JP2001105398A

JP2001105398A - 加工方法

Info

Publication number: JP2001105398A
Application number: JP2000019948A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆寛臼井; Kazunari Umetsu; 一成梅津; Atsushi Amako; 淳尼子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】基板に微細な穴を形成する。【解決手段】基板にエッチングパターン（エッチングに
より除去される領域）を記録し、前記エッチングパター
ン内に加工先穴を形成し、前記エッチングパターンに従
って等方性エッチングを行い、穴を形成する。基板が感
光性ガラスの場合、感光性ガラス基板１０１の上にフォ
トマスク１０２を所定の位置に配置し、紫外線１０６を
照射し、潜像１０５が形成される。次に感光性ガラス基
板１０１を加熱処理をすると潜像１０５が結晶化する。
潜像１０５が形成された部分の中央に潜像１０５より小
さい加工先穴１０７をレーザ光により形成する。次にフ
ッ酸によりエッチングする。結晶化された部分が選択的
にエッチングされ、穴１０８が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板に穴を形成し、
または切断する加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス基板や金属基板に微細な穴を形成
する方法としては、フォトリソグラフィ技術を利用する
方法が一般的である。

【０００３】一方、近年、マイクロマシン応用、光学デ
バイス応用等の用途において、ガラス基板に微細な穴を
形成する方法として、感光性ガラスを利用した方法が注
目されている。このような感光性ガラスを利用した方法
の例に特開平５−７８１３８がある。以下図１３をもと
にこれを説明する。図１３は模式化した製造工程の断面
図である。（１）から（４）の順に工製造程が進む。図
１３に於いて、８０１は感光性ガラス基板、８０２はフ
ォトマスク、８０３はガラス基板、８０４はマスクパタ
ーン、８０５は潜像、８０６は紫外線、８０７は穴を示
す。（１）感光性ガラス基板８０１を準備する。（２）感光性ガラス基板８０１の上にフォトマスク８０
２を所定の位置に配置し、紫外線８０６を照射する。フ
ォトマスク８０２はガラス基板８０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン８０４が設けられている。これにより
紫外線８０６は選択的に感光性ガラス基板８０１に照射
される。感光性ガラス基板８０１の紫外線８０６に照射
された部分に潜像８０５が形成される。（３）次に感光性ガラス基板８０１に加熱処理をする。
加熱処理により潜像８０５が結晶化する。この結晶は後
述するエッチャントに対して、易溶となる。結晶化され
ていない部分はエッチャントに難溶である。（４）感光性ガラス基板８０１をエッチャントであるフ
ッ酸を基板の露出面側から供給することによりエッチン
グする。結晶化された部分が選択的にエッチングされ、
穴８０７が形成できる。

【０００４】また、金属基板に微細な穴を形成する方法
も種々検討されている。これについては、例えば被加工
部材である金属基板の両面に所定のパターン形状のマス
クをフォトリソグラフィ手法により形成する。そして、
このマスクの形成された金属基板にエッチャントを供給
し、該マスクを耐エッチングマスクとしてマスクのスペ
ース部に対応する領域の金属を等方性エッチングにより
除去し、微細な貫通孔を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
感光性ガラスを用いた従来の方法には、複雑なパターン
の小さい穴（例えば、径の小さい貫通孔、幅の狭い溝）
を形成できないという課題があった。これはエッチング
がすすむと、穴の底まで新鮮なエッチャントが届きにく
いこと起因している。エッチングはエッチャントに材料
が溶解する性質を利用している。エッチャントには溶解
度があり、ある量以上の材料の溶解はできない。したが
って常に新鮮なエッチャントがエッチング穴の底に供給
されないと、エッチングはすすまない。エッチング穴の
底にあるエッチャントは、その表面張力、濡れ性によ
り、容易に移動しない。これは穴が微細になれば、なる
ほど顕著になる。したがって穴が微細になればなるほど
深くエッチングすることができなくなり、貫通できな
い。またその加工精度も良くなかった。

【０００６】また、上記金属基板に貫通孔を形成する従
来の方法では、等方性エッチングが進行することで、ア
スペクト比１の穴が形成されようとするため、例えば図
１４（１）に示すように、金属基板９０１の両面に設け
られたスペース部９０３が極めて小さいマスクパターン
９０２に基づいて微細な穴を加工する場合には、同図
（２）のように、両面のスペース部９０３を中心に等方
的なエッチングが進行する（半球状にエッチングが進行
する）ため（矢印Ａ及びＢ）、同図（３）のように、得
られた貫通孔９０４は直線的ではなくなり、孔径も過度
に大きくなるおそれがある。

【０００７】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するためためになされたものであり、感光性ガラス等の
基板に微細な穴を形成する加工方法を提案することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の加工方法は、部
材内を等方性エッチングにより選択的に除去する加工方
法であって、エッチングにより除去される領域に、等方
性エッチングに先立って加工先穴を形成しておくことを
特徴とする。好適には、基板にエッチングパターンを記
録し、前記エッチングパターン内に加工先穴を形成し、
前記エッチングパターンに従って等方性エッチングを行
う。また好適には、基板に加工先穴を形成し、前記加工
先穴をエッチングにより除去される領域内に含むエッチ
ングパターンを記録し、前記エッチングパターンに従っ
て等方性エッチングを行う。

【０００９】前記基板としてガラス、金属、セラミック
ス、又は樹脂を用いることができる。この場合、ガラ
ス、金属、セラミックス、又は樹脂上にマスク材料を用
いてマスクすることにより、エッチングパターンを被マ
スク領域として記録する。

【００１０】前記基板として感光性ガラスを用いること
ができる。この場合、感光性ガラスに紫外線で露光した
潜像を形成し結晶化させることにより、エッチングパタ
ーンを前記潜像として記録する。

【００１１】本発明の加工方法は、基板たる感光性ガラ
スに穴の形状に紫外線で露光した潜像を形成し、結晶化
させ、前記潜像が形成された領域に（例えば、前記潜像
が形成された領域の中心に）前記潜像より小さな加工先
穴を形成し、結晶化した部分をエッチングし、穴を形成
することを特徴とする。

【００１２】本発明の加工方法は、基板たる感光性ガラ
スに加工先穴を形成し、前記加工先穴より大きな穴の形
状に紫外線で露光した潜像を形成し、結晶化させ、結晶
化した部分をエッチングし、穴を形成することを特徴と
する。

【００１３】前記加工先穴は同一基板上に複数形成する
ことが望ましい。前記加工先穴は貫通孔としてもよく、
また基板の厚み方向に貫通していない状態としてもよ
い。貫通孔とした場合、好適には、貫通孔の一方の開口
部から貫通孔を介し他方の開口部に向けて液状のエッチ
ャントを流してエッチングを行う。

【００１４】上記構成によればエッチングの際に、エッ
チャントが加工先穴内に供給され、エッチングが容易に
行われる。特に、加工先穴を貫通孔とすることで、新鮮
なエンチャントが貫通孔を通過できるため、よりエッチ
ングが容易に行われる。これにより微細な穴を容易にか
つ精度良く形成できるという効果を有する。特に、貫通
孔の一方の開口部に対する空間と、他方の開口部に対す
る空間に、圧力差を供する等の方法により、一方の開口
部から貫通孔を介して他方の開口部にエッチャント（特
に液状のエッチャント）を強制的に流すように供給する
ことで、より効果的なエッチングを行うことができるた
め、開口幅が小さく、かつ深穴を形成することができ
る。更に、このとき、エッチャントに砥粒などの硬質の
固体粒子を混入させることで、エッチャントが穴内部を
流れる際に砥粒がエッチング面に衝突し、よりエッチン
グが進行し、エッチングレートの増大とエッチング後の
形状品質の向上が期待できる。

【００１５】また前記加工先穴は目的とする穴が形成さ
れると消滅するので、特に高い精度、品質を必要としな
い。公知の加工方法、例えばブラスト加工法、ドリル加
工法、砥石加工法等で形成できる。

【００１６】前記加工先穴の形成方法としては、特に高
出力かつ非接触の加工ができ、被加工材に機械的応力を
残しにくいレーザ加工法が好都合である。レーザ加工法
を用いる場合、基板と非接触に加工することができるた
め、被加工材に機械的応力を極めて小さくすることがで
き、高速に加工することができるという効果を有する。
特に穴と穴の間隔が狭くなればなるほど、機械的応力に
より穴と穴の間の部分が破損しやすくなるため、レーザ
加工法を用いた場合の効果は顕著である。基板が感光性
ガラスである場合、感光性ガラスに衝撃を与えずに加工
できるため、先穴加工の際に先穴周辺の破損がなく、微
細な穴を形成できるという効果を有する。

【００１７】レーザ加工法を用いる場合、好適には、レ
ーザ光を位相格子により分岐させて基板に照射する。か
かる構成によれば、簡便な構造で、同時の複数の加工先
穴を形成できることから、加工時間を大幅に短縮できる
という効果を有する。

【００１８】前記位相格子として、二値位相格子、多値
位相格子、連続位相格子のうちいずれかを用いることが
望ましい。位相格子が二値位相格子の場合、比較的安価
に多数のパターンを形成できるという効果が得られる。
また、複雑なパターンの加工をおこなう場合は、複数の
パターンの二値位相格子を適宜、切り替えることにより
加工できるという優れた効果も奏する。位相格子が多値
位相格子または連続位相格子の場合、一つの位相格子で
複雑なパターンの加工ができるという効果が得られる。
また、より複雑なパターンの加工では、位相格子を切り
替える回数が少なくでき、加工時間を短縮できるといる
効果を奏する。

【００１９】前記加工先穴のパターンに応じて複数の位
相格子を用いることが望ましい。この場合、複数の位相
格子を選択する為の選択手段を備えることが望ましい。
前記選択手段は形成すべきパターンに応じて、所定の位
相格子を選択する。また、複数の位相格子を円盤状のデ
ィスクに設けて用いることが望ましく、レーザビームが
間歇的に照射され、照射のタイミングと、前記ディスク
の回転とが同期することが望ましい。

【００２０】かかる構成によれば、複数の位相格子を用
いることにより、簡便な構造の装置で、複雑な加工先穴
のパターンを形成できるという効果が得られる。また、
複数の位相格子を円盤状のディスクに設けて用いること
により、複数の位相格子を別途作成するよりも、安価に
作成できる系を用いることができるという効果が得られ
る。また、複数の位相格子を選択する為の選択手段を備
えることにより、加工したいパターンに応じて、上記の
ディスクを回転して所望の位相格子を高速に選択できる
という効果が得られる。従って、複雑なパターンの加工
を複数の位相格子を適宜選択することにより、加工でき
るという効果が得られる。レーザビームを間歇的に照射
し、照射のタイミングと、前記ディスクの回転とが同期
させることで、ディスク上の所望の位相格子が所定の位
置に来たときの確実にレーザビームが照射されるという
効果が得られる。

【００２１】なお、本発明における「穴」とは、基板に
所定面積で形成された窪みを有する構造に相当する。前
記窪みは基板を貫通する構造であってもよい。すなわ
ち、本発明における「穴」は「貫通孔」を含む概念であ
る。前記窪みの断面及び平面形状は設計に応じて定めれ
ばよい。例えば、断面形状として、円弧状、多角形状等
の種々の形状が考えられる。また例えば、平面形状とし
て、円状、楕円状、多角形状、溝形状等の種々の形状が
考えられる。すなわち、本発明における「穴」は「溝」
を含む概念である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。（第一の実施形態）本発明の第一の実施形態では、基板
として感光性ガラスを用いる。

【００２３】図１は、本発明の第一の実施形態にかかる
方法を説明する模式化した製造工程の断面図である。
（１）から（５）の順に製造工程が進む。図１に於い
て、１０１は感光性ガラス基板、１０２はフォトマス
ク、１０３はガラス基板、１０４はマスクパターン、１
０５は潜像、１０６は紫外線、１０７は加工先穴、１０
８は穴を示す。（１）感光性ガラス基板１０１を準備する。（２）感光性ガラス基板１０１の上にフォトマスク１０
２を所定の位置に配置し、紫外線１０６を照射する。フ
ォトマスク１０２はガラス基板１０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン１０４が設けられている。これにより
紫外線１０６は選択的に感光性ガラス基板１０１に照射
される。感光性ガラス基板１０１の紫外線１０６に照射
された部分に潜像１０５が形成される。（３）次に感光性ガラス基板１０１を加熱処理をする。
加熱処理により潜像１０５が結晶化する。この結晶は後
述するエッチャントに対して、易溶となる。結晶化され
ていない部分はエッチャントに難溶である。従って、結
晶化した潜像１０５はエッチングにより除去される領域
（以下、「エッチングパターン」と呼ぶ。）となる。す
なわち、潜像１０５を形成し結晶化することにより、感
光性ガラス基板１０１にエッチングパターンを記録する
ことができる。（４）潜像１０５が形成された部分の中央に潜像１０５
より小さい加工先穴１０７をレーザ光により形成する。
より具体的には、潜像１０５部分にＹＡＧ（Yttrium Al
uminium Garnet）レーザ（発振波長１０６４ｎｍ、５３
２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍのものを適宜用いる）
を照射して基板を溶解させ吹き飛ばしながら加工先穴１
０７を形成する。レーザ照射により、ドロスやデブリと
呼ばれる溶解物が加工先穴１０７の側壁に付着したり加
工面に凹凸が生じたりするが、後工程のエッチングで総
べて除去されるので、不都合は生じない。

【００２４】加工先穴１０７は、エッチャントの導入穴
の役割を果たせればよいので、穴１０８に比べて小さな
径（幅）で構わない。最小限の径（幅）で加工先穴１０
７をレーザ加工することにより、エネルギーの使用量を
少なく抑えることが可能である。（５）感光性ガラス基板１０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に加工先穴１０７に
よりエッチャントが内面に供給され、結晶化した部分を
溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加工先穴１
０７より供給され、結晶化された部分が選択的に等方性
エッチングされ、穴１０８が形成される。

【００２５】エッチング方法は、ウェット、ドライのい
ずれをも適用することができるが、好ましくは液状のエ
ッチャントを用いて基板をエッチャントに浸漬する方
法、液状のエッチャントを穴に透過させる方法、ミスト
状（シャワー状）のエッチャントを供給する方法が採用
できる。

【００２６】尚、本実施形態のような基板を貫通する先
穴１０７を設ける場合、例えば先穴１０７の一方の開口
部に対する空間と、他方の開口部に対する空間に、圧力
差を設けることにより、エッチャント（特に液状）を一
方の開口部、先穴、他方の開口部の経路で強制的に流す
ように供給することにより、より効率的にエッチングを
行い、開口径が小さくかつ良好な形状の微細な貫通孔を
得ることができる。（第二の実施形態）本発明の第二の実施形態では、基板
として感光性ガラスを用いる。

【００２７】図２は、本発明の第二の実施形態にかかる
方法を説明する模式化した製造工程の断面図である。
（１）から（５）の順に工製造程が進む。図２に於い
て、２０１は感光性ガラス基板、２０２はフォトマス
ク、２０３はガラス基板、２０４はマスクパターン、２
０５は潜像、２０６は紫外線、２０７は加工先穴、２０
８は穴を示す。（１）感光性ガラス基板２０１を準備する。（２）レーザ光により加工先穴２０７を形成する。レー
ザ及び加工先穴の径（幅）については第一の実施形態と
同様である。（３）感光性ガラス基板２０１の上にフォトマスク２０
２を加工先穴２０７の位置に対応する位置に配置し、紫
外線２０６を照射する。フォトマスク２０２はガラス基
板２０３に紫外線を遮光するマスクパターン２０４が設
けられている。これにより紫外線２０６は選択的に感光
性ガラス基板２０１に照射される。感光性ガラス基板２
０１の紫外線に照射された部分に潜像２０５が形成され
る。マスクパターン２０４は加工先穴２０７より大き
い。そのため、潜像２０５は加工先穴２０７を含んで形
成されることになる。（４）次に感光性ガラス基板２０１に加熱処理をする。
加熱処理により潜像２０５が結晶化する。この結晶は後
述するエッチャントに対して、易溶となる。結晶化され
ていない部分はエッチャントに難溶である。従って、潜
像２０５を形成し結晶化することにより、感光性ガラス
基板２０１にエッチングパターンを記録することができ
る。（５）感光性ガラス基板２０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に加工先穴２０７に
よりエッチャントが内面に供給され、結晶化した部分を
溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加工先穴２
０７より供給され、結晶化された部分が選択的に等方性
エッチングされ、穴２０８が形成される。（第三の実施形態）本発明の第三の実施形態では、基板
として感光性ガラスを用いる。

【００２８】図３は、本発明の第三の実施形態にかかる
方法を製造工程に沿って説明するための平面図である。
（１）から（４）の順に工程が進む。図１において、３
０１は感光性ガラス基板、３０５は潜像、３０７は加工
先穴、３０８は溝形状の穴を示す。（１）感光性ガラス基板３０１を準備する。（２）感光性ガラス基板３０１の所定の位置に溝形状の
潜像３０５を形成する。そして、加熱処理をほどこし結
晶化させる。この結晶部分は後述するエッチャントに対
して、易溶となる。結晶化されていない部分はエッチャ
ントに難溶である。（３）潜像３０５が形成された部分に潜像３０５より小
さい複数の加工先穴３０７をレーザ光照射により形成す
る。レーザ及び加工先穴の径（幅）については第一の実
施形態と同様である。（４）感光性ガラス基板３０１をエッチャントである例
えばフッ酸によりエッチングする。結晶化された部分が
選択的に等方性エッチングされ、溝形状の穴３０８が形
成される。

【００２９】また上述の第三の実施形態における製造工
程を感光性ガラスの溝の長さ方向の断面からみた説明を
する。図４は図３の破線Ａ-Ｂに沿った断面図である。
図４に於いて、３０１は感光性ガラス基板、３０２はフ
ォトマスク、３０３はガラス基板、３０４はマスクパタ
ーン、３０５は潜像、３０６は紫外線、３０７は加工先
穴、３０８は溝形状の穴を示す。下記（１）から（４）
の順に工程が進む。（１）感光性ガラス基板３０１を準備する。（２）感光性ガラス基板３０１の上にフォトマスク３０
２を所定の位置に配置し、紫外線３０６を照射する。フ
ォトマスク３０２はガラス基板３０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン３０４が設けられている。これにより
紫外線３０６は選択的に感光性ガラス基板３０１に照射
される。感光性ガラス基板３０１の紫外線３０７に照射
された部分に複数の潜像３０５が形成される。次に感光
性ガラス基板３０１を加熱処理をする。加熱処理により
潜像３０５が結晶化する。この結晶部分は後述するエッ
チャントに対して、易溶となる。結晶化されていない部
分はエッチャントに難溶である。（３）潜像３０５が形成された部分の中央に潜像３０５
より小さい加工先穴３０７をレーザビーム照射により形
成する。（４）感光性ガラス基板３０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に加工先穴３０７に
よりエッチャントが内面に供給され、結晶化した部分を
溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加工先穴３
０７より供給され、結晶化された部分が選択的に等方性
エッチングされ、溝形状の穴３０８が形成される。

【００３０】さらに上述の第三の実施形態における製造
工程を感光性ガラスの溝の列方向の断面からみた説明を
する。図５は図３の破線Ｃ−Ｄでの断面図である。図５
に於いて、３０１は感光性ガラス基板、３０２はフォト
マスク、３０３はガラス基板、３０４はマスクパター
ン、３０５は潜像、３０６は紫外線、３０７は加工先
穴、３０８は溝形状の穴を示す。下記（１）から（４）
の順に工程が進む。（１）感光性ガラス基板３０１を準備する。（２）感光性ガラス基板３０１の上にフォトマスク３０
２を所定の位置に配置し、紫外線３０６を照射する。フ
ォトマスク３０２はガラス基板３０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン３０４が設けられている。これにより
紫外線３０６は選択的に感光性ガラス基板３０１に照射
される。感光性ガラス基板３０１の紫外線３０７に照射
された部分に潜像３０５が形成される。次に感光性ガラ
ス基板３０１を加熱処理をする。加熱処理により潜像３
０５が結晶化する。この結晶部分は後述するエッチャン
トに対して、易溶となる。結晶化されていない部分はエ
ッチャントに難溶である。（３）潜像３０５が形成された部分に潜像３０５より小
さい複数の加工先穴３０７をレーザ光により形成する。
溝を加工するよりも極短時間で加工できる。（４）感光性ガラス基板３０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に加工先穴３０７に
よりエッチャントが内面に供給され、結晶化した部分を
溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加工先穴３
０７より供給され、結晶化された部分が選択的に等方性
エッチングされ、溝形状の穴３０８が形成される。複数
の加工先穴を設けることにより、エッチング時間は大幅
に短縮できる。

【００３１】尚、適切な方法により、溝形状の穴を形成
する部分に加工先穴を形成した後に、潜像の形成を行
い、エッチングしても、前述と同様に微細な溝形状の穴
を形成することができる。（第四の実施形態）本発明の第四の実施形態では、基板
として感光性ガラスを用いる。

【００３２】図６は、請求項１記載の本発明を説明する
模式化した製造工程の図である。（１）から（４）の順
に工製造程が進む。図６に於いて、４０１は感光性ガラ
ス基板、４０５は潜像、４０７は溝形状の加工先穴、４
０８は溝形状の穴を示す。（１）感光性ガラス基板４０１を準備する。（２）感光性ガラス基板４０１の所定の位置に溝形状の
潜像４０５を形成する。そして、加熱処理をほどこし結
晶化させる。この結晶は後述するエッチャントに対し
て、易溶となる。結晶化されていない部分はエッチャン
トに難溶である。（３）潜像４０５が形成された部分に潜像４０５より小
さい溝形状の加工先穴４０７をレーザ光により形成す
る。レーザ及び加工先穴の径（幅）については第一の実
施形態と同様である。（４）感光性ガラス基板４０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。結晶化された部分が選択的
に等方性エッチングされ、溝形状の穴１０８が形成でき
る。

【００３３】また上述の製造工程を感光性ガラスの溝の
長さ方向の断面からみた説明をする。図７は図６の点線
Ａ-Ｂでの断面図である。図７に於いて、４０１は感光
性ガラス基板、４０２はフォトマスク、４０３はガラス
基板、４０４はマスクパターン、４０５は潜像、４０６
は紫外線、４０７は溝形状の加工先穴、４０８は溝形状
の穴を示す。（１）感光性ガラス基板４０１を準備する。（２）感光性ガラス基板４０１の上にフォトマスク４０
２を所定の位置に配置し、紫外線４０６を照射する。フ
ォトマスク４０２はガラス基板４０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン４０４が設けられている。これにより
紫外線４０６は選択的に感光性ガラス基板４０１に照射
される。感光性ガラス基板４０１の紫外線４０７に照射
された部分に複数の潜像４０５が形成される。次に感光
性ガラス基板４０１を加熱処理をする。加熱処理により
潜像４０５が結晶化する。この結晶は後述するエッチャ
ントに対して、易溶となる。結晶化されていない部分は
エッチャントに難溶である。（３）潜像４０５が形成された部分の中央に潜像４０５
より小さい溝形状の加工先穴４０７をレーザ光により形
成する。（４）感光性ガラス基板４０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に溝形状の加工先穴
４０７によりエッチャントが内面に供給され、結晶化し
た部分を溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加
工先穴４０７より供給され、結晶化された部分が選択的
に等方性エッチングされ、溝形状の穴４０８が形成され
る。

【００３４】さらに上述の製造工程を感光性ガラスの溝
の列方向の断面からみた説明をする。図８は図６の点線
Ｃ−Ｄでの断面図である。図８に於いて、４０１は感光
性ガラス基板、４０２はフォトマスク、４０３はガラス
基板、４０４はマスクパターン、４０５は潜像、４０６
は紫外線、４０７は溝形状の加工先穴、４０８は溝形状
の穴を示す。（１）感光性ガラス基板４０１を準備する。（２）感光性ガラス基板４０１の上にフォトマスク４０
２を所定の位置に配置し、紫外線４０６を照射する。フ
ォトマスク４０２はガラス基板４０３に紫外線を遮光す
るマスクパターン４０４が設けられている。これにより
紫外線４０６は選択的に感光性ガラス基板４０１に照射
される。感光性ガラス基板４０１の紫外線４０７に照射
された部分に潜像４０５が形成される。次に感光性ガラ
ス基板４０１を加熱処理をする。加熱処理により潜像４
０５が結晶化する。この結晶は後述するエッチャントに
対して、易溶となる。結晶化されていない部分はエッチ
ャントに難溶である。（３）潜像４０５が形成された部分に潜像４０５より小
さい加工先溝４０７をレーザ光により形成する。（４）感光性ガラス基板４０１をエッチャントであるフ
ッ酸によりエッチングする。この際に溝形状の加工先穴
４０７によりエッチャントが内面に供給され、結晶化し
た部分を溶解する。すなわち、新鮮なエッチャントが加
工先穴４０７より供給され、結晶化された部分が選択的
に等方性エッチングされ、溝形状の穴４０８が形成され
る。

【００３５】尚、適切な方法により、溝形状の穴を形成
する部分に加工先穴を形成した後に、潜像の形成を行
い、エッチングしても、前述と同様に微細な溝形状の穴
を形成することができる。（第五の実施形態）本発明の
第五の実施形態では、基板として金属を用いる。

【００３６】図９は、本発明の第五の実施形態にかかる
方法を説明する模式化した製造工程の断面図である。
（１）から（６）の順に工製造程が進む。図９に於い
て、５０１は鉄基板、５０２はフォトマスク、５０３は
ガラス基板、５０４はマスクパターン、５０５は潜像、
５０６は紫外線、５０７は加工先穴、５０８は穴、５０
９レジスト膜を示す。（１）鉄基板５０１を準備する。（２）鉄基板５０１の面上（全ての面）に対エッチング
性を有するレジスト材料（例えば、ドライフィルム）を
塗布し、レジスト膜５０９を形成する。（３）フォトマスク５０２を所定の位置（鉄基板５０１
に対して両面側）に配置し、紫外線５０６を照射する。
フォトマスク５０２はガラス基板５０３に紫外線を遮光
するマスクパターン５０４が設けられている。これによ
り紫外線５０６は選択的に鉄基板５０１（レジスト膜５
０９）に照射される。レジスト膜５０９の紫外線５０６
に照射された部分に潜像５０５が形成される。潜像５０
５は、レジスト材料がネガ型であれば現像液に不溶とな
り、ポジ型であれば現像液に可溶となる。なお、図はレ
ジスト材料がポジ型の場合の例を示している。（４）現像液によりレジスト膜５０９を選択的に溶解す
る。現像液に対して可溶部分のパターンがエッチングに
より除去されるパターン（エッチングパターン）とな
る。すなわち、レジスト膜５０９を選択的に溶解するこ
とにより、鉄基板５０１にエッチングパターンを記録す
ることができる。（５）エッチングパターン内に加工先穴５０７を形成す
る。形成方法は特に限定せず、例えばレーザ加工による
方法、放電加工による方法、ドリルによる方法等を用い
ることができる。（６）鉄基板５０１をエッチャントである６０℃の３０
％塩化第二鉄溶液中に浸し、エッチングする。レジスト
膜に被われていない部分が選択的に等方性エッチングさ
れ、穴５０８が形成できる。この際に加工先穴５０７に
よりエッチャントが内面に供給され、等方性エッチング
が進行する。穴５０８が形成された後、レジスト膜５０
９を除去する。

【００３７】尚、エッチング方法としては、ウェット、
ドライのいずれをも適用することができるが、好ましく
は基板をエッチャントに浸漬する方法、基板の表裏のエ
ッチャントに圧力差をつけてエッチャントを流す方法、
ミスト状のエッチャントを供給する方法が採用できる。

【００３８】尚、適切な方法により、加工先穴を形成し
た後に、レジスト膜の形成、紫外線の照射、現像液によ
るレジスト膜の選択的溶解を行い、エッチングしても、
前述と同様に穴を形成することができる。

【００３９】また、金属基板に対して先穴形成を行わず
に微細加工、特に貫通孔の形成を行う場合には、前述し
たような図１４に示すように、等方性エッチング特性に
より直線的な貫通孔を得ることができないことがある。
本実施形態においては、この問題改善のために、更に先
穴５０７の一方の一方の開口部に対する空間と、他方の
開口部に対する空間に、圧力差を設けることにより、エ
ッチャント（特に液状）を一方の開口部、先穴、他方の
開口部の経路で強制的に流すことにより、より効率的に
エッチングを行い、良好な形状の微細な貫通孔を得るこ
とができる。このために、本例では耐エッチングマスク
となるマスクパターンは基板の両面に設ける。（第五の実施形態の変形例）第五の実施形態では基板と
して鉄、エッチャントとして塩化第二鉄を用いたが、こ
れ以外にも基板及びエッチャントとして種々の材料を用
いることができる。例えば基板材料としてセラミック
ス、樹脂材料を用いることができる。以下に、基板材料
として金属材料、セラミックス、樹脂及び対応するエッ
チャントの例を示す。なお、（）内は、単位のないもの
はエッチャントの成分比を、単位のあるものは質量比を
示す。材料エッチャントＡｌＨ_３ＰＯ_４＋ＨＮＯ_３＋ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋Ｈ_２
Ｏ（４：１：４：１）ＣｒＣｅ（ＳＯ_４）_２・２（ＮＨ_４）２ＳＯ_４・２
Ｈ_２Ｏ＋ＨＣｌＯ_４＋Ｈ _２Ｏ（１７ｇ：５ｃｃ：１００ｃｃ）Ａｕｌ_２＋ＮＨ_４ｌ＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＨ_３ＯＨ（１．２ｇ：８ｇ：４０ｃｃ：６０ｃｃ）ＣｕＦｅＣｌ_３＋Ｈ_２ＯＮｉＦｅＣｌ_３＋Ｈ_２ＯＭｏＨ_２ＳＯ_４＋ＨＮＯ_３＋Ｈ_２ＯＷＫＨ_２ＰＯ_４＋ＫＯＨ＋Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６＋
Ｈ_２Ｏ（３４ｇ：１３．４ｇ：３３ｇ：１リットル）ＡｇＮＨ_４ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ（１：１）ＴｉＨＦ＋ＨＮＯ_３＋Ｈ_２Ｏ（１：１：５０）ＰｔＨＣｌ＋ＨＮＯ_３（７５℃）（３：１）ＰＳＧＨＮＯ_３＋ＨＦ＋Ｈ_２Ｏ（２：３：６０）ガラスＣｏｎｃ．ＨＦＳｉ_２Ｎ_４ＨｏｔＨ_２Ｐ０_４（１８０℃）Ａｌ_２Ｏ_３ＨｏｔＨ_２Ｐ０_４（１８０℃）ドライフィルム炭酸ナトリウムの１％水溶液を３０℃
でスプレーする（第六の実施形態）図１０は、本発明の第六の実施形態
にかかる方法を模式的に説明する図である。図１０にお
いて、レーザ光源６０１から照射されたレーザ光６０２
はビーム径調整手段であるビームエクスパンダ６０３に
より所定のビーム径に拡大、または縮小されて、反射ミ
ラー６０４でその進行方向が変えられ、位相格子６０５
に照射される。そして、位相格子６０５で分岐されたレ
ーザ光６０２は、集光レンズ６０６で分岐されたビーム
ごとに集光されたのち基板６０７の特定部位に照射さ
れ、加工先穴を形成する。かかる構成によれば、複数の
穴を同時に加工できる。また穴の間隔を精度良くするこ
とができる。

【００４０】本実施形態による加工先穴の形成方法は、
第一〜第五の実施形態において用いることができる。

【００４１】位相格子６０５は、入射光に対し、その位
相を変化させる特性を持つ位相格子であり、表面に凹凸
（レリーフ）を持つ表面位相格子や、媒質内部の屈折率
が周期的に変化している体積位相格子を用いることがで
きる。

【００４２】位相格子を透過した光は２次元上に発光ス
ポットが得られる状態となり、位相格子により光を分岐
させることができる。

【００４３】ここで、位相格子の構成（溝の形状や間
隔）を変えることにより、同時に形成することができる
複数の加工先穴の分布パターンを所望の分布パターンと
することができる。例えば、溝の形状をライン状又は曲
線状にすることで、前記分布をライン状又は曲線状にす
ることができる。また、溝の間隔を変えることで、加工
先穴の間隔を調整することができる。

【００４４】また、複数の加工先穴の分布パターンとし
ては、例えば、複数の閉領域に対して同時に加工先穴が
形成されるように位相格子を構成してもよく、一つの閉
領域に対して同時に複数の加工先穴が形成されるように
位相格子を構成してもよい。また、複数の閉領域に対し
て同時に複数の加工先穴が形成されるように位相格子を
構成することも考えられる。ここで、前記閉領域は、第
一〜四の実施形態においては感光性ガラスにおける潜
像、第五の実施形態においてはレジスト膜に被われてい
ない部分（エッチングにより除去される開口部）に相当
する。

【００４５】位相格子の溝の凹凸形状としては、図１２
に示すようなものが考えられる。図１２（ａ）は連続形
状、（ｂ）は多値形状、（ｃ）は二値形状を示してお
り、凹部と凸部との高低差は大きくとも数μｍ程度、多
値形状の各段の高低差は１μｍ以下である。ここで、各
形状の光利用効率は、それぞれ９０〜１００％、８０〜
９０％、７０〜８０％程度となっている。量子効率が高
いほど透過するレーザの強度も高くなるため、同じエネ
ルギーのレーザを用いる場合、同時に形成できる最大先
穴数は連続形状、多値形状、二値形状の順で多くなる。
一方、加工の容易さという観点からは二値形状が最も加
工がしやすい。

【００４６】なお、位相格子に代えてビームスプリッタ
ーを用いてもレーザ光を分岐させることができ、同様に
して同時に複数の先穴を形成することができる。

【００４７】図１１は、本発明の第六の実施形態の一実
施例にかかる方法を模式的に説明するための図である。
本実施例では、レーザ光の分岐のしかたが異なる複数の
位相格子を用意しておき、適切に加工先穴が分布するよ
うに前記複数の位相格子の中から一つを選択する。

【００４８】図１１において、ディスク７０１の上に複
数（ｎ個：ｎは整数）の透過型の位相格子７０２ｎ（７
０２１、７０２２、７０２３…７０２ｎ-1、７０２ｎ）
が形成されている。ディスク７０１はモータ７０３と接
続して回転する。ここで、ディスクを回転させて適切な
加工先穴の分布パターンを付与し得る位相格子７０２ｉ
（１≦ｉ≦ｎ）を選択する。例えば位相格子７０２１を
選択してレーザ光７０４が照射されると、位相格子７０
２１により所定のパターンに分岐したレーザ光７０５に
なる。次に集光レンズ７０６により平行になり、基板７
０７に照射され、所定の分布パターンを持つ加工先穴が
形成される。続いて、ディスク７０１を回転して別の位
相格子を所定の位置に移動させて選択し、基板７０７の
別の領域に異なる分布パターンを持つ加工先穴を形成す
る。これらの作業を繰り返すことにより、基板７０７に
複雑な形状の加工先穴パターンを形成することができ
る。（その他変形例）本発明は、上記各実施形態によら
ず種々に変形して適応することが可能である。上記の
各実施形態では加工先穴をレーザ光により形成している
が、例えば、放電加工、ドリル加工、ブラスト加工およ
び超音波加工のいずれか一の、あるいは複数を組み合わ
せた加工方法を用いて加工先穴を形成してもよい。放電
加工は、基板の上に電極を僅かな距離をおいて配置し、
電極と基板との間に直流電源を接続して、短時間のアー
ク放電を繰り返して基板を構成する材料を除去するとい
う加工法である。ドリル加工は、文字通り微細な掘削針
を利用して加工先穴を物理的に形成する加工法である。
ブラスト加工法は、サンドブラストが一般的であり、砥
粒の粒子を高速で加工箇所に吹き付けて物理的に基板を
削っていく方法である。超音波加工法は、超音波振動を
与えた加工工具を基板に接触させて基板を構成する材料
を研削するという加工法である。

【００４９】また、レジスト材料によりレジスト膜を形
成する代わりに、ＣｒＡｕやＳｉＯ _２等によりハードマ
スクを形成し、エッチングパターンを記録するように構
成してもい。また、エッチングパターンの記録には、フ
ォトリソグラフィ法以外にも、印刷法等を用いることが
できる。また、湿式エッチングに代えてドライエッチン
グを利用することもできる。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、エ
ッチングにより除去される領域に、等方性エッチングに
先立って加工先穴を形成しておくことにより、微細な穴
を精度よく形成することができ、加工品質の優れた加工
方法を提供できる。

【００５１】さらに加工先穴をレーザ加工法で形成する
ことにより、基板に衝撃を与えずに加工先穴を形成する
ことができ、穴と穴の間隔が狭い場合であっても、先穴
加工の際に先穴周辺の破損がなく、微細な穴を形成でき
るという効果を有する。さらにレーザを位相格子により
分岐させることにより、短時間で加工先穴を形成でき
る。さらに複数の位相格子を使うことにより複雑な形状
の穴を高速に加工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に係る方法を説明する
ための図。

【図２】本発明の第二の実施形態に係る方法を説明する
ための図。

【図３】本発明の第三の実施形態に係る方法を説明する
ための平面図。

【図４】本発明の第三の実施形態に係る方法を説明する
ための断面図。

【図５】本発明の第三の実施形態に係る方法を説明する
ための断面図。

【図６】本発明の第四の実施形態に係る方法を説明する
ための平面図。

【図７】本発明の第四の実施形態に係る方法を説明する
ための断面図。

【図８】本発明の第四の実施形態に係る方法を説明する
ための断面図。

【図９】本発明の第五の実施形態に係る方法を説明する
ための図。

【図１０】本発明の第六の実施形態に係る方法を模式的
に説明するための図。

【図１１】本発明の第六の実施形態の一実施例を模式的
に説明するための図。

【図１２】本発明の第六の実施形態に係る方法において
使用する回折格子の形状を模式的に示す図。

【図１３】従来の感光性ガラスに穴を形成する方法を説
明するための図。

【図１４】従来の金属基板に貫通孔を形成する場合の問
題点を説明するための図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、８０１：感光性ガラ
ス基板５０１：鉄基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、８０２：フ
ォトマスク１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、８０３：ガ
ラス基板１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、８０４：マ
スクパターン１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、８０５：潜
像１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、８０６：紫
外線１０７、２０７、３０７、４０７、５０７：加工先穴１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、８０７：穴６０１：レーザ光源６０２：レーザ光６０３：ビームエクスパンダ６０４：反射ミラー６０５：位相格子６０６：集光レンズ６０７：基板７０１：ディスク７０２ｎ：位相格子７０３：モータ７０４：レーザ光７０５：レーザ光７０６：集光レンズ７０７：被加工材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尼子淳長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H096 AA27 AA28 AA30 BA13 EA02 FA01 FA10 HA17 HA18 JA03 JA04 4E068 AA01 CF02 DA14 DB13 4G059 AA01 AB01 AB06 AC01 BB04 BB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部材内を等方性エッチングにより選択的に
除去する加工方法であって、エッチングにより除去され
る領域に、等方性エッチングに先立って加工先穴を形成
しておくことを特徴とする加工方法。
【請求項２】基板にエッチングパターンを記録し、前記
エッチングパターン内に加工先穴を形成し、前記エッチ
ングパターンに従って等方性エッチングを行うことを特
徴とする加工方法。
【請求項３】基板に加工先穴を形成し、前記加工先穴を
エッチングにより除去される領域内に含むエッチングパ
ターンを記録し、前記エッチングパターンに従って等方
性エッチングを行うことを特徴とする加工方法。
【請求項４】前記基板として感光性ガラスを用い、感光
性ガラスに紫外線で露光した潜像を形成し結晶化させる
ことにより、エッチングパターンを前記潜像として記録
することを特徴とする請求項２又は３記載の加工方法。
【請求項５】前記基板としてガラス、金属、セラミック
ス、又は樹脂を用い、ガラス、金属、セラミックス、又
は樹脂上にマスク材料を用いてマスクすることにより、
エッチングパターンを被マスク領域として記録すること
を特徴とする請求項２又は３記載の加工方法。
【請求項６】基板たる感光性ガラスに穴の形状に紫外線
で露光した潜像を形成し、結晶化させ、前記潜像が形成
された領域に前記潜像より小さな加工先穴を形成し、結
晶化した部分をエッチングし、穴を形成することを特徴
とする加工方法。
【請求項７】基板たる感光性ガラスに加工先穴を形成
し、前記加工先穴より大きな穴の形状に紫外線で露光し
た潜像を形成し、結晶化させ、結晶化した部分をエッチ
ングし、穴を形成することを特徴とする加工方法。
【請求項８】前記加工先穴を同一基板上に複数形成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載
の加工方法。
【請求項９】前記加工先穴が貫通孔であることを特徴と
する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１０】前記貫通孔の一方の開口部から貫通孔を
介し他方の開口部に向けて液状のエッチャントを流して
エッチングを行うことを特徴とする請求項９記載の加工
方法。
【請求項１１】前記エッチャントに固体粒子を混入させ
ることを特徴とする請求項１０記載の加工方法。
【請求項１２】前記加工先穴が基板の厚み方向に貫通し
ていないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１
項に記載の加工方法。
【請求項１３】前記加工先穴をレーザ加工、放電加工、
ドリル加工、ブラスト加工および超音波加工の少なくと
も一の加工方法により形成することを特徴とする請求項
１乃至１２のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１４】レーザ光を位相格子又はビームスプリッ
ターにより分岐させて基板に照射することにより、前記
加工先穴を形成することを特徴とする請求項１乃至１２
のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１５】前記位相格子が二値位相格子、多値位相
格子又は連続位相格子のうちいずれかの位相格子である
ことを特徴とする請求項１４記載の加工方法。
【請求項１６】前記加工先穴の分布パターンに応じて複
数の位相格子を用いることを特徴とする請求項１４又は
１５記載の加工方法。
【請求項１７】複数の位相格子を選択する為の選択手段
を備えた装置を用いることを特徴とする請求項１６記載
の加工方法。
【請求項１８】前記選択手段は形成すべき加工先穴の分
布パターンに応じて、所定の位相格子を選択することを
特徴とする請求項１７記載の加工方法。
【請求項１９】複数の位相格子が円盤状のディスクに設
けられて用いられることを特徴とする請求項１６乃至１
８のいずれか1項に記載の加工方法。
【請求項２０】レーザビームは間歇的に照射され、照射
のタイミングと、前記ディスクの回転とが同期すること
を特徴とする請求項１９記載の加工方法。