JP2000301372A - 透明材料のレーザ加工方法 - Google Patents

透明材料のレーザ加工方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低出力のレーザ光を用いて様々なガラスなど
の透明材料に微細な深穴を高速かつ安価に、高品質・高
精度に形成し得る産業上実用的な透明材料のレーザ加工
方法を提供する。 【解決手段】 ガラス基板6表面に顔料8を均一な厚さ
に付着させ、該表面に向けて基本波、第2高調波、又は
第3高調波でシングルモードビームのQスイッチパルス
発振YAGレーザBを照射する。顔料が最初の1つ又は
いくつかのパルスのレーザエネルギを吸収して、ガラス
基板表面に高温・高圧のプラズマ状態が発生し、表面層
のガラスを溶融・除去して凹所9を形成し、かつその周
辺部をレーザ光を吸収し易い組成に変質させる。この変
質層10が、その後に連続して照射されるレーザ光を吸
収して溶融・除去されることにより、ガラス基板を貫通
する微細穴11が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
ガラス、結晶などの透明材料に微細な穴、特に貫通穴を
形成することができるレーザ加工方法に関する。特に本
発明は、例えばガラス板に多数の整列した微細穴を開設
してインクジェットプリンタ用の噴射孔を形成したり、
液晶パネルのガラス板に、電子部品と電極などを接続す
るためのスルーホールを形成するために使用される産業
上実用的な透明材料のレーザ加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ガラスなどの透明材料に微細
な穴あけ加工を行うために、回転砥石、ドリル、超音波
などを用いた加工方法又は砥粒を噴射するマイクロブラ
スト法などの機械的加工方法や、溶液を用いるウェット
エッチングなどの化学的方法が一般に採用されている。
また最近は、電子ビームやイオンビーム、レーザ光を照
射するエネルギビーム加工が行われている。
【0003】レーザ加工では、一般に紫外光であるエキ
シマレーザやCO2 レーザなどの遠赤外線レーザが使用
されている。更に、ジャイアントパルスと呼ばれる高ピ
ーク出力のレーザを用いると、可視光や近赤外光による
加工が可能であるとの研究報告がある。他方、比較的安
価で操作性が良く、取扱いも簡単なために幅広い用途に
利用されているYAGレーザは、一般にガラス材料に対
する吸収率が低いので加工できないとされている。
【0004】YAGレーザに関する池野順一らの論文
「溶液を用いた石英ガラスのYAGレーザ加工」(精密
工学会誌 55/2/1989、第93〜98頁)によれば、金属イオ
ン含有溶液を厚さ1.5mmの透明石英ガラス板の表面に
滴下し、又はその裏面に接触させてパルス発振YAGレ
ーザを照射すると、該溶液がレーザ光を吸収して高熱を
発生し、石英ガラスを溶融させて貫通穴を形成できるこ
とが報告されている。また同論文には、不純物を含む一
般ガラスの場合、その表面にマジックインキを塗布する
だけで、上述した溶液なしで同様に貫通穴をレーザ加工
可能なことが記載されている。
【0005】また、池野らの別の報告(「結晶化ガラス
のYAGレーザ加工」、1997年度精密工学会秋季大会学
術講演会論文集、第232頁)によれば、結晶化ガラスの
表面に焦点を合わせてレーザ光を照射した場合、ガラス
内部に溶融部が形成されるため、その出力が閾値を超え
た途端にクラックが発生してガラスが破壊される。そこ
で、ガラス表面に顔料を塗布し、これにパルス発振YA
Gレーザ光を照射して該表面に溶融部を形成し、外部に
飛散除去することにより、このクラック発生の問題を解
消して、厚さ4mmの結晶化ガラス板に貫通穴を形成して
いる。
【0006】この加工メカニズムについて、同じく池野
順一の論文「YAGレーザを用いたガラスの3次元穴あ
け加工」(レーザ学会研究会報告、No.RTM-98-4、社
団法人レーザ学会、1998年1月30日発行、第23〜27頁)
によれば、加工穴に加工変質層が観察されることから、
顔料がYAGレーザを吸収してガラスが溶融することに
より加工変質層が形成され、この加工変質層が次のレー
ザ光を吸収して加工が進行すると分析している。
【0007】また、高木茂行らの論文「FHG−YAG
レーザによるアブレーション加工」(社団法人電気学
会、光・量子デバイス研究会資料、資料番号OQD-95-
5、第37〜46頁、1995年3月10日発行)には、CW励起
Acoustic Qスイッチ動作のYAGレーザをベースとし
たパルス励起第4高調波(FHG)のYAGレーザは、
ピークパワーは低いが、kHzオーダーの高繰り返し励
振が可能で、制御性が良く、装置の信頼性・使い易さ・
メンテナンス性が高いなどの利点があり、高分子材料の
ポリイミドやソーダガラスに対して高精度な微細加工が
可能なことが報告されている。高木らによれば、エキシ
マレーザでソーダガラスを加工するとマイクロクラック
が発生するのに対し、FHG−YAGレーザは、入射径
30μmでソーダガラスに深さ40mmの穴を加工するこ
とができた。
【0008】更に、林健一の論文「Nd:YLFレーザー
第5高調波によるガラスの高アスペクト比加工」(レー
ザー研究、1997年11月)には、ソーダ石灰ガラスや液晶
ディスプレイ(LCD)に用いられる無アルカリガラス
などのガラス基板に対し、Nd:YLFレーザー第5高調
波を用いてアブレーション加工を行ったところ、入射側
穴径10μm、出射側穴径4μmでアスペクト比100
を超える深穴加工を実現できたこと、及び入射側・出射
側とも加工表面にクラックの発生は認められなかったこ
とが記載されている。また、林によれば、菊地薫によっ
てNd:YAGレーザの基本波を用いたガラスの穴あけ加
工が報告されている(機械研ニュース10(1995)
6)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加工方法には次のような問題がある。先ず、マ
イクロブラスト法などの機械的加工方法では、加工穴の
微細化に限度があり、かつ加工穴の開口周辺にチッピン
グ即ち微小な欠けが生じ易いなど、品質上の問題を生じ
る虞がある。また、ウェットエッチングは、被加工物の
材質により使用可能なエッチング液が制限される場合が
あり、また微細な深穴を加工することが困難で、加工速
度が遅いなどの不都合がある。同様に、電子ビームやイ
オンビームなどの加工装置は一般に高額であり、かつ加
工速度が非常に遅い。
【0010】レーザ加工の場合、エキシマレーザは装置
が高額でランニングコストが高く、かつ装置のメンテナ
ンス性が悪いなどの問題がある。CO2 レーザは、熱的
加工を行ないかつ出力が大きいために、加工部周辺の広
範囲に亘って熱歪みによるクラックを発生させ易く品質
を損なう虞があり、また波長が長いために集光性が低
く、微細加工には不向きである。ジャイアントパルスレ
ーザも同様に装置が高額で、しかもピーク出力が高過ぎ
るために光学系にダメージを与える虞がある。
【0011】上述した池野らによるパルス発振型YAG
レーザの穴あけ加工は、或る程度高いレーザ出力を必要
とするために、加工対象のガラス材料や加工条件によっ
てはクラックが発生し易く、加工安定性を欠く虞が生じ
る。また、ビームの品質が低く、集光特性がよくないた
め、直径100μm以下の穴あけ加工は困難である。一
方、高木らのFHG−YAGレーザは、第4高調波を得
るために、2個の非線形結晶をレーザ共振器の内部と外
側とに配置し、かつそれらを狭い温度整合許容幅に制御
する必要があるので、装置自体が複雑かつ高価になり、
加工安定性を損なう虞がある。また、紫外光を使用する
ため、非線形結晶やミラー、レンズ等の劣化を招く虞が
ある。
【0012】また、上述した林の論文によれば、菊地薫
のNd:YAGレーザの基本波によるガラスの穴あけ加工
は、ガラス内部にレーザビームを集光して多光子吸収に
よりガラスの裏面から表面に向かって穴を開けるもの
で、加工歪みが残るために、機械研磨や熱処理などの後
処理が必要である。更に、Nd:YLFレーザーの第5高
調波を採用した理由として、第4高調波では数回の照射
でガラス表面にクラックが生じるので、産業応用上、加
工表面にクラックのない良好な加工を実現するために
は、更に短波長の光源が必要と考えられるからであると
している。しかしながら、このような短波長の光源を用
いたレーザ加工は、同様に装置及び加工のコストが高く
なるという問題がある。
【0013】そこで、本発明は、上述した従来の問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばせい
ぜい数ワット程度の低出力のレーザ光を用いて、従来レ
ーザ加工が困難であるとされてきたガラスを含む様々な
ガラスや結晶などの透明材料に、微細な深穴を高速かつ
安価に、高品質・高精度に形成できる産業上実用的な透
明材料のレーザ加工方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の透明材料のレー
ザ加工方法は、上述した目的を達成するために、透明材
料からなる被加工物の表面に吸光物質を付着させ、該吸
光物質を付着させた被加工物表面に向けてQスイッチパ
ルス発振レーザを照射して、該表面に穴を形成すること
を特徴とする。
【0015】Qスイッチパルス発振レーザは、レーザの
蓄積エネルギを一旦ためて一気に出力させ、数W程度の
低い出力でも数百kW程度の高いパルスエネルギを得る
ことができる。最初の1つ又はいくつかのパルスが照射
されると、そのレーザエネルギを吸光物質が吸収して、
従来はレーザ加工が困難であったガラス材料であって
も、被加工物表面に高温・高圧のプラズマ状態が発生す
ることにより、該表面のガラスを溶融・除去して凹所を
形成しかつその周辺部をレーザ光を吸収し易い組成に変
質させ、又は、被加工物表面に凹所を形成することなく
変質層のみが形成される。この変質層が、その後に続け
て照射されるレーザ光を吸収して溶融・除去されること
により、微細な穴を加工することができる。
【0016】使用する前記レーザのビームがシングルモ
ードであると、光の回折限度までレーザ光を絞ることが
できることから、低出力でもレーザビームの集光径を1
0μm以下にしてパワー密度を大きくすることができ、
微細穴をより容易にかつ高精度に加工できるので好都合
である。
【0017】本発明によれば、このように低出力で高パ
ワー密度が得られるので、使用するレーザは、従来のよ
うな第4高調波以上の短波長でなくても、基本波、第2
高調波、又は第3高調波を用いて、クラックの無い又は
少ない高品質の深穴を形成することができる。
【0018】Qスイッチパルス発振レーザであっても、
パルスエネルギが過大であれば、被加工物にクラックが
生じ易いので、或る実施例では、レーザの最初に照射す
る1つ又は複数のパルスのエネルギ又はピークパワー
を、それより後のパルスのエネルギ又はピークパワーよ
り小さくする。これにより、最初の1つ又は一連のパル
スでは、透明材料を溶融・除去できなくても、前記変質
層が形成され、これを後のレーザパルスで溶融・除去す
ることにより穴あけ加工を進めることができ、かつ加工
開始時に被加工物表面に作用する熱応力を軽減できるの
で、クラックの発生が抑制される。
【0019】また、レーザ光が直線偏光の場合、特に入
射部付近にクラックが発生し易く、加工穴は磁場の振動
面方向に曲がり易い性質があるため、いずれかの方向に
偏って加工が促進されて穴が曲がったり、穴径が拡大す
る虞がある。そこで、別の実施例では、前記レーザを円
偏光又はランダム偏光にして被加工物表面に照射するこ
とにより、加工穴の曲がりや穴径の拡大、及び特に入射
部周辺でのクラックの発生が抑制され、加工精度及び品
質が向上する。
【0020】或る実施例では、前記レーザを位相格子に
より分岐させて被加工物表面に照射することにより、該
表面に複数の穴を同時に加工することができ、加工時間
の大幅な短縮を図ることができる。
【0021】更に別の実施例では、適当な手段を用いて
前記被加工物を予め加熱する過程を更に含むことによ
り、被加工物内部においてレーザ光の照射による急激な
温度上昇を回避し、その熱応力の影響を少なくして、ク
ラックの発生を有効に抑制することができる。
【0022】また、前記吸光物質は、被加工物表面に均
質にかつ均一な厚さに付着させることにより、多数の穴
を加工する場合に、同じレーザ条件で均一な穴を形成で
き、加工のばらつきを防止することができる。
【0023】本発明の別の側面によれば、吸光物質を含
む透明材料からなる被加工物の表面に向けてQスイッチ
パルス発振レーザを照射し、該表面に穴を形成すること
を特徴とする透明材料のレーザ加工方法が提供される。
【0024】この場合、被加工物の表面層に含まれる吸
光物質がレーザ光を吸収するので、従来より低出力のレ
ーザであっても、被加工物表面に吸光物質を付着させる
ことなく、表面層の透明材料を溶融・除去して凹所を形
成しかつその周辺部をレーザ光をより吸収し易い組成に
変質させることができる。更に、形成された凹所の内壁
付近に含まれる吸光物質及び前記変質層が、その後に続
けて照射されるレーザ光を吸収して溶融・除去されるこ
とにより、よりスムーズに微細な穴あけ加工を行うこと
ができる。
【0025】本発明を適用する透明材料には、ガラス又
は結晶材料が好ましい。特に、Al 23(アルミナ)を
20重量%以上含むガラスやソーダガラスなどが好都合
である。また、結晶材料としては、ニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウムなどが好適に用いられる。
【0026】また、本発明に使用するレーザは、Qスイ
ッチパルス発振のYAGレーザ、YLFレーザ又はYV
Oレーザが好ましい。
【0027】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しつつ本
発明をその好適な実施例を用いて詳細に説明する。図1
は、本発明のレーザ加工方法を用いてガラスに微細穴を
形成するのに適したレーザ加工装置の実施例を概略的に
示している。このレーザ加工装置は、Qスイッチパルス
発振のYAGレーザを発生させるためのQスイッチユニ
ットを内蔵したレーザ発振器1と、ミラー2と、集光レ
ンズ3と、前記レーザ発振器とミラー間のレーザ光の光
路内に配置された機械的シャッタ手段4とを備える。レ
ーザ発振器1とシャッタ手段4とは、これらの動作を制
御するコンピュータ5に電気的に接続されている。
【0028】レーザ発振器1から発振されたレーザ光B
は、シャッタ手段4を通過してミラー2で反射され、集
光レンズ3で集光して被加工物6に照射される。本発明
によれば、レーザ発振器1はシングルモードのビームを
出力する。シングルモードビームは集光性に優れ、その
ビームスポット径を10μm以下に絞ることができ、ビ
ーム形状が円形でその中心にパワー密度が集中するの
で、低出力で大きいパワー密度が得られ、微細加工に適
している。また、レーザ光Bの波長は基本波(1064
μm)であるが、非線形結晶7(例えば、LBO)をレ
ーザ発振器1とシャッタ手段4間の光路内に又はレーザ
発振器内部に配置することにより、第2高調波(532
μm)又は第三高調波(355μm)を得ることができ
る。
【0029】コンピュータ5は、所定のパルス幅のレー
ザ発振信号をレーザ発振器1に出力し、レーザ発振器1
は、前記レーザ発振信号に対応した大きさのピーク出力
のレーザ光を連続してパルス発振する。ピーク出力の大
小は、その待機時間の長短に依存し、従ってコンピュー
タ5が出力する前記レーザ発振信号のパルス幅は、形成
しようとする加工穴の深さ等の加工条件によって決定さ
れる。このようにQスイッチパルス発振のYAGレーザ
は、ランプ出力が数ワット程度の低い出力で、数kW程
度の大きなピーク出力又は照射エネルギが得られ、しか
も被加工物6への熱影響が少ない。また、Qスイッチパ
ルス発振のYLFレーザ及びYVOレーザを同様に用い
ることができる。
【0030】上述したようにピーク出力の大小はその待
機時間の長短に依存するから、各パルス列の最初のパル
スはピーク出力が過大になる。そこで、コンピュータ5
は、前記レーザ発振信号に同期させてそのパルス列の最
初のパルスにタイミングを合わせて、シャッタ信号をシ
ャッタ手段4に出力し、そのオンオフ動作によりレーザ
光Bを選択的に遮断又は通過させて、各パルス列の最初
のパルスのみをカットし、一定のピーク出力に制御され
たレーザ光を連続的にパルス発振させる。
【0031】図2(a)〜(d)は、図1のレーザ加工
装置を用いて本発明のレーザ加工方法により被加工物6
に微細穴を形成する過程を示している。本実施例におい
て、被加工物6はガラス基板である。このガラス基板
は、一般に利用されているソーダ石灰ガラス、パイレッ
クス(商標)などの硬質ガラス、鉛又はクリスタルガラ
ス、結晶化ガラス、無アルカリガラスなど、従来はレー
ザ加工が困難であったものを含む様々なガラス材料であ
って良い。
【0032】先ず、図2(a)に示すように、ガラス基
板6の表面に吸光物質として、マジックインキ等に使用
される合成樹脂インク等の顔料8を、例えばスピンコー
トにより或る均一な厚さに塗布する。顔料以外の吸光物
質として、照射するレーザ光(本実施例では、波長10
64μm)を吸収し易い塗料等公知の様々な材料を用い
ることができる。顔料8の厚さを均一にすることによ
り、ガラス基板6に複数の穴を加工する場合に加工のば
らつきを抑制することができ、またそのために、顔料は
より均質で高純度な材料であることが好ましい。
【0033】次に、ガラス基板6表面に焦点を合わせて
レーザ光Bを照射する。レーザ発振器1から発振される
パルス列の最初のパルスはピークが過大になるので、上
述したようにコンピュータ5からのシャッタ信号により
シャッタ手段13をオンオフ動作させてカットし、照射
される各パルスのピーク出力を一定にする。最初のパル
スが照射されると、その部分の顔料8がレーザエネルギ
を吸収して、高温・高圧のプラズマ状態をガラス基板表
面に生成する。このプラズマによりガラス基板6は、図
2(b)に示すように、その表面層が部分的に溶融し、
蒸発又は飛散して凹所9が形成される。
【0034】凹所9の開口部、内壁面、先端等の周辺部
分には、加工変質層10が形成される。この加工変質層
は、前記プラズマの高熱により凹所9の周辺部分が溶融
し、かつ該部分のガラス材料に含まれる比較的揮発し易
い成分が先に蒸発して、その組成が変化し、元のガラス
材料よりアルミナ等のYAGレーザを吸収し易い成分の
割合が多くなったものである。従って、2番目以降のパ
ルスが照射されると、加工変質層10がそのレーザエネ
ルギを吸収して蒸発又は飛散し、図2(c)のように加
工穴11が成長する。加工穴11の内壁面、先端には、
同様に加工変質層10が形成される。従って、更にパル
ス照射を続けることにより、最終的に図2(d)に示す
ような貫通穴が完成する。実際に、レーザの集光径を1
0μm程度に絞ることにより、直径約20〜30μmの
貫通穴を形成できた。
【0035】或る実施例では、レーザ光の照射以前にガ
ラス基板6を例えば200〜300℃程度の温度に予め
加熱しておく。これにより、レーザ光の照射時に、ガラ
ス基板内部における急激な温度上昇が回避されるので、
クラックの発生を有効に抑制することができる。
【0036】ガラス基板6表面に残存する顔料8の大部
分は、適当な溶剤により洗浄することができる。しか
し、一部の顔料は、照射レーザの高熱によってガラス基
板表面に焼き付き、溶剤では容易に除去できない。ま
た、加工穴11から飛散した溶融物の一部は、加工穴の
入射側及び出射側開口周辺に再付着してドロスとなる。
このような顔料の焼き付き及びドロスは、加工穴11の
形成後にガラス基板の両面を公知の方法で研磨加工する
ことにより除去することができる。同時に、この研磨加
工によってガラス基板6表面に残る加工変質層を除去す
ることができる。
【0037】別の実施例では、図3に示すように、コン
ピュータ5から異なるパルス幅のレーザ発振信号S1 、
S2 が出力され、これに対応して前記レーザ発振器は、
最初のパルス列p1 のピーク出力がその後に続くパルス
列p2 のピーク出力より小さいパルスYAGレーザを出
力する。上述したように、最初のパルス列p1 の最初の
パルスp11はピークが過大になるので、コンピュータか
らのシャッタ信号SQによりシャッタ手段4をオンオフ
動作させてカットする。このようにして被加工物表面
に、最初にピーク出力の小さい3つのパルスp1 が照射
され、その後にピーク出力の大きいパルスp2 が連続し
て照射される。
【0038】図2の実施例と同様に、最初のパルス列p
1 が照射されると、そのレーザエネルギを顔料が吸収し
て高温・高圧のプラズマ状態を被加工物表面に発生させ
る。しかし、図2の実施例に比して照射されるエネルギ
が小さいので、被加工物表面層は、部分的に溶融して加
工変質層を形成するだけで、凹所は形成されない。この
後に連続してパルスp2 が照射されると、そのレーザエ
ネルギを加工変質層が吸収して蒸発又は飛散することに
より、図2の実施例と同様に加工穴が成長し、最終的に
貫通穴を完成させることができる。この実施例では、最
初の照射エネルギを小さくしたので、加工開始時に被加
工物表面に作用する熱応力が幾分軽減され、クラックの
発生が抑制される。
【0039】尚、ピーク出力の小さい最初のパルスp1
は3つに限定されるものでなく、被加工物表面層に加工
変質層が形成される限り、1つであってもいくつであっ
ても良い。
【0040】また、或る実施例では、レーザ光を直線偏
光ではなく、ランダム偏光又は円偏光に変換して照射す
る。直線偏光では、加工穴内壁に対してp偏光で入射す
る場合に、加工穴内壁に対してs偏光で入射する場合よ
りもガラス材料の光吸収率が大きいため、p偏光の入射
方向に加工がより促進され、入射部付近にクラックが発
生し易く、かつ加工穴が真っ直ぐ形成されずに曲がって
しまう虞がある。これに対し、ランダム偏光及び円偏光
では、s偏光・p偏光がランダムに照射されたりs偏光
・p偏光の偏りがないので、図4(a)、(b)に示す
ように、加工穴が真っ直ぐに形成されると共に、入射部
付近でのクラック発生が抑制される。
【0041】また、上記実施例では、基本波(1064
μm)のQスイッチYAGレーザを使用したが、図1に
関連して上述したように非線形結晶を配置することによ
り、第2高調波(532μm)又は第三高調波(355
μm)のQスイッチYAGレーザを用いることができ
る。この場合にも、比較的低い出力で高いパワー密度が
得られ、これを顔料を付着させた被加工物表面に照射す
ることによって、ガラスに微細穴を加工することができ
る。
【0042】更に別の実施例では、図1のレーザ加工装
置において、図5に示すように、集光レンズ3の手前の
光路内に公知の位相格子12を追加し、レーザ光Bを該
位相格子を通過した後に集光レンズ3に入射させること
ができる。レーザ光Bは、位相格子12を通過すると、
元の1本のビームが複数のビームに分岐され、各分岐ビ
ームがそれぞれ集光レンズ3により集光されて被加工物
6表面に照射される。従って、被加工物6表面の前記分
岐ビームに対応する複数の位置に微細穴を同時に加工す
ることができ、加工時間が短縮されて生産性が向上す
る。
【0043】図6は、本発明の第2実施例の方法により
ガラス基板に微細穴を形成する過程を概略的に示してい
る。この実施例では、ガラス基板13が、使用するレー
ザ光を吸収し易い吸光物質を予め含む組成のガラスで形
成されている。そのため、ガラス基板13表面に顔料を
付着させる必要がなく、図6(a)に示すようにレーザ
光Bを直接照射する。このようなガラスとして、例えば
ネオセラムがあり、吸光物質であるアルミナを20数%
含んでいる。その他に、ソーダガラスなどのガラスや、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの結晶を含
む透明材料に適用することができる。
【0044】使用するレーザは、上記第1実施例と同じ
基本波、第二高調波又は第三高調波のQスイッチパルス
YAGレーザであり、その他の加工条件も全く同じであ
る。最初のパルスが照射されると、その部分の表面層に
含まれる前記吸光物質がレーザエネルギを吸収して高熱
を発生し、それによりその部分のガラスが溶融し、蒸発
又は飛散して図6(b)に示すような凹所9と、その周
辺部分に加工変質層10とを形成する。そして、2番目
以降のパルスのレーザエネルギを加工変質層10が吸収
して蒸発又は飛散することにより、加工穴11が図6
(c)に示すように成長し、最終的に図6(d)に示す
ような貫通穴が形成される。
【0045】
【実施例】本発明の第1実施例によるレーザ加工方法を
用いて、硬質ガラスの一種で「パイレックス」(商標)
の商品名で市販されているホウケイ酸ガラスの薄板(厚
さ1mm)に微細穴あけ加工を行った。顔料として、市販
のマジックインキに使用されている合成樹脂インクを使
用し、スピンコートによりガラス薄板表面に付着させ
た。発振周波数1kHz、平均出力400mW、波長5
32μmのQスイッチパルスYAGレーザ、f100mm
の集光レンズを使用した。その他の加工条件は次の3通
りである。
【0046】(実施例1) レーザのパルスエネルギ: 400mJ 照射パルス数 : 400/秒 (実施例2) レーザのパルスエネルギ: 400mJ 照射パルス数 : 200/秒 (実施例3) レーザのパルスエネルギ: 400mJ 照射パルス数 : 300/秒
【0047】これら実施例1〜3のいずれの場合にも、
ガラス基板に真っ直ぐな微細穴を加工することができ
た。また、ガラス基板の入射面を加工後に洗浄したとこ
ろ、加工穴の開口は概ね円形で、その周囲にクラックは
ほとんど認められなかった。この結果から、本発明のレ
ーザ加工方法によれば、低出力のレーザを用いて高品質
な微細穴を高速で加工し得ることが分かる。
【0048】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。本発明の
透明材料のレーザ加工方法によれば、集光性の高いQス
イッチパルス発振レーザを用いてパワー密度を大きく
し、かつガラスなどの透明材料からなる被加工物の表面
に付着させた吸光物質にレーザ光を吸収させることによ
り、数ワット程度の低いレーザ出力で、従来はレーザ加
工が困難であった材質を含む様々な透明材料に対して、
産業上実用的で高品質な微細深穴を高速かつ高精度に形
成することができ、しかもレーザ装置及び加工コストの
低減させることができる。
【0049】また、本発明の別の側面によれば、同様に
Qスイッチパルス発振レーザを使用し、ガラスなどの透
明材料からなる被加工物に含まれる吸光物質にレーザ光
を吸収させることにより、低いレーザ出力で微細な穴あ
け加工をよりスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に適したレーザ加工装置の典型例
を示す概略構成図。
【図2】(a)図〜(d)図は、本発明の第1実施例の
方法によりガラス基板に微細穴を形成する過程を概略的
に示す断面図。
【図3】図1の装置においてレーザ光を発振させるレー
ザ発振信号、発振パルス、シャッタ信号、照射パルスを
示す線図。
【図4】(a)図及び(b)図は、それぞれレーザ光を
円偏光及びランダム偏光にした場合の加工穴の状態を示
す断面図。
【図5】位相格子を用いた光学系による微細穴あけ加工
を示す概略図。
【図6】(a)図〜(d)図は、本発明の第2実施例の
方法によりガラス基板に微細穴を形成する過程を概略的
に示す断面図。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 ミラー 3 集光レンズ 4 シャッタ手段 5 コンピュータ 6 被加工物 7 非線形結晶 8 顔料 9 凹所 10 加工変質層 11 加工穴 12 位相格子 13 ガラス基板
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C03C 23/00 C03C 23/00 D 5F072 G02B 5/30 G02B 5/30 H01S 3/11 H01S 3/11 // B41J 2/135 B41J 3/04 103N Fターム(参考) 2C057 AF93 AG12 AP13 AP22 AP23 AP43 AP57 AQ01 2H049 BA03 BA06 BA13 BC21 4E068 AA03 AF01 AF02 AJ03 CA02 CA03 CA04 CD04 CD05 CK01 DA09 DB13 4G015 FA09 FB01 FB02 FC10 FC14 4G059 AA08 AB02 AB05 AB07 AC30 5F072 AB01 HH07 KK12 QQ02

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明材料からなる被加工物の表面に吸光
    物質を付着させ、前記吸光物質を付着させた前記被加工
    物表面に向けてQスイッチパルス発振レーザを照射し
    て、該表面に穴を形成することを特徴とする透明材料の
    レーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 前記レーザのビームがシングルモードで
    あることを特徴とする請求項1に記載の透明材料のレー
    ザ加工方法。
  3. 【請求項3】 前記レーザの基本波を用いることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の透明材料のレーザ加工方
    法。
  4. 【請求項4】 前記レーザの第2高調波を用いることを
    特徴とする請求項1又は2に記載の透明材料のレーザ加
    工方法。
  5. 【請求項5】 前記レーザの第3高調波を用いることを
    特徴とする請求項1又は2に記載の透明材料のレーザ加
    工方法。
  6. 【請求項6】 前記レーザの最初の1つ又は複数のパル
    スのエネルギがそれより後のパルスのエネルギより小さ
    いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の
    透明材料のレーザ加工方法。
  7. 【請求項7】 前記レーザを円偏光して前記被加工物表
    面に照射することを特徴とする請求項1乃至6のいずれ
    かに記載の透明材料のレーザ加工方法。
  8. 【請求項8】 前記レーザをランダム偏光して前記被加
    工物表面に照射することを特徴とする請求項1乃至6の
    いずれかに記載の透明材料のレーザ加工方法。
  9. 【請求項9】 前記レーザを位相格子により分岐させて
    前記被加工物表面に照射することを特徴とする請求項1
    乃至8のいずれかに記載の透明材料のレーザ加工方法。
  10. 【請求項10】 前記被加工物を予め加熱する過程を更
    に含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記
    載の透明材料のレーザ加工方法。
  11. 【請求項11】 前記吸光物質を前記被加工物表面に均
    質にかつ均一な厚さに付着させることを特徴とする請求
    項1乃至10のいずれかに記載の透明材料のレーザ加工
    方法。
  12. 【請求項12】 前記被加工物表面に穴を形成した後、
    該穴の開口周辺部分を研磨する過程を更に含むことを特
    徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の透明材料
    のレーザ加工方法。
  13. 【請求項13】 吸光物質を含む透明材料からなる被加
    工物の表面に向けてQスイッチパルス発振レーザを照射
    し、該表面に穴を形成することを特徴とする透明材料の
    レーザ加工方法。
  14. 【請求項14】 前記透明材料がガラス又は結晶である
    ことを特徴とする請求項1又は13に記載の透明材料の
    レーザ加工方法。
  15. 【請求項15】 前記Qスイッチパルス発振レーザがQ
    スイッチパルス発振のYAGレーザ、YLFレーザ又は
    YVOレーザであることを特徴とする請求項1又は13
    に記載の透明材料のレーザ加工方法。
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