JP3797068B2

JP3797068B2 - Laser microfabrication method

Info

Publication number: JP3797068B2
Application number: JP2000207871A
Authority: JP
Inventors: 一成梅津; 淳尼子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2020-07-10
Also published as: JP2002028799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて被加工物を微細加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラスの微細加工に対するニーズが高まってきているが、安価、高品質および高速性を備えた微細加工法は、まだ確立されていない。そして、このための手法として、レーザによるガラスの微細加工が注目されてきている。
ガラスなどの透明材料は、紫外光であるエキシマレーザや、遠赤外光であるＣＯ₂レーザをある程度吸収できるので、これらのレーザを用いたガラス加工は実施可能であっても、可視光〜近赤外光の範囲にあるＹＡＧレーザなどに対しては吸収性がほとんどなく、可視光〜近赤外光の範囲にあるレーザでの加工は不可能とされてきた。なお、ジャイアントパルスと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もある。
【０００３】
これに対して、ＹＡＧレーザに関する池野順一氏らの論文「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、又はその表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、不純物を含む一般のガラスの場合、その表面にマジックインキ（登録商標）を塗布するだけで、上述した溶液無しで、同様に貫通穴をレーザ加工できることも記載されている。
【０００４】
また、池野氏らは、ガラス表面に顔料を塗布し、これにパルス発振ＹＡＧレーザを照射してガラス表面に溶融部を形成し、外部に飛散除去することにより、クラックを発生させることなく、厚さ４ｍｍの結晶化ガラスに貫通穴を形成できることも報告している（1997年度精密工学会秋期大会学術講演論文集、第232頁）。そして、池野氏は、その加工メカニズムを、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を吸収して加工が進行すると分析している（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）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した透明材料に対する従来のレーザ加工方法には、次のような課題がある。
まず、エキシマレーザは微細加工可能であるが、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。
また、ＣＯ₂レーザは熱的な加工であるために、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やす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。
また、ジャイアントパルスレーザの場合は、レーザ装置が比較的高額であることと、パルスエネルギーが大きいために加工時の衝撃が大きくクラックが発生しやすいという問題がある。
更に、上記のマジックインキ（登録商標）や顔料などの光吸収物質とともにＹＡＧレーザを利用した方法では、加工変質層を得るために、加工しようとする透明材料にＡｌ₂Ｏ₃などの不純物が適当に含まれいなければならず、高純度の石英ガラスや水晶などを加工することは依然として不可能となっていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的安価で取り扱いも容易なレーザを用いて、従来レーザ加工が困難であるとされていた材料、特に石英ガラスや水晶などの透明材料に対して、深穴などの微細加工を高速かつ安価に、しかも高品質、高精度に形成できる、レーザ加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、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レーザを照射して、被加工物を微細加工する方法において、その加工により発生したプラズマにレーザを吸収させながら加工を行うことを特徴とする。そして、そのための一つの手段は、レーザの照射間隔を加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くすることである。
【０００８】
これによれば、加工部分に発生したプラズマにレーザのエネルギーが吸収されて熱として加工部に保持され、そのプラズマからの熱伝達により加熱された被加工物を更に加工して行くことができ、従来加工が困難とされていた透明材料などに貫通穴などの深穴を形成することが可能となる。また、レーザの照射間隔を加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くすることで、加工中、常にプラズマを存続させておくことができる。
【０００９】
また、レーザのビームをシングルモードとすると、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１０μｍ以下にしてパワー密度を大きくすることができ、微細穴などをより容易にかつ高精度に加工できる。
【００１０】
また、レーザには、レーザの基本波、第二高調波、第三高調波、第四高調波あるいは第五高調波のいずれかを使用する。例えば、高純度の石英ガラスは、ＹＡＧレーザの基本波、第二高調波、第三高調波、第四高調波あるいは第五高調波のいずれもほとんど吸収しないため、これらのレーザに対して本発明が有効に作用する。
【００１１】
なお、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い。実験では、偏光方向に対して直角方向にクラックが入ることがわかっている。また、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、レーザを円偏光又はランダム偏光して被加工物に照射すると、入射部付近でのクラックの発生、および加工穴の曲がりや穴径の拡大が抑制されて、加工精度および品質が向上する。
【００１２】
また、レーザを位相格子により分岐させて被加工物に照射すると、複数の穴を同時に加工することができるので、生産性の向上が図れる。
【００１３】
更に、吸光物質を顔料あるいは塗料としたものである。
なお、吸光物質は被加工物の加工部周辺にのみ付着すれば良く、これにより吸光物質の使用量および吸光物質を取り除くための洗浄液の使用量を節約できることに加えて、必要最小限の吸光物質塗布であれば、レーザ加工時にそれらの全てがなくなることも考えられ、洗浄そのものを不要にできる可能性もある。
【００１４】
また、被加工物に貫通穴を形成する際、被加工物のレーザー入射面と対向する面にダミー領域を設けた状態で該被加工物に対して穴加工を進め、被加工物の貫通穴形成域に貫通穴が形成された後も、継続してダミー領域に対して穴加工を行うことを特徴とする。実験によれば、ダミー領域なしで貫通穴を加工すると、レーザ出射側の穴径が入射側の穴径より狭くなってしまう。これは、加工の終わり近くにプラズマがレーザ光出射側の穴から放出されてしまい、加工に必要な熱量が充分供給されなかった為と考えられる。しかしながら、上記のようにすることで、被加工物のレーザ出射側付近でもプラズマが加工部に保持されて、それ以前の加工部分と同様の条件で加工が行われることになり、その穴径が貫通穴全長を通してほぼ同一となる。この具体的な方法には、被加工物の加工部の厚さを最終的に得ようとする厚さより余分に厚くしその余分な厚み部分をダミー領域として加工を行い、加工後その余分な厚み部分を研磨などして所定の厚さにする方法や、被加工物面にダミー部材を密着させて加工を行い、加工後そのダミー部材を取り除く方法などがある。
なお、被加工物およびダミー領域はその加工条件を同じくするのがよく、従って、ダミー領域は被加工物と同じ材質とすることが望ましい。
【００１５】
また、被加工物に穴を形成した後、該穴の開口周辺部分を研磨すると、被加工物の表面に焼き付いた吸光物質や、加工穴から飛散して表面に付着した溶融物を除去することができる。
【００１６】
更に、本加工には、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯレーザなどのレーザが使用できる。これらのレーザは、微細加工が可能である上に、比較的安価で操作性が良く、取扱いも簡単であるという特徴がある。更に、これらのレーザのＱスイッチパルス発振タイプを用いると、レーザの蓄積エネルギーを一旦ためて一気に出力させるので、数Ｗ程度のより低い出力でも、数百ｋＷ程度の高いピーク出力を得ることができるという利点がある。
なお、本発明における被加工物は、材料の種類にかかわらず利用できるが、特に従来加工が困難とされていた石英ガラスや水晶などの透明材料に対して効果を発揮する。
【００１７】
【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一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、レーザ発振器１とミラー２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。また、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。
【００１８】
なお、上記Ｑスイッチパルス発振のＹＡＧレーザの代わりに、Ｑスイッチパルス発振のＹＬＦレーザおよびＹＶＯレーザ、更に、Ｑスイッチを利用しないＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザおよびＹＶＯレーザなどを用いることもできる。
【００１９】
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。被加工物６は、石英ガラス、ソーダガラス、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、水晶など、従来はレーザ加工が困難であったものを含み、その純度などにかかわらずほとんど全ての透明材料を対象とする。
【００２０】
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。
【００２１】
また、ＹＡＧレーザのレーザ光Ｂには、その基本波（１０６４ｎｍ）が使用できるほか、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して、第二高調波（５３２ｎｍ）、第三高調波（３５５ｎｍ）、第四高調波（２６６ｎｍ）、あるいは第五高調波（２１３ｎｍ）を取り出してそれぞれ使用することもでき、これらの場合にも比較的低い出力で高いパワー密度が得られる。以下に紹介する各実施例は、このうちの第二高調波（５３２ｎｍ）を利用して行ったものである。
なお、石英ガラスは上記の各波長に対して９０％以上の光透過率を示し、従って、石英ガラスについては、上記のいずれの波長のレーザを利用するにしても、本実施例のような方法を利用しないと、レーザによる微細加工は困難であると推測される。
【００２２】
コンピュータ５は、所定のパルス間隔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、そのレーザ発振信号に対応したパルス間隔のレーザ光をパルス発振する。この時、発振が再開されるまでの待機時間がその後のパルス列のパルス間隔よりも長くなると、パルス列の最初のパルスのピーク出力が過大になり易い。そこで、コンピュータ５は、レーザ発振信号に同期させてそのレーザ光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、レーザ光のパルス列の最初のパルスをカットし、一定のピーク出力に制御されたレーザ光を被加工物６に連続的に照射させるようにしている。
【００２３】
また、コンピュータ５は、レーザ光が照射されて被加工物６が加工されることにより生じたプラズマの発生から消滅までの間隔よりも短いパルス（発振）間隔で、連続してレーザ光が被加工物６に照射されるようにレーザ発振器１を制御する。
【００２４】
次に、１ｍｍの板厚の石英ガラス基板に貫通穴を形成する例を説明する。ここでは、レーザ発振器１から発振されるレーザ光のパルス幅（照射時間）を０．０６μｓ、そしてパルス（発振）間隔を１００μｓ（繰り返し周波数１０ｋＨｚ）となるように、コンピュータ５でレーザ発振器１を制御した。すなわち、図２に示すように、パルス幅（照射時間）０．０６μｓのレーザ光の照射により発生するプラズマの発光時間（発生から消滅までの間隔）が約１００μｓであったので、加工により発生したプラズマを加工部に常に留めてそれにレーザ光を吸収させるようにしておくために、レーザ光のパルス（発振）間隔を、プラズマの発生から消滅までの間隔より小さい１００μｓ以内に設定したものである。
【００２５】
ところで、このように１台のレーザを使用し、そのレーザ発振周波数を比較的大きく設定して被加工物へのレーザ照射間隔を短くする代わりに、複数のレーザを用いそれらを交互に発振させることにより、被加工物へのレーザ照射間隔を、加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くすることもできる。例えば、５ｋＨｚの発振周波数のレーザを２台使用して、それらを交互に発振させることで、上記と同様に１０ｋＨｚの発振周波数でレーザ光を被加工物へ照射させることができる。レーザのパルスエネルギー（あるいはピークパワー）は発振周波数が大きくなるほど極端に小さくなり作業効率が低下する。この点、複数のレーザを用いれば、１クラス出力の小さいレーザでもこの加工に使用でき、また、同じパワーのレーザであれば、位相格子で分岐できる数も増えるので、加工効率を上げることが可能になる。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｄ）は、図１のレーザ加工装置を用い、上記の条件の下で石英ガラス基板１６に微細穴を形成する過程を示したものである。
先ず、図３（ａ）に示すように、石英ガラス基板１６の表面に吸光物質として、マジックインキ（登録商標）などに使用される合成樹脂インクなどの顔料８を、加工閾値を超える熱量を吸収する厚さに均一に塗布する（ここでは、その厚さを７０〜８０μｍとした）。顔料８の厚さを均一にすることにより、石英ガラス基板１６に複数の穴を加工する場合にそれらの加工のばらつきを抑制することができる。そのため、顔料８はより均質で高純度な材料であることが好ましい。
【００２７】
顔料８は、石英ガラス基板１６の表面全体に塗布しても、また加工部周辺にのみ塗布してもよい。加工部周辺にのみ塗布する場合、例えば加工穴径が３０〜５０μｍであれば、直径１００μｍの範囲ぐらいまで塗布すればよい。特に、顔料８を加工部周辺にのみ塗布して加工することで、顔料の使用量および後から顔料を落とすための洗浄液の使用量が低減できるなどの利点を有する。顔料８の塗布方法としては、ディスペンサを利用する方法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などが利用できる。
なお、顔料以外の吸光物質として、照射するレーザ光を吸収し易い塗料などが使用でき、更にコピー機やレーザプリンタに使われているトナーを加熱して被加工物（ガラス基板など）に定着させてもよい。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、石英ガラス基板１６の表面に焦点を合わせてレーザ光Ｂを照射するのであるが、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４をオンオフ動作させて過大ピークを持つレーザ光をカットし、各パルスのピーク出力を一定にしてそれらを石英ガラス基板１６に照射する。最初のパルスあるいは最初の複数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石英ガラス基板１６は、図３（ｃ）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。
【００２９】
この場合、最初の部分の照射エネルギをその後の照射エネルギより小さくして、加工開始時に被加工物表面に作用する熱応力を軽減することにより、クラックの発生を抑制するようにすることもできる。ただし、その場合でも、加工により発生したプラズマが消滅する前に次のレーザが照射されるようにすることが必要となる。
また、レーザ光の照射以前に石英ガラス基板１６を、例えば２００〜３００℃程度の温度に予め加熱しておくと、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。
【００３０】
更に、先に設定したパルス間隔でレーザを照射し続けることにより、それぞれのレーザ照射によって発生したプラズマにレーザが吸収され、そのプラズマからの熱伝達により被加工物が連続的に加熱されて、最終的に図３（ｄ）に示すような貫通穴が形成される。レーザの照射間隔を加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くしているので、加工中は常にプラズマが生じていてそれにより加工熱が加工部に供給され、加工が中断することはない。
【００３１】
以上のように、レーザ加工によって石英ガラス基板１６に貫通穴が形成できたが、その穴径は、図３（ｄ）に示すように、レーザ光入射面側がレーザ光出射面側より大きい形状となる。これは、加工が進んで石英ガラス基板１６のレーザ光出射面側に穴が形成されると、そこからプラズマが逃げ出し、そのために充分な加工熱が加工部に供給されなかった為と考えられる。
【００３２】
しかし、上記の加工穴径が相違する問題は、次の加工方法を用いることで解決できる。すなわち、図４に示すように、被加工物６のレーザ光出射面側に被加工物６と同じ材料かならなるダミー部材６ａを密着させるように張り付け、被加工物６に貫通穴が形成された後も、そのダミー部材６ａに対して加工を続行し、その後ダミー部材６ａを被加工物６から取り外す。これによって、被加工物６の貫通孔の穴径を、その全体を通してだいたい等しくできることがわかった。これは、被加工物６の貫通穴形成後も、ダミー部材６ａによってプラズマの逃げが防止されて加工が進行し、レーザ光出射面側でもレーザ光入射面側とほぼ同じ条件で加工が行われたためと考えられる。
なお、ダミー部材６ａに対して続行する穴加工の加工深さは、被加工物６の貫通穴がその全長を通してほぼ同じ穴径となるまでに対応する深さであり、適宜決定するものとする。
【００３３】
ところで、貫通穴形成後、被加工物表面に残存する顔料の大部分は、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、加工穴から飛散した溶融物の一部は、加工穴の入射側およ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およびドロスは、加工穴の形成後に被加工物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、被加工物表面に形成された加工変質層を除去することができる。
【００３４】
上記のようなガラス材料に対するレーザ加工においては、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こともできる。直線偏光では、加工穴内壁に対して、ｐ偏光とｓ偏光で入射する場合に吸収特性がそれぞれ異なると加工特性が異なるため、入射部付近では偏光面に依存する方向にクラックが発生し易く、かつ加工穴が実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、ランダム偏光および円偏光では、ｓ偏光・ｐ偏光がランダムに照射され、ｓ偏光・ｐ偏光の偏りがないので、図５（ａ），（ｂ）に示すように、加工穴が真っ直ぐに形成されるとともに、入射部付近でのクラック発生が抑制される。
【００３５】
更に、図１のレーザ加工装置において、図６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表面の分岐ビームに対応する複数の集光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。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の方法を用いて、各種の透明材料に穴加工を実施した結果を写真とともに提示する。
（実施例１）
図７は、下記の条件の下、板厚１ｍｍの石英ガラスに対して行った穴加工の結果を示す写真で、（ａ）が加工表面の写真（ａ）、そして（ｂ）が穴断面の写真である。
レーザ条件
・レーザの種類：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
・レーザ波長：５３２ｎｍ
・発振周波数：１０ｋＨｚ
・照射パワー：３．８Ｗ（３８０μＪ）
・ショット数：４００
【００３７】
（実施例２）
図８は、下記の条件の下、板厚１ｍｍのＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）に対して行った穴加工の結果を示す写真で、（ａ）が加工表面の写真（ａ）、そして（ｂ）が穴断面の写真である。
レーザ条件
・レーザの種類：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
・レーザ波長：５３２ｎｍ
・発振周波数：１０ｋＨｚ
・照射パワー：３．８Ｗ（３８０μＪ）
・ショット数：８００
【００３８】
（実施例３）
図９は、下記の条件の下、板厚４００μｍの水晶（ＳｉＯ₂結晶）に対して行った穴加工の結果を示す写真で、（ａ）が加工表面の写真（ａ）、そして（ｂ）が穴断面の写真である。
レーザ条件
・レーザの種類：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
・レーザ波長：５３２ｎｍ
・発振周波数：１０ｋＨｚ
・照射パワー：３．８Ｗ（３８０μＪ）
・ショット数：８００
【００３９】
（実施例４）
図１０は、下記の条件の下、板厚３００μｍのソーダガラスを２枚貼り付けて一体とし、それに対して行った穴加工の結果を示す穴断面の写真である。
レーザ条件
・レーザの種類：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ
・レーザ波長：５３２ｎｍ
・発振周波数：１ｋＨｚ
・照射パワー：４００ｍＷ（４００μＪ）
・ショット数：４００
【００４０】
上記実施例１〜３のいずれの場合にも、被加工物に真っ直ぐな微細穴を加工することができたことがわかる。また、加工後に洗浄して見た被加工物のレーザ光入射面の加工穴は概ね円形で、その周囲にクラックはほとんど認められない。更に、実施例４では、上側（レーザ光入射側）のソーダガラスの貫通穴の穴径が、その全長でほぼ等しくなっているのが見て取れる。これらの結果から、本発明のレーザ加工方法により、被加工物の種類にかかわらず、透明な材料に対して、高品質な微細穴を加工し得ることが分かる。
【００４１】
上記実施例は、被加工物を全て透明材料とした場合であるが、本発明はこれに限定されることなく、不透明材料に適応することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のレーザ加工方法によれば、加工により発生したプラズマにレーザを吸収させながら加工を行うことで、高純度の石英ガラス、水晶など従来加工が困難とされていた材料に対して、深穴などの微細加工を高速かつ安価に、しかも高品質、高精度に形成できる。
また、Ｑスイッチパルス発振レーザのＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯレーザを用いることで、数ワット程度の低いレーザ出力で、高純度の石英ガラス、水晶など従来加工が困難とされていた材料に対して、深穴などの微細加工を高速かつ高精度に形成でき、しかもレーザ装置および加工コストを低減させることが可能となった。
【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一例を示す概略構成図。
【図２】石英ガラスの微細穴加工に利用するレーザ光のパルス幅（照射時間）、発振パルス間隔、およびその加工の際に発生するプラズマのタイミングチャート。
【図３】本発明の実施例により石英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４】ダミー部材を貼り付けた状態で被加工物に穴加工を行う場合の例示図。
【図５】レーザ光を円偏光（ａ）およびランダム偏光（ｂ）にした場合の加工穴の状態を示す断面図。
【図６】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７】石英ガラスに対して行った穴加工における加工表面と加工断面を示す写真。
【図８】ＬＢＯ（光学結晶）に対して行った穴加工における加工表面と加工断面を示す写真。
【図９】水晶に対して行った穴加工における加工表面と加工断面を示す写真。
【図１０】ソーダガラスを２枚重ねて穴加工した際の加工断面を示す写真。
【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
６ａダミー部材
７非線形結晶
８顔料
９凹所
１１加工穴（貫通穴）
１２位相格子
１６石英ガラス基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for finely processing a workpiece using laser light.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing need for fine processing of glass, but a fine processing method having low cost, high quality, and high speed has not yet been established. As a technique for this purpose, attention has been paid to fine processing of glass with a laser.
Transparent materials such as glass can absorb excimer laser that is ultraviolet light and CO ₂ laser that is far infrared light to some extent, so even if glass processing using these lasers can be performed, A YAG laser or the like in the infrared light range has almost no absorbency, and it has been impossible to process with a laser in the visible light to near infrared light range. In addition, there is a research report that processing by visible light or near infrared light is possible when a high peak output laser called a giant pulse is used.
[0003]
On the other hand, according to the paper by Junichi Ikeno et al. On YAG laser, “YAG laser processing of quartz glass using a solution” (Journal of Precision Engineering 55/2/1989, pp. 93-98), a solution containing metal ions Is dropped on the surface of a transparent quartz glass plate having a thickness of 1.5 mm, or when it is irradiated with a pulsed YAG laser, the solution absorbs the laser and generates high heat, thereby melting the quartz glass. It has been reported that through holes can be formed. The paper also describes that in the case of general glass containing impurities, the through hole can be similarly laser processed without applying the above-described solution by simply applying Magic Ink (registered trademark) to the surface. .
[0004]
In addition, Mr. Ikeno et al. Applied a pigment to the glass surface, and irradiated a pulsed YAG laser to form a melted portion on the glass surface, and then scattered and removed to the outside without causing cracks. It has also been reported that through-holes can be formed in crystallized glass with a thickness of 4 mm (Actual Proceedings of Autumn Meeting of Precision Engineering Society 1997, p. 232). Mr. Ikeno explained that the processing mechanism is that a work-affected layer is observed in the processing hole, so that the work-affected layer is formed when the pigment absorbs the YAG laser and the glass melts. It is analyzed that the next laser is absorbed and the process proceeds (Paper “3D drilling of glass using YAG laser” (Report of Laser Society, No. RTM-98-4, Laser Society of Japan, (Published January 30, 1998, pp. 23-27).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional laser processing method for the transparent material described above has the following problems.
First, the excimer laser can be finely processed, but there are problems such as high cost of the apparatus, high running cost, and poor maintainability of the apparatus.
In addition, since the CO ₂ laser is a thermal process, cracks due to thermal distortion are likely to occur over a wide area around the processed part, and the quality may be impaired. It is not suitable for fine processing.
Further, in the case of a giant pulse laser, there are problems that the laser device is relatively expensive and that the pulse energy is large, so that the impact during processing is large and cracks are likely to occur.
Furthermore, in the method using the YAG laser together with the above-mentioned light absorbing materials such as magic ink (registered trademark) and pigment, impurities such as Al ₂ O ₃ are suitable for the transparent material to be processed in order to obtain a work-affected layer. It was still impossible to process high-purity quartz glass or quartz.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its object is to use materials that have been conventionally considered difficult to perform laser processing using a laser that is relatively inexpensive and easy to handle, particularly quartz glass. It is an object of the present invention to provide a laser processing method capable of forming fine processing such as deep holes at high speed and low cost, and with high quality and high accuracy for transparent materials such as quartz and quartz.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method of the present invention is a method in which a light-absorbing substance is attached to the surface of a workpiece, and a laser is irradiated toward the workpiece surface to which the light-absorbing substance is attached to finely process the workpiece. The processing is performed while the laser generated is absorbed by the plasma generated by the above. One means for that purpose is to make the laser irradiation interval shorter than the interval between the generation and extinction of plasma generated by processing.
[0008]
According to this, the energy of the laser is absorbed in the plasma generated in the processing part and held in the processing part as heat, and the workpiece heated by heat transfer from the plasma can be further processed, Deep holes such as through-holes can be formed in a transparent material that has been difficult to process. In addition, by making the laser irradiation interval shorter than the interval from the generation to the extinction of the plasma generated by the processing, the plasma can always be continued during the processing.
[0009]
In addition, when the laser beam is in a single mode, the laser beam can be narrowed to the diffraction limit of the light, so that the power density can be increased by reducing the condensing diameter of the laser beam to 10 μm or less even at a low output. Can be processed more easily and with high accuracy.
[0010]
The laser uses any one of the fundamental wave, the second harmonic, the third harmonic, the fourth harmonic, and the fifth harmonic of the laser. For example, high-purity quartz glass absorbs almost none of the fundamental wave, second harmonic wave, third harmonic wave, fourth harmonic wave, or fifth harmonic wave of a YAG laser. Works effectively.
[0011]
When the laser beam is linearly polarized light, cracks are likely to occur particularly near the incident portion. In experiments, it has been found that cracks occur in a direction perpendicular to the polarization direction. In addition, since the processed hole is easily bent in the direction of the vibration surface of the magnetic field, there is a concern that the processing is promoted by being biased in any direction, the hole is bent, or the hole diameter is enlarged. Therefore, when the laser beam is irradiated on the workpiece with circularly polarized light or randomly polarized light, generation of cracks in the vicinity of the incident portion, bending of the processed hole and expansion of the hole diameter are suppressed, and processing accuracy and quality are improved.
[0012]
Further, when a laser beam is branched by a phase grating and irradiated onto a workpiece, a plurality of holes can be processed simultaneously, so that productivity can be improved.
[0013]
Furthermore, the light-absorbing substance is a pigment or a paint.
In addition, the light-absorbing material only needs to adhere to the periphery of the processed part of the work piece. In addition to saving the amount of light-absorbing material used and the amount of cleaning liquid used to remove the light-absorbing material, the minimum light-absorbing material is necessary. If it is applied, all of them may be lost during laser processing, and there is a possibility that the cleaning itself may be unnecessary.
[0014]
Further, when forming a through hole in the work piece, a hole is formed in the work piece in a state where a dummy region is provided on a surface facing the laser incident surface of the work piece. Even after the through hole is formed in the formation region, the dummy region is continuously drilled. According to experiments, when a through hole is processed without a dummy region, the hole diameter on the laser emission side becomes narrower than the hole diameter on the incident side. This is presumably because the plasma was emitted from the hole on the laser beam emission side near the end of the processing, and the amount of heat necessary for the processing was not sufficiently supplied. However, by doing the above, the plasma is held in the processed portion near the laser emission side of the workpiece, and processing is performed under the same conditions as the previous processed portion, and the hole diameter is It is almost the same throughout the entire length of the through hole. In this specific method, the thickness of the processed part of the work piece is excessively thicker than the thickness to be finally obtained, and the excess thickness part is processed as a dummy region, and after the processing, the excess thickness is processed. There are a method of polishing a part to a predetermined thickness, a method of attaching a dummy member to the surface of a workpiece, processing the workpiece, and removing the dummy member after processing.
It should be noted that the processing conditions of the workpiece and the dummy region should be the same, and therefore the dummy region is preferably made of the same material as the workpiece.
[0015]
Also, after forming a hole in the workpiece, polishing the area around the opening of the hole removes the light-absorbing material that has burned onto the surface of the workpiece and the melt that has scattered from the processing hole and adhered to the surface. Can do.
[0016]
Further, a laser such as a YAG laser, a YLF laser, or a YVO laser can be used for this processing. These lasers are characterized in that they can be finely processed, are relatively inexpensive, have good operability, and are easy to handle. Furthermore, when these laser Q-switched pulse oscillation types are used, the accumulated energy of the laser is once output, so that a high peak output of about several hundred kW can be obtained even with a lower output of about several watts. There is an advantage.
Although the workpiece in the present invention can be used regardless of the type of material, it is particularly effective for transparent materials such as quartz glass and quartz, which have been conventionally difficult to process.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows an example of a laser processing apparatus suitable for forming fine holes in glass using the laser processing method of the present invention. This laser processing apparatus includes a laser oscillator 1 having a built-in Q switch unit for generating a Q switch pulse oscillation YAG laser, a mirror 2, a condenser lens 3, and a laser beam between the laser oscillator 1 and the mirror 2. And mechanical shutter means 4 disposed in the optical path. The laser oscillator 1 and the shutter means 4 are electrically connected to a computer 5 that controls these operations.
[0018]
Instead of the Q-switch pulse oscillation YAG laser, a Q-switch pulse oscillation YLF laser and YVO laser, and a YAG laser, YLF laser, and YVO laser that do not use the Q switch can be used.
[0019]
The laser beam B oscillated from the laser oscillator 1 passes through the shutter unit 4, is reflected by the mirror 2, is condensed by the condenser lens 3, and is irradiated onto the workpiece 6. The workpiece 6 includes hard glass such as quartz glass, soda glass, and Pyrex (trademark), lead or crystal glass, crystallized glass, alkali-free glass, crystal, etc., which have conventionally been difficult to perform laser processing, It covers almost all transparent materials regardless of their purity.
[0020]
According to the present invention, the laser oscillator 1 outputs a single mode beam. The single mode beam has excellent light condensing performance, its beam spot diameter can be reduced to 10 μm or less, the beam shape is circular, and the power density is concentrated in the center of the beam. Suitable for
[0021]
The fundamental wave (1064 nm) can be used for the laser beam B of the YAG laser, and a nonlinear crystal 7 (for example, LBO) is disposed in the optical path between the laser oscillator 1 and the shutter means 4 or in the laser oscillator. The second harmonic (532 nm), the third harmonic (355 nm), the fourth harmonic (266 nm), or the fifth harmonic (213 nm) can be taken out and used, respectively. High power density can be obtained with low output. Each Example introduced below is performed using the second harmonic (532 nm) of these.
Note that quartz glass exhibits a light transmittance of 90% or more with respect to each wavelength described above. Therefore, for quartz glass, the method as in this embodiment can be used regardless of the wavelength of the laser described above. Without using this, it is assumed that fine processing with a laser is difficult.
[0022]
The computer 5 outputs a laser oscillation signal having a predetermined pulse interval to the laser oscillator 1, and the laser oscillator 1 pulsates laser light having a pulse interval corresponding to the laser oscillation signal. At this time, if the standby time until the oscillation is resumed becomes longer than the pulse interval of the subsequent pulse train, the peak output of the first pulse of the pulse train tends to be excessive. Therefore, the computer 5 synchronizes with the laser oscillation signal, synchronizes the timing with the first pulse of the pulse train of the laser light, outputs a shutter signal to the shutter means 4, and selectively shuts off the laser light B by the on / off operation. Alternatively, the first pulse of the pulse train of the laser beam is cut, and the workpiece 6 is continuously irradiated with the laser beam controlled to a constant peak output.
[0023]
Further, the computer 5 continuously processes the laser beam at a pulse (oscillation) interval shorter than the interval from the generation to the extinction of the plasma generated when the workpiece 6 is processed by being irradiated with the laser beam. The laser oscillator 1 is controlled so as to irradiate the object 6.
[0024]
Next, an example in which through holes are formed in a quartz glass substrate having a thickness of 1 mm will be described. Here, the laser oscillator 1 is controlled by the computer 5 so that the pulse width (irradiation time) of the laser light oscillated from the laser oscillator 1 is 0.06 μs and the pulse (oscillation) interval is 100 μs (repetition frequency 10 kHz). did. That is, as shown in FIG. 2, since the light emission time (interval from generation to extinction) of plasma generated by laser light irradiation with a pulse width (irradiation time) of 0.06 μs was about 100 μs, it was generated by processing. In order to always keep the plasma in the processing portion and absorb the laser beam, the pulse (oscillation) interval of the laser beam is set within 100 μs, which is smaller than the interval from the generation to the extinction of the plasma.
[0025]
By the way, instead of using one laser in this way and setting the laser oscillation frequency relatively high to shorten the laser irradiation interval to the workpiece, a plurality of lasers are used to oscillate them alternately. Thus, the laser irradiation interval on the workpiece can be made shorter than the interval from the generation to the extinction of the plasma generated by the processing. For example, by using two lasers with an oscillation frequency of 5 kHz and causing them to oscillate alternately, the workpiece can be irradiated with laser light at an oscillation frequency of 10 kHz as described above. The pulse energy (or peak power) of the laser becomes extremely small as the oscillation frequency increases and the working efficiency decreases. In this regard, if multiple lasers are used, even a laser with a small class output can be used for this processing, and if the laser has the same power, the number of branches that can be branched by the phase grating increases, so that the processing efficiency can be increased. become.
[0026]
FIGS. 3A to 3D show a process of forming fine holes in the quartz glass substrate 16 under the above conditions using the laser processing apparatus of FIG.
First, as shown in FIG. 3A, a pigment 8 such as a synthetic resin ink used in Magic Ink (registered trademark) is absorbed as a light-absorbing material on the surface of the quartz glass substrate 16 so as to absorb the amount of heat exceeding the processing threshold. The thickness is uniformly applied (here, the thickness is 70 to 80 μm). By making the thickness of the pigment 8 uniform, it is possible to suppress variations in processing when a plurality of holes are processed in the quartz glass substrate 16. Therefore, the pigment 8 is preferably a more homogeneous and high-purity material.
[0027]
The pigment 8 may be applied to the entire surface of the quartz glass substrate 16 or only to the periphery of the processed part. When applying only to the periphery of the processing portion, for example, if the processing hole diameter is 30 to 50 μm, it may be applied up to a diameter of about 100 μm. In particular, by applying and processing the pigment 8 only around the processing portion, there is an advantage that the usage amount of the pigment and the usage amount of the cleaning liquid for removing the pigment can be reduced later. As a method for applying the pigment 8, a method using a dispenser, a screen printing method, an ink jet printing method, or the like can be used.
In addition, as a light-absorbing material other than pigments, paint that can easily absorb the laser beam to be irradiated can be used, and toner used in copiers and laser printers is heated to fix it on the workpiece (such as a glass substrate). May be.
[0028]
Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the quartz glass substrate 16 is focused and irradiated with the laser beam B. The peak of the first pulse of the pulse train oscillated from the laser oscillator 1 is excessive. Therefore, as described above, the shutter means 4 is turned on and off by the shutter signal from the computer 5 to cut the laser beam having an excessive peak, and the peak output of each pulse is made constant to irradiate the quartz glass substrate 16 with it. To do. When the first pulse or the first plurality of pulses are irradiated, the pigment 8 in that portion absorbs the laser energy and generates a high-temperature and high-pressure plasma state on the glass substrate surface. As shown in FIG. 3C, the surface layer of the quartz glass substrate 16 is partially melted by this plasma, and evaporated or scattered to form the recess 9.
[0029]
In this case, it is also possible to suppress the occurrence of cracks by making the irradiation energy of the first part smaller than the subsequent irradiation energy and reducing the thermal stress acting on the workpiece surface at the start of processing. However, even in that case, it is necessary to irradiate the next laser before the plasma generated by the processing disappears.
Further, if the quartz glass substrate 16 is preheated to a temperature of, for example, about 200 to 300 ° C. before the laser light irradiation, a rapid temperature rise inside the glass substrate is avoided at the time of laser light irradiation. Generation of cracks can be effectively suppressed.
[0030]
Furthermore, by continuing to irradiate the laser at the previously set pulse interval, the laser is absorbed by the plasma generated by each laser irradiation, and the work piece is continuously heated by the heat transfer from the plasma, and finally, Thus, a through hole as shown in FIG. Since the laser irradiation interval is shorter than the interval between the generation and extinction of plasma generated by processing, plasma is always generated during processing, so that processing heat is supplied to the processing part and processing is interrupted. Absent.
[0031]
As described above, the through hole was formed in the quartz glass substrate 16 by laser processing, but the hole diameter was such that the laser beam incident surface side was larger than the laser beam emission surface side as shown in FIG. Become. This is presumably because when the processing progresses and a hole is formed on the side of the laser light emission surface of the quartz glass substrate 16, the plasma escapes from the hole and sufficient processing heat is not supplied to the processing portion.
[0032]
However, the problem that the diameters of the processed holes are different can be solved by using the following processing method. That is, as shown in FIG. 4, a dummy member 6 a made of the same material as that of the workpiece 6 is adhered to the laser beam emission surface side of the workpiece 6, and a through hole is formed in the workpiece 6. After that, the processing is continued for the dummy member 6a, and then the dummy member 6a is removed from the workpiece 6. As a result, it has been found that the diameter of the through hole of the workpiece 6 can be made substantially equal throughout. This is because, even after the through-hole of the workpiece 6 is formed, the escape of the plasma is prevented by the dummy member 6a and the processing proceeds, and the processing is performed on the laser light emitting surface side under substantially the same conditions as the laser light incident surface side. It is thought that it was because of.
In addition, the processing depth of the hole processing which continues with respect to the dummy member 6a is a depth corresponding to the through hole of the workpiece 6 having substantially the same hole diameter throughout its entire length, and is determined as appropriate. .
[0033]
By the way, most of the pigment remaining on the surface of the workpiece after forming the through hole can be washed with an appropriate solvent. However, some pigments are baked onto the substrate surface by the high heat of the irradiation laser and cannot be easily removed with a solvent. Further, a part of the melt scattered from the processing hole is reattached to the vicinity of the entrance side and the exit side opening of the processing hole and becomes dross. Such seizure and dross of the pigment can be removed by polishing both surfaces of the workpiece by a known method after forming the processed hole. At the same time, the work-affected layer formed on the workpiece surface can be removed by this polishing process.
[0034]
In the laser processing for the glass material as described above, the laser beam can be irradiated by being converted into random polarized light or circular polarized light instead of linearly polarized light. In the case of linearly polarized light, when the p-polarized light and the s-polarized light are incident on the inner wall of the processed hole, if the absorption characteristics are different from each other, the processed characteristics are different, so that cracks are likely to occur in the direction depending on the polarization plane in the vicinity of the incident portion. In addition, the processed hole may be bent without being formed. On the other hand, in the case of random polarized light and circularly polarized light, s-polarized light and p-polarized light are randomly irradiated, and there is no bias of s-polarized light / p-polarized light. Therefore, as shown in FIGS. While being formed straight, the occurrence of cracks in the vicinity of the incident portion is suppressed.
[0035]
Further, in the laser processing apparatus of FIG. 1, as shown in FIG. 6, a known phase grating 12 is added in the optical path in front of the condenser lens 3, and after passing the laser beam B through the phase grating, the condenser lens. 3 can be made incident. When the laser beam B passes through the phase grating 12, the original one beam is branched into a plurality of beams, and each branched beam is condensed by the condenser lens 3 and irradiated onto the surface of the workpiece 6. Therefore, it is possible to simultaneously process the fine holes at a plurality of condensing positions corresponding to the branched beams on the surface of the workpiece 6, thereby reducing the processing time and improving the productivity.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the results of drilling various transparent materials using the method of the present invention will be presented together with photographs.
Example 1
FIG. 7 is a photograph showing the result of drilling performed on quartz glass having a plate thickness of 1 mm under the following conditions. (A) is a photograph of the processed surface (a), and (b) is a hole cross-section. It is a photograph.
Laser conditions / laser type: SHG-YAG laser / laser wavelength: 532 nm
・ Oscillation frequency: 10 kHz
・ Irradiation power: 3.8W (380μJ)
-Number of shots: 400
[0037]
(Example 2)
FIG. 8 is a photograph showing the results of drilling performed on LBO (LiB ₃ O ₅ ) having a plate thickness of 1 mm under the following conditions. (A) is a photograph of the processed surface (a), and (b) ) Is a photograph of the hole cross section.
Laser conditions / laser type: SHG-YAG laser / laser wavelength: 532 nm
・ Oscillation frequency: 10 kHz
・ Irradiation power: 3.8W (380μJ)
-Number of shots: 800
[0038]
Example 3
FIG. 9 is a photograph showing the result of drilling performed on a quartz crystal (SiO ₂ crystal) having a thickness of 400 μm under the following conditions. (A) is a photograph of the machined surface (a), and (b). Is a photograph of the hole cross section.
Laser conditions / laser type: SHG-YAG laser / laser wavelength: 532 nm
・ Oscillation frequency: 10 kHz
・ Irradiation power: 3.8W (380μJ)
-Number of shots: 800
[0039]
(Example 4)
FIG. 10 is a photograph of a hole cross-section showing the result of drilling performed on two soda glasses having a thickness of 300 μm bonded together under the following conditions.
Laser conditions / laser type: SHG-YAG laser / laser wavelength: 532 nm
・ Oscillation frequency: 1 kHz
・ Irradiation power: 400mW (400μJ)
-Number of shots: 400
[0040]
In any of the above Examples 1 to 3, it can be seen that a straight fine hole could be machined in the workpiece. In addition, the processed hole on the laser beam incident surface of the workpiece viewed after washing after processing is generally circular, and there are almost no cracks around it. Furthermore, in Example 4, it can be seen that the diameters of the through holes of the upper side (laser light incident side) of the soda glass are substantially equal in the entire length. From these results, it can be seen that the laser processing method of the present invention can process high-quality fine holes in a transparent material regardless of the type of workpiece.
[0041]
Although the said Example is a case where all the to-be-processed objects are transparent materials, this invention is not limited to this, It is also possible to adapt to an opaque material.
[0042]
【The invention's effect】
According to the laser processing method of the present invention, by processing while absorbing the laser into the plasma generated by the processing, deep holes can be formed for materials that have been conventionally difficult to process such as high-purity quartz glass and quartz. Such fine processing can be formed at high speed and low cost, and with high quality and high accuracy.
In addition, by using a YAG laser, YLF laser, or YVO laser of a Q-switched pulse oscillation laser, with a laser output as low as several watts, for materials that have conventionally been difficult to process such as high-purity quartz glass and quartz In addition, fine processing such as deep holes can be formed at high speed and high accuracy, and the laser device and processing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser processing apparatus suitable for implementing the present invention.
FIG. 2 is a pulse width (irradiation time) of laser light used for processing a fine hole in quartz glass, an oscillation pulse interval, and a timing chart of plasma generated during the processing.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a process of forming fine holes in a quartz glass substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exemplary diagram in the case of drilling a workpiece with a dummy member attached.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state of a processed hole when laser light is circularly polarized light (a) and random polarized light (b).
FIG. 6 is a schematic diagram showing fine drilling by an optical system using a phase grating.
FIG. 7 is a photograph showing a processed surface and a processed cross section in a hole processing performed on quartz glass.
FIG. 8 is a photograph showing a processed surface and a processed cross section in a hole processing performed on LBO (optical crystal).
FIG. 9 is a photograph showing a processed surface and a processed cross section in a hole processing performed on quartz.
FIG. 10 is a photograph showing a cross section when two soda glasses are stacked and drilled.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Mirror 3 Condensing lens 4 Shutter means 5 Computer 6 Work piece 6a Dummy member 7 Non-linear crystal 8 Pigment 9 Recess 11 Processing hole (through hole)
12 Phase grating 16 Quartz glass substrate

Claims

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前記被加工物表面に向けてレーザを照射して、前記被加工物を加工する方法において、
前記加工により発生したプラズマにレーザを吸収させながら加工を行うことを特徴とするレーザによる微細加工方法。In a method of processing the workpiece by attaching a light-absorbing substance to the surface of the workpiece, irradiating a laser toward the workpiece surface to which the light-absorbing material is attached,
A fine processing method using a laser, wherein the processing is performed while absorbing the laser in the plasma generated by the processing.

前記レーザの照射間隔を前記加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くすることを特徴とする請求項１に記載のレーザによる微細加工方法。2. The laser microfabrication method according to claim 1, wherein the laser irradiation interval is shorter than the interval between generation and extinction of plasma generated by the processing.

複数のレーザを交互に発振させることにより、前記被加工物へのレーザ照射間隔を、前記加工により発生したプラズマの発生から消滅までの間隔より短くすることを特徴とする請求項２に記載のレーザによる微細加工方法。3. The laser according to claim 2, wherein a laser irradiation interval to the workpiece is made shorter than an interval from generation to extinction of plasma generated by the processing by oscillating a plurality of lasers alternately. Fine processing method by.

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乃至３のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。4. The laser microfabrication method according to claim 1, wherein the laser beam is a single mode.

前記レーザは、レーザの基本波、第二高調波、第三高調波、第四高調波あるいは第五高調波のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。5. The laser according to claim 1, wherein the laser is any one of a fundamental wave, a second harmonic, a third harmonic, a fourth harmonic, and a fifth harmonic of the laser. Fine processing method by.

前記レーザを円偏光して前記被加工物に照射することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。6. The micromachining method using a laser according to claim 1, wherein the laser beam is circularly polarized to irradiate the workpiece.

前記レーザをランダム偏光して前記被加工物に照射することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。6. The fine processing method using a laser according to claim 1, wherein the laser beam is randomly polarized and applied to the workpiece.

前記レーザを位相格子により分岐させて前記被加工物に照射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。The laser processing method according to claim 1, wherein the workpiece is irradiated with the laser beam branched by a phase grating.

前記吸光物質が顔料あるいは塗料であ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レーザによる微細加工方法。9. The laser microfabrication method according to claim 1, wherein the light-absorbing substance is a pigment or a paint.

前記吸光物質を被加工物の加工部周辺にのみ付着することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。10. The laser microfabrication method according to claim 1, wherein the light-absorbing substance is attached only to a periphery of a processing portion of the workpiece.

被加工物に貫通穴を形成する際、前記吸光物質が付着された面と対向する前記被加工物面にダミー部材を密着させた状態で該被加工物に対して穴加工を進め、該被加工物に貫通穴が形成された後も、前記ダミー部材に対して加工を続行す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レーザによる微細加工方法。When forming a through-hole in the workpiece, the workpiece is drilled in a state where a dummy member is in close contact with the workpiece surface facing the surface to which the light-absorbing substance is attached, and the workpiece is processed. 11. The laser microfabrication method according to claim 1, wherein the dummy member is continuously processed even after a through hole is formed in the workpiece.

前記ダミー部材は前記被加工物と同じ材質の部材であることを特徴とする請求項１１に記載のレーザによる微細加工方法。The method according to claim 11, wherein the dummy member is a member made of the same material as the workpiece.

前記被加工物に穴を形成した後、該穴の開口周辺部分を研磨する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。The method according to any one of claims 1 to 12, further comprising a step of polishing a peripheral portion of an opening of the hole after forming the hole in the workpiece.

前記レーザがＱスイッチパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯレーザのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１３に記載のレーザによる微細加工方法。14. The microfabrication method using a laser according to claim 1, wherein the laser is any one of a Q switch pulse oscillation YAG laser, YLF laser, and YVO laser.

被加工物の一つの面からレーザを照射し該被加工物に貫通穴を形成する加工方法であって、該被加工物のレーザ入射面と対向する面にダミー領域を設けた状態でレーザを照射して穴加工を行い、該被加工物に貫通穴が形成された後継続して前記ダミー領域に穴加工を行うことを特徴とするレーザによる微細加工方法。A processing method for irradiating a laser beam from one surface of a workpiece to form a through hole in the workpiece, wherein a laser beam is irradiated in a state where a dummy region is provided on a surface facing the laser incident surface of the workpiece A laser micro-machining method, comprising: performing a hole processing by irradiation, and continuously performing a hole processing in the dummy region after a through hole is formed in the workpiece.

前記ダミー領域は前記被加工物と同じ材質であることを特徴とする請求項１５に記載のレーザによる微細加工方法。The laser processing method according to claim 15, wherein the dummy region is made of the same material as the workpiece.

前記被加工物が透明材料であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のレーザによる微細加工方法。The laser processing micromachining method according to claim 1, wherein the workpiece is a transparent material.