JPWO2012014710A1 - レーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

ガラスで形成された加工対象物（１）の内部にレーザ光（Ｌ）を集光させて改質領域（７）を形成し、該改質領域（７）に沿ってエッチングすることにより、加工対象物（１）に貫通孔（２４）を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物（１）の少なくとも一部をブラウニングにより変色させるブラウニング工程と、ブラウニング工程の後、加工対象物（１）にレーザ光（Ｌ）を集光させることにより、加工対象物（１）の変色部分に改質領域（７）を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、加工対象物（１）にエッチング処理を施すことにより、改質領域（７）に沿ってエッチングを選択的に進展させて貫通孔（２４）を形成するエッチング処理工程と、を含むレーザ加工方法。

Description

本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法に関する。
従来のレーザ加工方法としては、ガラスで形成された加工対象物の内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成し、この加工対象物にエッチング処理を施して改質領域を除去することにより、貫通孔を加工対象物に形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０６４０１号公報
ここで、上述したようなレーザ加工方法では、ガラスのレーザ光に対する透過率が著しく高いことから、ガラスで形成された加工対象物にレーザ光を集光させて改質領域を形成しようとすると、例えばレーザ光の超短パルス化や短波長化が必要であり、よって、改質領域を形成するのが困難となる場合がある。そのため、上述したようなレーザ加工方法では、ガラスで形成された加工対象物においてレーザ光に対する加工性を高めることが望まれている。
そこで、本発明は、ガラスで形成された加工対象物においてレーザ光に対する加工性を高めることができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。
本発明の一側面はレーザ加工方法に関する。このレーザ加工方法は、ガラスで形成された加工対象物の内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成し、該改質領域に沿ってエッチングすることにより、加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、加工対象物の少なくとも一部をブラウニングにより変色させるブラウニング工程と、ブラウニング工程の後、加工対象物にレーザ光を集光させることにより、加工対象物の変色部分に改質領域を形成するレーザ光集光工程と、レーザ光集光工程の後、加工対象物にエッチング処理を施すことにより、改質領域に沿ってエッチングを選択的に進展させて貫通孔を形成するエッチング処理工程と、を含む。
このレーザ加工方法では、ブラウニングにより変色させた加工対象物の変色部分にてレーザ光の透過率を低下させ、該レーザ光の吸収を誘発することができる。そのため、この加工対象物の変色部分では、レーザ光の集光によって改質領域が容易に形成されることとなる。よって、ガラスで形成された加工対象物においてレーザ光に対する加工性を高めることが可能となる。
また、レーザ光集光工程の後、加工対象物に熱処理を施すことにより、加工対象物の変色部分における少なくとも一部を復色する復色工程をさらに含むことができる。この場合、加工対象物の変色部分の色を、変色前の状態へと戻すことが可能となる。
また、ブラウニング工程では、加工対象物において複数部分を変色させ、レーザ光集光工程では、加工対象物にレーザ光を照射しつつ、該レーザ光を複数の変色部分を跨ぐように一方向に相対移動させることができる。この場合、レーザ光を照射しつつ相対移動させた際、変色部分のそれぞれでは、透過性が低くなっているためにレーザ光が吸収され易く、よって、改質領域が容易に形成される。一方、非変色部分では、透過性が高いために改質領域が形成され難くなる。従って、レーザ光をＯＮ・ＯＦＦ照射することなく加工対象物に複数の改質領域を容易に形成することが可能となり、加工対象物に複数の改質領域を形成する上で、高精度で且つクリティカルなレーザ光の照射条件制御が不要となる。
また、変色部分は、レーザ光集光工程で形成する改質領域の大きさに応じた濃淡を有することができる。この場合、変色部分はその濃淡に応じたレーザ光の透過率を有することから、レーザ光の集光で形成される改質領域の大きさを、加工対象物の変色部分の濃淡によって制御することができる。
また、変色部分は、グラデーションを有することができる。この場合、変色部分は、グラデーションに応じて段階的に変化するレーザ光の透過率を有することになる。よって、グラデーションに応じて大きさが異なる複数の改質領域７を一括形成することができる。
本発明のレーザ加工方法によれば、ガラスで形成された加工対象物においてレーザ光に対する加工性を高めることが可能となる。
改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 (ａ)は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を示すフロー図、（ｂ）は図７（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図７（ｂ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図７（ｃ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図８（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図８（ｂ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法を示すフロー図、（ｂ）は図９（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図９（ｂ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図９（ｃ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１０（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１０（ｂ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法を示すフロー図、（ｂ）は図１１（ａ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は図１１（ｂ）の続きを示すフロー図、（ｂ）は図１２（ａ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は変形例に係るレーザ加工方法を示すフロー図、（ｂ）は図１３（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１３（ｂ）の続きを示すフロー図である。 (ａ)は他の変形例に係るレーザ加工方法を示すフロー図、（ｂ）は図１４（ａ）の続きを示すフロー図、（ｃ）は図１４（ｂ）の続きを示すフロー図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態に係るレーザ加工方法では、加工対象物の内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して以下に説明する。
図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
このレーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された板状の加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して改質領域形成予定部５に沿って相対移動させられる。これにより、改質領域形成予定部５に沿った改質領域が加工対象物１に形成されることとなる。
加工対象物１としては、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図２に示すように、加工対象物１には、改質領域形成予定部５が設定されている。ここでの改質領域形成予定部５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示すように、加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを改質領域形成予定部５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４〜図６に示すように、改質領域７が改質領域形成予定部５に沿って加工対象物１の内部に形成され、この改質領域７が、後述のエッチングによる除去領域８となる。
なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、改質領域形成予定部５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、曲面状や平面状の３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。また、改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。また、改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
ところで、本実施形態に係る改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域７としては、加工対象物１の材料において密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、更にそれら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１としては、ガラスを含む、又はガラスからなるものが挙げられる（詳しくは後述）。
ここで、本実施形態では、加工対象物１に改質領域７を形成した後、この加工対象物１にエッチング処理を施すことにより、改質領域７に含まれる又は改質領域７から延びる亀裂（クラック、微小クラック、割れ等とも称される。以下、単に「亀裂」という）に沿ってエッチングを選択的に進展させ、加工対象物１において改質領域７に沿った部分を除去する。
例えば、本実施形態のエッチング処理では、毛細管現象等を利用して、加工対象物１の改質領域７に含まれる又は該改質領域７から延びる亀裂にエッチング剤を浸潤させ、亀裂面に沿ってエッチングを進展させる。これにより、加工対象物１では、亀裂に沿って選択的且つ高いエッチングレートでエッチングを進展させ除去する。これと共に、改質領域７自体のエッチングレートが高いという特徴を利用して、改質領域７に沿って選択的にエッチングを進展させ除去する。
本実施形態のエッチング処理としては、例えばエッチング剤に加工対象物を浸漬する場合（ディッピング方式：Dipping）と、加工対象物を回転させつつエッチング剤を塗布する場合（スピンエッチング方式：SpinEtching）とがある。また、ここでのエッチングは、等方性エッチングである。
また、エッチング剤は、常温〜１００℃前後の温度で用いられ、必要とされるエッチングレート等に応じて適宜の温度に設定される。エッチング剤としては、フッ素系のエッチング剤が用いられており、例えば、アルカリエッチング剤であるＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ溶液、ＨＦ（フッ酸）、ＨＦとＨ２Ｏ（水）との混合液、又は、ＮＨ４Ｆ（重フッ化アンモニウム飽和水溶液）が挙げられる。このエッチング剤としては、液体状のものだけでなく、ゲル状（ゼリー状，半固形状）のものを用いることができる。
等方性エッチングの場合には、比較的薄い加工対象物（例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍ）に適用でき、結晶方位や改質領域に依存せずに、等方向にエッチングを進行させることができる。また、この場合、表面に亀裂が露出していると、エッチング液が当該亀裂を伝わって内部に浸潤され、改質領域において厚さ方向の全面が改質領域の起点とされることから、切断面が半円形に窪むようにエッチングされたチップを取り出すことが可能となる。
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法ついて詳細に説明する。図７，８は本発明の第１実施形態に係るレーザ加工方法を示す各フロー図である。なお、以下の説明においては、加工対象物１の厚さ方向（レーザ光Ｌの照射方向）をＺ方向とし、厚さ方向に直交する一方向をＸ方向として説明する。
図７，８に示すように、本実施形態は、例えば半導体デバイスとプリント配線基板やフレキシブル基板とを互いに電気的に接続する部品（インターポーザ等）を製造する加工方法であり、加工対象物１に貫通孔２４（図１１参照）を形成し、貫通孔２４に導体を埋め込むことによって貫通電極を形成する。
図７（ａ）に示すように、加工対象物１は、ブラウニングにより変色可能なガラス基板であって、透明色（可視光に対する透明性）を有している。この加工対象物１としては、ＳｉＯ２純度が高い石英ガラス（コルツ）以外のガラスが用いられている。つまり、加工対象物１は、ブラウニングで変色可能なものであり、ＳｉＯ２以外の組成である不純物を所定量以上含むガラスで形成されている。この加工対象物１は表面３及び裏面２１を有している。
また、加工対象物１には、貫通孔２４に対応する部分に沿って、改質領域形成予定部５が３次元的な座標指定によりプログラマブルに設定されている。この改質領域形成予定部５は、加工対象物１の厚さ方向に対し傾斜する方向に沿って延びるように設定されている。
本実施形態のレーザ加工方法によって加工対象物１を加工する場合、図７（ｂ）に示すように、まず、加工対象物１に対しＸ線２を表面３側から所定時間だけ面照射する。これにより、加工対象物１にあっては、ブラウニングにより透明色から濃い黄褐色へと変色される。その結果、レーザ光Ｌの透過率が低下した変色部分Ｈが、加工対象物１全域に形成される。なお、ブラウニングとは、ガラスに高速中性子が照射されることによって当該ガラスが変成して変色（着色）する現象を意味する。
このブラウニングによる着色の際、本実施形態では、後段で形成する改質領域７の大きさに応じた濃淡を有するよう加工対象物１を変色させている。具体的には、レーザ光Ｌの透過性が所定値となる濃淡で変色部Ｈが変色されるように、Ｘ線における照射強度等の照射条件及び時間が設定されている。例えば、１３０ｋＶ，１３０μＡの照射条件で所定時間だけＸ線２が照射され、変色部Ｈが波長１０６４ｎｍのレーザ光Ｌに対して数１０％（例えば２０％）の透過率となっている。
続いて、図７（ｃ）に示すように、加工対象物１の表面３側を上方にして載置台に載置して保持し、加工対象物１の裏面２１側にレーザ光Ｌの集光点（以下、単に「集光点」という）を合わせる。そして、この集光点をＸ方向に相対移動させながら、一定のレーザ条件でレーザ光Ｌを表面３側からＯＮ・ＯＦＦ照射する（スキャン）。これにより、変色部分Ｈの裏面２１側において改質領域形成予定部５に沿った位置に、変色部分Ｈの濃淡に応じた大きさの改質領域７が形成される。
ここでは、レーザ光Ｌの出力が０．６Ｗ／Ｐｕｌｓｅとされ、パルス幅が１００ｎｓとされている。また、レーザ光Ｌの波長が、例えば１０６４ｎｍとされ、パルスピッチが０．２５μｍ(４００ｋＨｚ_１００ｍｍ／ｓ)とされている。なお、パルスレーザ光をレーザ光Ｌとしてスポット照射することから、形成される改質領域７は改質スポットで構成されている。また、改質領域７には、該改質領域７から発生した亀裂が内包されて形成されている（以下の改質領域について同じ）。
続いて、図８（ａ）に示すように、上述のスキャンを、加工対象物１において裏面２１側から表面３側の順で集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する。これにより、貫通孔２４に対応する部分に沿って互いに繋がる改質領域７が、加工対象物１内に形成される。つまり、加工対象物１の改質領域７が、加工対象物１の内部の変色部分Ｈに形成される。
続いて、図８（ｂ）に示すように、加工対象物１に対してエッチング処理を施す。具体的には、加工対象物１の表面３及び裏面２１側から改質領域７へとエッチング剤を浸潤させ、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂に沿ってエッチングを選択的に進展させる。これにより、加工対象物１の内部が改質領域７に沿って選択的に除去され、貫通孔２４が加工対象物１に形成される。
続いて、図８（ｃ）に示すように、加工対象物１に例えば約４００℃の熱処理を施し、変色部Ｈを復色させる。つまり、加工対象物１の透明性が復旧（復活）され、加工対象物１の色が変色前の元の透明色へ戻される。その後、ウェット酸化法等により加工対象物１を酸化し、電気的絶縁性を有する絶縁膜を貫通孔２４の内面に生成し、貫通孔２４内に導体を埋入する。そして、この導体と電気的に接続するように電極パッドを表面３及び裏面２１上に形成し、これにより、貫通電極が構成される。
以上、本実施形態では、ブラウニングにより加工対象物１を変色させることで、変色部分Ｈにてレーザ光Ｌの透過率を低下させているため、かかる変色部分Ｈでは、レーザ光Ｌの吸収が誘発され、レーザ光Ｌの集光によって改質領域７を容易に形成されることとなる。従って、本実施形態によれば、ガラスで形成された加工対象物１において、レーザ光Ｌに対する加工し易さとしての加工性を高めることが可能となり、レーザ光Ｌの超短パルス化や短波長化の必要性を低減することができる。
その結果、加工対象物１の素材を変える毎に、レーザ光Ｌにおける波長等の照射条件を変えることが不要となる。よって、ガラスで形成された加工対象物１だけでなく、シリコン等の他の素材で形成された加工対象物に対しても、同一のレーザ光源を用いてレーザ加工を行うことが可能となり、ひいては、生産性を向上させることができる。
また、本実施形態では、上述したように、熱処理によって変色部Ｈを復色させており、ブラウニングによる変色に起因した製品上の悪影響を抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、形成する改質領域７の大きさに応じた濃淡を有するように加工対象物１を変色させている。すなわち、Ｘ線２の照射強度及び時間を制御することで変色部分Ｈの濃淡を調整し、加工対象物１におけるレーザ光Ｌの吸収率を制御している。よって、同一のレーザ光Ｌの照射条件の下において、レーザ光Ｌの吸収率の違いを利用して加工寸法（改質領域７の大きさ）を好適に制御することが可能となる。その結果、変色部Ｈを濃くすることでレーザ光Ｌの集光により大きい改質領域７を形成でき、変色部Ｈを薄くすることでレーザ光Ｌの集光により小さい改質領域７を形成できる。
なお、本実施形態では、次の作用効果も奏する。例えば、貫通孔２４の形成に際し、改質領域７及び該改質領域７に内包された亀裂をエッチング処理によって加工後の加工対象物１から除去できるため、その強度及び品質を向上可能となる。また、加工時に切削粉塵が発生しないため、環境に配慮した加工方法を実現できる。さらに、例えば、本実施形態を用いて製造したインターポーザ等においては、配線ピッチを微細化、配線の設計容易化、及び配線の電気抵抗低減が可能となる。
ちなみに、本実施形態では、上記のように加工対象物１にＸ線２を照射することから、加工対象物１を半導体チップ等として互いに切断するレーザ加工方法に本実施形態を適応するのは困難となる場合がある。この点、本実施形態は、加工対象物１に貫通孔２４を形成するものであり、かかる問題の懸念は少ないといえる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９，１０は本発明の第２実施形態に係るレーザ加工方法を示す各フロー図である。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
本実施形態のレーザ加工方法では、図９（ａ）に示すように、まず、加工対象物１の表面３に、所定パターンを有するマスク１２を形成する。ここでは、マスク１２は、Ｘ線２に対して非透過材料（例えば、鉛等）からなり、複数の開口部１２ａがＸ方向に沿って並設されている。
続いて、図９（ｂ）に示すように、加工対象物１に対しＸ線２を表面３側から所定時間だけ面照射する。これにより、加工対象物１は、マスク１２の所定パターンに応じて選択的に変色される。具体的には、加工対象物１においてマスク１２の開口部１２ａに対応する領域のみにＸ線２が入射され、複数の変色部分ＨがＸ方向に沿って並設される。
続いて、図９（ｃ）に示すように、マスク１２を除去した後、図１０（ａ）に示すように、加工対象物１の裏面２１側に集光点を合わせ、一定のレーザ条件でレーザ光Ｌを表面３側から連続照射しながら、該レーザ光ＬをＸ方向に相対移動させる（スキャン）。つまり、レーザ光Ｌを照射しながら、該レーザ光Ｌを複数の変色部分Ｈを跨ぐようＸ方向に相対移動させる。これにより、変色部分Ｈのそれぞれでは、透過性が低くなっているために改質領域７が形成される一方、非変色部分では、レーザ光Ｌが集光されても、透過性が高いために改質領域が形成されないこととなる。
続いて、上述のスキャンを、加工対象物１において裏面２１側から表面３側の順で集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、変色部分Ｈおいて互いに繋がる改質領域７が加工対象物１内に形成される。そして、図１０（ｃ）に示すように、加工対象物１に対してエッチング処理を施し、加工対象物１の内部を改質領域７に沿って選択的に除去する。これにより、複数の変色部分Ｈが除去され、Ｚ方向に延びる貫通孔２４が複数形成される。
以上、本実施形態においても、ガラスで形成された加工対象物１においてレーザ光Ｌに対する加工性を高めるという上記作用効果を奏する。
また、本実施形態では、上述したように、マスク１２を用いて加工対象物１のブラウニングの有無の領域を制御し、加工対象物１の複数部分を変色させている。換言すると、マスク１２によって加工対象物１を部分的にブラウニングし、レーザ光Ｌの透過領域と非透過領域を同一の加工対象物１に作り込んでいる。そして、一定のレーザ光Ｌの照射条件の下、加工対象物１の複数の変色部分Ｈを跨ぐようにレーザ光Ｌを照しつつ相対移動させ、変色部分Ｈを選択的に改質している。従って、レーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射することなく加工対象物１に複数の改質領域７を精度よく形成できる。よって、加工対象物１に複数の改質領域７を形成する上で、高精度で且つクリティカルなレーザ光Ｌの照射条件制御が不要となる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１１，１２は本発明の第３実施形態に係るレーザ加工方法を示す各フロー図である。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
本実施形態のレーザ加工方法では、図１１（ａ）に示すように、まず、加工対象物１の表面３に、所定パターンを有するマスク１２を形成する。ここでのマスク１２は、加工対象物１の両端部をマスキングするものであり、その一端側から他端側に亘り広く開口する開口部１２ａが形成されている。
続いて、加工対象物１に対しＸ線２をスポット照射（回折を利用して強度分布を与えた照射）する。ここでのＸ線２の強度分布は、中心側が高く外側に行くに従って曲線的に低くなるような２次曲線状の強度分布２ａとなっている。これにより、図１１（ｂ）に示すように、加工対象物１においては、段階的な濃淡としてのグラデーションが付加されるよう変色され、中心側が濃く且つ外側に行くに従って徐々に薄くなる変色部分Ｈ１が形成される。
続いて、図１２（ａ）に示すように、集光点をＸ方向に相対移動させながら一定のレーザ光Ｌの照射条件でレーザ光ＬをＯＮ・ＯＦＦ照射するスキャンを、加工対象物１において裏面２１側から表面３側の順で集光点のＺ方向位置を変えて繰り返し実施する。これにより、変色部分Ｈ１において該変色部分Ｈ１の濃淡に応じた大きさの改質領域７が、貫通孔２４に対応する部分に沿って互いに繋がるよう形成される。
このとき、上記のように変色部分Ｈがグラデーションを有しており、グラデーションに応じてレーザ光Ｌの透過率が異なっているため、該グラデーションに応じて大きさが異なる複数の改質領域７が上記スキャンによって一括形成される。具体的には、一括形成される複数の改質領域７の大きさは、加工対象物１の中心側で大きく、外側に行くに従って小さくされる。
続いて、図１２（ｂ）に示すように、加工対象物１に対してエッチング処理を施し、加工対象物１の内部を改質領域７に沿って選択的に除去する。これにより、改質領域７の大きさに対応して互いに径が異なる複数の貫通孔２４が、一括形成される。ここでの貫通孔２４の径は、改質領域７の大きさ、すなわち変色部分Ｈ１のグラデーションに対応しており、加工対象物１の中心側の貫通孔２４が大径とされ、且つ外側に行くに従って小径のものとなっている。
以上、本実施形態においても、ガラスで形成された加工対象物１においてレーザ光Ｌに対する加工性を高めるという上記作用効果を奏する。
また、本実施形態では、上述したように、変色部分Ｈ１がグラデーションを有していることから、グラデーションに応じて大きさが異なる複数の改質領域７を、一定のレーザ光Ｌの照射条件の下で一括形成することができる。つまり、集光点を相対移動させながら一定のレーザ条件でレーザ光Ｌを加工対象物１に適宜ＯＮ・ＯＦＦ照射することで、変色部Ｈ１の濃い領域には大きい改質領域７し、薄い領域には小さい改質領域７を形成することができる。
なお、本実施形態では、中心側が濃く且つ外側に行くに従って徐々に薄くなるようなグラデーションを変色部分Ｈ１が有しているが、変色部分のグラデーションは、限定されるものではない。
例えば、図１３に示すように、加工対象物１のＸ方向一端側から他端側に行くに従って徐々に薄くなる（又は、濃くなる）グラデーションを有していてもよい。この場合、まず、図１３（ａ）に示すように、加工対象物１の表面３上に、Ｘ線吸収フィルタ１３を配置する。Ｘ線吸収フィルタ１３のＸ線吸収パターンにあっては、変色部分Ｈのグラデーションに対応するパターンとされ、ここでは、加工対象物１のＸ方向一端側から他端側に行くに従って徐々に大きくなる（又は、小さくなる）パターンとされている。
続いて、加工対象物１に対しＸ線２をＸ線吸収フィルタ１３を介して面照射する。これにより、加工対象物１に入射されるＸ線２の強度分布が、加工対象物１のＸ方向一端側から他端側に行くに従って徐々に小さく（大きくなる）強度部分２ｂとされる。その結果、図１３（ｂ）に示すように、変色部分Ｈ２が加工対象物１に形成される。
従って、図１３（ｃ）に示すように、その後、集光点を相対移動させながら一定のレーザ条件でレーザ光Ｌを加工対象物１に適宜ＯＮ・ＯＦＦ照射することで、Ｘ方向一端側から他端側に行くに従って小さいサイズのものとなるように、複数の改質領域７が変色部分Ｈ２に形成される。
或いは、例えば図１４に示すように、加工対象部１における任意の複数位置に変色部分Ｈ３を形成し、これら複数の変色部分Ｈ３の間でグラデーションを有していてもよい。この場合、図１４（ａ）に示すように、透過率の異なる複数のＸ線吸収フィルタが切替可能に設けられたＸ線吸収機構１４を用い、強度分布が互いに異なるようＸ線２を任意の複数位置で照射する。
このとき、加工対象物１のＸ方向一端側の位置でＸ線２を照射する場合、他端側の位置でＸ線２を照射するときに比べて入射されるＸ線の強度分布２ｃが大きくなるようにＸ線吸収機構１４のＸ線吸収フィルタを切り替える。その結果、図１４（ｂ）に示すように、加工対象物１のＸ方向一端側から他端側に行くに従って薄いものとされた複数の変色部分Ｈ３が、加工対象物１に形成される。
従って、図１４（ｃ）に示すように、その後、集光点を相対移動させながら一定のレーザ条件でレーザ光Ｌを適宜ＯＮ・ＯＦＦ照射するスキャンを実施すると、Ｘ方向一端側から他端側に行くに従って小さいサイズとなるように、複数の改質領域７それぞれが変色部分Ｈ３のそれぞれに形成される。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るレーザ加工方法は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、改質領域を形成する際のレーザ光入射面及びＸ線入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面２１であってもよい。また、上記実施形態では、ブラウニングするためにＸ線２を照射したが、Ｘ線２とは別の放射線を照射してもよく、要は、加工対象物をブラウニングにより変色させればよい。また、上記実施形態では、変色部分Ｈの全てを復色させているが、変色部分の少なくとも一部を復色させてもよい。
また、上記実施形態では、加工対象物１の表面３に沿って集光点を移動させるスキャンを、Ｚ方向の集光点位置を変えて繰り返し実施することにより、複数の改質領域７を形成したが、スキャン方向やスキャン順序は限定されるものではない。例えば、貫通孔２４に沿って集光点を移動させながらレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成し、これを貫通孔２４の数だけ繰り返してもよい。
また、上記実施形態でのレーザ光ＬのＯＮ・ＯＦＦ照射は、レーザ光Ｌの出射のＯＮ・ＯＦＦを制御する他に、レーザ光Ｌの光路上に設けられたシャッタを開閉したり、加工対象物１の表面３をマスキングしたり等して実施してもよい。さらに、レーザ光Ｌの強度を、改質領域７が形成される閾値（加工閾値）以上の強度と加工閾値未満の強度との間で制御してもよい。
本発明のレーザ加工方法によれば、ガラスで形成された加工対象物においてレーザ光に対する加工性を高めることが可能となる。
１…加工対象物、７…改質領域、２４…貫通孔、Ｈ，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…変色部分、Ｌ…レーザ光。

Claims (5)

  1. ガラスで形成された加工対象物の内部にレーザ光を集光させて改質領域を形成し、該改質領域に沿ってエッチングすることにより、前記加工対象物に貫通孔を形成するレーザ加工方法であって、
    前記加工対象物の少なくとも一部をブラウニングにより変色させるブラウニング工程と、
    前記ブラウニング工程の後、前記加工対象物に前記レーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の変色部分に前記改質領域を形成するレーザ光集光工程と、
    前記レーザ光集光工程の後、前記加工対象物にエッチング処理を施すことにより、前記改質領域に沿って前記エッチングを選択的に進展させて前記貫通孔を形成するエッチング処理工程と、を含むレーザ加工方法。
  2. 前記レーザ光集光工程の後、前記加工対象物に熱処理を施すことにより、前記加工対象物の変色部分における少なくとも一部を復色する復色工程をさらに含む請求項１記載のレーザ加工方法。
  3. 前記ブラウニング工程では、前記加工対象物において複数部分を変色させ、
    前記レーザ光集光工程では、前記加工対象物に前記レーザ光を照射しつつ、該レーザ光を複数の前記変色部分を跨ぐように一方向に相対移動させる請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
  4. 前記変色部分は、前記レーザ光集光工程で形成する前記改質領域の大きさに応じた濃淡を有している請求項１〜３の何れか一項記載のレーザ加工方法。
  5. 前記変色部分は、グラデーションを有している請求項４記載のレーザ加工方法。
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