DE10156343A1 - Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats - Google Patents

Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats

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DE10156343A1
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glass
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DE10156343A
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Kenji Kamada
Koji Ohta
Jun Yamaguchi
Tadashi Koyama
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Oberfläche (7) eines Glassubstrats (1) mit einem Laserstrahl (2) bestrahlt, um dadurch eine V-förmige Nut auszubilden. Zu dieser Zeit wird der Laserstrahl (2) außerhalb und oberhalb des Glassubstrats (1) verdichtet. Der Abstand zwischen einem Strahlverdichtungspunkt (4) des Laserstrahls (2) und der Oberfläche (7) des Glassubstrats (1) wird verändert, um es dadurch möglich zu machen, dass sich der Winkel zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der V-förmigen Nut verändert. Der Winkel kann einen Bereich von 30 DEG bis 120 DEG aufweisen. Ferner ist der Laserstrahl, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht gepulst, bevorzugterweise mit einer Impulsweite, welche nicht größer als 10 Picosekunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats, bei welchem ein nutähnlicher konkaver Abschnitt in einer Oberfläche des Glassubstrats ausgebildet wird, und insbesondere ein Verfahren zur Ausbildung einer V-förmigen Nut in der Oberfläche des Glassubstrats durch Laserablation bzw. Laserabschmelzung.
Ein nutähnlicher konkaver Abschnitt, welcher in einem Substrat ausgebildet ist, wird als ein Element zur Aufnahme einer optischen Vorrichtung verwendet, wie beispielsweise einer optischen Faser, einer Stablinse oder ähnlichem, oder als optische Vorrichtung verwendet, wie beispielsweise ein Brechungsgitter oder ähnliches. Wenn die in dem Substrat ausgebildete Nut als Element zur Aufnahme einer optischen Faser oder ähnliches verwendet wird, ist es wichtig, dass ein Abschnitt der Nut rechtwinklig zur Längsrichtung der Nut V- förmig ist. In dem Fall, in welchem der Nutabschnitt U-förmig oder rechtwinklig ausgebildet ist, wird die Aufnahme der optischen Faser oder ähnlichem in der Nut nicht in einem Linienkontakt durchgeführt, sondern mit einem Oberflächenkontakt, so dass es erforderlich ist, dass die Größe des Nutabschnitts mit dem Durchmesser der optischen Faser oder ähnlichem mit hoher Genauigkeit übereinstimmt. Wenn die Größe des Nutabschnitts variiert, kann die optische Faser oder ähnliches nicht in der Nut sicher befestigt werden, so dass die optische Faser oder ähnliches innerhalb der Nut bewegt wird. Da die Aufnahme der optischen Faser oder ähnliches zum Zweck der Ausrichtung der optischen Achse der optischen Faser mit derjenigen einer anderen optischen Faser durchgeführt wird, verursacht eine derartige Bewegung Probleme. Wenn auf der anderen Seite in dem Fall, in welchem die Nut V-förmig ist, der Nutabschnitt linear geneigt ist, so dass die optische Faser oder ähnliches mit Linienkontakt zwischen den gegenüberliegenden Wandoberflächen aufgenommen werden kann. Dementsprechend besteht keine Gefahr, dass die optische Faser oder ähnliches innerhalb der Nut bewegt werden kann.
Die meisten der V-förmigen Nuten, welche für den vorstehend erwähnten Zweck verwendet werden, werden durch chemisches Ätzen ausgebildet. Die Geschwindigkeit des Ätzens variiert in Abhängigkeit von der Kristallorientierung des kristallinen Substrats, wie beispielsweise ein Silikonsubstrat oder ähnliches. Wenn beispielsweise ein einzelnes Kristallsilikon mit einer alkalischen Ätzlösung angeätzt wird, ist die Ätzgeschwindigkeit für eine Front 100 oder eine Front 110 höher als für eine Front 111, so dass eine Form, welche lediglich durch eine 111-Kristallfront ausgebildet ist, durchgeführt werden kann (siehe beispielsweise "LSI Handbook", Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, die OHM sha Ltd.).
Ein derartiges Ätzverfahren wird anisotropes Ätzen genannt. Für anisotropes Ätzen von Silikonkristallflächen bzw. Fronten kann eine alkalische Lösung, wie beispielsweise KOH, N2H4 (Hydrazin), NH2(CH2)2NH2 (Ethylendiamin), NH4OH (Aquärosammonia) oder ähnliches verwendet werden. Silizium kann in Form von SiO2(OH)2 - mit OH- Ionen in der alkalischen Lösung entfernt werden. Alkohol, wie beispielsweise CH3.CHOH.CH3, C6H4(OH)2 (Pyrocatechol) oder ähnliches, wird oft als Puffer verwendet. Es wird angenommen, dass der Puffer die OH- Ionen daran hindert, von der Siliziumoberfläche absorbiert zu werden, wodurch sich die Ätzgeschwindigkeit leicht kontrollierbar reduziert und die Plane-Azimuth- Abhängigkeit reduziert.
Wenn eine Si (100) Wafer-Oberfläche mit der vorstehend erwähnten Ätzlösung unter der Bedingung geätzt wird, dass eine Maske, wie beispielsweise ein fotoresistentes Element oder ähnliches, mit Öffnungen von streifenähnlichen Mustern, welche jeweils eine konstante Breite aufweisen, in der Si (100) Wafer-Oberfläche vorgesehen ist, werden V-förmige Nuten ausgebildet. Das Ätzen geht voran, während ein Winkel zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen von den V-förmigen Nuten jeweils auf 54,7° gehalten wird. Die Reaktion stoppt im Wesentlichen bei einer Tiefe, welche von einer Musterbreite der Maske bestimmt wird.
Da die kristallografisch bestimmte Form gemäß dem anisotropen Ätzen ausgebildet werden kann, kann eine genaue Bearbeitung im Vergleich mit jeglichem bekannten Verfahren durchgeführt werden. Gemäß diesem anisotropen Ätzverfahren kann eine V- förmige Nut von jeglicher Größe lediglich durch Änderung der Musterbreite ausgebildet werden. Desweiteren ist das Verfahren ein Ätzvorgang, bei welchem eine große Anzahl von Nuten gleichzeitig ausgebildet werden kann. Somit ist das Verfahren vorteilhaft bezüglich geringer Produktionskosten, wenn eine große Menge von Nuten hergestellt werden soll, welche jeweils die gleiche Form aufweisen.
Das Verfahren, welches anisotropes Ätzen verwendet, ist jedoch lediglich auf ein kristallines Substrat anwendbar, wie beispielsweise ein einfach kristallines Silikonsubstrat oder ähnliches als Material des Substrats. Ferner wird bei dem Verfahren der Winkel der V-Form kristallografisch einheitlich bestimmt, so dass der Winkel nicht justiert werden kann. Diese Tatsachen verursachen das folgende Problem.
Eine höhere Performance der optischen Vorrichtung ist erforderlich, wobei das ernsthaftere Problem die charakteristische Variation ist, welche aufgrund der Temperatur eines optischen Systems variiert. Dieses Problem wird durch die Expansion und Kontraktion von jeder der optischen Vorrichtungen, welche ein optisches System bilden, gemäß der Temperaturänderung verursacht, und wird durch die Veränderung der optischen Weglänge gemäß der Änderung des Brechungsindex verursacht. Wenn daher ein Material mit der Charakteristik zur Eliminierung der Änderung der optischen Länge der optischen Vorrichtung gemäß der Temperaturänderung als Aufnahmeelement verwendet wird, kann die Temperaturänderung insgesamt des optischen Systems reduziert werden.
In dem Fall, in welchem das Aufnahmeelement zur Ausrichtung der optischen Achsen der optischen Vorrichtung verwendet wird, hat die Temperaturänderung Einfluss auf die optische Achsenversetzung aufgrund der Expansion und Kontraktion. Aus diesem Grund wird ein Material mit geringer Ausdehnung und Kontraktion hinsichtlich der Temperaturänderung verwendet. Beispielsweise ist der thermische Expansionskoeffizient von Silikon jedoch in etwa 25 × 10-7°C-1, so dass es schwierig ist, ein Material mit einer geringen Ausdehnung und Kontraktion von den vorstehend erwähnten Kristallmaterialien auszuwählen, welche für anisotropes Ätzen verwendet werden. Im Gegensatz dazu liegen Materialien mit einem geringen thermischen Expansionskoeffizienten, wie beispielsweise Quarzglas (5,5 × 10-7°C-1), als Glasmaterialien vor. Desweiteren ist ein Material, welches Null-thermisches Expansionsglas genannt wird, als ein Material bekannt, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der geringer ist als der von Quarzglas. Desweiteren kann in dem Fall, in welchem eine optische Vorrichtung an dem Aufnahmeelement einen positiven thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, Glas mit einem negativen thermischen Expansionskoeffizienten als das Material für das Aufnahmeelement ausgewählt werden, so dass das Glas die thermische Expansion des ganzen Systems aufheben kann. Wie vorstehend beschrieben, kann als Halteelement bzw. Aufnahmeelement, welches die Änderung der Charakteristik der optischen Vorrichtung aufgrund der Temperaturänderung unterdrückt, ein Glasmaterial ausgewählt werden, welches ein amorphes Material ist, das aus einem größeren Bereich als einem Kristallmaterial hervorgeht.
Als Verfahren zur Ausbildung der V-förmigen Nut in dem Glassubstrat kann Schneiden mittels einer Säge bzw. Würfelsäge verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird das Substrat geschnitten, während ein Messer, welches genau gefertigt ist, mit hoher Geschwindigkeit rotiert.
Dementsprechend ist dieses Verfahren auf einen weiten Bereich von Substratmaterialien anwendbar und weist ein Merkmal auf, dass der Winkel der V-Form und die Breite und Tiefe der Nut nach Wahl durch Austauschen der Messerkante bzw. Schneidkante verändert werden kann.
Bei dem Schneidverfahren mittels einer Säge bzw. Würfelsäge wird jedoch die Schneidkante, welche für das Schneiden verwendet wird, derart schnell verschlissen, dass eine einzelne Schneidkante lediglich mehrere V-förmige Nuten ausbilden kann. Daher tritt ein Kostenproblem auf. Da die Schneidkante ferner durch eine neue ersetzt werden muss, jedesmal, wenn mehrere Nuten geschnitten worden sind, ist es schwierig, die Intervalle zwischen angrenzenden Nuten mit hoher dimensionaler Genauigkeit aufrecht zu erhalten. Da zusätzlich die Größe, welche zur Bearbeitung der Schneidkante möglich ist, nicht geringer als 50 µm ist, tritt ein Problem auf, dass die Breite der V-förmigen Nut, welche somit eintritt, darauf begrenzt ist, dass sie nicht geringer als 50 µm ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme bei dem Verfahren zur Ausbildung einer V-förmigen Nut in einer Oberfläche eines Glassubstrats zu lösen. Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats vor, wobei ein Winkel zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der V-förmigen Nut frei nach Wahl geändert werden kann.
Das Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ausbildung eines konkaven Abschnitts in einer Oberfläche des Glassubstrats durch Laserstrahlirradiation bzw. Bestrahlung. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Glassubstrats, welches bearbeitet werden soll, mit einem Laserstrahl von oberhalb des Glassubstrats irradiert bzw. bestrahlt. Der Laserstrahl ist in einem Abschnitt außerhalb und bevorzugterweise oberhalb des Glassubstrats verdichtet. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner Vorrichtungen zur Änderung eines Abstands zwischen dem Strahlverdichtungspunkt des Laserstrahls und der Oberfläche des Glassubstrats auf.
Ferner wird der Strahlverdichtungspunkt des Laserstrahls in Bezug auf das Substrat und parallel zu der Substratoberfläche bewegt, so dass der nutähnliche konkave Abschnitt in der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden kann.
Bevorzugterweise wird der Laserstrahl lichtpulsiert bzw. licht gepulst mit einer Pulsbreite bzw. Pulsweite, die nicht größer als 10 Picosekunden ist.
Eine V-förmige Nut, welche in einer Oberfläche eines Glassubstrats mittels eines Verfahrens zur Bearbeitung des Glassubstrates ausgebildet ist, wird durch ein Verfahren zur Bearbeitung des Glassubstrates gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, so dass ein Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der V-förmigen Nut in einem Bereich von 30° bis 120° geändert werden kann. Ferner wird ein Glassubstrat mit einer V-förmigen Nut vorgesehen, so dass die Nut durch Ablation bzw. Abschmelzen mittels Laserlicht ausgebildet wird. Somit kann eine kontinuierliche Bearbeitung durchgeführt werden, selbst in dem Fall, wo eine hohe Anzahl von Nuten ausgebildet wird. Als Folge davon kann die Genauigkeit des Intervalls zwischen angrenzenden Nuten in einfacher Art und Weise verbessert werden, und ferner kann eine kontinuierliche Bearbeitung durchgeführt werden.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Gegenstand, welcher in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-350424 enthalten ist (eingereicht am 17. November 2000), auf welche hiermit in seiner Gesamtheit ausdrücklich Bezug genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine Ansicht einer schematischen Anordnung, welche ein Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrates gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 2A ist eine gescannte Elektronenmikroskopfotografie von einer V-förmigen Nut, welche gemäß einer Ausführungsform 1 ausgebildet ist, und Fig. 2B ist eine schematische Darstellung davon.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine schematische Form der V-förmigen Nut darstellt, welche in einer Oberfläche des Glassubstrats ausgebildet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Weiteren beschrieben.
Ein Verfahren zur Bearbeitung einer V-förmigen Nut in einer Oberfläche eines Glassubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung basiert auf der Tatsache, dass ein Laserstrahl auf eine Glasoberfläche aufgebracht wird, um eine Ablation bzw. ein Abtragen der Glasoberfläche zu erzeugen. Fig. 3 zeigt eine schematische Form der V-förmigen Nut 6, welche dadurch ausgebildet wird. Da der Laserstrahl wünschenswerterweise als kurz gepulstes Laserlicht mit einer Breite verwendet wird, um die Seitenflächen 8 der Nut zu glätten, welche durch Abtragung bearbeitet werden, und die Kanten 9 zu glätten, welche zwischen den Seitenflächen der Nut und der Oberfläche des Substrats ausgebildet sind. In dem Fall, wo der Laserstrahl ein kontinuierliches Licht oder ein Licht mit einer langen Pulsbreite ist, kann eine gute Bearbeitung nicht durchgeführt werden, da die Kanten 9 und deren Umfänge in dem Nutabschnitt, welcher durch Abtragung bearbeitet wird, aufgrund des Einflusses der Hitze verformt werden, welche bei der Laserstrahlbestrahlung erzeugt wird. Wenn beispielsweise eine derartige Bearbeitung durch einen gepulsten Laser mit einer Pulsbreite von einer Nanosekunde durchgeführt wird, werden oft Brüche und Abspaltungen in dem Abschnitt der Kanten 9 der Nut erzeugt, so dass eine gut ausgebildete V- förmige Nut nicht erhalten werden kann. Je kürzer die Pulsweite des Lasers wird, desto mehr Wärme wird unmittelbar während der Laserpulsbestrahlung erzeugt. Dementsprechend wird die Leitung der Wärme zur Umgebung reduziert, und eine bearbeitete Nut 6 mit guten Seitenflächen 8 und guten Kanten 9 kann erhalten werden. Dementsprechend ist die Pulsweite des Laserstrahls bevorzugterweise nicht größer als 10 Picosekunden und vorzugsweise nicht größer als eine Picosekunde. Je geringer die Pulsweite ist, desto besser ist es. Die geringste Pulsweite, welche für eine stabile Oszillation des Lasers erforderlich ist, ist nicht geringer als in etwa 10 Femtosekunden.
Der Laserstrahl wird durch eine Strahlverdichtungseinheit verdichtet, wie beispielsweise eine Linse oder ähnliches. Wenn ein Strahlverdichtungspunkt justiert wird, der sich außerhalb des Glasmaterials befindet, kann eine V-förmige Nut durchgeführt werden. Wenn sich der Laserverdichtungspunkt des Laserstrahls auf der Glasoberfläche befindet, kann die Nut nicht V-förmig ausgebildet werden, so dass ein Problem auftritt, dass Brüche oder ähnliches auftreten, welche in dem unteren Abschnitt der Nut erzeugt werden. Wenn der Laserverdichtungspunkt des Laserstrahls von der Glasoberfläche derart bewegt wird, dass er sich außerhalb des Glases befindet, kann eine V-förmige Nut mit glatten Kanten der Seitenflächen der Nut ohne jegliche Brüche in der Glasoberfläche ausgeführt werden.
Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung sind die folgenden Annahmen gemacht worden. Ein Laser mit einer geringen Pulsweite hat eine hohe Spitzenleistung, da sich die Energie auf eine kurze Pulszeit konzentriert. Die Höchstleistung wird als Wert eines maximalen Ausgangs (W) ausgedrückt, welche pro Einheit als Fläche bestrahlt wird, wobei die maximale Ausgabe (W) als Verhältnis der Ausgangsenergie (J) pro Impuls bezüglich der Pulsweite (Sekunden) ausgedrückt wird. Wenn ein derartiges Laserlicht mit einer geringen Pulsweite verdichtet wird, wird die Energie im Strahlverdichtungspunkt sehr groß. Wenn die maximale Leistung am Strahlverdichtungspunkt nicht geringer als 8 × 1011 W/cm2 wird, erzeugt der Laserstrahl einen selbst­ konvergierenden Effekt, um die Ausbreitung des Strahls jenseits des Strahlverdichtungspunkts zu unterdrücken (in einer Richtung der Bewegung des Laserstrahls) (siehe Oyo Butsuri, Vol. 67, p. 1051, 1998). In derartiger Art und Weise hat die Strahlverteilung bzw. Strahlausbreitung eine Verteilung, welche für die Bearbeitung einer V-förmigen Nut in dem Glas angepasst ist. Wenn sich dementsprechend die Glasoberfläche hinter dem Strahlverdichtungspunkt befindet (die Richtung der Bewegung des Laserstrahls), kann eine V- förmige Nut in der Glasoberfläche ausgebildet werden.
Die Entfernung zwischen dem Strahlvertiefungspunkt und der Glasoberfläche, welche durch Abtragung bearbeitet wird, wird derart justiert, dass diese im Hinblick auf die Kombination der Intensität des Laserstrahls, der vervielfältigenden Leistung und der numerischen Öffnung (NA) der Linse optimiert ist, welche hinsichtlich der Bearbeitungsgeschwindigkeit usw. verwendet wird. In dem Teil, wo diese Parameter konstant sind, kann der Winkel, welcher die V-Form bildet, frei wählbar mit der Breite der Nut der V-förmigen Nut verändert werden, welche im Wesentlichen konstant gehalten wird, wenn der Abstand zwischen dem Strahlverdichtungspunkt und der Glasoberfläche verändert wird. Wenn sich der Strahlverdichtungspunkt zu nahe an der Glasoberfläche befindet, werden jedoch Brüche in der ausgebildeten Nut erzeugt. Wenn andererseits der Strahlverdichtungspunkt zu weit von der Glasoberfläche entfernt ist, kann keine Energieverteilung erhalten werden, welche zur Bearbeitung der V-förmigen Nut erforderlich ist, so dass ein Problem dahingehend auftritt, dass die V-förmige Nut nicht erhalten wird. Dementsprechend wird der Winkel, welcher die V-Form der V-förmigen Nut bildet, die durch Justierung des Abstands zwischen dem Strahlverdichtungspunkt und der Glasoberfläche erhalten wird, in einem Bereich von 30° bis 120° festgesetzt.
Die Nutbreite der V-förmigen Nut, welche durch Laserabtreibung erhalten wird, kann nach Wahl auf der Basis der Intensität des Laserstrahls und der vervielfältigenden Leistung und numerischen Öffnung (NA) der verwendeten Linse verändert werden. Wenn die maximale Leistung am Strahlverdichtungspunkt zu gering ist, ist der Effekt der Unterdrückung der Strahlausbreitung hinter den Strahlverdichtungspunkt aufgrund selbstkonvergierender Effekte zu gering. Dementsprechend kann die V-förmige Nut in der Glasoberfläche durch Abtragung nicht ausgebildet werden.
Wenn der Strahlverdichtungspunkt relativ parallel zu der Oberfläche des Glassubstrats bewegt wird, kann die V-förmige Nut in der Glasoberfläche ausgebildet werden. Insbesondere, wenn das Glassubstrat kontinuierlich bezüglich des Strahlverdichtungspunkts des Laserstrahls oder des Strahlverdichtungspunkts des Laserstrahls außerhalb des Glassubstrats kontinuierlich parallel zur Glasoberfläche bewegt wird, kann der Glasverdichtungspunkt relativ bewegt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird bevorzugterweise ein gepulster Laser mit einer kurzen Pulsweite verwendet, um die maximale Leistung des Laserstrahls zu erhöhen, um dadurch glatte Seitenflächen und glatte Kanten einer V-förmigen Nut zu erhalten. Je geringer die Oszillationsfrequenz des Lasers ist, desto höher ist die maximale Leistung, was dann einfach durchzuführen ist. Wenn die Oszillationsfrequenz des Lasers zu gering ist, ist es jedoch unmöglich, eine glatte Nutform auszubilden. Dementsprechend wird die repetitive Frequenz des Laserpulses derart festgesetzt, dass sie nicht geringer als 100 Hz ist, und bevorzugterweise nicht geringer als 500 Hz ist.
Obwohl der Laserausgang per se verändert werden kann, um die Intensität des Laserstrahls zu ändern, ist es bevorzugt, dass die Intensität des Laserstrahls außerhalb der Laseroszillation verändert wird, da die Oszillation des Lasers unstabil werden kann, wenn der Laserausgang an sich verändert wird. Die Änderung des Laserstrahls extern kann durch Anwendung einer Vorrichtung zur Änderung der Intensität des Laserlichts in der Mitte der optischen Weglänge des Laserstrahls durchgeführt werden. Spezifische Beispiele derartiger Vorrichtungen zur Änderung der Intensität können einen ND-Filter, ein Glan-Laser-Prisma und ähnliches einschließen.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Weiteren genauer im Hinblick auf Ausführungsformen beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann ein konkaver Abschnitt, welcher wie eine konische Öffnung ausgebildet ist, ohne Bewegung der Bestrahlungsposition des Laserstrahls in einer Ebene des Substrats ausgebildet werden. Da ferner der Abstand zwischen dem Strahlverdichtungspunkt und der Substratoberfläche verändert wird, während der Strahlverdichtungspunkt und das Substrat relativ zueinander bewegt werden, kann eine Nutform durchgeführt werden, welche im Hinblick auf den Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der Nut gemäß der Bestrahlungsposition veränderbar ist.
Ausführungsform 1
Ein plattenähnliches Glassubstrat mit einer Zusammensetzung, welche in Tabelle 1 gezeigt ist, weist einen Wert von 89,2 × 10-7°C-1 als mittlerer thermischer Expansionskoeffizient bei einer Temperatur von 0°C bis 300°C auf und hat eine Größe von 20 mm × 30 mm × 2 mm, welche mit einem gepulsten Laserstrahl 2 bestrahlt worden ist, die durch eine Linse 3 verdichtet worden ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Als gepulster Laserstrahl 2 wurde ein Laserstrahl verwendet, welcher eine Pulsweite von 100 Femtosekunden, eine Wiederholungsfrequenz von 1 kHz, eine Wellenlänge von 800 nm und eine mittlere Ausgabe von 950 mW hat, und welche durch einen Argon-Laser angeregten Titansaphirlaser (Ti : Al2O3) oszilliert wurde, welcher nicht gezeigt ist. Nachdem der Laserstrahl durch einen ND-Filter übertragen worden ist, so dass dieser auf 500 mW Intensität justiert worden ist, wurde der Laserstrahl von einer zehnfach gefalteten Objektivlinse 3 mit einer numerischen Öffnung (NA) von 0,3 kondensiert, und die fokale Position 4 bzw. der Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 wurde derart justiert, dass dieser um 150 µm außerhalb und oberhalb der Oberfläche 7 des Substrats angeordnet ist. Eine V-förmige Nut 6 wurde ausgebildet, während das Substrat 1 in einer Richtung des Pfeils 5 mit einer Geschwindigkeit von 100 µm/s bewegt worden ist.
Eine gescannte Elektronenmikroskopfotografie der V-förmigen Nut, welche gemäß dem vorstehenden Verfahren ausgebildet worden ist, ist in Fig. 2A gezeigt. Die Messergebnisse der Dimensionen der entsprechenden Abschnitte der V-förmigen Nut sind in Fig. 3 gezeigt und waren wie folgt. Die Nutweite W war 51 µm, die Tiefe d der Nut war 32 µm, und der Winkel θ zwischen den Seitenflächen 8 der V-förmigen Nut war 77 Grad.
Ausführungsform 2
Eine V-förmige Nut wurde unter Verwendung des gleichen Substratmaterials und der gleichen Laserstrahlquelle wie derjeniger hergestellt, welche in Ausführungsform 1 verwendet worden ist, außer dass der Brennpunkt des Lasers derart verwendet war, dass dieser um 125 µm außerhalb und oberhalb der Fläche 7 des Substrats 1 lokalisiert war.
Wenn die Form der V-förmigen Nut durch ein gescanntes Elektronenmikroskop bestätigt worden ist, wobei die Nutweite W 49 µm, die Tiefe d 67 µm und der Winkel θ zwischen den Seitenflächen 8 der V-förmigen Nut 40 Grad betragen hat.
Ausführungsform 4
Eine V-förmige Nut wurde unter Verwendung des gleichen Substratmaterials und der gleichen Laserstrahlquelle wie derjeniger hergestellt, welche in Ausführungsform 1 verwendet worden ist, außer dass der Brennpunkt des Lasers derart verändert war, dass dieser um 175 µm außerhalb und oberhalb der Fläche 7 des Substrats 1 lokalisiert war.
Wenn die Form der V-förmigen Nut durch ein gescanntes Elektronenmikroskop bestätigt worden ist, war die Nutweite W 53 µm, die Tiefe d 19 µm und der Winkel θ zwischen den Seitenflächen 8 der V-förmigen Nut 110 Grad.
Ausführungsform 4
Ein plattenähnliches Substrat mit einer Zusammensetzung, welche sich von jeder in Ausführungsform 1 über 3 unterscheidet, wie in Tabelle 1 gezeigt, hat einen Wert von -4,1 × 10-7°C-1 als durchschnittlicher thermischer Explosionskoeffizient bei einer Temperatur von -50°C bis 125°C und weist eine Größe von 20 mm × 30 mm × 2 mm auf, wobei ein gepulster Laserstrahl 2 durch eine Linse 3 ausgegeben worden ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Als gepulster Laserstrahl 2 wurde ein Laserstrahl verwendet, welcher eine Pulsweite von 100 Femtosekunden, eine Wiederholungsfrequenz von 1 kHz, eine Wellenlänge von 800 nm und eine mittlere Ausgabe von 950 mW aufweist, und welcher von einem Argon- Laser erregten Ti : Al2O3-Laser in der gleichen Art und Weise wie in Ausführungsform 1 oszilliert worden war. Nachdem der Laserstrahl durch einen ND-Filter übermittelt worden ist, so dass dieser auf eine Intensität von 740 mW justiert worden ist, wurde der Laserstrahl durch eine vierfach gefaltete Objektivlinse 3 mit einer numerischen Öffnung (NA) von 0,13 verdichtet, und der Brennpunkt 4 des Laserstrahls 2 wurde derart justiert, dass dieser um 450 µm außerhalb und oberhalb der Fläche 7 des Substrats 1 lokalisiert war. Eine V-förmige Nut 6 wurde produziert, während das Substrat 1 in einer Richtung des Pfeils 5 mit einer Geschwindigkeit von 100 µm/s bewegt worden ist.
Wenn die Form der V-förmigen Nut, welche durch das vorstehende Verfahren hergestellt worden ist, von einem gescannten Elektronenmikroskop bestätigt worden ist, betrug die Nutweite W 87 µm, die Tiefe d 58 µm und der Winkel θ zwischen den Seitenflächen 8 und der V-förmigen Nut 74 Grad.
Tabelle 1
Effekt der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein gepulster Laserstrahl mit einer kurzen Pulsweite außerhalb des Glases verdichtet, und eine Glasoberfläche wird hinter einem Strahlverdichtungspunkt des Laserstrahls lokalisiert (in Richtung der Bewegung des Laserstrahls), um dadurch eine Abtragung bzw. Abschmelzung der Glasfläche zu erzeugen. In einer derartigen Art und Weise wird eine V-förmige Nut in der Oberfläche des Glassubstrats ausgebildet. Wenn der Abstand zwischen der Brennposition und der Glasfläche verändert wird, kann der Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der V-förmigen Nut verändert werden. Da die Bearbeitung unter Verwendung eines Lasers durchgeführt wird, können V-förmige Nuten kontinuierlich ausgebildet werden, und wobei die Genauigkeit bezüglich des Intervalls zwischen angrenzenden Nuten in einfacher Art und Weise in dem Fall verbessert werden kann, wo eine große Anzahl von Nuten ausgebildet wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats, bei welchem ein konkaver Abschnitt in einer Oberfläche des Glassubstrats durch Laserstrahlbestrahlung ausgebildet wird, welches den folgenden Schritt aufweist:
Bestrahlen der Oberfläche des Glassubstrats, welche zu bearbeiten ist, mit einem Laserstrahl von oberhalb des Glassubstrats in einem Zustand, in welchem der Laserstrahl auf einen Abschnitt außerhalb des Glassubstrats verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Zustand der Laserstrahl auf den Abschnitt außerhalb und oberhalb des Glassubstrats verdichtet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, welches ferner den Schritt aufweist:
Verändern eines Abstands zwischen einem Strahlverdichtungspunkt des Laserstrahls und der Oberfläche des Glassubstrats.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, welches den Schritt aufweist:
Bewegen des Strahlverdichtungspunkts des Laserstrahls in Bezug auf eine Richtung parallel zur Oberfläche des Glassubstrats.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Laserstrahl lichtgepulst ist, mit einer Pulsweite, welche nicht größer als 10 Picosekunden ist.
6. V-förmige Nut, welche in einer Oberfläche eines Glassubstrats durch ein Verfahren zur Bearbeitung des Glassubstrats ausgebildet ist, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert, wobei ein Winkel von 30° bis 120° zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der V-förmigen Nut ausgebildet ist.
7. Verfahren zum Ausbilden von zumindest einer V-förmigen Nut an einer Oberfläche eines Glassubstrats, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Justierung eines Laserstrahls, so dass jeder Impuls des Laserstrahls auf die Oberfläche des Glassubstrats in einem defokussierten Zustand aufgebracht wird;
teilweises Abschmelzen der Oberfläche des Glassubstrats mit dem somit justierten Laserstrahl in dem defokussierten Zustand, um die V-förmige Nut auszubilden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des teilweisen Abschmelzens ein Scannen des somit justierten Laserstrahls entlang der Oberfläche des Glassubstrats aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Brennpunkt von jedem Impuls des Laserstrahls an einer Position außerhalb des Glassubstrats und stromaufwärts relativ zu dem Glassubstrat lokalisiert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Brennpunkt von jedem Impuls des Laserstrahls an einer Position außerhalb des Glassubstrats und stromabwärts relativ zu dem Glassubstrat lokalisiert ist.
11. Glassubstrat mit zumindest einer V-förmigen Nut an einer Oberfläche davon, wobei das Glassubstrat durch ein Verfahren erhalten wird, welches den Schritt des Justierens des Laserstrahls aufweist, so dass jeder Impuls des Laserstrahls auf die Oberfläche des Glassubstrats in einem defokussierten Zustand aufgebracht wird, und ein teilweises Abschmelzen der Oberfläche des Glassubstrats mit dem somit justierten Laserstrahl in dem defokussierten Zustand aufweist.
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