KR20070025990A - 무기 재료의 가공 방법 - Google Patents

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KR20070025990A
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KR1020060071535A
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사토시 지비키
다카오 미와
히로타카 고요
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니혼 이타가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 미세하고 균일한 깊은 홈(深溝)을 형성하는 무기 재료의 가공 방법 및 가공 장치를 제공하는 것이다.
(A) 펄스 레이저광을 펄스 별의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사함으로써 무기 재료 기판에 연속하는 균열을 생기게 하는 것과 함께 그 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키는 공정, 및 (B) 상기 변질 영역을 에칭 처리하는 공정을 포함하는 무기 재료의 가공 방법이다.
무기 재료, 펄스 레이저광, 변질 영역

Description

무기 재료의 가공 방법{METHOD FOR PROCESSING INORGANIC MATERIALS}
도 1 은 본 발명의 가공 장치를 나타내는 개략도.
도 2 는 본 발명의 가공 방법에 의해 생긴 균열의 현미경 사진.
도 3 은 에칭에 의해 홈이 형성되는 과정을 나타내는 현미경 사진.
도 4 는 조사 에너지 및 초점 거리와 가공 적성의 관계를 나타내는 도면.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
1 : 레이저 발진기 2 : 빔 익스팬더
3 : 갈바노 스캔 4 : X-Y 테이블
5 : 무기재료기판
특허문헌 1 일본 공개특허공보 2002-154846호
특허문헌 2 일본 특허 공보 제3283265호
특허문헌 3 일본 공개특허공보 평7-256473호
특허문헌 4 일본 공개특허공보 2004-359475호
본 발명은 유리 기판 등의 무기 재료의 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유리 기판 등의 무기 재료에 레이저광의 조사 및 에칭에 의해 미세한 홈을 형성시키는 무기 재료의 가공 방법에 관한 것이다.
유리 표면 등의 무기 재료에 미세한 홈을 형성하는 방법으로서, 종래부터 포토레지스트와 에칭에 의한 방법이 사용되어 왔다. 즉, 재료 표면에 포토리소그래피에 의해 원하는 레지스트 패턴을 형성해 놓고, 플루오르산 등으로 에칭하는 방법이다. 그러나, 이 방법에서는 기판 표면으로부터 등방적으로 에칭이 진행되기 위해 홈 폭에 대해 깊이가 1/2 정도인 것으로 밖에 형성할 수 없어, 깊은 홈을 얻을 수는 없었다. 또한, 가공 공정이 복잡해지고 작업이 번잡해진다는 문제가 있었다.
그래서, 레이저광의 조사에 의해 유리 기판 표면에 오목부를 형성하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1, 특허청구범위 참조). 이 방법에서는 가공을 실시하는 유리 기판 표면 상방으로부터 레이저광을 조사하고, 이 레이저광을 유리 기판의 상방 외측으로 집광시킨다. 또, 그 집광점의 유리 기판 표면으로부터의 거리를 변화시키고, 또한 이 집광점을 기판 표면에 평행하게 이동시킴으로써, 홈형상 오목부를 형성하는 것이다.
그러나, 이 방법에서는 유리와 같은 취성(脆性) 재료를 레이저에 의해 어브레이션 (절단) 하기 때문에, 가공시의 열응력에 의해 가공 부분 근방이 손상된다는 문제가 있었다. 이러한, 재료의 열적 손상을 회피하는 방법으로서, 매우 짧은 펄스폭, 예를 들어 펨토 초 정도의 펄스폭의 레이저를 재료에 조사하는 방법이 제 안되고 있으나 (예를 들어 특허문헌 2 참조), 이러한 단(短)펄스 레이저에서는 발진주기가 길고, 또한 가공이 구멍 가공의 연속으로 되기 때문에, 홈을 제작하기에는 가공 능률이 현저히 낮아진다. 한편, 재료의 열적 손상을 회피하기 위해 팽창계수가 낮은 재료를 사용하거나, 가공부에 방열을 위한 마스킹을 하는 방법이 있으나, 모두 가공에 제약을 가하게 되고, 또한 대면적의 가공에는 적당하지 않으며, 생산성이 낮다는 문제가 있다.
또한, 레이저 조사와 에칭을 조합시킨 가공 방법이 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 3, 특허청구범위 참조). 특허 문헌 3 에 개시된 방법은 에칭하는 대상물에 대해 큰 흡수를 발생시키는 광을 쏘여 원자 간 결합을 절단하고, 광의 조사 영역을 에칭 처리하여 미세가공을 행하는 것으로, 광이 조사된 부분과 조사가 되지 않은 부분의 에칭 속도의 차를 이용하여, 광 리소그래피의 공정에 의해 레지스트를 형성하지 않고, 미세가공을 행하는 것이다. 그러나, 이 방법에서는 재료의 빔 에너지의 흡수가 높기 때문에, 재료의 표면에서만 광분해가 발생하여, 깊은 홈을 형성할 수는 없다.
또한, 초단펄스의 레이저와 에칭을 조합시킨 가공 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 4, 특허청구범위 참조). 특허문헌 4 에 개시된 방법에서는 렌즈에 의해 초단펄스 레이저광을 유리 등의 투명 기판의 소정 위치에 집광시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 레이저가 집광하여 조사된 영역은 물성이 변화하여 변질 영역이 형성된다. 초단펄스 레이저광의 집광 위치와 기판을 상대적으로 이동시켜 변질 영역을 기판의 두께 방향으로 성장시키고, 이어서 기판을 에칭 용액에 침지하여 변질 영역을 제거한다. 이렇게 함으로써, 기판 내에 관통 구멍이나 홈 형상을 형성하는 것이다.
그러나, 이 방법에서는 상기 서술한 바와 같이 초단펄스 레이저를 사용한다는 점에서 가공 속도가 느리다는 결점을 갖는다. 또한, 레이저에 의해 형성되는 변질 영역이 불연속이기 때문에, 홈 폭이 요철이 되기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 교차된 홈을 형성하는 경우에는, 교차 부분에서는 레이저가 2회 조사되게 되는데, 1회째의 레이저 조사에서 변질된 영역이나 그 근방 영역에서 2회째의 레이저 조사에 의해 원하는 변질 영역이 얻어지지 않고, 또한 1회째의 레이저 조사에서 변질된 영역이 2회째의 레이저 조사에 의해 에칭되어, 교차하는 홈의 가공이 곤란해져, 균일하고 연속적인 홈이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 감안하여 미세하고 균일한 깊은 홈을 형성하는 무기 재료의 가공 방법 및 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 펄스 레이저광을 펄스 별(每) 의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사하여, 무기 재료기판에 연속하는 균열을 생기게 하는 것과 함께, 그 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시켜 이 변질 영역을 에칭 처리함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명은,
(1) (A) 펄스 레이저광을 펄스 별의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사함으로써 무기 재료 기판에 연속하는 균열을 생기게 하는 것과 함께 그 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키는 공정, 및 (B) 상기 변질 영역을 에칭 처리하는 공정을 포함하는 무기 재료의 가공 방법,
(2) 펄스폭이 10∼100 피코 초 또는 조사 피치가 0.05㎛ 이하인 상기 (1) 에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(3) 가공 파장에 대한 흡수계수가 1㎝-1 이하인 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(4) 반복 주파수가 10∼100MHz 인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(5) 무기 재료가 유리인 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(6) 에칭이 플루오르산에 의한 웨트 에칭인 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(7) (C) 무기 재료 기판의 표면에 미리 보호막층을 형성하는 공정을 갖고, 상기 (A) 공정 및 (B) 공정의 사이클을 1회 이상 반복하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 무기 재료의 가공 방법,
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 방법에 의해 표면에 홈 가공된 무기 재료 기판,
(9) 레이저 발진기, 빔 익스팬더, 갈바노 스캔 및 X-Y 테이블을 갖는 무기 재료의 가공 장치로서, 갈바노 스캔에 의해 레이저빔을 주사하여 무기 재료 기판 상에 소정 패턴의 균열 및 상기 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키고, 또한 X-Y 테이블에 의해 갈바노 스캔에 의한 주사 범위를 이동하는 것을 특징으로 하는 무기 재료의 가공 장치를 제공하는 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 가공 방법은 (A) 펄스 레이저광을 펄스 별의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사함으로써 무기 재료 기판에 연속하는 균열을 생기게 하는 것과 함께 그 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키는 공정, 및 (B) 상기 변질 영역을 에칭 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가공 방법을 적용할 수 있는 무기 재료로는 특별히 제한은 없고, 석영 유리, 소다 석회 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리 등의 유리 재료; 실리콘카바이드, 알루미나 등의 세라믹스 재료; 다이아몬드 등의 탄소 재료; 불화칼슘, 불화마그네슘, 불화리튬, 불화바륨 등의 불소 화합물 등을 들 수 있고, 특히 유리의 가공에 적합하다. 유리의 종류로서는 특별히 한정되지 않지만, 레이저 조사에 의한 열응력에서의 기판의 손상을 회피하기 쉽다는 점에서 특히 무알칼리 유리, 붕규산 유리, 석영 유리가 바람직하다.
본 발명의 목적인 무기 재료에 깊은 홈을 형성시키기 위해서는 레이저광에 의해 미세하고 연직이며 또한 깊은 균열을 형성할 필요가 있고, 또한 그것과 동시에 균열의 주변부에 변질 영역을 형성하는 것이 중요하다. 깊은 균열을 형성시 킴으로써 후술하는 에칭 공정에 있어서, 무기 재료의 표면에서 뿐만 아니라, 무기 재료의 내부인 균열의 측면에서부터도 에칭을 진행시킬 수 있다. 또한, 레이저의 열에 의한 영향을 받아서 생긴 변질 영역은 에칭 속도가 다른 부분보다도 빠르기 때문에 그 부분의 에칭이 선택적으로 진행된다.
본 발명의 (A) 공정에서 사용되는 레이저광은 상기한 바와 같은 균열과 변질 영역을 무기 재료에 부여하고, 본 발명의 효과를 나타내는 것이면 한정되는 것은 아니지만, 포톤 에너지가 높고 흡수 계수가 낮은 레이저가 바람직하다. 구체적으로는, ArF 엑시머레이저 (파장: 193㎚), KrCl 엑시머레이저 (222㎚), KrF 엑시머레이저 (248㎚), XeCl 엑시머레이저 (308㎚), XeF 엑시머레이저 (351㎚), F2 레이저 (157㎚), YAG 레이저, YLF 레이저, YVO4 레이저 등의 기본 발진 파장광, 및 그 기본 발진 파장광을 비선형 광학 소자 등에 의해 고조파로 변환한 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, YVO4 레이저의 2배 고조파 (532㎚), 3배 고조파 (355㎚), 4배 고조파(266㎚) 등도 들 수 있다. 또한, M2 값이 5 이하의 싱글모드 빔을 사용하거나 멀티모드빔을 M2 값 5 이하로 변환한 것을 사용한다.
상기에 예시한 레이저광 중 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 것은 상기의 이유에 의해 YAG 레이저, YVO4 레이저의 2배 고조파 또는 3배 고조파이다. 또한, 본 발명에 있어서는, M2 값이 1.2 미만인 것은, 미세한 균열을 낮은 레이저 에너지로 형성하기 쉽다는 점에서 바람직하다.
또한, 레이저광의 강도를 변화시킬 때에는, 레이저 자체의 안정성을 확보하기 위해, 레이저광의 광로의 도중에 강도를 변화시키기 위한 필터, 프리즘 등을 설치하는 방법이 바람직하다.
상기 서술한 균열 및 변질 영역을 효과적으로 얻기 위한 레이저광의 조건으로는, 균열 1㎜ 당 에너지를 4∼15mJ 로 하고, 또한 조사 피치를 0.05㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 균열 1㎜ 당 에너지를 5∼10mJ 로 하고, 또한 조사 피치를 0.005∼0.01㎛ 로 하는 것이 보다 바람직하다.
레이저 가공에 있어서, 연속적으로 빔을 조사하여 균열을 형성할 수 있으면, 에칭에 의해 매끄러운 직선 홈이 얻어지고, 균열이 교차하는 경우에 있어서도 매끈하게 교차구가 얻어진다. 그러나, 취성 재료에 대한 레이저 조사에 있어서는 열응력으로 재료에 손상이 발생하기 쉽고, 연속적인 조사에서는 이 점이 현저해진다. 본 발명에 있어서의 상기 조건은 레이저의 에너지가 연직인 균열과 변질 영역의 형성에 충분하고, 또한 재료 표면으로부터의 적절한 방열에 의해 손상이 발생하지 않는 조건이다.
본 발명에서 이용되는 레이저광은 펄스 레이저광이고, 그 펄스폭은 10∼100 피코초의 범위인 것이 바람직하다. 이 펄스폭이 10 피코초 이상이면, 충분한 가공 속도가 얻어지고, 한편, 100 피코초 이하이면 레이저광 조사 시에 발생하는 열의 영향이 작아, 재료 표면이나 내부에 손상이 발생되지 않아 바람직하다. 이상의 관점에서 펄스폭은 또한 15∼25 피코초의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 조사하는 레이저 파장에 대한 재료의 흡수계수는 1㎝-1 이하인 것이 바람직하고, 0.5㎝-1 이하인 것이 더욱 바람직하다. 흡수계수가 1㎝-1 이하이면, 무기 재료의 내부까지 레이저 에너지가 도달하여, 재료의 깊은 곳에 균열을 부여할 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서는 레이저광을 렌즈 등으로 소정의 강도로 집광한 상태에서 무기 재료에 조사되는데, 그 때에 사용하는 집광 렌즈에는 단일 렌즈를 사용해도 상관없고, 아크로마트 렌즈 등의 복합 렌즈를 사용할 수도 있다. 또한, 미소한 레이저 직경을 얻고자 하는 경우에는 레이저광을 오목 렌즈나 빔 익스팬더로 일단 확대하고, 그 후 초점 거리가 짧은 렌즈로 집광하는 방법을 이용함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에 있어서의 레이저광의 초점 위치는 무기 재료의 표면과 그 표면에서 멀어지는 방향의 수직 거리 20㎛ 사이에 있는 것이 바람직하다. 이 범위이면 무기 재료의 깊은 부분에도 적절히 균열을 부여할 수 있고, 손상이 발생하는 경우가 없다.
본 발명에 있어서는, 반복 주파수가 10∼100MHz 의 범위인 것이 바람직하다. 반복 주파수를 10MHz 이상으로 함으로써, 가공 속도를 올릴 수 있고, 레이저광의 조건에 따라서도 달라지지만, 예를 들어 200∼800㎜/초의 가공 속도를 얻을 수 있다. 한편, 반복 주파수가 100MHz 이하이면, 레이저 조사의 펄스 간격을 충분히 확보할 수 있고, 재료 내부의 축열에 의한 열응력의 발생을 억제할 수 있다는 점에 서 유리하다. 이상의 점에서, 반복 주파수는 또한 50∼80MHz 의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 가공 방법은 상기 서술한 바와 같은 펄스 레이저광을 펄스 별의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사하는 것을 특징으로 하고, 이와 같이 가공함으로써, 미세하고 연직이면서 또한 깊은 연속하는 균열을 형성할 수 있으며, 또한 그것과 동시에 균열의 주변부에 변질 영역을 형성할 수 있다.
다음으로, (B) 레이저광의 조사에 의해 발생된 변질 영역을 에칭 처리하는 공정에서 에칭은 통상 플루오르산에 의한 웨트 에칭이 사용된다. 플루오르산의 농도로서는 유효하게 변질 영역을 에칭할 수 있는 농도이면 특별히 한정되지 않고, 통상 1∼49% 의 수용액이고, 에칭 속도 등을 고려하면 2∼25% 의 농도가 더욱 바람직하다. 또한, 에칭 처리액으로서 플루오르산을 사용하는 경우에는, 에칭 처리액의 열화 방지를 위해 불화 암모늄이나 글리세린 등을 첨가할 수 있다.
본 발명의 가공 방법은 상기 서술한 바와 같이 레이저광에 의해 균열 및 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키고, 이것을 에칭에 의해 제거하여 홈을 얻는 것이지만, 이하에 본 발명의 가공 방법을 이용하여 깊이가 다른 홈을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
무기 재료 기판에 미리 크롬막 등의 기판의 에칭 처리에 있어서의 보호막이 되는 층을 형성해 놓는다. 이 상태에서 레이저광을 조사함으로써, 무기 재료 기판에 균열과 변질 영역을 형성시킨다. 여기서, 레이저광의 조사 조건을 제어하여, 원하는 깊이의 균열을 얻는다. 이 때, 레이저광이 조사되어 균열이 발생 된 부분의 보호막만이 소실되기 때문에, 계속되는 에칭 처리에 의해 변질 영역이 제거되어 제 1 홈이 얻어진다.
다음으로, 제 1 홈과는 다른 위치에 제 2 레이저 조사를 한다. 이 경우의 레이저 조사 조건은 제 1 레이저 조사 조건과 동일하거나 다르더라도 상관없다. 제 2 레이저광의 조사에 의해 무기 재료 기판에 제 2 균열과 변질 영역을 형성시킨다. 이어서 에칭 처리함으로써, 제 1 홈과 제 2 레이저 조사에 의한 균열과 변질 영역은 동시에 에칭되어, 깊이가 다른 2 종류의 홈이 얻어진다. 이와 같이 레이저 조사와 에칭의 공정을 반복함으로써 원하는 깊이의 홈을 복수종 얻을 수 있다. 또한, 보호막층은 모든 홈의 형성 후나 또는 마지막의 레이저 가공 전에 제거한다. 이상과 같이, 본 발명의 방법에 의하면 종래의 포토레지스트와 에칭에 의한 방법에 있어서, 각 홈을 제작할 때마다 포토마스크를 필요로 하고, 또한 보호막의 도포, 박리를 반복할 필요가 있는 것에 대하여, 간편하게 깊이가 다른 홈을 형성할 수 있다.
본 발명의 가공 방법은 1회의 주사로 형성할 수 있는 레이저에 의한 균열과, 다음의 레이저 주사로 형성하는 균열을 적어도 1㎛ 이상 겹치게 할 수 있고, 또한, 임의의 패턴으로 균열을 형성할 수 있다. 일반적으로, 정밀 레이저 가공에서는 빔의 초점 위치나 조사하는 에너지 밀도를 정밀하게 제어할 필요가 있지만, 대면적의 기판에서 효율적으로 이것을 실현하고자 한다면, 고속이고 고정밀도인 좁은 범위의 주사 수단과, 이 주사 수단을 대면적에 적용시키기 위한 이동 수단을 형성하여, 스텝 앤드 리피드로 가공하는 것이 유효하다. 본 발명의 가공 방법은 레이 저에 의한 균열끼리를 겹치게 할 수 있고, 또한, 임의의 패턴으로 균열을 형성할 수 있기 때문에, 비교적 좁은 범위에 원하는 균열 패턴을 형성하고, 이것을 스텝 앤 리피트하여도 패턴 사이의 이음매가 균일하고, 또한 연속적으로 되기 때문에, 원하는 패턴홈을 대면적에 효율적으로 형성할 수 있다.
다음으로 본 발명의 가공 방법을 고속으로 행하기 위한 장치에 대해서 이하에 기재한다. 본 발명의 가공 방법을 실시하기 위해서는 도 1 에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기 (1), 레이저광을 확대하기 위한 빔 익스팬더 (2), 고속으로 빔주사를 가능하게 하는 갈바노 스캔 장치 (3), 및 무기 재료 기판을 고정하여 주사하는 X-Y 테이블 (4) 을 갖는 가공 장치인 것이 바람직하다. 갈바노 스캔 장치 (3) 에 의해 고속으로 빔의 주사를 가능하게 하고, 또한, X-Y 테이블 (4) 에 의해 빔조사 위치와 재료의 평면적인 상대 위치를 광범위하게 변경할 수 있는 사양으로 함으로써, 대면적이고 또한 복잡한 임의의 균열 패턴을 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 갈바노 스캔 장치 (3) 에 있어서는 초점 위치를 변경할 수 있는 기구를 형성하여, 재료의 두께가 변화되더라도 일정한 초점 거리를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가공 방법에 의해 얻어지는 무기 재료 기판은 액정 배향 기판 등의 광학 소자의 가공이나 DNA 칩 기판, 마이크로 리액터 반응 용기, 마이크로 분석셀, 센서 기판 등의 화학ㆍ환경ㆍ바이오ㆍ의료용 재료, 액정 디스플레이용 컬러필터나 레지스트 등의 기능성 수지의 도포를 인쇄법에 의해 실시할 때에 사용되는 유리 원판 등의 산업 응용 재료 등 여러가지 응용이 가능하다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이 예에 의해 특별히 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
무알칼리 유리 (NH 테크노그그라스 (주) 제조「NA 32」) 의 유리 기판에 대해, 하기 조건으로 레이저광을 직선 조사하여, 균열 및 변질 영역을 얻었다.
레이저 파장; 355㎚ (Nd-YAG 레이저)
상기 기판에 대한 흡수계수; 0.2㎝-1
레이저 출력; 6W
펄스 에너지; 0.075μJ/p
펄스폭; 25 피코초
반복 주파수; 80MHz
빔 초점; 기판 표면
주사 속도; 600㎜/sec
조사 피치; 0.0075㎛
균열 단면을 낙사(落射) 투과 현미경 (올림푸스 (주) 제조「BH3-MJL」) 을 사용하여 관찰한 결과를 도 2 에 나타낸다. 30㎛ 전후의 균열이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 투과 모드에서 관찰하면 (좌측 사진) 균열의 주위에 변질 영역이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 2.3% 의 플루오르산 용액에 상기 기판을 침지하여, 침지 시간 (1분, 3분, 5분, 및 10분) 에 대한 에칭의 상태를 낙사 투과 현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 3 에 나타낸다. 균열의 주위에서부터 에칭이 진행하여, 변질 영역을 따라 에칭되는 것을 알 수 있다. 또한, 10분의 에칭에 의해, 폭 20㎛, 깊이 40㎛ 정도의 깊은 홈을 형성할 수 있었다.
실시예 2
실시예 1 과 같은 기판에 동일한 조건으로 레이저광을 직선 조사하여, 균열 및 변질 영역을 얻었다. 그 후, 이 직선 조사에 대해, 직각 방향으로 동일한 조건에서 다시 레이저광을 직선 조사하여, 기판 상에 열십자의 균열을 형성하였다. 다음으로, 25% 의 플루오르산 용액에 상기 기판을 30 초간 침지하여, 에칭 처리를 하고, 에칭 처리 전후의 상태를 실시예 1 과 동일한 낙사 투과 현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 4 에 나타낸다. 또한, 균열 1㎜ 당 조사 에너지는 1OmJ 이었다.
레이저 가공 후의 균열이 연속적이고, 에칭 후에도 균일한 홈이 형성된다. 또한, 열십자와 같은 가공이 겹치는 부위에서도 균일한 홈이 형성된다.
비교예 1
레이저 출력을 3W, 주사 속도를 800㎜/s 로 바꾸고, 균열 1㎜ 당 조사 에너지를 3.8mJ 로 한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하였다. 그 결과를 도 4 에 나타낸다. 연속한 균열을 형성할 수 없고, 에칭 후도 균일한 홈을 얻을 수 없었다.
실시예 3
레이저광의 조사 시에, 레이저 출력을 3∼6W 의 범위에서, 주사 속도를 200∼800㎜/s 사이에서 변화시키고, 균열 1㎜ 당 조사 에너지를 4∼15mJ 로 제어하여, 여러가지로 측정하였다. 균열 1㎜ 당 조사 에너지를 4∼15mJ 로 제어하면, 레이저 가공 후의 균열이 연속적이고, 에칭 후에도 균일한 홈이 형성된다.
비교예 2
실시예 3 과 마찬가지로 레이저 출력 및 주사 속도를 변화시켜, 균열 1㎜ 당 조사 에너지가 4 mJ 미만이 되도록 제어하고, 여러가지로 측정하였다. 균열 l㎜ 당 조사 에너지를 4 mJ 미만으로 할 경우에는 연속적인 균열이 형성될 수 없고, 에칭하더라도 연속된 홈은 생기지 않았다.
본 발명의 가공 방법에 의하면, 유리 등의 무기 재료에 미세하고 균일한 깊은 홈을 형성할 수 있고, 또한, 본 발명의 가공 장치에 의하면, 대면적의 가공을 고속으로 행할 수 있다. 본 발명의 가공 방법에 의해 얻어지는 무기 재료 기판은 마이크로 리액터 반응 용기, 마이크로 분석셀, 인쇄용 유리 원판 등의 산업 응용 재료 등의 여러가지 용도에 사용하는 것이 가능하다
본 발명의 가공 방법에 의하면, 무기 재료 기판에 미세하고 균일한 깊은 홈을 형성할 수 있고, 또한 번잡한 조작을 필요로 하지 않고, 대면적의 무기 재료 기판을 고속으로 가공할 수 있다.

Claims (9)

  1. (A) 펄스 레이저광을 펄스 별의 조사 범위의 일부가 중복되도록 조사함으로써 무기 재료 기판에 연속하는 균열을 생기게 하는 것과 함께 그 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키는 공정, 및 (B) 그 변질 영역을 에칭 처리하는 공정을 포함하는 무기 재료의 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    펄스폭이 10∼100피코초 또한 조사 피치가 0.05㎛ 이하인 무기 재료의 가공 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서.
    가공 파장에 대한 흡수계수가 1㎝-1 이하인 무기 재료의 가공 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반복 주파수가 10∼100MHz 인 무기 재료의 가공 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    무기 재료가 유리인 무기 재료의 가공 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    에칭이 플루오르산에 의한 웨트 에칭인 무기 재료의 가공 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (C) 무기 재료 기판의 표면에 미리 보호막층을 형성하는 공정을 갖고, 상기(A) 공정 및 (B) 공정의 사이클을 1회 이상 반복하는 무기 재료의 가공 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 무기 재료의 가공 방법에 의해, 표면에 홈 가공된 무기 재료 기판.
  9. 레이저 발진기, 빔 익스팬더, 갈바노 스캔 및 X-Y 테이블을 갖는 무기 재료의 가공 장치로서,
    상기 갈바노 스캔에 의해 레이저빔을 주사하여 무기 재료 기판 상에 소정 패턴의 균열 및 상기 균열의 주변부에 변질 영역을 형성시키고, 또한 상기 X-Y 테이블에 의해 갈바노 스캔에 의한 주사 범위를 이동시키는 것을 특징으로 하는 무기 재료의 가공 장치.
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