JP2010155259A - 溝形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被加工物により細い溝を形成すること。
【解決手段】まず、透明材質の被加工物１の内部にレーザ光１３を集光して改質領域２０を形成し、当該改質領域２０の形成により、改質領域２０の部分に発生する内部応力によって溝２の形成予定部分１８にレーザ光１３の光軸方向に伸びる第１のクラック１９ａを形成する。次に、形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２を形成する。そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。したがって、被加工物１により細い溝２を形成することが可能となる。
【選択図】図１０
【解決手段】まず、透明材質の被加工物１の内部にレーザ光１３を集光して改質領域２０を形成し、当該改質領域２０の形成により、改質領域２０の部分に発生する内部応力によって溝２の形成予定部分１８にレーザ光１３の光軸方向に伸びる第１のクラック１９ａを形成する。次に、形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２を形成する。そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。したがって、被加工物１により細い溝２を形成することが可能となる。
【選択図】図１０
Description
本発明は、被加工物に溝を形成する溝形成方法に関する。
従来、この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。
この特許文献１に記載の技術では、まず、透明材質の被加工物における溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して被加工物の内部に改質領域を形成する。次に、被加工物のうちの改質領域を形成した部分をエッチングし、当該エッチングによって改質領域を形成した部分に溝を形成する。
特開２００４―１３６３５８号公報
この特許文献１に記載の技術では、まず、透明材質の被加工物における溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して被加工物の内部に改質領域を形成する。次に、被加工物のうちの改質領域を形成した部分をエッチングし、当該エッチングによって改質領域を形成した部分に溝を形成する。
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、被加工物のうちの改質領域を形成した部分をエッチングし、当該エッチングによって被加工物に溝を形成する。それゆえ、被加工物に形成される溝の幅は、必然的に改質領域の幅よりも大きくなってしまう。そのため、被加工物に細い溝を形成することは困難であった。
そこで、本発明の技術的課題は、被加工物により細い溝を形成することにある。
そこで、本発明の技術的課題は、被加工物により細い溝を形成することにある。
上記技術的課題を解決するために、本発明の各態様は、以下のような構成からなる。
本発明の第１の態様は、
透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、
前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、前記被加工物のうちの前記改質領域を形成した部分および前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記改質領域を形成した部分に空洞を形成して、前記クラックを形成した部分に溝を形成する第２の工程と、前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記空洞を形成した部分を除去して、前記溝を露呈させる第３工程と、
を有することを特徴とする。
このような手法によれば、クラックを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝を形成することができる。そのため、被加工物に形成される溝の幅を、クラックの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物により細い溝を形成することが可能となる。
本発明の第１の態様は、
透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、
前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、前記被加工物のうちの前記改質領域を形成した部分および前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記改質領域を形成した部分に空洞を形成して、前記クラックを形成した部分に溝を形成する第２の工程と、前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記空洞を形成した部分を除去して、前記溝を露呈させる第３工程と、
を有することを特徴とする。
このような手法によれば、クラックを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝を形成することができる。そのため、被加工物に形成される溝の幅を、クラックの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物により細い溝を形成することが可能となる。
また、第２の態様は、
透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記改質領域を形成した部分を除去して、前記クラックを露呈させる第２工程と、前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記クラックを形成した部分に溝を形成する第３の工程と、を有することを特徴とする。
このような手法によれば、クラックを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝を形成することができる。そのため、被加工物に形成される溝の幅を、クラックの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物により細い溝を形成することが可能となる。
透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記改質領域を形成した部分を除去して、前記クラックを露呈させる第２工程と、前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記クラックを形成した部分に溝を形成する第３の工程と、を有することを特徴とする。
このような手法によれば、クラックを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝を形成することができる。そのため、被加工物に形成される溝の幅を、クラックの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物により細い溝を形成することが可能となる。
さらに、第３の態様は、
前記第１の工程では、前記レーザ光の集光を集光レンズによって行うと共に、前記レーザ光を集光する際に、前記レーザ光の集光領域が当該レーザ光の光軸方向に拡大するように、前記集光レンズの収差を調整することを特徴とする。
このような手法によれば、改質領域の部分において、レーザ光の光軸方向の両端部の応力集中の度合いがより強くなる。そして、応力集中の度合いがより強くなることによって、レーザ光の光軸方向に平行に伸びるクラックを形成することができる。
前記第１の工程では、前記レーザ光の集光を集光レンズによって行うと共に、前記レーザ光を集光する際に、前記レーザ光の集光領域が当該レーザ光の光軸方向に拡大するように、前記集光レンズの収差を調整することを特徴とする。
このような手法によれば、改質領域の部分において、レーザ光の光軸方向の両端部の応力集中の度合いがより強くなる。そして、応力集中の度合いがより強くなることによって、レーザ光の光軸方向に平行に伸びるクラックを形成することができる。
さらに、第４の態様は、
前記第１の工程では、前記被加工物の内部に改質領域を形成した後、前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を前記改質領域の部分に集光し、集光した当該レーザ光により、前記改質領域の部分に発生する内部応力を増大させることを特徴とする。
このような手法によれば、改質領域が発生する内部応力が増大し、被加工物のうちの溝の形成予定部分により深いクラックを形成することができる。そのため、エッチングによってクラックを形成した部分により深い溝を形成することができる。
前記第１の工程では、前記被加工物の内部に改質領域を形成した後、前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を前記改質領域の部分に集光し、集光した当該レーザ光により、前記改質領域の部分に発生する内部応力を増大させることを特徴とする。
このような手法によれば、改質領域が発生する内部応力が増大し、被加工物のうちの溝の形成予定部分により深いクラックを形成することができる。そのため、エッチングによってクラックを形成した部分により深い溝を形成することができる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の溝形成方法では、まず、透明材質の被加工物の内部にレーザ光を集光して改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、改質領域の部分に発生する内部応力によって溝の形成予定部分にレーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する。
次に、形成したクラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記クラックを形成した部分に溝を形成する。
そして、被加工物の前記表面を研磨し、前記溝を露呈させる。
本実施形態の溝形成方法では、まず、透明材質の被加工物の内部にレーザ光を集光して改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、改質領域の部分に発生する内部応力によって溝の形成予定部分にレーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する。
次に、形成したクラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記クラックを形成した部分に溝を形成する。
そして、被加工物の前記表面を研磨し、前記溝を露呈させる。
（実施形態１）
（被加工物の構成）
まず、本実施形態の溝形成方法で得られる、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１について説明する。
図１は、被加工物１の斜視図である。
図１に示すように、被加工物１は、長方体状に形成された透明材質からなる。透明材質としては、例えば、石英やホウケイ酸ガラス等を利用できる。
また、被加工物１には、図１に示すように被加工物１に正対した場合を基準に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、図１の被加工物１の左面１ａの法線方向である。同様に、ｙ軸方向は、被加工物１の背面１ｂの法線方向であり、ｚ軸方向は、被加工物１の上面１ｃの法線方向である。
溝２の開口部は、被加工物１の上面１ｃに、ｙ軸方向に沿って形成される。
（被加工物の構成）
まず、本実施形態の溝形成方法で得られる、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１について説明する。
図１は、被加工物１の斜視図である。
図１に示すように、被加工物１は、長方体状に形成された透明材質からなる。透明材質としては、例えば、石英やホウケイ酸ガラス等を利用できる。
また、被加工物１には、図１に示すように被加工物１に正対した場合を基準に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向が定義されている。ｘ軸方向は、図１の被加工物１の左面１ａの法線方向である。同様に、ｙ軸方向は、被加工物１の背面１ｂの法線方向であり、ｚ軸方向は、被加工物１の上面１ｃの法線方向である。
溝２の開口部は、被加工物１の上面１ｃに、ｙ軸方向に沿って形成される。
（レーザ加工装置の構成）
次に、本実施形態の溝形成方法で使用するレーザ加工装置３について説明する。
図２は、レーザ加工装置３の構成を示す模式図である。
図２に示すように、レーザ加工装置３は、照射機構部４および制御部５を備える。
照射機構部４は、載置台６、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、集光レンズ１１、および収差補正レンズ群１２を備える。
載置台６は、被加工物１を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台６には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台６上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台６上部の平面内にあり且つＸ軸方向と直交する方向（より詳しくは、載置台６を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向）であり、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。
次に、本実施形態の溝形成方法で使用するレーザ加工装置３について説明する。
図２は、レーザ加工装置３の構成を示す模式図である。
図２に示すように、レーザ加工装置３は、照射機構部４および制御部５を備える。
照射機構部４は、載置台６、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、集光レンズ１１、および収差補正レンズ群１２を備える。
載置台６は、被加工物１を載置可能な平面が上部に形成された台である。また、載置台６には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向が定義されている。Ｘ軸方向は、載置台６上部の平面内に設定した一方向である。同様に、Ｙ軸方向は、載置台６上部の平面内にあり且つＸ軸方向と直交する方向（より詳しくは、載置台６を上方から見た場合にＸ軸方向を時計回りに９０°回転させた方向）であり、Ｚ軸方向は、当該平面の法線方向である。
Ｘ軸移動部７は、制御部５からの信号に応じて、載置台６をＸ軸方向に沿って移動させる。Ｘ軸移動部７としては、例えば、Ｘ軸方向に沿って並進運動を行うスライダと、スライダを駆動するサーボモータとからなるものを利用できる。また同様に、Ｙ軸移動部８は、制御部５からの信号に応じて、載置台６をＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸移動部９は、制御部５からの信号に応じて、載置台６をＺ軸方向に沿って移動させる。
レーザ光源１０は、載置台６の上方に配される。そして、レーザ光源１０は、制御部からの信号に応じて、レーザ光１３を載置台６上部の平面（つまり、Ｚ軸方向と反対方向）に向けて出射する。レーザ光源１０としては、例えば、チタンサファイアを固体光源とし、チタンサファイアが発生するフェムト秒レーザ光を出射するものを利用できる。
集光レンズ１１は、レーザ光源１０と載置台６との間に配される。そして、集光レンズ１１は、レーザ光源１０から出射されるレーザ光１３を集光する。
レーザ光源１０は、載置台６の上方に配される。そして、レーザ光源１０は、制御部からの信号に応じて、レーザ光１３を載置台６上部の平面（つまり、Ｚ軸方向と反対方向）に向けて出射する。レーザ光源１０としては、例えば、チタンサファイアを固体光源とし、チタンサファイアが発生するフェムト秒レーザ光を出射するものを利用できる。
集光レンズ１１は、レーザ光源１０と載置台６との間に配される。そして、集光レンズ１１は、レーザ光源１０から出射されるレーザ光１３を集光する。
収差補正レンズ群１２は、制御部５からの信号に応じて、集光レンズ１１の収差を調整する。そして、収差補正レンズ群１２は、レーザ光１３の集光領域のレーザ光１３光軸１４方向の長さを制御する。収差補正レンズ群１２としては、例えば、集光レンズ１１の鏡筒に収容され複数枚のレンズからなるものを利用できる。
制御部５は、入力部１５、表示部１６、および演算部１７を備える。
入力部１５は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、および収差補正レンズ群１２に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１５としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
制御部５は、入力部１５、表示部１６、および演算部１７を備える。
入力部１５は、レーザ加工の際に用いる、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、および収差補正レンズ群１２に出力する信号のデータを利用者に入力させる。入力部１５としては、例えば、キーボードやマウスを利用できる。
表示部１６は、レーザ加工の際の各種情報を表示する。表示部１６としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ(cathode ray tube)ディスプレイを利用できる。
演算部１７は、入力部１５から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、および収差補正レンズ群１２に信号を出力する。演算部１７としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。
演算部１７は、入力部１５から入力されたデータを演算処理し、その処理結果をもとに、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８、Ｚ軸移動部９、レーザ光源１０、および収差補正レンズ群１２に信号を出力する。演算部１７としては、例えば、Ａ/Ｄ変換回路、Ｄ/Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成されたコンピュータを利用できる。
（溝形成方法の説明）
次に、前述したレーザ加工装置３を用いて、被加工物１に溝２を形成する溝形成方法について説明する。
溝形成方法は、以下の第１〜第３の工程からなる。
（第１の工程）
第１の工程は、レーザ加工装置３を用いて、被加工物１の溝２の形成予定部分１８に第１のクラック１９ａを形成する工程である。
図３は、第１の工程を説明するための模式図である。
ここで、後述するように、第３の工程において被加工物１の上面１ｃを研磨する。それゆえ、第１の工程の被加工物１としては、図３に示すように、図１の被加工物１、つまり、第１〜第３の工程を経て得られる被加工物１よりもｚ軸方向の厚さが大きいものを用いる。また、溝２の形成予定部分１８は、被加工物１の内部に設定される。
次に、前述したレーザ加工装置３を用いて、被加工物１に溝２を形成する溝形成方法について説明する。
溝形成方法は、以下の第１〜第３の工程からなる。
（第１の工程）
第１の工程は、レーザ加工装置３を用いて、被加工物１の溝２の形成予定部分１８に第１のクラック１９ａを形成する工程である。
図３は、第１の工程を説明するための模式図である。
ここで、後述するように、第３の工程において被加工物１の上面１ｃを研磨する。それゆえ、第１の工程の被加工物１としては、図３に示すように、図１の被加工物１、つまり、第１〜第３の工程を経て得られる被加工物１よりもｚ軸方向の厚さが大きいものを用いる。また、溝２の形成予定部分１８は、被加工物１の内部に設定される。
第１の工程では、まず、被加工物１のｚ軸方向を照射機構部４のＺ軸方向に向けて被加工物１を載置台６に載置する。また、被加工物１のｙ軸方向、つまり、溝２の形成予定部分１８に沿った方向を照射機構部４のＹ軸方向に向けて被加工物１を位置決めする。
次に、演算部１７により、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８を制御して、レーザ光１３が被加工物１の溝２の形成予定部分１８のｙ軸方向端部に集光されるように載置台６を移動させる。また、演算部１７により、Ｚ軸移動部９を制御して、レーザ光１３の集光領域が被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間に収まるように載置台６を移動させる。そして、演算部１７により、レーザ光源１０を制御して、レーザ光１３の出射を開始させる。これにより、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間にレーザ光１３が集光される。そして、レーザ光１３の集光によって改質領域２０を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域２０が形成される。
次に、演算部１７により、Ｘ軸移動部７、Ｙ軸移動部８を制御して、レーザ光１３が被加工物１の溝２の形成予定部分１８のｙ軸方向端部に集光されるように載置台６を移動させる。また、演算部１７により、Ｚ軸移動部９を制御して、レーザ光１３の集光領域が被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間に収まるように載置台６を移動させる。そして、演算部１７により、レーザ光源１０を制御して、レーザ光１３の出射を開始させる。これにより、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間にレーザ光１３が集光される。そして、レーザ光１３の集光によって改質領域２０を形成可能なエネルギ密度となった部分に、多光子吸収による改質領域２０が形成される。
次に、演算部１７により、Ｙ軸移動部８を制御して、集光レンズ１１に対して載置台６を照射機構部４のＹ軸方向に所定ピッチずつ移動させながら、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間へのレーザ光１３の集光を同様に繰り返す。載置台６の移動は、レーザ光１３の集光領域が被加工物１のｙ軸方向と反対方向の端部に到達すると終了する。これにより、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間に、溝２の形成予定部分１８に沿って被加工物１の一端側から他端側まで改質領域２０が形成される。
図４は、第１のクラック１９ａを説明するための説明図である。図４（ａ）では被加工物１は平面図で表し、図４（ｂ）では被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。
ここで、改質領域２０が形成された部分は膨張する。それゆえ、改質領域２０の形成により、改質領域２０の部分に内部応力が発生する。また、この内部応力は、外形の変化が大きい箇所で応力集中を生じる。そのため、改質領域２０の部分において、レーザ光１３の光軸１４方向の両端部で内部応力が増大する。そして、増大した内部応力が被加工物１の分子間の結合力より大きくなると、被加工物１の内部に、改質領域２０の下面１ｄ側端部からｚ軸方向と反対方向、つまり、レーザ光１３の光軸１４方向に伸びる第２のクラック１９ａが形成される。下面１ｄとは、被加工物１の上面１ｃと反対側の面である。これにより、図４に示すように、被加工物１のうちの溝２の形成予定部分１８に第２のクラック１９ａが形成される。同様に、増大した内部応力が被加工物１の結合力より大きくなると、被加工物１の内部に、改質領域２０の上面１ｃ側端部からｚ軸方向、つまり、レーザ光１３の光軸１４方向と反対方向に伸びる第２のクラック１９ｂが形成される。
ここで、改質領域２０が形成された部分は膨張する。それゆえ、改質領域２０の形成により、改質領域２０の部分に内部応力が発生する。また、この内部応力は、外形の変化が大きい箇所で応力集中を生じる。そのため、改質領域２０の部分において、レーザ光１３の光軸１４方向の両端部で内部応力が増大する。そして、増大した内部応力が被加工物１の分子間の結合力より大きくなると、被加工物１の内部に、改質領域２０の下面１ｄ側端部からｚ軸方向と反対方向、つまり、レーザ光１３の光軸１４方向に伸びる第２のクラック１９ａが形成される。下面１ｄとは、被加工物１の上面１ｃと反対側の面である。これにより、図４に示すように、被加工物１のうちの溝２の形成予定部分１８に第２のクラック１９ａが形成される。同様に、増大した内部応力が被加工物１の結合力より大きくなると、被加工物１の内部に、改質領域２０の上面１ｃ側端部からｚ軸方向、つまり、レーザ光１３の光軸１４方向と反対方向に伸びる第２のクラック１９ｂが形成される。
なお、図４の第１のクラック１９ａおよび第２のクラック１９ｂは、被加工物１の上面１ｃにレーザ光１３が集光されるように載置台６を位置決めした後、載置台６をＺ軸方向に１４０μｍ移動させてから、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させて形成した。
図５は、第１の比較例を説明するための説明図である。図５（ａ）では被加工物１は平面図で表し、図５（ｂ）では被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。
ちなみに、図５に示すように、被加工物１の上面１ｃの近傍にレーザ光１３を集光させた場合、短い第１のクラック１９ａが発生するのみである。
なお、図５の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃにレーザ光１３が集光されるように載置台６を位置決めした後、載置台６をＺ軸方向に５０μｍ移動させてから、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させ形成した。
図５は、第１の比較例を説明するための説明図である。図５（ａ）では被加工物１は平面図で表し、図５（ｂ）では被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。
ちなみに、図５に示すように、被加工物１の上面１ｃの近傍にレーザ光１３を集光させた場合、短い第１のクラック１９ａが発生するのみである。
なお、図５の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃにレーザ光１３が集光されるように載置台６を位置決めした後、載置台６をＺ軸方向に５０μｍ移動させてから、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させ形成した。
図６は、第２の比較例を説明するための説明図である。図６（ａ）では被加工物１は平面図で表し、図６（ｂ）では被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。
また、図６に示すように、被加工物１の上面１ｃに改質領域２０がかかるように、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させた場合においても、第２のクラック１９ｂは発生せず、短い第１のクラック１９ａが発生のみである。
なお、図６の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃにレーザ光１３が集光されるように載置台６を位置決めした後、載置台６をＺ軸方向に８０μｍ移動させてから、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させ形成した。
また、図６に示すように、被加工物１の上面１ｃに改質領域２０がかかるように、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させた場合においても、第２のクラック１９ｂは発生せず、短い第１のクラック１９ａが発生のみである。
なお、図６の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃにレーザ光１３が集光されるように載置台６を位置決めした後、載置台６をＺ軸方向に８０μｍ移動させてから、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させ形成した。
なお、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間へのレーザ光１３の集光時には、演算部１７により、収差補正レンズ群１２を制御して、レーザ光１３の集光によって改質領域２０を形成可能なエネルギ密度となる領域がレーザ光１３光軸１４方向に拡大するように、集光レンズ１１の収差を適宜調整する。これにより、図４（ｂ）に示すように、形成される改質領域２０の、レーザ光１３の光軸１４方向の長さが増加する。それゆえ、改質領域２０の部分において、レーザ光１３の光軸１４方向の両端部が細く鋭くなり、両端部でより強い応力集中度合いが生じる。そして、応力集中によって、レーザ光１３の光軸１４方向に平行に伸びる第１のクラック１９ａが形成される。
なお、図４（ｂ）の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃからの距離が１mmの深さ位置にレーザ光１３が集光するように載置台６を位置決めした後、集光性が最良となるように収差を調整し、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させて形成した。
なお、図４（ｂ）の第１のクラック１９ａは、被加工物１の上面１ｃからの距離が１mmの深さ位置にレーザ光１３が集光するように載置台６を位置決めした後、集光性が最良となるように収差を調整し、被加工物１の内部にレーザ光１３を集光させて形成した。
図７は、第３の比較例を説明するための説明図である。図７では、被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。
ちなみに、図７に示すように、集光レンズ１１の収差補正を行わない場合、レーザ光１３の光軸１４方向から傾いた方向に伸びる第１のクラック１９ａが形成される。
次に、被加工物１のｙ軸方向と反対方向の端部へのレーザ光１３の照射が終了すると、演算部１７により、Ｙ軸移動部８を制御して、集光レンズ１１に対して載置台６を照射機構部４のＹ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ移動させながら、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間へのレーザ光１３の集光を同様に繰り返す。載置台６の移動は、レーザ光１３の集光領域が被加工物１のｙ軸方向の端部に到達すると終了する。これにより、既に形成されている改質領域２０に再度レーザ光１３が集光される。
ちなみに、図７に示すように、集光レンズ１１の収差補正を行わない場合、レーザ光１３の光軸１４方向から傾いた方向に伸びる第１のクラック１９ａが形成される。
次に、被加工物１のｙ軸方向と反対方向の端部へのレーザ光１３の照射が終了すると、演算部１７により、Ｙ軸移動部８を制御して、集光レンズ１１に対して載置台６を照射機構部４のＹ軸方向と反対方向に所定ピッチずつ移動させながら、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間へのレーザ光１３の集光を同様に繰り返す。載置台６の移動は、レーザ光１３の集光領域が被加工物１のｙ軸方向の端部に到達すると終了する。これにより、既に形成されている改質領域２０に再度レーザ光１３が集光される。
図８は、第１のクラック１９ａの進展を説明するための説明図である。図８（ａ）は、レーザ光１３を２回照射した場合を表し、図８（ｂ）は、レーザ光１３を３回照射した場合を表す。図８（ａ）（ｂ）では、被加工物１は断面図で表す。
ここで、改質領域２０は、レーザ光１３が集光されると更に膨張する。それゆえ、再度のレーザ光１３の集光により、改質領域２０の部分の内部応力が増大する。そして、増大した内部応力によって、第２のクラック１９ａが進展される。これにより、図８（ａ）に示すように、被加工物１のうちの溝２の形成予定部分１８に、より深い第２のクラック１９ａが形成される。同様に、増大した内部応力が作用すると、第２のクラック１９ｂが進展される。これにより、被加工物１の上面１ｃに、第２のクラック１９ａが到達される。
ここで、改質領域２０は、レーザ光１３が集光されると更に膨張する。それゆえ、再度のレーザ光１３の集光により、改質領域２０の部分の内部応力が増大する。そして、増大した内部応力によって、第２のクラック１９ａが進展される。これにより、図８（ａ）に示すように、被加工物１のうちの溝２の形成予定部分１８に、より深い第２のクラック１９ａが形成される。同様に、増大した内部応力が作用すると、第２のクラック１９ｂが進展される。これにより、被加工物１の上面１ｃに、第２のクラック１９ａが到達される。
次に、被加工物１のｙ軸方向の端部へのレーザ光１３の照射が終了すると、演算部１７により、Ｙ軸移動部８を制御して、再度、集光レンズ１１に対して載置台６を照射機構部４のＹ軸方向に所定ピッチずつ移動させながら、被加工物１の上面１ｃと溝２の形成予定部分１８との間へのレーザ光１３の集光を同様に繰り返す。これにより、改質領域２０に再度レーザ光１３が集光される。そして、図８（ｂ）に示すように、被加工物１のうちの溝２の形成予定部分１８に、より深い第２のクラック１９ａが形成される。
図９は、第４の比較例を説明するための説明図である。図９（ａ）は、集光レンズ１１の収差補正を行わずに、レーザ光１３を２回照射した場合を表し、図９（ｂ）は、レーザ光１３を３回照射した場合を表す。図９（ａ）（ｂ）では、被加工物１は断面図で表す。
ちなみに、図９（ａ）（ｂ）に示すように、集光レンズ１１の収差補正を行わない場合、レーザ光１３の照射回数が増えるほど、第１のクラック１９ａの傾きが増大する。
図９は、第４の比較例を説明するための説明図である。図９（ａ）は、集光レンズ１１の収差補正を行わずに、レーザ光１３を２回照射した場合を表し、図９（ｂ）は、レーザ光１３を３回照射した場合を表す。図９（ａ）（ｂ）では、被加工物１は断面図で表す。
ちなみに、図９（ａ）（ｂ）に示すように、集光レンズ１１の収差補正を行わない場合、レーザ光１３の照射回数が増えるほど、第１のクラック１９ａの傾きが増大する。
（第２の行程）
第２の工程は、エッチング液槽２１を用いて、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする工程である。
図１０は、第２を工程の説明するための模式図である。
図１０に示すように、エッチング液槽２１は、内部にエッチング液２２を収容する槽である。また、エッチング液２２は、被加工物１と反応して被加工物１をエッチングする液体である。エッチング液２２としては、例えば、フッ酸溶液HF５vol％を利用できる。
第２の工程では、エッチング液槽２１に被加工物１を収容する。そして、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する。これにより、被加工物１の表面をエッチングする。
第２の工程は、エッチング液槽２１を用いて、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする工程である。
図１０は、第２を工程の説明するための模式図である。
図１０に示すように、エッチング液槽２１は、内部にエッチング液２２を収容する槽である。また、エッチング液２２は、被加工物１と反応して被加工物１をエッチングする液体である。エッチング液２２としては、例えば、フッ酸溶液HF５vol％を利用できる。
第２の工程では、エッチング液槽２１に被加工物１を収容する。そして、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する。これにより、被加工物１の表面をエッチングする。
ここで、前述したように、第２のクラック１９ｂは、被加工物１の上面１ｃに到達している。それゆえ、被加工物１がエッチング液２２に浸漬されると、第２のクラック１９ｂの上面１ｃ側端部から、第２のクラック１９ｂの内部にエッチング液２２が侵入する。そして、内部にエッチング液２２が侵入すると、第２のクラック１９ｂの内面がエッチングされ、また、改質領域２０の部分にエッチング液２２が触れることになる。ここで、改質領域２０の部分のエッチングレートは、被加工物１の他の部分よりも速い。そのため、このエッチングレートの差により、改質領域２０の部分に空洞２３が形成される。
また、改質領域２０の部分がエッチングされると、第１のクラック１９ａの上面１ｃ側端部から、第１のクラック１９ａの内部にエッチング液２２が侵入する。そして、内部にエッチング液２２が侵入すると、第１のクラック１９ａの内面がエッチングされる。そして、第１のクラック１９ａの内面が滑らかになり、第１のクラック１９ａの先端部が丸くなる。その結果、第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２が形成される。
また、改質領域２０の部分がエッチングされると、第１のクラック１９ａの上面１ｃ側端部から、第１のクラック１９ａの内部にエッチング液２２が侵入する。そして、内部にエッチング液２２が侵入すると、第１のクラック１９ａの内面がエッチングされる。そして、第１のクラック１９ａの内面が滑らかになり、第１のクラック１９ａの先端部が丸くなる。その結果、第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２が形成される。
（第３の工程）
第３の工程は、研磨加工装置２４を用いて、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第２の工程で形成した空洞２３を除去する工程である。
図１１は、第３の工程を説明するための模式図である。
図１１に示すように、研磨加工装置２４は、研磨パッド２５を回転させる装置である。研磨パッド２５としては、例えば、硬質ポリウレタンからなるものを利用できる。
第３の工程では、被加工物１の上面１ｃに、研磨材を含ませた研磨パッド２５を押し当てる。そして、被加工物１の上面１ｃを研磨し、被加工物１から空洞２３を形成した部分を除去され、溝２の上面１ｃ側端部が露呈させる。これにより、前述した図１に示すように、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
第３の工程は、研磨加工装置２４を用いて、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第２の工程で形成した空洞２３を除去する工程である。
図１１は、第３の工程を説明するための模式図である。
図１１に示すように、研磨加工装置２４は、研磨パッド２５を回転させる装置である。研磨パッド２５としては、例えば、硬質ポリウレタンからなるものを利用できる。
第３の工程では、被加工物１の上面１ｃに、研磨材を含ませた研磨パッド２５を押し当てる。そして、被加工物１の上面１ｃを研磨し、被加工物１から空洞２３を形成した部分を除去され、溝２の上面１ｃ側端部が露呈させる。これにより、前述した図１に示すように、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
（本実施形態の効果）
このように、本実施形態では、第１のクラック１９ａを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝２を形成するようにした。
そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物１により細い溝２を形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、被加工物１に１本の溝２を形成する例を示したが、本実施形態の溝形成方法は、複数本の溝２を形成する場合にも採用することができる。
このように、本実施形態では、第１のクラック１９ａを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝２を形成するようにした。
そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物１により細い溝２を形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、被加工物１に１本の溝２を形成する例を示したが、本実施形態の溝形成方法は、複数本の溝２を形成する場合にも採用することができる。
例えば、複数の溝２を任意の間隔で並列に形成し、インクジェットヘッドのキャビティを形成する場合に用いることができる。同様に、複数の溝２を任意の間隔で並列に形成し、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)のＭＬＡ(Micro Lens Array)の代替となる光導波構造体を形成する場合にも用いることができる。光導波構造体とは、液晶ディスプレイの画素間領域に楔形の凹部を有する光学素子である。この光学素子は、液晶ディスプレイの対向する一対の基板のうち一方の基板側に設けられ、画素間領域を通過する光を凹部によって画素部内に反射して、光の利用効率を向上する働きをする。
（第１の実施例）
次に、第１の実施形態の溝形成方法を実施した実施例について説明する。
図１２は、第１の実施例を説明するための説明図である。図１２では、被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の拡大図である。
この実施例１の第１の工程では、レーザ光源１０として、パルス幅８ps、エネルギ１００μＪのレーザ光１３を出射するものを用いた。また、レーザ光１３の集光領域の間隔を１０μｍに設定し、集光レンズ１１のレンズNAを０．８に設定した。
また、第２の工程では、エッチング液２２として、２５wt%HFを用いた。また、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する時間を６０分に設定した。
そして、これらの条件により、被加工物１に対し、溝２の形成予定部分１８に沿ってレーザ光１３を１回だけ照射して、溝２を形成した。その結果、形成した溝２は、図１２に示すように、幅６μｍ、深さ１１０μｍ、アスペクト比１８．３となった。
次に、第１の実施形態の溝形成方法を実施した実施例について説明する。
図１２は、第１の実施例を説明するための説明図である。図１２では、被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の拡大図である。
この実施例１の第１の工程では、レーザ光源１０として、パルス幅８ps、エネルギ１００μＪのレーザ光１３を出射するものを用いた。また、レーザ光１３の集光領域の間隔を１０μｍに設定し、集光レンズ１１のレンズNAを０．８に設定した。
また、第２の工程では、エッチング液２２として、２５wt%HFを用いた。また、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する時間を６０分に設定した。
そして、これらの条件により、被加工物１に対し、溝２の形成予定部分１８に沿ってレーザ光１３を１回だけ照射して、溝２を形成した。その結果、形成した溝２は、図１２に示すように、幅６μｍ、深さ１１０μｍ、アスペクト比１８．３となった。
（第２の実施例）
図１３は、第２の実施例を説明するための説明図である。図１３では、被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の拡大図である。
この第２の実施例では、上記条件により、被加工物１に対し、溝２の形成予定部分１８に沿ってレーザ光１３を２回照射して、溝２を形成した。その結果、形成した溝２は、図１３に示すように、幅３μｍ、深さ２３０μｍ、アスペクト比７６．７となった。
図１３は、第２の実施例を説明するための説明図である。図１３では、被加工物１はｘｚ面で分断した断面図で表す。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の拡大図である。
この第２の実施例では、上記条件により、被加工物１に対し、溝２の形成予定部分１８に沿ってレーザ光１３を２回照射して、溝２を形成した。その結果、形成した溝２は、図１３に示すように、幅３μｍ、深さ２３０μｍ、アスペクト比７６．７となった。
（比較例）
図１４は、第５の比較例を説明するための説明図である。図１４（ａ）は、溝２の形成予定部分１８に改質領域２０を形成した後、被加工物１にエッチングを行う前の状態を表し、図１４（ｂ）は、被加工物１にエッチングを行った後の状態を表す。図１４（ａ）（ｂ）では、被加工物１は断面図で表す。
ちなみに、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、溝２の形成予定部分１８に改質領域２０を形成し、エッチングによって改質領域２０を形成した部分に溝２を形成した場合、形成した溝２は、幅２０μｍ、深さ１３６μｍ、アスペクト比６．８となった。
図１４は、第５の比較例を説明するための説明図である。図１４（ａ）は、溝２の形成予定部分１８に改質領域２０を形成した後、被加工物１にエッチングを行う前の状態を表し、図１４（ｂ）は、被加工物１にエッチングを行った後の状態を表す。図１４（ａ）（ｂ）では、被加工物１は断面図で表す。
ちなみに、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、溝２の形成予定部分１８に改質領域２０を形成し、エッチングによって改質領域２０を形成した部分に溝２を形成した場合、形成した溝２は、幅２０μｍ、深さ１３６μｍ、アスペクト比６．８となった。
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１の実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態は、第１の工程の後、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする点が前記第１の実施形態と異なる。
具体的には、第２および第３の工程が異なる。
次に、本発明に係る第２の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、前記第１の実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態は、第１の工程の後、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする点が前記第１の実施形態と異なる。
具体的には、第２および第３の工程が異なる。
（第２の工程）
第２の工程は、研磨加工装置２４を用いて、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第１の工程で形成した改質領域２０を除去する工程である。
図１５は、第２の工程を説明するための模式図である。
図１５に示すように、第２の工程では、研磨加工装置２４により、被加工物１の上面１ｃに、研磨材を含ませた研磨パッド２５を押し当てる。そして、被加工物１の上面１ｃを研磨する。これにより、被加工物１から改質領域２０を形成した部分が除去され、第１のクラック１９ａの上面１ｃ側端部が露呈される。これにより、第１のクラック１９ａの開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
第２の工程は、研磨加工装置２４を用いて、被加工物１の上面１ｃを研磨し、第１の工程で形成した改質領域２０を除去する工程である。
図１５は、第２の工程を説明するための模式図である。
図１５に示すように、第２の工程では、研磨加工装置２４により、被加工物１の上面１ｃに、研磨材を含ませた研磨パッド２５を押し当てる。そして、被加工物１の上面１ｃを研磨する。これにより、被加工物１から改質領域２０を形成した部分が除去され、第１のクラック１９ａの上面１ｃ側端部が露呈される。これにより、第１のクラック１９ａの開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
（第３の行程）
第３の工程は、エッチング液槽２１を用いて、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする工程である。
図１６は、第３の工程の説明するための模式図である。
図１６に示すように、第３の工程では、エッチング液槽２１に被加工物１を収容する。そして、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する。これにより、被加工物１の表面および第１のクラック１９ａの内面をエッチング液２２でエッチングする。そして、第１のクラック１９ａの内面が滑らかになり、第１のクラック１９ａの先端部が丸くなる。その結果、第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２が形成される。これにより、前述した図１に示すように、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
第３の工程は、エッチング液槽２１を用いて、第１の工程で形成した第１のクラック１９ａの内面をエッチングする工程である。
図１６は、第３の工程の説明するための模式図である。
図１６に示すように、第３の工程では、エッチング液槽２１に被加工物１を収容する。そして、被加工物１をエッチング液２２に浸漬する。これにより、被加工物１の表面および第１のクラック１９ａの内面をエッチング液２２でエッチングする。そして、第１のクラック１９ａの内面が滑らかになり、第１のクラック１９ａの先端部が丸くなる。その結果、第１のクラック１９ａを形成した部分に溝２が形成される。これにより、前述した図１に示すように、溝２の開口部が上面１ｃに形成された被加工物１が得られる。
このように、本実施形態では、第１のクラック１９ａを形成した部分をエッチングし、エッチングによって当該部分に溝２を形成するようにした。
そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物１に、より細い溝２を形成することが可能となる。
そのため、被加工物１に形成される溝２の幅を、第１のクラック１９ａの幅と同等の大きさとすることができる。
したがって、被加工物１に、より細い溝２を形成することが可能となる。
１は被加工物、２は溝、３はレーザ加工装置、４は照射機構部、５は制御部、６は載置台、７はＸ軸移動部、８はＹ軸移動部、９は軸移動部、１０はレーザ光源、１１は集光レンズ、１２は収差補正レンズ群、１３はレーザ光、１４は光軸、１５は入力部、１６は表示部、１７は演算部、１８は形成予定部分、１９ａは第１のクラック、１９ｂは第２のクラック、２０は改質領域、２１はエッチング液槽、２２はエッチング液、２３は空洞、２４は研磨加工装置、２５は研磨パッド
Claims (4)
- 透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、
前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、
前記被加工物のうちの前記改質領域を形成した部分および前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記改質領域を形成した部分に空洞を形成して、前記クラックを形成した部分に溝を形成する第２の工程と、
前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記空洞を形成した部分を除去して、前記溝を露呈させる第３工程と、
を有することを特徴とする溝形成方法。 - 透明材質の被加工物に溝を形成する溝形成方法であって、
前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を集光して前記被加工物の内部に改質領域を形成し、当該改質領域の形成により、前記改質領域の部分に発生する内部応力によって前記被加工物のうちの前記溝の形成予定部分に前記レーザ光の光軸方向に伸びるクラックを形成する第１の工程と、
前記被加工物を研磨し、当該研磨によって前記被加工物から前記改質領域を形成した部分を除去して、前記クラックを露呈させる第２工程と、
前記クラックの内面をエッチングし、当該エッチングによって前記クラックを形成した部分に溝を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とする溝形成方法。 - 前記第１の工程では、前記レーザ光の集光を集光レンズによって行うと共に、前記レーザ光を集光する際に、前記レーザ光の集光領域が当該レーザ光の光軸方向に拡大するように、前記集光レンズの収差を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の溝形成方法。
- 前記第１の工程では、前記被加工物の内部に改質領域を形成した後、前記被加工物の内部における前記溝の形成予定部分に沿ってレーザ光を照射し、当該レーザ光を前記改質領域の部分に集光し、集光した当該レーザ光により、前記改質領域の部分に発生する内部応力を増大させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溝形成方法。
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