JP7258419B2

JP7258419B2 - 成形品の製造方法

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Publication number: JP7258419B2
Application number: JP2019004465A
Authority: JP
Inventors: 昇武田; 尚樹村澤; 文弥河野
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: JP2020110830A

Description

本発明は、被加工物の不要部分を除去して該被加工物から所望の形状の成形品を得る成形品の製造方法に関する。

スマートフォンやタブレット型ＰＣ等のモバイル機器の筐体には、タッチパネル機能付きのディスプレイパネルの保護部材としてガラスが使用されている。モバイル機器に使用されるガラスは、ディスプレイパネルの形状に合わせて矩形の板状に成形され、該モバイル機器に組み込まれている。

近年、モバイル機器のデザインの多様化に伴い矩形以外の形状のディスプレイパネルや、平板状ではなく曲面を有するディスプレイパネルが登場している。そして、ディスプレイパネルの形状の多様化に合わせて、筐体に使用されるガラスの形状も多用化している。しかし、ガラスや石英等の硬くてもろい難加工材として知られる材料を所望の形状に加工するのは容易ではない。

例えば、難加工材であるガラスを機械加工する加工方法が知られている（特許文献１参照）が、該加工方法ではガラスに形成できる穴の深さに限度がある。また、該加工方法では、ある閾値よりも曲率半径の小さい曲面をガラスに形成できない。

また、エッチング処理によりガラスを加工して、所定の形状のカバーガラスを形成する方法が知られている（特許文献２参照）。該方法によると、ガラスに複雑な形状をエッチングにより高精度に形成できる。ただし、形状精度を高めるためにはエッチングレート（単位時間あたりに進行するエッチングの量）を下げる必要があり、加工に時間がかかるとの問題がある。

これに対して、被加工物にレーザを照射して被加工物に穴を形成する方法が知られている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。当該方法によりレーザを被加工物に照射して被加工物を加工すると、比較的短い加工時間で被加工物を加工して、被加工物に所望の形状を形成できる。

特開２０１５－１３７１９７号公報特開２０１２－１４８９５５号公報特開２００２－２４８５９０号公報特許第６３０１２０３号公報

しかしながら、被加工物にレーザを照射して該被加工物を加工する当該方法においても、例えば、被加工物に貫通孔を形成する際、該被加工物の厚さに対して形成したい孔の径が極端に小さければレーザ加工を適切に実施できない場合がある。また、被加工物が厚すぎる場合、該被加工物の上面から下面までを貫く貫通孔を該被加工物に形成できない場合があった。このように、被加工物にレーザを照射して被加工物を加工する場合においても、微細な加工を所望の通りに実施するには限界があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物を加工して微細な形状を有する成形品を製造できる成形品の製造方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、被加工物の不要部分を除去して該被加工物から所望の形状の成形品を得る成形品の製造方法であって、該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザを該パルスレーザの進行方向に沿った集光領域に集光させて該被加工物に次々に照射し、該被加工物の表面側に露出する細孔と、該細孔を囲む改質部と、からなる複数のシールドトンネルを該被加工物に形成するシールドトンネル形成ステップと、該シールドトンネルをエッチングするエッチング剤によって該被加工物に形成された該シールドトンネルを除去するエッチングステップと、を含み、該シールドトンネル形成ステップでは、該被加工物の該不要部分に該シールドトンネルを形成し、該シールドトンネル形成ステップで該被加工物に形成される複数の該シールドトンネルは、複数の第１の高さの該シールドトンネルと、複数の第２の高さの該シールドトンネルと、を含み、該第１の高さの該シールドトンネルと、該第２の高さの該シールドトンネルと、は、該被加工物の該表面から底部までの距離が互いに異なり、該シールドトンネル形成ステップでは、複数の該第１の高さの該シールドトンネルを形成した後、該パルスレーザの該集光領域の高さを変え、その後に複数の該第２の高さの該シールドトンネルを形成することを特徴とする成形品の製造方法が提供される。

好ましくは、該エッチングステップでは、該エッチング剤を含むエッチング液に該被加工物を浸漬させる。

また、好ましくは、該エッチングステップを実施する間、該エッチング液を攪拌する。

さらに、好ましくは、該エッチングステップを実施する間、該エッチング液を介して該被加工物に超音波を付与する。

また、好ましくは、該エッチングステップの後、該被加工物を水中に移動させ、該水を介して該被加工物に超音波を付与する超音波付与ステップをさらに含む。

本発明の一態様に係る成形品の製造方法では、被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザを該パルスレーザの進行方向に沿った集光領域に集光させる。この際、パルスレーザの集光領域を被加工物の不要部分に位置づける。すると、該被加工物の表面側に露出する細孔と、該細孔を囲む改質部と、からなるシールドトンネルが該被加工物に形成される。その後、シールドトンネルをエッチングするエッチング剤によって被加工物に形成されたシールドトンネルを除去する。

この方法によると、被加工物の比較的深い領域にまでシールドトンネルを形成でき、該シールドトンネルをエッチング剤により確実に除去できる。そのため、従来と比較してより深い穴の形成が可能となり、より微細な加工を実施できる。また、シールドトンネルを形成してからエッチングを実施するため、被加工物から除去する領域をより微細に制御できる。このようなシールドトンネルを被加工物の不要部分に形成し、該不要部分をエッチングにより除去すると、微細な形状を有する成形品を製造できる。

したがって、本発明の一態様により、被加工物を加工して微細な形状を有する成形品を製造できる成形品の製造方法が提供される。

図１（Ａ）は、被加工物を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、フレームユニットを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｃ）は、被加工物を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｄ）は、フレームユニットを模式的に示す斜視図である。レーザ加工装置を模式的に示す斜視図である。図３（Ａ）は、シールドトンネルを模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、シールドトンネル形成ステップの終了時の被加工物を拡大して模式的に示す断面図である。図４（Ａ）は、シールドトンネル形成ステップの開始時の被加工物を模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、シールドトンネル形成ステップの実施時の被加工物を模式的に示す断面図であり、図４（Ｃ）は、シールドトンネルが形成された被加工物を拡大して模式的に示す断面図である。図５（Ａ）は、エッチングステップを模式的に示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、エッチングステップの完了時に形成された成形品を模式的に示す斜視図である。図６（Ａ）は、エッチングステップを模式的に示す断面図であり、図６（Ｂ）は、エッチングステップの完了時に形成された成形品を模式的に示す断面図である。図７（Ａ）は、成形品の一例を模式的に示す斜視図であり、図７（Ｂ）は、成形品の他の一例を模式的に示す斜視図であり、図７（Ｃ）は、成形品のさらに他の一例を模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る成形品の製造方法において加工される被加工物１ａを模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る成形品の製造方法では、被加工物１ａから不要部分を除去して所望の形状の成形品を得る。

被加工物１ａは、例えば、難加工材と呼ばれる硬くてもろい材料である。ただし、被加工物１ａはこれに限定されない。すなわち、被加工物１ａは難加工材以外の材料でもよい。被加工物１ａは、例えば、サファイア、ガラス、石英、シリコン、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の材料からなる。該ガラスは、例えば、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等である。

被加工物１ａは、例えば、図１（Ａ）に示す通り円板状の基板である。ただし、被加工物１ａの形状はこれに限定されない。本実施形態に係る成形品の製造方法では、例えば、図１（Ｃ）に示す通り板状の基板である被加工物１ｂを加工してもよく、板状の基板以外の形状の被加工物を加工してもよい。

例えば、図１（Ｂ）及び図１（Ｄ）に示す通り、予め被加工物１ａ，１ｂには環状のフレーム５ａ，５ｂに貼られたテープ３ａ，３ｂが貼着され、フレームユニット７ａ，７ｂが形成される。被加工物１ａ，１ｂを加工する前にフレームユニット７ａ，７ｂを形成すると、被加工物１ａ，１ｂ及び該被加工物１ａ，１ｂから形成される成形品の扱いが容易となる。以下、円板状の被加工物１ａを加工して成形品を得る場合を例に、本実施形態に係る成形品の製造方法の各ステップについて説明する。

本実施形態に係る成形品の製造方法では、まず、シールドトンネル形成ステップを実施する。シールドトンネル形成ステップでは、被加工物１ａに対して透過性を有する波長のパルスレーザを該被加工物１ａに次々に照射し、該被加工物１ａの表面側に露出する細孔と、該細孔を囲む改質部と、からなる複数のシールドトンネルを該被加工物に形成する。図２は、シールドトンネル形成ステップが実施されるレーザ加工装置２を模式的に示す斜視図である。

レーザ加工装置２は、被加工物１ａを含むフレームユニット７ａを保持する保持テーブル４と、該保持テーブル４の上方にレーザ加工ユニット６と、を備える。保持テーブル４は、該保持テーブル４の保持面（上面）に一端が接続された図示しない吸引路と、該吸引路の他端に接続された吸引源（不図示）と、を有する。

保持面の上にフレームユニット７ａを載せ該吸引源を作動させると、被加工物１ａはテープ３ａを介して保持テーブル４に吸引保持される。保持テーブル４は、保持面に平行な方向に移動可能であり、被加工物１ａを保持する保持テーブル４を移動させることで、被加工物１ａをレーザ加工ユニット６に対して相対的に移動できる。

レーザ加工ユニット６は保持テーブル４の上方に配設され、被加工物１ａを透過する波長のパルスレーザ１０ａを被加工物１ａに集光する機能を有する。レーザ加工ユニット６は、先端に加工ヘッド１０が配設された支持部材８と、支持部材８に支持され加工ヘッド１０に隣接する撮像ユニット１２と、を備える。

加工ヘッド１０は、例えば、パルスレーザ１０ａを該パルスレーザ１０ａの進行方向に沿った領域に集光させる機能を有する。ここで、加工ヘッド１０によりパルスレーザ１０ａが集光される領域を集光領域とする。すなわち、パルスレーザ１０ａの集光領域は、パルスレーザ１０ａの進行方向に沿った形状となる。ここで、レーザ加工ユニット６から被加工物１ａに照射されるパルスレーザ１０ａの波長は５３２ｎｍ～１０６４ｎｍであり、パルスエネルギーを１ｍＪ以下とする。

なお、加工ヘッド１０には、パルスレーザ１０ａの集光レンズとして、開口数（ＮＡ）の値が０．３～０．８となる集光レンズが使用される。該集光レンズの開口数が０．３未満であるとパルスレーザ１０ａのエネルギー密度が低下してしまい、被加工物１ａを十分に変質できず、後述のエッチングステップで被加工物１ａの不要部分を除去しにくくなる。その一方で、開口数が０．８を超えた集光レンズを使用するとパルスレーザ１０ａの照射に伴い被加工物１ａにクラックが発生し、被加工物１ａの抗折強度が低下してしまう。

ただし、シールドトンネル形成ステップにおいて、被加工物１ａに照射されるパルスレーザ１０ａ及び使用されるレーザ加工装置２はこれに限定されない。被加工物１ａの材質、大きさ、及び形状や被加工物１ａから形成される成形品の大きさ、及び形状等により、レーザ加工装置２の構成やパルスレーザ１０ａの照射条件が適宜選択される。

シールドトンネル形成ステップでは、被加工物１ａの不要部分にパルスレーザ１０ａを次々に照射する。加工ヘッド１０から被加工物１ａにパルスレーザ１０ａを照射すると、被加工物１ａにシールドトンネルが形成される。図３（Ａ）は、シールドトンネル形成ステップで被加工物１ａの不要部分に形成されるシールドトンネル９を模式的に示す斜視図である。なお、図３（Ａ）においては、被加工物１ａのシールドトンネル９以外の領域が省略されている。

ここで、シールドトンネル９とは、被加工物１ａの厚さ方向に沿う複数の細孔１１と、該細孔１１を囲む柱状の変質領域１３と、を含む領域であり、パルスレーザ１０ａの照射により被加工物１ａに形成される領域である。例えば、細孔１１の直径は約１μｍ以下となり、変質領域１３の直径は５μｍ以下となる。

図３（Ｂ）は、複数のシールドトンネル９が形成された被加工物１ａを拡大して模式的に示す断面図である。シールドトンネル形成ステップでは、被加工物１ａにパルスレーザ１０ａを次々に照射し、互いの変質領域１３が接続され一体化されるように複数のシールドトンネル９を被加工物１ａに形成する。

例えば、上端が被加工物１ａの上面に達するように集光領域を位置付けると、パルスレーザ１０ａの照射により基板１の上面に開口する細孔１１と、該細孔１１を囲む該上面に露出した変質領域１３と、を含むシールドトンネル９が被加工物１ａに形成される。また、下端が被加工物１ａの下面に達するように集光領域を位置付けると、被加工物１ａの下面に開口する細孔１１と、該細孔１１を囲む該下面に露出した変質領域１３と、を含むシールドトンネル９が被加工物１ａに形成される。

さらに、被加工物１ａの上面から下面に至る領域にパルスレーザ１０ａを集光させると、被加工物１ａの上面及び下面の両面に開口する細孔１１と、該上面及び該下面に露出する変質領域１３と、を含むシールドトンネル９を形成できる。

また、図３（Ｂ）に示す通り、複数のシールドトンネル９を形成する際には、パルスレーザ１０ａを集光領域の高さを変えて照射してもよい。この場合、底部の高さが異なる複数のシールドトンネル９が被加工物１ａに形成される。そして、後に説明するエッチングステップにおいて該シールドトンネル９を除去すると、上端の高さが異なる複数の領域を有する成形品を形成できる。

シールドトンネル形成ステップを実施する際には、まず、被加工物１ａを含むフレームユニット７ａをレーザ加工装置２の保持テーブル４上に載せる。そして、保持テーブル４の吸引源（不図示）を作動させて、テープ３ａを介して被加工物１ａを保持テーブル４に吸引保持させる。

パルスレーザ１０ａの被加工物１ａへの照射を開始する際には、図４（Ａ）に示す通り、例えば、被加工物１ａの一端の上方に加工ヘッド１０が配されるように保持テーブル４と、加工ヘッド１０と、を相対的に移動させる。なお、図４（Ａ）は、シールドトンネル形成ステップを開始する際の被加工物１ａを模式的に示す断面図である。ここで、図４（Ａ）では、説明の便宜のため被加工物１ａの断面に付すべきハッチングを省略している。

シールドトンネル形成ステップでは、保持テーブル４を保持面に平行な方向に移動させることによりレーザ加工ユニット６と、被加工物１ａと、を相対的に移動させながら、加工ヘッド１０から被加工物１ａに次々とパルスレーザ１０ａを照射させる。被加工物１ａのパルスレーザ１０ａが照射された領域には、シールドトンネル９が形成される。

なお、シールドトンネル形成ステップでは、撮像ユニット１２により被加工物１ａを撮像しながら保持テーブル４を移動させ、被加工物１ａの所定の位置に所定の形状のシールドトンネル９が形成されるようにパルスレーザ１０ａを照射させる。

図４（Ｂ）に示す通り、パルスレーザ１０ａの集光領域の高さを変更させながら被加工物１ａにパルスレーザ１０ａを照射してもよい。図４（Ｂ）は、シールドトンネル形成ステップを実施している際の被加工物１ａを模式的に示す断面図である。なお、図４（Ｂ）では、説明の便宜のために被加工物１ａの断面に付すべきハッチングを省略している。該集光領域の高さの変更は、例えば、加工ヘッド１０を高さ方向に移動させることにより実施する。

なお、シールドトンネル形成ステップにおいて、高さの異なる複数のシールドトンネル９を被加工物１ａに形成する方法は、これに限定されない。例えば、形成する複数のシールドトンネル９を高さに応じて複数のグループに分け、グループ毎にシールドトンネル９を形成してもよい。

この場合、例えば、被加工物１ａに複数の第１の高さのシールドトンネル９を形成した後、加工ヘッド１０の集光レンズ等の光学部品の位置を変更する、又は加工ヘッド１０の高さを変更する等して集光領域の高さを変える。その後、被加工物１ａに複数の第２の高さのシールドトンネル９を形成する。複数のシールドトンネル９をこのように形成すると集光領域の高さの変更を最小限にできるため、パルスレーザ１０ａを所定の領域に安定的に照射できる。

図４（Ｃ）に、高さの異なる複数のシールドトンネル９が形成された被加工物１ａを模式的に示す断面図を示す。図４（Ｃ）に示す断面図では、説明の便宜のため、被加工物１ａの断面図に付すべきハッチングを省略している。図４（Ｃ）に示す通り、被加工物１ａの表面からシールドトンネル９の底部までの距離が互いに異なる複数の種類のシールドトンネル９を被加工物１ａに形成してもよい。この場合、例えば、凹凸形状を有する成形品を形成できる。

なお、本実施形態に係る成形品の製造方法は、シールドトンネル形成ステップにおいて形成される複数のシールドトンネル９は、高さがすべて同一でもよい。この場合、シールドトンネル形成ステップでは、パルスレーザ１０ａの集光領域の高さを変更する必要はない。

シールドトンネル形成ステップにおいて形成されたシールドトンネル９は、次に説明するエッチングステップにより除去される。シールドトンネル９が除去されると、所望の成形品が形成される。そのため、シールドトンネル９は被加工物１ａの不要部分に形成される。

次に、シールドトンネル９をエッチングするエッチング剤によって被加工物１ａに形成されたシールドトンネル９を除去するエッチングステップについて説明する。エッチングステップでは、例えば、ウェットエッチング、又はドライエッチングにより被加工物１ａをエッチングする。以下、ウェットエッチングを実施する場合を例にエッチングステップについて説明する。

エッチングステップは、例えば、図５（Ａ）に示すエッチング装置１４において実施される。エッチング装置１４は、被加工物１ａが載るテーブル１６と、テーブル１６の上方に配されたエッチング剤を供給するノズル１８と、を備える。なお、テーブル１６は、図２等に示す保持テーブル４と同様に構成されてもよい。また、テーブル１６は上面に垂直な軸の周りに回転可能である。

ノズル１８は、該エッチング剤を含むエッチング液２０ａを被加工物１ａに供給できる。ここで、エッチング液２０ａは、被加工物１ａに対しては比較的弱く作用する一方で被加工物１ａに形成されたシールドトンネル９の変質領域１３には比較的強く作用する選択性を有する液体である。例えば、該変質領域１３と、被加工物１ａのその他の領域と、では被加工物１ａの構成材料の結晶構造が異なる。変質領域１３と、該その他の領域と、のエッチング液２０ａに対する反応性の差は、該結晶構造の違いに起因して生じる。

そして、エッチング液２０ａは、被加工物１ａの材質等により適宜選択される。例えば、被加工物１ａがガラス基板である場合、エッチング液２０ａにはフッ酸、又は水酸化カリウム水溶液等を使用できる。また、被加工物１ａがサファイア基板である場合、エッチング液２０ａにはフッ酸、又は濃硫酸等を使用できる。さらに、被加工物１ａがシリコン基板である場合、エッチング液２０ａにはフッ酸、又は硝酸とフッ酸の混合溶液等を使用できる。

なお、エッチングステップが進行する過程におけるエッチング液２０ａの濃度の変化を抑制してエッチング液２０ａの作用を一定の水準に保つために、エッチング液２０ａには緩衝剤が添加されてもよい。また、エッチング液２０ａの濃度は、被加工物１ａの材質や大きさ、被加工物１ａに占めるシールドトンネル９の体積等により決定されてもよく、エッチング液２０ａにフッ酸を使用する場合、例えば、１％～４０％程度の濃度のフッ酸が使用される。

また、シールドトンネル９を早く確実に除去するために、エッチング液２０ａは予め室温よりも高い温度に加熱されてもよい。例えば、エッチング液２０ａにフッ酸を使用する場合、該エッチング液２０ａを約４０℃に加熱してもよく、エッチング液２０ａに水酸化カリウムを使用する場合、該エッチング液２０ａを９０℃～１００℃程度に加熱してもよい。ただし、エッチング液２０ａの材質、濃度、及び温度はこれに限定されない。

エッチング装置１４を使用して被加工物１ａをエッチングする際には、まず、テーブル１６を回転させ、次に、ノズル１８からエッチング液２０ａを被加工物１ａに滴下する。シールドトンネル９に形成された細孔１１が被加工物１ａの表面に通じているため、細孔１１を通じてシールドトンネル９にエッチング液２０ａが浸透し、変質領域１３がエッチングされて除去される。

エッチングは、シールドトンネル９を十分に除去できる時間で実施されるのが好ましい。ただし、エッチングを過剰に実施すると被加工物１ａの不要部分以外の部分までエッチング液２０ａによりエッチングされる場合があるため、適度にエッチングが実施される時間でエッチングを終了させる必要がある。エッチングを終了させる際には、例えば、ノズル１８から水を被加工物１ａに供給して、エッチング液２０ａを被加工物１ａから除去する。

図５（Ｂ）は、エッチングステップ完了後の状態を模式的に示す斜視図である。被加工物１ａにエッチング液２０ａを作用させて被加工物１ａからシールドトンネル９を除去すると、所望の形状の成形品１５が形成される。図５（Ｂ）等に示す例では、成形品１５として、複数のレンズ状の凸部が形成された円板状の基板が得られる。その後、成形品１５をテープ３ａから剥離させる。

なお、エッチングステップは、エッチング剤を含むエッチング液に被加工物１ａを浸漬させて実施してもよい。次に、エッチングステップの変形例について説明する。図６（Ａ）は、エッチングステップを模式的に示す断面図である。図６（Ａ）に示す通り、該変形例においては、エッチング槽２２にエッチング剤を含むエッチング液２０ｂを入れ、該エッチング液２０ｂ中に被加工物１ａを沈めて被加工物１ａのエッチングを実施する。

エッチング槽２２は、被加工物１ａを収容できる大きさであり、エッチング液２０ｂに対して耐性を有する材料で形成されている。または、エッチング槽２２の内壁には、エッチング液２０ｂに対して耐性を有するフッ素樹脂等によりコーティングされている。

エッチング槽２２の内部には、例えば、エッチング槽２２の底部から所定の距離だけ高い位置にネット２２ａが設けられてもよい。エッチングステップを実施する際には、テープ３ａから被加工物１ａを剥離させ、被加工物１ａをエッチング槽２２の該ネット２２ａ上に載せる。この場合、被加工物１ａの上方からのみならず被加工物１ａの下方からもエッチング液２０ｂを作用させることができる。そのため、被加工物１ａの下面に開口した細孔１１を有するシールドトンネル９をも速やかに除去できる。

なお、エッチング槽２２は、ネット２２ａを備えていなくてもよい。その場合、被加工物１ａの上面及び下面の双方にエッチングを実施するには、まず、被加工物１ａの一方の面がエッチング槽２２の内部の底面に接するように被加工物１ａをエッチング液２０ｂ中に沈め、被加工物１ａの他方の面に対してエッチング処理を実施する。その後、被加工物１ａの上下を反転させて、被加工物１ａの該一方の面に対してエッチング処理を実施する。

エッチング槽２２の底部の中央の外側には、例えば、エッチング槽２２中の底部に投入された攪拌子２６を回転させるドライブ部２４が設けられてもよい。攪拌子２６は、例えば、棒磁石がフッ素樹脂等でコーティングされた部材である。ドライブ部２４には、例えば、モーター等の回転駆動源により回転される磁石が組み込まれており、該磁石を回転させることでエッチング槽２２中の攪拌子２６を回転させる。

エッチング液２０ｂによる被加工物１ａのエッチングを進行させると、反応により局所的にエッチング液２０ｂの濃度が変化してエッチング液２０ｂの作用が安定しない場合がある。そこで、エッチングステップを実施する間、ドライブ部２４を作動させて攪拌子２６を回転させると、エッチング液２０ｂが攪拌されてエッチング液２０ｂの濃度の偏りを低減でき、エッチングの作用を安定化できる。

なお、エッチング液２０ｂの攪拌は他の方法で実施されてもよい。例えば、回転軸の先端にプロペラ状の構造物が取り付けられた攪拌羽根の該先端をエッチング２０ｂ中に浸し、該回転軸を回転させることでエッチング液２０ｂを攪拌させる。このとき、該プロペラ状の構造物を被加工物１ａから２０ｍｍ程度離間した位置に配すると、被加工物１ａの近傍でエッチング液２０ｂを効率的に攪拌できる。

また、エッチング槽２２の底部の外周側の外側には、例えば、エッチング槽２２中のエッチング液２０ｂに超音波を付与する超音波振動装置２８が設けられてもよい。エッチングステップを実施する間、エッチング液２０ｂを介して被加工物１ａに超音波を付与すると、被加工物１ａからのシールドトンネル９の除去が効率的に進行し、より確実に被加工物１ａからシールドトンネル９を除去できる。該超音波の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ～５０ｋＨｚ程度である。

さらに、エッチング槽２２の外側には、例えば、エッチング槽２２に収容されたエッチング液２０ｂを一定温度に保つヒーター等の加熱機構（不図示）が設けられてもよい。シールドトンネル９の除去に適した適切な温度となるように該加熱機構によりエッチング液２０ｂを加熱すると、エッチングステップを安定的に実施できる。

エッチング槽２２中の被加工物１ａのエッチングを進行させ、被加工物１ａからシールドトンネル９を除去すると、図６（Ｂ）に示す通り、所定の形状の成形品１５が形成される。ここで、図６（Ｂ）には、被加工物１ａからシールドトンネル９が除去されることで形成された成形品１５の断面図が模式的に示されている。なお、図６（Ｂ）においては、説明の便宜のために成形品１５に付すべきハッチングを省略している。

エッチングを終了させるには、エッチング槽２２から成形品１５を取り出して水槽に移し、成形品１５からエッチング液２０ｂを除去する。以上により、シールドトンネル９が除去されて所望の形状となった成形品１５が得られる。

なお、本実施形態に係る成形品の製造方法では、エッチングステップを実施した後、さらに、被加工物１ａ（成形品１５）を水中に移動させ、該水を介して被加工物１ａに超音波を付与する超音波付与ステップをさらに実施してもよい。

超音波付与ステップを実施する際には、図６（Ａ）等に示す超音波振動装置２８を備えるエッチング槽２２と同様に構成された水槽を準備し、該水槽に水を入れて、該水中に被加工物１ａを移動させる。その後、超音波振動装置を作動させて該水を介して被加工物１ａに超音波を付与する。この場合、被加工物１ａに付着しているシールドトンネル９の残渣物やエッチング液２０ａ，２０ｂ等を確実に除去できる。

以上に説明した通り、本実施形態に係る成形品の製造方法では、シールドトンネル９を形成してからエッチングを実施するため、被加工物１ａから除去する領域を微細に設定できる。シールドトンネル９を被加工物１ａの不要部分に形成し、該不要部分をエッチングにより除去すると、微細な形状を有する成形品を製造できる。また、シールドトンネル９は、被加工物１ａの比較的深い領域にまで形成できるため、従来と比較してより深い穴の形成が可能となり、より微細な加工を実施できる。

なお、本発明は、上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、円板状の被加工物１ａを加工して複数のレンズ状の凸部を有する成形品１５を得る場合を例に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、本発明の一態様では、他の形状の被加工物を加工して他の形状の成形品を得てもよい。

本発明の一態様により形成できる成形品の形状の例について、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、及び図７（Ｃ）を用いて説明する。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、及び図７（Ｃ）は、成形品の一例を模式的に示す斜視図である。

図７（Ａ）には、一例として歯車状の成形品１５ａの斜視図が示されている。例えば、歯車状の成形品１５ａの径は３ｍｍ程度であり、厚さは１ｍｍ程度である。成形品１５ａは、外周に向かって突き出た複数の矩形状の歯と、該複数の矩形状の歯の間の複数の矩形状の凹部と、を備える。

難加工材である被加工物１ａにシールドトンネル９を形成して該シールドトンネル９を除去する本発明の一態様に係る成形品の製造方法でなければ、このような複雑な形状を有する成形品１５ａを製造するのは容易ではない。例えば、ガラスやサファイア等の難加工材から形成された歯車は、高温中や磁界の中でも使用可能となる。また、成形品として、歯車以外にもぜんまい、ねじ、ボルト、ナット等の機械部品を製造してもよい。

図７（Ｂ）には、成形品の一例として複数のかまぼこ型の凸部を有する成形品１５ｂの斜視図が示されている。成形品１５ｂは、例えば、図１（Ｃ）に示す矩形状の被加工物１ｂから形成される。例えば、成形品１５ｂが光学部品である場合、該凸部の形状には高い精度が求められる。本発明の一態様に係る成形品の製造方法によると、シールドトンネル９を高い精度で形成してから該シールドトンネル９を除去するため、該凸部を高精度に形成できる。

例えば、レーザ機器や撮像機器等の光学機器には多数の光学部品が使用される。本実施形態に係る成形品の製造方法によると、要求される形状の精度が高い光学部品を成形品として製造できる。該光学部品は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッター等である。なお、形成された成形品には、さらに、研磨等の処理がされてもよい。

図７（Ｃ）には、成形品の一例として矩形状の凹部１７を有する成形品１５ｃの斜視図が示されている。成形品１５ｃの凹部の深さは、例えば、５００μｍ程度である。難加工材を加工して図７（Ｃ）に示す通り被加工物の上面から垂直な方向に切り立った内壁を有する矩形状の凹部を形成するのは容易ではない。本発明の一態様に係る成形品の製造方法によると、シールドトンネル９を高い精度で形成してから該シールドトンネル９を除去するため、該凹部を形成できる。

また、本発明の一態様に係る成形品の製造方法では、シールドトンネル形成ステップにおいて、被加工物１ａの不要部分の全てにおいてシールドトンネル９を形成しなくてもよい。例えば、図１（Ａ）に示す円板状の被加工物１ａを加工して図７（Ａ）に示す歯車状の成形品１５ａを製造する場合、円板状の被加工物１ａの不要部分のうち被加工物１ａのその他の部分との境界にシールドトンネル９を形成してもよい。

この場合、シールドトンネル形成ステップでは円板状の被加工物１ａのうち成形品１５ａとなる領域の輪郭に沿って複数のシールドトンネル９を形成し、エッチングステップでは該シールドトンネル９を除去する。そして、残った被加工物１ａの該不要領域から成形品１５ａを抜き出すことにより成形品１５ａを得られる。この場合、被加工物１ａの該不要部分のすべてにシールドトンネル９を形成する場合と比較して、シールドトンネル形成ステップに要する時間が短縮されるため、成形品を高効率に製造できる。

さらに、上記の実施形態では、一つの被加工物から一つの成形品を製造する場合を例に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、一つの被加工物１ａから複数の成形品を形成してもよい。

また、上記の実施形態では、複数のシールドトンネル９を形成し互いの変質領域１３を接続させる場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、互いに独立したシールドトンネル９を被加工物に形成し、該シールドトンネル９を除去して複数の深い穴を形成してもよい。また、例えば、被加工物にパルスレーザ１０ａを照射して被加工物の上面から下面に至るシールドトンネル９を形成し、エッチングにより該シールドトンネル９を除去することで、被加工物に貫通孔を形成してもよい。

さらに、上記の実施形態では、エッチングステップにおいて被加工物に形成されたシールドトンネル９が除去される場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、複数のシールドトンネル９が互いの変質領域１３が接続されないながらも十分に近接している場合等、該被加工物のそれぞれの該変質領域１３の間に挟まれた領域がエッチングステップにおいて該複数のシールドトンネル９とともに除去される場合がある。

本発明の一態様では、このように、シールドトンネル形成ステップと、エッチングステップと、を経て被加工物のシールドトンネル９以外の領域が除去されてもよい。この場合、所望の形状の成形品が得られるように、エッチングステップにおいて除去されるすべての領域の位置を考慮してシールドトンネル９の形成位置を決定する。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ａ，１ｂ被加工物
３ａ，３ｂテープ
５ａ，５ｂフレーム
７ａ，７ｂフレームユニット
９シールドトンネル
１１細孔
１３変質領域
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ成形品
１７凹部
２レーザ加工装置
４チャックテーブル
６レーザ加工ユニット
８支持部材
１０加工ヘッド
１０ａレーザビーム
１２撮像ユニット
１４エッチング装置
１６テーブル
１８ノズル
２０ａ，２０ｂエッチング液
２２エッチング槽
２２ａネット
２４ドライブ部
２６攪拌子
２８超音波振動装置

Claims

被加工物の不要部分を除去して該被加工物から所望の形状の成形品を得る成形品の製造方法であって、
該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザを該パルスレーザの進行方向に沿った集光領域に集光させて該被加工物に次々に照射し、該被加工物の表面側に露出する細孔と、該細孔を囲む改質部と、からなる複数のシールドトンネルを該被加工物に形成するシールドトンネル形成ステップと、
該シールドトンネルをエッチングするエッチング剤によって該被加工物に形成された該シールドトンネルを除去するエッチングステップと、を含み、
該シールドトンネル形成ステップでは、該被加工物の該不要部分に該シールドトンネルを形成し、
該シールドトンネル形成ステップで該被加工物に形成される複数の該シールドトンネルは、複数の第１の高さの該シールドトンネルと、複数の第２の高さの該シールドトンネルと、を含み、
該第１の高さの該シールドトンネルと、該第２の高さの該シールドトンネルと、は、該被加工物の該表面から底部までの距離が互いに異なり、
該シールドトンネル形成ステップでは、複数の該第１の高さの該シールドトンネルを形成した後、該パルスレーザの該集光領域の高さを変え、その後に複数の該第２の高さの該シールドトンネルを形成することを特徴とする成形品の製造方法。
該エッチングステップでは、該エッチング剤を含むエッチング液に該被加工物を浸漬させることを特徴とする請求項１に記載の成形品の製造方法。
該エッチングステップを実施する間、該エッチング液を攪拌することを特徴とする請求項２に記載の成形品の製造方法。
該エッチングステップを実施する間、該エッチング液を介して該被加工物に超音波を付与することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の成形品の製造方法。
該エッチングステップの後、該被加工物を水中に移動させ、該水を介して該被加工物に超音波を付与する超音波付与ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の成形品の製造方法。