JPH04182093A - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JPH04182093A
JPH04182093A JP2310371A JP31037190A JPH04182093A JP H04182093 A JPH04182093 A JP H04182093A JP 2310371 A JP2310371 A JP 2310371A JP 31037190 A JP31037190 A JP 31037190A JP H04182093 A JPH04182093 A JP H04182093A
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暢彦 大森
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、レーザを透過する透明材料にレーザを用い
精度よく切断、溝彫り、穴明は等の除去加工を施す方法
に間するものであり、特に透明材料として硬く割れやす
い水晶やサファイヤなどの薄い基板の微細形状加工に適
するレーザ加工方法である。
[従来の技術] 従来、水晶基板等の透明材料の微細形状加工には、水と
砥粒をぶつけるホーニング法や水と砥粒を使い超音波て
型飄りする方法等の力学的加工法やエツチング液を用い
る湿式エツチング法が用いられている。しかし、これら
従来の加工方法では加工が非常に困難で、加工精度も低
い。
そのため、近年、代替加工方法としてレーザ加工法が開
発されつつある。しかしながら、このレーザ加工法も、
例えば水晶ではエキシマレーザの紫外光を殆ど透過する
等、透明材料ではレーザを透過するため、単にレーザを
照射して除去加工することは甚だ困難である。そこで、
かなり高エネルギーのレーザ(例えば波長10.6μ−
のCO2レーザ: 50W/cs+2)を照射する、加
工と言うよりはむしろ損傷させるという類の方法や、ハ
ロゲン系ガス等をエツチングガスとして用いるレーザア
シストエツチング法(この技術については例えば J。
V ac、S ci、T echnol、B 3(5)
、5ep10ct 1985 P+445〜P1449
参照)をとっている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この従来のレーザ加工法も加工された側
壁が粗い、加工周辺部が損傷を受ける、エツチングガス
を用いる場合エツチングガス成分が被加工物内部に残留
するなど加工精度が悪いという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、レーザを透過する被加工物に、穴明け、切
断等の微細除去加工を、加工側壁を滑らかに、照射部周
辺に損傷を与えることなく、小さい切断幅で精度よく行
えるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明のレーザ加工方法は、レーザを透過する被加工
物の加工面に上記レーザに対する吸収係数の大きな物質
を付着させて上記レーザを照射し、上記物質とともに上
記被加工物を除去するようにしたものである。
また、レーザ照射によりレーザに対する吸収係数の大き
な物質を形成し放出する材料にレーザを照射し、上記レ
ーザを透過する被加工物の加工面に上記物質を付着させ
るようにしたものである。
また、レーザCVD化学気相薫着によりレーザに対する
吸収係数の大きな物質を、上記レーザを透過する被加工
物の加工面に付着させるようにしたものである。
[作用] 上記レーザに対する吸収係数の大きな物質にレーザを照
射することにより上記レーザを透過する被加工物も共に
除去され、加工された側壁を滑らかに、照射部周辺に損
傷を与えることなく、精度よく加工できる。その理由は
明白ではないが、レーザ照射によりレーザに対する吸収
係数の大きな物質が温度上昇し、その熱が被加工物表面
に伝わるために、本来その波長では加熱されない被加工
物が加熱されて蒸発あるいは昇華が起こり、除去加工が
行なわれるためと推察される。
[実施例] この発明は照射レーザの波長に対し吸収のない、これを
透過する材料の被加工物に、上記レーザに対する吸収係
数の大きな物質を付着させて上記レーザを照射し、上記
物質とともに上記被加工物を除去するようにして、穴明
け、溝掘り、切断等の微細除去加工を施すものである。
この発明において対象とするレーザの波長に対して吸収
のない、透過する被加工物としては、水晶基板、合成石
英基板、サフフイヤ基板等の透明材料が挙げられる。
また、この発明に係わるレーザに対する吸収係数の大き
な物質としては、5 X 103cm−’以上の吸収係
数を有するもので、できるだけ大きいものが望ましく、
例えばアモルファスカーボン(すす)、酸化チタン、ム
ライトなどのセラミクス、アルミ、シリコンなどの金属
が用いられる。
また、レーザを照射すると上記レーザに対する吸収係数
の大きな物質を形成し放出する材料としては、例えばポ
リイミドやポリアミドなどベンゼン環を持つ高分子材料
、セラミクス材料、金属材料が用いられる。
そして、加工に用いるレーザは特に限定するものではな
いが、紫外線パルスレーザを用いるのが好ましい。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
実施例1 第1図はこの発明の実施例1に係わるレーザ加工装置を
示す構成図であり、図において、(la)及び(1b)
はレーザ発振器、(2a)及び(2b)は光学系、(3
)はレーザを照射すると上記レーザに対する吸収係数の
大きな物質を形成し放出する材料、(4)は上記レーザ
の波長に対して吸収のない、透過する透明な被加工物、
(lla)及び(llb)はレーザビーム、(31)は
上記レーザに対する吸収係数の大きな物質である。
次に、上記装置を用いて、透明材料の加工を行なった具
体例について説明する。
この実施例においては、レーザ発振器(1aX1b)に
ArFエキシマレーザ、紫外線レーザに対する吸収係数
の大きな物質を形成し放出する材料(3)にポリイミド
フィルム、紫外線を透過する透明な被加工物(4)に厚
さ100μ−の水晶基板を用いた。
この実施例においては、除去加工用レーザビーム(ll
a)のエネルギー密度及びビーム径は3.8J/c閉2
及びφ150μ閣、レーザに対する吸収係数の大きな物
質(31)を被加工物(4)に付着させるための成膜用
レーザビーム(llb)のエネルギー密度及びビーム径
は0.4J/cm2及びφ300μ■とした。また照射
方法は、成膜用レーザビーム(llb)照射後、除去加
工用レーザビーム(lla)を照射する方法とした。
このような条件にてそれぞれ交互にlOOショット照射
して加工した。
まず、ポリイミドフィルムに紫外線パルスレーザを照射
すると紫外線レーザに対する吸収係数の大きなアモルフ
ァスカーボンが放出される。なお、この理由は明白では
ないが、紫外線パルスレーザの照射によりポリイミドが
分解して炭素が発生し、レーザの持つエネルギーにより
重合してアモルファスカーボンになると推察される。こ
のアモルファスカーボンにレーザを照射するとアモルフ
ァスカーボンは紫外線をよく吸収するので照射により温
度上昇する。従ってアモルファスカーボンが付着してお
り、且つレーザを照射された水晶基板表面の温度が上昇
し、蒸発が起こって加工されると考えられる。
このようにしてレーザにより穴明は加工した水晶基板の
加工状態を走査型電子顕微鏡で調べた結果を参考写真I
に示す。写真下方の150KVは加速電圧、X200は
倍率、100μ冒はそのすぐ上の白い横線スケールの長
さを表わしている。
この参考写真1より知られるごとく、この発明によれば
、本来は吸収がないため通常のレーザを照射するだけで
は加工できない水晶基板をArFエキシマレーザにより
微細除去加工できることがわかる。
実施例2 第2図はこの発明の実施例2に係わるレーザ加工装置を
示す構成図である0図において、(1)はレーザ発振器
、(2)は光学系、(3)はレーザを照射すると上記レ
ーザに対する吸収係数の大きな物質を形成し放出する材
料、(4)は上記レーザの波長に対して吸収のない透過
する透明な被加工物、(11)はレーザビーム、(31
)は上記レーザに対する吸収係数の大きな物質である。
次に、上記装置を用いて、透明材料の加工を行なった具
体例について説明する。
この実施例においても、レーザ発振器(1)にA「Fエ
キシマレーザ、紫外線をよく吸収する物質を形成し放出
する材料(3)にポリイミドフィルム、紫外線に対して
透明な被加工物(4)に厚さ100μ鰯の水晶基板を用
いた。またレーザビーム(11)のエネルギー密度及び
ビーム径は3.8J/cm2及びφ150μ■とした。
このような条件にて150シヨツト照射して加工した。
第3図(a)〜(d)はこの実施例のレーザ加工方法を
被加工物の加工状態を示して順に説明する説明図である
。レーザ発振器(1)より発振されたArFエキシマレ
ーザビーム(11)は水晶基板(4)を透過し、水晶基
板(0の裏面(この明細書ではレーザ入射側を表面、出
射側を裏面という)側に配置されたポリイミドフィルム
(3)を照射する(第3図a)。レーザビーム(11)
がポリイミドフィルム(3)に吸収され、アブレーショ
ン現象によりポリイミドフィルム(3)からレーザに対
する吸収係数の大きなアモルファスカーボン(31)が
放出され(第3図b)、水晶基板(0裏面に付着する(
第3図C)。
そして、後続のレーザビーム(11)がこのアモルファ
スカーボン(31)に吸収されることにより、アモルフ
ァスカーボン(31)と水晶基板(4)の界面が発熱し
、この作用により水晶基板(4)裏面がアモルファスカ
ーボン(31)とともに除去される(第3図d)。この
過程が順に繰り返され所望の除去加工がなされる。
このようにしてレーザにより穴明は加工した水晶基板の
加工状態を走査型電子顕微鏡で調べた結果を参考写真2
に示す。写真下方の150KVは加速電圧、x200は
倍率、IOθμ慣はそのすぐ上の白い横線スケールの長
さを表わしている。
この参考写真2より、実施例1と同様水晶基板をArF
エキシマレーザにより微II除去加工できることがわか
る。しかも表面から照射した実施例1に比へこの実施例
2の裏面からの方が加工形状がきれいであった。理由は
よくわからないが被加工物との界面部分でレーザの吸収
、発熱が起こるためと考えられる。
実施例3 上記実施例1. 2では被加工物の片面を除去加工する
ものについて示したが、この実施例3では被加工物の両
面から除去加工を施せるようにしたものを示す、第4図
、第5図はそれぞれこの発明の実施例3に係わるレーザ
加工装置を示す構成図で、第4図は第1図と第2図に示
す加工装置を組み合わせた構成となっており、第5図は
ビームスプリッタ(5)、ミラー(6)を配設し、1台
のレーザ発振器(1)で両面から加工できるように構成
している。
孔をあける場合など、片面のみから除去加工を行った場
合貫通時に周辺部に欠落が生じ、きれいな加工ができな
い虞があるが、この実施例では両面から除去加工を施す
ので貫通時の周辺部の欠落を防止でき、きれいな加工面
が得られる。
実施例4 第6図(a)〜(f)はこの発明の実施例4の加工方法
を被加工物の加工状態を示して順に説明する説明図であ
る。(30)はレーザ化学気相蒸着(以下CVDと記す
)によりレーザに対する吸収係数の大きな物質を形成す
る原料ガスである。
上記実施例ではレーザの照射によりレーザに対する吸収
係数の大きな物質を形成し放出する材料を用い、これに
レーザを照射して被加工物に吸収係数の大きな物質を付
着させるようにしているが、この実施例では、レーザに
対する吸収係数の大きな物質を形成する原料ガスを用い
、レーザCVDにより被加工物に吸収係数の大きな物質
を付着させるようにしている。
まず、レーザを透過する被加工物(4)をレーザCVD
によりレーザに対する吸収係数の大きな物質、この場合
はアモルファスカーボン(31)を形成するガス(30
)雰囲気中に設置して除去加工したい部分にレーザビー
ム(11)を照射するとく第6図a)、被加工物(4)
の表、裏画面にアモルファスカーボン膜(31)が形成
される(第6図b)。次いで、アモルファスカーボンI
!(31)形成時より高いエネルギー密度のレーザビー
ム(11)を照射する。形成されたアモルファスカーボ
ン膜(31)に レーザビーム(11)が吸収され、発
熱が生じると同時にアブレーション現象が生じる。この
時、アモルファスカーボン膜(31)が蒸発飛散するが
、被加工物(4)の飛散も同時に起き、結果として被加
工物が除去加工される(第6図C+d)、l!いて同様
にアモルファスカーボン膜(31)形成(第6図e)、
アモルファスカーボン膜(31)と被加工物(4)の除
去加工を繰り返し、被加工物に孔が形成される(@6図
f)。
例えば、1%アセチレン−99%水素あるいは、1%四
塩化炭素−99%水素等を用いアモルファスカーボンを
形成する場合、被加工物を真空槽内に設置し、真空槽内
の上記原料ガスの圧力を1OTorr以1とし、さらに
、レーザビームの照射方法は、まずアモルファスカーボ
ンが形成されやすいエネルギー密度0.3〜0.5J/
cr’、次に除去加工されやすいエネルギー密度3.8
J/cm2と交互に照射する方法とする。
なお、上記実施例1及び2では光学系に円形のマスクを
用いた場合について示したがが、所望する形状のマスク
を用いて型抜き加工を行なってもよい。
また、レーザに対する吸収係数の大きな物質を付着させ
る方法としては、上記実施例に限らず、少々面倒ではあ
るが塗布方法でもよいし、他の方法であっても良く、同
様の効果を奏する。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、レーザを透過する被
加工物の加工面に上記レーザに対する吸収係数の大きな
物質を付着させて上記レーザを照射し、上記物質ととも
に上記被加工物を除去するようにしたので、レーザ照射
部周辺に損傷を与えることなく、加工側壁を滑らかに、
切断幅を小さく、優れた加工精度てレーザを透過する透
明材料等の穴明け、切断等の微細除去加工が行える効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例1に係わる加工装置を示す構
成図、第2図はこの発明の実施例2に係わる加工装置を
示す構成図、第3図(a)〜(d)はこの実施例2のレ
ーザ加工方法を順に説明する説明図、第4図及び第5図
はそれぞれこの発明の実施例3に係わるレーザ除去加工
装置を示す構成図、第6図(a)〜(f)はこの発明の
実施例4の加工方法を順に説明する説明図である。 図において、(+)、(la)、(lb)・・・・・・
レーザ発振器、(3)・・−・−・レーザに対する吸収
係数の大きな物質を形成し放出する材料、(4) −・
・・・−レーザを透過する被加工物、(11)、(Il
a)、(llb) −−−−−−レーザビーム、(30
)−・・−・レーザに対する吸収係数の大きな物質を形
成する原料ガス、(31)・−・−・レーザに対する吸
収係数の大きな物質である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザを透過する被加工物に上記レーザを照射し
    て除去加工するものにおいて、上記被加工物の加工面に
    上記レーザに対する吸収係数の大きな物質を付着させて
    上記レーザを照射し、上記物質とともに上記被加工物を
    除去するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。
  2. (2)レーザ照射によりレーザに対する吸収係数の大き
    な物質を形成し放出する材料にレーザを照射し、上記レ
    ーザを透過する被加工物の加工面に上記物質を付着させ
    るようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザ加
    工方法。
  3. (3)レーザ化学気相蒸着によりレーザに対する吸収係
    数の大きな物質を上記レーザを透過する被加工物の加工
    面に付着させるようにしたことを特徴とする請求項1記
    載のレーザ加工方法。
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