JP6753347B2 - A method for manufacturing a glass substrate, a method for forming holes in a glass substrate, and a device for forming holes in a glass substrate. - Google Patents
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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。 The present invention relates to a method for manufacturing a glass substrate, a method for forming holes in a glass substrate, and an apparatus for forming holes in a glass substrate.
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。 Conventionally, there has been known a technique of forming fine holes in a glass substrate by irradiating the glass substrate with a laser beam from a laser oscillator.
例えば、特許文献1には、パルスCO2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。 For example, Patent Document 1 describes a laser processing machine for fine hole processing of glass, which includes a pulse CO 2 laser oscillator and various optical systems including a condenser lens.
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CO2レーザ発振器から放射されるパルス状のCO2レーザビームがガラス基板に照射される。CO2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。 In the above-mentioned laser processing machine for fine hole processing of glass described in Patent Document 1, a pulse-shaped CO 2 laser beam emitted from a pulse CO 2 laser oscillator is applied to a glass substrate. By irradiating the CO 2 laser beam, the glass substrate is locally heated, and fine holes are formed at the irradiation position.
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、CO2レーザビームの照射時間(すなわちCO2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。 Here, in such a conventional hole processing technique, cracks may occur in the glass substrate during or after the hole processing. Therefore, when actually hole machining, a CO 2 laser beam irradiation time (i.e., CO 2 laser beam of pulse width) is adjusted to be as short as possible.
ただし、CO2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CO2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。 However, if the irradiation time of the CO 2 laser beam is shortened, it becomes difficult to form sufficiently deep holes in the glass substrate. Therefore, when it is necessary to form a deep hole, the peak power of the pulsed CO 2 laser beam must be increased as much as possible.
しかしながら、CO2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。 However, when the peak power of the CO 2 laser beam is increased, the impact applied to the glass substrate at the time of irradiation is increased, which eventually results in cracks in the glass substrate.
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。 The present invention has been made in view of such a background, and the present invention provides a method for producing a glass substrate having holes having a desired depth, which can significantly suppress the occurrence of cracks. With the goal. Another object of the present invention is to provide a method for forming holes having a desired depth in a glass substrate, which can significantly suppress the occurrence of cracks. Furthermore, an object of the present invention is to provide an apparatus for forming holes having a desired depth in a glass substrate, which can significantly suppress the occurrence of cracks.
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、
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、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、製造方法が提供される。
The present invention is a method for manufacturing a glass substrate having holes having a depth of d (μm) or more.
It has a step of irradiating a glass substrate with a laser beam oscillated from a CO 2 laser oscillator for an irradiation time of t (μsec) to form holes in the glass substrate.
The laser beam is focused by a condenser lens and then irradiated to the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
A manufacturing method that meets the requirements is provided.
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、
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、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、方法が提供される。
Further, in the present invention, it is a method of forming holes having a depth of d (μm) or more in a glass substrate.
It has a step of irradiating a glass substrate with a laser beam oscillated from a CO 2 laser oscillator for an irradiation time of t (μsec) to form holes in the glass substrate.
The laser beam is focused by a condenser lens and then irradiated to the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
A method is provided that meets the requirements.
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CO2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、P0およびSとしたとき、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、装置が提供される。
Further, in the present invention, it is an apparatus for forming holes having a depth of d (μm) or more in a glass substrate.
A CO 2 laser oscillator that oscillates a laser beam,
A condenser lens that concentrates the laser beam on a glass substrate,
Have,
By irradiating the glass substrate with the laser beam for an irradiation time t (μsec), holes are formed in the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
A device is provided that meets the requirements.
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。 The present invention can provide a method for producing a glass substrate having holes having a desired depth, which can significantly suppress the occurrence of cracks. Further, the present invention can provide a method for forming holes having a desired depth in a glass substrate, which can significantly suppress the occurrence of cracks. Further, the present invention can provide an apparatus for forming holes having a desired depth in a glass substrate, which can significantly suppress the occurrence of cracks.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(Method for manufacturing a glass substrate according to an embodiment of the present invention)
In one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a glass substrate having holes having a desired depth d (μm) or more (hereinafter, referred to as “first manufacturing method”) is provided.
第1の製造方法は、
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)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。
The first manufacturing method is
A step of irradiating a glass substrate with a laser beam oscillated from a CO 2 laser oscillator for an irradiation time of t (μsec) or more to form holes having a desired depth d (μm) or more in the glass substrate. Have.
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。 Hereinafter, the first manufacturing method will be described in detail with reference to FIG.
(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。
(Hole forming device)
FIG. 1 schematically shows a configuration of a hole forming apparatus (hereinafter, referred to as “first hole forming apparatus”) that can be used when carrying out the first manufacturing method.
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。
As shown in FIG. 1, the first
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。
In the example shown in FIG. 1, the optical system is arranged in order from the
レーザ発振器110は、CO2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、CO2レーザビーム113を照射することができる。
The
レーザ発振器110は、パルスCO2レーザ発振器であっても、連続波CO2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CO2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CO2レーザビームが放射される。
The
CO2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φ1であり、ビーム断面積はS1である。
The wavelength of the CO 2 laser beam (hereinafter, simply referred to as “laser beam”) 113 may be in the range of, for example, 9.2 μm to 9.8 μm. The diameter of the
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φ1およびビーム断面積S1の入射レーザビーム113を、直径φ2およびビーム断面積S2のレーザビーム123に拡大する。ここで、φ1<φ2およびS1<S2である。
The
拡大比率は、例えば、1.5倍〜4.0倍の範囲である。 The enlargement ratio is, for example, in the range of 1.5 times to 4.0 times.
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。
The
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。
When the
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。
The
例えば、図1に示した例では、アパーチャ140は、直径φ2およびビーム断面積S2の入射レーザビーム133を、直径φ3およびビーム断面積S3のレーザビーム143に調整する。ここで、φ3<φ2およびS3<S2である。
For example, in the example shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, the condensing
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。
The
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。
As described above, at least one member of the
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。
When forming holes in the
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。
The
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。
The
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。
Next, the
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。
The
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。
After that, the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
After that, by moving the
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P0(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S3としたとき、以下の(3)式
Pd=P0/S3 (3)式
で表されるレーザビーム143のパワー密度Pd(W/cm2)が、600W/cm2以下であるという特徴を有する。
Here, the first manufacturing method, the power of the
P d = P 0 / S 3 (3)
The
パワー密度Pd(W/cm2)は、320W/cm2以下であることが好ましく、160W/cm2以下であることがより好ましく、80W/cm2以下であることが特に好ましい。また、パワー密度Pd(W/cm2)は、孔加工を進めるために5W/cm2以上が好ましく、10W/cm2以上がより好ましい。 Power density P d (W / cm 2) is preferably at 320W / cm 2 or less, more preferably 160 W / cm 2 or less, particularly preferably 80W / cm 2 or less. Further, the power density P d (W / cm 2 ) is preferably 5 W / cm 2 or more, and more preferably 10 W / cm 2 or more in order to proceed with the hole processing.
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/(Pd)1/2 (4)式
を満たすという特徴を有する。ここで、Pdは、前述のパワー密度Pd(W/cm2)である。
Further, in the first manufacturing method, when the depth of the holes formed in the
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (4)
It has the characteristic of satisfying. Here, P d is the above-mentioned power density P d (W / cm 2 ).
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tmin(以下、「最小照射時間」という)とすると、深さd=50μm、パワー密度Pd(W/cm2)=600W/cm2として、最小照射時間tmin≒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。
For example, in the first manufacturing method, when a hole having a depth d = 50 μm or more is formed in the
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Pd(W/cm2)=600W/cm2として、最小照射時間tmin≒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。
Further, for example, when a hole having a depth d = 100 μm or more is formed in the
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Pd(W/cm2)が、例えば600W/cm2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。
As described above, in the first manufacturing method, the power density P d (W / cm 2 ) of the
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Pd(W/cm2)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。
Further, the
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。
Due to the above effects, in the first production method, it is possible to form the
また、第1の製造方法では、パワー密度Pd(W/cm2)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。 Further, in the first manufacturing method, since the power density Pd (W / cm 2 ) can be made relatively small, it can be said that the occurrence of cracks can be prevented even if the irradiation is performed for a long time.
(レーザ発振器110)
前述のように、第1の孔形成装置は、CO2レーザ発振器110を有し、このレーザ発振器110は、連続波CO2レーザ発振器であっても、パルスCO2レーザ発振器であっても良い。
(Laser oscillator 110)
As described above, the first hole forming apparatus has a CO 2 laser oscillator 110, and the
このうち、連続波CO2レーザ発振器は、連続波のCO2レーザビームを発振することができる。 Of these, the continuous wave CO 2 laser oscillator can oscillate a continuous wave CO 2 laser beam.
図2には、連続波CO2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/cm2)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。 FIG. 2 schematically shows an example of the output waveform of the laser beam oscillated from the continuous wave CO 2 laser oscillator. In FIG. 2, the horizontal axis is the time T (sec) and the vertical axis is the power of the laser beam. The vertical axis represents the power density (W / cm 2 ) obtained by dividing the power of the laser beam by the beam cross-sectional area S of the laser beam. However, the same can be said when the vertical axis is represented by the power of the laser beam.
図2に示すように、連続波CO2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(Paveで表す)は、レーザビーム212のピークパワー密度(Pmaxで表す)と実質的に等しくなる。
As shown in FIG. 2, the
一方、パルスCO2レーザ発振器は、パルス状のCO2レーザビームを発振することができる。 On the other hand, the pulsed CO 2 laser oscillator can oscillate a pulsed CO 2 laser beam.
図3には、パルスCO2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。 FIG. 3 schematically shows an example of the output waveform of the laser beam oscillated from the pulse CO 2 laser oscillator. In FIG. 3, the horizontal axis and the vertical axis are the same as in the case of FIG.
図3に示すように、パルスCO2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(Paveで表す)は、レーザビーム214のピークパワー密度(Pmaxで表す)とは異なる値となる。
As shown in FIG. 3, the
このように、連続波CO2レーザ発振器から発振されるレーザビーム212では、Pave=Pmaxとなるのに対して、パルスCO2レーザ発振器から発振されるレーザビーム214は、Pave≠Pmaxとなるという特徴がある。
In this way, the
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Pd(W/cm2)は、出力波形の最大パワー、すなわちPmax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CO2レーザ発振器の場合、レーザビーム143のパワー密度Pd(W/cm2)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CO2レーザ発振器の場合、レーザビーム143のパワー密度Pd(W/cm2)は、その平均パワー密度とは異なる値を表す。
In the present application, it should be noted that the power density P d (W / cm 2 ) of the
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。
Further, the irradiation time t (μsec) in the above equation (4) is, for example, when the
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。 With reference to FIGS. 1 to 3, the method for manufacturing a glass substrate according to the embodiment of the present invention and the apparatus for forming holes in the glass substrate have been described above. However, the above description is merely an example, and the present invention may be carried out in other forms. For example, the present invention can also be applied to a method of forming non-through holes in a glass substrate.
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。 Next, examples of the present invention will be described. In the following description, Examples 1 to 6 are Examples, and Examples 7 to 12 are Comparative Examples.
(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。
(Example 1)
Using the first hole forming apparatus as shown in FIG. 1 described above, holes were formed in the glass substrate to produce a hole-containing glass substrate. In addition, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes (penetration / non-penetration) were evaluated. The depth of the holes was evaluated as follows. The desired hole depth d is set to the thickness of the glass substrate. It was determined that the desired depth d was obtained if the holes formed in the glass substrate were penetrated, and it was determined that the desired depth d was not obtained if the holes were not penetrated.
第1の孔形成装置において、レーザ発振器には、連続波CO2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CO2レーザ発振器を用いて、ビーム直径φ1=3.5mmの連続波CO2レーザビームを発振させた。 In the first hole forming apparatus, a continuous wave CO 2 laser oscillator (DIAMOND-GEM100L-9.6: manufactured by Coherent) was used as the laser oscillator. Using this continuous wave CO 2 laser oscillator was oscillating a continuous-wave CO 2 laser beam of the beam diameter phi 1 = 3.5 mm.
この連続波CO2レーザビームのビーム直径φ1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φ2=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φ3が9mmとなるものを使用した。 The beam diameter phi 1 of the continuous-wave CO 2 laser beam, using a beam expander, expanded to 3.5 times (therefore, the beam diameter φ 2 = 3.5mm × 3.5 = 12.25mm ). A λ / 4 wave plate was used as the wave plate. The aperture, after passing through the aperture, were used as the beam diameter phi 3 of the laser beam is 9 mm.
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Pdは、約79W/cm2である。 An aspherical lens having a focal length of 25 mm was used as the condenser lens. The peak power (= average power) of the laser beam between the aperture and the condenser lens was 50 W. Therefore, the power density P d of the laser beam at this position is about 79 W / cm 2 .
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。 As the glass substrate, 50 mm × 50 mm non-alkali glass was used. The thickness of the glass substrate was 100 μm. Therefore, in Example 1, the desired hole depth d is 100 μm. The irradiation time t of the laser beam on the glass substrate was 120 μsec.
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tminは、約113μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 1, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 113 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
ガラス基板に形成する孔の数は、10,000個とした。 The number of holes formed in the glass substrate was 10,000.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 2)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 1, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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。 However, in this example 2, the thickness of the glass substrate was set to 300 μm. Therefore, the desired hole depth d was set to 300 μm. The irradiation time t was 380 μsec.
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tminは、約338μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 2, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 338 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 3)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 1, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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Pdは、約157W/cm2である。 However, in Example 3, the peak power (= average power) of the laser beam was set to 100 W between the aperture and the condenser lens. Therefore, the power density P d of the laser beam at this position is about 157 W / cm 2 .
また、照射時間tは、80μsecとした。 The irradiation time t was 80 μsec.
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tminは、約80μsecとなる。従って、最小照射時間tmin=照射時間tである。 Here, in Example 3, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 80 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min = irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 4)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 3, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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。 However, in this example 4, the thickness of the glass substrate was set to 300 μm. Therefore, the desired hole depth d was set to 300 μm. The irradiation time t was set to 260 μsec.
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tminは、約239μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 4, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 239 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 5)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 1, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
ただし、この例5では、レーザ発振器として、パルスCO2レーザ発振器(コヒレント社製)を使用した。このパルスCO2レーザ発振器を用いて、ビーム直径φ1=3.5mmのパルスCO2レーザビームを発振させた。 However, in this Example 5, a pulse CO 2 laser oscillator (manufactured by Coherent) was used as the laser oscillator. Using this pulsed CO 2 laser oscillator was oscillating a pulsed CO 2 laser beam of the beam diameter phi 1 = 3.5 mm.
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Pdは、約316W/cm2である。 Further, the average power of the laser beam was set to 67 W and the peak power of the laser beam was set to 201 W between the aperture and the condenser lens. Therefore, the power density P d of the laser beam between the aperture and the condenser lens is about 316 W / cm 2 .
また、照射時間tは、56μsecとした。 The irradiation time t was set to 56 μsec.
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tminは、約56μsecとなる。従って、最小照射時間tmin=照射時間tである。 Here, in Example 5, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 56 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min = irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 6)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 5, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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。 However, in this example 6, the thickness of the glass substrate was set to 300 μm. Therefore, the desired hole depth d was set to 300 μm. The irradiation time t was 170 μsec.
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tminは、約169μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 6, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 169 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
また、孔は貫通していた。 Also, the hole was through.
(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。
(Example 7)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 5, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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Pdは、約613W/cm2である。 However, in this Example 7, the average power of the laser beam was set to 130 W and the peak power of the laser beam was set to 390 W between the aperture and the condenser lens. Therefore, the power density P d of the laser beam between the aperture and the condenser lens is about 613 W / cm 2 .
また、ガラス基板への照射時間tは、41μsecとした。 The irradiation time t on the glass substrate was 41 μsec.
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tminは、約40μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 7, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 40 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, it was confirmed that the glass substrate had cracks. The crack occurrence rate per 10,000 holes was 2%.
孔は貫通していた。 The hole was through.
(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。
(Example 8)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 7, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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。 However, in this Example 8, the thickness of the glass substrate was set to 300 μm. Therefore, the desired hole depth d was set to 300 μm. The irradiation time t was 122 μsec.
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tminは、約121μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 8, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 121 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, it was confirmed that the glass substrate had cracks. The crack occurrence rate per 10,000 holes was 5%.
孔は貫通していた。 The hole was through.
(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。
(Example 9)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 5, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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Pdは、約1886W/cm2である。 However, in this Example 9, the average power of the laser beam is 400 W and the peak power of the laser beam is 1200 W between the aperture and the condenser lens. Therefore, the power density P d of the laser beam between the aperture and the condenser lens is about 1886 W / cm 2 .
また、照射時間tは、23μsecとした。 The irradiation time t was set to 23 μsec.
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tminは、約23μsecとなる。従って、最小照射時間tmin=照射時間tである。 Here, in Example 9, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 23 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min = irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, it was confirmed that the glass substrate had cracks. The crack occurrence rate per 10,000 holes was 50%.
孔は貫通していた。 The hole was through.
(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。
(Example 10)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 9, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
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。 However, in this example 10, the thickness of the glass substrate was set to 300 μm. Therefore, the desired hole depth was set to 300 μm. The irradiation time t was 72 μsec.
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tminは、約69μsecとなる。従って、最小照射時間tmin<照射時間tである。 Here, in Example 10, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 69 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min <irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, it was confirmed that the glass substrate had cracks. The crack occurrence rate per 10,000 holes was 80%.
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。
The hole was through.
(Example 11)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 1, and a hole-containing glass substrate was produced. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
照射時間tは、30μsecとした。 The irradiation time t was 30 μsec.
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tminは、約113μsecとなる。従って、最小照射時間tmin>照射時間tである。 Here, in Example 11, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 113 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min > irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, no abnormality such as cracks was observed in the glass substrate.
ただし、最小照射時間tmin>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。 However, since the minimum irradiation time t min > irradiation time t, a hole having a desired depth could not be obtained, and the hole was not penetrated.
(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。
(Example 12)
Holes were formed in the glass substrate by the same method as in Example 10 to produce a hole-containing glass substrate. Moreover, in the obtained glass substrate, the presence or absence of cracks and the depth of holes were evaluated.
照射時間tは、35μsecとした。 The irradiation time t was 35 μsec.
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tminは、約69μsecとなる。従って、最小照射時間tmin>照射時間tである。 Here, in Example 12, the minimum irradiation time t min corresponding to the right side of the above equation (4) is about 69 μsec. Therefore, the minimum irradiation time t min > irradiation time t.
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。 As a result of observing the glass substrate after forming the holes, it was confirmed that the glass substrate had cracks. The crack occurrence rate per 10,000 holes was 40%.
また、最小照射時間tmin>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。 Further, since the minimum irradiation time t min > irradiation time t, a hole having a desired depth could not be obtained, and the hole was not penetrated.
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。 Table 1 below summarizes the manufacturing method of the hole-containing glass substrate and the evaluation results in each example.
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
100
Claims (16)
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、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、製造方法。 A method for manufacturing a glass substrate having holes having a depth of d (μm) or more.
It has a step of irradiating a glass substrate with a laser beam oscillated from a CO 2 laser oscillator for an irradiation time of t (μsec) to form holes in the glass substrate.
The laser beam is focused by a condenser lens and then irradiated to the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
Satisfy, manufacturing method.
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、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、方法。 A method of forming holes with a depth of d (μm) or more on a glass substrate.
It has a step of irradiating a glass substrate with a laser beam oscillated from a CO 2 laser oscillator for an irradiation time of t (μsec) to form holes in the glass substrate.
The laser beam is focused by a condenser lens and then irradiated to the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
How to meet.
レーザビームを発振するCO2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、P0およびSとしたとき、以下の(1)式
Pd=P0/S (1)式
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 (2)式
を満たす、装置。 A device that forms holes with a depth of d (μm) or more in a glass substrate.
A CO 2 laser oscillator that oscillates a laser beam,
A condenser lens that concentrates the laser beam on a glass substrate,
Have,
By irradiating the glass substrate with the laser beam for an irradiation time t (μsec), holes are formed in the glass substrate.
When the power and beam cross-sectional area of the laser beam immediately before entering the condenser lens are P 0 and S, respectively, the following equation (1)
P d = P 0 / S (1)
The power density P d (W / cm 2 ) represented by is 600 W / cm 2 or less.
The irradiation time t (μsec) is
t ≧ 10 × d / (P d ) 1/2 Eq. (2)
Meet the device.
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。 Further, between the CO 2 laser oscillator and the condenser lens,
The apparatus according to any one of claims 10 to 13, further comprising an aperture for adjusting the beam cross-sectional area of the laser beam.
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