(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料を通過したレーザービームをその裏面で集光させ、該集光点で該透明材料の裏面に接触する流動性物質がレーザービームを吸収し、該透明材料の融点付近まで温度上昇せるとともに高い圧力を発生させることにより、該透明材料の該集光点でのエッチング加工を行うレーザー誘起背面式の透明基板微細加工に使用される流動性物質であって、
レーザービーム吸収物質、及び該物質を高濃度に溶解して流動性物質とする溶媒に加え、前記レーザービームの波長に対し、短い波長の範囲に吸収領域を有し、それ自体、前記レーザービームに対する吸収特性を有していないが、前記レーザービーム吸収物質の発熱に伴い分解して、加工精度、加工速度を向上させる加工促進物質を添加することを特徴とする流動性物質。
【請求項２】
前記レーザービーム吸収物質として、食用黄色４号色素、食用黄色５号色素、食用赤色１０４号色素、赤色２１３号色素、緑色４０１号色素などの水溶性色素の少なくとも一つを使用し、前記溶媒として水を使用し、前記加工促進物質として、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩などのベンゼン誘導体有機酸塩を添加したことを特徴とする請求項１に記載の流動性物質。
【請求項３】
前記レーザー吸収物質として食用黄色５号色素を使用した場合、該食用黄色５号色素の飽和水溶液溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇのパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を前記加工促進物質として添加したことを特徴とする請求項２に記載の流動性物質。
【請求項４】
前記レーザー吸収物質として食用黄色５号色素を使用した場合、該食用黄色５号色素の飽和水溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇの安息香酸ナトリウム塩を前記加工促進物質として添加したことを特徴とする請求項２記載の流動性物質。
【請求項５】
前記レーザー吸収物質として食用赤色１０５号色素、赤色２１３号色素、ローダミン６Ｇ色素などの有機溶媒に溶解可能な色素の少なくとも一つを使用し、前記溶媒としてエタノールを使用し、トルエン、ベンゼンなど、照射するレーザービームの波長に吸収領域を持たない芳香族化合物誘導体を加工促進物質として添加することを特徴とする請求項１に記載の流動性物質。
【請求項６】
前記レーザー吸収物質としてローダミン６Ｇ色素を使用した場合、前記加工促進物質としてトルエンを使用し、エタノールに対してトルエンを体積比で０．１〜３の割合で混合し、前記ローダミン６Ｇ色素の該混合液の飽和溶液とした請求項５に記載の流動性物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーによる微細加工、特にレーザー誘起背面式の透明基板微細加工で使用される流動性物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、透明基板である石英ガラスの微細表面加工方法としては、次のような方法が知られている。
（１）多段階リソグラフィ法
適切なレジストを基板表面に製膜した後、リソグラフィによってパターニングし、イオン・ビームやプラズマ、または、フッ酸を用いてエッチングを行ない、その後、更にレジストを剥離する方法（特開平６−２８００６０号公報）。
（２）イオンエッチング法
イオン注入法により生じたエッチング速度の差を利用して、マスクレスの化学エッチングを行う方法（特開平７−２５６４７３号公報）。
（３）短波長レーザー法
透明材料が吸収できる短波長光を発振するレーザーを利用してドライエッチングを行う方法（特開平７−２５６４７３号公報）。
（４）極短パルスレーザー法
パルス幅がピコ秒以下の極短パルスレーザーを使用したドライエッチング法（Ｖａｒｅｌら：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ，ｖｏｌ．６５，ｐ．３６７，（１９９７））。
（５）レーザー誘起プラズマ法
金属基板をガラスの後方に置いて、レーザーを照射し、金属から発生したプラズマを利用して行う方法（特許第３４０１４２５号公報）。
（６）レーザー吸収率の高い成分を生成させる方法
レーザー吸収率の高い成分をあらかじめ生成させたガラス表面層からなる被加工物に向けてレーザーを照射する方法（特開２０００−６１６６７号公報）。
（７）ガラス基板表面に顔料などの光吸収層を形成後、レーザー加工を行う方法
ガラス基板表面に顔料等の光吸収層を形成・付着させ、該表面に向けてレーザーを照射する。光吸収層がレーザーエネルギーを吸収して、ガラス基板表面に高温・高圧のプラズマ状態が発生し、表面層のガラスを溶融・除去する方法（特開２０００−３０１３７２号公報、特許第３００１８１６号公報、特開昭６０−２５７９８５号公報）。
【０００３】
しかしながら、上記（１）の方法は、フォトリソグラフィ技術に基づいているので、レジストの塗膜、乾燥、露光、現像、エッチング、剥離などの多数の複雑な工程が必要であり、微細加工するための時間効率が低いという問題がある。
（２）の方法は集光できるイオン注入装置が必要であり、加工できる範囲が小さく時間効率が低いために量産に向いていないという問題がある。
（３）及び（４）の方法では高真空環境が必要であり、エネルギー効率も悪く、量産に向いていないという問題がある。
（５）の方法では真空雰囲気を利用するか、金属基板とガラスを密着させなければ加工ができないという問題点がある。
（６）の方法ではレーザー吸収率の高い成分を生成させることが必須となるので、加工素材を自由に選ぶことができないなどの問題点がある。
そして、（７）の方法では、加工しなかった部分の光吸収層を除去する工程が必要であり、時間効率が低いという問題点がある。
【０００４】
このようなことを背景にして、本発明者は、他の発明者とともに、下記特許文献１に示されるように、セル内に注入されたレーザー吸収性の流動性物質を透明材料の裏面に直接接触させ、透明材料の表面からのレーザービームの照射を行う加工方法、すなわちレーザー誘起背面式の透明基板微細加工方法を提案している。この加工方法では、透明材料の表面から強度範囲が０．０１Ｊ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅから１００Ｊ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅまでのレーザービームを照射して、その裏面にレーザービームを集光させることにより、集光部分において流動性物質がレーザービームを吸収して起こるレーザー誘起光熱反応を利用したガラスの表面のエッチングによって透明材料の裏面に所定の微細加工を行うことを提案している。
【０００５】
こうしたレーザー誘起光熱反応では、レーザービームの集光部分において急速な温度、圧力の上昇が引き起こされることが知られており、下記非特許文献１では、レーザービームの吸収により温度が上昇して２０００度になること、非特許文献２ではレーザービーム吸収直後の圧力が１０−２００ＭＰａになることを報告している。
【０００６】
また、関連する発明として下記特許文献２では、レーザーの集光位置を位置計測データに用いて制御することを、特許文献３では、透明材料の裏面位置を直接規制する基準プレートを設け、表面側の第１ホルダープレートとで透明材料を挟持し、透明材料の裏面において流動性物質を収容するセルを第２ホルダープレートにより押圧固定することを、そして、特許文献４では、透明基板表面に有機薄膜を形成した後、レーザー波長に強い吸収をもつ流動性物質を接触させた状態で、透明基板の有機薄膜とは反対側からレーザービームを照射することにより、透明基板上にパターン化された有機薄膜を形成すると同時に透明基板にエッチングを形成することをそれぞれ提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０１２９２６号公報
【特許文献２】特許第４５６５１１４号公報
【特許文献３】特許第４２３１９２４号号公報
【特許文献４】特許第４２１４２３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｗａｎｇら：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ，ｖｏｌ．６８，ｐ．１１１，（１９９９）
【非特許文献２】Ｋａｗａｇｕｃｈｉら：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ，ｖｏｌ．７９，ｐ．８８３，（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このようなレーザー誘起背面式の透明基板微細加工方法は、従来の紫外光を用いる方法などと対比して、一万分の一程度のエネルギーのレーザー強度で十分であり、真空雰囲気が不要で、しかも一段階で連続的に透明材料を精密かつ微細なエッチングを可能とする点では画期的であるが、レーザービームが、例えばガラス等の透明材料を透過して流動性物質に到達する必要があるため、透明材料の光透過率が低い場合には、裏面の加工が起こる前に入射面の損傷が生じるという問題点があり、レーザービームの強度を過度に上げることができず、加工効率に限界がある。
【００１０】
また、透過率が高い場合でも、加工効率を高めるためにレーザービームの強度を上げても、透明材料の裏面の集光部分において、流動性物質の温度・圧力の上昇が安定せず、未加工部分が残存し、加工精度を低下させることがあった。このような、未加工部分の発生は、例えば、ガラス材料にマーキングをする場合には、マーキング内容の読み取りができなくなる等加工品位を低下させる。また、これを避けるためには、未加工部分は同一箇所のビーム走査を多数繰り返すことにより、見かけ上未加工部分を低減することができるが、その場合は加工に時間がかかることとなり、さらに、加工の深さに不均一が生じるため、加工溝をマイクロ流路として用いる場合などに問題になる。
そこで、本発明は、こうしたレーザー誘起背面式の透明基板微細加工方法において、裏面で加工が起こるのに必要なエネルギー値を低減するとともに、加工効率を上げながら未加工部分による加工精度低下を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、発明者は、ガラス裏面に存在するセル内の流動性物質に注目し、レーザー集光時の発熱効率を高めることにより、低強度のレーザービームでも効率よく、しかも精度の高い加工を実現した。
ここで、上記特許文献１、２には、セル内の流動性物質に関しては、ピレンのアセトン溶液、ベンジルのアセトン溶液、ピレンのテトラヒドロフラン溶液、ローダミン６Ｇのエタノール溶液、フタロシアニンのエタノール溶液などのような芳香族環を含む有機化合物の溶液、有機色素化合物を含む溶液、ベンゼン、トルエン、四塩化炭素などのような液体状の化合物などが挙げられている。また、有機化合物、有機色素、無機顔料、あるいは炭素などの微粒子などを分散して作った溶液や、有機化合物、有機色素、無機顔料、あるいは炭素粉末などの微粒子や微結晶で作った流動性粉体などが挙げられている。
【００１２】
これらの流動性物質は、用いるレーザービームの波長に対して高い吸収率を有する必要がある。そのために流動性物質は、溶解して特定のレーザービームの波長に高い吸収性をもつレーザービーム吸収性物質（色素、ピレン、ベンジル、ローダミン６Ｇなど）、その物質を高濃度（例えば、０．１ｍｏｌｄｍ−３以上の濃度）に溶解可能な液体状物質、すなわち溶媒（アセトン、テトラヒドロフラン、エタノールなど）に溶解したものからなるが、本発明では、それ自体レーザービームを吸収する機能、あるいは、レーザー吸収物質を多量に溶解する機能をもたないが、レーザービームの吸収によってつくられる流動性物質の高温・高圧状態の発生に伴って反応し、付加的に熱や圧力を発生させて、あるいは、反応生成物がガラスに付着するなどして付加的な熱や圧力の発生源となることによって加工効率、加工精度を促進する加工促進物質を添加することにより、レーザービーム集光時の加工効率、加工精度を高めるようにした。
【００１３】
具体的には、本発明のレーザー誘起背面式の透明基板微細加工に使用される流動性物質は、次のように構成される。
（１）透明材料を通過したレーザービームをその裏面で集光させ、該集光点で該透明材料の裏面に接触する流動性物質がレーザービームを吸収し、該透明材料の融点付近まで温度上昇せるとともに高い圧力を発生させることにより、該透明材料の該集光点でのエッチング加工を行うレーザー誘起背面式の透明基板微細加工に使用される流動性物質であって、レーザービーム吸収物質、及び該物質を高濃度に溶解して流動性物質とする溶媒に加え、前記レーザービームの波長に対し、短い波長の範囲に吸収領域を有し、それ自体、前記レーザービームに対する吸収特性を有していないが、前記レーザービーム吸収物質の発熱に伴い分解して、加工精度、加工速度を向上させる加工促進物質を添加した。
【００１４】
（２）上記（１）の流動性物質において、前記レーザービーム吸収物質として、食用黄色４号色素、食用黄色５号色素、食用赤色１０４号色素、赤色２１３号色素、緑色４０１号色素などの水溶性色素の少なくとも一つを使用し、前記溶媒として水を使用し、前記加工促進物質として、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩などのベンゼン誘導体有機酸塩を添加した。
【００１５】
（３）上記（２）の流動性物質において、前記レーザービーム吸収物質として食用黄色５号色素を使用した場合、食用黄色５号色素の飽和水溶液溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇのパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を前記加工促進物質として添加した。
【００１６】
（４）上記（２）の流動性物質において、前記レーザービーム吸収物質が食用黄色５号色素を使用した場合、食用黄色５号色素の飽和水溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇの安息香酸ナトリウム塩を前記加工促進物質として添加した。
【００１７】
（５）上記（１）の流動性物質において、前記レーザービーム吸収物質として食用赤色１０５号色素、赤色２１３号色素、ローダミン６Ｇ色素などの有機溶媒に溶解可能な色素の少なくとも一つを使用し、前記溶媒としてエタノールを使用し、トルエン、ベンゼンなど、照射するレーザービームの波長に吸収領域を持たない芳香族化合物誘導体を加工促進物質として添加した。
【００１８】
（６）上記（５）の流動性物質において、前記レーザービーム吸収物質としてローダミン６Ｇ色素を使用した場合、前記加工促進物質としてトルエンを使用し、エタノールに対してトルエンを体積比で０．１〜３の割合で混合し、前記ローダミン６Ｇ色素の該混合液の飽和溶液とした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、レーザービーム吸収物質、及び該物質を高濃度に溶解して流動性物質とする溶媒に加え、それ自体、レーザービームに対する吸収特性を有していないが、前記レーザービーム吸収物質の発熱に伴い分解して、熱や圧力を付加的に発生させる加工促進物質を添加したので、必要とするレーザービーム強度に対する加工閾値を低下させ、より低強度のレーザビームによる加工を可能にするともに、同一のレーザービームの強度を使用した場合、従来の流動性物質と比較して加工効率を増大させ、未加工部分の発生を抑制した安定した加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明で使用するレーザー誘起背面式加工装置の全体図。
【図２】加工深さとレーザーエネルギー依存特性図。
【図３】食用黄色５号色素、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩のレーザービームに対する吸収スペクトル図。
【図４】レーザー誘起背面式の透明基板微細加工の概念図。
【図５】流動性物質としてローダミン６Ｇ色素をエタノールに溶解した加工促進物質を添加していない飽和溶液を用いた、比較例の未加工部分の残存した加工結果を示す図。
【図６】流動性物質として、本発明の実施例であるレーザービーム吸収物質としてローダミン６Ｇ色素、溶媒としてエタノール、加工促進物質としてトルエンを使用した実施例の加工結果を示す図。
【図７】同実施例において、レーザー強度を０．１０８ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１以上にした場合のクラックの発生状況を示す図。
【図８】２種類の溶液を用いた場合のレーザー強度と加工状態の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２２】
まず、本発明で使用する加工装置の概要を図１に示す。
全固体レーザー発振器１から出力されるレーザービームは、ビームエキスパンダー２により拡大された後、ガルバノ走査鏡３、Ｆ−θレンズ４、ミラー５を介して、石英ガラス等の透明材料６に照射され、その裏面に集光するようになっている。
一方、透明材料６の裏面には、流動性物質を収容するセル７の開口面が押圧され、シールリングなどにより液密に封止され、流動性物質に直接接触している。
【００２３】
全固体レーザー発振器１及びガルバノ走査鏡３は、制御用コンピューター８により制御され、予め入力された加工情報に基づいて、全固体レーザー発振器１から出力されるレーザービームの強度及びガルバノ走査鏡３による照射位置が制御される。
透明材料６を通過したレーザービームをその裏面で集光し、その集光点で、透明材料６の裏面に接触する流動性物質がレーザービームを吸収して、レーザー誘起光熱反応により、高温、高圧状態をつくり加工が行われる。したがって、制御用コンピューター８に予め形状や深さ等の加工情報を入力しておけば、レーザービームの強度及びガルバノ走査鏡３による照射位置が連続的に制御され、透明材料６の裏面に加工情報に沿った加工を行うことができる。
【００２４】
以下、各実施例に沿って、本発明の流動性物質を説明する。
（実施例１）
この実施例では、レーザービーム吸収物質として食用黄色５号色素、これを溶解する溶媒として水）、そして、加工促進物質としてパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を使用し、食用黄色５号色素の飽和水溶液にパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を溶液１ｍLあたり０．２５ｇ添加した溶液を流動性物質として調製し、これをセル７内に収容して加工を実施した。
【００２５】
比較例として、加工促進物質であるパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を添加せず、レーザービーム吸収物質である食用黄色５号色素のみの飽和水溶液をセル７内に収容される流動性物質として、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザーの第３高調波（波長３５５ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ）のレーザーパルス光を、パルス繰り返し周波数１０ｋＨｚ、レーザー強度０．０４ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１の条件で出射し、Ｆ−θレンズを通して集光し、ガルバノ走査鏡により６０ｍｍ／ｓの速度で走査した。
厚さ１．３ｍｍのソーダライムガラス基板を通して、その基板の裏面に配置した食用黄色５号色素の飽和水溶液とガラスの界面に対する照射をしたところ、同一線上のビーム走査を２回繰り返しても加工は起こらなかった。
そこで、全固体レーザー発振器１の出力を上げ、強度を０．０６ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１まで上昇させたところ、同一線上のビーム走査を２回繰り返すことによって、はじめて幅１１μｍ、深さ０．８μｍの溝が形成された。
【００２６】
一方、本実施例の流動物質をセル７内に収容して加工を実施したところ、レーザー強度０．０４ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１での照射によっても溝構造が形成された。同一線上のビーム走査を２回繰り返すことによって得られた溝構造にはクラックの発生等の損傷はまったく見られず、幅は９μｍ、深さ０．３μｍであった。
さらに、強度を０．０６ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１まで増加することにより得られた溝は幅は１３μｍ、深さ１．２μｍであり、同条件で加工促進物質であるパラトルエンスルホン酸塩を加えずに作成された場合と比較して溝深さが１．５倍に増加し、しかも、得られた溝構造にはクラックの発生等の損傷、あるいは溝深さが所定の値に満たない未加工部分はまったく発生しなかった。
【００２７】
この実施例では、食用黄色５号色素の飽和水溶液に対し、加工促進物質として、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を溶液１ｍLあたり０．２５ｇ添加した溶液を流動性物質として調製したが、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩の添加量は、加工促進効果や、水に対する飽和濃度、さらには、食用黄色５号色素の溶解濃度への影響等に基づいて、適宜定めればよい。一般的には、溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇが好適である。
【００２８】
（実施例２）
次に、実施例２では、上記のレーザービーム吸収物質である食用黄色５号色素の飽和水溶液に対し、加工促進物質として安息香酸ナトリウム塩を溶液１ｍLあたり０．１２ｇ添加した溶液を調製した。
この溶液を使用して加工を実施したところ、レーザー強度０．０４ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１での照射によっても溝構造が形成された。同一線上のビーム走査を２回繰り返すことによって得られた溝構造にはクラックの発生等に起因する損傷はまったく見られず、幅は７μｍ、深さ０．２μｍであった。レーザー強度を０．０６ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１まで増加することにより得られた溝は幅は１２μｍ、深さ１．１μｍであり、先に示した食用黄色５号色素の飽和水溶液を使用した場合と比較して、溝深さが１．４倍に増加し、しかも、得られた溝構造にはクラックの発生等の損傷、あるいは溝深さが所定の値に満たない未加工部分はまったく発生しなかった。
【００２９】
図２に、実施例１、２及び比較例の加工深さとレーザーエネルギー依存特性図を示す。
この図から分かるように、加工促進物質として、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩を使用した実施例１、安息香酸ナトリウム塩を使用した実施例２とも、これらを添加しない食用黄色５号色素の飽和水溶液（比較例）と比較して、加工が開始されるレーザービーム強度、すなわち加工閾値が低下し、しかも、同一のレーザービームの強度に対し、加工深さを増大できることを示している。
【００３０】
この実施例では、食用黄色５号色素の飽和水溶液に、加工促進物質として安息香酸ナトリウム塩を溶液１ｍLあたり０．１２ｇ添加した溶液を流動性物質として調製したが、安息香酸ナトリウム塩の添加量は、上述のように、加工促進効果や、水に対する飽和濃度、さらには、食用黄色５号色素の溶解濃度への影響等に基づいて適宜定めればよい。一般的には、溶液１ｍLあたり０．０１〜１．０ｇが好適である。
【００３１】
図３に、食用黄色５号色素、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩のレーザービームに対する吸収スペクトル図を示す。この図から分かるように、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩あるいは安息香酸ナトリウム塩は、照射したレーザービームの波長３５５ｎｍに対して、はるかに短い波長の範囲に吸収領域を有し、それ自体はこの波長のレーザービームを全く吸収しないことが分かる。
【００３２】
このようなパラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩が、レーザービーム強度の加工閾値を低下させ、加工効率、加工精度を高める理由を解析するため、レーザー誘起背面式の透明基板微細加工の概念図を図４に示す。
入射したレーザーは溶液内の色素分子によって吸収されて熱に変換され、前述のようにに２０００度まで温度上昇し（上記非特許文献１）また、レーザービーム吸収直後の圧力が１０−２００ＭＰａになる（上記非特許文献２）。
【００３３】
このような高温、高圧下では、この領域に存在する色素や溶媒の分子は一部分解し、この領域に存在する、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩も、高温にさらされることで分解し、結合エネルギーが解放されることで、熱や圧力を放出する、あるいは、分解物がガラスに付着するなどして付加的な熱や圧力の発生源として機能し、この領域のエネルギー密度増加に寄与することでエッチング加工を促進しているものと推測される。
したがって、流動性物質として水を溶媒とした水溶液を利用しているにもかかわらず、効率、精度の高い加工を実現することができ、有機溶媒を使用する場合と比較して、環境に優しく、しかも、解放空間での加工が可能になることから、設備投資を大幅に低減させることができる。
【００３４】
なお、実施例１、２では、溶媒として水を使用し、使用する波長３５５ｎｍのレーザービームに対し高い吸収率を示す水溶性のレーザービーム吸収物質として、食用黄色５号色素を使用したが、水溶性のレーザービーム吸収物質としては、このほかに、食用黄色４号色素、食用赤色１０４号色素、赤色２１３号色素、緑色４０１号色素などが挙げられ、これらの一つ、あるいはこれらを適宜混合して使用してもよい。また、加工促進物質としては、パラトルエンスルホン酸ナトリウム塩、安息香酸ナトリウム塩で代表される、いわゆる、水溶性のベンゼン誘導体有機酸塩が有効である。したがって、透明材料の材質、求められる加工精度あるいは照射するレーザービームの波長によって、レーザービーム強度の加工閾値を低下させるとともに、同一のレーザービームの強度に対し加工効率を増大させ、しかも未加工部分の発生を抑制した安定した加工が行われるよう、これらの水溶性レーザービーム吸収物質及び加工促進物質を種々組み合わせればよい。なお、水溶性のレーザービーム吸収物質については、いずれの場合も、選択した加工促進物質の存在下において、析出が発生しない飽和濃度とすることが好ましい。
【００３５】
（実施例３）
実施例３では、レーザービーム吸収物質として、ローダミン６Ｇ色素、これを溶解する溶媒としてエタノール、そして、加工促進物質としてトルエンを、エタノールに対し体積比１：１で混合し、ローダミン６Ｇ色素の飽和溶液を流動性物質として調製した。この種の加工に用いられている、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザーの第２高調波（波長５３２ｎｍ、パルス幅３５ｎｓ、パルス周波数５ｋＨｚ）のレーザーパルス光を使用し、Ｆ−θレンズを通して集光し、ガルバノ走査鏡により６０ｍｍ／ｓの速度で厚さ１．３ｍｍのソーダライムガラス基板を走査した。なお、エタノールは、ローダミン６Ｇを１ｍLあたり最大０．２ｍｏｌｄｍ−３の濃度で溶解できるため、ローダミン６Ｇを高濃度で溶解する溶媒として機能を有している。一方、トルエンも液体状ではあるが、溶解可能なローダミン６Ｇ色素はエタノールの１００００分の１以下であり、また、トルエン自体は、波長５３２nmのレーザービームを吸収する機能はない。
【００３６】
比較例として、流動性物質としてレーザービーム吸収物質であるローダミン６Ｇ色素を溶媒であるエタノールに溶解し、加工促進物質を加えない飽和溶液を用いた場合には、レーザー強度０．０４４ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１での照射によっては、加工は開始されず、レーザー強度０．０６７ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１で初めて溝構造の形成が確認された（図５）。しかし、その加工形状には、図６と同じ図形を描画しているにもかかわらず未加工部分がみられた。さらに、レーザー強度を０．１２０ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１以上にするとクラックの発生がみられた。
【００３７】
これに対し、本実施例の流動性物質を使用した場合、強度０．０４４ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１での照射によっても溝構造が形成され、同一線上のビーム走査を２回繰り返すことによって得られた溝構造にはクラックの発生等の損傷はまったく見られず、幅は２１μｍ、深さ０．７μｍであった。
さらに、レーザー強度を０．０６７ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１まで増加することにより得られた溝は幅が２４μｍ、深さ１．８μｍであり、この場合でも図６に見られるように、未加工部分の発生は見られなかった。
レーザー強度０．０８６ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１では、深さ２．９μｍの溝が得られており、同条件でトルエンを含まない比較例の溶液により作成された溝と比較して溝深さが２．９倍に増加し、得られた溝構造にはクラックの発生等の損傷はまったく見られなかった。ただし、レーザー強度を０．１０８ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１以上にすると、図７に見られるように、クラックの発生が生じた
【００３８】
図８に、本実施例の流動性物質を使用した場合のレーザー強度に対する加工状態についての実験結果を、エタノールのみの場合と比較して示す。
この図から分かるように、本実施例の場合に、０．０３１ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１から、一部未加工部分が存在するものの、加工が行われ、０．０５８ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１から０．０９７ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１に到るまで、精度の高い加工を実現することができる。
これに対し、エタノールのみの場合は、０．０５０ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１で加工が開始されるものの、未加工部分が発生し、しかも、０．１２０ｍＪ・ｐｕｌｓｅ−１から、クラックの発生がみられ、精度の高い加工が不可能であった。
【００３９】
なお、実施例３では、エタノールに対してトルエンを体積比で０．１〜３の溶媒としてエタノールを使用し、使用する波長５３２ｎｍのレーザービームに対し高い吸収率を示すレーザービーム吸収物質として、ローダミン６Ｇ色素を使用したが、レーザービーム吸収物質としては、このほかに、食用赤色１０５号色素、赤色２１３号色素などが挙げられ、これらの一つ、あるいはこれらを適宜混合して使用してもよい。また、加工促進物質としては、トルエンのほか、ベンゼンなど、照射するレーザービームの波長に吸収領域を持たない芳香族化合物誘導体が有効である。したがって、透明材料の材質、求められる加工精度あるいは照射するレーザービームの波長によって、レーザーエネルギーの加工閾値を低下させるとともに、同一のレーザーエネルギーに対し加工効率を増大させ、しかも未加工部分の発生を抑制した安定した加工が行われるよう、これらのレーザービーム吸収物質及び加工促進物質を種々組み合わせればよい。なお、有機溶媒溶解性のレーザービーム吸収物質については、いずれの場合も、選択した加工促進物質の存在下において、析出が発生しない飽和濃度とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明したとおり、本発明によれば、レーザー誘起背面式の透明基板微細加工に使用される流動性物質に、レーザービーム吸収物質の発熱に伴い分解して、熱や圧力を付加的に発生させる加工促進物質を添加したので、必要とするレーザービーム強度の加工閾値を低下させ、より低強度のレーザビームによる加工を可能にすることができる。さらに、従来の流動性物質と比較して加工効率を増大させるとともに、未加工部分の発生を抑制した安定した加工が実現できるので、ガラス等の透明材料の微細加工に広く採用されることが期待される。
【符号の説明】
【００４１】
１    全固体レーザー発振器
２    ビームエキスパンダー
３    ガルバノ走査鏡
４    Ｆ−θレンズ
５    ミラー
６    透明材料
７    セル
８    制御用コンピューター
【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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