(57)【要約】【課題】高い形状精度を有する貫通孔を形成することができるマイクロホールアレイの製造方法を提供する。【解決手段】ガラス板２に貫通孔を、レーザー光１０の照射によって複数形成するマイクロホールアレイの製造方法であって、ガラス板２の第１の主面２ａに、レーザー光１０に対して透明であり、かつ動粘度が２ｃＳｔ以下の透明液体１１を接触させる工程と、透明液体１１と接触する第１の主面２ａ側の部分に集光させて、レーザー光１０を第２の主面２ｂ側から照射し、孔部６を形成する工程と、レーザー光１０を集光させた部分を第１の主面２ａ側から第２の主面２ｂ側に移動させることにより、孔部６を貫通させ、貫通孔を形成する工程とを備え、貫通孔を形成する工程において、レーザー光１０の照射により生じるガラス屑を透明液体１１中に排出するように、孔部６において透明液体１１に接触している部分にレーザー光１０を集光させることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面及び第２の主面を有するガラス板に、前記第１の主面と前記第２の主面間を貫通する貫通孔を、レーザー光の照射によって複数形成するマイクロホールアレイの製造方法であって、
前記第１の主面に、前記レーザー光に対して透明であり、かつ動粘度が２ｃＳｔ以下の液体を接触させる工程と、
前記液体と接触する前記第１の主面側の部分に集光させて、前記レーザー光を前記第２の主面側から照射し、孔部を形成する工程と、
前記レーザー光を集光させた部分を前記第１の主面側から前記第２の主面側に移動させることにより、前記孔部を貫通させ、前記貫通孔を形成する工程とを備え、
前記貫通孔を形成する工程において、前記レーザー光の照射により生じるガラス屑を前記液体中に排出するように、前記孔部において前記液体に接触している部分に前記レーザー光を集光させる、マイクロホールアレイの製造方法。
【請求項２】
前記液体が、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤である、請求項１に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
【請求項３】
前記液体の前記レーザー光に対する吸収率が１％以下である、請求項１または２に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
【請求項４】
前記液体の動粘度が１ｃＳｔ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
【請求項５】
前記レーザー光が、１０ピコ秒以下のパルスレーザーのレーザー光である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
【請求項６】
前記ガラス板の厚みが１．５ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロホールアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホールアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー等の光学部品を、高精度に整列させて保持するための部材として、マイクロホールアレイが知られている。下記の特許文献１においては、ガラス板に光ファイバー等を保持するための貫通孔を、レーザー光の照射により形成する方法の一例が開示されている。この方法では、レーザー光に対して透明である液体をガラス板の一方主面に接触させ、液体と接触する該主面側の部分に集光させて、他方主面からレーザー光を照射することにより、貫通孔を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１２４７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、ガラス板にレーザー光を照射することにより生じるガラス屑が、ガラス板に形成した孔から効率的に排出されず、孔にガラス屑が詰まることがあった。特に、厚みが１ｍｍ以上のガラス板に貫通孔を形成する場合には、ガラス屑が孔に詰まり易い傾向があった。そのため、貫通孔を高い形状精度で形成することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、高い形状精度を有する貫通孔を形成することができるマイクロホールアレイの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマイクロホールアレイの製造方法は、第１の主面及び第２の主面を有するガラス板に、第１の主面と第２の主面間を貫通する貫通孔を、レーザー光の照射によって複数形成するマイクロホールアレイの製造方法であって、第１の主面に、レーザー光に対して透明であり、かつ動粘度が２ｃＳｔ以下の液体を接触させる工程と、液体と接触する第１の主面側の部分に集光させて、レーザー光を第２の主面側から照射し、孔部を形成する工程と、レーザー光を集光させた部分を第１の主面側から第２の主面側に移動させることにより、孔部を貫通させ、貫通孔を形成する工程とを備え、貫通孔を形成する工程において、レーザー光の照射により生じるガラス屑を液体中に排出するように、孔部において液体に接触している部分にレーザー光を集光させることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、液体が、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤であってもよい。
【０００８】
本発明においては、液体のレーザー光に対する吸収率が１％以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明においては、液体の動粘度が１ｃＳｔ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明においては、レーザー光が、１０ピコ秒以下のパルスレーザーのレーザー光であってもよい。
【００１１】
本発明においては、ガラス板の厚みが１．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い形状精度を有する貫通孔を形成することができるマイクロホールアレイの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。
【図２】本発明の一実施形態のマイクロホールアレイにおける貫通孔を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。
【図４】本発明の一実施形態のマイクロホールアレイの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１５】
（マイクロホールアレイ）
図１は、本発明の一実施形態のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。本実施形態のマイクロホールアレイ１は、ガラス板２に多数のマイクロホールとしての貫通孔３を形成することにより構成されている。本実施形態において、ガラス板２の縦方向の長さＬ１は、２０ｍｍであり、横方向の長さＬ２は、２０ｍｍである。貫通孔３は、横方向に１１個配列されており、縦方向に１６個配列されている。よって、本実施形態において、貫通孔３はガラス板２に１７６個形成されており、ガラス板２に１ｃｍ２あたり４４個形成されている。従って、貫通孔３は、ガラス板２に１ｃｍ２あたり３０個以上形成されている。貫通孔３の個数の上限値は、特に限定されるものではないが、一般には１０００個以下である。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態のマイクロホールアレイにおける貫通孔を示す模式的断面図である。図２に示すように、貫通孔３は、ガラス板２において第１の主面２ａから第２の主面２ｂに貫通するように形成されている。本実施形態において、貫通孔３は、ガラス板２の厚みｔ１方向に延びるように形成されている。本発明は、これに限定されるものではなく、ガラス板２の厚み方向ｔ１に対し傾斜する方向に貫通孔３が形成されていてもよい。
【００１７】
ガラス板２の厚みｔ１は、特に限定されないが、本実施形態では２．５ｍｍである。ガラス板２の厚みｔ１は、１．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが好ましい。ガラス板２の厚みｔ１をこのような範囲内にすることにより、貫通孔３に光ファイバー等を挿入して保持させた場合に、位置ずれを生じさせることなく、精度良く光ファイバー等を保持することができる。詳細は後述するが、本発明では、ガラス板２の厚みｔ１が１．５ｍｍ以上である場合においても、貫通孔３の孔開け加工の際に発生するガラス屑の排出を容易に行うことができ、貫通孔３となる孔部が閉塞することを防止できる。よって、本発明は、ガラス板２の厚みｔ１が１．５ｍｍ以上である場合に好適であり、厚みｔ１が２ｍｍ以上である場合に特に好適である。
【００１８】
本実施形態では、第１の主面２ａ側に、テーパー部４が形成されている。テーパー部４は、第１の主面２ａ側から貫通孔３に光ファイバー等を挿入する際、光ファイバー等を挿入しやすくするため形成されている。テーパー部４の最大径ｄ２は、３００μｍである。また、テーパー部４の厚みｔ２は、８０μｍである。第２の主面２ｂからテーパー部４までの間には、孔径ｄ１を有する円筒部分５が形成されている。なお、貫通孔３は、テーパー部４を有しなくともよい。貫通孔３の孔径ｄ１は、円筒部分５の孔径である。貫通孔３の孔径ｄ１は特に限定されないが、本実施形態では１２７μｍである。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態の変形例のマイクロホールアレイを示す模式的平面図である。マイクロホールアレイ２１の貫通孔２３は、平面視において、２つの円形が連なった形状を有する。平面視において、貫通孔２３における横断方向の長さを幅としたとき、貫通孔２３の幅が最も広い部分の幅ｄ２１は、本変形例では１２７μｍである。なお、幅ｄ２１は、貫通孔２３の平面形状において連なった２つの円形のうち一方の直径である。このように、貫通孔２３の平面形状は円形には限られない。
【００２０】
本発明のマイクロホールアレイの製造方法によれば、図２に示す貫通孔３の孔径ｄ１を、例えば１２７±１μｍと、高精度に形成することができる。同様に、図３に示す貫通孔２３の幅ｄ２１を１２７±１μｍと、高精度に形成することができる。以下において、マイクロホールアレイの製造方法を説明する。
【００２１】
（製造方法）
図４は、本発明の一実施形態のマイクロホールアレイの製造方法を説明するための模式的断面図である。本実施形態の製造方法では、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有するガラス板２に、第１の主面２ａと第２の主面２ｂ間を貫通する貫通孔を、レーザー光の照射によって形成する。
【００２２】
図４に示すように、ガラス板２の第１の主面２ａに透明液体１１を接触させる。透明液体１１は、レーザー光１０に対して透明であり、かつ動粘度が２ｃＳｔ以下の液体である。ここで、「透明」とは、レーザー光１０に対する液体の吸収率が小さいことを意味している。具体的には、レーザー光１０に対する透明液体１１の吸収率は、１％以下であることが好ましく、０．８％以下であることがさらに好ましく、０．５％以下であることが特に好ましい。
【００２３】
次に、透明液体１１と接触する第１の主面２ａ側の部分に集光させて、レーザー光１０を第２の主面２ｂ側から照射し、孔部６を形成する。形成した孔部６には、毛細管現象により透明液体１１が浸入する。次に、レーザー光１０を集光させた部分を第１の主面２ａ側から第２の主面２ｂ側に移動させることにより、孔部６を貫通させ、図２に示す貫通孔３を形成する。なお、このとき、ガラス板２にレーザー光１０を照射することにより生じるガラス屑を透明液体１１中に排出するように、孔部６において透明液体１１に接触している部分にレーザー光１０を集光させる。
【００２４】
本実施形態では、レーザー光１０に対する吸収率が小さい透明液体１１を用いているので、透明液体１１の気泡が膨張・収縮することによる衝撃波は生じ難い。そのため、ガラス屑が孔部６の壁面に固着し難い。さらに、透明液体１１の動粘度が２ｃＳｔ以下であるため、ガラス屑が透明液体１１中を移動し易く、孔部６からガラス屑を効率的に排出することができる。従って、貫通孔３の形成が阻害され難く、高い形状精度を有する貫通孔３を形成することができる。
【００２５】
なお、レーザー光１０の焦点を、例えば、渦巻き状に走査させながら移動させていくことにより、貫通孔３をより一層高い形状精度で形成することができる。
【００２６】
図３に示す貫通孔２３を形成する際には、図２に示す貫通孔３の形成と同様の方法により平面形状が円形の貫通孔を形成した後に、該貫通孔に連なるように、さらに平面形状が略円形の貫通孔を形成することが好ましい。これにより、幅ｄ２１のばらつきを効果的に小さくすることができる。なお、例えば、レーザー光１０の焦点を、貫通孔２３の平面形状となるように渦巻き状に走査させながら移動させていくことにより、貫通孔２３を形成してもよい。
【００２７】
図４に示す透明液体１１の動粘度は１．５ｃＳｔ以下であることが好ましく、１ｃＳｔ以下であることがより好ましく、０．５ｃＳｔ以下であることが特に好ましい。それによって、上記ガラス屑を孔部６からより一層効率的に排出することができる。
【００２８】
透明液体１１の具体例としては、少なくとも一部の水素をフッ素で置換した石油系溶剤等があげられる。石油系溶剤の具体例としては、少なくとも一部の水素をフッ素で置換したメチルエチルケトン及びアセトン等が挙げられる。
【００２９】
レーザー光１０の波長は、ガラス板２での吸収が小さい波長であることが好ましい。このような観点から、レーザー光１０の波長は、１０００ｎｍ以上であることが好ましく、１３００ｍｍ以上であることがより好ましく、１５００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。レーザー光１０の波長の上限値は、特に限定されるものではないが、レーザー光１０の波長は、２０００ｎｍ以下であることが一般的である。なお、本実施形態において、ガラス板２としては、石英ガラス板を用いている。なお、ガラス板２が石英ガラスであれば、２０００ｎｍ以下の波長域で光の吸収が小さく、レーザー光１０による加工が容易となる。
【００３０】
本実施形態において、レーザー光１０は、１０ピコ秒以下のパルスレーザーのレーザー光である。レーザー光１０は、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーのレーザー光であることが好ましく、フェムト秒レーザーのレーザー光であることが特に好ましい。このようなパルス幅の小さいレーザーを用いることにより、多光子吸収現象を生じさせ、周辺部分に熱を拡散させることなくアブレーション加工することができる。
【００３１】
本実施形態では、上述したように、第２の主面２ｂ側からレーザー光１０を照射し、透明液体１１と接する第１の主面２ａ側の部分にレーザー光１０を集光させて、レーザー光１０を第２の主面２ｂ側へ走査させながら移動させることにより、貫通孔３を形成している。なお、第２の主面２ｂ側からレーザー光１０を照射し、第２の主面２ｂ側の表面に、レーザー光１０を集光させて、レーザー光１０を第１の主面２ａ側へ走査させながら移動させることによって貫通孔３を形成する場合、レーザー光１０の集光部上部に位置する径の大きなレーザー光１０が、形成した孔部６の壁面（第２の主面２ｂ側）に長時間照射されることとなり、孔部６の径が広がる。加えて、孔部６を形成しても、生じたガラス屑が排出されないため、高い形状精度で貫通孔３を形成することができない。
【００３２】
これに対し、図４に示すように、レーザー光１０を第１の主面２ａ側の部分に集光させるように、第２の主面２ｂ側から照射し、第２の主面２ｂ側へ走査させながら移動させる場合、形成した孔部６の壁面（第２の主面２ｂ側）にレーザー光１０が長時間照射されることはない。加えて、孔部６からガラス屑を透明液体１１中に効率的に排出することができるため、高い形状精度で貫通孔３を形成することができる。
【００３３】
なお、図４では、図２に示すテーパー部４を図示していないが、テーパー部４も、上記貫通孔３を形成する際に、テーパー部４を形成するようにレーザー光１０の焦点を走査させながら移動させて形成することができる。
【００３４】
本実施形態では、透明液体１１を容器に入れ、透明液体１１の液面にガラス板２の第１の主面２ａを接触させている。マイクロホールアレイの製造に際し、平面視において、容器におけるガラス板２が位置する部分以外の部分を、蓋などにより覆うことが好ましい。これにより、透明液体１１が蒸発し難く、液面の位置が変化し難い。よって、マイクロホールアレイを安定して製造することができ、生産性を高めることができる。
【００３５】
貫通孔３の形成に際し、透明液体１１を、例えばスクリュー等により流動させることが好ましい。それによって、ガラス板２にレーザー光１０を照射することにより生じるガラス屑を、孔部６から透明液体１１中により一層効率的に排出することができる。透明液体１１の流動は、液面が大きく波打たない程度に行うことが好ましい。それによって、貫通孔３を容易に形成することができる。
【００３６】
上記説明においては、本発明のマイクロホールアレイの貫通孔、すなわちマイクロホールに、光ファイバー等を挿入して固定する用途について説明しているが、本発明のマイクロホールアレイは、このような用途に限定されるものではない。例えば、マイクロホールを流路として用いるような用途にも使用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…マイクロホールアレイ
２…ガラス板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
３…貫通孔
４…テーパー部
５…円筒部分
６…孔部
１０…レーザー光
１１…透明液体
２１…マイクロホールアレイ
２３…貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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