JP3118203B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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Description
び方法に関し、特にアスペクト比の大きな微細な孔の形
成に適したレーザ加工装置及び方法に関する。
基本波等の赤外光を用いてサファイアガラス等に孔を開
ける技術が知られている。この方法では、レーザ光をガ
ラス中に強く集中することにより光ダメージを生じさせ
る。孔は、基板の裏側(レーザ光を入射した面とは反対
側)から表側(レーザ光を入射した面)に向かって形成
される。
て孔を形成すると、基板に歪みが残りクラックが形成さ
れる。このため、レーザ光により孔を形成したのち、孔
の内面をワイヤ等で機械的に加工したり、熱処理する必
要があった。
レーザ加工技術を提供することである。
と、固体レーザ源からレーザ光を出射する工程と、前記
固体レーザ源から出射したレーザ光の波長を変換し、紫
外域のレーザ光を生成する工程と、加工対象物の表面に
金属薄膜を形成する工程と、表面に金属薄膜の形成され
た加工対象物に、前記紫外光の波長域のレーザ光を照射
し加工する工程と、前記金属薄膜を除去する工程とを有
するレーザ加工方法が提供される。
れたYAGレーザ装置、Ndを添加されたYLFレーザ
装置、及びNdを添加されたYVO4レーザ装置からな
る群より選ばれた1つの固体レーザ源からレーザ光を出
射する工程と、前記固体レーザ源から出射したレーザ光
の少なくとも一部を、第5高調波に変換する工程と、第
5高調波を含むレーザ光の第4次以下の高調波と第5高
調波とを分離する工程と、分離された第5高調波をガラ
スからなる加工対象物の表面へ集光する工程とを有する
レーザ加工方法が提供される。
れていた金属薄膜を除去すると、レーザ加工時に付着し
たデブリを除去することができる。上述のレーザ装置の
第5高調波を用いてガラスの加工を行うと、クラックを
生じさせることなくマーキングを行うことが可能にな
る。
ーザ加工装置の概略図を示す。
ザ源1、波長変換手段2、ビームエキスパンダ3、集光
光学系4、二軸ステージ5、検出光学系6、制御装置
7、及びレーザ装置用電源8を含んで構成される。
Ndを添加されたYLF(Nd:YLF)レーザ装置で
あり、波長1047nmのレーザ光をパルス的に出射す
る。パルスの繰り返し周波数は、例えば、300Hz以
下の範囲で可変である。
−BaB2 O4 (BBO)を2個用いて第4高調波を発
生し、さらに、基本波と第4高調波とをBBO結晶中で
混合して第5高調波を発生する。固体レーザ源1から出
射したレーザ光が波長変換手段2に入射することによ
り、波長209.4nmの第5高調波が発生する。第5
高調波のパルス当たりのエネルギは40μJ、パルスの
半値全幅は12nsであった。
ンズとの組み合わせで構成され、ビーム径を4倍に拡大
するとともに、レーザ光のエネルギ密度を低下させる。
ラーM1 〜M3 、3つのビームストッパS1 〜S3 、凸
レンズL、一軸ステージSTを含んで構成される。各ダ
イクロイックミラーM1 〜M3 は、波長209.4nm
の第5高調波を反射し、第4高調波及びそれよりも低次
の高調波と基本波を透過させる。
ーザ光のうち第5高調波は、各ダイクロイックミラーM
1 〜M3 で反射し、凸レンズLに入射する。基本波及び
第4高調波以下の低次の高調波は、各ダイクロイックミ
ラーM1 〜M3 を透過し、ビームストッパS1 〜S3 に
吸収される。従って、凸レンズLに入射する基本波成分
及び第4次高調波以下の低次の成分は僅かになる。
軸方向に平行移動させる。凸レンズLは、二軸ステージ
5の上に載置された加工対象物10の表面上に、第5高
調波を集光する。一軸ステージSTにより凸レンズLを
移動させることにより、集光位置が光軸に沿って移動す
る。
信号に基づいて、光軸に垂直な平面内で加工対象物を平
行移動させる。加工対象物10が所定の位置にセットさ
れると制御装置7にセット完了信号が送出される。二軸
ステージ5のレーザ光照射部に対応する位置には開口が
設けられている。加工対象物10に貫通孔が形成される
と、レーザ光が二軸ステージ5を透過する。
置されている。検出光学系6は、ダイクロイックミラー
M4 、光検出器D1 及びD2 を含んで構成されている。
ダイクロイックミラーM4 は、二軸ステージ5を透過し
たレーザ光のうち第4高調波よりも低次の成分を透過さ
せ、第5高調波を反射する。ダイクロイックミラーM 4
を透過したレーザ光は光検出器D1 により検出され、反
射した第5高調波は光検出器D2 により検出される。光
検出器D1 及びD2 は、レーザ光を検出すると、光検出
信号を制御装置7に送出する。
完了信号を受信すると、電源8の運転を開始し固体レー
ザ源1を発振させる。光検出器D2 から光検出信号を受
信すると、電源8の運転を停止させる。レーザ光のうち
第4高調波以下の低次成分に対して加工対象物10が透
明である場合には、集光光学系4により除去されなかっ
た低次成分が光検出器D1 で常時検出される。光検出器
D1 からの光検出信号を観測することにより、レーザ発
振の正常性を確認することができる。
ガラス基板の加工を行った結果について説明する。加工
したガラス基板は、厚さ0.7mm、1.1mm、及び
3.4mmの日本板硝子製のソーダ石灰ガラス、及び厚
さ0.7mmのNHテクノガラス製の無アルカリガラス
(NA−35)である。
石灰ガラス及び無アルカリガラスの光透過率の波長依存
性を示す。共に、Nd:YLFレーザの第5高調波(波
長209.4nm)を殆ど透過させないことがわかる。
また、ソーダ石灰ガラスは、第4高調波(波長262n
m)を殆ど透過させないが、第3高調波以下の低次成分
を透過させる。無アルカリガラスは、第4高調波を約3
0%程度透過させ、第3次高調波以下の低次成分をほと
んど透過させることがわかる。
り紫外域における吸収率を大きくした紫外線吸収ガラ
ス、及び顕微鏡用のスライドグラス(池田理化製のS1
112)についても実験を行った。
パルスの繰り返し周波数を50Hzとし、凸レンズ(焦
点距離100mm)を用いて照射部のビーム径が最小と
なる位置で加工した。なお、図1の凸レンズLの位置に
合成石英のプリズムを配置し、第5高調波を分離したと
ころ、第5高調波のエネルギの割合はレーザ光の全エネ
ルギの約91%であった。
及び10ショットの照射を行ったところ、直径10μm
程度のクラックのない良好な孔を形成することができ
た。なお、比較のために第4高調波を用いて孔の形成を
行ったところ、ソーダ石灰ガラスでは約2〜3回のショ
ットでクラックを生じ、無アルカリガラスでは3〜5回
のショットでクラックを生じた。この結果から、Nd:
YLFレーザの第5高調波を用いることが好ましいこと
がわかる。なお、波長209nm程度のレーザ光であれ
ば、その他のレーザの基本波及び高調波を用いてもよい
であろう。例えば、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO
4 レーザ等の第5高調波を用いてもよいであろう。
下の成分は有害であると考えられる。本実施例では、集
光光学系4のダイクロイックミラーM1 〜M3 で、これ
ら有害な成分を除去しているため、高品質な加工が可能
になる。
の深さとの関係を示す。横軸はショット回数を表し、縦
軸は孔の深さを単位mmで表す。図中の記号□、○、●
は、それぞれソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス、及
び光学ガラスとして一般的に用いられる材料であるBK
−7に孔を形成した場合を示す。
深さも増加するが、ある深さで飽和する傾向を示してい
る。ソーダ石灰ガラス及びBK−7ガラスの場合、孔の
深さが約1.1mmで飽和した。厚さ0.7mmの無ア
ルカリガラスは貫通した。
ある。エキシマレーザ等を用いてガラス基板を加工する
方法が知られているが、エキシマレーザ光は固体レーザ
光に比べて平行度が低いため、このようにアスペクト比
の高い微細な孔を形成することは困難である。固体レー
ザを用いることにより、アスペクト比の高い微細な孔を
形成することが可能になる。
射を行って形成した貫通孔をSEMで観察した。入射側
の孔の径は約10μmであり、孔の近傍にデブリが堆積
し、凹凸が形成されていた。加工前にガラス表面に金膜
を蒸着しておき、加工後に王水で金膜を除去することに
より、デブリを効果的に除去することができた。
欠落する。この部分に付着したデブリは、弗酸を希釈し
た液で除去することができる。弗酸希釈液による処理時
のガラス基板への影響を避けるために、金膜の除去前に
弗酸処理を行うことが好ましい。
側の表面の孔の近傍に僅かにデブリが見られるが、クラ
ックは発生していなかった。孔が貫通する時に、基板裏
面に破断を生じることがあるが、これは裏面にアルミニ
ウム膜を蒸着することにより回避できることが報告され
ている。本実験では、裏面に金膜を蒸着することにより
破断を回避することができた。
と、光検出器D2 により第5高調波が検出される。従っ
て、第5高調波の検出により、ガラス基板10の貫通時
点を知ることができる。第5高調波以外の成分はダイク
ロイックミラーM4 を透過するため、雑音の少ない高感
度の検出が可能になる。
する場合について説明したが、その他の材料を加工する
ことも可能である。図1に示すレーザ加工装置を用いて
アクリル板を加工したところ、孔の直径約25μm、深
さ2〜3mmの高品質の孔を形成することができた。ま
た、厚さ0.4mmのアルミナ板を加工したところ、入
射側の孔の直径10〜20μmの貫通孔を形成すること
ができた。貫通孔の径は、出射側の面の直前まで、入射
側の直径とほぼ等しく、出射面の極近傍において数μm
であった。アルミナ板を2枚重ねて加工すれば、入射側
から出射側までほぼ径の等しい貫通孔を形成することが
できるであろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
紫外光を用いることによりガラス基板にクラックのない
高品質の孔を形成することができる。また、固体レーザ
を用いることにより、平行度の高いレーザ光が得られる
ため、アスペクト比の高い微細な孔を形成することが可
能になる。
である。
率の波長依存性を示すグラフである。
ショット回数との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 固体レーザ源からレーザ光を出射する工
程と、 前記固体レーザ源から出射したレーザ光の波長を変換
し、紫外域のレーザ光を生成する工程と、 加工対象物の表面に金属薄膜を形成する工程と、 表面に金属薄膜の形成された加工対象物に、前記紫外光
の波長域のレーザ光を照射し加工する工程と、 前記金属薄膜を除去する工程とを有するレーザ加工方
法。 - 【請求項2】 前記加工対象物が、紫外光に対して不透
明であるガラス基板、アクリル基板、及びセラミック基
板からなる群より選ばれた1つの基板である請求項1に
記載のレーザ加工方法。 - 【請求項3】 前記加工対象物がガラス基板であり、前
記金属薄膜が金膜であり、 前記加工する工程の後、さらに、前記ガラス基板を弗酸
処理する工程を含む請求項1に記載のレーザ加工方法。 - 【請求項4】 Ndを添加されたYAGレーザ装置、N
dを添加されたYLFレーザ装置、及びNdを添加され
たYVO4レーザ装置からなる群より選ばれた1つの固
体レーザ源からレーザ光を出射する工程と、 前記固体レーザ源から出射したレーザ光の少なくとも一
部を、第5高調波に変換する工程と、 第5高調波を含むレーザ光の第4次以下の高調波と第5
高調波とを分離する工程と、 分離された第5高調波をガラスからなる加工対象物の表
面へ集光する工程とを有するレーザ加工方法。
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JP09076210A Expired - Lifetime JP3118203B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | レーザ加工方法 |
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