JP7396899B2 - パルスレーザ光を用いた基板の加工、特に分離のための方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ誘導ディープエッチングを用いた特に平らな基板の特に分離するための方法に関し、パルスレーザ光が空間レーザパルス間隔でもって基板上に直接向けられ、及び続いて異方性の材料除去が、エッチングによってエッチング速度とエッチング期間でもって実行される。

レーザ誘導ディープエッチングを用いたガラスの精密加工のための一般的な方法は、ＬＩＤＥ（レーザ誘導ディープエッチング）という名称で知られるようになった。この場合、ＬＩＤＥ法は、高速で非常に正確な孔（微細孔ガラス基板＝ＴＧＶ）及び構造の導入を可能にすることができ、及び従って、マイクロシステム技術における原材料としてガラスがより多く使用されるための前提条件を作成する。

レーザ誘導ディープエッチングの場合（例えば特許文献１及び特許文献２）、レーザパルス又はパルス列を用いて透明な材料が光軸に沿って細長い領域の上に、透明な材料、即ちガラス板の全体の厚さに渡って非常に多くの変更がなされる。その結果、その後の湿式化学エッチングでの変更は異方性のエッチングである。レーザパルスが、適切な空間間隔でもって輪郭に沿って材料上に照射される場合、材料が異方性の材料除去間中に輪郭に沿って分離される。

レーザーエネルギー入力は、変換を介して反応及び変更のきっかけ若しくは作動の場合に役立ち、その作用が、後に続く加工ステップでのみ所望の材料分離に対して実行され若しくは使用される。

エッチングプロセスを介して、変更及び場合によっては後に続く異方性材料除去に基づき分離することによって、分離プロセスの為に発生されるだけでなく、平面に影響を及ぼす除去プロセスが利用でき、プロセスに対する非常に低い要求だけがある。特に、材料除去の影響する期間に関して、前処理され、及びそれに応じて変更される領域を全て同時に定量的及び定性的に記載された方法で実行することができる。その結果、複数の凹部又は穿孔部の製造のために必要な時間は、全体的にはるかに短縮される。

個々のパルスの互いに間隔を置いた影響の種類に関連した原理、及びエッチングプロセスを介したそれらのその後の関係により、結果として切断面が発生するが、この切断表面は平坦ではない。むしろ、波形若しくは接続された穿孔と似たようなミシン目が発生する。

この基本的に望ましくない不均一な切断表面は、レーザパルス間隔によって調整でき、一般に、レーザパルス間隔が小さいと、低い表現度での波若しくは***になると考えられている。

従って、この方法の場合での二つの基本的な目的は、一方では大きなレーザパルス間隔による高速処理進行ステップと、他方では可能な限り滑らかで平坦なコースが断面のコースに近似することとが矛盾している。

国際公開第２０１４／１６１５３４号 国際公開第２０１６／０４１４４号

本発明の根底にある課題は、これら二つの目的を最適な方法で達成する若しくは一致させ、作製する可能性を提供することである。これらの課題は、請求項１の特徴に基づいた方法でもって本発明に応じて解決される。本発明の別の構成は、従属請求項で引用している。

つまり、本発明によれば、加工パラメータが以下の規則：
１＞ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞１０^－５、
好ましくは状況に応じて：
１＞ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞１０^－３、
ｄ＝レーザパルス間隔、Ｒ＝エッチング速度、及びｔ＝エッチング期間、によって決定される場合に、この方法が企図されている。

これにより、ＬＩＤＥ法に従って切断された基板又は構成要素の機械加工された側面は、粗さが減少する。その際、本発明は、可能な限り滑らかな表面のためのパルス間隔が、例えば可能な限り小さくなるように選択されるのではなくて、前述の規定（独語：Ｖｏｒｓｃｈｒｉｆｔ）にしたがって決定する必要があり、パルス間隔及びエッチング期間の粗さの依存に関する驚くべき知見に基づいている。

特に、パルス間隔に依存する表面の粗さは、典型的に約１μｍから３μｍの局所的な最小値を有する。これらの最小値の位置は、基板材料、使用される化学エッチング並びに別のプロセスパラメータに依存している。

本発明に基づき、レーザ光によって変更された場所で、エッチング浴における異方性材料除去が可能になる。その結果、大きなアスペクト比（切断間隙幅ｂの基板の厚さＤ）でもって構造が次の条件１２＞Ｄ／ｂ＞１で発生できる。この場合、基板の厚さＤと比較して、エッチング速度Ｒ及びエッチング期間ｔの積で表される湿式化学エッチングによる材料除去はわずかである。好ましくは、Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞３を適応する。特に好ましくはＤ／（Ｒ＊ｔ）＞１２を適応する。使用される基板材料は、レーザ誘導ディープエッチングで使用される波長に対して透過性であるガラスが好ましい。特に高アスペクト比及び低い粗さは、石英ガラスでもって実現できる。

本発明は様々な実施形態を可能にする。その基本原理をさらに明確にするために、そのうちの一つが図で示されており、及び以下で説明される。それらは、それぞれ概略図で示される。

異なるレーザパルス間隔（ｄ）及びエッチング期間（ｔ）の図である。 レーザパルス間隔（ｄ＝３μｍ）及びエッチング期間（ｔ＝３５分）の場合での切断面の表面プロファイルの図である。 レーザパルス間隔（ｄ＝１０μｍ）及びエッチング期間（ｔ＝３５分）の場合での切断面の表面プロファイルの図である。 異なる材料除去の場合でのレーザパルス間隔（ｄ）及び粗さＲａの比率である。

図１は、レーザパルス間隔ｄ及びエッチング期間ｔ（一定のエッチング速度Ｒの場合）の関数として、切断面の異なった波紋若しくは粗さがどのように発生するかを概略的に示す。予想どおり、粗さは減少し、パルス間隔ｄが小さく、及びエッチング期間ｔが長く選択される。

これらは、切断面の表面プロファイルを用いて図２及び３で説明される。同じエッチング期間ｔ＝３５分及び同じエッチング速度Ｒ、即ち同じ積Ｒ＊ｔの場合、及びそれに関連した湿式化学エッチングによる同様の材料除去は、大きく異なる表面で二つのレーザパルス間隔ｄ＝３μｍ（図２）及びｄ＝１０μｍ（図３）の場合に発生する。

図４は、異なる材料除去（エッチング除去）のためのレーザパルス間隔ｄ（ピッチ）の粗さＲａ（粗さ）の関係を示す。およそ２～３μｍのレーザパルス間隔ｄの場合には、粗さＲａの局所的な最小値はおよそ０．０５～０．０８μｍに達する。これは、材料除去に、エッチング速度とエッチング時間の積に、わずかに影響する。

Claims (6)

1. レーザ誘導ディープエッチングを用いた、ガラスからなる、特に平坦な基板の加工のための、特に分離のための方法であって、レーザ光が加工ラインに沿って移動され、個別パルスが、空間レーザパルス間隔（ｄ）で前記基板上に向けられ、次いで異方性の材料除去が、エッチングによって或るエッチング速度（Ｒ）と或るエッチング期間（ｔ）で実行される当該方法において、
   エッチング浴における異方性材料除去が、レーザ光によって変更された場所で行われ、且つ
   加工パラメータが、条件：
   ０．０８５７１＞ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞０．０３０３
   にしたがって調節され、レーザパルス間隔（ｄ）が２～３μｍであって、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）の積（Ｒ＊ｔ）が３５～６６μｍであり、且つ
   切断間隙幅（ｂ）の基板の初期厚さ（Ｄ）が、条件：
   １２＞Ｄ／ｂ＞１
   にしたがって調節され、且つ
   前記基板の初期厚さ（Ｄ）と、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）とから成る積との比は、３よりも大きく：
   Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞３
   であることを特徴とする方法。
2. 前記基板の初期厚さ（Ｄ）と、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）とから成る積との比は、５よりも大きく：
   Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞５
   であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基板の初期厚さ（Ｄ）と、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）とから成る積との比は、８よりも大きく：
   Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞８
   であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記基板の初期厚さ（Ｄ）と、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）とから成る積との比は、１０よりも大きく：
   Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞１０
   であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記基板の初期厚さ（Ｄ）と、エッチング速度（Ｒ）とエッチング期間（ｔ）とから成る積との比は、１２よりも大きく：
   Ｄ／（Ｒ＊ｔ）＞１２
   であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ガラスは、石英ガラスであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

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