JP6810951B2 - 脆性材料基板のレーザー加工方法およびレーザー加工装置 - Google Patents

Description

レーザーを用いた脆性材料基板の加工方法に関し、特に、複数箇所における厚み方向への加工に関する。

例えばガラス基板、サファイア基板、アルミナ基板などに代表される脆性材料基板に対し、貫通穴もしくは非貫通穴を形成する穴開け加工など、厚み方向（深さ方向）への加工を行う場合に、加工手段としてレーザーを用いることが広く行われている。

そうしたレーザーによる穴開け加工の一態様として、レーザーを同心円状に照射することによりレーザーのビームスポット径（焦点位置におけるビーム径、集光径）に比して大きな径の貫通穴もしくは非貫通穴を形成するという加工手法がすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１４６７８０号公報

脆性材料基板の複数箇所に対しレーザーによって厚み方向に貫通穴もしくは非貫通穴を形成する場合、従来は、一つ一つの貫通穴もしくは非貫通穴の形成が順次に行われていた。しかしながら、係る手法の場合、穴の形成が完了するまで同一の領域に継続的にレーザーを照射し続けることになるため、当該領域の近傍において熱ダメージ（クラック、チッピングの発生）が生じやすい問題があった。

また、形成しようとする穴の深さが大きい場合、個々の穴を形成する都度、脆性材料基板の厚み方向への移動が必要となることから、加工時間を要するという問題もあった。

さらには、脆性材料基板の表面側からレーザーを照射することによって裏面側の複数箇所に穴を形成する場合、穴を形成しようとする領域のピッチが小さいと、一の領域における穴の形成に続いて隣の領域に穴を形成しようとする際に、レーザーがすでに隣の領域に形成済みの穴と干渉してしまい、係る穴の形状が崩れてしまうという不具合が生じることがあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、脆性材料基板の表面側からレーザーを照射することによって裏面側の複数箇所において厚み方向への加工を行う場合において、従来よりも熱ダメージを抑制しつつ加工時間を短縮し、さらには狭ピッチでの加工が行える、脆性材料基板のレーザー加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、レーザービームを脆性材料基板の表面側から照射することによって前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に複数の穴を形成する、脆性材料基板のレーザー加工方法であって、前記複数の穴の各穴を形成する複数の加工対象箇所のうちの一の加工対象箇所における一の高さ位置でのレーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記一の高さ位置において加工対象箇所を前記複数の加工対象箇所のうちの他の加工対象箇所に切り替え、前記一の高さ位置での全ての前記加工対象箇所における前記レーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記レーザービームの焦点を前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に所定距離移動させて前記焦点を新たな高さ位置にすることを、繰り返すことにより、前記複数の穴の深さを漸次に進行させる、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のレーザー加工方法であって、前記複数の穴が丸穴であり、前記加工対象箇所において、前記焦点が同心円状の軌跡を描くように、前記レーザービームを走査させる、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の脆性材料基板のレーザー加工方法であって、前記レーザービームがピコ秒ＵＶレーザーもしくはピコ秒グリーンレーザーである、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、レーザービームを脆性材料基板の表面側から照射することによって前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に複数の穴を形成する装置であって、前記脆性材料基板が支持固定されるステージと、前記レーザービームを出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザービームを前記ステージに載置された脆性材料基板に対して照射するヘッドと、を備え、前記複数の穴の各穴を形成する複数の加工対象箇所のうちの一の加工対象箇所における一の高さ位置でのレーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記ヘッドが前記一の高さ位置において加工対象箇所を前記複数の加工対象箇所のうちの他の加工対象箇所に切り替え、前記一の高さ位置での全ての前記複数の加工対象箇所における前記レーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記ステージを前記ヘッドに対して相対移動させることによって前記レーザービームの焦点を前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に所定距離移動させて前記焦点を新たな高さ位置にすることを、繰り返すことにより、前記複数の穴の深さを漸次に進行させる、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載のレーザー加工装置であって、前記複数の穴が丸穴であり、前記ヘッドは、前記加工対象箇所において、前記焦点が同心円状の軌跡を描くように、前記レーザービームを走査させる、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載のレーザー加工装置であって、前記レーザービームがピコ秒ＵＶレーザーもしくはピコ秒グリーンレーザーである、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項６の発明によれば、脆性材料基板の裏面の複数箇所における厚み方向への穴開け加工を、複数の穴を並行して少しずつ形成していく漸次加工の手法にて行うようにすることで、脆性材料基板における熱ダメージを抑制することができ、かつ、個々の穴を順次に形成する順次加工を行う場合に比して、加工時間を短縮することができる。さらには、順次加工では行い得ないような、狭ピッチでかつ深さの大きな複数の穴の形成が行える。

レーザー加工装置１００の構成を模式的に示す図である。 穴開け加工におけるレーザービームＬＢの走査態様について説明するための図である。 順次加工の手順を説明するための図である。 漸次加工の手順を説明するための図である。 順次加工と漸次加工における狭ピッチでの加工の相違を説明するための図である。 漸次加工と順次加工によって複数の丸穴を形成したガラス基板についての、丸穴の上方からの撮像画像である。

＜レーザー加工装置の概要＞
図１は、本発明の実施の形態において脆性材料基板Ｗの加工に使用するレーザー加工装置１００の構成を模式的に示す図である。レーザー加工装置１００は、概略、光源１から出射されたレーザービームＬＢをステージ２に支持固定された脆性材料基板Ｗに照射することにより、脆性材料基板Ｗに対し所定の加工を行うように構成されている。

加工の対象となる脆性材料基板Ｗとしては、ガラス基板、サファイア基板、アルミナ基板などが例示される。

レーザー加工装置１００は、光源１およびステージ２に加えて、脆性材料基板Ｗに対するレーザービームＬＢの直接の照射源となるヘッド３と、光源１に付随し光源１からのレーザービームＬＢの出射をＯＮ／ＯＦＦさせるシャッター４と、光源１から出射されたレーザービームＬＢを所定の角度に反射させることによりヘッド３に至るまでのレーザービームＬＢの光路を定めるミラー５と、レーザー加工装置１００の各部の動作を制御する制御部１０とを主に備える。なお、図１においては２つのミラー５が設けられているが、これはあくまで例示であって、ミラー５の個数および配置位置は、図１に示す態様には限られない。

レーザービームＬＢは、加工対象となる脆性材料基板Ｗの材質などに応じて適宜に選択されてよいが、例えばピコ秒ＵＶレーザーや、ピコ秒グリーンレーザーなどが好適である。光源１としては、加工に用いるレーザービームＬＢに見合ったものが採用されればよい。光源１におけるレーザービームＬＢの発生動作およびシャッター４のＯＮ／ＯＦＦ動作は制御部１０によって制御される。

ステージ２は、加工に際し脆性材料基板Ｗが水平に支持固定される部位である。ステージ２に対する脆性材料基板Ｗの固定は、脆性材料基板Ｗの端部を所定の挟持手段にて挟持することにより固定される。また、ステージ２は、係る固定状態において脆性材料基板の下方に空隙部２ａが設けられるように構成されている。これは、後述する態様にて加工がなされる際に脆性材料基板Ｗから生じる加工屑を係る空隙部２ａに落下させるためである。なお、係る加工屑は図示しない除去手段にて適宜に除去される。

また、ステージ２は、駆動機構２ｍによって鉛直方向に移動自在とされてなる。駆動機構２ｍが制御部１０によって制御されることにより、レーザー加工装置１００においては、加工の際に、脆性材料基板Ｗをその厚み方向に上下移動させることが可能となっている。加えて、駆動機構２ｍは、ステージ２を水平一軸方向もしくは二軸方向に移動可能に設けられていてもよいし、さらには、ステージ２の少なくとも脆性材料基板Ｗの支持箇所を水平面内において回転可能に設けられていてもよい。これにより、加工位置の調整や変更を好適に行うことができる。

ヘッド３は、ガルバノミラー３ａとｆθレンズ３ｂとを備えている。ガルバノミラー３ａは、制御部１０によってその姿勢が制御されることによって、入射したレーザービームＬＢを所定の範囲内において任意の方向に出射できるようになっている。また、ｆθレンズ３ｂは、ステージ２の上方において水平に、かつ、ガルバノミラー３ａから出射されたレーザービームＬＢが入射可能に配置されており、ガルバノミラー３ａから出射されたレーザービームＬＢは、ｆθレンズ３ｂを経ることにより、ステージ２に水平に支持固定された脆性材料基板Ｗに対し鉛直上方から照射されるようになっている。これにより、レーザー加工装置１００においては、制御部１０による制御によってガルバノミラー３ａの姿勢を連続的に変化させることにより、ステージ２に支持固定された脆性材料基板ＷにおけるレーザービームＬＢの照射位置を連続的に違えることができるようになっている。つまりは、レーザービームＬＢによって脆性材料基板Ｗを上方から走査することが可能となっている。

ただし、ステージ２に支持固定された脆性材料基板Ｗに対するレーザービームＬＢの照射可能範囲は、ガルバノミラー３ａのサイズや姿勢変更範囲に応じてあらかじめ定まっている。係る照射可能範囲外への加工を行う場合には、駆動機構２ｍによってステージ２を移動させて、新たな照射可能範囲を対象に加工を行うようにする必要がある。

なお、ステージ２に駆動機構２ｍを設けることに代えて、ヘッド３に図示しない駆動機構を設け、ヘッド３をステージ２に対して移動させる態様であってもよい。

制御部１０は、例えば汎用のコンピュータによって実現される。図示しない制御プログラムが制御部１０において実行されることにより、レーザー加工装置１００における種々の動作、例えば、光源１からのレーザービームＬＢの出射や、ステージ２の移動や、ガルバノミラー３ａの姿勢変更などが実現されてなる。

＜穴開け加工の概要＞
次に、脆性材料基板Ｗに対し上述のレーザー加工装置１００を用いて行う、本実施の形態に係る穴開け加工の概要について、一箇所への加工を行う場合を例として説明する。本実施の形態においては、脆性材料基板Ｗの上方から（表面側から）入射させたレーザービームＬＢによって脆性材料基板Ｗの裏面側に穴開け加工を行う。なお、係る態様にて穴開け加工を行う場合、対象となる脆性材料基板Ｗは、使用するレーザービームＬＢに対して透明な材質のものとなる。図２は、係る穴開け加工におけるレーザービームＬＢの走査態様について説明するための図である。

図２においては、ｚ＝ｚ０が脆性材料基板Ｗの裏面（下面）の位置であり、レーザービームＬＢの照射位置を脆性材料基板Ｗの厚み方向（ｚ方向）においてｚ＝ｚ０からｚ＝ｚ１の位置まで違えることにより、脆性材料基板Ｗの裏面から厚み方向に直径Ｄの所定深さの略円筒状の非貫通穴（丸穴）を形成する場合を想定している。ここで、直径Ｄは、レーザービームＬＢの焦点（ビームスポット）Ｆの直径（ビームスポット径）ｄ１よりも大きな値である。以降においては、直径Ｄは、脆性材料基板Ｗの裏面における、つまりはｚ＝ｚ０における値であるとする。

まず初めに、焦点Ｆが脆性材料基板Ｗの裏面（ｚ＝ｚ０）に一致するように、脆性材料基板Ｗを支持固定したステージ２の高さ位置を調整するとともに、光源１からのレーザービームＬＢの出力（以下、レーザー出力）を所定の値に設定する。そのうえで、ガルバノミラー３ａの姿勢を制御することによって、ｚ＝ｚ０において焦点Ｆの中心Ｃが直径Ｄと同軸でかつ直径の相異なる複数の同心円状の軌跡を描くように、レーザービームＬＢを走査する。換言すれば、直径を違えつつ複数回の周回走査がなされる。なお、以降においては、焦点Ｆの中心Ｃの軌跡を単に、レーザービームＬＢの軌跡と称することがある。

図２に示す場合であれば、４つの同心円状の軌跡ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４が外側から順次にそれぞれ反時計回りに描かれるように、レーザー出力Ｅ０にてレーザービームＬＢが走査されている。係る走査によって、脆性材料基板Ｗの裏面近傍が加工され、凹部が形成される。なお、図２においては４つの軌跡ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４が独立して記載されているが、実際の加工に際しては、レーザービームＬＢによる一の周回走査がほぼ完了した時点で該レーザービームＬＢの出力状態を維持したまま次の周回走査へと移行するようにしてもよい。

上述した態様にてｚ＝ｚ０におけるレーザービームＬＢによる走査が終了すると、ステージ２を所定のピッチΔｚだけ下降させたうえで、つまりは、レーザービームＬＢの焦点Ｆの位置をｚ＝ｚ０から距離Δｚだけ脆性材料基板Ｗの深さ方向へシフトさせたうえで、上述と同様の同心円状の走査を行う。なお、先に形成された凹部の深さとピッチΔｚとは、必ずしも一致しなくともよい。以降、レーザービームＬＢの焦点Ｆが位置ｚ＝ｚ１に到達し、当該位置における同心円状の走査が行われるまで、ステージ２の移動とレーザービームＬＢによる同心円状の走査とを繰り返すようにする。換言すれば、それぞれの高さ位置において、同心円状に複数の周回走査がなされる。なお、Δｚおよびｚ１の値は、脆性材料基板Ｗの材質や形成しようとする丸穴の深さに応じて定められる。通常、ｚ＝ｚ１となる位置は、脆性材料基板Ｗの裏面からみて丸穴の底部となる位置よりも浅い位置に定められる。

これにより、相異なる深さ位置でのレーザービームＬＢの同心円状の走査が繰り返される都度、脆性材料基板Ｗの厚み方向への凹部の形成が進行し、最終的に、所望する深さの丸穴が形成されることになる。

ここで、レーザービームＬＢの走査軌跡の最大径（軌跡ＴＲ１の直径）ｄ２および走査軌跡の個数（つまりは走査の回数）は、形成しようとする丸穴の直径Ｄと、ビームスポット径ｄ１と、ガルバノミラー３ａの姿勢変更範囲に基づいて、あらかじめ実験的にあるいは経験的に定められればよい。例えば、形成しようとする丸穴の直径が５０μｍであり、ビームスポット径ｄ１が１５μｍの場合であれば、ｄ２＝３０μｍとし５回の同心円状の走査を行うことで、所望の丸穴が形成可能である。

なお、図２においては同心円状の複数回の周回走査が外側から順に行われているが、これに代わり、内側から順に行われるようにしてもよい。あるいは、焦点Ｆの深さ位置が変わる都度、走査順序を入れ替えるようにしてもよい。さらには、焦点Ｆの深さ位置に応じてレーザー出力を違えるようにしてもよい。

また、図２に示す場合においては、焦点Ｆの高さ位置がΔｚずつ違えられることで、周回走査を行う箇所も厚み方向において距離Δｚずつ離隔しているが、これに代わり、焦点Ｆの高さ位置を連続的に変化させ、焦点Ｆが厚み方向へ距離Δｚ移動する間に、上述した同心円状の複数回の周回走査に相当する複数回の周回走査を連続的に行う態様（螺旋状走査）であってもよい。

また、ここまでの説明では、非貫通穴を形成する場合を例としているが、貫通穴を形成する場合も同様の手法が採用できる。すなわち、脆性材料基板Ｗの表面からのレーザービームＬＢの焦点Ｆの総移動距離を十分に大きくした場合には、貫通穴の形成が可能となる。係る場合も、非貫通穴の形成の場合と同様、具体的な加工条件は、脆性材料基板Ｗの厚みやレーザービームＬＢの照射条件等に応じて定めればよい。

また、ここまでの説明では、レーザービームＬＢを周回走査させることにより丸穴を形成する態様について説明しているが、形成しようとする丸穴の直径Ｄが小さい場合は、周回走査は必須ではない。

＜複数穴の加工＞
次に、レーザー加工装置１００を用いて行う、一の脆性材料基板Ｗの裏面から厚み方向に複数穴を形成する加工について説明する。係る複数穴の加工は、単純には、個々の穴を順次に形成していく手法（以下、順次加工と称する）によって実現可能であるが、本実施の形態においては、漸次加工と称する手法にて行う。漸次加工とは、概略、上述の手法を利用しつつも、一の加工対象箇所における一の高さ位置でのレーザービームＬＢの照射が終了する都度、加工対象箇所を切り替えることにより、複数の穴を並行して少しずつ形成していく加工手法である。

図３は、順次加工の手順を説明するための図である。いま、脆性材料基板Ｗの厚み方向に深さｈの複数の丸穴（非貫通穴）をピッチｐで形成する場合を考える。また、一の高さ位置でのレーザービームＬＢの照射は、上述した周回走査により行うものとする。図３（ａ）においては、個々の丸穴の形成予定領域Ｈ０のうち、隣り合う４つの領域ａ、ｂ、ｃ、ｄを示している。なお、図３においては図示の都合上、一方向に隣り合う形成予定領域Ｈ０のみを示しているが、実際の加工においては、形成予定領域Ｈ０は二次元的に定められてよい。

順次加工においては、まず、レーザービームＬＢの焦点Ｆを脆性材料基板Ｗの裏面の高さ（ｚ＝ｚ０）に調整し、図３（ｂ）に示すように、領域ａを対象に、図２に示した態様にて、同心円状の周回走査とレーザービームＬＢの焦点Ｆの高さ位置のシフトとを繰り返すことにより、穴開け加工を行う。これにより、図３（ｃ）に示すように領域ａに丸穴Ｈａが形成されると、続いて、領域ｂにおいて同様に、同心円状の周回走査とレーザービームＬＢの焦点Ｆの高さ位置のシフトとを繰り返し、図３（ｄ）に示すように領域ｂにも丸穴Ｈｂを形成する。係る丸穴Ｈｂの形成が終了すると、引き続き、領域ｃ→領域ｄの順に、全ての形成予定領域Ｈ０に対して加工を行えば、最終的には、図３（ｅ）に示すように、それぞれの形成予定領域Ｈ０（領域ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に所望の複数の丸穴Ｈ（Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ）が形成される。

一方、図４は、本実施の形態において採用する漸次加工の手順を説明するための図である。いま、図３に示した順次加工の場合と同様、脆性材料基板Ｗの厚み方向に深さｈの複数の丸穴（非貫通穴）をピッチｐで形成する場合を考える。図４（ａ）においても、個々の丸穴の形成予定領域Ｈ０のうち、隣り合う４つの領域ａ、ｂ、ｃ、ｄを示している。もちろん、漸次加工の場合も、形成予定領域Ｈ０は二次元的に定められてよい。

まず、図４（ｂ）に示すように、レーザービームＬＢの焦点Ｆを脆性材料基板Ｗの裏面の高さ（ｚ＝ｚ０）に調整したうえで、領域ａを対象に、レーザービームＬＢによる周回走査を行う。これにより、図４（ｃ）に示すように、領域ａに凹部が形成される。続いて、順次加工の場合とはとは異なり、漸次加工においては、焦点Ｆの高さ位置をｚ＝ｚ０に保ったまま、領域ｂを対象とする周回走査を行う。これにより、図４（ｄ）に示すように、領域ａに続いて領域ｂにも凹部が形成される。そして引き続き、領域ｃを対象とする周回走査を行う。

このように、焦点Ｆの高さ位置をｚ＝ｚ０に保ったままでの周回走査を、図４（ｅ）に示すように全ての形成予定領域Ｈ０に対して（図４においては領域ａ、ｂ、ｃ、ｄに対して）行い、各領域に凹部を形成した後、焦点Ｆの高さ位置を距離Δｚだけシフトさせて、再び、領域ａに対する周回走査を行う。これにより、図４（ｆ）に示すように領域ａにおける凹部の形成が進行する。係る周回走査が終了すると、引き続き、焦点Ｆの高さ位置を代えることなく領域ｂ→領域ｃ→領域ｄの順に、全ての形成予定領域Ｈ０に対して周回走査を行い、それぞれの領域における凹部の形成を進行させる。以降同様に、焦点Ｆの高さ位置の距離Δｚのシフトと、領域ａ→領域ｂ→領域ｃ→領域ｄの順での周回走査とを、所定の丸穴の深さｈに応じた所定位置（ｚ＝ｚ１）まで繰り返す。最終的に、図４（ｇ）に示すように、それぞれの形成予定領域Ｈ０（領域ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に所望の複数の丸穴Ｈ（Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ）が形成される。

以上の順次加工と漸次加工とを対比すると、順次加工の場合、１つの形成予定領域における穴の形成が完了するまで当該領域に継続的にレーザーを照射し続けることになるため、当該領域近傍において温度が上昇し、熱ダメージ（クラック、チッピングの発生）が生じやすい。これに対し、漸次加工の場合は、それぞれの形成予定領域における一回あたりの加工時間は短く、しかも加工対象となる形成予定領域が次々と変わっていくので、個々の形成予定領域における温度上昇は生じにくい。それゆえ、熱ダメージ（クラック、チッピングの発生）は生じにくくなっている。

また、順次加工の場合、個々の加工対象領域において加工を実行する都度、ステージ２を昇降させることによってレーザービームＬＢの焦点Ｆを脆性材料基板Ｗの裏面ｚ＝ｚ０からｚ＝ｚ１まで移動させる必要があるのに対し、漸次加工の場合、裏面ｚ＝ｚ０からｚ＝ｚ１までの焦点Ｆの移動は加工開始から加工終了までの間にただ一度、断続的になされるのみである。このことは、順次加工よりも漸次加工の方が、加工時間が短縮されることを意味する。しかも、係る時間短縮の効果は、明けようとする穴の個数が多いほど顕著となる。

＜狭ピッチでの加工＞
上述した漸次加工は、脆性材料基板Ｗの裏面側に複数の穴を狭ピッチにて形成する場合に適している。図５は、順次加工と漸次加工における狭ピッチでの加工の相違を説明するための図である。

いま、図５（ａ）に示すように、ピッチｐが図３（ａ）および図４（ａ）にて示した場合よりも小さく、かつ、深さｈが図３（ａ）および図４（ａ）にて示した場合よりも大きい複数の非貫通穴を形成する場合を考える。

係る形成を、順次加工にて行おうとした場合、例えば一の形成予定領域Ｈ０（領域ａ）への穴Ｈａの形成に続いて隣り合う形成予定領域Ｈ０（領域ｂ）への穴の形成を行おうとした場合、ピッチｐおよび深さｈの大きさによっては、図５（ｂ）に示すように、領域ｂにおいて周回走査させているレーザービームＬＢが一部領域Ｉにおいて穴Ｈａと干渉してしまうことがある。このような干渉が生じると、先に形成された穴Ｈの形状が歪んだりゆがんだりするなどの不具合が発生する。

これに対し、漸次加工の場合、図５（ｃ）に示すように、領域ａにおける凹部の形成に続いて領域ｂに凹部を形成するべく領域ＢにおいてレーザービームＬＢを周回走査させたとしても、レーザービームＬＢの焦点Ｆと領域Ａに形成された凹部の底部との高さの差が小さいため、レーザービームＬＢが領域Ａに形成された凹部と干渉することはない。これは、漸次加工が図５（ｃ）に示す場合からさらに進行したとしても同様である。それゆえ、最終的には、図５（ｄ）に示すような、順次加工では実現できないような、ピッチｐが小さくかつ深さｈが大きい複数の穴の形成が実現できる。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、脆性材料基板Ｗの裏面の複数箇所における厚み方向への穴開け加工を、複数の穴を並行して少しずつ形成していく漸次加工の手法にて行うようにすることで、脆性材料基板における熱ダメージを抑制することができ、かつ、個々の穴を順次に形成する順次加工を行う場合に比して、加工時間を短縮することができる。さらには、順次加工では行い得ないような、狭ピッチでかつ深さの大きな複数の穴の形成が行える。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、一定の加工条件のもとでの穴の形成を前提とした説明を行っていたが、途中の深さまで加工が進行した時点で、加工条件が変更される態様であってもよい。

また、上述の実施の形態においては、並列加工と順次加工を択一的に使用することを前提とした説明を行っていたが、並列加工と順次加工とを組み合わせる態様であってもよい。例えば、一定の深さまでは並列加工を行い、その後、個々の凹部を対象に順次加工を行う態様であってもよい。係る態様によっても、狭ピッチでの加工は実現可能である。

上述の実施の形態においては、丸穴の加工を例に、複数穴の形成を順次加工にて行う態様について説明を行っていたが、複数穴の形成への順次加工の適用は、丸穴以外の任意の形状にて深さ方向に加工を行う場合にも適用が可能である。例えば、角穴や溝の形成にも適用することができる。なお、前者の場合、一の高さ位置におけるレーザービームＬＢの走査は、相異なる大きさの矩形状の軌跡が同軸に形成されるように周回走査を行うようにしてもよいし、所定ピッチで平行な複数の軌跡が形成されるようにしてもよい。また、後者の場合は、所定ピッチで平行な複数の軌跡が形成されるようにすればよい。

個々の形状が同じである複数の丸穴の加工を、漸次加工と順次加工との両方にて行った。

具体的には、脆性材料基板Ｗとして厚みが１．１ｍｍのソーダガラス基板を用意し、直径Ｄが１００μｍの２５個の丸穴を５×５の正方格子状にピッチｐを１１５μｍとして形成した。すなわち、丸穴と丸穴の間隙が最小で１５μｍという狭ピッチの条件で複数の丸穴を形成するようにした。また、レーザービームＬＢとしてはピコ秒グリーンレーザーを用いた。ピコ秒グリーンレーザーのスペックは以下の通りである。

波長：５３２ｎｍ；
繰り返し周波数：２０ｋＨｚ；
出力：初期値０．０８Ｗ→最終値０．１Ｗ；
走査速度：１００ｍｍ／ｓ；
パルスエネルギー：４μＪ→５μＪ；
パルスフルエンス：５Ｊ／ｃｍ^２→６．３Ｊ／ｃｍ^２；
パルス周期：５μｍ；
パルス幅：５０pｓ。

また、レーザービームＬＢのビームスポット径ｄ１は１０μｍとし、レーザービームＬＢの走査軌跡の最大径ｄ２は９６μｍとし、一つの高さ位置における走査回数は７回とし、Δｚは５μｍとし、厚み方向への焦点Ｆの移動距離（ｚ１−ｚ０）は、８５０μｍとした。

図６は、それぞれの加工手法によって複数の丸穴を形成したガラス基板についての、丸穴の上方からの撮像画像である。図６（ａ）が漸次加工の場合の画像であり、図５（ｂ）が漸次加工の場合の画像である。

２つの画像を対比すると、図６（ａ）に示す漸次加工の場合の画像からは、全ての丸穴が上面視でほぼ真円状に形成されていることが確認されるのに対し、図６（ｂ）に示す順次加工の場合の画像では、例えば矢印にて示す丸穴を初めとして、多くの丸穴にて、その形状に歪みやゆがみが生じていた。

以上の結果は、漸次加工の方が、順次加工よりも、狭ピッチでの複数の穴開け加工に適している、ということを示している。

１ 光源
２ ステージ
２ｍ 駆動機構
３ ヘッド
３ａ ガルバノミラー
３ｂ レンズ
４ シャッター
５ ミラー
１０ 制御部
１００ レーザー加工装置
Ｃ 焦点の中心
Ｄ 丸穴の直径
Ｆ 焦点
Ｈ０（ａ、ｂ、ｃ、ｄ） （丸穴の）形成予定領域
Ｈ（Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄ） 丸穴
ＬＢ レーザービーム
Ｗ 脆性材料基板
ｄ１ ビームスポット径
ｈ （丸穴の）深さ
ｐ （丸穴の）ピッチ

Claims (6)

1. レーザービームを脆性材料基板の表面側から照射することによって前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に複数の穴を形成する、脆性材料基板のレーザー加工方法であって、
   前記複数の穴の各穴を形成する複数の加工対象箇所のうちの一の加工対象箇所における一の高さ位置でのレーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記一の高さ位置において加工対象箇所を前記複数の加工対象箇所のうちの他の加工対象箇所に切り替え、前記一の高さ位置での全ての前記複数の加工対象箇所における前記レーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記レーザービームの焦点を前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に所定距離移動させて前記焦点を新たな高さ位置にすることを、繰り返すことにより、前記複数の穴の深さを漸次に進行させる、
   ことを特徴とする、脆性材料基板のレーザー加工方法。
2. 請求項１に記載の脆性材料基板のレーザー加工方法であって、
   前記複数の穴が丸穴であり、
   前記加工対象箇所において、前記焦点が同心円状の軌跡を描くように、前記レーザービームを走査させる、
   ことを特徴とする、脆性材料基板のレーザー加工方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の脆性材料基板のレーザー加工方法であって、
   前記レーザービームがピコ秒ＵＶレーザーもしくはピコ秒グリーンレーザーである、
   ことを特徴とする、脆性材料基板のレーザー加工方法。
4. レーザービームを脆性材料基板の表面側から照射することによって前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に複数の穴を形成する装置であって、
   前記脆性材料基板が支持固定されるステージと、
   前記レーザービームを出射する光源と、
   前記光源から出射された前記レーザービームを前記ステージに載置された脆性材料基板に対して照射するヘッドと、
   を備え、
   前記複数の穴の各穴を形成する複数の加工対象箇所のうちの一の加工対象箇所における一の高さ位置でのレーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記ヘッドが前記一の高さ位置において加工対象箇所を前記複数の加工対象箇所のうちの他の加工対象箇所に切り替え、前記一の高さ位置での全ての前記複数の加工対象箇所における前記レーザービームの走査による穴の形成が終了する都度、前記ステージを前記ヘッドに対して相対移動させることによって前記レーザービームの焦点を前記脆性材料基板の裏面から厚み方向に所定距離移動させて前記焦点を新たな高さ位置にすることを、繰り返すことにより、前記複数の穴の深さを漸次に進行させる、
   ことを特徴とする、レーザー加工装置。
5. 請求項４に記載のレーザー加工装置であって、
   前記複数の穴が丸穴であり、
   前記ヘッドは、前記加工対象箇所において、前記焦点が同心円状の軌跡を描くように、前記レーザービームを走査させる、
   ことを特徴とする、レーザー加工装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のレーザー加工装置であって、
   前記レーザービームがピコ秒ＵＶレーザーもしくはピコ秒グリーンレーザーである、
   ことを特徴とする、レーザー加工装置。