(57)【要約】【課題】所望の直径および開口形状を有する孔を、より高い確度で形成することが可能な装置を提供する。【解決手段】ガラス基板に孔を形成する装置であって、ガラス基板の第１の表面の側にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記ガラス基板の第２の表面の側に配置されるベースプレートと、を有し、前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および該凹部に配置され前記ガラス基板を支持する複数の支柱を有し、前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、前記支柱は、高さｈが７０μｍよりも大きい、装置。【選択図】図３
2017088467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板に孔を形成する装置であって、
ガラス基板の第１の表面の側にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記ガラス基板の第２の表面の側に配置されるベースプレートと、
を有し、
前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記ガラス基板を支持する複数の支柱を有し、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、
前記複数の支柱の高さｈは、７０μｍよりも大きい、装置。
【請求項２】
前記複数の支柱の全部が、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ｄは、１０ｍｍよりも大きい、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ベースプレートは、前記ガラス基板を吸引固定する吸引機構を有する、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
前記ベースプレートの前記凹部は、前記ベースプレートの外周部に形成された内壁により区画される、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
前記支柱は、最大寸法が５００μｍ〜５０００μｍの範囲の太さを有する、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
前記ガラス基板は、０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
前記ガラス基板の前記第１の表面には、第１の保護フィルムが設置され、前記第２の表面には、第２の保護フィルムが設置される、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
ガラス基板に孔を形成する方法であって、
（ａ）被加工体を準備するステップであって、前記被加工体は、第１および第２の表面を有するガラス基板を有し、さらに任意で、前記ガラス基板の前記第１の表面に設置された第１の保護フィルム、および／または前記ガラス基板の前記第２の表面に設置された第２の保護フィルムを有するステップと、
（ｂ）前記ガラス基板の前記第１の表面の側からレーザ光を照射し、前記ガラス基板に孔を形成するステップと、
を有し、
前記（ｂ）のステップは、前記被加工体をベースプレート上に載置した状態で実施され、前記被加工体は、前記ガラス基板の前記第２の表面の側が前記ベースプレートに近い側となるように載置され、
前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記被加工体を支持する複数の支柱を有し、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、前記複数の支柱の高さｈは、７０μｍよりも大きくなるように選定される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板に孔を形成する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板にレーザ光を照射することにより、ガラス基板に孔を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２３５７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の孔形成技術を用いて形成された孔の中には、しばしば、寸法および形状に問題があるものが含まれる場合が認められる。例えば、形成された複数の孔の中に、所定の直径範囲に属さないものが含まれたり、真円から逸脱した形態の開口を有する孔が含まれたりする場合がある。
【０００５】
このため、所望の寸法および形状を有する孔を、高い確度で形成することが可能な孔形成技術が要望されている。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、所望の直径および開口形状を有する孔を、より高い確度で形成することが可能な装置ならびに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】
【０００７】
ガラス基板に孔を形成する装置であって、
ガラス基板の第１の表面の側にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記ガラス基板の第２の表面の側に配置されるベースプレートと、
を有し、
前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記ガラス基板を支持する複数の支柱を有し、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、
前記複数の支柱の高さｈは、７０μｍよりも大きい、装置。
【０００８】
さらに、本発明では、ガラス基板に孔を形成する方法であって、
（ａ）被加工体を準備するステップであって、前記被加工体は、第１および第２の表面を有するガラス基板を有し、さらに任意で、前記ガラス基板の前記第１の表面に設置された第１の保護フィルム、および／または前記ガラス基板の前記第２の表面に設置された第２の保護フィルムを有するステップと、
（ｂ）前記ガラス基板の前記第１の表面の側からレーザ光を照射し、前記ガラス基板に孔を形成するステップと、
を有し、
前記（ｂ）のステップは、前記被加工体をベースプレート上に載置した状態で実施され、前記被加工体は、前記ガラス基板の前記第２の表面の側が前記ベースプレートに近い側となるように載置され、
前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記被加工体を支持する複数の支柱を有し、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、前記複数の支柱の高さｈは、７０μｍよりも大きくなるように選定される、方法。
【０００９】
なお、本明細書において、「孔」とは、貫通した孔および所定の深さを有する非貫通の孔の両方を含むものとする。
【００１０】
また、本明細書において、「略垂直」とは、９０°±２°の範囲とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、所望の直径および開口形状を有する孔を、より高い確度で形成することが可能な装置ならびに方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の孔形成装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による孔形成装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】図２に示した孔形成装置に使用されるベースプレートの概略的な上面図である。
【図４】本発明の一実施形態による別の孔形成装置の構成を概略的に示した図である。
【図５】本発明の一実施形態によるガラス基板に孔を形成する方法のフローを概略的に示した図である。
【図６】実験１−１において得られた、ベースプレートの支柱の間隔ｄと平均開口直径ｄａｖｅの関係を、まとめて示した図である。
【図７】実験１−２において得られた、ベースプレートの支柱の間隔ｄと平均開口直径ｄａｖｅの関係を、まとめて示した図である。
【図８】実験１−３において得られた、ベースプレートの支柱の間隔ｄと平均開口直径ｄａｖｅの関係を、まとめて示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００１４】
（従来の孔形成装置）
本発明についてより良く理解するため、まず、図１を参照して、従来の孔形成装置の構成について、簡単に説明する。
【００１５】
図１には、ガラス基板に孔を形成する際に使用される従来の孔形成装置の構成を概略的に示す。
【００１６】
図１に示すように、従来の孔形成装置１は、レーザ光源１０と、ベースプレート４５とを有する。
【００１７】
レーザ光源１０は、被加工対象となるガラス基板８０に向かってレーザ光１３を照射する役割を有する。
【００１８】
次に、レーザ光源１０からガラス基板８０の第１の表面８２に向かって、レーザ光１３が照射される。レーザ光１３は、ガラス基板８０の第１の表面８２の照射領域９３に照射される。
【００１９】
これにより、ガラス基板８０の照射領域９３の温度が局部的に上昇し、その直下に孔が形成される。 
次に、ベースプレート４５を水平方向に移動させ、ガラス基板８０を所定の場所に配置する。その後、同様の工程により、第２の孔が形成される。
【００２０】
このような工程を繰り返すことにより、ガラス基板８０に複数の孔を形成できる。
【００２１】
ここで、このような従来の孔形成装置１を用いて形成された孔９５の中には、しばしば、寸法および形状に問題があるものが含まれる場合がある。例えば、形成された孔９５の直径が、意図した範囲から逸脱していたり、真円から逸脱した形態の開口を有する孔９５が含まれたりする場合がある。
【００２２】
本願発明者らは、このような問題に対処するため、鋭意研究開発を実施してきた。その結果、本願発明者らは、ガラス基板８０のある領域では、第１の表面８２に照射されるレーザ光１３の焦点が、他の領域に比べてＺ方向（ガラス基板８０の厚さ方向）にずれる場合があり、これが孔９５の直径が意図した範囲から逸脱する原因となっていることを見出した。なお、レーザ光１３の焦点のずれの要因としては、
・ベースプレート４５上に配置されるガラス基板８０の自重により、ガラス基板８０がたわむこと、および
・加工中に、ガラス基板８０が熱応力によって変形すること
などが考えられる。
【００２３】
また、本願発明者らは、ベースプレート４５の凹部４６の深さが孔９５の第２の開口（ガラス基板８０の第２の表面８４の側の開口）の形状（真円度）に関係していることを見出した。より具体的には、ベースプレート４５の凹部４６の深さが比較的浅い場合、孔９５の第２の開口の真円度が悪くなる傾向にある。なお、この原因として、凹部４６内に蓄積される熱により、孔９５の第２の開口が熱溶融することが考えられる。
【００２４】
本願発明者らは、以上の考察に基づき、以下の（ｉ）および（ｉｉ）の対策により、前述のような問題が抑制されることを見出し、本願発明に至った：
（ｉ）ガラス基板８０の第１の表面８２上の加工領域内で、レーザ光１３が、場所によらずなるべく一定の焦点を形成できるようにすることにより、孔の直径の精度を高める；および
（ｉｉ）ベースプレート４５の凹部４６の深さを所定の範囲以上とすることにより、孔９５の第２の開口が熱溶融することを回避する。
【００２５】
すなわち、本願発明では、第１の形態（本願第１発明）として、
ガラス基板に孔を形成する装置であって、
ガラス基板の第１の表面の側にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記ガラス基板の第２の表面の側に配置されるベースプレートと、
を有し、
前記ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記ガラス基板を支持する複数の支柱を有し、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、
前記複数の支柱の高さｈは、７０μｍよりも大きい、装置が提供される。
【００２６】
また、本願発明では、第２の形態（本願第２発明）として、
ガラス基板に孔を形成する装置であって、
ガラス基板の第１の表面の側にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記ガラス基板の前記第１の表面の側に配置される、針状の先端を有する第１の電極と、
前記ガラス基板の前記第２の表面の側に配置される第２の電極と、
前記第１の電極と第２の電極の間に放電を発生させる直流電圧電源と、
を有し、
前記第２の電極は、中央部分に設けられた凹部、および該凹部に配置され前記ガラス基板を支持する複数の支柱を有するベースプレートで構成され、
前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置され、
前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、３０ｍｍより小さく、
前記複数の支柱は、高さｈが７０μｍよりも大きい、装置が提供される。
【００２７】
本願第１発明および第２発明では、ベースプレートの凹部内に複数の支柱が設けられる。複数の支柱の少なくとも一部は、三角格子状に配置される。これらの複数の支柱は、複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔がｄとなるように、三角格子状に配置され、ｄは、３０ｍｍより小さいという特徴がある。
【００２８】
支柱をこのような間隔ｄで、ベースプレートの凹部内に規則的に配置することにより、ベースプレートの上部に配置されるガラス基板の変形を有意に抑制することができる。また、これにより、レーザ光が、ガラス基板の第１の表面上で場所によらず実質的に一定の焦点を形成できるようになり、孔の直径の精度を高めることが可能になる。
【００２９】
また、本願第１発明および第２発明では、ベースプレートの支柱の高さｈが７０μｍよりも高いという特徴を有する。
【００３０】
ベースプレートの支柱の高さｈをこのように調整することにより、加工中に、ベースプレートの凹部内に蓄積される熱により孔の第２の開口が熱溶融することを有意に回避することができる。また、これにより、孔の開口形状を所望の形状（真円）に近づけることが可能となる。
【００３１】
以上のような効果により、本願第１発明および第２発明では、所望の直径および開口形状を有する孔を、より高い確度で形成することが可能となる。
【００３２】
（本発明の一実施形態による孔形成装置）
次に、図２〜図３を参照して、本発明の一実施形態による孔形成装置について説明する。
【００３３】
図２には、本発明の一実施形態による孔形成装置（以下、「第１の孔形成装置」という）の構成を概略的に示す。また、図３には、第１の孔形成装置が備えるベースプレートの概略的な上面図を示す。
【００３４】
図２に示すように、第１の孔形成装置１００は、被加工体１３０に孔１９５を形成することができる装置である。
【００３５】
被加工体１３０は、第１の表面１８２および第２の表面１８４を有するガラス基板１８０を有する。また、被加工体１３０は、ガラス基板１８０の第１の表面１８２側に設置された第１の保護フィルム１３２と、ガラス基板１８０の第２の表面１８４側に設置された第２の保護フィルム１３４とを有する。従って、被加工体１３０の第１の表面１３３は、第１の保護フィルム１３２の外表面で構成され、被加工体１３０の第２の表面１３５は、第２の保護フィルム１３４の外表面で構成される。
【００３６】
第１の保護フィルム１３２、第２の保護フィルム１３４は、加工中に、ガラス基板１８０の表面（第１の表面１８２および／または第２の表面１８４）に、デブリ（加工屑）が付着することを回避する役割を有する。ただし、第１の保護フィルム１３２、第２の保護フィルム１３４は、本発明において、必須の部材ではなく、いずれか一方のみに設置されてもよく、両方省略されてもよい。
【００３７】
ガラス基板１８０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲であってもよい。
【００３８】
図２に示すように、第１の孔形成装置１００は、レーザ光源１１０と、ベースプレート１６０とを有する。
【００３９】
レーザ光源１１０は、被加工体１３０の第１の表面１３３に向かってレーザ光１１３を照射する役割を有する。レーザ光源１１０は、例えば、ＣＯ２レーザであっても良く、ＵＶレーザであっても良い。
【００４０】
ベースプレート１６０は、上部に被加工体１３０を支持し、固定する役割を有する。ベースプレート１６０の中央部分には、凹部１６９が形成されている。ベースプレート１６０は、例えば、アルミニウム金属またはアルミニウム合金のような導電性材料で構成されても良く、樹脂のような絶縁性材料で構成されても良い。
【００４１】
図３に示すように、ベースプレート１６０は、略円形の形状を有する。この外径は、被加工体１３０の直径と同じ、または被加工体１３０の直径よりも小さくなるように選定される。
【００４２】
また、ベースプレート１６０は、凹部１６９を区画する内壁１６４と、凹部１６９に設けられた複数の支柱１７０を有する。図２に示すように、ベースプレート１６０の内壁１６４の直径は、被加工体１３０の外径よりも小さくなるように形成される。従って、被加工体１３０は、ベースプレート１６０の上部表面１６３上に載置することができる。
【００４３】
さらに、ベースプレート１６０は、１以上の吸引孔１６２を有し、吸引孔１６２は、外部吸引装置に接続される。ベースプレート１６０は、吸引孔１６２により、上部に載置される被加工体１３０を上部表面１６３に吸引固定することができる。
【００４４】
ベースプレート１６０の各支柱１７０は、凹部１６９内に、規則的に配置される。具体的には、複数の支柱１７０の少なくとも一部は、凹部１６９内に、三角格子状に配置される。好ましくは、複数の支柱１７０の全部が、凹部１６９内に、三角格子状に配置される。支柱１７０が三角格子状に配置されるとは、支柱１７０が三角格子を構成する正三角形の頂点に配置されることをいう。図３に示すように、複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔はｄである。言い換えると、複数の支柱１７０は、三角格子を構成する。該三角格子は、頂点に支柱１７０が配置された正三角形で構成される。一つの正三角形を構成する支柱１７０同士の間隔がｄである。間隔ｄは、一つの支柱の中心と、前記一つの支柱に最も近い支柱の中心との距離、すなわち支柱同士の中心間距離である。
間隔ｄは、
ｄ＜３０ｍｍ    （１）式
を満たすように選定される。
【００４５】
また、各支柱１７０（および内壁１６４）は、高さｈを有し、この高さｈは、
７０μｍ＜ｈ    （２）式
となるように選定される。
【００４６】
各支柱１７０の高さｈは、図２に示すように、凹部１６９の深さと一致する。また、各支柱１７０の高さｈは、ベースプレート１６０の上部表面１６３と凹部１６９の底面の距離と一致する。
【００４７】
なお、図２、図３において、支柱１７０は、円柱状の形態として示されている。しかしながら、これは単なる一例であって、支柱１７０の形態は、三角柱状および四角柱状など、その他の形態であっても良い。支柱１７０の形態は、複数の支柱同士で同一であっても良く、異なっていても良い。
【００４８】
支柱１７０は、ベースプレート１６０と同じ材料で構成されても良く、異なる材料で構成されても良い。支柱１７０は、ベースプレート１６０と一体成型されていても良く、別々に成型されていても良い。また、支柱１７０は、支柱１７０の頂点部分が樹脂などの絶縁性材料でコーティングされていてもよい。例えば、導電性材料で構成された支柱１７０の頂点部分を樹脂でコーティングされていても良い。支柱１７０の頂点部分をコーティングすることで、支柱１７０と接触する被加工体１３０の接触面の傷つきを防止できる。
【００４９】
このようなベースプレート１６０を有する第１の孔形成装置１００を用いて、ガラス基板１８０に孔を形成する場合、まずベースプレート１６０上に、被加工体１３０が配置される。次に、外部吸引装置が稼働される。これにより、ベースプレート１６０の吸引孔１６２を介して、被加工体１３０がベースプレート１６０の上部表面１６３上に吸引され、ここに固定される。
【００５０】
次に、レーザ光源１１０から被加工体１３０の第１の表面１３３に向かって、レーザ光１１３が照射される。レーザ光１１３は、被加工体１３０の第１の表面１３３の照射領域１９３に照射される。
【００５１】
これにより、被加工体１３０の照射領域１９３の温度が局部的に上昇し、その直下に存在する各部材（第１の保護フィルム１３２、ガラス基板１８０、および第２の保護フィルム１３４）の部分が除去される。これにより、ガラス基板１８０に孔１９５が形成される。孔１９５は、被加工体１３０のレーザ光１１３が照射された面側からベースプレート１６０に近い面側に向かって形成される。つまり、孔１９５は、第１の表面１３３から第２の表面１３５に向かって形成される。孔１９５が、被加工体１３０の第２の表面１３５に到達した場合は貫通孔となり、被加工体１３０の所定の深さで止まっている場合は非貫通孔となる。なお、第１の保護フィルム１３２および第２の保護フィルム１３４が無い場合は、孔１９５は、第１の表面１８２から第２の表面１８４に向かって形成される。孔１９５が、ガラス基板１８０の第２の表面１８４に到達した場合は貫通孔となり、ガラス基板１８０の所定の深さで止まっている場合は非貫通孔となる。
【００５２】
ここで、前述のように、従来の孔形成装置１では、形成された孔９５の直径が、意図した範囲から逸脱していたり、真円から逸脱した形態の開口を有する孔９５が生じたりする場合がある。
【００５３】
これに対して、第１の孔形成装置１００では、支柱１７０は三角格子状に規則的に配置され、支柱１７０の間隔ｄは、３０ｍｍを超えないように選定されている。例えば、支柱１７０の間隔ｄは、１５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲であり、２０ｍｍ〜２５ｍｍが好ましい。間隔ｄをこのような範囲にすることで、目標値＋５％程度内の直径の孔を形成できる。
【００５４】
この場合、ベースプレート１６０の上部表面１６３上に配置される被加工体１３０の厚さ方向の変形が有意に抑制される。また、これにより、被加工体１３０の第１の表面１３３に照射されるレーザ光１１３の焦点が、Ｚ方向（被加工体１３０の厚さ方向）に沿ってずれることが有意に抑制される。その結果、形成される孔１９５の直径の精度を高めることが可能になる。
【００５５】
また、第１の孔形成装置１００では、ベースプレート１６０の支柱１７０の高さｈは、（２）式を満たすように選定されている。例えば、支柱１７０の高さｈは、７０μｍよりも大きく、１００μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上がより好ましい。
【００５６】
この場合、凹部１６９内に蓄積される熱により、孔１９５の第２の開口（ガラス基板１８０の第２の表面１８４の側の開口）が熱溶融することが有意に抑制される。
【００５７】
その結果、第１の孔形成装置１００では、所望の直径および開口形状を有する孔１９５を、高い確度で形成することが可能となる。
【００５８】
なお、支柱１７０の高さｈは、熱溶融を抑制する観点からは無限大が理想ではあるが、取り扱い易さなどを考慮すると、５ｍｍ以下程度が好ましい。
【００５９】
また、一般に、支柱が存在する位置では孔品質を維持した状態で孔を形成することは難しいため、支柱の配置間隔が極端に狭くなると、ガラス基板の加工可能領域が著しく制限されるという問題が生じ得る。
【００６０】
この問題に対処するため、第１の孔形成装置１００において、支柱１７０の間隔ｄは、１０ｍｍを超えるように選定することが好ましく、１５ｍｍ以上がより好ましい。これにより、ガラス基板１８０の加工可能領域が狭くなり、ガラス基板１８０の未使用領域が増加するという問題を有意に回避することができる。被加工体１３０のたわみや変形を回避する観点からは、支柱１７０の間隔ｄは、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。
【００６１】
また、加工可能領域の観点からは、支柱１７０の太さ（延伸方向に垂直な断面の最大寸法）は、できる限り細いことが好ましい。支柱１７０の太さは、例えば、５００μｍ〜５０００μｍの範囲であってもよい。
【００６２】
（本発明の一実施形態による別の孔形成装置）
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態による別の孔形成装置について説明する。
【００６３】
図４には、本発明の一実施形態による別の孔形成装置（以下、「第２の孔形成装置」という）の構成を概略的に示す。
【００６４】
なお、図４に示した第２の孔形成装置は、「放電補助式レーザ孔加工技術」を用いて、ガラス基板に複数の孔を形成できる装置である。
【００６５】
ここで、「放電補助式レーザ孔加工技術」とは、以下に示すような、ガラス基板に対するレーザ光照射によってガラス基板の照射領域に孔を形成し、その後電極間放電現象により、前記孔の形状を調整する技術の総称を意味する。なお、孔形状の調整とは、レーザ光照射によってガラス基板に孔を形成した際に生じるネッキングを低減することを意味する。ここで「ネッキング」とは、レーザ加工後に孔内に形成され得る狭窄部を意味する。
【００６６】
図４に示すように、第２の孔形成装置２００は、レーザ光源２１０と、直流高電圧電源２２５と、第１の電極２４０および第２の電極２６０とを有する。
【００６７】
レーザ光源２１０は、被加工体２３０に向かってレーザ光２１３を照射する。
【００６８】
第１の電極２４０および第２の電極２６０は、それぞれ、導体２５０および導体２５５と電気的に接続されており、これらの導体２５０および導体２５５は、直流高電圧電源２２５と接続されている。
【００６９】
第１の電極２４０は、針状の形状を有する。一方、第２の電極２６０は、前述の図２および図３を参照して説明したベースプレート１６０と同様のベースプレートで構成される。従って、以下、第２の電極２６０をベースプレート２６０とも称する。
【００７０】
また、ベースプレート２６０は、前述のベースプレート１６０と同様の構成を有するため、図４のベースプレート２６０において、図２および図３に示したベースプレート１６０を構成する各部分に対応する部分には、図２および図３に示した参照符号に１００を加えた参照符号が使用されている。例えば、ベースプレート２６０は、凹部２６９内に、規則的に配置された支柱２７０を有する。また、ベースプレート２６０は、被加工体２３０を上部表面２６３に吸引固定するための吸引孔２６２を有する。
【００７１】
被加工体２３０は、第１の表面２８２および第２の表面２８４を有するガラス基板２８０を有する。また、被加工体２３０は、ガラス基板２８０の第１の表面２８２側に設置された第１の保護フィルム２３２と、ガラス基板２８０の第２の表面２８４側に設置された第２の保護フィルム２３４とを有する。従って、被加工体２３０の第１の表面２３３は、第１の保護フィルム２３２の外表面で構成され、被加工体２３０の第２の表面２３５は、第２の保護フィルム２３４の外表面で構成される。本願では、被加工体２３０の第１の表面２３３を、「照射面」とも称する。
【００７２】
なお、第１の保護フィルム２３２、第２の保護フィルム２３４は、本発明において、必須の部材ではなく、いずれか一方のみに設置されてもよく、両方省略されてもよい。
【００７３】
このような第２の孔形成装置２００を用いて、被加工体２３０のガラス基板２８０に複数の孔２９５を形成する場合、まず、被加工体２３０がベースプレート２６０の上に配置される。次に、外部吸引装置（図示されていない）が稼働される。これにより、ベースプレート２６０の吸引孔２６２を介して、被加工体２３０がベースプレート２６０の上部表面２６３上に吸引され、ここに固定される。
【００７４】
次に、レーザ光源２１０から被加工体２３０の第１の表面２３３に向かって、レーザ光２１３が照射される。レーザ光２１３は、被加工体２３０の第１の表面２３３の照射領域２９３に照射される。
【００７５】
これにより、被加工体２３０の照射領域２９３の温度が局部的に上昇し、その直下に存在する各部材（第１の保護フィルム２３２、ガラス基板２８０、および第２の保護フィルム２３４）の部分が昇華する。これにより、ガラス基板２８０に孔が形成される。
【００７６】
レーザ光２１３の照射後、直流高電圧電源２２５を用いて、第１の電極２４０と第２の電極（ベースプレート）２６０の間に直流高電圧が印加される。これにより、第１の電極２４０とベースプレート２６０間で放電が生じる。放電は、孔を介して生じる傾向にある。これは、この位置では、抵抗が他の部分よりも低くなっているためである。
【００７７】
放電の発生により、孔の形状が整えられ、ガラス基板２８０に孔２９５が形成される。
【００７８】
以降、同様の操作を行うことにより、ガラス基板２８０に複数の孔を形成することができる。
【００７９】
ここで、第２の孔形成装置２００においても、ベースプレート２６０の支柱２７０の間隔ｄは、前述の（１）式を満たすように選定されている。例えば、支柱２７０の間隔ｄは、１５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲である。
【００８０】
従って、第２の孔形成装置２００においても、ベースプレート２６０の上部表面２６３上に配置される被加工体２３０の厚さ方向の変形が有意に抑制される。また、これにより、被加工体２３０の第１の表面２３３に照射されるレーザ光２１３の焦点が、Ｚ方向（被加工体２３０の厚さ方向）に沿ってずれることが有意に抑制される。その結果、形成される孔２９５の直径の精度を高めることが可能になる。
【００８１】
さらに、第２の孔形成装置２００においても、ベースプレート２６０の支柱２７０の高さｈは、前述の（２）式を満たすように選定されている。例えば、支柱２７０の高さｈは、１００μｍ以上である。また、第２の孔形成装置２００は、第１の電極２４０とベースプレート２６０間で放電を生じさせるため、支柱２７０の高さｈは１４００μｍ以下が好ましい。
【００８２】
この場合、凹部２６９内に蓄積される熱により、孔２９５の第２の開口（ガラス基板２８０の第２の表面２８４の側の開口）が熱溶融することが有意に抑制される。
【００８３】
その結果、第２の孔形成装置２００では、所望の直径および開口形状を有する孔２９５を、高い確度で形成することが可能となる。
【００８４】
第２の孔形成装置２００においても、支柱２７０の間隔ｄは、１０ｍｍを超えるように選定されることが好ましく、１５ｍｍ以上がより好ましく、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。これにより、ガラス基板２８０の加工可能領域が狭くなり、ガラス基板２８０の未使用領域が増加するという問題や、被加工体２３０のたわみや変形という問題を、有意に回避することができる。
【００８５】
なお、第２の孔形成装置２００では、第１の電極２４０の先端から、被加工体２３０の第１の表面２３３のレーザ光２１３の焦点の中心までの距離をａとし、被加工体２３０の厚さをＴとし、支柱２７０の高さをｈとしたとき、ａ＋Ｔ＋ｈで表される距離Ｄは
Ｄ（＝ａ＋Ｔ＋ｈ）≦３０００μｍ      （３）式
を満たすように選定されることが好ましい。
【００８６】
距離Ｄが（３）式を満たさない場合、第１の電極２４０とベースプレート２６０の間で生じる放電が不安定になるおそれがあるからである。距離Ｄを３０００μｍ以下とすることにより、両電極２４０、２６０間に安定した放電を発生させ、ネッキングが適正に抑制された孔２９５を形成することが可能となる。
【００８７】
以上、第１の孔形成装置１００および第２の孔形成装置２００を例に、本発明の一実施例の特徴について説明した。ただし、本発明は、これらの孔形成装置１００、２００の態様に限られるものではなく、例えば、孔形成装置１００、２００において、各種変更および置換が可能であることは当業者には明らかである。
【００８８】
例えば、第１の孔形成装置１００および第２の孔形成装置２００では、ベースプレート１６０、２６０の吸引孔１６２、２６２は、ベースプレート１６０、２６０の上部表面１６３、２６３に設けられる。しかしながら、この代わりにまたはこれに加えて、吸引孔は、支柱１７０、２７０の内部に形成されてもよい。
【００８９】
また、ベースプレート１６０、２６０の形状は、円形に限られるものではなく、ガラス基板１８０、２８０の形状に応じて、各種形状を選択しても良い。例えば、ベースプレート１６０、２６０は、正方形状、矩形状、および楕円状等であってもよい。その他にも各種変更が可能である。
【００９０】
（本発明の一実施形態によるガラス基板に孔を形成する方法）
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態によるガラス基板に孔を形成する方法について説明する。
【００９１】
図５には、本発明の一実施形態によるガラス基板に孔を形成する方法（以下、「第１の孔形成方法」と称する）のフローを概略的に示す。
【００９２】
図５に示すように、第１の孔形成方法は、
（ａ）被加工体を準備するステップであって、前記被加工体は、第１および第２の表面を有するガラス基板を有し、さらに任意で、前記ガラス基板の前記第１の表面に設置された第１の保護フィルム、および／または前記ガラス基板の前記第２の表面に設置された第２の保護フィルムを有するステップ（ステップＳ１１０）と、
（ｂ）前記ガラス基板の前記第１の表面の側からレーザ光を照射し、前記ガラス基板に孔を形成するステップ（ステップＳ１２０）と、
を有する。
【００９３】
ここで、ステップＳ１２０は、被加工体をベースプレート上に載置した状態で実施される。なお、被加工体は、ガラス基板の第２の表面の側がベースプレートに近い側となるように載置される。
【００９４】
なお、第２の孔形成装置のような「放電補助式レーザ孔加工技術」を用いる場合は、（ｂ）ステップの後に、（ｃ）前記孔を介して、前記ガラス基板に放電を発生させるステップ（ステップＳ１３０）を有する。その場合ステップＳ１３０は、ステップＳ１２０と同様に、被加工体をベースプレート上に載置した状態で実施される。
【００９５】
また、ベースプレートは、中央部分に設けられた凹部、および前記凹部に配置され前記被加工体を支持する複数の支柱を有し、前記複数の支柱の少なくとも一部は、前記複数の支柱の延伸方向に略垂直な平面内で三角格子状に配置される。前記複数の支柱のうち一つの支柱と、前記一つの支柱に最も近い支柱との間隔ｄは、１０ｍｍより大きく３０ｍｍより小さく、前記支柱は、高さｈが７０μｍよりも大きくなるように選定される。
【００９６】
このような第１の孔形成方法では、前述のように、被加工体の厚さ方向の変形が有意に抑制される。また、これにより、形成される孔の直径の精度を高めることが可能になる。
【００９７】
また、ベースプレートの凹部内に蓄積される熱により、孔の第２の開口（ガラス基板の第２の表面の側の開口）が熱溶融することが有意に抑制される。その結果、第１の孔形成方法では、所望の直径および開口形状を有する孔を、高い確度で形成することが可能となる。
【００９８】
なお、ステップＳ１３０における放電は、ガラス基板の第１の表面の側に配置された針状の第１の電極と、ベースプレートとの間で生じても良い。この場合、ベースプレートは、導電性材料で構成される。
【００９９】
また、被加工体の厚さをＴとし、第１の電極の先端から、被加工体の照射面（被加工体のレーザ光が照射される側の表面）上のレーザ光の焦点までの距離をａとしたとき、ａ＋Ｔ＋ｈで表される距離Ｄは、３０００μｍ未満であることが好ましい。この場合、第１の電極とベースプレートの間で安定した放電を発生させることが可能となる。
【実施例】
【０１００】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０１】
（実験１−１）
前述の図４に示したような構成の孔形成装置２００を用いてガラス基板に複数の孔を形成し、その状態を評価した。
【０１０２】
ガラス基板には、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの寸法の無アルカリガラスを使用した。ガラス基板の第１の表面に、厚さ７５μｍの第１の保護フィルム（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）を設置し、ガラス基板の第２の表面に、厚さ７５μｍの第２の保護フィルム（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）を設置し、被加工体を作製した。
【０１０３】
ベースプレートには、アルミニウム製の吸引式ベースプレート（寸法：約５０ｍｍ×約５０ｍｍ）を使用した。全ての支柱は、ベースプレートの凹部内に、三角格子状に配置した。支柱の間隔ｄ＝２０ｍｍとした。各支柱は円柱形状とし、支柱の太さは、直径１ｍｍとし、支柱の高さｈは、５００μｍとした。
【０１０４】
被加工体にレーザ光を照射するレーザは、ＣＯ２レーザ（出力１００Ｗ）とし、照射時間は、１６５μｓｅｃとした。被加工体の照射面でのレーザ光の焦点は、約６９μｍ〜７１μｍを目標とした。レーザ光照射を完了してから、第１の針状電極とベースプレートとの間で、放電を発生させた。
【０１０５】
このような条件下で、ガラス基板の中央部分（３０ｍｍ四方の領域）に合計１７８５６個の孔からなるパターンを形成した。各孔同士のピッチは、２００μｍとした。
【０１０６】
なお、ガラス基板のサンプル数は２とした。すなわち、同一の条件で、２枚のガラス基板に孔の同じパターンを形成した。
【０１０７】
得られた孔のガラス基板の第１の表面側における開口（孔の上部開口）の直径を評価した。なお、評価する孔の数は、それぞれのガラス基板において４個とし、これらは、三角格子状に配置された３つの支柱で取り囲まれた最小三角形単位に相当するガラス基板の領域の中から選定した。このようにして選定した合計８個の孔の上部開口の直径を平均して、平均開口直径ｄａｖｅを求めた。
【０１０８】
また、ベースプレートの支柱の間隔ｄを５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で変化させて、同様の加工を実施し、得られた孔から、同様の方法により平均開口直径ｄａｖｅを求めた。
【０１０９】
実験１−１において得られた結果を、まとめて図６に示す。
【０１１０】
この結果から、支柱間隔ｄが５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲では、孔の平均開口直径ｄａｖｅは、いずれも７０．８μｍであり、レーザ光の目標焦点径である６９μｍ〜７１μｍとよい一致を示していることがわかる。これに対して、支柱間隔ｄが３０ｍｍおよび４０ｍｍでは、平均開口直径ｄａｖｅは、それぞれ、７３．４μｍおよび７５．１μｍとなっており、レーザ光の目標焦点径から逸脱していることがわかる。
【０１１１】
このように、支柱間隔ｄを３０ｍｍ未満とすることにより、形成される孔の直径の精度を高められることが確認された。
【０１１２】
（実験１−２）
実験１−１と同様の評価を実施した。ただし、この実験１−２では、実験１−１の場合とは異なり、ガラス基板の厚さは、０．２ｍｍとした。また、被加工体に照射するレーザ光の出力は、１００Ｗとし、照射時間は、１１０μｓｅｃとした。被加工体の照射面でのレーザ光の焦点は、約６３μｍ〜６５μｍを目標とした。その他の条件は、実験１−１の場合と同様である。
【０１１３】
実験１−２において得られた結果を、まとめて図７に示す。
【０１１４】
この結果から、支柱間隔ｄが５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲では、孔の平均開口直径ｄａｖｅは、６４．５μｍ〜６４．８μｍの範囲であり、レーザ光の目標焦点径である６４μｍ〜６６μｍとよい一致を示していることがわかる。これに対して、支柱間隔ｄが３０ｍｍおよび４０ｍｍでは、平均開口直径ｄａｖｅは、それぞれ、６７．４μｍおよび６７．７μｍとなっており、レーザ光の目標焦点径から逸脱していることがわかる。
【０１１５】
このように、支柱間隔ｄを３０ｍｍ未満とすることにより、形成される孔の直径の精度を高められることが確認された。
【０１１６】
（実験１−３）
実験１−１と同様の評価を実施した。ただし、この実験１−３では、実験１−１の場合とは異なり、ガラス基板の厚さは、０．５ｍｍとした。また、被加工体に照射するレーザ光の出力は、１００Ｗとし、照射時間は、４１０μｓｅｃとした。被加工体の照射面でのレーザ光の焦点は、約８９μｍ〜９１μｍを目標とした。その他の条件は、実験１−１の場合と同様である。
【０１１７】
実験１−３において得られた結果を、まとめて図８に示す。
【０１１８】
この結果から、支柱間隔ｄが５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲では、孔の平均開口直径ｄａｖｅは、８９．９μｍ〜９０．６μｍの範囲であり、レーザ光の目標焦点径である８９μｍ〜９１μｍとよい一致を示していることがわかる。これに対して、支柱間隔ｄが３０ｍｍおよび４０ｍｍでは、平均開口直径ｄａｖｅは、それぞれ、９１．３μｍおよび９２．４μｍとなっており、レーザ光の目標焦点径から逸脱していることがわかる。
【０１１９】
このように、支柱間隔ｄを３０ｍｍ未満とすることにより、ガラス基板に形成される孔の開口直径の精度を高められることが確認された。
【０１２０】
実験１−１〜実験１−３において得られた結果を、まとめて以下の表１に示した。
【０１２１】
【表１】
2017088467.tif 000003
（実験２）
前述の図４に示したような構成の孔形成装置２００を用いてガラス基板に複数の孔を形成し、その状態を評価した。
【０１２２】
ガラス基板には、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの寸法の無アルカリガラスを使用した。ガラス基板の第１の表面に、厚さ７５μｍの第１の保護フィルム（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）を設置し、ガラス基板の第２の表面に、厚さ７５μｍの第２の保護フィルム（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）を設置し、被加工体を作製した。
【０１２３】
ベースプレートには、アルミニウム製の吸引式ベースプレート（外寸法：約５０ｍｍ×約５０ｍｍの矩形状）を使用した。
【０１２４】
なお、このベースプレートでは、外周（４辺）に沿って枠状に形成された内壁によって凹部が区画されており、凹部内に支柱は配置されていない。すなわち、ベースプレートには、内壁と外周部の間の枠状の上部表面によって、被加工体を支持する構造のものを使用した。凹部の寸法は、縦２５ｍｍ×横２５ｍｍとした。この縦または横の寸法は、ベースプレートの支柱間隔ｄに対応するパラメータとなる。また、凹部の深さは、１００μｍとした。この凹部の深さＰは、前述の支柱の高さｈに対応するパラメータとなる。
【０１２５】
被加工体にレーザ光を照射するレーザは、ＣＯ２レーザ（出力１００Ｗ）とし、照射時間は、１６８μｓｅｃ〜１７３μｓｅｃとした。被加工体に照射されるレーザ光の焦点は、ガラス基板の第２の表面に形成される孔の第２の開口の直径が３８μｍ（目標値）となるように設定した。レーザ光照射を完了してから、放電を発生させた。
【０１２６】
このような条件下で、ガラス基板の中央部分に、単一の孔を形成した。
【０１２７】
得られた孔のガラス基板の第２の表面側における開口（以下、「孔の底部開口」と称する）の形状を評価した。
【０１２８】
また、ベースプレートの支柱の高さｈに対応するパラメータとなる凹部の深さＰを、０μｍ〜４４０μｍの範囲で変化させて、同様の加工を実施し、孔の底部開口の形状を評価した。
【０１２９】
実験の結果、凹部の深さＰによって、孔の底部開口の状態が変化していることがわかった。特に、凹部の深さＰが７０μｍ以下の場合、孔の底部開口の形状は、真円から大きく逸脱していた。これに対して、凹部の深さＰが１００μｍ以上の場合、孔の底部開口の形状は、真円に近くなっていた。
【０１３０】
なお、凹部の深さＰが７０μｍ以下の場合、孔加工後に、被加工体の第２の保護フィルムがベースプレートの凹部に付着していることが認められた。このことから、凹部の深さＰが７０μｍ以下の条件では、加工中に第２の保護フィルムが孔の直下のベースプレートの底面に付着して、ここに密閉凹部が形成され、この密閉凹部に蓄積された熱により、孔の底部開口が熱溶融したものと予想される。
【０１３１】
このように、凹部の深さＰ、すなわちベースプレートの支柱の高さｈを７０μｍ超とすることにより、孔の底部開口の形状を所望の形状（真円）に近づけられることが確認された。
【０１３２】
（実験３）
前述の図４に示したような構成の孔形成装置２００を用いてガラス基板に複数の孔を形成した。
【０１３３】
ガラス基板には、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの寸法の無アルカリガラスを使用した。ガラス基板の第１および第２の表面にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを設置し、被加工体を作製した。
【０１３４】
被加工体の厚さＴは、０．４ｍｍである。
【０１３５】
ベースプレートには、アルミニウム製の吸引式ベースプレート（寸法：約５０ｍｍ×約５０ｍｍ）を使用した。全ての支柱は、ベースプレートの凹部内に、三角格子状に配置した。支柱の間隔ｄ＝２０ｍｍとした。各支柱は、略円柱状形状とし、支柱の太さは、直径１ｍｍとした。
【０１３６】
なお、ベースプレートとして、凹部の深さ、すなわち支柱の高さｈが１０１０μｍのもの、および１４８０μｍのものの２種類を使用した。
【０１３７】
被加工体にレーザ光を照射するレーザは、ＣＯ２レーザ（出力１００Ｗ）とし、照射時間は、１６８μｓｅｃ〜１７３μｓｅｃとした。被加工体に照射されるレーザ光の焦点は、ガラス基板の第２の表面に形成される孔の第２の開口の直径が３８μｍ（目標値）となるように設定した。レーザ光照射を完了してから、放電を発生させた。
【０１３８】
放電の際の第１の電極の先端から、被加工体の照射面におけるレーザ光の焦点までの距離ａは、約１２００μｍである。従って、ａ＋Ｔ＋ｈで表される距離Ｄは、２６１０μｍ（支柱の高さｈが１０１０μｍの場合）、および３０８０μｍ（支柱の高さｈが１４８０μｍの場合）である。
【０１３９】
以上のような条件下で、ガラス基板に複数の孔を形成した。
【０１４０】
実験の結果、ベースプレートの支柱の高さｈを１０１０μｍとした場合（距離Ｄ＝２６１０μｍ）、加工の際に、安定的に放電を発生させることができることがわかった。これに対して、ベースプレートの支柱の高さｈを１４８０μｍとした場合（距離Ｄ＝３０８０μｍ）、意図しない場所で放電が生じたり、放電が生じなくなったりして、安定した放電現象が生じ難くなることがわかった。
【０１４１】
この結果から、ａ＋Ｔ＋ｈで表される距離Ｄは、３０００μｍ以下にすることが好ましく、２６１０μｍ以下にすることがより好ましいと言える。
【符号の説明】
【０１４２】
１        従来の孔形成装置
１０、１１０、２１０      レーザ光源
１３、１１３、２１３      レーザ光
４０      第１の電極
４５、１６０、２６０      ベースプレート
４６、１６９、２６９      凹部
８０、１８０，２８０      ガラス基板
８２、１３３、１８２、２３３、２８２      第１の表面
８４、１３５、１８４、２３５、２８４      第２の表面
９３、１９３、２９３      照射領域
９５、１９５、２９５      孔
１００    本発明による第１の孔形成装置
１３０、２３０    被加工体
１３２、２３２    第１の保護フィルム
１３４、２３４    第２の保護フィルム
１６２、２６２    吸引孔
１６３、２６３    上部表面
１６４、２６４    内壁
１７０、２７０    支柱
２００    本発明による第２の孔形成装置
２２５    直流高電圧電源
２４０    第１の電極
２５０    導体
２５５    導体
【図１】
2017088467.tif 000004
【図２】
2017088467.tif 000005
【図３】
2017088467.tif 000006
【図４】
2017088467.tif 000007
【図５】
2017088467.tif 000008
【図６】
2017088467.tif 000009
【図７】
2017088467.tif 000010
【図８】
2017088467.tif 000011