JP2005239515A - Material to be worked and its forming method - Google Patents

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JP2005239515A
JP2005239515A JP2004054661A JP2004054661A JP2005239515A JP 2005239515 A JP2005239515 A JP 2005239515A JP 2004054661 A JP2004054661 A JP 2004054661A JP 2004054661 A JP2004054661 A JP 2004054661A JP 2005239515 A JP2005239515 A JP 2005239515A
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Kazu Tokura
和 戸倉
Yoji Hitai
洋史 比田井
Shoki Tani
召輝 谷
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Rikogaku Shinkokai
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Rikogaku Shinkokai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a working method for a transparent material like glass and the like using a laser beam and taking advantage of a laser beam property. <P>SOLUTION: A glass plate 11 being the transparent material to be worked, a beam absorber 12, another glass plate 13 to press the beam absorber uniformly and a weight 14 are piled on an X-Y stage 10. The transparent material placed on the beam absorber is irradiated with the laser beam 1 from a transparent material side for heating and then a degeneration part is formed at the transparent material. A sacrificing glass plate 15 may be placed between the transparent material and the beam absorber. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、透明材料をレーザ光照射により変質させる加工方法に関する。より詳しくは、本発明は、光吸収体上に配置された透明材料に、該透明材料側からレーザ光を照射することにより、該透明材料に変質部分を形成させる加工方法に関する。   The present invention relates to a processing method for modifying a transparent material by laser light irradiation. More specifically, the present invention relates to a processing method for forming an altered portion in a transparent material disposed on a light absorber by irradiating a laser beam from the transparent material side.

ガラスを始めとする透明材料を、レーザ光を利用して加工ないし変質する方法に関しては、従来より種々の方法が知られている。例えば、このような加工を光導波路作製に応用した方法としては、特開平9−311237号、特開平11−231151号が挙げられる。   Various methods are conventionally known for processing or altering transparent materials such as glass using laser light. For example, as a method in which such processing is applied to the production of an optical waveguide, JP-A-9-311237 and JP-A-11-231151 can be mentioned.

これらのレーザ光を、代表的な透明材料たるガラスの内部に集光し、変質する従来の方法は、以下の2種類に大別することができる。
(1)ピークパワーの高いパルスレーザを使用する方法、
(2)光を吸収し易くするために,光を吸収する物質を混入したガラスを使用する方法。
Conventional methods for condensing and modifying these laser beams inside a glass, which is a typical transparent material, can be broadly classified into the following two types.
(1) A method using a pulse laser with a high peak power,
(2) A method of using glass mixed with a light-absorbing substance in order to easily absorb light.

しかしながら、上記した(1)の方法では高いピークパワーが必要であり、且つ変質した部分が、各パルスにより形成した点の集合となるため、ガラス内部を連続的に変質させることは、その原理上不可能である。他方、上記した(2)の方法では、変質の原理上、照射に使用すべきガラスの材質に制約がある。   However, in the above method (1), high peak power is required, and the altered portion is a set of points formed by each pulse. Impossible. On the other hand, in the above method (2), the glass material to be used for irradiation is restricted due to the principle of alteration.

したがって、加工ないし変質に関して、より高い自由度を有する(したがって、より応用範囲を広くできる)透明材料の加工ないし変質方法が求められていた。   Therefore, there has been a demand for a method for processing or modifying a transparent material having a higher degree of freedom in processing or alteration (thus, a wider range of application).

特開平9−311237号公報JP 9-311237 A 特開平11−231151号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-231151

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消することが可能な加工方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a processing method capable of eliminating the above-described drawbacks of the prior art.

本発明の他の目的は、レーザ光を用いつつ、該レーザ光の特性を活かした加工方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a processing method utilizing the characteristics of the laser beam while using the laser beam.

本発明者は鋭意研究の結果、従来におけるように透明材料によるレーザ光の直接吸収により該透明材料を変質させるのではなく、レーザ光照射に基づく熱変換を利用して(いわば間接的な効果を介して)透明材料を変質させることが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。   As a result of earnest research, the present inventor does not alter the transparent material by direct absorption of the laser light by the transparent material as in the past, but utilizes thermal conversion based on laser light irradiation (so-called indirect effect). It has been found that altering transparent materials) is very effective for achieving the above objective.

本発明の加工方法は上記知見に基づくものであり、より詳しくは、光吸収体上に配置された透明材料に、該透明材料側からレーザ光を照射することにより、該透明材料に変質部分を形成させることを特徴とするものである。   The processing method of the present invention is based on the above knowledge. More specifically, the transparent material disposed on the light absorber is irradiated with laser light from the transparent material side, whereby the altered portion is formed on the transparent material. It is characterized by being formed.

更に本発明によれば、透明材料と、該透明材料中に形成された変質部分とを少なくとも含む加工(processed)材料であって、該変質部分と、非変質部分とが、屈折率の差、およびエッチング速度の差のうち、少なくとも1種類の特性で識別可能であることを特徴とする加工材料が提供される。   Furthermore, according to the present invention, a processed material including at least a transparent material and an altered portion formed in the transparent material, wherein the altered portion and the unaltered portion are different in refractive index, A processing material is provided that is distinguishable by at least one characteristic among the differences in the etching rate.

本発明は、例えば以下の態様を包含する。   The present invention includes the following embodiments, for example.

(1)光吸収体上に配置された透明材料に、該透明材料側からレーザ光を照射することにより、該透明材料に変質部分を形成させることを特徴とする加工方法。   (1) A processing method characterized in that an altered portion is formed in the transparent material by irradiating the transparent material disposed on the light absorber with laser light from the transparent material side.

(2)前記変質部分が、レーザ光に基づく局所加熱に起因するものである(1)に記載の加工材料の形成方法。   (2) The process material forming method according to (1), wherein the altered portion is caused by local heating based on laser light.

(3)前記透明材料が、ガラス材料である(1)または(2)に記載の加工方法。   (3) The processing method according to (1) or (2), wherein the transparent material is a glass material.

(4)前記光吸収体の表面が金属からなる(1)〜(3)のいずれかに記載の加工方法。   (4) The processing method according to any one of (1) to (3), wherein a surface of the light absorber is made of metal.

(5)前記光吸収体と、透明材料との間に、他の材料が配置されている(1)〜(4)のいずれかに記載の加工方法。   (5) The processing method according to any one of (1) to (4), in which another material is disposed between the light absorber and the transparent material.

(6)透明材料と、該透明材料中に形成された変質部分とを少なくとも含む加工(processed)材料であって、
該変質部分と、非変質部分とが、屈折率の差、およびエッチング速度の差のうち、少なくとも1種類の特性で識別可能であることを特徴とする加工材料。
(6) A processed material comprising at least a transparent material and an altered portion formed in the transparent material,
A processed material characterized in that the altered portion and the unaltered portion can be distinguished by at least one characteristic among a difference in refractive index and a difference in etching rate.

(7)該変質部分が柱状であり、且つ該変質部分のアスペクト比が5以上である(6)に記載の加工材料。   (7) The processed material according to (6), wherein the altered portion has a columnar shape, and the aspect ratio of the altered portion is 5 or more.

(8)前記変質部分が円柱状である(6)または(7)に記載の加工材料。   (8) The processed material according to (6) or (7), wherein the altered portion is cylindrical.

(9)前記変質部分がエッチングにより除去されている(6)〜(8)のいずれかに記載の加工材料。   (9) The processed material according to any one of (6) to (8), wherein the altered portion is removed by etching.

上述した特開平9−311237号の方法においては、フェムト秒レーザなどの高尖頭値のパルスレーザ光を、ガラス内部に集光し、ガラス内部に変質を生じさせている。これに対して、本発明においては、レーザの入射側とは反対側の面に吸収体を配置し、且つ透明材料(ガラス等)の側からレーザを照射することにより、該透明材料内部に変質部分を生じさせている。本発明によれば、例えば、連続発振のレーザ光の利用が容易である。   In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-311237 described above, pulsed laser light having a high peak value, such as a femtosecond laser, is condensed inside the glass, thereby causing alteration within the glass. On the other hand, in the present invention, an absorber is disposed on the surface opposite to the laser incident side, and the laser is irradiated from the transparent material (glass etc.) side, thereby altering the inside of the transparent material. The part is produced. According to the present invention, for example, it is easy to use a continuous wave laser beam.

上記構成を有する本発明によれば、加工ないし変質に関して、より高い自由度を有する(したがって、より応用範囲を広くできる)透明材料の加工ないし変質方法が提供される。   According to the present invention having the above-described configuration, there is provided a method for processing or altering a transparent material having a higher degree of freedom in processing or alteration (and hence a wider range of application).

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準とする。
(レーザ光)
本発明に使用すべきレーザ光は、透明材料を介して光吸収体に該レーザ光が照射された際に、該照射に基づく光→熱変換により、該光吸収体上に配置された透明材料を加熱すること(すなわち、光吸収体に吸収されて、透明材料を加熱すること)が可能である限り、特に制限されない。本発明において、「光吸収体上に配置された透明材料」とは、レーザ照射に基づく光→熱変換により加熱することが可能な位置に、該透明材料が配置されていることを意味する。従って、該加熱が可能である限り、光吸収体と透明材料との間に、第3の材料(例えば、後述する犠牲材料)が挟まれていてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings as necessary. In the following description, “parts” and “%” representing the quantity ratio are based on mass unless otherwise specified.
(Laser light)
The laser beam to be used in the present invention is a transparent material disposed on the light absorber by light-to-heat conversion based on the irradiation when the laser beam is irradiated to the light absorber through a transparent material. As long as it is possible to heat (i.e., to be absorbed by the light absorber and heat the transparent material), there is no particular limitation. In the present invention, the “transparent material disposed on the light absorber” means that the transparent material is disposed at a position where it can be heated by light-to-heat conversion based on laser irradiation. Therefore, as long as the heating is possible, a third material (for example, a sacrificial material described later) may be sandwiched between the light absorber and the transparent material.

本発明においては、特に、パルスレーザに比べ、比較的低コストの連続発振レーザを用いた場合であっても、変質部分を形成することができる。このように連続発振のレーザ光を用いた場合には、パルスレーザを用いた場合よりも、連続性に優れる変質部を容易に得ることができる。
(好適なレーザ光)
本発明において好適に使用可能なレーザ光としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
In the present invention, the altered portion can be formed even when a continuous-wave laser having a relatively low cost is used, particularly in comparison with a pulse laser. In this way, when a continuous wave laser beam is used, a deteriorated portion having excellent continuity can be obtained more easily than when a pulse laser is used.
(Suitable laser light)
Examples of laser light that can be suitably used in the present invention include the following.

レーザ光の種類:アルゴンイオンレーザ、 、 、
波長:400〜1300nm(より好ましくは460〜600nm)
出力:4〜20W、より好ましくは、10〜20W
(加工方法)
本発明の加工方法においては、光吸収体上に配置された透明材料に、該透明材料の側からレーザ光を照射し、該照射に基づく局所加熱に基づき、該透明材料に変質部分を形成させる。これは、本発明者の知見によれば、レーザの入射側と反対側にレーザ光を吸収する光吸収体を設置し、該光吸収体をレーザ光により局所的に加熱した際には、この熱がガラスを加熱することでガラスの吸収係数が変化、レーザ光を吸収することに基づくと推定される。例えば、この現象を連続的に起こすことにより、ガラス内部に変質層を形成することができる。
(光吸収体)
本発明に使用すべき光吸収体は、レーザ光照射に基づく光→熱変換により、該光吸収体上に配置された透明材料を加熱すること(すなわち、レーザ光を吸収して、透明材料を加熱すること)が可能である限り、特に制限されない。すなわち、該光吸収体としては、以下のような各種の物質ないし材料を使用することができる。
Laser light type: Argon ion laser,,,
Wavelength: 400-1300 nm (more preferably 460-600 nm)
Output: 4-20W, more preferably 10-20W
(Processing method)
In the processing method of the present invention, the transparent material disposed on the light absorber is irradiated with laser light from the transparent material side, and an altered portion is formed in the transparent material based on local heating based on the irradiation. . According to the knowledge of the present inventor, when a light absorber that absorbs laser light is installed on the side opposite to the laser incident side, and when the light absorber is locally heated by the laser light, It is presumed that the absorption coefficient of glass changes due to heat heating the glass and is based on absorbing laser light. For example, an altered layer can be formed inside the glass by causing this phenomenon continuously.
(Light absorber)
The light absorber to be used in the present invention is to heat a transparent material disposed on the light absorber by light-to-heat conversion based on laser light irradiation (that is, to absorb the laser light, It is not particularly limited as long as it can be heated. That is, as the light absorber, the following various substances or materials can be used.

上記した特性を有する限り、本発明に使用すべき光吸収体は、例えば、色素の層(例えば、いわゆる「マジックインキ」等の油性インク)を、変質部分を形成させるべき透明材料に塗って形成した色素の層であってもよい。
(好適な光吸収体)
本発明において好適に使用可能な光吸収体は、更に、以下の特性を有することが好ましい。
(1)レーザ光の反射率が低いこと
より具体的には、本発明において使用すべきレーザ光の反射率として、65%以下であることが好ましく、更には50%以下であることが好ましい。このレーザ光の反射率は、例えば、以下の方法で測定することができる。
<レーザ光反射率の測定方法>
日本分光(株)製、紫外可視分光光度計V-570(オプション:試料水平置き落射型積分球装置)にて、以下の条件で測定する。
波長:変質に使用するレーザの波長(今回の実施例では488nm)
レスポンス:slow
バンド幅:40nm
例えば、レーザ光の反射率が高い(例えばアルミニウム箔:反射率80%)ものでは変質は起きないが、反射率の低いもの(例えば銅箔:反射率50%)では変質が可能である。
(2)熱伝導率が低いこと。
As long as it has the above-mentioned characteristics, the light absorber to be used in the present invention is formed by, for example, applying a pigment layer (for example, an oil-based ink such as so-called “magic ink”) to a transparent material on which an altered portion is to be formed. It may also be a dye layer.
(Suitable light absorber)
The light absorber that can be suitably used in the present invention preferably further has the following characteristics.
(1) Low reflectivity of laser light More specifically, the reflectivity of laser light to be used in the present invention is preferably 65% or less, and more preferably 50% or less. The reflectance of this laser beam can be measured by the following method, for example.
<Measurement method of laser light reflectance>
Measured under the following conditions with a UV-visible spectrophotometer V-570 (optional: horizontal sample-type integrating sphere device) manufactured by JASCO Corporation.
Wavelength: The wavelength of the laser used for alteration (488nm in this example)
Response: slow
Band width: 40nm
For example, a laser beam having a high reflectance (for example, an aluminum foil: 80% reflectance) does not deteriorate, but a laser beam having a low reflectance (for example, a copper foil: 50% reflectance) can be altered.
(2) Low thermal conductivity.

より具体的には、本発明に好適に使用可能な光吸収体は、熱伝導率が4W/cm℃以下であることが好ましく、更には0.4W/cm℃以下であることが好ましい。この光吸収体の熱伝導率は、例えば、以下の方法で測定することができる。
<熱伝導率の測定方法>
京都電子工業(株)製、ホットディスク法熱物性測定装置 TPA-501にて以下の条件で測定する。
温度:30℃
(3)レーザ光により、光吸収体に容易に穴が空かないこと
本発明において、使用すべきレーザ光により「光吸収体に容易に穴が空かないこと」は、例えば、以下のようにして確認することができる。
<レーザ光による穴開きの程度の確認方法>
アルゴンイオンレーザ (Coherent社製TSM-20)を使用し、レーザ光1を焦点距離170mmの平凸レンズ(シグマ光機(株)製、平凸レンズSLSQ-30-170PAI)(図示せず)で集光し、吸収材2に照射する。レーザ出力は20Wとする(図12参照)。焦点は表面にあわせる。吸収剤の直後にビームディテクタ3((株)オフィールジャパン製、サーモパイル表面吸収ヘッド30A)を設置し、3秒間照射後に、ディテクタが10W以下を表示すること。
(透明材料)
上記したレーザ光と光吸収体との組合せにより、加熱可能な透明材料である限り、本発明に使用すべき透明材料は特に制限されない。本発明において使用可能な透明材料としては、例えば、以下のものを挙げることができる。なお、透明材料としてガラスを用いた場合におけるレーザ照射の影響等の詳細に関しては、例えば、三浦清貴・平尾一之、「超短パルスレーザーによるガラス内部の光誘起屈折率変化」、レーザー研究、第26巻2号(1998年2月)第150頁;熊谷寛「フェムト秒レーザー加工」、応用物理、第67巻9号(1998年)を参照することができる。
ガラス(例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、フロライドガラス、カルコゲナイドガラス)
樹脂(例えば、アクリル樹脂,塩化ビニールなど)
結晶材料(サファイア、シリコン、ガリウムヒ素、フッ化カルシウム、ジンクセレン、サファイア、ゲルマニウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウムなど)
本発明において好適に使用可能な透明材料は、更に、以下の特性を有することが好ましい。
(1)レーザ光の吸収性が低いこと。
More specifically, the light absorber that can be suitably used in the present invention preferably has a thermal conductivity of 4 W / cm ° C. or less, and more preferably 0.4 W / cm ° C. or less. The thermal conductivity of this light absorber can be measured, for example, by the following method.
<Measurement method of thermal conductivity>
Measured under the following conditions using a hot disk method thermophysical property measuring apparatus TPA-501, manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.
Temperature: 30 ° C
(3) The laser beam does not easily make a hole in the light absorber In the present invention, the laser beam to be used means that the light absorber does not easily make a hole, for example, as follows. Can be confirmed.
<How to check the degree of hole opening with laser light>
Using an argon ion laser (Coherent TSM-20), the laser beam 1 is focused by a plano-convex lens with a focal length of 170 mm (Sigma Koki Co., Ltd., plano-convex lens SLSQ-30-170PAI) (not shown). Then, the absorber 2 is irradiated. The laser output is 20W (see Fig. 12). Focus on the surface. Install the beam detector 3 (manufactured by OFIR JAPAN Co., Ltd., thermopile surface absorption head 30A) immediately after the absorbent, and after 3 seconds of irradiation, the detector displays 10W or less.
(Transparent material)
The transparent material to be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a transparent material that can be heated by the combination of the laser beam and the light absorber. Examples of the transparent material that can be used in the present invention include the following. For details on the effects of laser irradiation when glass is used as the transparent material, see, for example, Kiyotaka Miura and Kazuyuki Hirao, “Photo-induced refractive index change inside glass by ultrashort pulse laser”, Laser Research, 26, No. 2 (February 1998), p. 150; Hiroshi Kumagai, “Femtosecond Laser Processing”, Applied Physics, Vol. 67, No. 9 (1998).
Glass (for example, soda glass, quartz glass, borosilicate glass, fluoride glass, chalcogenide glass)
Resin (eg acrylic resin, vinyl chloride)
Crystal materials (sapphire, silicon, gallium arsenide, calcium fluoride, zinc selenium, sapphire, germanium, barium fluoride, lithium fluoride, magnesium fluoride, etc.)
The transparent material that can be suitably used in the present invention preferably further has the following characteristics.
(1) The laser beam absorbency is low.

より具体的には、使用すべきレーザ光の吸収率が、透過率80%以上(厚さ10mmの場合)であることが好ましく、更には90%以上であることが好ましい。   More specifically, the absorptivity of the laser beam to be used is preferably 80% or more (when the thickness is 10 mm), and more preferably 90% or more.

このレーザ光の吸収率は、例えば、以下のようにして測定することができる。
<レーザ光吸収率の測定方法>
アルゴンイオンレーザ (Coherent社製TSM-20)を使用し、レーザ光1を透明材料2に照射する。レーザ出力は20Wとする。透明材料の直後にビームディテクタ3((株)オフィールジャパン製、サーモパイル表面吸収ヘッド30A)を設置し、透過するレーザ光の強度を測定する(図13参照)。
材料の板厚:10mm
(2)温度変化により、レーザ光吸収率が変化し易いこと
レーザ光吸収率が変化し易い点からは、例えば、室温(25℃)におけるレーザ光の吸収率A25と、より高温の750℃におけるレーザ光の吸収率Aとの比(A/A25)が、1.1以上であることが好ましく、更には1.2以上(特に1.4以上)であることが好ましい。
<測定方法>
アルゴンイオンレーザ (Coherent社製TSM-20)を使用し、レーザ光1を透明材料2に照射する。レーザ出力は20Wとする。透明材は炉4の中に設置する(図14参照)。透明材料の後にビームディテクタ3((株)オフィールジャパン製、サーモパイル表面吸収ヘッド30A)を設置し、透過するレーザ光の強度を測定することで、吸収率を算出し、室温(25℃)と高温(750℃)との比を求める。
材料の板厚:10mm
(3)耐熱性に優れること。
The absorptance of this laser beam can be measured, for example, as follows.
<Measurement method of laser light absorption rate>
An argon ion laser (TSM-20 manufactured by Coherent) is used to irradiate the transparent material 2 with the laser beam 1. The laser output is 20W. Immediately after the transparent material, a beam detector 3 (manufactured by OFIR JAPAN Co., Ltd., thermopile surface absorption head 30A) is installed, and the intensity of the transmitted laser light is measured (see FIG. 13).
Material thickness: 10mm
(2) The laser light absorption rate is likely to change due to temperature change. From the point that the laser light absorption rate is likely to change, for example, the laser light absorption rate A 25 at room temperature (25 ° C.) and the higher temperature of 750 ° C. the ratio of the absorptance a H of the laser beam (a H / a 25) is in, is preferably 1.1 or more, further preferably 1.2 or more (in particular 1.4 or higher).
<Measurement method>
An argon ion laser (TSM-20 manufactured by Coherent) is used to irradiate the transparent material 2 with the laser beam 1. The laser output is 20W. The transparent material is installed in the furnace 4 (see FIG. 14). A beam detector 3 (manufactured by OFIR JAPAN Co., Ltd., Thermopile surface absorption head 30A) is installed after the transparent material, and the intensity of the transmitted laser light is measured to calculate the absorption rate. Find the ratio to high temperature (750 ° C).
Material thickness: 10mm
(3) Excellent heat resistance.

この耐熱性が比較的に低いと、レーザ光照射によって生ずる熱によって、透明材料が割れる等の障害が生じ易くなる。   If the heat resistance is relatively low, troubles such as cracking of the transparent material are likely to occur due to heat generated by laser light irradiation.

より具体的には、この耐熱性は、例えば、熱膨張率により測定することができる。すなわち、本発明において好適に使用可能な透明材料は、熱膨張率が80×10−7−1以下であることが好ましく、更には40×10−7−1以下であることが好ましい。 More specifically, this heat resistance can be measured by, for example, the coefficient of thermal expansion. That is, the transparent material that can be suitably used in the present invention preferably has a coefficient of thermal expansion of 80 × 10 −7 K −1 or less, and more preferably 40 × 10 −7 K −1 or less.

例えば、ソーダガラス(熱膨張率99×10−7−1)では割れる傾向が比較的に強くなるが、ホウ珪酸ガラス(熱膨張率32×10−7−1)では、割れる傾向はかなり小さい(殆ど割れることはない)ことを、本発明者は見出している。この熱膨張率の具体的な値ないしは測定方法の詳細に関しては、例えば、文献作花済夫編「ガラスの辞典」朝倉書店を参照することができる。
(透明材料のサイズ等)
上記したレーザ光と光吸収体との組合せにより、加熱可能である限り、本発明に使用すべき透明材料のサイズ等は特に制限されない。好適に使用可能な透明材料のサイズ等は、以下の通りである。
For example, soda glass (thermal expansion coefficient 99 × 10 −7 K −1 ) has a relatively strong tendency to crack, but borosilicate glass (thermal expansion coefficient 32 × 10 −7 K −1 ) has a considerable tendency to crack. The inventor has found that it is small (almost never cracked). For the specific value of the coefficient of thermal expansion or the details of the measuring method, reference can be made to, for example, Asakura Shoten edited by Sakuo Hana, “Glass Dictionary”.
(Transparent material size, etc.)
The size of the transparent material to be used in the present invention is not particularly limited as long as it can be heated by the combination of the laser beam and the light absorber. The size and the like of the transparent material that can be suitably used are as follows.

厚さ:0.1〜20mm(更には0.1〜3mm)
大きさ:0.1×0.1cm以上(更には0.2×0.3cm以上)
(変質部分)
本発明によれば、レーザ光照射により、透明材料(ガラス等)の内部に変質部分を、レーザ光とほぼ同一軸上に形成することが容易である。本発明において、変質部分のサイズ(径、長さ)、個数、方向等は特に制限されない。光導波路としての応用の点からは、下記のような変質部分のサイズ等が好適である。
Thickness: 0.1-20mm (further 0.1-3mm)
Size: 0.1 x 0.1 cm or more (further 0.2 x 0.3 cm or more)
(Changed part)
According to the present invention, it is easy to form the altered portion in the transparent material (glass or the like) on the substantially same axis as the laser beam by laser beam irradiation. In the present invention, the size (diameter, length), number, direction, etc. of the altered portion are not particularly limited. From the viewpoint of application as an optical waveguide, the size of the altered portion as described below is suitable.

径:0.3μm〜0.1mm(更には1μm〜0.01mm)
本発明によれば、例えば、出力数十Wの連続発振レーザで透明材料内部に変質部分を形成することができる。この場合、例えば、直径30μm程度の変質部分を50mm/s程度の早さで形成できる。
(変質部分のコントロール方法)
本発明において、変質部分の太さ、長さ等は、例えばレーザの出力、レーザ径、走査状態、等を変化させることで、変化させることができる。本発明の実験によれば、後述するように、変質部の太さを30〜120μmまで変化させることができ(図10のグラフ参照)、また、焦点はずし距離を変化させることで、変質部の長さを変化させることができる(図11のグラフ参照)。
Diameter: 0.3 μm to 0.1 mm (further 1 μm to 0.01 mm)
According to the present invention, for example, an altered portion can be formed inside a transparent material with a continuous wave laser having an output of several tens of watts. In this case, for example, an altered portion having a diameter of about 30 μm can be formed at a speed of about 50 mm / s.
(Control method of altered part)
In the present invention, the thickness, length, etc. of the altered portion can be changed by changing the laser output, laser diameter, scanning state, etc., for example. According to the experiment of the present invention, as will be described later, the thickness of the altered portion can be changed from 30 to 120 μm (see the graph of FIG. 10), and by changing the defocusing distance, The length can be changed (see graph of FIG. 11).

また、本発明における変質部分は、例えばレーザの出力、レーザ径、走査状態、等を変化させることで、透明材料を、貫通した状態(すなわち、エッチング後に貫通孔を与えるような変質部分)とすることもでき、貫通しない状態(すなわち、エッチング後に貫通しない孔を与えるような変質部分)とすることもできる。
(アスペクト比)
本発明によれば、比較的に狭い範囲に、比較的に深い変質部分を形成することが容易である。本発明者の実験によれば、例えば、最高は直径がd=φ80μmの範囲に、L=10mmの長さの変質部分(アスペクト比=L/d=125)が可能である。ここに、「アスペクト比」とは、変質部分の長さと直径との比をいう。
Further, the altered portion in the present invention changes the transparent material through a state (that is, an altered portion that gives a through hole after etching) by changing, for example, the laser output, the laser diameter, the scanning state, and the like. It can also be in a non-penetrating state (that is, an altered portion that provides a non-penetrating hole after etching).
(aspect ratio)
According to the present invention, it is easy to form a relatively deep altered portion in a relatively narrow range. According to the experiment of the present inventor, for example, an altered portion having a length of L = 10 mm (aspect ratio = L / d = 125) is possible in the range of the maximum diameter d = φ80 μm. Here, the “aspect ratio” refers to the ratio between the length and the diameter of the altered portion.

換言すれば、本発明によれば、例えば、アスペクト比が5以上、更には10以上、特に30以上の変質部分を容易に形成することができる。
(エッチング速度測定)
本発明により生じたガラス内部の変質部分は、例えば、エッチング処理に供することにより、明確に識別することができる。例えば、後述する図7〜9に示すように、本発明の方法により加工(変質)したホウ珪酸ガラス、石英ガラスを以下の条件でエッチングしたところ、変質部分と非変質部分のエッチング量の差で、ホウ珪酸ガラスで約30nm/min、石英ガラスで約5.8nm/minが得られた。すなわち、本発明の方法によれば、変質部分のエッチング速度Pと非変質部分のエッチング速度Qとの差(Q−P)で、10nm/s(ホウ珪酸ガラスの場合)、ないしは2nm/s(石英ガラスの場合)以上であるような変質部分を容易に形成することができる。
In other words, according to the present invention, for example, an altered portion having an aspect ratio of 5 or more, further 10 or more, and particularly 30 or more can be easily formed.
(Etching rate measurement)
The altered portion inside the glass produced by the present invention can be clearly identified, for example, by subjecting it to an etching process. For example, as shown in FIGS. 7 to 9 to be described later, when borosilicate glass and quartz glass processed (modified) by the method of the present invention are etched under the following conditions, the difference in etching amount between the modified portion and the non-modified portion is caused. About 30 nm / min was obtained with borosilicate glass, and about 5.8 nm / min was obtained with quartz glass. That is, according to the method of the present invention, the difference (Q−P) between the etching rate P of the altered portion and the etching rate Q of the unaltered portion is 10 nm / s (in the case of borosilicate glass) or 2 nm / s ( In the case of quartz glass, it is possible to easily form an altered portion as described above.

他の観点からは、変質部分のエッチング速度Qと非変質部分のエッチング速度Pとの比(Q/P)で、1.1以上、更には1.3以上(特に1.4以上)であるような変質部分を容易に形成することができる(後述する本発明者の実験によれば、例えばQ/P=1.49程度が得られている)。
<エッチング条件>
エッチング液 HF:HO:HNO=15:300:10(重量比)
温度: 室温(20〜25℃)
このように、変質部はエッチング速度が速くなり、非変質部より速く除去される。そのため、エッチング液に浸漬することで後述する穴あけへ応用することができる。また、変質部は光の屈折率が高くなっているので、後述するような光導波路として光ファイバの分波、混合器等への利用することができる。
(好適な一態様)
図1(a)は、本発明に従う加工方法に好適に使用可能な装置の一態様を示す模式断面図である。図1(a)を参照して、X−Yステージ10上に、(レーザ光1の入射側(下側)から)(1)加工対象となるガラス板11(透明材料の一例;例えば、広く利用されている3種類のガラス、すなわち、ソーダ、パイレックス、または石英ガラスのうちの1種);(2)銅箔12(光吸収体)、(3)銅箔を均一に押さえるための別のガラス板13、および(4)荷重を加えるための重り14、を順に重ねた。上記銅箔は、レーザの吸収率を考慮して選択される。この例では、ガラス板11を透過させたレーザ光1により、ガラス板11の入射側とは反対側から加工する目的で、ガラスの透過率が高い波長のレーザ光が使用される。この態様では、例えば、加熱をするために連続発振のアルゴンイオンレーザ(Coherent社製TSM−20)を使用することができる。このレーザ光1を3倍のビームエキスパンダ(図示せず)で広げた後、焦点距離170mmの平凸レンズ(図示せず)で集光しガラス板11に照射した。焦点は金属箔表面にあわせた。上記したガラス板11、銅箔12、他のガラス板13および重り14の全体を、X−Yステージ10により動かすことで、レーザ光1を所望の態様で走査する。
From another point of view, the ratio (Q / P) of the etching rate Q of the altered portion and the etching rate P of the non-altered portion is 1.1 or more, further 1.3 or more (particularly 1.4 or more). Such an altered portion can be easily formed (according to the experiment of the present inventor described later, for example, Q / P = 1.49 is obtained).
<Etching conditions>
Etching solution HF: H 2 O: HNO 3 = 15: 300: 10 (weight ratio)
Temperature: Room temperature (20-25 ° C)
In this way, the altered portion has a higher etching rate and is removed faster than the unaffected portion. Therefore, it can be applied to drilling described later by immersing in an etching solution. Further, since the altered portion has a high refractive index of light, it can be used as an optical waveguide as will be described later for optical fiber demultiplexing, a mixer, and the like.
(Preferred embodiment)
Fig.1 (a) is a schematic cross section which shows the one aspect | mode of the apparatus which can be used conveniently for the processing method according to this invention. Referring to FIG. 1A, on a XY stage 10 (from the incident side (lower side) of the laser beam 1) (1) a glass plate 11 to be processed (an example of a transparent material; 3 types of glass used, ie, one of soda, pyrex, or quartz glass); (2) copper foil 12 (light absorber), (3) another for holding the copper foil uniformly A glass plate 13 and (4) a weight 14 for applying a load were sequentially stacked. The copper foil is selected in consideration of the laser absorption rate. In this example, for the purpose of processing from the side opposite to the incident side of the glass plate 11 with the laser beam 1 transmitted through the glass plate 11, a laser beam having a wavelength with high glass transmittance is used. In this embodiment, for example, a continuous wave argon ion laser (TSM-20 manufactured by Coherent) can be used for heating. The laser beam 1 was spread by a triple beam expander (not shown), then condensed by a plano-convex lens (not shown) having a focal length of 170 mm and irradiated onto the glass plate 11. The focus was adjusted to the surface of the metal foil. The entire glass plate 11, copper foil 12, other glass plate 13 and weight 14 are moved by the XY stage 10 to scan the laser beam 1 in a desired manner.

図1(a)に示すように金属箔12を載せたガラス板11にレーザ光1を照射することにより、後述する実施例に示すように、ガラス板11内部に変質層を形成することができる。このような変質層の形成は、本発明者の知見によれば、レーザ光1により金属箔12が局所的に加熱され、このように生じた熱により、金属箔12近傍のガラス板11が加熱されて、その吸収率が変化し、該ガラス板11がレーザ光1を吸収するようになり、その結果、ガラス板11内部に変質層が形成されるものと推定される。   By irradiating a laser beam 1 onto a glass plate 11 on which a metal foil 12 is placed as shown in FIG. 1A, a deteriorated layer can be formed inside the glass plate 11 as shown in an example described later. . According to the knowledge of the present inventor, such a deteriorated layer is formed by locally heating the metal foil 12 by the laser beam 1 and heating the glass plate 11 in the vicinity of the metal foil 12 by the heat thus generated. Thus, the absorptance changes and the glass plate 11 absorbs the laser light 1, and as a result, it is presumed that an altered layer is formed inside the glass plate 11.

このように金属箔12をのせたガラス板11にレーザ光1を照射することにより、ガラス板11の内部に、例えば太さφ30μm程度の変質層を形成することができる。
(他の態様)
図1(b)は、本発明に従う加工方法に好適に使用可能な装置の他の態様を示す模式断面図である。図1(b)を参照して、この態様においては、加工対象たるガラス板11と、銅箔12との間に、犠牲となるガラス板15を配置した以外は、図1(a)に示す態様と同様である。このように犠牲ガラス板15を配置することにより、加工対象たるガラス板11の望ましくない変性(例えば、クラックの発生)を抑制することが容易となる。
(応用例)
本発明の方法は、光導波路として光スイッチなど、装飾、等に特に制限なく応用することができる。図2の模式平面図に、本発明により形成可能な光導波路の一例を示す
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
By irradiating the glass plate 11 on which the metal foil 12 is placed with the laser beam 1 in this way, a deteriorated layer having a thickness of, for example, about 30 μm can be formed inside the glass plate 11.
(Other aspects)
FIG.1 (b) is a schematic cross section which shows the other aspect of the apparatus which can be used conveniently for the processing method according to this invention. With reference to FIG.1 (b), in this aspect, it shows to Fig.1 (a) except having arrange | positioned the sacrificial glass plate 15 between the glass plate 11 which is a process target, and the copper foil 12. FIG. This is the same as the embodiment. By arranging the sacrificial glass plate 15 in this way, it becomes easy to suppress undesirable modification (for example, generation of cracks) of the glass plate 11 to be processed.
(Application examples)
The method of the present invention can be applied without particular limitation to decorations such as optical switches as optical waveguides. An example of an optical waveguide that can be formed according to the present invention is shown in the schematic plan view of FIG. 2. The present invention will be described more specifically with reference to examples.

実施例1
図1(a)を参照して、X−Yステージ10(シグマ光機(株)製、商品名:STM−50XY)上に、(レーザ光1の入射側(下側)から)(1)加工対象となるガラス板11(ソーダ、パイレックス、または石英ガラスのうちの1種);(2)銅箔12(光吸収体)、(3)銅箔を均一に押さえるための別のガラス板13、および(4)荷重を加えるための重り14、を順に重ねた。上記銅箔12は、レーザの吸収率を考慮して選択した。ガラス板11は、その両端が、X−Yステージ10上に、それぞれ7mm程度乗るようにした。
Example 1
Referring to FIG. 1A, on an XY stage 10 (manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., trade name: STM-50XY) (from the incident side (lower side) of the laser beam 1) (1) Glass plate 11 to be processed (one kind of soda, Pyrex, or quartz glass); (2) Copper foil 12 (light absorber), (3) Another glass plate 13 for uniformly holding the copper foil And (4) a weight 14 for applying a load was sequentially stacked. The copper foil 12 was selected in consideration of the laser absorption rate. Both ends of the glass plate 11 were placed on the XY stage 10 by about 7 mm.

本例では、ガラス11を透過させたレーザ光1により、ガラス板11の入射側とは反対側から加工する目的で、ガラスの透過率が高い波長のレーザ光が使用した。加熱をするために連続発振のアルゴンイオンレーザ(Coherent社製TSM−20)を使用し、このレーザ光1を3倍のビームエキスパンダ(図示せず;シグマ光機(株)製、商品名:レーザーエキスパンダー LBE−3)で広げた後、焦点距離170mmの平凸レンズ(図示せず;シグマ光機(株)製、商品名:平凸レンズ SLSQ−30−170PAI)で集光しガラス板11に照射した。焦点は金属箔表面にあわせた。上記したガラス板11、銅箔12、他のガラス板13および重り14の全体を、X−Yステージ10により動かすことで、レーザ光1を所望の態様で走査した。   In this example, laser light having a wavelength with high transmittance of glass was used for the purpose of processing from the side opposite to the incident side of the glass plate 11 with the laser light 1 transmitted through the glass 11. A continuous wave argon ion laser (TSM-20 manufactured by Coherent) was used for heating, and this laser beam 1 was tripled by a beam expander (not shown; manufactured by Sigma Koki Co., Ltd., trade name: After spreading with a laser expander (LBE-3), the glass plate 11 is focused with a plano-convex lens (not shown; product name: plano-convex lens SLSQ-30-170PAI, not shown; Sigma Koki Co., Ltd.) with a focal length of 170 mm. did. The focus was adjusted to the surface of the metal foil. The whole of the glass plate 11, the copper foil 12, the other glass plate 13 and the weight 14 described above was moved by the XY stage 10, thereby scanning the laser beam 1 in a desired manner.

ここで使用した実験条件は、以下の通りである。   The experimental conditions used here are as follows.

レーザ:アルゴンイオン・レーザ、
波長:455〜529nm(マルチライン)
出力:5〜20w
走査速度:500μm/s
焦点距離:170mm
加工対象ガラス(いずれも大きさ3cm×3cm):
ソーダガラス(旭ガラス社製)
シリカガラス(東芝セラミックス(株)製、商品名:T−4040)
ホウ珪酸ガラス(コーニングジャパン社製、商品名:7740)
ガラス厚さ:2mm
金属箔:銅箔(厚さ10μm)
均一押さえガラス:ホウ珪酸ガラス(厚さ2mm、大きさ3cm×3cm)
上記レーザ照射の結果を、図3の光学顕微鏡写真(倍率:1250倍)に示す。上面(図3(a))、および下面(図3(b))に共に同じ位置に変質部が認められ、またレーザ光を走査しているにもかかわらず点状に変質層が認められた。上面(図3(a);銅箔12側に接している面)では、クラックが認められた。後述するように、銅箔12をガラス板11上に載せていない場合には、クラックは認められなかった(後述する比較例1を参照)ことから、このクラックは銅箔からの熱によりガラスが加熱され生じたものと考えられる。
Laser: Argon ion laser,
Wavelength: 455-529 nm (multiline)
Output: 5-20w
Scanning speed: 500 μm / s
Focal length: 170mm
Glass to be processed (both sizes are 3cm x 3cm):
Soda glass (Asahi Glass Co., Ltd.)
Silica glass (Toshiba Ceramics Co., Ltd., trade name: T-4040)
Borosilicate glass (Corning Japan, trade name: 7740)
Glass thickness: 2mm
Metal foil: Copper foil (thickness 10μm)
Uniform presser glass: Borosilicate glass (thickness 2 mm, size 3 cm x 3 cm)
The result of the laser irradiation is shown in the optical micrograph (magnification: 1250 times) in FIG. Altered portions were observed at the same position on the upper surface (FIG. 3 (a)) and the lower surface (FIG. 3 (b)), and an altered layer was observed in the form of dots in spite of scanning with laser light. . Cracks were observed on the upper surface (FIG. 3A; the surface in contact with the copper foil 12 side). As will be described later, when the copper foil 12 is not placed on the glass plate 11, no crack was observed (see Comparative Example 1 described later). Probably caused by heating.

下面(図3(b))では、φ30μm程度の変質部が認められ、その周りに繊維状の付着物が観察された。顕微鏡の焦点をガラス内部にあわせ観察したところ、この変質部はレーザ光の光路に沿って、上面から下面までガラス内部を伝わってつながっていた。また、加工されたガラス板11に接していた面の金属箔の光学顕微鏡写真を図4に示す。ガラスに変質が起きた部分に対応し、点状に変色している部分が観察される。
実施例2
(犠牲となるガラスを挟む場合)
図1(b)を参照して、本例においては、加工対象のガラス板11、金属箔12との間に、犠牲となるガラス板15を入れた以外は、実施例1と同様に材料を重ね、同様にレーザ照射した。
On the lower surface (FIG. 3B), an altered portion having a diameter of about 30 μm was observed, and fibrous deposits were observed around it. When the microscope was focused on the inside of the glass and observed, this altered portion was connected along the optical path of the laser beam from the top surface to the bottom surface. Moreover, the optical microscope photograph of the metal foil of the surface which was in contact with the processed glass plate 11 is shown in FIG. Corresponding to the part where the glass has been altered, a point-discolored part is observed.
Example 2
(When sandwiching the sacrificial glass)
With reference to FIG.1 (b), in this example, except having put the glass plate 15 used as a sacrifice between the glass plate 11 and the metal foil 12 to be processed, the material is the same as in Example 1. Again, laser irradiation was performed in the same manner.

上記により得られた加工対象のガラス板11の上面、断面、下面からの観察結果を図5(a)、図5(b)および図5(c)にそれぞれ示す。   The observation results from the upper surface, cross section, and lower surface of the glass plate 11 to be processed obtained as described above are shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, respectively.

図5(a)よりガラス上面にはクラックは認められず、犠牲ガラス板15をはさむことで、加工対象ガラス11へのクラックの形成を防止できた。また、図5(b)よりガラス内部の変質部が上面から下面までつながって形成されている様子がわかる。この変質層は直径がφ30μm程度であった。また、犠牲ガラス板15を観察したところ、加工対象のガラス板11の変質部と同じ位置に変質が認められた。このことから、この変質部は犠牲ガラス板15から加工対象のガラス板11(1)に伝わって生じたと考えられた。このように、ガラスを2枚(加工対象たるガラス板11および犠牲ガラス板15)重ねることで、クラックの形成を防止できた。
比較例1
(ガラスのみへの照射)
銅箔12を載せることなく、図1(a)の構成と同様にして、加工対象のガラス板11のみをX−Yステージ上に設置して、実施例1と同様にレーザ照射した。
From FIG. 5A, no crack was observed on the upper surface of the glass, and the formation of cracks in the glass 11 to be processed could be prevented by sandwiching the sacrificial glass plate 15. Further, it can be seen from FIG. 5B that the altered portion inside the glass is formed from the upper surface to the lower surface. This altered layer had a diameter of about φ30 μm. Moreover, when the sacrificial glass plate 15 was observed, alteration was recognized at the same position as the altered portion of the glass plate 11 to be processed. From this, it was considered that this altered portion was transmitted from the sacrificial glass plate 15 to the glass plate 11 (1) to be processed. Thus, the formation of cracks could be prevented by stacking two pieces of glass (the glass plate 11 and the sacrificial glass plate 15 to be processed).
Comparative Example 1
(Irradiation to glass only)
Without placing the copper foil 12, only the glass plate 11 to be processed was placed on the XY stage in the same manner as in the configuration of FIG.

加工対象ガラス板11としてホウ珪酸ガラス、石英ガラスを用いた場合には、変化は認められなかったが、ソーダガラスではレーザ出力20Wの場合に変化が認められた。   When borosilicate glass or quartz glass was used as the glass plate 11 to be processed, no change was observed, but with soda glass, a change was observed when the laser output was 20 W.

変化が認められたソーダガラス部分の上面、下面(レーザ入射側)の光学顕微鏡写真をそれぞれ、図6(a)、および図6(b)に示す。図中の矢印はレーザの走査方向を示しており、同図(b)中の円部分の裏側が、図6(a)の位置である。また、ガラス下面に変化が認められた場合でも、上面に図6(a)のような変質部が認められるとは限らなかった。上面・下面での変化はごくまれに生じ、恐らくガラス上に付着した埃などをきっかけとして吸収し始めたものと考えられる。
実施例3
(エッチング処理)
上記実施例と同様にして得られた変質部分を有する加工対象ガラス板11(ガラス厚さ0.2mm、石英ガラス)を、更にエッチング処理に供した。変質部分は、非変質部分と比べてエッチング速度が速くなり、エッチングにより、より速く除去される。したがって、例えば、変質部分を除去して図7の走査電子顕微鏡(SEM)写真(倍率:500倍、電圧25kV)に示すような孔開けに応用することができた。ここに、上記したSEMとしては、(株)日立ハイテクノロジーズ社製、商品名S−2400を用いた。本例で用いたエッチング条件は、以下の通りである。
<エッチング条件>
エッチング液 HF:HO:HNO=15:300:10(重量比)
温度:20〜25℃
エッチング時間:9時間
実施例4
(時間を変化させたエッチング処理)
エッチング時間を0〜230分の間で変化させた以外は、実施例3と同様にしてエッチング処理を行った。
FIGS. 6A and 6B show optical micrographs of the upper and lower surfaces (laser incident side) of the soda glass portion where the change was observed, respectively. The arrow in the figure indicates the laser scanning direction, and the back side of the circle in FIG. 6B is the position in FIG. Further, even when a change was observed on the lower surface of the glass, an altered portion as shown in FIG. 6A was not always recognized on the upper surface. The change on the upper and lower surfaces occurred very rarely, and it is thought that it started to absorb the dust adhering to the glass.
Example 3
(Etching process)
The processing target glass plate 11 (glass thickness 0.2 mm, quartz glass) having an altered portion obtained in the same manner as in the above example was further subjected to an etching treatment. The altered portion has a higher etching rate than the non-altered portion, and is removed faster by etching. Therefore, for example, the altered portion was removed, and it could be applied to drilling as shown in a scanning electron microscope (SEM) photograph (magnification: 500 times, voltage 25 kV) in FIG. Here, as the SEM described above, product name S-2400 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used. The etching conditions used in this example are as follows.
<Etching conditions>
Etching solution HF: H 2 O: HNO 3 = 15: 300: 10 (weight ratio)
Temperature: 20-25 ° C
Etching time: 9 hours
Example 4
(Etching process with varying time)
Etching was performed in the same manner as in Example 3 except that the etching time was changed between 0 and 230 minutes.

得られた結果を、図8および図9のグラフに示す。ホウ珪酸ガラス、石英ガラスのエッチング(エッチング時間230分)により、変質部分と非変質部分のエッチング量の差で、ホウ珪酸ガラスで約30nm/min、石英ガラスで約5.8nm/minが得られた。
実施例5
(レーザ出力の変化)
レーザ出力を5〜22ワットの間で変化させた以外は、上記実施例と同様にしてレーザ加工を行った。
The obtained results are shown in the graphs of FIGS. Etching of borosilicate glass and quartz glass (etching time 230 minutes) results in a difference in etching amount between the altered portion and the unaltered portion, resulting in about 30 nm / min for borosilicate glass and about 5.8 nm / min for quartz glass. It was.
Example 5
(Change in laser output)
Laser processing was performed in the same manner as in the above example except that the laser output was changed between 5 and 22 watts.

得られた結果を、図10のグラフに示す。この図10に示すように、変質部の太さは、直径φ20μm〜φ150μmであった。
実施例6
(焦点はずし距離の変化)
焦点はずし距離を−10〜+10mmの間で変化させた以外は、上記実施例と同様にしてレーザ加工を行った。
The obtained results are shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 10, the thickness of the altered portion was a diameter of φ20 μm to φ150 μm.
Example 6
(Change in defocus distance)
Laser processing was performed in the same manner as in the above example except that the defocusing distance was changed between −10 and +10 mm.

得られた結果を、図11のグラフに示す。この図11に示すように、変質部の長さを変化させることが可能であった。   The obtained results are shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 11, it was possible to change the length of the altered portion.

本発明のレーザ加工方法を好適に実施可能な装置系の例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the example of the apparatus system which can implement suitably the laser processing method of this invention. 本発明の加工方法により形成可能な光導波路の一例を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the optical waveguide which can be formed with the processing method of this invention. 実施例で得られたレーザ加工ガラスの上面(a)および下面(b)を示す光学顕微鏡写真(ホウ珪酸ガラス(犠牲ガラス無し)、レーザ出力:20W、走査速度:0.5mm/s、倍率:1250倍)である。Optical micrographs showing the upper surface (a) and the lower surface (b) of the laser processed glass obtained in the examples (borosilicate glass (without sacrificial glass), laser output: 20 W, scanning speed: 0.5 mm / s, magnification: 1250 times). 実施例においてレーザ照射後に得られた銅箔表面を示す光学顕微鏡写真(レーザ出力:20W、走査速度:0.5mm/s、倍率:500倍)である。It is an optical microscope photograph (Laser output: 20 W, scanning speed: 0.5 mm / s, magnification: 500 times) which shows the copper foil surface obtained after laser irradiation in an Example. 実施例で得られたレーザ加工ガラス(パイレックス)の上面(a)、断面(b)および下面(c)を示す光学顕微鏡写真(倍率:50倍)である(レーザ出力:20W、走査速度:0.5mm/s)。It is an optical microscope photograph (magnification: 50 times) which shows the upper surface (a), the cross section (b), and the lower surface (c) of the laser processing glass (pyrex) obtained in the Example (laser output: 20 W, scanning speed: 0). .5 mm / s). 比較例で得られたレーザ加工ガラス(ソーダガラス)の上面(a)(倍率:1250倍)、および下面(b)を示す光学顕微鏡写真(倍率:250倍)である(レーザ出力:20W、走査速度:0.5mm/s)。It is the optical microscope photograph (magnification: 250 times) which shows the upper surface (a) (magnification: 1250 times) and the lower surface (b) of the laser processing glass (soda glass) obtained by the comparative example (laser output: 20W, scanning) Speed: 0.5 mm / s). 実施例でエッチング処理により得られた加工ガラス(石英ガラス)の孔を示す走査電子顕微鏡写真(倍率:500倍)である。It is a scanning electron micrograph (magnification: 500 times) which shows the hole of the processing glass (quartz glass) obtained by the etching process in the Example. 実施例でエッチング時間を変化させて得られた加工ホウ珪酸ガラスにおける変質部分と非変質部分とのエッチング量の差を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the etching amount of a modified part and a non-altered part in the process borosilicate glass obtained by changing etching time in an Example. 実施例でエッチング時間を変化させて得られた加工石英ガラスにおける変質部分と非変質部分とのエッチング量の差を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the etching amount of the modified | denatured part and non-altered part in the processing quartz glass obtained by changing etching time in an Example. 実施例でレーザ出力を変化させて得られた加工対象ガラスにおける変質部分の直径と、レーザ出力との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the diameter of the quality-change part in the process target glass obtained by changing a laser output in an Example, and a laser output. 実施例で焦点はずし距離を変化させて得られた加工対象ガラスにおける変質部分の長さと焦点はずし距離との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the length of the quality-changed part in the processing object glass obtained by changing the defocus distance in an Example, and a defocus distance. レーザによる穴開きの確認方法の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the confirmation method of the hole opening by a laser. レーザ吸収率の測定方法の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the measuring method of a laser absorptivity. レーザ光吸収率の温度変化の測定法の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the measuring method of the temperature change of a laser beam absorptance.

Claims (9)

光吸収体上に配置された透明材料に、該透明材料側からレーザ光を照射することにより、該透明材料に変質部分を形成させることを特徴とする加工方法。   A processing method characterized by forming an altered portion in a transparent material disposed on a light absorber by irradiating the transparent material with laser light from the transparent material side. 前記変質部分が、レーザ光に基づく局所加熱に起因するものである請求項1に記載の加工材料の形成方法。   The process material forming method according to claim 1, wherein the altered portion is caused by local heating based on laser light. 前記透明材料が、ガラス材料である請求項1または2に記載の加工方法。   The processing method according to claim 1, wherein the transparent material is a glass material. 前記光吸収体の表面が金属からなる請求項1〜3のいずれかに記載の加工方法。   The processing method according to claim 1, wherein a surface of the light absorber is made of a metal. 前記光吸収体と、透明材料との間に、他の材料が配置されている請求項1〜4のいずれかに記載の加工方法。   The processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein another material is disposed between the light absorber and the transparent material. 透明材料と、該透明材料中に形成された変質部分とを少なくとも含む加工(processed)材料であって、
該変質部分と、非変質部分とが、屈折率の差、およびエッチング速度の差のうち、少なくとも1種類の特性で識別可能であることを特徴とする加工材料。
A processed material comprising at least a transparent material and an altered portion formed in the transparent material,
A processed material characterized in that the altered portion and the unaltered portion can be distinguished by at least one characteristic among a difference in refractive index and a difference in etching rate.
該変質部分が柱状であり、且つ該変質部分のアスペクト比が5以上である請求項6に記載の加工材料。   The processed material according to claim 6, wherein the altered portion has a columnar shape, and the aspect ratio of the altered portion is 5 or more. 前記変質部分が円柱状である請求項6または7に記載の加工材料。   The processed material according to claim 6 or 7, wherein the altered portion has a cylindrical shape. 前記変質部分がエッチングにより除去されている請求項6〜8のいずれかに記載の加工材料。
The processed material according to claim 6, wherein the altered portion is removed by etching.
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