JP2000094163A - 透明材料のレーザー微細加工法 - Google Patents

透明材料のレーザー微細加工法

Info

Publication number
JP2000094163A
JP2000094163A JP10265837A JP26583798A JP2000094163A JP 2000094163 A JP2000094163 A JP 2000094163A JP 10265837 A JP10265837 A JP 10265837A JP 26583798 A JP26583798 A JP 26583798A JP 2000094163 A JP2000094163 A JP 2000094163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transparent material
laser
etching
fluid substance
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10265837A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3012926B1 (ja
Inventor
Takashi O
俊 王
Hiroyuki Niino
弘之 新納
Akira Yabe
明 矢部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP10265837A priority Critical patent/JP3012926B1/ja
Priority to US09/267,683 priority patent/US6362453B1/en
Priority to GB9906291A priority patent/GB2341580B/en
Priority to FR9903449A priority patent/FR2783448B1/fr
Priority to DE19912879A priority patent/DE19912879C2/de
Application granted granted Critical
Publication of JP3012926B1 publication Critical patent/JP3012926B1/ja
Publication of JP2000094163A publication Critical patent/JP2000094163A/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/361—Removing material for deburring or mechanical trimming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B28D1/221—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by thermic methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/0207—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet being in a substantially vertical plane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/08—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass
    • C03B33/082—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー照射で透明材料を簡便にかつ精密に
微細加工できる方法を提供する。 【解決手段】 レーザー波長に強い吸収を持つ流動性物
質を透明材料裏面に接触させ、透明材料表面からレーザ
ーを照射して、透明材料を微細エッチングする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料の微細エ
ッチング方法に関する。更に詳しくは、光吸収の大きな
流動性物質を利用した、レーザーによるガラスの微細エ
ッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光の吸収が少ない透明物質
は、レーザーアブレーションやレーザー溶融法などの直
接的なレーザーエッチング法を利用する加工は困難であ
ることが知られている。
【０００３】例えば、石英ガラスの微細加工方法として
は、以下の方法が知られている。 （１）多段階リソグラフィ法。 この方法では、まず、
適切なレジストを基板表面に製膜した後、リソグラフィ
によってパターニングし、イオン・ビームやプラズマ、
または、フッ酸を用いてエッチングを行う。その後、更
にレジストを剥離する工程が加わる（例えば、Ｂｅｎｎ
ｉｏｎら：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．２
２， ｐ．３４１ （１９８６））。または、山本ら：特
開平６−２８００６０の方法）。 （２）イオンエッチング法。 イオン注入法により生じ
たエッチング速度の差を利用して、マスクレスの化学エ
ッチングを行う方法（Ａｌｂｅｒｔら：Ａｐｐｌ． Ｐ
ｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．６３， ｐ．２３０９
（１９９３））。 （３）短波長レーザー法。 透明材料が吸収できる短波
長光を発振するレーザーを利用してドライエッチングを
行う方法（例えば、杉岡ら：特開平７−２５６４７
３）。 （４）極短パルスレーザー法。 パルス幅がピコ秒以下
の極短パルスレーザーを使用したドライエッチング法
（Ｖａｒｅｌら：Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ａ， ｖｏｌ
６５， ｐ３６７， （１９９７））。 （５）レーザー誘起プラズマ法。 真空容器中、金属の
基板をガラスの後方に置いて、レーザーを照射し、金属
から発生したプラズマを利用して行う（Ｚｈａｎｇ、杉
岡ら：１９９８年春季応用物理学会学術講演会講演予稿
集２８ａ−Ｗ−４， ｐ．１０３９ （１９９８））。
【０００４】しかしながら、上記（１）の方法は、フォ
トリソグラフィ技術に基づいているので、レジストの塗
膜、乾燥、露光、現像、エッチング、剥離などの複雑工
程が必要であり、微細加工するための時間効率が低いと
いう問題がある。（２）の方法は集光できるイオン注入
装置が必要であり、加工できる範囲が小さく時間効率が
低いために量産に向いてないという問題がある。（３）
および（４）の方法では高真空環境が必要であり、エネ
ルギー効率も悪く、量産に向いていないという問題があ
る。（５）の方法では、金属基板表面とガラス表面との
レーザー密度を同時に調整するするひつようがあるため
にマスクのイメージの形成が難しく、かつ、真空環境が
必要であるなどの問題がある。更に（５）の方法では未
照射部分でも金属がコーティングされてしまい、試料へ
の損傷が大きく、酸による洗浄工程が必要で処理に手間
がかかる。
【０００５】上記の方法に加えて、特殊な手法として、
池野の報告がある（池野：精密光学会誌、ｖｏｌ．５
５， ｐ．３３５ （１９８９）；池野：レーザー学会研
究会報告、ＲＴＭ−９８−４， ｐ．２３（１９９
８））。パルス幅１ｍｓのＹＡＧレーザーの基本波（波
長１０６４ｎｍ）を利用して、硫酸ニッケル溶液を用い
て石英ガラスの穴あけ加工を行っている。この方法では
非常に高いレーザー強度が必要であり、報告例では、１
００００Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ程度のレーザー強度が
使われている。したがって、この強いレーザーに対して
も透明性が高い透明材料であることが求められ、石英ガ
ラスに使用が限定されている。
【０００６】このような事情の下、本発明者らはレーザ
ー光化学などの基礎研究において、とくに、ポリマーの
レーザーアブレーションの吸光係数のレーザー強度依存
性に関する精力的な研究の結果（王ら：ＳＰＩＥ−ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇ， ｖｏｌ．３５５０ （１９９
８））、池野の方法に比較して約一万分の一のレーザー
強度で、真空雰囲気が不要で、かつ、一段階で精密に透
明材料を微細エッチングする簡便な方法を確立した。本
発明は、精密に透明材料を微細エッチングする簡便な方
法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザー照
射で透明材料を簡便にかつ精密に微細加工できる方法を
提供することをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、レ
ーザー波長に強い吸収を持つ流動性物質を透明材料裏面
に接触させ、透明材料表面からレーザーを照射して、透
明材料を微細エッチングすることにより解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】具体的には、本発明では、透明材
料の微細エッチング方法として、レーザー誘起光熱反応
を利用した。特に、物質のレーザーアブレーション（Ｓ
ｒｉｎｉｖａｓａｎら：Ｃｈｅｍ． Ｒｅｖ．， ｖｏ
ｌ．８９， ｐ１３０３ （１９８９））の原理に基づい
ている。この微細エッチング法とは次のような方法であ
る。
【００１０】まず、図１のように透明材料に流動性物質
を接触させる。透明材料がセルなどの容器状の場合には
直接に容器に流動性物質を入れる。管状の場合には片方
を密封して流動性物質を入れる。透明材料が平面基板、
曲面基板などの基板状材料の場合には、この基板を容器
の一面として流動性物質を入れるように容器状のものを
作る。金具による固定法、大気圧を利用した吸引法、ま
たは磁気を利用した固定法などが利用できる。透明材料
が容器状、管状および基板状などの形状に関係なく、接
触方法は任意に決められる。最終的に流動性物質を透明
材料に接触できれば良い。この接触部分は大気圧に開放
しても、減圧でも加圧でも可能で、雰囲気ガスを導入し
ても良い。また作業温度としては流動性物質の流動性が
保持されるのであれば限定されない。さらに、エッチン
グの安定性を高めるための手段、例えば、流動性物質を
循環する方法、あるいは、攪拌する方法などを使うこと
もできる。
【００１１】次に、透明材料を通して、流動性物質と透
明材料の接触面にレーザーを照射させる。レーザーと透
明材料の入射角度も任意に設定でき、流動性物質と透明
材料の接触面にレーザーが到達できるようになれば良
い。また、単一のレーザービームを照射するか、複数の
レーザービームを同時にまたは続いて照射するか、ある
いは、透明材料の両面からレーザーを照射するか、任意
に行われる。少なくとも、一つのレーザービームが透明
材料を通して流動性物質と透明材料の接触面に照射でき
れば良い。直接にレーザーをレンズにより集光させて照
射する方法、マスク（遮光板の一部をくりぬいたもの）
を介して照射する方法などの任意の方法によって行うこ
とができる。
【００１２】更に、本発明の手法によれば、透明材料の
レーザー入射側の表面では何らの変化もないが、流動性
物質と接触した表面ではレーザー照射部分にのみ選択的
にエッチングが行える。また、マスクパターンを通して
レーザー照射することによって、線幅が数マイクロメー
ターの鮮明なエッチングパターンの形成も可能である。
しかもエッチング部分には何らの化学的な劣化や損傷を
与えない。エッチング速度はレーザー強度に依存し、エ
ッチング工程を精密に制御できる。また、エッチングの
深さは、レーザーパルス数に比例して増加するので、エ
ッチングの深さを精密に制御できる。
【００１３】本発明に微細加工される透明材料として
は、使用しているレーザー波長に対して透明性があれば
良い。例えば、石英ガラス、一般ガラス、フッ化カルシ
ウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、シリコン
カーバイド、アルミナ、サファイヤ、水晶、ダイヤモン
ドのような無機材料、ポリカーボネート樹脂、アクリル
樹脂、ビニル樹脂などのプラスチック材料、有機ガラ
ス、有機結晶・固形化合物、およびそれらの混合物など
が挙げられる。透明材料の形態は基板状、容器状、管状
など任意の形状で良い。
【００１４】本発明に使用される流動性物質としては、
使用しているレーザー波長に高い吸収率を持つ物質であ
れば良く、例えば、ピレンのアセトン溶液、ベンジルの
アセトン溶液、ピレンのテトラヒドロフラン溶液、ロー
ダミン６Ｇのエタノール溶液、フタロシアニンのエタノ
ール溶液などのような芳香族環を含む有機化合物の溶
液；有機色素化合物を含む溶液；ベンゼン、トルエン、
四塩化炭素などのような液体状の化合物などが挙げられ
る。また、有機化合物、有機色素、無機顔料、あるいは
炭素などの微粒子などを分散して作った溶液や、有機化
合物、有機色素、無機顔料、あるいは炭素粉末などの微
粒子や微結晶で作った流動性粉体などが挙げられる。更
に、上記に挙げられた物質の二種類以上を混合して作ら
れた流動性物質も使用することができる。これらの物質
は使用しているレーザー波長に対して、高い吸収率を有
することが必要で、例えば、流動性物質と透明材料の界
面から、流動性物質内部に０．１ｍｍの深さで１０％以
上の吸収率を有することが望ましい。更に望ましいのは
０．１ｍｍの深さで５０％以上の吸収率を有することで
ある。吸収率が十分に高くない場合には、エッチングの
精密化及び微細化が十分には達せられない。
【００１５】本発明の微細エッチングは、ＡｒＦ（λ＝
１９３ｎｍ）、ＫｒＣｌ（λ＝２２２ｎｍ）、ＫｒＦ
（λ＝２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（λ＝３０８ｎｍ）、Ｘ
ｅＦ（λ＝３５１ｎｍ）エキシマレーザー、ＹＡＧレー
ザー、ＹＬＦレーザー、色素レーザー、炭酸ガスレーザ
ー、Ｋｒイオンレーザー、Ａｒイオンレーザー、銅蒸気
レーザー等の基本発振波長光、およびその基本発振波長
光を非線形光学素子などにより変換したものを用いるこ
ともできる。例えば、ＹＡＧレーザーに二倍高調波（λ
＝５３２ｎｍ）、三倍高調波（λ＝３５５ｎｍ）、四倍
高調波（λ＝２６６ｎｍ）なども挙げられる。エッチン
グを行うためのレーザー強度は、レーザー波長に対する
流動性物質の吸収によって異なるが、レーザー強度が
０．０１から１００Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅまでが望ま
しい。更に望ましいのは０．１から１０Ｊ／ｃｍ2／ｐ
ｕｌｓｅまでの範囲である。レーザー強度が弱すぎる場
合には、エッチングが起こらず、強すぎるときは材料に
損傷を与える。
【００１６】本発明は、多段階リソグラフィ法による多
段階の工程が必要であることに比べて、一段階の処理で
エッチングができる。しかも、真空雰囲気が不要で、大
気雰囲気中でも可能である。Ｚｈａｎｇらのレーザー誘
起プラズマ法に比べて、未照射部分への損傷も避けられ
る。しかもレーザーを直接集光する方法とマスクを通し
て照射するいずれの照射方法も可能である。池野らの方
法に比べて、レーザー共同は一万分の一程度で可能であ
るので、エネルギー効率が大幅に向上されるだけでな
く、エッチングできる材料の対象範囲も広くなる。さら
に、低レーザー強度のためにマスクを通してパターン状
のエッチングも可能で、エッチングパターンの精度は１
０マイクロメーター以下でも可能である。加えて、エッ
チング速度もコントロールでき、エッチング表面の化学
組成にも変化を与えないことから、本発明の加工法は微
細化、精密化、高品質化できる方法であると共に、本発
明は非常に低コストであり、量産性に富む方法を提供す
る。
【００１７】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【００１８】実施例１ ０．５ｍｍの厚さの透明合成石英ガラス（Ｓｕｐｒａｓ
ｉｌ ＩＩ）を使用した。微細加工用液体は３種類の濃
度の異なるピレンのアセトン溶液（ピレンの濃度：０．
１，０．２，０．４ｍｏｌ／ｄｍ3）を使用した。
【００１９】ピレンのアセトン溶液（濃度０．４ｍｏｌ
／ｄｍ3）を石英ガラスの裏面を接触させて、表面から
ＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）の紫外レーザーをマスクを通
じて、室温、大気圧中でフルエンス０．９Ｊ／ｃｍ2／
ｐｕｌｓｅ照射回数４００回（くり返し照射速度２回／
秒）の条件下で照射を行った。微細加工の結果の観察を
走査型電子顕微鏡で行った。図２に示すように、幅１０
マイクロメータ、深さ３．５マイクロメータの鮮明なパ
ターン状エッチングができた。
【００２０】エッチング深さとレーザー照射回数の関係
について検討した。ピレンのアセトン溶液（濃度：０．
４ｍｏｌ／ｄｍ3）を石英ガラスの裏面に接触させて、
表面からＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）の紫外レーザーをフ
ルエンス１．１Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ照射回数４００
回（くり返し照射速度２回／秒）まで照射を行った。図
３に示すように、照射回数と直線関係になった。照射回
数によって、エッチング深さをコントロールできること
がわかった。
【００２１】エッチング深さとレーザー強度及び溶液濃
度の関係についても検討した。ピレンのアセトン溶液
（濃度：０．１， ０．２， ０．４ｍｏｌ／ｄｍ3）を
石英ガラスの裏面に接触させて、表面からＫｒＦ（λ＝
２４８ｎｍ）の紫外レーザーフルエンス０．３−１．１
５Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅ照射回数１００−２００回
（くり返し照射速度２回／秒）まで照射を行った。図４
に示すように、エッチング速度とレーザー強度とは直線
関係になった。これに基づき、レーザー強度を調整する
ことによりエッチング速度を制御できる。
【００２２】レーザー照射後のエッチングした石英表面
の化学結合状態について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ
法）を用いて、フルエンス０．９Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓ
ｅ、１００回照射後の表面のＸＰＳスペクトルを求める
と、図５の実線に示されるような結果が得られた。な
お、同じ図５の点線はレーザー未照射面のＸＰＳスペク
トルである。この分析結果から、エッチングの前後にお
いて、石英の組成変化は見られず、エッチング工程の結
果、不純物を生じないことが判明し、元の洗浄な石英表
面が保たれていたことが明らかである。
【００２３】実施例２ ピレンのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液（１．０ｍ
ｏｌ／ｄｍ3）を使って、石英ガラスのエッチングを行
った。レーザー強度が０．４Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅの
場合にエッチング速度が５．５ｎｍ／ｐｕｌｓｅの結果
が得られた。
【００２４】実施例３ ベンジルのアセトン溶液（０．８ｍｏｌ／ｄｍ3）を使
って、石英ガラスのエッチングを行った。レーザー強度
が０．６Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅの場合にエッチング速
度が４ｎｍ／ｐｕｌｓｅの結果が得られた。
【００２５】実施例４ ローダミン６Ｇのエタノール溶液（０．１ｍｏｌ／ｄｍ
3）を使って、ＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）レーザーによ
る石英ガラスのエッチングを行った。レーザー強度が２
Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅでエッチング速度が１０ｎｍ／
ｐｕｌｓｅの結果を観測した。
【００２６】実施例５ ピレンのアセトン溶液（１．０ｍｏｌ／ｄｍ3）を使っ
て、ＸｅＣｌレーザー（λ＝３０８ｎｍ）による石英ガ
ラスのエッチングを行った。エッチングできることを観
測した。
【００２７】実施例６ ピレンアセトンの溶液（１．０ｍｏｌ／ｄｍ3）を使っ
て、ＹＡＧレーザーの四倍波（λ＝２６６ｎｍ）による
石英ガラスのエッチングも行った。エッチングできるこ
とを観測した。
【００２８】実施例７ ローダミン６Ｇのエタノール溶液（０．１ｍｏｌ／ｄｍ
3）を使って、ＹＡＧレーザーの２倍波（λ＝５３２ｎ
ｍ）による石英ガラスのエッチングを行った。エッチン
グできることを観測した。
【００２９】実施例８ 炭素微粒子を界面活性剤と一緒に水に分散したものを流
動性物質として用いて、ＹＡＧレーザーの２倍波（λ＝
５３２ｎｍ）による石英ガラスのエッチングを行った。
エッチングできることを観測した。
【００３０】実施例９ ローダミン６Ｇのエタノール溶液（０．１ｍｏｌ／ｄｍ
3）を使って、ＹＡＧレーザーの２倍波（λ＝５３２ｎ
ｍ）によるソーダガラスのエッチングを行った。エッチ
ングできることを観測した。
【００３１】実施例１０ 炭素微粒子を界面活性剤と一緒に水に分散したものを流
動性物質として用いて、ＹＡＧレーザーの２倍波（λ＝
５３２ｎｍ）によるソーダガラスのエッチングを行っ
た。エッチングできることを観測した。
【００３２】実施例１１ ローダミン６Ｇのエタノール溶液（０．１ｍｏｌ／ｄｍ
3）を使って、ＹＡＧレーザーの２倍波（λ＝５３２ｎ
ｍ）によるアクリル樹脂のエッチングを行った。エッチ
ングできることを観測した。
【００３３】比較例１ 流動性物質の透明材料への接触が本発明の特徴であるこ
とを証明するために、流動性物質を使用せず大気中で石
英の表面へ直接ＫｒＦレーザー（λ＝２４８ｎｍ）を照
射した。エッチング状況を調べたところ、レーザー強度
が１０Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅまでエッチングが観測さ
れなかった。これ以上のレーザー強度で照射すると、石
英表面に損傷が生じた。
【００３４】前記実施例１〜１１及び比較例１の結果を
表１にまとめて示す。
【表１】
【００３５】
【発明の効果】本発明方法による透明材料の微細加工の
結果、数マイクロメーターの微細構造の形成が可能であ
る。具体的な応用例としては、グレーティング、マイク
ロレンズ、マスクなどの加工、透明材料のマーキングな
ど様々の材料の加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流動性物質を利用した透明材料のレーザー微細
加工法の原理図である。
【図２】レーザーフルエンス０．９Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌ
ｓｅ、レーザーパルスの照射回数４００回（くり返し照
射回数２回／秒）の条件下で微細加工された石英ガラス
表面の走査型電子顕微鏡による写真である。
【図３】レーザーフルエンス０．１Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌ
ｓｅ、照射回数５０〜４００回（くり返し照射回数２回
／秒）の条件下で石英ガラスのエッチング速度と照射回
数の関係図である。
【図４】レーザーフルエンス０．４−１．５Ｊ／ｃｍ2
／ｐｕｌｓｅ、照射回数が５０回から２００回（くり返
し照射回数２回／秒）の条件下で石英ガラスのエッチン
グ速度とレーザー強度の関係図である。ピレンの濃度は
０．１， ０．２， ０．４ｍｏｌ／ｄｍ3である。
【図５】レーザーフルエンス０．９Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌ
ｓｅ、照射回数１００回（くり返し照射回数２回／秒）
の条件下エッチングされた石英表面（実線）と未照射部
分（点線）のＸＰＳスペクトルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 AB01 AH00 CA01 CA02 CH08 CJ07 DB00 DB11 DB13

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動性物質を透明材料の裏面に接触さ
    せ、透明材料の表面から強度範囲が０．０１Ｊ／ｃｍ2
    ／ｐｕｌｓｅから１００Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅまでの
    レーザーを照射することを特徴とする透明材料の微細加
    工法。
  2. 【請求項２】 請求項１において、流動性物質として、
    有機化合物、有機色素、無機顔料又は炭素粉末を含む物
    質を用いることを特徴とする透明材料の微細加工法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２において、透明材料とし
    て、石英ガラス、一般ガラス、フッ化カルシウム、シリ
    コンカーバイド、サファイヤ、アルミナ、水晶又はダイ
    ヤモンドを用いることを特徴とする透明材料の微細加工
    法。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、レー
    ザーとして、エキシマレーザー又はＹＡＧレーザーの基
    本発振波長あるいは高調波を用いることを特徴とする透
    明材料の加工法。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、透明
    材料として、石英ガラス又はサファイヤを用いることを
    特徴とする透明材料の微細加工法。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、流動
    性物質として、ピレン、ベンジル、ローダミン６Ｇ又は
    炭素微粒子を含む流動性物質を用いることを特徴とする
    透明材料の微細加工法。
JP10265837A 1998-09-21 1998-09-21 透明材料のレーザー微細加工法 Expired - Lifetime JP3012926B1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10265837A JP3012926B1 (ja) 1998-09-21 1998-09-21 透明材料のレーザー微細加工法
US09/267,683 US6362453B1 (en) 1998-09-21 1999-03-15 Method of etching transparent solid material with laser beam
GB9906291A GB2341580B (en) 1998-09-21 1999-03-18 Method of etching transpant solid material with laser beam
FR9903449A FR2783448B1 (fr) 1998-09-21 1999-03-19 Procede de gravure d'un materiau solide transparent avec un faisceau laser
DE19912879A DE19912879C2 (de) 1998-09-21 1999-03-23 Verfahren zum Abtragen eines durchsichtigen Feststoffs mit Laserstrahlen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10265837A JP3012926B1 (ja) 1998-09-21 1998-09-21 透明材料のレーザー微細加工法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP3012926B1 JP3012926B1 (ja) 2000-02-28
JP2000094163A true JP2000094163A (ja) 2000-04-04

Family

ID=17422760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10265837A Expired - Lifetime JP3012926B1 (ja) 1998-09-21 1998-09-21 透明材料のレーザー微細加工法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6362453B1 (ja)
JP (1) JP3012926B1 (ja)
DE (1) DE19912879C2 (ja)
FR (1) FR2783448B1 (ja)
GB (1) GB2341580B (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002192360A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Amada Co Ltd レーザ加工方法及びその装置
JP2006297478A (ja) * 2005-03-23 2006-11-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 透明材料のレーザー微細加工方法及び装置
JP2007296534A (ja) * 2006-04-27 2007-11-15 Sigma Koki Kk 短パルスレーザ加工方法および装置
JP2008036687A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Research Foundation For Opto-Science & Technology 表面加工方法
JP2009252755A (ja) * 2008-04-01 2009-10-29 Shin Etsu Chem Co Ltd Ｓｏｉ基板の製造方法
JP2009542022A (ja) * 2006-07-03 2009-11-26 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー．ファウ． 固形物から物質を除去するための液体ジェットガイド式エッチング法およびその使用
JP2010184276A (ja) * 2009-02-13 2010-08-26 Seiko Instruments Inc 透明材料加工装置
KR101061863B1 (ko) * 2003-06-06 2011-09-02 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈, 아이엔씨 계면활성제막을 이용한 레이저 가공 방법 및 장치
JP2012140303A (ja) * 2011-01-04 2012-07-26 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology レーザー誘起背面式の透明基板微細加工で使用される流動性物質
KR101269527B1 (ko) * 2008-02-28 2013-05-30 가부시키가이샤 웨이브락 어드벤스드 테크놀로지 관통구멍 형성 방법, 및, 관통구멍 형성 가공품
JP2013237060A (ja) * 2012-05-14 2013-11-28 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology レーザー誘起背面式の透明基板微細加工を行う加工装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10130349A1 (de) * 2001-06-22 2003-01-02 Konrad Seppelt Verfahren zum lokalen laserinduzierten Ätzen von Feststoffen
DE10328534B4 (de) * 2003-06-24 2006-04-20 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Laserabtrag transparenter Materialien
DE10328559B4 (de) * 2003-06-24 2006-04-20 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Verfahren zur Präzisionsbearbeitung von transparenten Materialien mit gepulster Laserstrahlung
US6990285B2 (en) * 2003-07-31 2006-01-24 Corning Incorporated Method of making at least one hole in a transparent body and devices made by this method
JP4784930B2 (ja) * 2003-09-11 2011-10-05 株式会社ニコン 高分子結晶の加工方法、高分子結晶の加工装置、及び高分子結晶の観察装置
US7027479B2 (en) * 2003-12-03 2006-04-11 The Boeing Company Volume absorbing laser beam dump
DE102005055174B8 (de) * 2005-11-18 2007-07-26 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Verfahren zum Abtrag von lichtdurchlässigen Materialien mit Laserstrahlung und Vorrichtung hierfür
JP4609592B2 (ja) * 2007-12-10 2011-01-12 コニカミノルタホールディングス株式会社 透明材料加工法及び透明材料加工装置
US9919380B2 (en) * 2013-02-23 2018-03-20 Coherent, Inc. Shaping of brittle materials with controlled surface and bulk properties
US20160074968A1 (en) * 2014-09-11 2016-03-17 Suss Microtec Photonic Systems Inc. Laser etching system including mask reticle for multi-depth etching
WO2016122821A2 (en) 2015-01-29 2016-08-04 Imra America, Inc. Laser-based modification of transparent materials
DE102015210286A1 (de) 2015-06-03 2016-12-08 3D-Micromac Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Elements sowie strukturiertes Element
JP6898998B2 (ja) * 2017-03-06 2021-07-07 エル・ピー・ケー・エフ・レーザー・ウント・エレクトロニクス・アクチエンゲゼルシヤフト 電磁放射及び続くエッチングプロセスにより材料内に少なくとも１つの空隙を施すための方法
CN107526131B (zh) * 2017-09-08 2023-11-03 深圳大学 一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法
WO2019047145A1 (zh) * 2017-09-08 2019-03-14 深圳大学 一种制备光纤布拉格光栅的装置及其制备方法
US20190233321A1 (en) * 2018-01-26 2019-08-01 Corning Incorporated Liquid-assisted laser micromachining of transparent dielectrics
JP2022512609A (ja) * 2018-10-04 2022-02-07 コーニング インコーポレイテッド 埋込サイド電極を備えたディスプレイを形成するためのシステムおよび方法
CN115304376B (zh) * 2022-08-09 2023-04-18 之江实验室 一种透明陶瓷微流控芯片及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4392476A (en) * 1980-12-23 1983-07-12 Lazare Kaplan & Sons, Inc. Method and apparatus for placing identifying indicia on the surface of precious stones including diamonds
DD237817A1 (de) * 1982-08-05 1986-07-30 Ernst Heumann Verfahren zur strukturierung von materialoberflaechen mittels laserstrahlung
JPS60166488A (ja) * 1983-11-19 1985-08-29 Somar Corp マーキング用材料
US4478677A (en) * 1983-12-22 1984-10-23 International Business Machines Corporation Laser induced dry etching of vias in glass with non-contact masking
US4598039A (en) * 1984-07-02 1986-07-01 At&T Bell Laboratories Formation of features in optical material
JPS62136578A (ja) 1985-12-10 1987-06-19 Nec Corp ニオブ酸リチウム基板の加工方法
JPS62180088A (ja) 1986-02-04 1987-08-07 Nec Corp レ−ザ加工方法およびレ−ザ加工装置
JPH0718022B2 (ja) * 1986-03-26 1995-03-01 株式会社東芝 レ−ザを併用した加工装置
US5061840A (en) * 1986-10-14 1991-10-29 Allergan, Inc. Manufacture of ophthalmic lenses by excimer laser
JPH01245993A (ja) * 1988-03-27 1989-10-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜加工装置
US5326426A (en) * 1991-11-14 1994-07-05 Tam Andrew C Undercut membrane mask for high energy photon patterning
US5354633A (en) * 1993-09-22 1994-10-11 Presstek, Inc. Laser imageable photomask constructions
TW300879B (ja) * 1993-11-10 1997-03-21 Ibm
US5460284A (en) * 1994-04-01 1995-10-24 Xerox Corporation Capture system employing annular fluid stream
US5656186A (en) * 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
JP3358924B2 (ja) 1995-10-16 2002-12-24 日本電波工業株式会社 光エッチング装置
JPH10305374A (ja) 1997-05-12 1998-11-17 Nippon Sheet Glass Co Ltd 透明体のレーザ加工方法
US6049058A (en) * 1998-12-15 2000-04-11 Lsp Technologies, Inc. Laser peening process and apparatus with uniform pressure pulse confinement

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002192360A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Amada Co Ltd レーザ加工方法及びその装置
KR101061863B1 (ko) * 2003-06-06 2011-09-02 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈, 아이엔씨 계면활성제막을 이용한 레이저 가공 방법 및 장치
JP4565114B2 (ja) * 2005-03-23 2010-10-20 独立行政法人産業技術総合研究所 透明材料のレーザー微細加工方法及び装置
JP2006297478A (ja) * 2005-03-23 2006-11-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 透明材料のレーザー微細加工方法及び装置
JP2007296534A (ja) * 2006-04-27 2007-11-15 Sigma Koki Kk 短パルスレーザ加工方法および装置
JP2009542022A (ja) * 2006-07-03 2009-11-26 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー．ファウ． 固形物から物質を除去するための液体ジェットガイド式エッチング法およびその使用
JP2008036687A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Research Foundation For Opto-Science & Technology 表面加工方法
KR101269527B1 (ko) * 2008-02-28 2013-05-30 가부시키가이샤 웨이브락 어드벤스드 테크놀로지 관통구멍 형성 방법, 및, 관통구멍 형성 가공품
US8704127B2 (en) 2008-02-28 2014-04-22 Wavelock Advanced Technology Co., Ltd. Method of forming a through hole by laser drilling
US7749870B2 (en) 2008-04-01 2010-07-06 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for producing SOI substrate
JP2009252755A (ja) * 2008-04-01 2009-10-29 Shin Etsu Chem Co Ltd Ｓｏｉ基板の製造方法
JP2010184276A (ja) * 2009-02-13 2010-08-26 Seiko Instruments Inc 透明材料加工装置
JP2012140303A (ja) * 2011-01-04 2012-07-26 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology レーザー誘起背面式の透明基板微細加工で使用される流動性物質
JP2013237060A (ja) * 2012-05-14 2013-11-28 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology レーザー誘起背面式の透明基板微細加工を行う加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
GB2341580B (en) 2000-11-15
FR2783448A1 (fr) 2000-03-24
JP3012926B1 (ja) 2000-02-28
FR2783448B1 (fr) 2002-12-06
DE19912879A1 (de) 2000-04-20
GB9906291D0 (en) 1999-05-12
DE19912879C2 (de) 2002-11-07
US6362453B1 (en) 2002-03-26
GB2341580A (en) 2000-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3012926B1 (ja) 透明材料のレーザー微細加工法
CA1328908C (en) Removal of surface contaminants by irradiation from a high-energy source
CA2222502C (en) Removal of material by polarized radiation and back side application of radiation
US5099557A (en) Removal of surface contaminants by irradiation from a high-energy source
EP0714119B1 (en) Pattern forming process and process for preparing semiconductor device utilizing said pattern forming process
EP0259572B1 (en) High rate laser etching technique
JPS62230832A (ja) 成型表面の紫外線レ−ザ−処理方法
Ding et al. Laser-induced back-side wet etching of fused silica with an aqueous solution containing organic molecules
JP2005066687A (ja) 透明材料の微細アブレーション加工方法
Brannon Excimer-laser ablation and etching
Kopitkovas et al. Laser induced backside wet etching: mechanisms and fabrication of micro-optical elements
JP3683851B2 (ja) 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法
Takao et al. Fabrication of SiO/sub 2/microlenses on silicone rubber using a vacuum-ultraviolet F/sub 2/laser
JP4609592B2 (ja) 透明材料加工法及び透明材料加工装置
JP3106040B2 (ja) 基板表面のドライ・クリーニング・システム
JPS595621A (ja) 薄膜形成方法
Bjorkholm et al. Direct writing in self‐developing resists using low‐power cw ultraviolet light
Chuang Laser chemical etching of conducting and semiconducting materials
Glover et al. Ablation threshold and etch rate measurements in high-speed ultra-violet (uv) micro-machining of polymers with uv-copper vapour lasers
Haight et al. Material processing using femtosecond lasers: repairing patterned photomasks
Yick et al. F2-laser micropatterning of chrome-coated CaF2 for vacuum-ultraviolet masks
JPS62145819A (ja) レ−ザ・エツチング方法
Juodkazis et al. Three-dimensional laser microfabrication of metals, semiconductors, and dielectrics
Kurosawa et al. Radiation Effects of Vacuum Ultraviolet Lasers on Silica Glasses
JPS62219525A (ja) 光照射エツチング法

Legal Events

Date Code Title Description
S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term