JP2022519724A - パルスレーザビーム焦点レンズおよび蒸気エッチングを使用して透明なワークピースをレーザ加工するための方法 - Google Patents

Abstract

透明なワークピースを加工するための方法は、透明なワークピース内にパルスレーザビームを配向し、これにより、波長λ、スポットサイズｗ_ｏ、およびＦ_Ｄ（式（Ｉ）－式中、Ｆ_Ｄは、１０以上の値を含む無次元発散係数である）より大きいレイリー範囲Ｚ_Ｒを含む、透明なワークピース内へ配向されたパルスレーザビームの一部が、透明なワークピース内に誘導吸収を発生させることにより、透明なワークピース内にダメージラインを形成するステップを含む。さらに、透明なワークピースを加工するための方法は、透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、ダメージラインに沿って透明なワークピースの少なくとも一部を除去することにより、透明なワークピースの厚さの少なくとも一部を通って延びる開口を形成するステップを含む。

Description

関連出願

本願は、２０１９年２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／８０２９０５号の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書の依拠するところであって、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。

本明細書は、一般的には、透明なワークピースにビアを形成するため、とりわけ、レーザ加工および蒸気エッチング技術を使用して透明なワークピースにビアを形成するための装置および方法に関する。

透明なワークピースは、後続の加工のためまたは製品の機能性のための開口を有する種々な用途のために構造化される必要がある。従来、レーザを使用して、ワークピースに直接に開口をドリル加工することができるが、このプロセスは遅く、形状サイズが制限される。他の従来技術として、湿式エッチングプロセスが利用されることもある。しかしながら、エッチャントが小さな直径のビアおよび／または開口に浸透する能力によって、ビアおよび／または開口の形状が円筒ではなく狭いウエストを有する結果となることがある。

したがって、透明なワークピースにビアおよび／または開口を形成するための代替法が必要とされている。

種々の態様によれば、透明なワークピースを加工するための方法が、光学系により透明なワークピース内へパルスレーザビームを配向し、これにより、波長λ；スポットサイズｗ_ｏ；およびレイリー範囲Ｚ_Ｒであって、

より大きく、式中、Ｆ_Ｄは１０以上の値を含む無次元発散係数である、レイリー範囲Ｚ_Ｒを含む、透明なワークピース内へ配向されたパルスレーザビームの一部が、透明なワークピース内に誘導吸収を発生させることにより、透明なワークピースの第１の表面から透明なワークピースの厚さの少なくとも一部を通って延びる透明なワークピース内のダメージラインを形成するステップを含む。透明なワークピースを加工するための方法はさらに、
透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、ダメージラインに沿って透明なワークピースの少なくとも一部を除去することにより、透明なワークピースの少なくとも一部を通って延びる開口を形成するステップを含む。

別の態様は、開口が、透明なワークピースの厚さにわたって３０％以下で変化する開口直径を含む、上記態様記載の方法を含む。

別の態様は、開口直径が、約２０μｍ未満である、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、複数の開口の平均直径に対するガラス基板の平均厚さのアスペクト比が、２０：１以上である、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

種々の態様によれば、透明なワークピースを加工するための方法が、光学系により透明なワークピース内へパルスレーザビームを配向し、これにより、波長λ；スポットサイズｗ_ｏ；およびレイリー範囲Ｚ_Ｒであって、

より大きく、式中、Ｆ_Ｄは１０以上の値を含む無次元発散係数である、レイリー範囲Ｚ_Ｒを含む、透明なワークピース内へ配向されたパルスレーザビームの一部が、透明なワークピース内に欠陥を生じさせる誘導吸収を透明なワークピース内に発生させるステップを含む。方法はまた、透明なワークピースおよびパルスレーザビームを互いに対して平行移動させることにより、透明なワークピースの第１の表面から透明なワークピースの第２の表面まで透明なワークピースの厚さを通って延びる複数のダメージラインを形成するステップを含む。透明なワークピースを加工するための方法はさらに、透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、複数のダメージラインのそれぞれに沿って透明なワークピースの少なくとも一部を除去することにより、透明なワークピースを通って延びる複数の開口を形成するステップを含む。複数の開口のそれぞれは、２０μｍ未満の平均直径と、透明なワークピースの厚さを通る複数の開口それぞれの長さに沿って３０％未満のテーパとを有する。

別の態様は、開口直径が、約１５μｍ未満である、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、方法が、透明なワークピースを湿式化学エッチング溶液でエッチングして、開口直径をさらに増大させるステップをさらに含む、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、方法が、エッチング中に湿式化学エッチング溶液に超音波を適用するステップをさらに含む、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、エッチング蒸気が、乾燥ＨＦ蒸気を含む、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、複数の開口の平均直径に対する透明なワークピースの厚さのアスペクト比が、２０：１以上５５：１以下である、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、材料が、高純度溶融シリカ（ＨＰＦＳ）、ホウケイ酸ガラス、または９５質量％以上のシリカを含むガラスを含む、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様は、透明なワークピースをエッチングするステップを、エッチングマスクの不存在下で行う、上記態様のいずれか１つ記載の方法を含む。

別の態様によれば、ガラス物品が、第１の主面と、第１の主面の反対側の、第１の主面から５０μｍ以上１０００μｍ以下の平均厚さ分だけ離れている第２の主面とを有するガラス基板と、第１の主面から第２の主面までガラス基板を通って延びる複数の開口とを備える。複数の開口のそれぞれは、５μｍ以上２０μｍ以下の平均直径を有し、複数の開口の平均直径に対するガラス基板の平均厚さのアスペクト比は、２０：１以上である。

別の態様は、アスペクト比が、３０：１以上である、上記態様記載のガラス物品を含む。

別の態様は、アスペクト比が、４０：１以上である、上記２つの態様のうちの１つ記載のガラス物品を含む。

別の態様は、複数の開口それぞれの第１の主面における直径と複数の開口それぞれの第１の主面からガラス基板の平均厚さの１／２の距離での直径との間の差が、３０％以下である、上記３つの態様のうちいずれか１つ記載のガラス物品を含む。

別の態様は、ガラス物品が、高純度溶融シリカを含む、上記４つの態様のうちいずれか１つ記載のガラス物品を含む。

別の態様は、ガラス物品が、ホウケイ酸ガラスを含む、上記５つの態様のうちいずれか１つ記載のガラス物品を含む。

別の態様は、ガラス物品が、９５モル％以上のシリカ含量を有するガラスを含む、上記６つの態様のうちいずれか１つ記載のガラス物品を含む。

本明細書に記載する方法およびシステムのさらなる特徴および利点は下記の詳細な説明に記載され、一部は、その説明から当業者に容易に明らかになるかまたは下記の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面を含む本明細書に記載された実施形態を実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および下記の詳細な説明の両方により、種々の実施形態が記載され、特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概観または枠組みが提供されることを意図していると理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み入れられ、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載された種々の実施形態を示し、説明と共に、特許請求される主題の基本方式および動作を説明するのに役立つ。

図面で説明された実施形態は、本質的に例示的かつ説明的なものであり、特許請求の範囲により定義された主題を限定することを意図するものではない。例示的な実施形態の下記の詳細な説明は、下記の図面と併せて読むと理解することができる。同図面において、同様の構造は、同様の参照符号で示されている。
本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係るダメージラインの形成を模式的に示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係る透明なワークピースの加工中の例示的なパルスレーザビーム焦線を模式的に示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係るパルスレーザ加工のための光学アセンブリを模式的に示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係る複数のダメージラインを有する透明なワークピースの蒸気エッチングを模式的に示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係る複数の開口が形成された透明なワークピースの断面を示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係る透明なワークピースにおける欠陥の閉輪郭線（ｃｌｏｓｅｄ ｃｏｎｔｏｕｒ ｌｉｎｅ）を形成するための閉曲線（ｃｌｏｓｅｄ ｃｏｎｔｏｕｒ）を模式的に示す図である。 本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係る透明なワークピースにビアを形成する方法を模式的に示す図である。 ＱＮＤＢレーザに露光され、２７分間蒸気エッチングされた、厚さ３５０μｍの高純度溶融シリカ基板の上面図である。 図７Ａに示された例に対応する断面図である。 ＱＮＤＢレーザに露光され、５４分間蒸気エッチングされた、厚さ３５０μｍの高純度溶融シリカ基板の上面図である。 図７Ｃに示された例に対応する断面図である。 ＱＮＤＢレーザに露光され、１０８分間蒸気エッチングされた、厚さ３５０μｍの高純度溶融シリカ基板の上面図である。 図７Ｅに示された例に対応する断面図である。 ＱＮＤＢレーザに露光され、２７分間蒸気エッチングされた、厚さ４００μｍのアルミノケイ酸塩ガラス基板の上面図である。

ここから、透明なワークピース、例えば、ガラスワークピースをレーザ加工するための方法の実施形態を詳細に参照するものとする。その例は、添付の図面に図示されている。可能な限り、同じ参照番号は、同じまたは同様の部分に言及するために図面全体にわたって使用するものとする。本明細書に記載された１つ以上の実施形態によれば、透明なワークピースをレーザ加工して、ダメージラインを形成し、蒸気エッチングして、透明なワークピースの厚さを通って延びる開口を形成することができる。一実施形態によれば、パルスレーザビームは、非球面光学素子、例えばアキシコンにより、透明なワークピース内に配向される。パルスレーザビーム焦線を、透明なワークピース内に一連の欠陥を形成するのに利用することができ、これにより、透明なワークピースの第１の表面から透明なワークピースの第２の表面まで透明なワークピースの厚さを通って延びるダメージラインを形成することができる。これらの欠陥は、本明細書において、ワークピース内のライン欠陥、ミシン目またはナノミシン目と称することができる。種々の実施形態では、本方法は、透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、ダメージラインに沿って透明なワークピースの少なくとも一部を除去し、これにより、透明なワークピースを通って延びる開口を形成するステップをさらに含む。透明なワークピースを加工するための方法および装置の種々の実施形態を、添付の図面を特に参照して本明細書において説明する。

透明なワークピースを加工して、透明なワークピースを通って延びる１つ以上の開口を形成する実施形態を各種の文脈において使用することができるが、種々の実施形態は、小さな直径（例えば、２０μｍ未満）を有しかつ／または複数の開口の平均直径に対する透明なワークピースの厚さの高いアスペクト比（例えば、２０：１以上）に有しかつ開口の最大直径と開口の最小直径（ウエスト直径）との間の差として定義される基板の深さに沿った孔／開口の非常に小さなテーパを有する、透明なワークピース内の開口を形成するのに特に有用である。さらに、種々の実施形態では、透明なワークピースの第１の表面における孔／開口の直径は、透明なワークピースの第２の表面における孔／開口の直径の２μｍ以下以内にある。透明なワークピース内に開口を形成する従来の方法では、これらの開口の達成可能なサイズおよびアスペクト比が制限されており、加えて、著しいテーパを有する開口が形成されてしまうように制限されていた。

本明細書で使用する場合、「透明なワークピース」なる表現は、透明な材料から形成されたワークピースを意味する。この場合、「透明」なる用語は、本明細書で使用する場合、指定されたパルスレーザ波長について、材料深さの１ｍｍあたり約２０％未満、例えば、材料深さの１ｍｍあたり約１０％未満または例えば、材料深さの１ｍｍあたり約１％未満の光学吸収を有することを意味する。１つ以上の実施形態によれば、透明なワークピースは、約５０マイクロメートル（μｍ）～約１０ｍｍ（例えば、約２００μｍ～約５００μｍまたは約２５０μｍ～約４００μｍ、例えば、１００μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、５００μｍなど）の厚さを有することができる。約１０ｍｍまでの厚さを含む透明なワークピースの他の厚さも企図される。

１つ以上の実施形態によれば、本開示は、ワークピースを加工するための方法を提供する。本明細書で使用する場合、「レーザ加工」は、透明なワークピースにダメージラインを形成するステップを含むことができる。「レーザ加工」は、輪郭線（例えば、閉輪郭線）を形成するステップ、透明なワークピースを分離するステップまたはその組み合わせをさらに含むことができる。透明材料は、ガラスワークピースから構成されてもよい。幾つかの実施形態によれば、ガラスワークピース材料は、高純度溶融シリカ（ＨＰＦＳ）である。このような高純度溶融シリカの例は、Corningガラスコード７９７９、７９８０および８６５５であるであろう。代替的には、ガラスは、主に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を含有し、１０モル％未満の他の成分を含むホウケイ酸ガラスであることができる。これらのホウケイ酸ガラスの例は、Borofloat（商標）、ＢＫ７ならびにCorningガラスコード７０７０および７７４０である。代替的には、ガラスは、９５質量％以上のシリカを含有する高シリカ含量ガラスであることができる。このような高シリカ含量ガラスの例は、Vycor（商標）を含む。

理論に拘束されるものではないが、高レベルの揮発性種を有するガラスまたはガラスセラミックスは、ハロゲン化水素、例えば、塩化水素、フッ化物、臭化物およびヨウ化物により蒸気エッチングされるであろう。エッチング可能な種以外の成分は、表面残留物または腐食生成物として残留し、その一部は水溶性であり、したがって、すすぎ落とすことができ、水溶性でないものは、すすぎ落とすことができず、以下により詳細に記載されるであろうように、ビアまたはチャネルから容易に除去することができない。気相エッチングにおいて揮発性でない元素は、アルカリ（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓ）を含むが、これらは水溶性である。揮発性でも水溶性でもない元素は、アルカリ土類元素（例えば、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａ）および希土類元素（例えば、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、ＥｒおよびＹｂ）を含む。

種々の実施形態では、ガラスまたはガラスセラミックスは、エッチャントによる揮発性成分を含有する。例えば、フッ化物では、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２は最も揮発性であるが、一方、アルカリ元素、アルカリ土類元素および希土類元素（ＲＥＥ）は揮発性ではない。したがって、エッチングを最適化し、表面残留物および腐食生成物を回避するために、（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２）の合計は、種々の実施形態で最大化され、例えば、少なくとも８０質量％以上である。これらのホウケイ酸ガラスの例は、Schott Borofloat（商標）およびＢＫ７ならびにCorningガラスコード７７４０および７０７０を含む。より好ましい９５質量％以上では、例は、高シリカガラスであるCorningガラスコード７９７９、７９８０および８６５５を含む。

ＨＦ以外のエッチャント、例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒおよびＨＩ中において、ＢおよびＳｉに加えて他の元素、例えば、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｅ、ＴｅおよびＳが揮発性である。これにより、可能な材料の領域が広がる。

種々の実施形態では、透明なワークピースは、ハロゲン化水素（ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ）中での最大の揮発性種を有するガラスまたはガラスセラミックス、例えば、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上または９５質量％以上の（Ｂ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２）を含み、最小の不揮発性種（例えば、２０質量％以下、１５質量％以下、１０質量％以下または５質量％以下）を含むケイ酸塩を含む。幾つかのこのような実施形態では、不揮発性種は、表面残留物または腐食生成物の除去を容易にするために水溶性である場合がある。

幾つかの実施形態、例えば、ＨＰＦＳの場合には、ガラス材料は、１００℃～２００℃の温度範囲にわたって、０．４～０．６ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するであろう。ホウケイ酸ガラスについて、ＣＴＥは、典型的には３～５ｐｐｍ／℃であるであろうが、好ましくは、ケイ素の熱膨張係数により密接に一致することを必要とするような電子機器用途について、２０℃～３００℃の温度範囲にわたって、３～４ｐｐｍ／℃であるように選択することができる。高シリカ含量ガラスについて、ＣＴＥは、０～３００℃の温度範囲にわたって、０．５～１．０ｐｐｍ／℃に該当しうる。

本明細書で使用する場合、「ダメージライン」なる表現は、透明なワークピースの第１の表面から透明なワークピースの第２の表面まで透明なワークピースの厚さを通って延びる透明なワークピース内の複数の欠陥から形成されるラインを示す。

本明細書で使用する場合、「閉輪郭線」なる表現は、透明なワークピースの表面に沿って延びる閉曲線に沿って形成されたライン（例えば、線、曲線など）を示す。閉曲線は、適切な加工条件に曝されたときに、これに沿って透明なワークピースの材料が除去されて、透明なワークピースを通って延びる１つ以上の形状を形成することができる所望の形状周辺を画定する。閉輪郭線は、一般的には、種々の技術を使用して透明なワークピースに導入された１つ以上の欠陥からなる。

本明細書で使用する場合、「欠陥」は、透明なワークピースに化学エッチング溶液を適用することにより、基板を通る開口もしくは孔の形成または閉輪郭線に沿った透明なワークピースの材料の分離を可能にしうる透明なワークピースにおける（バルク材料に対して）改質された材料の領域、空隙、空間、引っ掻き傷、傷、孔または他の変形を含みうる。理論により限定されることを意図するものではないが、エッチング蒸気は、各欠陥（およびしたがって、各ダメージライン）においてかつそのすぐ周囲の透明なワークピースの材料を除去し、これにより、各欠陥を空隙、開口またはスルーホールに拡大することができる。ダメージラインが閉輪郭線を形成する実施形態では、隣接する欠陥から形成された空隙が重なり合い、最終的には閉輪郭線に沿って透明なワークピースを分離し、透明なワークピースを通って延びる形状を形成するように、欠陥が拡大される。

ここから、一例として、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、透明なワークピース１６０、例えばガラスワークピースまたはガラスセラミックスワークピースが本明細書に記載された方法に従って加工を受けることが模式的に示されている。図１Ａおよび図１Ｂに、透明なワークピース１６０におけるダメージライン１７０の形成を示す。図１Ａおよび図１Ｂに、ビーム経路１１１に沿ったパルスレーザビーム１１２を示し、パルスレーザビーム１１２は、非球面光学素子１２０（図２）、例えばアキシコンおよび１つ以上のレンズ（例えば、以下に説明され、図２に示されている第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２）を使用して、透明なワークピース１６０内のパルスレーザビーム焦線１１３に集束されうるように配向される。さらに、パルスレーザビーム焦線１１３は、以下により詳細に定義された準非回折ビームの一部である。

図１Ａおよび図１Ｂに、パルスレーザビーム１１２が、透明なワークピース１６０の結像面１６２上に投影されたビームスポット１１４を形成することを示す。本明細書で使用する場合、透明なワークピース１６０の「結像面」１６２は、パルスレーザビーム１１２が最初に透明なワークピース１６０と接触する透明なワークピース１６０の表面である。また、本明細書で使用する場合、「ビームスポット」は、ワークピース（例えば、透明なワークピース１６０）との第１の接触点におけるレーザビーム（例えば、パルスレーザビーム１１２）の断面も指す。幾つかの実施形態では、パルスレーザビーム焦線１１３は、ビーム経路１１１に対して垂直な方向に軸対称断面（例えば、軸対称ビームスポット）を含むことができ、他の実施形態では、パルスレーザビーム焦線１１３は、ビーム経路１１１に対して垂直な方向に非軸対称断面（例えば、非軸対称ビームスポット）を含むことができる。本明細書で使用する場合、軸対称とは、中心軸線の周りに形成される任意の回転角度について対称であるかまたは同じように見える形状を指し、「非軸対称」とは、中心軸線の周りに形成される任意の回転角度について対称でない形状を指す。円形ビームスポットは軸対称のビームスポットの例であり、楕円形ビームスポットは、非軸対称のビームスポットの例である。回転軸線（例えば、中心軸線）は、レーザビーム（例えば、ビーム経路１１１）の伝搬軸線であると考えられることが最も多い。非軸対称ビーム断面を含む例示的なパルスレーザビームは、米国仮特許出願第６２／４０２３３７号、発明の名称“Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｎｏｎ－Ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｂｅａｍ Ｓｐｏｔｓ”により詳細に記載されている。同出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。

ダメージライン１７０は、透明なワークピース１６０の表面内に延び、透明なワークピース１６０の材料を後に優先的に除去するための位置または経路を確立する複数の欠陥を含み、これにより、例えば、少なくともダメージライン１７０に沿って透明なワークピース１６０にエッチング蒸気３０２（図３）を適用することにより、透明なワークピース１６０を通って延びる開口１８０（図４）を形成する。

図１Ａには、１本のダメージライン１７０が示されているが、種々の実施形態では、複数のダメージライン１７０が互いに近接して配置されて、図５に示されているような円、楕円、正方形、六角形、楕円、規則的な幾何学的形状、不規則な形状、多角形形状、任意の形状などを含むがこれらに限定されない多数の閉じた構成のうちの任意の１つにおいて閉輪郭線を形成することができる。このような場合、隣接するダメージライン１７０間の距離は、エッチングされた形状のマージンをもたらすために、後続のエッチングステップに十分に近くなければならない。隣接するレーザダメージラインまたはレーザダメージ部位１７０間の間隔またはピッチは、例えば１～２００μｍであってよいが、より好ましくは５～５０μｍ、例えば１０～２０μｍである。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本明細書に記載された実施形態では、パルスレーザビーム１１２（透明なワークピース１６０上に投影されたビームスポット１１４を伴う）を透明なワークピース１６０上に配向する（例えば、透明なワークピース１６０の厚さの少なくとも一部を貫通する高アスペクト比の線焦点に集束させる）ことができる。これにより、パルスレーザビーム焦線１１３が形成される。さらに、ビームスポット１１４は、パルスレーザビーム焦線１１３の例示的な断面であり、パルスレーザビーム焦線１１３が透明なワークピース１６０に照射される（ビームスポット１１４を形成する）と、パルスレーザビーム焦線１１３は透明なワークピース１６０の少なくとも一部を透過する。

さらに、パルスレーザビーム１１２を透明なワークピース１６０に対して平行移動させて、複数のダメージラインを形成することができる。パルスレーザビーム１１２を透明なワークピース１６０内に配向するかまたは局在させることにより、透明なワークピース１６０内に誘導吸収を発生させ、透明なワークピース１６０内の化学結合を破壊するのに十分なエネルギを、離間した位置に蓄積させて、複数のダメージラインを形成する。１つ以上の実施形態によれば、パルスレーザビーム１１２を、透明なワークピース１６０の運動（例えば、透明なワークピース１６０に結合された並進ステージ１９０の運動）、パルスレーザビーム１１２の運動（例えば、パルスレーザビーム焦線１１３の運動）または透明なワークピース１６０とパルスレーザビーム焦線１１３との両方の運動により、透明なワークピース１６０を横切って平行移動させることができる。パルスレーザビーム焦線１１３を透明なワークピース１６０に対して平行移動させることにより、複数の欠陥を、透明なワークピース１６０内に形成することができる。

再度図１Ａおよび図１Ｂを参照して、欠陥を形成するのに使用されるパルスレーザビーム１１２は、強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をさらに有し、ここで、図示されているように、Ｚは、パルスレーザビーム１１２のビーム伝搬方向であり、ＸおよびＹは、伝搬方向に直交する方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向を断面方向と称することができ、Ｘ－Ｙ平面を断面平面と称することができる。断面平面におけるパルスレーザビーム１１２の強度分布を、断面強度分布と称することができる。

ビームスポット１１４または他の断面におけるパルスレーザビーム１１２は、図２に示された光学アセンブリ１００に関して以下でより詳細に記載されるように、非球面光学素子１２０を通してパルスレーザビーム１１２を伝搬させる（例えば、ビーム源１１０を使用して、パルスレーザビーム１１２、例えば、ガウスビームを出力する）ことにより、準非回折ビーム、例えば、以下で数学的に定義された低ビーム発散を有するビームを含むことができる。ビーム発散とは、ビーム伝搬方向（すなわち、Ｚ方向）におけるビーム断面の拡大率を指す。本明細書で使用する場合、「ビーム断面」なる表現は、パルスレーザビーム１１２のビーム伝搬方向に対して垂直な平面に沿った、例えばＸ－Ｙ平面に沿ったパルスレーザビーム１１２の断面を指す。本明細書で検討された１つの例示的なビーム断面は、透明なワークピース１６０上に投影されたパルスレーザビーム１１２のビームスポット１１４である。例示的な準非回折ビームは、ガウス－ベッセルビームおよびベッセルビームを含む。

上述したように、準非回折ビーム１２２Ｃの長さは、そのレイリー範囲により決定される。特に、準非回折ビーム１２２Ｃは、準非回折ビームが準非回折ビームのレイリー範囲に等しいビームウエストからの距離を伝搬した位置によりそれぞれ画定される第１の端点および第２の端点を有するレーザビーム焦線１１３を画定する。準非回折ビームの形成およびその長さの決定の詳細な説明は、非対称（例えば、非軸対称）ビーム断面プロファイルに対するこのようなビームの説明の一般化を含めて、米国仮特許出願第６２／４０２３３７号およびオランダ国特許出願第２０１７９９８号明細書に提供されている。これらの特許出願はその全体が参照により援用される。

レイリー範囲は、（ＩＳＯ １１１４６－１：２００５（Ｅ）のセクション３．１２に定義されているビームウエストの位置に対する）距離に対応し、レーザビームの分散は、（ビームウエストの位置における分散に対して）２倍となり、レーザビームの断面積の発散の尺度である。また、レイリー範囲は、ビームの断面プロファイルにおいて観察されるピーク光強度がビームウエスト位置（最大強度の位置）におけるビームの断面プロファイルにおいて観察されるその値の１／２まで減衰するビーム軸に沿った距離として観察することができる。準非回折ビームは、第１の端点および第２の端点を有するレーザビーム焦線を画定する。準非回折ビームの第１の端点および第２の端点は、準非回折ビームが準非回折ビームのレイリー範囲に等しいビームウエストからの距離を伝搬した位置として画定される。大きなレイリー範囲を有するレーザビームは、小さなレイリー範囲を有するレーザビームより発散が低く、ビーム伝搬方向の距離に伴ってよりゆっくり広がる。

ビーム断面は、形状および寸法により特徴付けられる。ビーム断面の寸法は、ビームのスポットサイズにより特徴付けられる。ガウスビームについて、スポットサイズは、多くの場合、ビームの強度がその最大値の１／ｅ^２まで低下する半径方向の広がりとして画定される。ガウスビームの最大強度は、強度分布の中心（ｘ＝０およびｙ＝０（デカルト）またはｒ＝０（円筒））で発生し、スポットサイズを決定するのに使用される半径方向の広がりは、中心に対して測定される。

ガウス強度プロファイルを有するビームは、ダメージトラックを形成するためのレーザ加工にはあまり好ましくない場合がある。利用可能なレーザパルスエネルギがガラスなどの材料を改質することができるように、十分に小さいスポットサイズ（例えば、マイクロメートル範囲、例えば、約１～５μｍまたは約１～１０μｍのスポットサイズ）に焦点を合わせると、これらは高度に回折し、短い伝搬距離にわたって著しく発散するためである。低い発散を達成するために、回折を低減するために、パルスレーザビームの強度分布を制御しまたは最適化することが望ましい。パルスレーザビームは、非回折または弱回折であることができる。弱回折レーザビームは、準非回折レーザビームを含む。代表的な弱回折レーザビームは、ベッセルビーム、ガウス－ベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービームおよびマチウビームを含む。

非回折または準非回折ビームは、一般的には、複雑な強度プロファイル、例えば、半径に対して非単調に低下するプロファイルを有する。ガウスビームとの類似により、強度が最大強度の１／ｅ^２まで低下する最大強度の半径方向位置（ｒ＝０）からの、任意の方向における最短半径方向距離として、任意のビームについて、非軸対称ビームについても、有効スポットサイズＷ_{ｏ，ｅｆｆ}を定義することができる。さらに、軸対称ビームについて、Ｗ_{ｏ，ｅｆｆ}は、強度が最大強度の１／ｅ^２まで低下する最大強度の半径方向位置（ｒ＝０）からの半径方向距離である。軸対称ビームについての有効スポットサイズＷ_{ｏ，ｅｆｆ}に基づくレイリー範囲についての基準は、次式（１）、すなわち

におけるダメージ領域を形成するための非回折ビームまたは準非回折ビームとして指定することができる。式中、Ｆ_Ｄは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０～２０００の範囲、５０～１５００の範囲、１００～１０００の範囲の値を有する無次元発散係数である。非回折ビームまたは準非回折ビームについて、有効ビームサイズが２倍になる式（１）における距離Ｚ_Ｒは、典型的なガウスビームプロファイルが使用された場合に期待される距離のＦ_Ｄ倍である。無次元発散係数Ｆ_Ｄは、レーザビームが準非回折であるか否かを決定するための基準を提供する。本明細書で使用する場合、パルスレーザビーム１１２は、レーザビームの特性がＦ_Ｄ≧１０の値を有して式（１）を満たせば、準非回折とみなされる。Ｆ_Ｄの値が大きくなると、パルスレーザビーム１１２は、よりほぼ完全な非回折状態に近づく。

ここから、図２を参照して、準非回折であり、非球面光学素子１２０（例えば、アキシコン１２２）を使用して、透明なワークピース１６０においてパルスレーザビーム焦線１１３を形成するパルスレーザビーム１１２を生成するための光学アセンブリ１００が模式的に示される。光学アセンブリ１００は、パルスレーザビーム１１２を出力するビーム源１１０と、第１および第２のレンズ１３０，１３２とを含む。

さらに、透明なワークピース１６０は、ビーム源１１０により出力されたパルスレーザビーム１１２が例えば、非球面光学素子１２０を平行移動させ、その後、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の両方を平行移動させた後に、透明なワークピース１６０を照射するように位置決めされていることができる。光軸１０２は、ビーム源１１０がパルスレーザビーム１１２を出力すると、パルスレーザビーム１１２のビーム経路１１１が光軸１０２に沿って延びるように、ビーム源１１０と透明なワークピース１６０との間をＺ軸に沿って延びる。本明細書で使用する場合、「上流」および「下流」は、ビーム源１１０に対するビーム経路１１１に沿った２つの位置またはコンポーネントの相対位置を指す。例えば、第１のコンポーネントは、パルスレーザビーム１１２が第２のコンポーネントを横切る前に第１のコンポーネントを横切る場合、第２のコンポーネントの上流にある。さらに、第１のコンポーネントは、パルスレーザビーム１１２が第１のコンポーネントを横切る前に第２のコンポーネントを横切る場合、第２のコンポーネントの下流にある。

図２の光学系により形成される例示的な準非回折ビームの断面プロファイル、具体的には、焦線１１３の断面は、ベッセル関数により記載することができる。したがって、このようなレーザビームはベッセルビームと称されることが多い。非限定的な例において、準非回折ビームは、約５３２ｎｍの波長および約０．２９の開口数を有し、これにより、約１．２μｍの直径を有するベッセルビームの中心にコアが提供される。このコアスポットにおけるレーザビームの強度を、数百マイクロメートルの長さにわたって維持することができ、これは、同等のスポットサイズの典型的なガウスプロファイルビームの回折限界レイリー範囲（すなわち、数マイクロメートルのみ）よりはるかに長い。

準非回折ビームにより形成される焦線の結果として、ガラスピースの深さ全体を各レーザパルスにより露光し、または改質することができる。これは、優先的エッチングのための材料改質に使用される伝統的なガウスレーザビームの使用と対照的であるべきであり、この場合、回折により、密に集光された（例えば、数マイクロメートル以下の直径）レーザ改質が、マイクロメートルのオーダーまたは数十マイクロメートルのオーダーのレイリー範囲に制限される。伝統的なガウスビームの場合、複数のレーザパルスを、各所望のビアの部位で使用しなければならない。これは、多くの場合、数百または数千ものパルスが必要とされるように、伝統的なレーザ加工を遅くさせ、パルス伝送速度は、多くの場合、利用可能なレーザ繰返し率だけでなく、高パルス繰返し率の使用を妨げる加熱効果によっても制限される。これにより、一般的には、これらのレーザダメージプロセスが、１秒あたり数十または恐らく数百のビア部位に制限される。

対照的に、準非回折ビームによるレーザ露光により、典型的には、数百ナノ秒未満であり、単一パルスの場合には数桁短いことさえある、単一パルスまたはパルスのバーストの持続時間中に、所望の各ビア部位が完全に露光される。このため、ＱＮＤＢレーザ露光の速度は、レーザビームが次の所望のビア部位に正確に移動することを可能にするステージおよび光学スキャナによってのみ制限され、典型的には、数千ビア／秒近くの速度で行うことができる。

図２をさらに参照して、ビーム源１１０は、パルスレーザビーム１１２を出力するように構成された任意の公知または未だに開発中のビーム源１１０を備えることができる。動作中、ダメージライン１７０（図１Ａ）の欠陥は、透明なワークピース１６０とビーム源１１０により出力されるパルスレーザビーム１１２との相互作用により発生する。幾つかの実施形態では、ビーム源１１０は、例えば、１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍまたは２６６ｎｍまたは２１５ｎｍの波長を含むパルスレーザビーム１１２を出力することができる。さらに、透明なワークピース１６０内に欠陥を形成するのに使用されるパルスレーザビーム１１２は、選択されたパルスレーザ波長に対して透明な材料に十分に適合していることができる。

欠陥を形成するのに適したレーザ波長は、透明なワークピース１６０による線吸収および散乱の組み合わせ損失が十分に低い波長である。実施形態において、波長における透明なワークピース１６０による線吸収および散乱による組み合わせ損失は、２０％／ｍｍ未満または１５％／ｍｍ未満または１０％／ｍｍ未満または５％／ｍｍ未満または１％／ｍｍ未満である。ここで、「／ｍｍ」なる次元は、パルスレーザビーム１１２のビーム伝搬方向（例えば、Ｚ方向）における透明なワークピース１６０内の距離１ミリメートルあたりを意味する。多くのガラスワークピースに代表的な波長は、Ｎｄ^３＋の基本波長および高調波波長（例えば、１０６４ｎｍ付近の基本波長および５３２ｎｍ、３５５ｎｍおよび２６６ｎｍ付近の高次高調波波長を有するＮｄ^３＋：ＹＡＧまたはＮｄ^３＋：ＹＶＯ_４）を含む。所定の基板材料についての線吸収および散乱の組み合わせ損失要求を満たすスペクトルの紫外線、可視光線および赤外線部分における他の波長も使用することができる。

動作中、ビーム源１１０により出力されたパルスレーザビーム１１２は、透明なワークピース１６０内に多光子吸収（ＭＰＡ）を発生させることができる。ＭＰＡは、分子をある状態（通常、基底状態）からより高いエネルギの電子状態（すなわち、イオン化）に励起する、同一または異なる周波数の２つ以上の光子の同時吸収である。分子の関連する下位状態と上位状態との間のエネルギ差は、関連する光子のエネルギの合計に等しい。誘導吸収とも称されるＭＰＡは、例えば、線吸収より数桁弱い、２次または３次のプロセス（またはより高次）とすることができる。これは、例えば、２次誘導吸収の強度が光強度の２乗に比例しうる点で線吸収とは異なり、このため、非線形光学プロセスである。

ダメージライン１７０（図１Ａ）を形成するステップにより、非球面光学素子１２０、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２と組み合わせて、ビーム源１１０（例えば、超短パルスレーザ）を利用して、ビームスポット１１４を透明なワークピース１６０上に投影し、パルスレーザビーム焦線１１３を発生させることができる。パルスレーザビーム焦線１１３は、上記にて定義されたように、準非回折ビーム、例えばガウス－ベッセルビームまたはベッセルビームを含み、透明なワークピース１６０に完全に貫通して、ダメージライン１７０を形成しうる透明なワークピース１６０内の欠陥を形成することができる。幾つかの実施形態では、個々のパルスのパルス持続時間は、約１フェムト秒～約２００ピコ秒、例えば、約１ピコ秒～約１００ピコ秒、５ピコ秒～約２０ピコ秒などの範囲にあり、個々のパルスの繰返し率は、約１ｋＨｚ～４ＭＨｚ、例えば、約１０ｋＨｚ～約３ＭＨｚまたは約１０ｋＨｚ～約６５０ｋＨｚの範囲にあることができる。

種々の実施形態では、パルスバーストを発生可能なパルスレーザビーム１１２を利用することができる。バーストシーケンスの使用についてのさらなる詳細は、２０１８年１０月１７日に出願された米国特許出願第１６／１６２６４４号明細書に見出すことができる。同出願の内容全体が、参照によりその全体が本明細書に援用される。

再度図２を参照して、非球面光学素子１２０は、ビーム源１１０と透明なワークピース１６０との間のビーム経路１１１内に配置される。動作中、パルスレーザビーム１１２、例えば入射するガウスビームを、非球面光学素子１２０を通して伝搬させると、非球面光学素子１２０を越えて伝搬するパルスレーザビーム１１２の部分が上記の準非回折となるように、パルスレーザビーム１１２を変化させることができる。非球面光学素子１２０は、非球面形状を含むレンズなどの非球面波面をレーザビームに付与する任意の光学素子を含むことができる。幾つかの実施形態では、非球面光学要素１２０は、円錐波面発生光要素、例えばアキシコンレンズ、例えば、マイナス屈折性アキシコンレンズ、プラス屈折性アキシコンレンズ、反射性アキシコンレンズ、屈折性アキシコンレンズ、プログラマブル空間光変調器アキシコンレンズ（例えば、位相アキシコン）などを含むことができる。

非球面光学素子１２０を照射するのに使用されるパルスレーザビーム１１２は、ガウスプロファイルを有する必要はなく、さらに、準非回折ビーム１２２Ｃを形成するために非球面光学素子１２０としてアキシコンを使用する必要はないことに留意されたい。このようにして、光軸に沿って異なるエネルギ分布を形成することが可能であり、この場合、強度は、「トップハット」プロファイルまたは他のプロファイル形状をとることができる。これにより、透明なワークピース１６０の深さを通してエネルギをより均一に分布させる能力または透明なワークピース１６０の特定の領域が他の領域より決定論的方式で多いかまたは少ないエネルギを受け取るようにエネルギ分布を調整する能力が提供される。「ワキシコン（ｗａｘｉｃｏｎ）」と称される場合があるこのような光学系の形成は、２０１７年８月２９日に出願された米国特許出願第１５／６８９４５６号明細書に記載されている。同出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。

幾つかの実施形態では、非球面光学素子１２０が、（図２に示されているように）アキシコン１２２を含む場合、アキシコン１２２は、約１．２°、例えば、約０．５°～約５°または約１°～約１．５°またはさらに約０．５°～約２０°の角度を有するレーザ出力面１２６（例えば、円錐面）を有することができる。この角度は、パルスレーザビーム１１２がアキシコン１２２に入射するレーザ入力面１２４（例えば、平坦面）に対して測定される。さらに、レーザ出力面１２６は、円錐先端で終端する。さらに、非球面光学素子１２０は、レーザ入力面１２４からレーザ出力面１２６まで延び、円錐先端で終端する中心軸線１２５を含む。他の実施形態では、非球面光学素子１２０は、空間位相変調器、例えば、空間光変調器または回折光学格子であるワキシコンを含むことができる。動作中、非球面光学素子１２０は、入射するパルスレーザビーム１１２（例えば、入射するガウスビーム）を準非回折ビームに成形し、次に、これを第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２へと配向する。

さらに図２を参照すると、第１のレンズ１３０は第２のレンズ１３２の上流に配置されており、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメーション空間１３４内でパルスレーザビーム１１２をコリメートすることができる。この空間１３４内でのレーザビームの断面プロファイルは、ガウス－ベッセルビームの最終的な形成の場合のように、光の環または「リング」の形態をとることが多い。さらに、第２のレンズ１３２は、パルスレーザビーム１１２を、結像面１０４に位置することができる透明なワークピース１６０内に集束させることができる。第２のレンズ１３２の作用は、コリメート空間１３４内のビームプロファイルの光学フーリエ変換をとることである。環のフーリエ変換はベッセル関数であり、これは、環状または「リング」形状のビームが、典型的にはベッセル状ビームを形成するのに使用される入力であるためである。コリメート空間１３４内を伝搬する光の環の特定の強度プロファイルまたは位相に対する修正を使用して、理想的なベッセル関数のものとは異なる集束ビーム形状を付与することができ、例えば、より楕円形のコアをベッセル状の焦点スポットに形成するまたはエアリービームを発生させる場合のように、ビームの集束コアを曲線にすることができる。幾つかの実施形態では、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２はそれぞれ、平凸レンズを備える。第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２がそれぞれ平凸レンズを備える場合、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の曲率はそれぞれ、コリメーション空間１３４に向かって配向させることができる。他の実施形態では、第１のレンズ１３０は、他のコリメーティングレンズを備えることができ、第２のレンズ１３２は、メニスカスレンズ、非球面レンズまたは別の高次補正集束レンズを備えることができる。

再度図１Ａ～図２を参照して、欠陥を含むダメージライン１７０を形成するための方法は、ビーム経路１１１に沿って配向されたパルスレーザビーム１１２を方向付け（例えば、局所化し）、ビーム源１１０により透明なワークピース１６０内に出力させ、その結果、透明なワークピース１６０内へ配向されたパルスレーザビーム１１２の一部により、透明なワークピース内に誘導吸収を発生させ、誘導吸収により、透明なワークピース１６０内に複数の欠陥を発生させるようにするステップを含む。例えば、パルスレーザビーム１１２は、透明なワークピース１６０のダメージ閾値を超えるのに十分なパルスエネルギとパルス持続時間とを含むことができる。幾つかの実施形態では、パルスレーザビーム１１２を透明なワークピース１６０内に配向するステップは、ビーム源１１０により出力されたパルスレーザビーム１１２をビーム伝搬方向（例えば、Ｚ軸）に沿って配向されたパルスレーザビーム焦線１１３内に集束させるステップを含む。透明なワークピース１６０は、パルスレーザビーム１１２のパルスレーザビーム焦線１１３に少なくとも部分的に重なるように、ビーム経路１１１内に位置決めされる。このようにして、パルスレーザビーム焦線１１３は、透明なワークピース１６０内に配向される。パルスレーザビーム１１２、例えば、パルスレーザビーム焦線１１３により、透明なワークピース１６０内に誘導吸収が発生して、透明なワークピース１６０内に複数の欠陥を形成し、これにより、ダメージラインが形成される。幾つかの実施形態では、個々の欠陥を、数百キロヘルツ（すなわち、毎秒数十万個の欠陥）の速度で形成することができる。

幾つかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、パルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３に集束させることができる。動作中、パルスレーザビーム焦線１１３の位置を、パルスレーザビーム１１２を透明なワークピース１６０に対して適切に位置決めしかつ／または位置合わせすることによりかつ光学アセンブリ１００のパラメータを適切に選択することにより制御することができる。例えば、パルスレーザビーム焦線１１３の位置は、Ｚ軸に沿ってかつＺ軸を中心として制御することができる。さらに、パルスレーザビーム焦線１１３は、約０．１ｍｍ～約１００ｍｍの範囲または約０．１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の長さを有することができる。種々の実施形態は、約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍまたは約５ｍｍ、例えば、約０．５ｍｍ～約５ｍｍの長さｌを有するパルスレーザビーム焦線１１３を有するように構成されてもよい。

さらに図１Ａ～図２を参照して、透明なワークピース１６０を加工するための方法は、透明なワークピース１６０をパルスレーザビーム１１２に対して平行移動させるステップを含むことができる（またはパルスレーザビーム１１２を、例えば平行移動方向に透明なワークピース１６０に対して平行移動させて、ダメージトラックとも称されることがある複数のダメージライン１７０を形成することができる）。幾つかの実施形態では、複数のダメージラインは、閉曲線を形成して、後続の蒸気エッチングステップ後に、透明なワークピース１６０内に形成することができる形状の所望の周囲を描き出すことができる。ダメージラインは、ガラスの完全な深さまで貫通している場合がある。「孔」または「孔様」と記載される場合があるが、本明細書で開示された欠陥およびこの欠陥から形成されたダメージラインは、一般的には空隙スペースでなくてもよく、むしろ、透明なワークピース１６０の一部をエッチングにより感受性にするために本明細書に記載されたレーザ加工により改質された透明なワークピース１６０の一部であると理解すべきである。

幾つかの実施形態では、ダメージライン１７０は、一般的には、約１０μｍ超の距離だけ互いに離間させることができる。例えば、ダメージライン１７０間の適切な間隔は、約１０μｍ～約５００μｍとすることができる。ダメージライン１７０の間の距離は、特定の半導体特性および要件に基づいて選択することができると企図される。幾つかの他の実施形態、例えば、ダメージライン１７０がエッチングされて、エッチングされた形状の融合をもたらす実施形態では、隣接するレーザダメージラインまたはレーザダメージ部位１７０間の間隔またはピッチは、例えば、１μｍ以上２００μｍ以下、５μｍ以上５０μｍ以下またはさらに１０μｍ以上２０μｍ以下であることができる。さらに、パルスレーザビーム１１２に対する透明なワークピース１６０の平行移動を、１つ以上の平行移動ステージ１９０を使用して、透明なワークピース１６０および／またはビーム源１１０を運動させることにより行うことができる。

ここから図３を参照して、透明なワークピース１６０内にダメージライン１７０を形成した後に、透明なワークピース１６０をダメージラインに沿って蒸気エッチングして、透明なワークピース１６０を通って延びる開口１８０を形成することができる。例えば、少なくともダメージライン１７０に沿って、透明なワークピース１６０をエッチング蒸気３０２に暴露させることにより、透明なワークピース１６０を蒸気エッチングすることができる。種々の実施形態では、透明なワークピース１６０をエッチングマスクの不存在下でエッチング蒸気に暴露させることができるが、幾つかの実施形態では、エッチングマスクを使用してもよい。すなわち、本明細書に記載された種々の実施形態では、開口１８０を、マスキングを必要とせずに、エッチングプロセスにより透明なワークピース１６０を通して形成することができるが、マスクの使用は特に除外されない。

種々の実施形態では、エッチング蒸気３０２は乾燥エッチング蒸気であり、これは、ガス状エッチャント、例えばＨＦを含むことができる。ＨＦは、ガラス基板中に見られる二酸化ケイ素と反応して、四フッ化ケイ素および水蒸気を形成するであろう。幾つかの実施形態では、エッチング蒸気をイオン化するのに役立ち、触媒として作用することができるアルコールも存在する。理論に拘束されるものではないが、ガス状エッチャントは、湿式化学エッチング溶液より効率的にダメージライン１７０に浸透することができると考えられる。さらに、透明なワークピース１６０の深さへのエッチャントの浸透または拡散を、エッチングの反応速度より速い速度に制御することができ、これにより、次に、開口の形状を制御することができると考えられる。例えば、種々の実施形態では、レーザ改質ガラスのエッチング速度がガラスの本体内の深さと比較して基板の表面付近でより大きい場合に形成される「砂時計」形状の開口とは対照的に、エッチング蒸気を、エッチングの反応速度よりはるかに速い速度で透明なワークピース１６０内に拡散させることができ、より円筒形の開口の形成をもたらすことができる。他の実施形態では、レーザ改質ガラス内へのエッチング蒸気の拡散速度を、特に、特定のウエスト開口を達成するように決定することができる。

本明細書で使用する場合、「円筒形」なる用語は、開口または「ビア」の直径が透明なワークピース１６０の厚さ全体にわたって３０％以下または２０％以下まで変動することを意味する。ビアの直径の変動を、ビアの最大測定直径とビアの最小測定直径との差をとり、その結果をビアの最大測定直径で除算することにより計算することができる。実施形態において、直径は、ビアのＳＥＭ断面を使用しまたは上部／下部側からのビアの光学的計測法を使用することにより（例えば、上部、下部、ウエストを測定するために）測定される。特に断らない限り、直径は、ＳＥＭ断面を使用して測定される。本明細書で使用する場合、「ウエスト」なる用語は、その最も狭い点におけるビアもしくは開口の直径または開口の最小直径を指す。

種々の実施形態では、蒸気エッチングを、約１０キロパスカル（ｋＰａ）～約２０ｋＰａの圧力で行うことができる。種々の実施形態では、プロセスの圧力および温度ならびにエッチング蒸気の量を調節して、透明なワークピース１６０内へのエッチャントの拡散速度を制御することができると企図される。使用に適した市販の蒸気エッチングシステムは、一例として、Orbotech（Israel）製の商品名SPTSで入手可能なものを含むが、これに限定されない。

一般的に、準非回折ビームにより生じるレーザ改質領域では、液相エッチャントが基板の深さ全体にわたって均一に浸透してエッチングすることが非常に困難である。液相エッチングによりビアを完全に開くため、すなわち、ガラスが完全に除去された透明な開口チャネルを有するために、基板の深さは、基板の深さまでのエッチング浸透の５μｍごとに、ビアの入口／出口直径の約１μｍのビア直径成長を必要とする場合がある。このことは、アスペクト比＞１０：１を有するビアを達成することは、液相エッチングでは困難である場合があることを意味する。ビアを開けるために、十分な液相エッチングを行っても、ビアは、多くの場合に「砂時計」形状を有する。この場合、ビアのウエスト直径は、ビアの上部／下部直径よりはるかに小さい、例えば、上部／下部直径の７０％未満（すなわち、直径の差が３０％を超える）または上部／下部直径の５０％未満（すなわち、直径の差が５０％を超える）または上部／下部直径の３０％未満（すなわち、直径の差が７０％を超える）である。さらに、液相エッチングについて、ビア／レーザダメージの周囲の領域の画定にマスクが使用されないと仮定すると、これは、ガラスの中心の厚さまでのエッチャントの浸透を保証するために著しい表面除去（薄肉化）を生じさせることを意味する。例えば、液相エッチングについて、エッチング浸透深さに対するビア直径成長の比が１：５であることは、厚さ３００μｍのガラスにスルービアを形成するために少なくとも直径３０μｍの孔を形成しなければならず、したがって少なくとも３０μｍの表面除去（薄肉化）が必要となることを意味する。シリコン酸窒化物被覆などのマスクを利用して、表面を薄肉化することなく液相ＨＦ中でビア自体をエッチングすることが可能となり、他のビア形状の複雑さ、例えば、ビアの縁部でのマスクのエッチングアンダーカットがもたらされる。

したがって、準非回折ビームレーザ改質の気相エッチングは、ビア寸法について顕著に異なる有利な特性を達成するのに役立ちうる。エッチング後、種々の実施形態は、開口の平均直径ｄに対する透明なワークピース１６０の平均厚さｔ（図４に示される）のアスペクト比が２０：１以上であることを達成する。例えば、アスペクト比は、３０：１以上、４０：１以上またはさらに５０：１以上であることができる。幾つかの実施形態では、アスペクト比は、５５：１以下である。さらに、ガラス基板を通って延びる開口は、一般的には、５μｍ以上５０μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下またはさらに１０μｍ以下の平均直径を有する。より大きな直径を有する開口が企図されるが、種々の実施形態では、透明なワークピースのエッチングのための反応速度は、プロセス時間を制限し、したがって、経済的実現可能性を制限するおそれがあると理解されるべきである。

幾つかの実施形態では、透明なワークピースを湿式エッチングして、開口の直径をさらに増大させることができる。例えば、透明なワークピース１６０を、化学エッチャントを含む湿式化学エッチング溶液を透明なワークピース１６０に適用することにより湿式エッチングすることができる。湿式化学エッチング溶液を、例えば、透明なワークピース上に噴霧することができ、または透明なワークピースを、化学エッチング溶液を含有する浴に浸漬させることができる。湿式エッチングを使用して、透明なワークピース１６０を通って延びる１つ以上の開口１８０の直径を増大させる場合、透明なワークピース１６０の表面から除去される材料の量を最小化し（すなわち、厚さの除去を最小化し）、かつ各開口１８０の深さを通って材料除去の均一性を最大化することが望ましい場合がある。これは、以下でより詳細に説明するように、エッチング速度を最小化することにより達成することができる。

開口１８０は、湿式エッチング溶液が透明なワークピース１６０の深さ内に浸透し、開口１８０内およびその周囲の透明なワークピース１６０の材料を除去し、ビアの直径を増大させる経路を提供する。幾つかの実施形態では、湿式エッチング溶液により、閉輪郭線に沿って隣接する開口１８０間の透明なワークピース１６０の材料を除去し、これにより、閉輪郭線内の透明なワークピース１６０の材料を透明なワークピース１６０の残りの部分から分離して、形状を形成することができる。

理論により限定されることを意図するものではないが、開口１８０を湿式エッチングすると、図６に示されているように、透明なワークピース１６０の主面における開口１８０の直径が開口の深さ内（例えば、透明なワークピース１６０の各主面間の約１／２）のウエスト直径より大きい砂時計形状プロファイルが形成される場合がある。本明細書で使用する場合、「主面」は、透明なワークピース１６０の結像面１６２および結像面１６２に対向する表面（例えば、裏面）を指す。この砂時計形状プロファイルは、開口１８０の深さを横切る（すなわち、開口１８０の深さを通して拡散する）化学エッチング溶液の初期制限により引き起こされる。このため、主面およびその付近の開口１８０の一部は、化学エッチング溶液が透明なワークピース１６０と接触すると、直ちにエッチングを受けるであろう。一方、透明なワークピース１６０内の開口１８０の一部は、化学エッチング溶液が開口１８０の深さを通って拡散する（すなわち、各主面から開口１８０のウエストまで拡散する）までエッチングを受けないであろう。

蒸気エッチングおよび湿式化学エッチングプロセスの両方を使用する実施形態では、開口１８０の特定の形状を、各プロセスにより行われるエッチングの量を調整することにより制御することができる。例えば、より円筒形の開口について、より砂時計形状開口を達成するための加工方法と比較して、まず蒸気エッチングをより長い時間行うことができ、ついで湿式化学エッチングをより短い時間行うことができる。付加的にまたは代替的に、一方または両方のエッチングプロセスのエッチング速度を調整して、開口１８０の形状を調整することができる。

実施形態において、湿式化学エッチングの間、主面における開口１８０の直径は、開口１８０のウエスト直径より大きくてもよい。さらに、湿式化学エッチング溶液が開口１８０を横切ると（すなわち、開口１８０のウエスト／中央に到達すると）、各開口１８０の表面直径とウエスト直径との間の差は、その後も一定のままであろう。このため、エッチング速度を最小化することにより、透明なワークピース１６０の材料の厚さ損失が最小化され、開口１８０の表面直径とウエスト直径との間の差が最小化される。エッチング速度を最小化することにより、湿式化学エッチング溶液が透明なワークピース１６０の深さを通って広がる前に除去される透明なワークピース１６０の材料の量が最小化されるためである。すなわち、エッチング速度を最小化にすることにより、各開口１８０の深さを通る材料除去の均一性が最大化され、その結果、主面における開口１８０の直径と開口１８０のウエスト直径との間の差が最小化される。さらに、開口１８０の均一性を高めることにより、開口１８０のより均一な壁（すなわち、透明なワークピース１６０の主面に対してほぼまたは完全に直交する開口壁）がもたらされる。

理論により限定されることを意図するものではないが、エッチング速度は、化学エッチングプロセスのチーレ数（φ）の制御可能な変数であり、これは、Thiele, E.W. Relation between catalytic activity and size of particle, Industrial and Engineering Chemistry, 31 (1939), pp. 916-920に記載されているように、拡散速度に対するエッチング速度の比を数学的に表す。エッチング速度が拡散時間より大きい場合、チーレ数は１より大きくなる。これは、開口１８０内に導入された初期の湿式化学エッチング溶液が、開口１８０のウエスト（例えば、中央）に到達する前に消耗されることを意味する。この場合、湿式化学エッチング溶液を、透明なワークピース１６０の対向面における開口１８０の部分からの追加の化学エッチャントの拡散により補充することができる。その結果、湿式化学エッチングは、開口１８０の上部および下部において、中央部（例えば、ウエスト）より早く始まり、開口１８０から形成される砂時計様形状がもたらされる。一方、拡散時間がエッチング速度以上である場合には、チーレ数は１以下となる。このような条件下では、化学エッチャント濃度は開口１８０全体に沿って均一となり、開口１８０は均一にエッチングされ、各開口１８０に沿って実質的に円筒形の空隙を生じる。

本明細書において説明しているように、エッチング速度を、湿式化学エッチングプロセスのチーレ数が制御され、これにより、開口１８０から形成される空隙の上部開口および下部開口の直径の拡張に対する開口１８０に沿って形成される空隙のウエスト直径の拡張の比が制御されるように制御することができる。さらに、幾つかの実施形態では、本明細書に記載された化学エッチングプロセスのチーレ数は、約５以下、約４．５以下、約４以下、約３．５以下、約３以下、約２．５以下、約２以下、約１．５以下または約１以下であることができる。

エッチング速度を、湿式化学エッチング溶液の化学エッチャントの濃度を下げること、湿式化学エッチング溶液の温度を下げること、エッチング中に湿式化学エッチング溶液を撹拌すること、例えば超音波、物理的運動などを使用することにより下げることができる。さらに、エッチング速度は、透明なワークピース１６０の組成に影響を受ける場合がある。

図６に、透明なワークピース１６０をレーザ改質して、透明なワークピース１６０を通って延びる複数のダメージライン１７０を形成し、ついで蒸気エッチングして、開口１８０を形成する例示的な方法を模式的に示す。開口１８０の形成後、湿式化学エッチング溶液を使用して、ビアまたは開口を特定の形状に湿式エッチングすることができる。図６に示されているように、低速湿式エッチングを使用して、より円筒形の形状を有する開口１８０を形成することができ、一方、高速湿式エッチングを使用して、より小さいウエストを有する開口１８０を形成することができる。

種々の実施形態では、湿式化学エッチング溶液は、化学エッチャントおよび脱イオン水を含む水溶液であることができる。幾つかの実施形態では、化学エッチャントは、一次酸（ｐｒｉｍａｒｙ ａｃｉｄ）および二次酸（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ａｃｉｄ）を含むことができる。一次酸は、フッ化水素酸であることができ、二次酸は、硝酸、塩酸または硫酸であることができる。幾つかの実施形態では、化学エッチャントは、一次酸のみを含むことができる。幾つかの実施形態では、化学エッチャントは、フッ化水素酸以外の一次酸および／または硝酸、塩酸もしくは硫酸以外の二次酸を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態では、一次酸の化学エッチャントは、約１体積％のフッ化水素酸～約１５体積％のフッ化水素酸、例えば、約２．５体積％のフッ化水素酸～約１０体積％のフッ化水素酸、２．５体積％のフッ化水素酸～約５体積％のフッ化水素酸ならびにその間の全ての範囲および部分範囲の体積％のフッ化水素酸を含むことができる。さらに、幾つかの実施形態では、二次酸は、約１体積％の硝酸～約２０体積％の硝酸、例えば、約２．５体積％の硝酸～約１５体積％の硝酸、２．５体積％の硝酸～約１０体積％の硝酸、２．５体積％の硝酸～約５体積％の硝酸ならびにその間の全ての範囲および部分範囲の体積％の硝酸を含むことができる。追加の例として、化学エッチャントは、１０体積％のフッ化水素酸／１５体積％の硝酸、５体積％のフッ化水素酸／７．５体積％の硝酸、２．５体積％のフッ化水素酸／３．７５体積％の硝酸、５体積％のフッ化水素酸／２．５体積％の硝酸、２．５体積％のフッ化水素酸／５体積％の硝酸などを含むことができる。さらに、化学エッチング溶液中の化学エッチャントの濃度を下げると、エッチング速度を下げることができる。このため、化学エッチング溶液中の化学エッチャントの最小有効濃度を使用するのが有利である場合がある。

種々の場合において、湿式化学エッチング溶液は、水酸化物溶液、例えば、ＮａＯＨまたはＫＯＨであることができる。高純度溶融シリカまたは他のガラスにおけるビアのエッチングのための例示的な溶液は、１９５°Ｆ（約９０℃）での１２ＭのＮａＯＨである。

幾つかの実施形態では、湿式化学エッチング溶液を、透明なワークピース１６０が化学エッチング浴内に配置された場合、撹拌することができる。例えば、化学エッチング溶液を、機械的に撹拌することができ、超音波で撹拌することができ、またはこれらの組み合わせを行うことができる。撹拌により、開口１８０の深さを通る化学エッチング溶液の拡散速度を上げ、これにより、材料除去を制限し、均一形状の開口を容易にしながら、より速い分離を容易にすることができる。幾つかの実施形態では、開口１８０の均一なエッチングを改善するために、化学エッチング浴を、Ｘ、ＹおよびＺ方向に機械的に撹拌することができる。Ｘ、ＹおよびＺ方向における機械的撹拌は、連続的または可変的であることができる。幾つかの実施形態では、化学エッチング浴は、化学エッチング浴内の化学エッチング溶液の超音波撹拌を生じさせるように構成された１つ以上の超音波トランスデューサを備えることができる。例えば、超音波トランスデューサを、化学エッチング浴の底部または化学エッチング浴の１つ以上の側面に配置することができる。

理論に拘束されるものではないが、開口１８０が透明なワークピース１６０の深さ全体を通して開口される前に、化学エッチング浴に超音波撹拌を適用すると、開口１８０内に大きな空隙の形成をもたらすことができると考えられる。一方、開口１８０が、透明なワークピースの第１の主面から透明なワークピースの第２の主面に開口している場合、このような空隙を形成することなく、超音波撹拌を適用してもよい。したがって、種々の実施形態では、蒸気エッチングによる開いた開口の形成により、湿式化学エッチングプロセスの開始から超音波撹拌を利用することが可能となり、これにより、開口内に空隙が生じる可能性を下げる。

さらに、上記のように、種々の実施形態では、複数のダメージラインを使用して、閉輪郭線を形成することができる。複数のダメージラインのエッチングにより形成された開口の直径を増大させると、隣接する開口間の材料を除去することができ、閉輪郭線に沿って透明なワークピースの一部を分離することができる。例えば、図５に示されているように、閉輪郭線５７０は閉曲線５６５に沿って延び、これは、透明なワークピース１６０内に１つ以上の形状を形成することができる意図された分離線を描き出す。閉輪郭線５７０は、透明なワークピース１６０の表面内に延び、輪郭線５７０により囲まれた透明なワークピース１６０の材料を残りの透明なワークピース１６０から分離するための経路を確立する、複数のダメージライン１７０を含み、これにより、例えば、蒸気エッチャントを透明なワークピース１６０に適用することによって、透明なワークピース１６０を通って延びる形状を、閉輪郭線５７０に沿って形成する。透明なワークピースの一部を分離するために隣接する開口を融合させると、一連の開口から構成される縁部が形成される。このような幾つかの実施形態では、縁部（またはその少なくとも一部）は、融合された部分開口を含む。すなわち、縁部は滑らかでなくてもよく、その代わりに、開口を以前に形成した複数のノッチまたは窪みを含んでもよい。

閉輪郭線を形成することおよび透明なワークピース中に形状を形成するために閉輪郭線を使用することに関するさらなる詳細は、２０１８年１０月１７日に出願された米国特許出願第１６／１６２６４４号明細書に見出すことができる。同出願はその全体が、参照により本明細書に援用される。

結果として生じる縁部の形態は、レーザにより生じる任意のダメージ、例えば微小クラックとエッチングされた形状、例えば、ワークピースの残り部分からの内部輪郭の分離を可能にするように一緒に融合されたビアとの組み合わせとなる。典型的には、液体エッチャントの迅速な浸透を可能にするために材料に十分なレーザ改質を付与することと、滑らかなまたは強い縁部を形成するために任意のレーザによる微小クラッキングを最小化しようとすることとの間でバランスがとられる。レーザ改質が弱ければ、微小クラックは最小化されるが、エッチャントの浸透はより遅くなり、効果は低くなる。このため、液相エッチングされた部分について、縁部は、一般的には、エッチングされた微小クラックにより優先されるテクスチャ状外観をとる。このような形状は、ガラスの縁部に「オレンジピール」様のテクスチャを形成するであろう。一方、気相エッチングについて、適度な材料改質を蒸気で良好にエッチングすることができる場合であっても、結果として生じる縁部はより滑らかであって、個々のレーザ改質同士が融合した円筒形状が優位となる。

実施例
下記の実施例は、本明細書に記載された実施形態の１つ以上の特徴を例証する。

３５０μｍの厚さを有する高純度溶融シリカサンプルを、ＱＮＤＢレーザに露光し、蒸気エッチングして、サンプルの厚さを通るビアを形成した。図７Ａ～図７Ｆに、ＱＮＤＢレーザ露光および蒸気エッチングの結果を示す。各ビア部位のレーザ露光を、５３２ｎｍの波長、約０．７ｍｍの焦線長さ、約１．２μｍの直径、８０μＪ／バーストおよび１５パルス／バーストのバーストエネルギを有するガウス－ベッセルビームを使用して行った。レーザ露光後に、この部分を、無水ＨＦとエタノール蒸気との組み合わせを使用して、約０．２３μｍ／分のエッチング速度で蒸気エッチングした。画像に、ビアのエッチング後の入口直径（図７Ａ、図７Ｃおよび図７Ｅ）および開いたビアトラックの断面プロファイル（図７Ｂ、図７Ｄおよび図７Ｆ）を示す。これらの画像において、暗い領域は、材料が除去されたガラス内の開口を示す。特に、図７Ａおよび図７Ｂに、２７分間のエッチング暴露後の直径８μｍのビアを示す。図７Ｃおよび図７Ｄに、５４分間のエッチング暴露後の直径１３μｍのビアを示す。図７Ｅおよび図７Ｆに、１０８分間のエッチング暴露後の直径２７μｍのビアを示す。全ての場合において、ビアの断面プロファイル（図７Ｂ、図７Ｄおよび図７Ｆ）は、ビア上部直径の２０％未満のビア直径、具体的には、ビア上部直径の５％未満で、無視できるテーパを示す。厚さ３５０μｍのガラス内の８μｍのビアは、約３５０／８＝４４：１のアスペクト比に対応し、ビアの上部とガラスの中央との間の直径テーパは、（正確に測定する能力の範囲内で）１μｍ未満であり、これは、ビアの深さを通る１３％未満の直径変化を表す。

対照的に、図８に、厚さ４００μｍのEagle XG（アルミノケイ酸塩ガラス）内にビアを形成することを試みるための、同じＱＮＤＢレーザ露光および２７分間の蒸気エッチングの結果を示す。この場合、小さな開口がガラス内のレーザダメージ部位に存在するが、ビアがエッチングによって開いてはいない。さらに、著しい表面テクスチャが存在し、その部分に「クラスト」が現れる。この場合、ＨＦ蒸気をアルミノケイ酸塩ガラスと反応させてエッチングプロセスを開始したが、ＨＦ蒸気に不溶性（不揮発性）の著しい副生成物が形成され、クラストが形成され、これらの両方により、表面テクスチャが生じかつガラス本体内のレーザ改質をエッチングし続けるＨＦ蒸気の浸透が遮断される。したがって、レーザ改質部位にスルー開口が形成されていない。これは、ガラスの選択がレーザ露光ビア部位を蒸気エッチングする能力にかなりの影響を与え、副生成物形成が重要であることを例証している。EXGガラスの場合には、組成は、ガラス組成の２０％超を構成するＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＳｒＯのかなりの部分を含有する。したがって、EXGガラスには、ＨＦと反応すると、反応中のガラス表面上に蓄積し、さらなるエッチングを妨げる不揮発性化合物を形成する多数の元素が存在する。

一方、ガラス中のＳｉＯ_２は、ＨＦ蒸気エッチング中に揮発性化合物を形成する。これが、高純度溶融シリカ（１００％のＳｉＯ_２）においてエッチングが継続され、開けたビアがもたらされる理由である。さらに、多くのガラス組成、例えば、ホウケイ酸ガラス中にかなりの割合で存在するＢ_２Ｏ_３は、揮発性化合物－オルトホウ酸も形成する。したがって、高シリカ含量ガラス（ここでは、９５モル％超のＳｉＯ_２を含有するガラスと定義される）およびホウケイ酸ガラス（本明細書においては、主に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）をモル％で含有し、他の成分を１０％未満で含むガラスと定義される）の両方が、ビアを有効に形成するように蒸気エッチングすることが期待される。

前述の説明を考慮して、小さな直径および高いアスペクト比を有する開口の形成を、パルスレーザビーム焦線を使用して形成された蒸気エッチングダメージラインにより形成することができると理解されたい。さらに、湿式エッチング技術を、蒸気エッチング後に使用して、開口の直径を急速に増大させることができると理解されたい。

本明細書において、範囲は、「約」ある特定の値からかつ／または「約」別の特定の値までと表現することができる。このような範囲が表現される場合、別の実施形態は、１つの特定の値からかつ／または他の特定の値までを含む。同様に、値が近似値として表現される場合、先行語としての「約」を使用することにより、特定の値が別の実施形態を形成すると理解されるであろう。範囲の各終点は、他方の終点に関連しかつ他方の終点と独立しての両方において重要であるとさらに理解されたい。

本明細書で使用する場合、方向用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上、下）は、描かれた図面についてのみ言及され、絶対的な向きを意味することを意図するものではない。

特に断らない限り、本明細書に記載された任意の方法は、そのステップが特定の順序で行われることを必要とすると解釈されることも、任意の装置の特定の向きを必要とすると解釈されることも、決して意図するものではない。したがって、方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列記していない場合または任意の装置クレームが、個々の構成要素に対する順序もしくは向きを実際に列記していない場合またはステップが特定の順序に限定されるべきであることもしくは装置の構成要素に対する特定の順序もしくは向きが列記されていないことが、特許請求の範囲または説明に何らかの方法で特に記述されていない場合、いかなる点においても、順序または向きが推論されることは決して意図されない。これは、ステップの配置、動作フロー、構成要素の順序または構成要素の向きに関する論理の事項、文法編成または句読点から導出される平易な意味および本明細書に記載された実施形態の数またはタイプを含む、解釈のための任意の可能な非明示的な基礎に当てはまる。

本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が別途明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。このため、例えば、「ａ」が冠された構成要素への言及は、文脈が別途明確に指示しない限り、２つ以上のこのような構成要素を有する態様を含む。

当業者には、特許請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に対して種々の修正および変形を行うことができると明らかであろう。このため、本明細書は、このような修正および変形が添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲に該当する限り、本明細書に記載された種々の実施形態の修正および変形を包含することが意図される。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
透明なワークピースを加工するための方法であって、該方法が、
光学系により前記透明なワークピース内へパルスレーザビームを配向し、これにより、
波長λ；
スポットサイズｗ_ｏ；および
レイリー範囲Ｚ_Ｒであって、

より大きく、式中、Ｆ_Ｄは１０以上の値を含む無次元発散係数である、レイリー範囲Ｚ_Ｒ
を含む、前記透明なワークピース内へ配向された前記パルスレーザビームの一部が、前記透明なワークピース内に複数の欠陥を生じさせる誘導吸収を前記透明なワークピース内に発生させることにより、前記透明なワークピースの第１の表面から前記透明なワークピースの厚さの少なくとも一部を通って延びる前記透明なワークピース内のダメージラインを形成するステップと、
前記透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、前記ダメージラインに沿って前記透明なワークピースの少なくとも一部を除去することにより、前記透明なワークピースの前記厚さの少なくとも一部を通って延びる開口を形成するステップと
を含む、方法。

実施形態２
前記開口が、前記透明なワークピースの前記厚さにわたって３０％以下で変化する開口直径を含む、実施形態１記載の方法。

実施形態３
前記開口直径が、約２０μｍ未満である、実施形態２記載の方法。

実施形態４
複数の開口の平均直径に対する前記透明なワークピースの平均厚さのアスペクト比が、２０：１以上である、実施形態２または３記載の方法。

実施形態５
前記方法が、前記透明なワークピースを湿式化学エッチング溶液でエッチングして、前記開口直径をさらに増大させるステップをさらに含む、実施形態２または３記載の方法。

実施形態６
前記方法が、前記エッチング中に前記湿式化学エッチング溶液に超音波を適用するステップをさらに含む、実施形態５記載の方法。

実施形態７
前記エッチング蒸気が、乾燥ＨＦ蒸気を含む、実施形態１記載の方法。

実施形態８
ガラス物品であって、
第１の主面と、前記第１の主面の反対側の、前記第１の主面から厚さ分だけ離れている第２の主面とを有するガラス基板と、
前記第１の主面から前記第２の主面まで前記ガラス基板を通って延びる複数の開口と
を備え、
前記複数の開口はそれぞれ、５μｍ以上２０μｍ以下の平均直径を有し、
前記複数の開口の前記平均直径に対する前記ガラス基板の平均厚さのアスペクト比は、２０：１以上である、ガラス物品。

実施形態９
前記アスペクト比が、３０：１以上である、実施形態８記載のガラス物品。

実施形態１０
前記アスペクト比が、４０：１以上である、実施形態８記載のガラス物品。

実施形態１１
前記複数の開口それぞれの前記第１の主面における直径と前記複数の開口それぞれの前記第１の主面から前記ガラス基板の前記平均厚さの１／２の距離での直径との間の差が、３０％以下である、実施形態８から１０までのいずれか１つ記載のガラス物品。

実施形態１２
前記ガラス物品が、高純度溶融シリカを含む、実施形態８から１０までのいずれか１つ記載のガラス物品。

実施形態１３
前記ガラス物品が、ホウケイ酸ガラスを含む、実施形態８から１０までのいずれか１つ記載のガラス物品。

実施形態１４
前記ガラス物品が、９５モル％以上のシリカ含量を有するガラスを含む、実施形態８から１０までのいずれか１つ記載のガラス物品。

実施形態１５
透明なワークピースを加工するための方法であって、該方法が、
光学系により前記透明なワークピース内へパルスレーザビームを配向し、これにより、
波長λ；
スポットサイズｗ_ｏ；および
レイリー範囲Ｚ_Ｒであって、

より大きく、式中、Ｆ_Ｄは１０以上の値を含む無次元発散係数である、レイリー範囲Ｚ_Ｒ、
を含む、前記透明なワークピース内へ配向された前記パルスレーザビームの一部が、前記透明なワークピース内に欠陥を生じさせる誘導吸収を前記透明なワークピース内に発生させるステップと、
前記透明なワークピースおよび前記パルスレーザビームを互いに対して平行移動させることにより、前記透明なワークピースの第１の表面から前記透明なワークピースの第２の表面まで前記透明なワークピースの厚さを通って延びる複数のダメージラインを形成するステップと、
前記透明なワークピースをエッチング蒸気でエッチングして、前記複数のダメージラインのそれぞれに沿って前記透明なワークピースの少なくとも一部を除去することにより、前記透明なワークピースを通って延びる複数の開口を形成するステップと
を含み、前記複数の開口のそれぞれは、２０μｍ未満の平均直径と、前記透明なワークピースの前記厚さを通る前記複数の開口それぞれの長さに沿って３０％未満のテーパとを有する、方法。

実施形態１６
前記複数の開口の前記平均直径に対する前記透明なワークピースの前記厚さのアスペクト比が、２０：１以上５５：１以下である、実施形態１５記載の方法。

実施形態１７
前記透明なワークピースが、高純度溶融シリカ、ホウケイ酸ガラス、または９５モル％以上のシリカ含量を含む、実施形態１５または１６記載の方法。

実施形態１８
前記透明なワークピースをエッチングするステップを、エッチングマスクの不存在下で行う、実施形態１５から１７までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態１９
前記方法が、前記透明なワークピースを湿式化学エッチング溶液でエッチングして、前記複数の開口それぞれの平均直径を増大させるステップをさらに含む、実施形態１５から１７までのいずれか１つ記載の方法。

実施形態２０
前記方法が、前記エッチング中に前記湿式化学エッチング溶液に超音波を適用するステップをさらに含む、実施形態１９記載の方法。

Claims (10)

1. 透明なワークピース（１６０）を加工するための方法であって、該方法が、
   光学系（１２０）により前記透明なワークピース（１６０）内へパルスレーザビーム（１１２）を配向し、これにより、
   波長λ；
   スポットサイズｗ_ｏ；および
   レイリー範囲Ｚ_Ｒであって、
   

   

   より大きく、式中、Ｆ_Ｄは１０以上の値を含む無次元発散係数である、レイリー範囲Ｚ_Ｒ
   を含む、前記透明なワークピース（１６０）内へ配向された前記パルスレーザビーム（１１２）の一部が、前記透明なワークピース（１６０）内に複数の欠陥を生じさせる誘導吸収を前記透明なワークピース（１６０）内に発生させることにより、前記透明なワークピース（１６０）の第１の表面（１６２）から前記透明なワークピース（１６０）の厚さの少なくとも一部を通って延びる前記透明なワークピース（１６０）内のダメージライン（１７０）を形成するステップと、
   前記透明なワークピース（１６０）をエッチング蒸気（３０２）でエッチングして、前記ダメージライン（１７０）に沿って前記透明なワークピース（１６０）の少なくとも一部を除去することにより、前記透明なワークピース（１６０）の前記厚さの少なくとも一部を通って延びる開口（１８０）を形成するステップと
   を含む、方法。
2. 前記開口が、前記透明なワークピースの厚さにわたって３０％以下で変化する開口直径を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記開口直径が、約２０μｍ未満である、請求項２記載の方法。
4. 複数の開口の平均直径に対するガラス基板の平均厚さのアスペクト比が、２０：１以上である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記方法が、前記透明なワークピースを湿式化学エッチング溶液でエッチングして、前記開口直径をさらに増大させるステップをさらに含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記方法が、前記エッチング中に前記湿式化学エッチング溶液に超音波を適用するステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
7. 前記エッチング蒸気が、乾燥ＨＦ蒸気を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. ガラス物品であって、
   第１の主面と、前記第１の主面の反対側の、前記第１の主面から厚さ分だけ離れている第２の主面とを有するガラス基板（１６０）と、
   前記第１の主面から前記第２の主面まで前記ガラス基板（１６０）を通って延びる複数の開口（１８０）と
   を備え、
   前記複数の開口（１８０）のそれぞれが、５μｍ以上２０μｍ以下の平均直径を有し、
   前記複数の開口（１８０）の前記平均直径に対する前記ガラス基板（１６０）の平均厚さのアスペクト比は、２０：１以上である、ガラス物品。
9. 前記アスペクト比が、３０：１以上である、請求項８記載のガラス物品。
10. 前記複数の開口それぞれの前記第１の主面における直径と前記複数の開口それぞれの前記第１の主面から前記ガラス基板の前記平均厚さの１／２の距離での直径との間の差が、３０％以下である、請求項８または９記載のガラス物品。

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