ化水素酸;若しくは硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸の濃度を上げると孔勾配が低下する代わりに、エッチング速度が速くなる。所望の勾配及び処理速度に応じて、超音波強度、エッチング温度、及びエッチング液配合比は適切に選択できる。   Increasing the intensity of the ultrasonic wave improves the pore gradient, increasing the temperature of the etching solution, or increasing the concentration of one or more inorganic acids selected from the group consisting of hydrofluoric acid; or nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid. Instead, the etching rate is increased. Depending on the desired gradient and processing speed, the ultrasonic intensity, etching temperature, and etchant composition ratio can be selected appropriately.

実施例1の変形例としては、エッチング液に配合した硝酸の代わりに、塩酸又は硫酸を用いてもよい。   As a modification of the first embodiment, hydrochloric acid or sulfuric acid may be used instead of nitric acid mixed in the etching solution.

実施例1の変形例として、エッチング槽は、エッチング液に耐性があれば、ポリエチレン以外の汎用プラスチックでも、エンジニアリングプラスチックでもよいし、超音波の伝搬効率を上げるために金属でも、金属に被覆を施したものでもよい。   As a modification of the first embodiment, the etching tank may be a general-purpose plastic other than polyethylene or an engineering plastic as long as it is resistant to the etching solution, and may be a metal or a metal to increase the ultrasonic wave propagation efficiency. You may have done.

実施例1の変形例としては、超音波照射エッチング処理時に、試料を超音波照射方向に対して平行にしても、垂直にしてもよいし、超音波のむらから受ける影響を低減するために、試料を搖動しても、回転してもよい。   As a modification of the first embodiment, the sample may be parallel or perpendicular to the ultrasonic irradiation direction during the ultrasonic irradiation etching process, or the sample may be reduced in order to reduce the influence of ultrasonic unevenness. It may be rotated or rotated.

[実施例2〜6]
表3に示すエッチング条件(エッチング液組成及びエッチング速度)に変更した以外は、実施例1と同様にして超音波照射エッチングを行い、微細構造付きガラスを製造した。エッチングの条件と評価結果を表3に示す。
[Examples 2 to 6]
Except having changed into the etching conditions (etching liquid composition and etching rate) shown in Table 3, ultrasonic irradiation etching was performed similarly to Example 1, and the glass with a fine structure was manufactured. Table 3 shows the etching conditions and evaluation results.

実施例2〜6において、試料(ガラス基板)の種類と試料のエッチング前の厚み及びエッチング後の厚みは実施例1と同じであり、エッチング液の組成が実施例1と異なる。
実施例2では、実施例1のエッチング液と比べて、エッチング液のフッ化水素酸濃度を0.2質量%に減らし、硝酸濃度を14.0質量%に増やし、界面活性剤の含有量を150ppmに増やした。実施例3では、実施例1のエッチング液と比べて、エッチング液のフッ化水素酸濃度を5.0質量%に増やし、硝酸濃度を14.0質量%に増やした。どちらも孔勾配85度以上の良好な貫通孔が得られた。
In Examples 2 to 6, the type of the sample (glass substrate), the thickness of the sample before etching, and the thickness after etching are the same as in Example 1, and the composition of the etching solution is different from that in Example 1.
In Example 2, compared with the etching liquid of Example 1, the hydrofluoric acid concentration of the etching liquid was reduced to 0.2% by mass, the nitric acid concentration was increased to 14.0% by mass, and the surfactant content was increased. Increased to 150 ppm. In Example 3, compared with the etching liquid of Example 1, the hydrofluoric acid concentration of the etching liquid was increased to 5.0 mass%, and the nitric acid concentration was increased to 14.0 mass%. In both cases, good through-holes having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained.

また、実施例4では、実施例1のエッチング液と比べて、エッチング液の硝酸濃度を3.0質量%に減らし、実施例5では、実施例1のエッチング液と比べて、硝酸濃度を14.0質量%に増やし、界面活性剤の含有量を150ppmに増やした。どちらも孔勾配85度以上の良好な貫通孔が得られた。   Further, in Example 4, the nitric acid concentration of the etching solution was reduced to 3.0 mass% compared to the etching solution of Example 1, and in Example 5, the nitric acid concentration was 14 compared to the etching solution of Example 1. The content of the surfactant was increased to 150 ppm. In both cases, good through-holes having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained.

さらに実施例6では、実施例5のエッチング液に対し、界面活性剤の含有量を500ppmまで増やしたところ、孔勾配85度以上の良好な貫通孔が得られた。   Furthermore, in Example 6, when the content of the surfactant was increased to 500 ppm with respect to the etching solution of Example 5, good through holes having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

[実施例7〜9]
表4に示すエッチング条件(エッチング液組成、超音波照射条件及びエッチング速度)に変更した以外は、実施例1と同様にして超音波照射エッチングを行い、微細構造付きガラスを製造した。エッチングの条件と評価結果を表4に示す。
[Examples 7 to 9]
Ultrasonic irradiation etching was performed in the same manner as in Example 1 except that the etching conditions (etching solution composition, ultrasonic irradiation conditions, and etching rate) shown in Table 4 were changed, and a glass with a microstructure was manufactured. Table 4 shows the etching conditions and evaluation results.

実施例7〜9において、試料(ガラス基板)の種類と試料のエッチング前の厚み及びエッチング後の厚みは実施例1と同じである。エッチング液の組成は実施例7〜9で同じであり、超音波照射の条件がそれぞれ異なる。実施例7ではエッチング処理時に発振周波数28kHzの超音波を照射し、実施例8では発振周波数45kHzの超音波を照射した。どちらもキャビテーションがよく発生し、孔勾配85度以上の良好な貫通孔(ストレート孔)が得られた。
超音波槽として、発振周波数の変更可能なW−113(型番、出力100W、発振周波数28kHz/45kHz/100kHz、本多電子株式会社製、槽寸法:W240×D140×H100(単位はmm))を用いた。
In Examples 7 to 9, the type of the sample (glass substrate), the thickness of the sample before etching, and the thickness after etching are the same as in Example 1. The composition of the etching solution is the same in Examples 7 to 9, and the conditions for ultrasonic irradiation are different. In Example 7, ultrasonic waves with an oscillation frequency of 28 kHz were applied during the etching process, and in Example 8, ultrasonic waves with an oscillation frequency of 45 kHz were applied. In both cases, cavitation occurred frequently, and good through holes (straight holes) having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained.
As an ultrasonic tank, W-113 (model number, output 100 W, oscillation frequency 28 kHz / 45 kHz / 100 kHz, manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., tank dimensions: W240 × D140 × H100 (unit: mm)) whose oscillation frequency can be changed is used. Using.

実施例9では発振周波数100kHzの超音波を照射した。キャビテーションがあまり起きず、孔勾配は第1面で81度、第2面で82度であり、これより低い発振周波数で実施した結果よりも低下した。超音波の強度を上げることで孔勾配は向上できるため、ダメージを受けやすい試料では有益だが、これより高い発振周波数はキャビテーション発生の閾値が急激に上昇するので好ましくない。   In Example 9, ultrasonic waves with an oscillation frequency of 100 kHz were applied. Cavitation did not occur so much, and the hole gradient was 81 degrees on the first surface and 82 degrees on the second surface, which was lower than the result obtained at a lower oscillation frequency. Since the pore gradient can be improved by increasing the intensity of the ultrasonic wave, it is beneficial for a sample that is easily damaged, but an oscillation frequency higher than this is not preferable because the threshold for cavitation rises rapidly.

[比較例1]
実施例1と同じ試料(ガラスサンプル1)を、界面活性剤を添加しない、フッ化水素酸0.5質量%、硝酸3.0質量%のエッチング液を30℃で、超音波ではなくスターラーを用いて撹拌し、実施例1と同じ基板厚みになるようにエッチングした。得られたガラスについて、実施例1と同様に孔勾配を測定した。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が76度であり、第2面が77度であり、貫通した孔は明らかにくびれた。実際に観察された画像を図6に示す。
[Comparative Example 1]
The same sample as in Example 1 (Glass Sample 1) was added with an etchant containing 0.5% by mass of hydrofluoric acid and 3.0% by mass of nitric acid without addition of a surfactant at 30 ° C. The resulting mixture was stirred and etched so as to have the same substrate thickness as in Example 1. For the obtained glass, the pore gradient was measured in the same manner as in Example 1. In the obtained glass, the hole gradient was 76 degrees on the first surface and 77 degrees on the second surface, and the through holes were clearly constricted. An actually observed image is shown in FIG.

[比較例2]
実施例1と同じ試料(ガラスサンプル1)を、界面活性剤を添加しない、フッ化水素酸2.0質量%、硝酸3.0質量%のエッチング液を30℃で、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射し、孔が貫通するまでエッチングした。得られたガラスについて、実施例1と同様に孔勾配を測定した。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が72度であり、第2面が73度であり、貫通した孔は明らかにくびれた。
[Comparative Example 2]
The same sample (glass sample 1) as in Example 1 was prepared by adding an etching solution containing 2.0% by mass of hydrofluoric acid and 3.0% by mass of nitric acid without adding a surfactant at 30 ° C., 40 kHz, 0.26 W / Etching was performed until ultrasonic waves of cm 2 were irradiated and the holes penetrated. For the obtained glass, the pore gradient was measured in the same manner as in Example 1. In the obtained glass, the hole gradient was 72 degrees on the first surface and 73 degrees on the second surface, and the through holes were clearly constricted.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

上記のように、本発明の製造方法によって、低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、よりストレート性が高く、深い孔又は溝等の微細構造が形成された微細構造付きガラスが得られることが確認できた。   As described above, the manufacturing method of the present invention suppresses the formation of low-gradient holes, has a higher straightness in the thickness direction of the substrate, and has a microstructured glass formed with a microstructure such as deep holes or grooves. It was confirmed that it was obtained.

[実施例10〜12]
表1のガラスサンプル2〜4の成分からなる30mm×30mm×t0.52mmのガラス基板を試料として用いた。表5に示すエッチング条件に変更した以外は、実施例1と同様にして超音波照射エッチングを行い、微細構造付きガラスを製造した。エッチングの条件と評価結果を表5に示す。いずれの場合においても孔勾配85度以上の良好な貫通孔が得られた。例として実施例12について観察された画像を図7に示す。
[Examples 10 to 12]
A glass substrate of 30 mm × 30 mm × t 0.52 mm composed of the components of glass samples 2 to 4 in Table 1 was used as a sample. Except having changed into the etching conditions shown in Table 5, ultrasonic irradiation etching was performed like Example 1 and the glass with a fine structure was manufactured. Table 5 shows etching conditions and evaluation results. In any case, good through-holes having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained. As an example, an image observed for Example 12 is shown in FIG.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

[実施例13]
実施例1と同じ試料を、無機酸として硝酸の代わりに塩酸(35.0−37.0%水溶液 関東化学)を用い、フッ化水素酸2.0質量%、塩酸6.0質量%、界面活性剤150ppmのエッチング液30℃で、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射し、孔が貫通するまでエッチングした。表6に記載した条件に変更した以外は、実施例1と同様にして微細構造付きガラスを得た。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が85度であり、第2面が88度であり、孔勾配85度以上の良好な貫通孔が得られた。エッチングの条件と評価結果を表6に示す。
[Example 13]
The same sample as Example 1 was used, using hydrochloric acid (35.0-37.0% aqueous solution Kanto Chemical) as an inorganic acid instead of nitric acid, hydrofluoric acid 2.0% by mass, hydrochloric acid 6.0% by mass, interface Etching was performed until the hole penetrated by irradiating ultrasonic waves of 40 kHz and 0.26 W / cm 2 at 30 ° C. with an etching solution of 150 ppm of activator. Except having changed into the conditions described in Table 6, the glass with a microstructure was obtained like Example 1. In the obtained glass, the hole gradient was 85 degrees on the first surface and 88 degrees on the second surface, and good through holes having a hole gradient of 85 degrees or more were obtained. Table 6 shows the etching conditions and evaluation results.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

[実施例14]
ガラスサンプルとして合成石英(信越化学工業)の30mm×30mm×t0.50mmの基板を用いた。レーザによる変質部の形成は、フェムト秒レーザを用いて、出力6μJ、加工部スポット径Φ9μm、パルス幅800fs、繰返し周波数2kHz、加工速度0.2mm/秒で照射した。レーザ光を照射した部分において、他の部分とは異なる直径約10μmの変質部又は微細な空洞が形成されていることを光学顕微鏡で確認できた。観察された画像を図8に示す。
[Example 14]
A synthetic quartz (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 30 mm × 30 mm × t 0.50 mm substrate was used as the glass sample. Formation of the altered portion by laser was performed using a femtosecond laser at an output of 6 μJ, a processed portion spot diameter of Φ9 μm, a pulse width of 800 fs, a repetition frequency of 2 kHz, and a processing speed of 0.2 mm / second. It was confirmed with an optical microscope that an altered portion or a fine cavity having a diameter of about 10 μm different from other portions was formed in the portion irradiated with the laser light. The observed image is shown in FIG.

表7に示すエッチング条件(エッチング液組成、超音波照射条件及びエッチング速度)に変更した以外は、実施例1と同様にして超音波照射エッチングを行い、微細構造付きガラスを製造した。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が90度であり、第2面が89度であり、合成石英にほぼ垂直な貫通孔が得られた。エッチングの条件と評価結果を表7に示す。また、観察された画像を図9に示す。   Ultrasonic irradiation etching was performed in the same manner as in Example 1 except that the etching conditions (etching solution composition, ultrasonic irradiation conditions, and etching rate) shown in Table 7 were changed, and a glass with a fine structure was manufactured. In the obtained glass, the hole gradient was 90 degrees on the first surface and 89 degrees on the second surface, and a through hole almost perpendicular to the synthetic quartz was obtained. Table 7 shows the etching conditions and evaluation results. Moreover, the observed image is shown in FIG.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

[比較例3]
実施例1と同じ試料を、フッ化水素酸を添加しない、硝酸14.0質量%、界面活性剤150ppmのエッチング液30℃で、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射した。エッチングを3時間実施してもガラス基板の厚みが変化せず、貫通孔も得られなかった。フッ化水素酸を添加しないとエッチングが進まず、ガラスに孔や溝等の微細構造を形成させることができない。
[Comparative Example 3]
The same sample as in Example 1 was irradiated with ultrasonic waves of 40 kHz and 0.26 W / cm 2 at 30 ° C. with an etching solution of 14.0% by mass of nitric acid and 150 ppm of surfactant without adding hydrofluoric acid. Even when etching was carried out for 3 hours, the thickness of the glass substrate did not change, and no through-holes were obtained. If hydrofluoric acid is not added, etching does not proceed, and a fine structure such as a hole or a groove cannot be formed in the glass.

[比較例4]
実施例1と同じ試料を、硝酸を添加しない、フッ化水素酸2.0質量%、界面活性剤150ppmのエッチング液30℃で、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射し、孔が貫通するまでエッチングした。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が78度であり、第2面が81度であり、硝酸を添加したときのような孔勾配80度以上の貫通孔は得られなかった。
[Comparative Example 4]
The same sample as in Example 1 was irradiated with ultrasonic waves of 40 kHz, 0.26 W / cm 2 at 30 ° C. in an etching solution containing 2.0% by mass of hydrofluoric acid and 150 ppm of surfactant without adding nitric acid, Etching was performed until it penetrated. In the obtained glass, the pore gradient was 78 degrees on the first surface and 81 degrees on the second surface, and through-holes with a pore gradient of 80 degrees or more as in the case of adding nitric acid were not obtained.

[比較例5]
実施例1と同じ試料を、硝酸濃度を増やした、フッ化水素酸2.0質量%、硝酸20.0質量%、界面活性剤150ppmのエッチング液30℃で、40kHz、0.26W/cm2の超音波を照射し、孔が貫通するまでエッチングした。得られたガラスにおいて、孔勾配は第1面が78度であり、第2面が79度であり、孔勾配80度以上の貫通孔は得られなかった。
[Comparative Example 5]
The same sample as in Example 1 was increased in nitric acid concentration, hydrofluoric acid 2.0 mass%, nitric acid 20.0 mass%, surfactant 150 ppm etching solution at 30 ° C., 40 kHz, 0.26 W / cm 2. Were etched until the holes penetrated. In the obtained glass, the hole gradient was 78 degrees on the first surface and 79 degrees on the second surface, and through-holes with a hole gradient of 80 degrees or more were not obtained.

Figure 2017038075
Figure 2017038075

本発明の微細構造付きガラスの製造方法によって低勾配の孔の形成を抑え、基板の厚み方向について、よりストレート性が高く、深い孔又は溝等の微細構造が形成された微細構造付きガラスが得られる。   The method for producing a glass with a microstructure of the present invention suppresses the formation of low-gradient holes, and a glass with a microstructure having a higher straightness in the thickness direction of the substrate and having a microstructure such as deep holes or grooves is obtained. It is done.

Claims (10)

ガラスに超音波を照射してエッチングするエッチング工程を有し、
前記エッチング工程に用いるエッチング液が
フッ化水素酸;
硝酸、塩酸及び硫酸からなる群から選ばれる1種以上の無機酸;及び
界面活性剤を含み、
前記エッチング液において、フッ化水素酸濃度0.05質量%〜8.0質量%であり、無機酸濃度2.0質量%〜16.0質量%であり、界面活性剤の含有量が5ppm〜1000ppmである、
微細構造付きガラスの製造方法。
It has an etching process for etching by irradiating glass with ultrasonic waves,
An etching solution used in the etching step is hydrofluoric acid;
One or more inorganic acids selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid; and a surfactant,
In the etching solution, the hydrofluoric acid concentration is 0.05 mass% to 8.0 mass%, the inorganic acid concentration is 2.0 mass% to 16.0 mass%, and the surfactant content is 5 ppm to 1000 ppm,
Manufacturing method of glass with fine structure.
さらに、エッチング工程の前に、ガラスにレーザパルスを照射して変質部又は加工孔を形成する工程を有する、請求項1に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the glass with a microstructure of Claim 1 which has the process of irradiating a laser pulse to glass and forming a modified part or a processed hole before an etching process. 超音波処理の発振周波数が100kHz以下である、請求項1又は2に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The manufacturing method of the glass with a fine structure of Claim 1 or 2 whose oscillation frequency of an ultrasonic treatment is 100 kHz or less. 超音波の強度が0.10W/cm2〜5.0W/cm2である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。The intensity of the ultrasonic wave is 0.10W / cm 2 ~5.0W / cm 2 , the production method of the fine structure with a glass according to any one of claims 1 to 3. 無機酸が硝酸である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The manufacturing method of the glass with a microstructure of any one of Claims 1-4 whose inorganic acid is nitric acid. 界面活性剤の含有量が10ppm〜800ppmである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The manufacturing method of the glass with a microstructure of any one of Claims 1-5 whose content of surfactant is 10 ppm-800 ppm. 界面活性剤が非イオン性界面活性剤である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The manufacturing method of the glass with a microstructure according to any one of claims 1 to 6, wherein the surfactant is a nonionic surfactant. ガラスが0.1モル%以上5.0モル%未満のTiO2を含有する低アルカリガラス又は無アルカリガラスである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。The manufacturing method of the glass with a microstructure according to any one of claims 1 to 7, wherein the glass is a low alkali glass or non-alkali glass containing TiO 2 in an amount of 0.1 mol% or more and less than 5.0 mol%. . ガラスが0.1モル%以上2.0モル%以下のCuOを含有する低アルカリガラス又は無アルカリガラスである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The manufacturing method of the glass with a microstructure of any one of Claims 1-7 whose glass is the low alkali glass or alkali free glass containing 0.1 mol% or more and 2.0 mol% or less CuO. エッチング工程後のガラスにおける微細構造が貫通孔であって、孔勾配の角度が80度以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の微細構造付きガラスの製造方法。   The method for producing a glass with a microstructure according to any one of claims 1 to 9, wherein the microstructure in the glass after the etching step is a through-hole, and the angle of the hole gradient is 80 degrees or more.
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