JPH11216579A - ガラス基材のレーザ加工方法 - Google Patents
ガラス基材のレーザ加工方法Info
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- JPH11216579A JPH11216579A JP8068455A JP6845596A JPH11216579A JP H11216579 A JPH11216579 A JP H11216579A JP 8068455 A JP8068455 A JP 8068455A JP 6845596 A JP6845596 A JP 6845596A JP H11216579 A JPH11216579 A JP H11216579A
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Landscapes
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ光を用いてガラス基材上に微細な凹凸
パターンを短時間のうちに形成することができない。 【解決手段】 第１のミラー１を回動せしめることで、
発光源Ｌからのレーザ光のスポット位置はガラス基材４
表面において縦方向に移動し、第２のミラー２を回動せ
しめることで、レーザ光のスポット位置はガラス基材４
表面において横方向に移動する。したがって、これらの
動作を組み合わせることで、レーザ光のスポット位置を
ガラス基材４表面の任意の箇所に移動せしめることがで
きるので、一定の間隔でガラス基材４に凹部６を順次形
成することができる。
パターンを短時間のうちに形成することができない。 【解決手段】 第１のミラー１を回動せしめることで、
発光源Ｌからのレーザ光のスポット位置はガラス基材４
表面において縦方向に移動し、第２のミラー２を回動せ
しめることで、レーザ光のスポット位置はガラス基材４
表面において横方向に移動する。したがって、これらの
動作を組み合わせることで、レーザ光のスポット位置を
ガラス基材４表面の任意の箇所に移動せしめることがで
きるので、一定の間隔でガラス基材４に凹部６を順次形
成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガラスに対するレー
ザ加工方法に関する。
ザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信等に用いる光学部品やディスプレ
イ装置に組み込むマイクロレンズとしてガラス基板に微
細加工を施したものが用いられている。そして、ガラス
基板に微細加工を施すには、従来にあっては、フッ酸等
のエッチャントを用いたウェットエッチング（化学エッ
チング）、或いはリアクティブイオンエッチング等のド
ライエッチング（物理エッチング）によるのが一般的で
ある。
イ装置に組み込むマイクロレンズとしてガラス基板に微
細加工を施したものが用いられている。そして、ガラス
基板に微細加工を施すには、従来にあっては、フッ酸等
のエッチャントを用いたウェットエッチング（化学エッ
チング）、或いはリアクティブイオンエッチング等のド
ライエッチング（物理エッチング）によるのが一般的で
ある。
【０００３】しかしながら、ウェットエッチングにあっ
ては、エッチャントの管理と処理の問題があり、ドライ
エッチングにあっては真空容器等の設備が必要になり装
置自体が大掛かりとなり、更に複雑なフォトリソグラフ
ィー技術によってパターンマスク等を形成しなければな
らず効率的でない。
ては、エッチャントの管理と処理の問題があり、ドライ
エッチングにあっては真空容器等の設備が必要になり装
置自体が大掛かりとなり、更に複雑なフォトリソグラフ
ィー技術によってパターンマスク等を形成しなければな
らず効率的でない。
【０００４】一方、レーザ光は強力なエネルギーを有
し、照射された材料の表面温度を上げ、照射された部分
をアブレーション（爆蝕）或いは蒸発せしめて種々の加
工を施すことが従来から行われている。特にレーザ光は
極めて小さなスポットに絞ることができるので、微細加
工に適している。
し、照射された材料の表面温度を上げ、照射された部分
をアブレーション（爆蝕）或いは蒸発せしめて種々の加
工を施すことが従来から行われている。特にレーザ光は
極めて小さなスポットに絞ることができるので、微細加
工に適している。
【０００５】そこで、特開昭５４−２８５９０号公報に
は、予め３００〜７００℃に加熱したガラス基板をテー
ブル上に固定し、このテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させ
つつレーザ光を照射することで、ガラス基板表面を加工
することが開示されている。
は、予め３００〜７００℃に加熱したガラス基板をテー
ブル上に固定し、このテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させ
つつレーザ光を照射することで、ガラス基板表面を加工
することが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ガラ
ス基板を固定したテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させるこ
とで、凹凸をガラス基板に形成することができるのであ
るが、凹凸形状が極めて微細な場合には、テーブルを移
動させることで対処することはできない。また、テーブ
ルを移動させると塵埃が発生し、これが製品の欠陥の原
因になり、歩留りの低下をきたす。
ス基板を固定したテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させるこ
とで、凹凸をガラス基板に形成することができるのであ
るが、凹凸形状が極めて微細な場合には、テーブルを移
動させることで対処することはできない。また、テーブ
ルを移動させると塵埃が発生し、これが製品の欠陥の原
因になり、歩留りの低下をきたす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ガラス基材に対してレーザ光を照射し、レー
ザ光エネルギーをガラスに吸収させ、このエネルギーに
よる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラス
を除去するようにしたガラスのレーザ加工方法におい
て、前記レーザ光の光路を光路変更手段によって変更す
ることで、ガラス基材に照射されるレーザ光のスポット
位置を移動し、ガラス表面に微細な凹部を形成するよう
にした。
本発明は、ガラス基材に対してレーザ光を照射し、レー
ザ光エネルギーをガラスに吸収させ、このエネルギーに
よる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラス
を除去するようにしたガラスのレーザ加工方法におい
て、前記レーザ光の光路を光路変更手段によって変更す
ることで、ガラス基材に照射されるレーザ光のスポット
位置を移動し、ガラス表面に微細な凹部を形成するよう
にした。
【０００８】ここで、光路変更手段としては、ガラス基
材上でレーザ光のスポット位置を縦方向に移動せしめる
第１のミラーと、ガラス基材上でレーザ光のスポット位
置を横方向に移動せしめる第２のミラーとで構成するこ
とが考えられる。そして、ミラーを用いる場合には、電
流値に応じて微小角度回動するガルバノミラーを用いる
ことが好ましい。
材上でレーザ光のスポット位置を縦方向に移動せしめる
第１のミラーと、ガラス基材上でレーザ光のスポット位
置を横方向に移動せしめる第２のミラーとで構成するこ
とが考えられる。そして、ミラーを用いる場合には、電
流値に応じて微小角度回動するガルバノミラーを用いる
ことが好ましい。
【０００９】ところで、レーザ光エネルギーをガラス基
材に吸収させ、アブレーション等によってガラスの一部
を除去する場合、割れや欠けが発生したり、更には加工
痕が平滑になりにくい。これを解消するには、ガラス基
材にＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀
を含有せしめることが好ましい。
材に吸収させ、アブレーション等によってガラスの一部
を除去する場合、割れや欠けが発生したり、更には加工
痕が平滑になりにくい。これを解消するには、ガラス基
材にＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀
を含有せしめることが好ましい。
【００１０】即ち、Ａg原子、ＡgコロイドまたはＡgイ
オンの形態で銀を含有せしめると、Ａgイオンが還元せ
しめられてコロイド（Ａgの超微粒子）となり、このコ
ロイドがレーザ光エネルギーを吸収し、このエネルギー
による溶融、蒸発若しくはアブレーションを生じ、ガラ
スの一部が除去される。そして、Ａgイオンの濃度がガ
ラス基材の厚み方向において等しいと、最表面から順番
にアブレーションが生じないでガラス内部でアブレーシ
ョンが生じ、割れや欠けにつながる。そこで、レーザ加
工に用いるガラス基材としては、表面から所定の深さま
で或いは全体に亘ってＡg原子、ＡgコロイドまたはＡg
イオンの形態で銀が含有され、且つ銀の濃度として、加
工が施される側の表面における濃度が最も高く、徐々に
他の面側に向かって濃度が低下するように濃度勾配が形
成されていることが好ましい。
オンの形態で銀を含有せしめると、Ａgイオンが還元せ
しめられてコロイド（Ａgの超微粒子）となり、このコ
ロイドがレーザ光エネルギーを吸収し、このエネルギー
による溶融、蒸発若しくはアブレーションを生じ、ガラ
スの一部が除去される。そして、Ａgイオンの濃度がガ
ラス基材の厚み方向において等しいと、最表面から順番
にアブレーションが生じないでガラス内部でアブレーシ
ョンが生じ、割れや欠けにつながる。そこで、レーザ加
工に用いるガラス基材としては、表面から所定の深さま
で或いは全体に亘ってＡg原子、ＡgコロイドまたはＡg
イオンの形態で銀が含有され、且つ銀の濃度として、加
工が施される側の表面における濃度が最も高く、徐々に
他の面側に向かって濃度が低下するように濃度勾配が形
成されていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
ガラスのレーザ加工方法の実施に適用される加工装置の
概略構成図であり、加工装置はレーザ光の発光源Ｌ、第
１のミラー１、第２のミラー２、レンズ３及び板状のガ
ラス基材４を固定するテーブル５から構成される。
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
ガラスのレーザ加工方法の実施に適用される加工装置の
概略構成図であり、加工装置はレーザ光の発光源Ｌ、第
１のミラー１、第２のミラー２、レンズ３及び板状のガ
ラス基材４を固定するテーブル５から構成される。
【００１２】そして、第１のミラー１及び第２のミラー
２は通電される電流値に応じて微小角度回動するガルバ
ノミラーとされ、第１のミラー１と第２のミラー２とは
回動軸が直交するように配置されている。また、レンズ
３は第２のミラー２にて反射したレーザ光を同一平面、
この実施例の場合にはガラス基材４表面に焦点を結ぶよ
うにしたものである。
２は通電される電流値に応じて微小角度回動するガルバ
ノミラーとされ、第１のミラー１と第２のミラー２とは
回動軸が直交するように配置されている。また、レンズ
３は第２のミラー２にて反射したレーザ光を同一平面、
この実施例の場合にはガラス基材４表面に焦点を結ぶよ
うにしたものである。
【００１３】以上において、第１のミラー１を回動せし
めることで、発光源Ｌからのレーザ光のスポット位置は
ガラス基材４表面において縦方向に移動し、第２のミラ
ー２を回動せしめることで、レーザ光のスポット位置は
ガラス基材４表面において横方向に移動する。したがっ
て、これらの動作を組み合わせることで、レーザ光のス
ポット位置をガラス基材４表面の任意の箇所に移動せし
めることができるので、図２に示すように、一定の間隔
でガラス基材４に凹部６を順次形成することができる。
めることで、発光源Ｌからのレーザ光のスポット位置は
ガラス基材４表面において縦方向に移動し、第２のミラ
ー２を回動せしめることで、レーザ光のスポット位置は
ガラス基材４表面において横方向に移動する。したがっ
て、これらの動作を組み合わせることで、レーザ光のス
ポット位置をガラス基材４表面の任意の箇所に移動せし
めることができるので、図２に示すように、一定の間隔
でガラス基材４に凹部６を順次形成することができる。
【００１４】次に、上記の装置を用いた具体的な実施例
を説明する。 （実施例）ガラス基材としては、ＳiＯ2を主成分とし、
これにＡl2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｎa2Ｏ、Ｆ等を含む厚さ２ｍ
ｍの珪酸塩ガラスとした。このガラス基材を硝酸銀と硝
酸ナトリウムを５０mol%−５０mol%で混合した溶融塩
（３００℃に保持）中に８６時間浸漬して、ガラス表面
のＮaイオンを溶出せしめ、溶融塩中のＡgイオンをガラ
ス中に拡散せしめた。Ａgが拡散した層の厚さをＸ線マ
イクロアナライザーで測定したところ約１６０μｍであ
った。
を説明する。 （実施例）ガラス基材としては、ＳiＯ2を主成分とし、
これにＡl2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｎa2Ｏ、Ｆ等を含む厚さ２ｍ
ｍの珪酸塩ガラスとした。このガラス基材を硝酸銀と硝
酸ナトリウムを５０mol%−５０mol%で混合した溶融塩
（３００℃に保持）中に８６時間浸漬して、ガラス表面
のＮaイオンを溶出せしめ、溶融塩中のＡgイオンをガラ
ス中に拡散せしめた。Ａgが拡散した層の厚さをＸ線マ
イクロアナライザーで測定したところ約１６０μｍであ
った。
【００１５】上記のガラス基材をテーブル上に固定し、
Ｎd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍのレ
ーザ光のスポット位置を移動することでガラス基材上に
１２５μｍ間隔で複数の凹部を形成した。使用したレー
ザ光のパルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５
Ｈzで、１パルスあたりの照射エネルギーは、３０Ｊ／c
m2／pulseとし、１ヵ所につき１００ショット照射し
た。
Ｎd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍのレ
ーザ光のスポット位置を移動することでガラス基材上に
１２５μｍ間隔で複数の凹部を形成した。使用したレー
ザ光のパルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５
Ｈzで、１パルスあたりの照射エネルギーは、３０Ｊ／c
m2／pulseとし、１ヵ所につき１００ショット照射し
た。
【００１６】以上によって得られたガラス基材４の凹部
６に、図３に示すように高屈折率樹脂７を充填すること
で、平板型マイクロレンズアレイ１０を製作することが
できる。
６に、図３に示すように高屈折率樹脂７を充填すること
で、平板型マイクロレンズアレイ１０を製作することが
できる。
【００１７】また、図４は上記の平板型マイクロレンズ
アレイ１０と組み合わせることで１つの素子となった２
次元光ファイバーアレイ２０を示し、この２次元光ファ
イバーアレイ２０も前記平板型マイクロレンズアレイ１
０と同様に、ガラス基材２１に対しレーザ光にて貫通孔
２２を形成し、この貫通孔２２内に光ファイバ２３の一
端を挿入し、紫外線硬化樹脂２４によって固めることで
得られる。そして貫通孔２２を形成する位置を前記平板
型マイクロレンズアレイ１０のレンズ部に対応する位置
とすることで、図４に示すように、平板型マイクロレン
ズアレイ１０のレンズ部に入射した光線が収束して光フ
ァイバ２３の端面から光ファイバー２３内に入射する。
アレイ１０と組み合わせることで１つの素子となった２
次元光ファイバーアレイ２０を示し、この２次元光ファ
イバーアレイ２０も前記平板型マイクロレンズアレイ１
０と同様に、ガラス基材２１に対しレーザ光にて貫通孔
２２を形成し、この貫通孔２２内に光ファイバ２３の一
端を挿入し、紫外線硬化樹脂２４によって固めることで
得られる。そして貫通孔２２を形成する位置を前記平板
型マイクロレンズアレイ１０のレンズ部に対応する位置
とすることで、図４に示すように、平板型マイクロレン
ズアレイ１０のレンズ部に入射した光線が収束して光フ
ァイバ２３の端面から光ファイバー２３内に入射する。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
レーザ光によってガラス基材に所定形状の凹凸加工を施
すにあたり、ガラス基材については固定し、レーザ光の
光路をミラー等の光路変更手段によって変更して照射ス
ポット位置を移動するようにしたので、短時間のうちに
微細な凹凸パターンを正確にガラス基材上に形成するこ
とができる。
レーザ光によってガラス基材に所定形状の凹凸加工を施
すにあたり、ガラス基材については固定し、レーザ光の
光路をミラー等の光路変更手段によって変更して照射ス
ポット位置を移動するようにしたので、短時間のうちに
微細な凹凸パターンを正確にガラス基材上に形成するこ
とができる。
【００１９】また、ガラス基材を固定しているテーブル
を移動することがないので、塵埃の発生量を抑えること
ができ、製品の歩留りが向上する。
を移動することがないので、塵埃の発生量を抑えること
ができ、製品の歩留りが向上する。
【００２０】更に、光路変更手段を、ガラス基材上でレ
ーザ光のスポット位置を縦方向に移動せしめる第１のミ
ラーと、ガラス基材上でレーザ光のスポット位置を横方
向に移動せしめる第２のミラーとで構成することで、ガ
ラス基材上で任意の凹凸形状を形成することができ、し
かも前記ミラーをガルバノミラーとすることで、極めて
微細な加工が可能となる。
ーザ光のスポット位置を縦方向に移動せしめる第１のミ
ラーと、ガラス基材上でレーザ光のスポット位置を横方
向に移動せしめる第２のミラーとで構成することで、ガ
ラス基材上で任意の凹凸形状を形成することができ、し
かも前記ミラーをガルバノミラーとすることで、極めて
微細な加工が可能となる。
【００２１】また、加工に供するガラス基材として、表
面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、Ａg
コロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、且つ
銀の濃度として、加工が施される側の表面における濃度
が最も高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下する
ように濃度勾配が形成されているものを用いることで、
レーザ光の照射によるアブレーションや蒸発が最表面か
ら順次生じ、割れや欠けがなく、照射痕が平滑となる。
面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、Ａg
コロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、且つ
銀の濃度として、加工が施される側の表面における濃度
が最も高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下する
ように濃度勾配が形成されているものを用いることで、
レーザ光の照射によるアブレーションや蒸発が最表面か
ら順次生じ、割れや欠けがなく、照射痕が平滑となる。
【図１】本発明に係るガラスのレーザ加工方法の実施に
適用される加工装置の概略構成図
適用される加工装置の概略構成図
【図２】加工途中のガラス基材の斜視図
【図３】平板型マイクロレンズアレイの断面図
【図４】２次元光ファイバーアレイの断面図
１…第１のミラー、２…第２のミラー、３…レンズ、４
…ガラス基材、５…テーブル、６…ガラス基材に形成さ
れた凹部、１０…平板型マイクロレンズアレイ、２０…
２次元光ファイバーアレイ、Ｌ…レーザ光の発光源。
…ガラス基材、５…テーブル、６…ガラス基材に形成さ
れた凹部、１０…平板型マイクロレンズアレイ、２０…
２次元光ファイバーアレイ、Ｌ…レーザ光の発光源。
Claims (3)
- 【請求項１】 ガラス基材に対してレーザ光を照射し、
レーザ光エネルギーをガラスに吸収させ、このエネルギ
ーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガ
ラスの一部を除去するようにしたガラスのレーザ加工方
法において、前記レーザ光の光路を光路変更手段によっ
て変更することで、ガラス基材に照射されるレーザ光の
スポット位置を移動し、ガラス表面に微細な凹部を形成
するようにしたことを特徴とするガラスのレーザ加工方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のガラスのレーザ加工方
法において、前記光路変更手段はガラス基材上でレーザ
光のスポット位置を縦方向に移動せしめる第１のミラー
と、ガラス基材上でレーザ光のスポット位置を横方向に
移動せしめる第２のミラーとからなることを特徴とする
ガラスのレーザ加工方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載のガラスのレーザ加工方
法において、前記レーザ加工されるガラス基材には、表
面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、Ａg
コロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、更に
銀の濃度は加工が施される側の表面における濃度が最も
高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下するように
濃度勾配が形成されていることを特徴とするガラスのレ
ーザ加工方法。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06845596A JP3797703B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | ガラス基材のレーザ加工方法 |
| AU19413/97A AU1941397A (en) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | A laser processing method for a glass substrate, and a diffraction grating and a microlens array obtained therefrom |
| US09/155,125 US6220058B1 (en) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | Method of changing the surface of a glass substrate containing silver, by using a laser beam |
| DE69722673T DE69722673T2 (de) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | Laserherstellungsverfahren für Glassubstrate und so hergestellte Mikrolinsenmatrizen |
| DE69705827T DE69705827T2 (de) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | Laserherstellungsverfahren für glassubstrate, und damit hergestellte beugunggitter |
| EP97907322A EP0889855B1 (en) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | A laser processing method for a glass substrate, and a diffraction grating obtained thereby |
| PCT/JP1997/000822 WO1997035811A1 (en) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | A laser processing method for a glass substrate, and a diffraction grating and a microlens array obtained therefrom |
| EP00102470A EP1016634B1 (en) | 1996-03-25 | 1997-03-14 | A laser processing method for a glass substrate, and a microlens array obtained thereby |
| TW086103582A TW440551B (en) | 1996-03-25 | 1997-03-21 | A laser processing method for a silver containing glass substrate, and a diffraction grating and a microlens array obtained therefrom |
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1996
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|---|---|---|---|---|
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