JP2017186240A - ガラス基板の製造方法、ガラス基板に孔を形成する方法、およびガラス基板に孔を形成する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックの発生を有意に抑制することが可能な、孔を有するガラス基板の製造方法を提供する。【解決手段】深さｄ（μｍ）以上の孔を有するガラス基板の製造方法であって、ＣＯ２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に孔を形成する工程を有し、前記レーザビームは、集光レンズで集光されてから前記ガラス基板に照射され、前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ０およびＳとしたとき、Ｐｄ＝Ｐ０／Ｓで表されるパワー密度Ｐｄ（Ｗ／ｃｍ２）は、６００Ｗ／ｃｍ２以下であり、前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、ｔ≧１０×ｄ／（Ｐｄ）１／２を満たす、製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板の製造方法、ガラス基板に孔を形成する方法、およびガラス基板に孔を形成する装置に関する。

従来より、レーザ発振器からのレーザビームをガラス基板に照射することにより、ガラス基板に微細な孔を形成する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、パルスＣＯ_２レーザ発振器、および集光レンズを含む各種光学系を備えるガラス微細穴加工用レーザ加工機が記載されている。

特開２０１３−２４１３０１号

前述の特許文献１に記載のガラス微細穴加工用レーザ加工機では、パルスＣＯ_２レーザ発振器から放射されるパルス状のＣＯ_２レーザビームがガラス基板に照射される。ＣＯ_２レーザビームの照射により、ガラス基板が局所的に加熱され、照射位置に微細な孔が形成される。

ここで、このような従来の孔加工技術では、孔加工中または孔加工後に、ガラス基板にクラックが生じる場合がある。そのため、実際に孔加工を行う際には、ＣＯ_２レーザビームの照射時間（すなわちＣＯ_２レーザビームのパルス幅）ができるだけ短くなるように調整される。

ただし、ＣＯ_２レーザビームの照射時間を短くすると、今度はガラス基板に十分に深い孔を形成することは難しくなる。そのため、深い孔を形成する必要がある場合、パルス状のＣＯ_２レーザビームのピークパワーをなるべく大きくしなければならない。

しかしながら、ＣＯ_２レーザビームのピークパワーを大きくすると、今度は照射の際にガラス基板に加わる衝撃が大きくなるため、結局、ガラス基板にクラックが生じてしまう結果となる。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、所望の深さの孔を有するガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、ガラス基板に所望の深さの孔を形成する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、ガラス基板に所望の深さの孔を形成する装置を提供することを目的とする。

本発明では、深さｄ（μｍ）以上の孔を有するガラス基板の製造方法であって、
ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に孔を形成する工程
を有し、
前記レーザビームは、集光レンズで集光されてから前記ガラス基板に照射され、
前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式

Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式

で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、

ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式

を満たす、製造方法が提供される。

また、本発明では、ガラス基板に深さｄ（μｍ）以上の孔を形成する方法であって、
ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に孔を形成する工程
を有し、
前記レーザビームは、集光レンズで集光されてから前記ガラス基板に照射され、
前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式

Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式

で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、
ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式

を満たす、方法が提供される。

さらに、本発明では、ガラス基板に深さｄ（μｍ）以上の孔を形成する装置であって、
レーザビームを発振するＣＯ_２レーザ発振器と、
前記レーザビームをガラス基板に集光する集光レンズと、
を有し、
前記レーザビームが照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間でガラス基板に照射されることにより、該ガラス基板に孔が形成され、
前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式

Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式

で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、
ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式

を満たす、装置が提供される。

本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、所望の深さの孔を有するガラス基板の製造方法を提供することができる。また、本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、ガラス基板に所望の深さの孔を形成する方法を提供することができる。さらに、本発明では、クラックの発生を有意に抑制することが可能な、ガラス基板に所望の深さの孔を形成する装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による孔形成装置の構成を概略的に示した図である。 連続波ＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビームの出力波形の一例を模式的に示した図である。 パルスＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビームの出力波形の一例を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

（本発明の一実施形態によるガラス基板の製造方法）
本発明の一実施形態では、所望の深さｄ（μｍ）以上の孔を有するガラス基板の製造方法（以下、「第１の製造方法」という）が提供される。

第１の製造方法は、
ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）以上の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に所望の深さｄ（μｍ）以上の孔を形成する工程
を有する。

以下、図１を参照して、第１の製造方法について詳しく説明する。

（孔形成装置）
図１には、第１の製造方法を実施する際に使用することができる孔形成装置（以下、「第１の孔形成装置」という）の構成を概略的に示す。

図１に示すように、第１の孔形成装置１００は、レーザ発振器１１０と、各種光学系と、ステージ１６０とを備える。

図１に示した例では、光学系は、レーザ発振器１１０側から順に、ビームエクスパンダー１２０、波長板１３０、アパーチャ１４０、および集光レンズ１５０と配置される。ただし、この光学系の配置は、単なる一例であって、集光レンズ１５０以外の光学部材は、省略されても良い。

レーザ発振器１１０は、ＣＯ_２レーザ発振器であり、ビームエクスパンダー１２０に向かって、ＣＯ_２レーザビーム１１３を照射することができる。

レーザ発振器１１０は、パルスＣＯ_２レーザ発振器であっても、連続波ＣＯ_２レーザ発振器であっても良い。前者の場合、レーザ発振器１１０から、パルス状のＣＯ_２レーザビームが放射され、後者の場合、レーザ発振器１１０から、連続波のＣＯ_２レーザビームが放射される。

ＣＯ_２レーザビーム（以下、単に「レーザビーム」と称する）１１３の波長は、例えば、９．２μｍ〜９．８μｍの範囲であっても良い。この段階におけるレーザビーム１１３の直径はφ_１であり、ビーム断面積はＳ_１である。

ビームエクスパンダー１２０は、レーザ発振器１１０から照射されたレーザビーム１１３を、所定の割合で拡大する役割を有する。例えば、図１に示した例では、ビームエクスパンダー１２０は、直径φ_１およびビーム断面積Ｓ_１の入射レーザビーム１１３を、直径φ_２およびビーム断面積Ｓ_２のレーザビーム１２３に拡大する。ここで、φ_１＜φ_２およびＳ_１＜Ｓ_２である。

拡大比率は、例えば、１．５倍〜４．０倍の範囲である。

波長板１３０は、ビームエクスパンダー１２０を介しレーザ発振器１１０の反対側に配置される。波長板１３０は、例えば、１／４波長板等で構成される。

波長板１３０は、レーザビーム１２３が直線偏光の場合、これを円偏光のレーザビームに変換することができる。以降、波長板１３０から出射されるレーザビームを、「レーザビーム１３３」と称する。なお、ガラス基板に照射されるレーザビームを円偏光にした場合、直線偏光のレーザビームが照射される場合に比べて、ガラス基板に形成される孔の品質（例えば、孔の鉛直性および真円度など）が向上する。

アパーチャ１４０は、波長板１３０を介しレーザ発振器の反対側に配置される。アパーチャ１４０は、入射されたレーザビーム１３３を、所定の形状に調整する役割を有する。

例えば、図１に示した例では、アパーチャ１４０は、直径φ_２およびビーム断面積Ｓ_２の入射レーザビーム１３３を、直径φ_３およびビーム断面積Ｓ_３のレーザビーム１４３に調整する。ここで、φ_３＜φ_２およびＳ_３＜Ｓ_２である。

集光レンズ１５０は、アパーチャ１４０を介しレーザ発振器の反対側に配置される。

図１に示すように、集光レンズ１５０は、入射されたレーザビーム１４３を、被加工部材、すなわちガラス基板１９０の所定の位置に集光する役割を有する。

ステージ１６０は、ガラス基板１９０を支持する役割を有する。ステージ１６０は、ＸＹ方向に移動可能なステージであっても良い。

なお、前述のように、ビームエクスパンダー１２０、波長板１３０、およびアパーチャ１４０のうち少なくとも一つの部材は、省略されても良い。

このような構成の第１の孔形成装置１００を用いて、ガラス基板１９０に孔を形成する場合、まず、ステージ１６０上に、ガラス基板１９０が載置される。

ガラス基板１９０は、相互に対向する第１の表面１９２および第２の表面１９４を有する。ガラス基板１９０は、第２の表面１９４の側がステージ１６０の側となるようにして、ステージ１６０上に配置される。

なお、ステージ１６０は、ガラス基板１９０を固定する手段を有しても良い。例えば、ステージ１６０は、吸引機構を有し、ガラス基板１９０は、ステージ１６０に吸引固定されても良い。そのようなステージ１６０を使用することにより、加工中のガラス基板１９０の位置ずれが抑制される。

次に、レーザ発振器１１０から、ビームエクスパンダー１２０に向かって、レーザビーム１１３が照射される。

ビームエクスパンダー１２０に照射されたレーザビーム１１３は、ここで拡大され、拡大レーザビーム１２３となり、この拡大レーザビーム１２３が波長板１３０に照射される。波長板１３０に照射された拡大レーザビーム１２３は、ここで円偏光に変換され、円偏光レーザビーム１３３が、アパーチャ１４０に照射される。アパーチャ１４０に照射された円偏光レーザビーム１３３は、ここで形状が調整され、レーザビーム１４３となる。

その後、アパーチャ１４０を通過したレーザビーム１４３は、集光レンズ１５０に照射される。レーザビーム１４３は、集光レンズ１５０で集束され、所望の形状を有する集束レーザビーム１５３となり、ガラス基板１９０の照射位置１９６に照射される。

集束レーザビーム１５３により、ガラス基板１９０の照射位置１９６およびその直下の部分の温度が上昇し、この領域に存在する物質が除去される。これにより、ガラス基板１９０の照射位置１９６に孔１９８が形成される。

なお、図１に示すように、ガラス基板１９０に形成される孔１９８は、貫通孔であっても良い。あるいは、孔１９８は、非貫通孔であっても良い。

その後、ステージ１６０をＸＹ平面上で移動させ、同様の操作を行うことにより、ガラス基板１９０に複数の孔１９８を形成することができる。

ここで、第１の製造方法は、集光レンズ１５０に入射する直前のレーザビーム１４３のパワーをＰ_０（Ｗ）とし、集光レンズ１５０に入射する直前のレーザビーム１４３のビーム面積をＳ_３としたとき、以下の（３）式

Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ_３ （３）式

で表されるレーザビーム１４３のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）が、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であるという特徴を有する。

パワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、３２０Ｗ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、１６０Ｗ／ｃｍ^２以下であることがより好ましく、８０Ｗ／ｃｍ^２以下であることが特に好ましい。また、パワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、孔加工を進めるために５Ｗ／ｃｍ^２以上が好ましく、１０Ｗ／ｃｍ^２以上がより好ましい。

また、第１の製造方法は、ガラス基板１９０に形成される孔の深さをｄ（μｍ）以上としたとき、集束レーザビーム１５３がガラス基板１９０に照射される時間、すなわち照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、

ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （４）式

を満たすという特徴を有する。ここで、Ｐ_ｄは、前述のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）である。

例えば、第１の製造方法では、ガラス基板１９０に深さｄ＝５０μｍ以上の孔を形成する場合、（４）式の右辺をｔ_ｍｉｎ（以下、「最小照射時間」という）とすると、深さｄ＝５０μｍ、パワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）＝６００Ｗ／ｃｍ^２として、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ≒２０μｓｅｃとなる。従って、この場合、集束レーザビーム１５３がガラス基板１９０に照射される時間ｔは、２０μｓｅｃ以上となるように選定される。

また、例えば、ガラス基板１９０に深さｄ＝１００μｍ以上の孔を形成する場合、深さｄ＝１００μｍ、パワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）＝６００Ｗ／ｃｍ^２として、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ≒４１μｓｅｃとなる。従って、この場合、集束レーザビーム１５３がガラス基板１９０に照射される時間ｔは、４１μｓｅｃ以上となるように選定される。

このように、第１の製造方法では、集光レンズ１５０に照射される直前のレーザビーム１４３のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）が、例えば６００Ｗ／ｃｍ^２以下まで、十分に抑制される。このため、ガラス基板１９０に照射される集束レーザビーム１５３による衝撃を十分に低減することができ、ガラス基板１９０にクラックが生じることを有意に抑制することができる。

また、この集束レーザビーム１５３は、ガラス基板１９０に十分に長い時間照射される。このため、パワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）が比較的小さくても、ガラス基板１９０に、所望の深さｄ以上の孔を形成することができる。

以上の効果により、第１の製造方法では、クラックの発生を有意に抑制した状態で、所望の深さｄ以上の深さを有する孔１９８を形成することが可能となる。

また、第１の製造方法では、パワー密度Ｐｄ（Ｗ／ｃｍ^２）を比較的小さくできるため、長い時間照射してもクラックの発生を防ぐことができるともいえる。

（レーザ発振器１１０）
前述のように、第１の孔形成装置は、ＣＯ_２レーザ発振器１１０を有し、このレーザ発振器１１０は、連続波ＣＯ_２レーザ発振器であっても、パルスＣＯ_２レーザ発振器であっても良い。

このうち、連続波ＣＯ_２レーザ発振器は、連続波のＣＯ_２レーザビームを発振することができる。

図２には、連続波ＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビームの出力波形の一例を模式的に示す。図２において、横軸は、時間Ｔ（ｓｅｃ）であり、縦軸は、レーザビームのパワーである。なお、縦軸は、レーザビームのパワーを該レーザビームのビーム断面積Ｓで除した、パワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で表している。ただし、縦軸をレーザビームのパワーで表しても、同様のことが言える。

図２に示すように、連続波ＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビーム２１２は、時間Ｔに対して実質的に変化しない、平坦な出力波形を有する。従って、レーザビーム２１２のパワー密度の時間平均、すなわち平均パワー密度（Ｐ_ａｖｅで表す）は、レーザビーム２１２のピークパワー密度（Ｐ_ｍａｘで表す）と実質的に等しくなる。

一方、パルスＣＯ_２レーザ発振器は、パルス状のＣＯ_２レーザビームを発振することができる。

図３には、パルスＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビームの出力波形の一例を模式的に示す。図３において、横軸および縦軸は、図２の場合と同様である。

図３に示すように、パルスＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビーム２１４は、パルス状の出力波形を有する。従って、レーザビーム２１４の平均パワー密度（Ｐ_ａｖｅで表す）は、レーザビーム２１４のピークパワー密度（Ｐ_ｍａｘで表す）とは異なる値となる。

このように、連続波ＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビーム２１２では、Ｐ_ａｖｅ＝Ｐ_ｍａｘとなるのに対して、パルスＣＯ_２レーザ発振器から発振されるレーザビーム２１４は、Ｐ_ａｖｅ≠Ｐ_ｍａｘとなるという特徴がある。

本願において、前述の（３）式で表されるレーザビーム１４３のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、出力波形の最大パワー、すなわちＰ_ｍａｘを意味することに留意する必要がある。従って、レーザ発振器１１０が連続波ＣＯ_２レーザ発振器の場合、レーザビーム１４３のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、その平均パワー密度と実質的に等しいが、レーザ発振器１１０がパルスＣＯ_２レーザ発振器の場合、レーザビーム１４３のパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、その平均パワー密度とは異なる値を表す。

また、前述の（４）式における照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、例えば、集束レーザビーム１５３が図２に示すような連続波を有する場合、集束レーザビーム１５３が実際にガラス基板１９０に照射された総時間を意味する。一方、集束レーザビーム１５３が図３に示すようなパルス状の出力波形を有する場合、照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、照射時間ｔがパルス幅よりも短いときは、集束レーザビーム１５３が実際にガラス基板１９０に照射された総時間を意味するが、照射時間ｔがパルス幅よりも長い場合は、パルス間の未発振時間も含んだ時間となる。

以上、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるガラス基板の製造方法、およびガラス基板に孔を形成する装置について説明した。ただし、上記記載は、単なる一例であって、本発明は、その他の形態で実施しても良い。例えば、本発明は、ガラス基板に非貫通孔を形成する方法にも適用することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の説明において、例１〜例６は、実施例であり、例７〜例１２は、比較例である。

（例１）
前述の図１に示したような第１の孔形成装置を用いて、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さ（貫通／未貫通）を評価した。孔の深さは、次のように評価した。所望の孔の深さｄを、ガラス基板の厚さに設定する。ガラス基板に形成された孔は、貫通していれば所望の深さｄが得られたと判定し、未貫通であれば所望の深さｄが得られなかったと判定した。

第１の孔形成装置において、レーザ発振器には、連続波ＣＯ_２レーザ発振器（ＤＩＡＭＯＮＤ−ＧＥＭ１００Ｌ−９．６：コヒレント社製）を使用した。この連続波ＣＯ_２レーザ発振器を用いて、ビーム直径φ_１＝３．５ｍｍの連続波ＣＯ_２レーザビームを発振させた。

この連続波ＣＯ_２レーザビームのビーム直径φ_１を、ビームエクスパンダーを用いて、３．５倍に拡大した（従って、ビーム直径φ_２＝３．５ｍｍ×３．５＝１２．２５ｍｍ）。また、波長板には、λ／４波長板を使用した。アパーチャには、該アパーチャを通過後に、レーザビームのビーム径φ_３が９ｍｍとなるものを使用した。

集光レンズには、焦点距離２５ｍｍの非球面レンズを使用した。なお、アパーチャと集光レンズの間において、レーザビームのピークパワー（＝平均パワー）は、５０Ｗであった。従って、この位置におけるレーザビームのパワー密度Ｐ_ｄは、約７９Ｗ／ｃｍ^２である。

ガラス基板には、５０ｍｍ×５０ｍｍの無アルカリガラスを使用した。ガラス基板の厚さは、１００μｍとした。したがって、例１では所望の孔の深さｄは１００μｍとなる。ガラス基板へのレーザビームの照射時間ｔは、１２０μｓｅｃとした。

ここで、例１では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約１１３μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

ガラス基板に形成する孔の数は、１０，０００個とした。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例２）
例１と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例２では、ガラス基板の厚さを３００μｍとした。したがって、所望の孔の深さｄは３００μｍとした。また、照射時間ｔは、３８０μｓｅｃとした。

ここで、例２では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約３３８μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例３）
例１と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例３では、アパーチャと集光レンズの間において、レーザビームのピークパワー（＝平均パワー）を、１００Ｗとした。従って、この位置におけるレーザビームのパワー密度Ｐ_ｄは、約１５７Ｗ／ｃｍ^２である。

また、照射時間ｔは、８０μｓｅｃとした。

ここで、例３では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約８０μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＝照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例４）
例３と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例４では、ガラス基板の厚さを３００μｍとした。したがって、所望の孔の深さｄは３００μｍとした。また、照射時間ｔは、２６０μｓｅｃとした。

ここで、例４では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約２３９μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例５）
例１と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例５では、レーザ発振器として、パルスＣＯ_２レーザ発振器（コヒレント社製）を使用した。このパルスＣＯ_２レーザ発振器を用いて、ビーム直径φ_１＝３．５ｍｍのパルスＣＯ_２レーザビームを発振させた。

また、アパーチャと集光レンズの間において、レーザビームの平均パワーを６７Ｗとし、レーザビームのピークパワーを２０１Ｗとした。従って、アパーチャと集光レンズの間におけるレーザビームのパワー密度Ｐ_ｄは、約３１６Ｗ／ｃｍ^２である。

また、照射時間ｔは、５６μｓｅｃとした。

ここで、例５では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約５６μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＝照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例６）
例５と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例６では、ガラス基板の厚さを３００μｍとした。したがって、所望の孔の深さｄは３００μｍとした。また、照射時間ｔは、１７０μｓｅｃとした。

ここで、例６では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約１６９μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

また、孔は貫通していた。

（例７）
例５と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例７では、アパーチャと集光レンズの間において、レーザビームの平均パワーを１３０Ｗとし、レーザビームのピークパワーを３９０Ｗとした。従って、アパーチャと集光レンズの間におけるレーザビームのパワー密度Ｐ_ｄは、約６１３Ｗ／ｃｍ^２である。

また、ガラス基板への照射時間ｔは、４１μｓｅｃとした。

ここで、例７では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約４０μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にクラックが生じていることが確認された。孔１０，０００個当たりのクラックの発生率は、２％であった。

孔は貫通していた。

（例８）
例７と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例８では、ガラス基板の厚さを３００μｍとした。したがって、所望の孔の深さｄは３００μｍとした。また、照射時間ｔは、１２２μｓｅｃとした。

ここで、例８では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約１２１μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にクラックが生じていることが確認された。孔１０，０００個当たりのクラックの発生率は、５％であった。

孔は貫通していた。

（例９）
例５と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例９では、アパーチャと集光レンズの間において、レーザビームの平均パワーを４００Ｗとし、レーザビームのピークパワーを１２００Ｗとした。従って、アパーチャと集光レンズの間におけるレーザビームのパワー密度Ｐ_ｄは、約１８８６Ｗ／ｃｍ^２である。

また、照射時間ｔは、２３μｓｅｃとした。

ここで、例９では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約２３μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＝照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にクラックが生じていることが確認された。孔１０，０００個当たりのクラックの発生率は、５０％であった。

孔は貫通していた。

（例１０）
例９と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

ただし、この例１０では、ガラス基板の厚さを３００μｍとした。したがって、所望の孔の深さは３００μｍとした。また、照射時間ｔは、７２μｓｅｃとした。

ここで、例１０では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約６９μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＜照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にクラックが生じていることが確認された。孔１０，０００個当たりのクラックの発生率は、８０％であった。

孔は貫通していた。

（例１１）
例１と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

照射時間ｔは、３０μｓｅｃとした。

ここで、例１１では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約１１３μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＞照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にはクラック等の異常は認められなかった。

ただし、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＞照射時間ｔであるため、所望の深さの孔が得られず、孔は未貫通であった。

（例１２）
例１０と同様の方法により、ガラス基板に孔を形成し、孔含有ガラス基板を製造した。また、得られたガラス基板において、クラックの有無および孔の深さを評価した。

照射時間ｔは、３５μｓｅｃとした。

ここで、例１２では、前述の（４）式の右辺に相当する最小照射時間ｔ_ｍｉｎは、約６９μｓｅｃとなる。従って、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＞照射時間ｔである。

孔形成後のガラス基板を観察した結果、ガラス基板にクラックが生じていることが確認された。孔１０，０００個当たりのクラックの発生率は、４０％であった。

また、最小照射時間ｔ_ｍｉｎ＞照射時間ｔであるため、所望の深さの孔が得られず、孔は未貫通であった。

以下の表１には、各例における孔含有ガラス基板の製造方法、および評価結果をまとめて示した。

表１に示すように、例１〜例６に示したような孔含有ガラス基板の製造方法を採用することにより、クラックの発生が有意に抑制され、所望の深さの孔が形成できることが確認された。

１００ 孔形成装置
１１０ レーザ発振器
１１３ レーザビーム
１２０ ビームエクスパンダー
１２３ レーザビーム
１３０ 波長板
１３３ レーザビーム
１４０ アパーチャ
１４３ レーザビーム
１５０ 集光レンズ
１５３ 集束レーザビーム
１６０ ステージ
１９０ ガラス基板
１９２ 第１の表面
１９４ 第２の表面
１９６ 照射位置
１９８ 貫通孔
２１２ レーザビーム
２１４ レーザビーム

Claims (16)

1. 深さｄ（μｍ）以上の孔を有するガラス基板の製造方法であって、
   ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に孔を形成する工程
   を有し、
   前記レーザビームは、集光レンズで集光されてから前記ガラス基板に照射され、
   前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式
   
   Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式
   
   で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
   前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、
   
   ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式
   
   を満たす、製造方法。
2. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、連続波ＣＯ_２レーザ発振器である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、パルスＣＯ_２レーザ発振器である、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームの波長は、９．２μｍ〜９．８μｍの範囲である、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記孔は貫通孔である、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の製造方法。
6. ガラス基板に、深さｄ（μｍ）以上の孔を形成する方法であって、
   ＣＯ_２レーザ発振器から発振されたレーザビームを、照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間で、ガラス基板に照射して、該ガラス基板に孔を形成する工程
   を有し、
   前記レーザビームは、集光レンズで集光されてから前記ガラス基板に照射され、
   前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式
   
   Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式
   
   で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
   前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、
   
   ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式
   
   を満たす、方法。
7. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、連続波ＣＯ_２レーザ発振器である、請求項６に記載の方法。
8. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、パルスＣＯ_２レーザ発振器である、請求項６に記載の方法。
9. 前記孔は貫通孔である、請求項６乃至８のいずれか一つに記載の方法。
10. ガラス基板に深さｄ（μｍ）以上の孔を形成する装置であって、
    レーザビームを発振するＣＯ_２レーザ発振器と、
    前記レーザビームをガラス基板に集光する集光レンズと、
    を有し、
    前記レーザビームが照射時間ｔ（μｓｅｃ）の時間でガラス基板に照射されることにより、該ガラス基板に孔が形成され、
    前記集光レンズに入射する直前の前記レーザビームのパワーおよびビーム断面積を、それぞれ、Ｐ_０およびＳとしたとき、以下の（１）式
    
    Ｐ_ｄ＝Ｐ_０／Ｓ （１）式
    
    で表されるパワー密度Ｐ_ｄ（Ｗ／ｃｍ^２）は、６００Ｗ／ｃｍ^２以下であり、
    前記照射時間ｔ（μｓｅｃ）は、
    
    ｔ≧１０×ｄ／（Ｐ_ｄ）^１／２ （２）式
    
    を満たす、装置。
11. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、連続波ＣＯ_２レーザ発振器である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記ＣＯ_２レーザ発振器は、パルスＣＯ_２レーザ発振器である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記レーザビームは、９．２μｍ〜９．８μｍの範囲の波長を有する、請求項１０乃至１２のいずれか一つに記載の装置。
14. さらに、前記ＣＯ_２レーザ発振器と前記集光レンズの間に、
    前記レーザビームのビーム断面積を調整するアパーチャを備える、請求項１０乃至１３のいずれか一つに記載の装置。
15. さらに、前記ＣＯ_２レーザ発振器と前記アパーチャの間にλ／４波長板を備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記孔は貫通孔である、請求項１０乃至１５のいずれか一つに記載の装置。

Images