JP2006290630A - Processing method of glass using laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザを用いたガラスの加工方法に関する。 The present invention relates to a glass processing method using a laser.
レーザを使ってガラスに微小な貫通孔を作製する方法は、従来から提案されている。たとえば、特許文献１には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）の照射によってガラスに孔を形成する方法が開示されている。また、特許文献２には、基板の一部を変質させ、その部分にレーザを照射して微小な加工孔を形成したのち、エッチングをすることによって基板を加工する方法が開示されている。この特許文献２では、感光性ガラス板の一部に紫外線を照射して変質させ、その部分にＹＡＧレーザを照射して微小な孔を形成する方法が開示されている。 A method for producing a minute through hole in glass using a laser has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a method of forming holes in glass by irradiation with a fundamental wave (1064 nm) of an Nd: YAG laser. Patent Document 2 discloses a method of processing a substrate by altering a portion of the substrate, irradiating the portion with a laser to form a minute processed hole, and then etching. In this Patent Document 2, a method is disclosed in which a part of a photosensitive glass plate is irradiated with ultraviolet rays to be altered, and that part is irradiated with a YAG laser to form minute holes.
また、超短パルスレーザを用いてガラスを加工する方法も開示されている（特許文献３および４）。これらの加工方法では、超短パルスレーザとして、フェムト秒レーザが用いられている。
しかし、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を小さく集光することは難しいため、その照射によって微細な孔を作製することは難しい。また、レーザ照射によってガラスに形成される孔の形状を、再現性よく制御することは困難である。 However, since it is difficult to condense the fundamental wave of the Nd: YAG laser, it is difficult to produce a fine hole by the irradiation. Moreover, it is difficult to control the shape of the hole formed in the glass by laser irradiation with good reproducibility.
また、特許文献２の方法では、実際に使用できる基板が限られるとともに、工程が煩雑であるという問題がある。また、フェムト秒レーザを用いる方法では、加工装置が高価であるという問題がある。 In addition, the method of Patent Document 2 has a problem that the number of substrates that can actually be used is limited and the process is complicated. Further, the method using the femtosecond laser has a problem that the processing apparatus is expensive.
このような状況において、本発明は、ガラスに微小な孔や溝を容易かつ安価に形成できる加工方法を提供することを目的の１つとする。 Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a processing method capable of easily and inexpensively forming minute holes and grooves in glass.
従来、感光性ガラス以外のガラスの加工には、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザを照射するか、あるいは、開口数が大きいレンズ（たとえばＮＡ＝０．８）を用いて焦点付近にエネルギーを集中させることが必要だと考えられてきた。本発明者らは、検討の結果、所定のレーザを所定のレンズで集光することによって、感光性ガラス以外のガラスを容易に加工できることを初めて見出した。本発明のような加工方法で感光性ガラス以外のガラスを加工することは従来困難だと考えられてきたが、本発明者らの検討によって、その有効性が初めて見出された。 Conventionally, glass other than photosensitive glass is processed by irradiating with an ultrashort pulse laser such as a femtosecond laser, or by using a lens having a large numerical aperture (for example, NA = 0.8), energy near the focal point. It has been considered necessary to concentrate. As a result of studies, the present inventors have found for the first time that glass other than photosensitive glass can be easily processed by condensing a predetermined laser with a predetermined lens. Although it has been conventionally considered that it is difficult to process glass other than photosensitive glass by the processing method as in the present invention, the effectiveness has been found for the first time by the inventors' investigation.
すなわち本発明の加工方法は、（ｉ）波長λのレーザパルスをレンズで集光してガラスに照射することによって、前記ガラスのうち前記レーザパルスが照射された部分に変質部を形成する工程と、（ii）前記ガラスに対するエッチングレートよりも前記変質部に対するエッチングレートが大きいエッチング液を用いて前記変質部をエッチングする工程とを含み、前記レーザパルスのパルス幅が１ｎｓ〜２００ｎｓの範囲にあり、前記波長λが５３５ｎｍ以下であり、前記波長λにおける前記ガラスの吸収係数が１００ｃｍ-1以下であり、前記レンズの焦点距離Ｌ（ｍｍ）を、前記レンズに入射する際の前記レーザパルスのビーム径Ｄ（ｍｍ）で除した値が７以上である。 That is, the processing method of the present invention includes (i) a step of forming an altered portion in a portion of the glass that has been irradiated with the laser pulse by condensing the laser pulse of wavelength λ with a lens and irradiating the glass with the laser pulse. And (ii) etching the altered portion using an etchant having an etching rate larger than that for the glass with respect to the altered portion, and the pulse width of the laser pulse is in the range of 1 ns to 200 ns, The wavelength λ is 535 nm or less, the absorption coefficient of the glass at the wavelength λ is 100 cm −1 or less, and the focal length L (mm) of the lens is the beam diameter of the laser pulse when entering the lens. The value divided by D (mm) is 7 or more.
本発明の方法では、波長が５３５ｎｍ以下の所定のレーザパルスを所定のレンズで集光してから所定の吸収係数を有するガラスに照射して変質部を形成する。そして、その変質部をエッチングすることによって、ガラスを加工する。本発明の方法では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波を用いることができるため、フェムト秒レーザを用いる従来の方法に比べて、安価な装置でガラスを加工できる。また、本発明の方法では、レーザパルスの照射のみによってガラスを加工する従来の方法に比べて、加工部周辺のガラスの変形（デブリやクラックなど）を抑制でき、形状のそろった孔を形成できる。 In the method of the present invention, a predetermined laser pulse having a wavelength of 535 nm or less is condensed by a predetermined lens, and then irradiated to glass having a predetermined absorption coefficient to form an altered portion. And the glass is processed by etching the altered portion. In the method of the present invention, since the harmonics of the Nd: YAG laser can be used, glass can be processed with an inexpensive apparatus as compared with the conventional method using a femtosecond laser. In addition, in the method of the present invention, the deformation (debris, cracks, etc.) of the glass around the processed portion can be suppressed and holes with uniform shapes can be formed compared to the conventional method of processing glass only by laser pulse irradiation. .
また、本発明の加工方法では、焦点距離Ｌとビーム径Ｄとの比［Ｌ／Ｄ］を所定の値以下とすることによって、レーザが焦点付近のみに集中することを防止している。このため、本発明の方法によれば、開口数が比較的大きいレンズ（たとえばＮＡ＝０．８以上）を用いて焦点付近にエネルギーを集中させて変質部を形成する従来の方法に比べて、１度のパルス照射で比較的長い変質部を形成できる。したがって、１度のパルス照射とエッチングのみで貫通孔を形成することも可能である。 In the processing method of the present invention, the ratio [L / D] of the focal length L to the beam diameter D is set to a predetermined value or less, thereby preventing the laser from concentrating only near the focal point. For this reason, according to the method of the present invention, compared with the conventional method of forming an altered portion by concentrating energy near the focal point using a lens having a relatively large numerical aperture (for example, NA = 0.8 or more), A relatively long altered portion can be formed by one pulse irradiation. Therefore, it is possible to form a through hole only by one pulse irradiation and etching.
また、本発明の方法では、変質部の形成条件とエッチング条件を変更することによって、孔の大きさを簡単に変えることができる。また、本発明の方法では、高繰り返しパルスレーザのスポットを、ガルバノスキャナによって高速に移動させることによって、一度に多くの変質部を形成できる。そのため、本発明の方法では、多数の孔を短時間で形成できる。 In the method of the present invention, the size of the hole can be easily changed by changing the formation condition of the altered portion and the etching condition. Further, in the method of the present invention, many altered portions can be formed at a time by moving the spot of the high repetition pulse laser at a high speed by a galvano scanner. Therefore, in the method of the present invention, a large number of holes can be formed in a short time.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。ガラスを加工するための本発明の方法は、以下の工程を含む。工程（ｉ）では、波長λのレーザパルスをレンズで集光してガラスに照射することによって、ガラスのうちレーザパルスが照射された部分に変質部を形成する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. The inventive method for processing glass comprises the following steps. In the step (i), a laser pulse having a wavelength λ is condensed by a lens and irradiated to the glass, thereby forming an altered portion in a portion of the glass irradiated with the laser pulse.
レーザパルスのパルス幅は、１ｎｓ（ナノ秒）〜２００ｎｓの範囲にあり、好ましくは１ｎｓ〜１００ｎｓの範囲で、たとえば５ｎｓ〜５０ｎｓの範囲である。パルス幅を１ｎｓ未満にするには、高価な加工装置が必要になる。また、パルス幅が２００ｎｓより大きくなると、レーザパルスの尖頭値が低下してしまい、加工がうまくできないという問題が生じる。 The pulse width of the laser pulse is in the range of 1 ns (nanoseconds) to 200 ns, preferably in the range of 1 ns to 100 ns, for example, in the range of 5 ns to 50 ns. To make the pulse width less than 1 ns, an expensive processing device is required. Further, when the pulse width is larger than 200 ns, the peak value of the laser pulse is lowered, and there is a problem that processing cannot be performed well.
レーザパルスの波長は、５３５ｎｍ以下であり、好ましくは３６０ｎｍ以下であり、たとえば３５０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲である。後述するように、５３５ｎｍ以下の波長のレーザパルスは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波を用いることによって簡単に得られる。一方、レーザパルスの波長が５３５ｎｍよりも大きくなると、照射スポットが大きくなり、微小孔の作製が困難になるという問題、および熱の影響で照射スポットの周囲が割れやすくなるという問題が生じる。 The wavelength of the laser pulse is 535 nm or less, preferably 360 nm or less, for example in the range of 350 nm to 360 nm. As will be described later, a laser pulse having a wavelength of 535 nm or less can be easily obtained by using a harmonic of an Nd: YAG laser. On the other hand, when the wavelength of the laser pulse is larger than 535 nm, there are problems that the irradiation spot becomes large, making it difficult to produce micropores, and that the periphery of the irradiation spot is easily broken by the influence of heat.
レーザパルスのエネルギーは、ガラスの材質や、どのような変質層を形成するかに応じて好ましい値が選択される。一例では、５μＪ／パルス〜１００μＪ／パルスの範囲である。本発明の方法では、レーザパルスのエネルギーを増加させることによって、それに比例するように変質部の長さを長くすることが可能である。 A preferable value of the energy of the laser pulse is selected according to the material of the glass and what kind of deteriorated layer is formed. In one example, the range is 5 μJ / pulse to 100 μJ / pulse. In the method of the present invention, the length of the altered portion can be increased in proportion to the increase in the energy of the laser pulse.
波長λにおけるガラスの吸収係数は、１００ｃｍ-1以下であり、好ましくは０．１ｃｍ-1〜５０ｃｍ-1の範囲で、たとえば０．１ｃｍ-1〜２０ｃｍ-1の範囲である。吸収係数が１００ｃｍ-1よりも大きいと、レーザ光のエネルギーがガラスの表面近傍で吸収されてしまい、ガラス内部に変質部が形成されにくくなる。上記吸収係数を満たすガラスは、公知のガラスから選択することができ、たとえば、実施例で説明するようなガラスを用いることができる。ガラスの形状に限定はなく、たとえばガラス板が用いられる。なお、本発明の加工方法では、いわゆる感光性ガラスを用いる必要がなく、加工できるガラスの範囲が広い。すなわち、本発明の加工方法では、金や銀を実質的に含まないガラスを加工できる。 Absorption coefficient of the glass at the wavelength λ is at 100 cm -1 or less, preferably in the range of 0.1 cm -1 to 50 cm -1, such as in the range of 0.1 cm -1 to 20 cm -1. When the absorption coefficient is larger than 100 cm −1 , the energy of the laser beam is absorbed in the vicinity of the surface of the glass, and it becomes difficult to form an altered portion inside the glass. The glass satisfying the absorption coefficient can be selected from known glasses. For example, the glass described in the examples can be used. There is no limitation in the shape of glass, for example, a glass plate is used. In the processing method of the present invention, it is not necessary to use so-called photosensitive glass, and the range of glass that can be processed is wide. That is, in the processing method of the present invention, glass that does not substantially contain gold or silver can be processed.
レンズの焦点距離Ｌ（ｍｍ）は、たとえば５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲にあり、１００ｍｍ〜２００ｍｍの範囲から選択してもよい。 The focal length L (mm) of the lens is, for example, in the range of 50 mm to 500 mm, and may be selected from the range of 100 mm to 200 mm.
また、レーザパルスのビーム径Ｄ（ｍｍ）は、たとえば１ｍｍ〜４０ｍｍの範囲にあり、３ｍｍ〜２０ｍｍの範囲から選択してもよい。ここで、ビーム径Ｄは、レンズに入射する際のレーザパルスのビーム径であり、ビームの中心の強度に対して強度が［１／ｅ］倍となる範囲の直径を意味する。 The beam diameter D (mm) of the laser pulse is, for example, in the range of 1 mm to 40 mm, and may be selected from the range of 3 mm to 20 mm. Here, the beam diameter D is a beam diameter of a laser pulse when entering the lens, and means a diameter in a range where the intensity is [1 / e] times the intensity at the center of the beam.
本発明の加工方法では、焦点距離Ｌをビーム径Ｄで除した値、すなわち［Ｌ／Ｄ］の値が、７以上であり、好ましくは７以上４０以下であり、たとえば１０以上２０以下である。この値は、ガラスに照射されるレーザの集光性に関係する値であり、この値が小さいほど、レーザが局所的に集光され、均一で長い変質部の作製が困難になることを示す。この値が７未満であると、ビームウェスト近傍でレーザパワーが強くなりすぎてしまい、ガラス内部でクラックが発生しやすくなるという問題が生じる。 In the processing method of the present invention, the value obtained by dividing the focal length L by the beam diameter D, that is, the value of [L / D] is 7 or more, preferably 7 or more and 40 or less, for example, 10 or more and 20 or less. . This value is related to the light condensing property of the laser irradiated on the glass. The smaller this value is, the more the laser is focused locally, and the more difficult it is to produce a uniform and long altered portion. . If this value is less than 7, the laser power becomes too strong in the vicinity of the beam waist, causing a problem that cracks are likely to occur inside the glass.
本発明の加工方法の場合、レーザパルスの照射前にガラスに対して前処理すること、たとえば、レーザパルスの吸収を促進するような膜を形成することは不要である。ただし、本発明の効果が得られる限り、そのような処理を行ってもよい。 In the case of the processing method of the present invention, it is not necessary to pre-process the glass before the laser pulse irradiation, for example, to form a film that promotes absorption of the laser pulse. However, such a process may be performed as long as the effect of the present invention is obtained.
レーザパルスが照射された部分には、照射前のガラスとは異なる変質部が形成される。この変質部は、通常、光学顕微鏡を用いた観察によって他の部分と見分けることが可能である。 In the portion irradiated with the laser pulse, an altered portion different from the glass before irradiation is formed. This altered portion can usually be distinguished from other portions by observation using an optical microscope.
フェムト秒レーザを用いる従来の加工方法では、照射パルスが重なるようにレーザを深さ方向にスキャンしながら変質部を形成していた。これに対して、本発明の方法では、１度のパルス照射で変質部を形成することが可能である。ただし、照射パルスが重なるようにレーザパルスを照射してもよい。 In the conventional processing method using a femtosecond laser, the altered portion is formed while scanning the laser in the depth direction so that the irradiation pulses overlap. On the other hand, in the method of the present invention, it is possible to form an altered portion by one pulse irradiation. However, the laser pulses may be irradiated so that the irradiation pulses overlap.
工程（ｉ）では、通常、ガラスの内部にフォーカスされるようにレンズでレーザパルスを集光する。たとえばガラス板に貫通孔を形成する場合には、通常、ガラス板の厚さ方向の中央付近にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。なお、ガラス板の表面側のみを加工する場合には、通常、ガラス板の表面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。逆に、ガラス板の裏面側のみを加工する場合には、通常、ガラス板の裏面側にフォーカスされるようにレーザパルスを集光する。 In the step (i), the laser pulse is usually condensed with a lens so that it is focused inside the glass. For example, when a through-hole is formed in a glass plate, the laser pulse is usually focused so as to be focused near the center in the thickness direction of the glass plate. In the case where only the surface side of the glass plate is processed, the laser pulse is usually focused so as to be focused on the surface side of the glass plate. Conversely, when processing only the back side of the glass plate, the laser pulse is usually focused so as to be focused on the back side of the glass plate.
工程（ｉ）で形成される変質部の大きさは、レーザのビーム径Ｄ、レンズの焦点距離Ｌ、ガラスの吸収係数、レーザパルスのパワーなどによって変化する。本発明の加工方法によれば、たとえば、直径が１０μｍ以下で長さが１００μｍ以上の円柱状の変質部を形成することが可能である。 The size of the altered portion formed in the step (i) varies depending on the laser beam diameter D, the lens focal length L, the glass absorption coefficient, the laser pulse power, and the like. According to the processing method of the present invention, for example, it is possible to form a columnar altered portion having a diameter of 10 μm or less and a length of 100 μm or more.
工程（ｉ）で選択される条件の一例を、表１に示す。 An example of the conditions selected in step (i) is shown in Table 1.
次に、工程（ii）として、ガラスに対するエッチングレートよりも変質部に対するエッチングレートが大きいエッチング液を用いて変質部をエッチングする。このようなエッチング液としては、たとえばフッ酸、硫酸、塩酸、硝酸、またはそれらの混酸を用いることができる。フッ酸を用いた場合、変質部のエッチングが進みやすく、短時間に孔を形成できる。硫酸を用いた場合、変質部以外のガラスがエッチングされにくく、テーパ角の小さいストレートな孔を作製できる。 Next, as the step (ii), the altered portion is etched using an etchant having an etching rate for the altered portion larger than that for the glass. As such an etchant, for example, hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or a mixed acid thereof can be used. When hydrofluoric acid is used, etching of the altered portion is easy to proceed, and holes can be formed in a short time. When sulfuric acid is used, the glass other than the altered portion is difficult to be etched, and a straight hole having a small taper angle can be produced.
エッチング時間やエッチング液の温度は、変質層の形状や、目的とする加工形状に応じて選択される。なお、エッチング時のエッチング液の温度を高くすることによって、エッチング速度を高めることができる。また、エッチング条件によって、孔の直径を制御することが可能である。 The etching time and the temperature of the etching solution are selected according to the shape of the deteriorated layer and the target processing shape. Note that the etching rate can be increased by increasing the temperature of the etching solution during etching. In addition, the diameter of the hole can be controlled by the etching conditions.
変質部がガラス板の上面側にのみ露出するように形成された場合、エッチングによって、ガラス板の上面側のみに孔を形成できる。逆に、変質部がガラス板の裏面側にのみ露出するように形成された場合、エッチングによって、ガラス板の裏面側のみに孔を形成できる。また、変質部がガラス板の上面側および裏面側に露出するように形成された場合には、ガラス板の両側からエッチングを行うことによって、貫通孔を形成できる。なお、ガラス板の上面側または裏面側にエッチングを防止するための膜を形成し、一方のみからエッチングが起こるようにしてもよい。また、ガラス板の表面に露出しない変質部を形成し、次に、変質部が露出するようにガラス板を研磨してからエッチングを行ってもよい。変質部の形成条件およびエッチング条件を変化させることによって、円柱状の貫通孔、鼓形の貫通孔、円錐台状の貫通孔、円錐状の孔、円錐台状の孔、円柱状の孔といった様々な形状の孔を形成することが可能である。また、照射パルスをガラス表面と平行に重ならせることによって、溝を形成することも可能である。 When the altered portion is formed so as to be exposed only on the upper surface side of the glass plate, a hole can be formed only on the upper surface side of the glass plate by etching. Conversely, when the altered part is formed so as to be exposed only on the back side of the glass plate, a hole can be formed only on the back side of the glass plate by etching. Further, when the altered portion is formed so as to be exposed on the upper surface side and the back surface side of the glass plate, through holes can be formed by etching from both sides of the glass plate. In addition, a film for preventing etching may be formed on the upper surface side or the back surface side of the glass plate, and etching may be performed only from one side. Etching may be performed after forming an altered portion that is not exposed on the surface of the glass plate and then polishing the glass plate so that the altered portion is exposed. By changing the formation conditions and the etching conditions of the altered part, various types such as cylindrical through-holes, drum-shaped through-holes, frustoconical through-holes, conical holes, frustoconical holes, cylindrical holes, etc. It is possible to form holes of various shapes. It is also possible to form grooves by overlapping irradiation pulses in parallel with the glass surface.
本発明の加工方法でガラス板を加工する工程の４つの例を、図１〜図４に模式的に示す。第１の加工方法では、まず、図１（ａ）に示すように、レーザパルス１１の照射によって、ガラス板１２を貫通するように変質部１３を形成する。次に、ガラス板１２の両面からエッチングを行うことによって、鼓状の貫通孔１４を形成する。貫通孔１４は、２つの円錐台状の孔を連結したような形状を有する。
Four examples of the process which processes a glass plate with the processing method of this invention are typically shown in FIGS. In the first processing method, first, as shown in FIG. 1A, the altered
第２の加工方法では、まず、図２（ａ）に示すように、レーザパルス１１の照射によって、ガラス板１２を貫通するように変質部１３を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、ガラス板１２の片面を保護膜１５で覆う。次に、保護膜１５を形成していない面からエッチングを行うことによって、図２（ｃ）に示すように、ガラス板１２を貫通する円錐台状の貫通孔１４を形成する。次に、保護膜１５を除去することによって、図２（ｄ）に示すように、ガラス板１２の両面において貫通孔１４が表面に露出する。
In the second processing method, first, the altered
第３の加工方法では、まず、図３（ａ）に示すように、レーザパルス１１の照射によって、ガラス板１２の上面側に変質部１３を形成する。変質部１３は、ガラス板１２の上面からガラス板１２の内部にまで伸びるように形成される。次に、エッチングによって変質部１３を除去し、図３（ｂ）に示すように、円錐台状の孔１６を形成する。
In the third processing method, first, an altered
第４の加工方法では、まず、図４（ａ）に示すように、レーザパルス１１の照射によって、ガラス板１２の内部に変質部１３を形成する。次に、ガラス板１２の両面または片面を研磨することによって、ガラス板１２の両面または片面において変質部１３を露出させる。次に、露出した変質部１３をエッチングによって除去し、孔を形成する。図４（ｂ）および（ｃ）には、ガラス板１２の片面のみを研磨して変質部１３を露出させ、円錐台状の孔１６を形成した一例について示す。
In the fourth processing method, first, as shown in FIG. 4A, the altered
本発明の加工方法では、レーザパルスが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波または第３高調波または第４高調波であってもよい。Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波の波長は、５３２ｎｍ〜５３５ｎｍ近傍であり、第３高調波の波長は、３５５ｎｍ〜３５７ｎｍ近傍であり、第４高調波の波長は、２６６ｎｍ〜２６８ｎｍの近傍である。これらのレーザを用いることによって、ガラスを安価に加工できる。 In the processing method of the present invention, the laser pulse may be a second harmonic, a third harmonic, or a fourth harmonic of an Nd: YAG laser. The wavelength of the second harmonic of the Nd: YAG laser is in the vicinity of 532 nm to 535 nm, the wavelength of the third harmonic is in the vicinity of 355 nm to 357 nm, and the wavelength of the fourth harmonic is in the vicinity of 266 nm to 268 nm. . By using these lasers, glass can be processed at low cost.
本発明に用いられるレーザ加工装置は、上述したレーザパルスを出射するレーザ装置と、レーザパルスを集光する上述したレンズを備える。これらは、公知の部材を組み合わせることによって形成できる。 The laser processing apparatus used in the present invention includes the above-described laser device that emits the laser pulse and the above-described lens that condenses the laser pulse. These can be formed by combining known members.
以下、本発明について例を挙げて詳細に説明する。 Hereinafter, an example is given and the present invention is explained in detail.
［実施例１］
以下に、チタン含有シリケートガラスからなるガラス板（厚さ：０．３ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：８ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Example 1]
Hereinafter, an example in which a glass plate made of titanium-containing silicate glass (thickness: 0.3 mm, absorption coefficient at 355 nm: 8 cm −1 ) is described. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（LightWave社製２１０Ｓ−ＵＶ）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数１０ｋＨｚ）を使用した。レーザ装置より出射されたレーザパルス（パルス幅９ｎｓ、パワー３７０ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで３６倍に広げ、これを直径１４ｍｍのアパーチャーで切り取り、焦点距離１６０ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は１４ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．１５ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、４００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 As the laser, a high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 10 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (210S-UV manufactured by LightWave) was used. The laser pulse emitted from the laser device (pulse width 9 ns, power 370 mW, beam diameter 1 mm) is expanded 36 times with a beam expander, cut out with an aperture with a diameter of 14 mm, and the inside of the glass plate with an fθ lens with a focal length of 160 mm Was condensed. The beam diameter when entering the lens was 14 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.15 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 400 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光照射後、ガラス板の上面（レーザ光入射側）および裏面のどちらにも、直径３μｍ、高さ１μｍ程度の凸部が等間隔に形成されていた。また、レーザ光が照射された部分のガラスには、他の部分とは異なる変質部が形成されていた。変質部がどのように変質されているかは明確ではないが、他の部分とは光学的に明らかに異なっていた。この変質部の断面を光学顕微鏡で観察したところ、変質部は太さがほとんど変わらない円柱状に形成されており、ガラス板の上面から裏面まで到達していた。 After laser light irradiation, convex portions having a diameter of about 3 μm and a height of about 1 μm were formed at equal intervals on both the upper surface (laser light incident side) and the back surface of the glass plate. In addition, an altered portion different from other portions was formed in the portion of the glass irradiated with the laser light. It is not clear how the altered part has been altered, but it was clearly optically different from the other parts. When the cross section of the altered portion was observed with an optical microscope, the altered portion was formed in a columnar shape with almost no change in thickness, and reached from the upper surface to the back surface of the glass plate.
次に、ガラス板の上面から１０μｍの深さまで、ガラス板を研磨した。研磨は、酸化セリウム粉末を用いて行った。この研磨によって、ガラス板の上面側の変質部の直径のばらつきが、より少なくなった。なお、この研磨工程は省略してもよい。 Next, the glass plate was polished from the upper surface of the glass plate to a depth of 10 μm. Polishing was performed using cerium oxide powder. By this polishing, the variation in the diameter of the altered portion on the upper surface side of the glass plate was further reduced. This polishing step may be omitted.
次に、エッチング工程において裏面側からのみエッチングされるようにするため、ガラス板の上面側にシリテクト−II（TrylanerInternational社製）を塗布して保護した。 Next, in order to etch only from the back surface side in the etching step, Protect II (manufactured by Trylaner International) was applied and protected on the upper surface side of the glass plate.
次に、室温（約２０℃）の２．３％フッ酸にガラス板を１０分間浸漬することによって、ガラス板の裏面側をエッチングした。エッチングは、フッ酸に３８ｋＨｚの超音波を加えながら行った。 Next, the back side of the glass plate was etched by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at room temperature (about 20 ° C.) for 10 minutes. Etching was performed while applying ultrasonic waves of 38 kHz to hydrofluoric acid.
変質部がエッチングされることによって、上面側の直径が２０μｍで裏面側の直径が５５μｍ程度であるテーパを有する円錐台状の貫通孔が形成された。また、エッチングによって基板が２５μｍ程度薄くなった。基板のエッチング量（薄くなった量）は、表面の一部にシリテクト−IIを塗ったモニタ用のチタン含有シリケートガラスを用いて測定した。具体的には、モニタ用のガラスを上述した条件でエッチングした後にシリテクト−IIを除去し、シリテクト−IIによって保護された部分と保護されていない部分との段差を測定することによって、エッチング量を求めた。以下の実施例においても、それぞれのガラス板について、同様の方法でエッチング量を測定した。 By etching the altered portion, a truncated cone-shaped through-hole having a taper with a diameter on the upper surface side of 20 μm and a diameter on the rear surface side of about 55 μm was formed. Further, the substrate was thinned by about 25 μm by etching. The etching amount (thinning amount) of the substrate was measured using a titanium-containing silicate glass for monitoring, in which a part of the surface was coated with silicate II. Specifically, after etching the monitor glass under the above-mentioned conditions, the Protect-II is removed, and the amount of etching is measured by measuring the level difference between the portion protected by the Protect-II and the portion not protected. Asked. Also in the following examples, the etching amount was measured for each glass plate by the same method.
なお、超音波を印加してエッチングを行った場合には１０分以下で貫通孔が形成されたが、超音波を印加しないでエッチングを行った場合には貫通孔が形成されるまでに６０分程度を要した。 In addition, when etching was performed by applying an ultrasonic wave, a through hole was formed in 10 minutes or less. However, when etching was performed without applying an ultrasonic wave, 60 minutes were passed until the through hole was formed. It took a degree.
［実施例２］
以下に、ソーダライムガラスからなるガラス板（厚さ：０．４１ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：０．３ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Example 2]
An example in which a glass plate made of soda lime glass (thickness: 0.41 mm, absorption coefficient at 355 nm: 0.3 cm −1 ) is described below. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（PhotonicsIndustries社製）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数２０ｋＨｚ）を使用した。レーザ装置から出射されたレーザパルス（パルス幅２４ｎｓ、パワー４５０ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）をビームエキスパンダーで６倍に広げ、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は６ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．２０ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、１０００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 A high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 20 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (manufactured by Photonics Industries) was used as the laser. A laser pulse (pulse width 24 ns, power 450 mW, beam diameter 1 mm) emitted from the laser device was expanded 6 times by a beam expander, and condensed inside the glass plate by an fθ lens having a focal length of 100 mm. The beam diameter when entering the lens was 6 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.20 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 1000 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光の照射によって、ガラス板の上面（レーザ光入射側）には、直径２μｍ程度の凹部が等間隔に形成された。また、レーザ光が照射された部分のガラスには、他の部分とは異なる変質部が形成されていた。変質部は、長さが２５０μｍ程度で太さがほとんど変わらない円柱状に形成されていた。この変質部は、裏面には達していなかった。 By the laser light irradiation, concave portions having a diameter of about 2 μm were formed at equal intervals on the upper surface (laser light incident side) of the glass plate. In addition, an altered portion different from other portions was formed in the portion of the glass irradiated with the laser light. The altered portion was formed in a columnar shape having a length of about 250 μm and a thickness almost unchanged. This altered portion did not reach the back surface.
次に、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、３０℃の２．３％フッ酸にガラス板を２５分間浸漬してエッチングを行った。続いて、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、室温の２．３％フッ酸に１０分間ガラス板を浸漬してエッチングを行った。エッチングによって、ガラス板の上面および裏面が、それぞれ１５μｍ程度薄くなった。また、エッチングによって、ガラス板の上面側に、表面から徐々に径が小さくなるようなテーパを有する、円錐状の孔が形成された。この孔は、深さが２５０μｍ程度で、ガラス板の表面における直径が３０μｍ程度であった。 Next, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at 30 ° C. for 25 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. Subsequently, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at room temperature for 10 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. By etching, the upper surface and the rear surface of the glass plate were each reduced by about 15 μm. Moreover, the conical hole which has a taper from which the diameter becomes small gradually from the surface was formed in the upper surface side of the glass plate by the etching. The hole had a depth of about 250 μm and a diameter on the surface of the glass plate of about 30 μm.
次に、エッチング後のガラス板に対して、さらに、２．３％フッ酸で３８ｋＨｚの超音波を印加して室温で２０分間エッチングを行った。その結果、基板の上面と裏面とが、さらに５μｍ程度薄くなった。エッチング後の孔の深さは２５０μｍ程度であり、エッチング前と変わらなかった。エッチング後の孔の形状は、表面の直径が４５μｍ程度で深さ方向に直径があまり変化しない円錐台状の形状になった。 Next, the etched glass plate was further etched at room temperature for 20 minutes by applying an ultrasonic wave of 38 kHz with 2.3% hydrofluoric acid. As a result, the upper surface and the back surface of the substrate were further reduced by about 5 μm. The depth of the hole after the etching was about 250 μm, which was the same as that before the etching. The shape of the hole after etching was a truncated cone shape with a surface diameter of about 45 μm and a diameter that did not change much in the depth direction.
［実施例３］
以下に、チタン含有シリケートガラスからなるガラス板（厚さ：０．３ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：８ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Example 3]
Hereinafter, an example in which a glass plate made of titanium-containing silicate glass (thickness: 0.3 mm, absorption coefficient at 355 nm: 8 cm −1 ) is described. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（PhotonicsIndustries社製）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数２０ｋＨｚ）を使用した。レーザ装置から出射されたレーザパルス（パルス幅２４ｎｓ、パワー８００ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで６倍に広げ、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は６ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．１５ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光は、１０００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 A high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 20 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (manufactured by Photonics Industries) was used as the laser. A laser pulse (pulse width 24 ns, power 800 mW, beam diameter 1 mm) emitted from the laser device was expanded 6 times with a beam expander and condensed inside the glass plate with an fθ lens having a focal length of 100 mm. The beam diameter when entering the lens was 6 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.15 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 1000 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光の照射によって、ガラスの上面（レーザ光入射側）には、直径９μｍで深さ１μｍ程度の凹部が等間隔に形成された。裏面には、直径１μｍ程度の凹部が形成されていた。また、レーザ光が照射された部分には、他の部分とは異なる変質部が形成されていた。変質部は、太さがほとんど変わらない円柱状に形成されており、ガラス板の上面から裏面にまで到達していた。 By laser light irradiation, concave portions having a diameter of 9 μm and a depth of about 1 μm were formed at equal intervals on the upper surface (laser light incident side) of the glass. On the back surface, a recess having a diameter of about 1 μm was formed. In addition, an altered portion different from other portions was formed in the portion irradiated with the laser beam. The altered portion is formed in a columnar shape whose thickness is hardly changed, and has reached the back surface from the upper surface of the glass plate.
次に、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、３０℃の２．３％フッ酸にガラス板を５分間浸漬してエッチングを行った。続いて、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、室温の２．３％フッ酸にガラス板を１５分間浸漬してエッチングを行った。エッチングによって、ガラス板の上面および裏面が、それぞれ４０μｍ程度薄くなった。また、変質部がエッチングされることによって、表面直径が６０μｍ程度で、裏面直径が約５０μｍ程度で、ガラス板の中央部付近で直径が小さくなる鼓型の貫通孔が形成された。この貫通孔は、裏面から約５０μｍのところで最も細くなっていた。 Next, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at 30 ° C. for 5 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. Subsequently, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at room temperature for 15 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. By etching, the upper surface and the rear surface of the glass plate were each thinned by about 40 μm. Further, the altered portion was etched to form a drum-shaped through hole having a surface diameter of about 60 μm, a back surface diameter of about 50 μm, and a small diameter near the center of the glass plate. This through-hole was thinnest at about 50 μm from the back surface.
［実施例４］
以下に、パイレックス（登録商標）からなるガラス板（厚さ：０．７ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：０．１ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Example 4]
An example of processing a glass plate (thickness: 0.7 mm, absorption coefficient at 355 nm: 0.1 cm −1 ) made of Pyrex (registered trademark) will be described below. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（PhotonicsIndustries社製）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数２０ｋＨｚ）を用いた。レーザ装置から出射されたレーザパルス（パルス幅２４ｎｓ、パワー８００ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで６倍に広げ、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は６ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．３５ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、１０００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 A high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 20 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (manufactured by Photonics Industries) was used as the laser. A laser pulse (pulse width 24 ns, power 800 mW, beam diameter 1 mm) emitted from the laser device was expanded 6 times with a beam expander and condensed inside the glass plate with an fθ lens having a focal length of 100 mm. The beam diameter when entering the lens was 6 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.35 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 1000 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光の照射によるガラス板の表面の変形は観察されなかった。また、レーザ光が照射された部分には、他の部分とは異なる変質部が形成されていた。変質部は、太さがほとんど変わらない円柱状に形成されていた。この変質部は長さが２００μｍであり、ガラス板の上面から深さが２００μｍの位置から深さが４００μｍの位置まで形成されていた。 No deformation of the surface of the glass plate due to laser light irradiation was observed. In addition, an altered portion different from other portions was formed in the portion irradiated with the laser beam. The altered portion was formed in a cylindrical shape whose thickness hardly changed. This altered part has a length of 200 μm, and was formed from the position of the depth of 200 μm to the position of the depth of 400 μm from the upper surface of the glass plate.
次に、エッチング後のガラス板の上面から約２１０μｍの深さまで、平板研削および酸化セリウム粉末を用いた研磨で除去し、変質部を露出させた。表面に露出した変質部の直径は約３μｍであり、変質部の周囲にはクラックが観察された。 Next, from the upper surface of the etched glass plate to a depth of about 210 μm, it was removed by flat grinding and polishing using cerium oxide powder to expose the altered portion. The diameter of the altered portion exposed on the surface was about 3 μm, and cracks were observed around the altered portion.
次に、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、室温で２．３％フッ酸にガラス板を４０分間浸漬してエッチングを行った。エッチングによって、ガラス板の上面および裏面が、それぞれ２μｍ程度薄くなった。また、変質部がエッチングされることによって、ガラス板の上面側に、深さ２００μｍ程度の孔が形成された。この孔の形状は、ガラス板上面における直径が３０μｍ程度で、底にいくほど細くなるテーパ形状であった。しかし、他の実施例では孔の表面形状が円形であったのに対し、実施例４では、孔の周囲のクラックが進展して孔の表面形状が星型のようになった。 Next, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at room temperature for 40 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. By etching, the upper surface and the rear surface of the glass plate were each thinned by about 2 μm. In addition, by etching the altered portion, a hole having a depth of about 200 μm was formed on the upper surface side of the glass plate. The shape of the hole was a tapered shape having a diameter on the upper surface of the glass plate of about 30 μm and becoming thinner toward the bottom. However, in the other examples, the surface shape of the hole was circular, whereas in Example 4, the cracks around the hole progressed and the surface shape of the hole became a star shape.
［実施例５］
以下に、チタン含有シリケートガラスからなるガラス板（厚さ：０．３ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：８ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Example 5]
Hereinafter, an example in which a glass plate made of titanium-containing silicate glass (thickness: 0.3 mm, absorption coefficient at 355 nm: 8 cm −1 ) is described. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（LightWave社製２１０Ｓ−ＵＶ）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数１０ｋＨｚ）を使用した。レーザ装置より出射されたレーザパルス（パルス幅９ｎｓ、パワー２００ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで３６倍に広げ、これを直径１４ｍｍのアパーチャーで切り取り、焦点距離１６０ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は１４ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．１５ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、４００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 As the laser, a high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 10 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (210S-UV manufactured by LightWave) was used. The laser pulse emitted from the laser device (pulse width 9 ns, power 200 mW, beam diameter 1 mm) is expanded 36 times with a beam expander, cut out with an aperture with a diameter of 14 mm, and the inside of the glass plate with an fθ lens with a focal length of 160 mm. Was condensed. The beam diameter when entering the lens was 14 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.15 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 400 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光照射後、ガラス板の上面（レーザ光入射側）には、直径２μｍ、高さ１μｍ程度の凸部が等間隔に形成されていた。また、レーザ光が照射された部分には、他の部分とは異なる変質部が形成されていた。変質部は、長さが２００μｍ程度で太さがほとんど変わらない円柱状に形成されていた。この変質部は、裏面には達していなかった。 After laser light irradiation, convex portions having a diameter of about 2 μm and a height of about 1 μm were formed at equal intervals on the upper surface (laser light incident side) of the glass plate. In addition, an altered portion different from other portions was formed in the portion irradiated with the laser beam. The altered portion was formed in a columnar shape having a length of about 200 μm and a thickness that hardly changed. This altered portion did not reach the back surface.
次に、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら、室温の１０％硫酸にガラス板を７０分間浸漬してエッチングを行った。エッチングによって、ガラス板の上面および裏面が、それぞれ１μｍ程度薄くなった。また、変質部がエッチングされることによって、表面直径が４μｍ程度で深さが４０μｍ程度で、直径がほとんど変わらないほぼ垂直の孔が形成された。エッチング後のガラス板を、さらに、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら室温の１０％硫酸で１４０分間エッチングすると、ガラス板の上面および裏面がそれぞれ３μｍ程度薄くなった。また、変質部がエッチングされることによって、表面直径が９μｍ程度で深さが８５μｍ程度で、直径がほとんど変わらないほぼ垂直の孔が形成された。 Next, etching was performed by immersing the glass plate in 10% sulfuric acid at room temperature for 70 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz. By etching, the upper surface and the back surface of the glass plate were each thinned by about 1 μm. Further, by etching the altered portion, a substantially vertical hole having a surface diameter of about 4 μm and a depth of about 40 μm and almost the same diameter was formed. When the etched glass plate was further etched with 10% sulfuric acid at room temperature for 140 minutes while applying an ultrasonic wave of 38 kHz, the upper surface and the back surface of the glass plate were each thinned by about 3 μm. Further, by etching the altered portion, a substantially vertical hole having a surface diameter of about 9 μm and a depth of about 85 μm and almost the same diameter was formed.
エッチング後のガラス断面の光学顕微鏡写真を図５に示す。図５の写真では、ガラス板の上面に２本の垂直な孔が形成されている。 An optical micrograph of the cross section of the glass after etching is shown in FIG. In the photograph of FIG. 5, two vertical holes are formed on the upper surface of the glass plate.
［比較例１］
以下に、チタン含有シリケートガラス（厚さ：０．５７ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：１０４ｃｍ-1）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Comparative Example 1]
Hereinafter, an example in which a titanium-containing silicate glass (thickness: 0.57 mm, absorption coefficient at 355 nm: 104 cm −1 ) is processed will be described. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（PhotonicsIndustries社製）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数２０ｋＨｚ）を用いた。レーザ装置から出射されたレーザパルス（パルス幅２４ｎｓ、パワー８００ｍＷ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで６倍に広げ、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は６ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．２８ｍｍだけ離れた位置にレーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、１０００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 A high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 20 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (manufactured by Photonics Industries) was used as the laser. A laser pulse (pulse width 24 ns, power 800 mW, beam diameter 1 mm) emitted from the laser device was expanded 6 times with a beam expander and condensed inside the glass plate with an fθ lens having a focal length of 100 mm. The beam diameter when entering the lens was 6 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.28 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 1000 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光の照射によって、ガラス板の上面には、直径１１μｍ程度の凹部が等間隔に形成された。しかし、実施例で観察されたような変質部は形成されなかった。 By irradiation with laser light, concave portions having a diameter of about 11 μm were formed at equal intervals on the upper surface of the glass plate. However, the altered portion as observed in the examples was not formed.
次に、３８ｋＨｚの超音波を印加しながら室温の２．３％フッ酸にガラス板を５分間浸漬してエッチングを行った。エッチングによって表面の加工痕が少し大きくなったが、それ以外の変化は観察されなかった。比較例１のガラスのエッチングレートは０．５μｍ／ｍｉｎ程度であった。 Next, etching was performed by immersing the glass plate in 2.3% hydrofluoric acid at room temperature for 5 minutes while applying a 38 kHz ultrasonic wave. Etching slightly increased the processing marks on the surface, but no other changes were observed. The etching rate of the glass of Comparative Example 1 was about 0.5 μm / min.
［比較例２］
以下に、合成石英（厚さ：１．０７ｍｍ、３５５ｎｍにおける吸収係数：０．１ｃｍ-1未満）を加工した一例について説明する。このガラスの成分比率を表２に示す。
[Comparative Example 2]
Hereinafter, an example in which synthetic quartz (thickness: 1.07 mm, absorption coefficient at 355 nm: less than 0.1 cm −1 ) is processed will be described. The component ratio of this glass is shown in Table 2.
レーザには、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置（PhotonicsIndustries社製）から出射される高繰り返しパルスレーザ（波長３５５ｎｍ、繰返し周波数２０ｋＨｚ）を用いた。レーザ装置から出射されたレーザパルス（パルス幅２４ｎｓ、パワー３．６Ｗ、ビーム径１ｍｍ）を、ビームエキスパンダーで６倍に広げ、焦点距離１００ｍｍのｆθレンズでガラス板の内部に集光させた。レンズに入射する際のビーム径は６ｍｍであった。このとき、ガラス板の上面から物理長で０．５３ｍｍだけ離れた位置に、レーザ光を集光させた。照射パルスが重ならないように、レーザ光を、１０００ｍｍ／ｓの速度でスキャンした。 A high repetition pulse laser (wavelength 355 nm, repetition frequency 20 kHz) emitted from an Nd: YAG laser device (manufactured by Photonics Industries) was used as the laser. A laser pulse (pulse width 24 ns, power 3.6 W, beam diameter 1 mm) emitted from the laser device was expanded 6 times with a beam expander, and condensed inside the glass plate with an fθ lens having a focal length of 100 mm. The beam diameter when entering the lens was 6 mm. At this time, the laser beam was condensed at a position separated by 0.53 mm in physical length from the upper surface of the glass plate. The laser beam was scanned at a speed of 1000 mm / s so that the irradiation pulses did not overlap.
レーザ光の照射によって、ガラス上面の所々に割れが生じた。しかし、実施例で観察されたような変質部は形成されなかった。 Cracks occurred in places on the upper surface of the glass by the laser light irradiation. However, the altered portion as observed in the examples was not formed.
本発明の加工方法によれば、様々なガラスに微細な孔を簡単に形成できる。この加工方法は、配線用の基板、エマルジョン作製用の貫通孔を含むフィルター、インクジェットプリンタのプリンタヘッド、光ファイバのアライメント用冶具などの形成に利用できる。 According to the processing method of the present invention, fine holes can be easily formed in various glasses. This processing method can be used for forming a wiring board, a filter including a through-hole for producing an emulsion, a printer head of an ink jet printer, an optical fiber alignment jig, and the like.
１１ レーザパルス
１２ ガラス板
１３ 変質部
１４ 貫通孔
１５ 保護膜
１６ 孔
DESCRIPTION OF
Claims (4)
（ii）前記ガラスに対するエッチングレートよりも前記変質部に対するエッチングレートが大きいエッチング液を用いて前記変質部をエッチングする工程とを含み、
前記レーザパルスのパルス幅が１ｎｓ〜２００ｎｓの範囲にあり、
前記波長λが５３５ｎｍ以下であり、
前記波長λにおける前記ガラスの吸収係数が１００ｃｍ-1以下であり、
前記レンズの焦点距離Ｌ（ｍｍ）を、前記レンズに入射する際の前記レーザパルスのビーム径Ｄ（ｍｍ）で除した値が７以上である、ガラスの加工方法。 (I) a step of forming an altered portion in a portion of the glass irradiated with the laser pulse by condensing the laser pulse of wavelength λ with a lens and irradiating the glass;
(Ii) etching the altered portion using an etchant having an etching rate for the altered portion larger than that for the glass.
The pulse width of the laser pulse is in the range of 1 ns to 200 ns,
The wavelength λ is 535 nm or less;
The absorption coefficient of the glass at the wavelength λ is 100 cm −1 or less,
A glass processing method, wherein a value obtained by dividing a focal length L (mm) of the lens by a beam diameter D (mm) of the laser pulse when entering the lens is 7 or more.
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