JPWO2012070490A1 - 微細孔の製造方法および微細孔を有する基体 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち本発明によれば、微細孔の開口部を、レーザー光照射およびエッチングによる加工限界よりも、さらに小さく加工することを可能とした微細孔の製造方法、および前記製造方法により製造された微細孔を有する基体を提供することが出来る。
本発明の第一実施形態における微細孔の製造工程は、図1A〜Cに示すように、ピコオーダー秒以下のパルス時間幅を有するレーザー光Lを、単一の部材で形成される基板11において、微細孔14となる領域に照射することによって、前記領域に第一構造改質部12を形成するα工程(図1A)と、第一構造改質部12の一部において、第一構造改質部12が消滅または変性した第二構造改質部13を形成するβ工程(図1B)と、基板11から第一構造改質部12をエッチングによって除去するγ工程(図1C)と、を少なくとも有する。上記α、β、γ工程の詳細について、以下に説明する。
レーザー光Lとしては、パルス時間幅がピコ秒オーダー以下のパルス幅を有するレーザー光を用いることが好ましい。例えばチタンサファイアレーザー、前記パルス幅を有するファイバーレーザーなどを用いることが出来る。ただし、基板11を透過する波長を使用することが必要である。より具体的には、基板11に対する透過率が60%以上のレーザー光であることが好ましい。
すなわち、「加工上限閾値」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点(集光域)において、基材とレーザー光との相互作用によって生じる電子プラズマ波と入射するレーザー光との干渉が起こり、前記干渉によって基材に縞状の改質部が自己形成的に形成されうるレーザー照射強度の下限値である。
また、「加工下限閾値」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点(集光域)において、基材を改質した改質部を形成し、後工程であるエッチング処理によって選択的又は優先的にエッチングされうる程度に、前記改質部のエッチング耐性を低下させうるレーザー照射強度の下限値である。この加工下限閾値よりも低いレーザー照射強度でレーザー照射した領域は、後工程であるエッチング処理において選択的又は優先的にエッチングされ難い。このため、エッチング後に微細孔となる改質部を形成するためには、下限閾値以上で上限閾値以下のレーザー照射強度に設定することが好ましい。
加工上限閾値及び加工下限閾値は、レーザー光の波長、レーザー照射対象である基材の材料(材質)及びレーザー照射条件によって概ね決定される。しかし、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対的な向きが異なると、加工上限閾値及び加工下限閾値も多少異なる場合がある。例えば、偏波方向に対して走査方向が垂直の場合と、偏波方向に対して走査方向が平行の場合とでは、加工上限閾値及び加工下限閾値が異なる場合がある。したがって、使用するレーザー光の波長及び使用する基材において、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対関係を変化させた場合の、それぞれの加工上限閾値及び加工下限閾値を、予め調べておくことが好ましい。
つぎに、α工程において形成された第一構造改質部12に対して熱処理を行い、第一構造改質部12の一部において、第一構造改質部12を消滅または変性させた状態の第二構造改質部13を形成する(図1B)。図1Bでは、第二構造改質部13が、長手方向に一様に形成された例を示しているが、第二構造改質部13の形状に対する制限はなく、少なくとも凹部14の内壁面付近に形成されていればよい。
1[poise]≡1[dyn・s/cm2]。
また、熱処理の温度を、第一構造改質部12の全部が消滅または変性する閉点以下の温度とする。閉点は、第一構造改質部12及びその近傍がアモルファス構造である場合には、第一構造改質部12の粘性率が1011.7[poise]以上となる温度に相当する。
基板が結晶構造を有する場合には、基板11を構成する部材の融点以下の温度とする。基板11を構成する部材として、例えば石英ガラスを用いる場合には、閉点は1000〜1400℃程度である。
つぎに、単一の基板11から、α工程において形成した第一構造改質部12を、エッチングにより除去する(図1C)。ここで行うエッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのどちらであってもよいが、ウェットエッチングである方が好ましい。ウェットエッチングを行う場合には、例えば1%以下のフッ酸を用いるのが最も好ましいが、その他の酸もしくは塩基性を有するエッチング液でもよい。第一構造改質部12は、エッチング耐性が低くなっているため、選択的または優先的にエッチングすることが出来る。
第二実施形態における微細孔の製造工程は、第一実施形態と同様の、α、β、γ工程を少なくとも有し、β工程において行う熱処理の条件が、第一実施形態と異なる。すなわち、第二実施形態では、熱処理の時間を長く設定し、熱処理の温度を、第一構造改質部12の内部応力が数時間で消失する歪点未満の温度とする。
12、12a、12b、12d、12e 第一構造改質部
13、13b、13c、13e、13f 第二構造改質部
14、14c、14f 微細孔
L レーザー光
Claims (8)
- 基板の内部に対して、パルス時間幅がピコ秒オーダー以下のパルス幅を有するレーザー光を照射し、前記レーザー光が集光した焦点およびその周辺に第一構造改質部を形成し、
前記第一構造改質部に対して熱処理を行い、前記第一構造改質部の一部において、前記第一構造改質部が消滅または変性した第二構造改質部を形成し、
前記第一構造改質部のうち前記第二構造改質部を除いた領域に対して選択的にエッチング処理を行い、前記第一構造改質部を除去することによって、微細孔を形成する、
ことを特徴とする微細孔の製造方法。 - 前記レーザー光の照射強度が、前記基板の加工において、エッチングを行うと周期的な凹部および凸部が形成される加工上限閾値未満であり、かつ前記基板を改質してエッチング耐性を低下させる加工下限閾値以上である、ことを特徴とする請求項1に記載の微細孔の製造方法。
- 前記レーザー光の照射強度が、前記基板の加工において、エッチングを行うと周期的な凹部および凸部が形成される加工上限閾値以上である、ことを特徴とする請求項1に記載の微細孔の製造方法。
- 前記第二構造改質部を形成する工程における熱処理の温度は、
前記第一構造改質部に歪みが発生する歪点における温度以上あり、かつ前記第一構造改質部の全部が消滅または変性する閉点における温度以下である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微細孔の製造方法。 - 前記基板はガラスで構成され、
前記閉点は、前記基板の粘性率が1011.7[poise]となる温度である、ことを特徴とする請求項4に記載の微細孔の製造方法。 - 前記第二構造改質部を形成する工程における熱処理の温度は、
前記第一構造改質部に歪みが発生する歪点における温度未満である、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微細孔の製造方法。 - 基板と、
前記基板の内部に設けられ、レーザー光を一回照射された領域に形成された、単数の微細孔と、を有し、
前記微細孔の内壁を構成する前記基板の一部が、レーザー光を照射され、さらに熱処理されることで形成される第二構造改質部で構成されている、
ことを特徴とする微細孔を有する基体。 - 基板と、
前記基板の内部に設けられ、レーザー光を一回照射された領域に形成された、複数の微細孔と、を有し、
全ての前記微細孔の各々の内壁を構成する前記基板の一部が、レーザー光を照射され、さらに熱処理されることで形成される第二構造改質部で構成されている、
ことを特徴とする微細孔を有する基体。
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