JP2002028799A

JP2002028799A - レーザによる微細加工方法

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Publication number: JP2002028799A
Application number: JP2000207871A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Umetsu; 一成梅津; Atsushi Amako; 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: 2002-01-29
Anticipated expiration: 2020-07-10
Also published as: JP3797068B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低出力のレーザーを用いて従来加工が困難と
されていた材料に対して、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ー加工方法を
提供すること。【解決手段】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ー
を照射して被加工物を加工する透明材料の加工方法にお
いて、加工により発生したプラズマにレーザーを吸収さ
せながら加工を行う。

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
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（19
97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Ａｌ ₂Ｏ₃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（２１
３ｎｍ）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１
６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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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。
【請求項３】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。
【請求項４】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。
【請求項５】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。
【請求項６】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。
【請求項７】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。
【請求項８】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。
【請求項９】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。
【請求項１０】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。
【請求項１１】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。
【請求項１２】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。
【請求項１３】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。
【請求項１４】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。
【請求項１５】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。
【請求項１６】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。
【請求項１７】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。