(57)【要約】【課題】ＬＩＢＷＥ法の特徴を活かしながら、貫通穴を精度良く量産できる透明材料加工法及び透明材料加工装置を提供することである。【解決手段】レーザに対して励起反応性のある流動性物質１４を透明材料１５の裏面に接触させ、透明材料１５の表面からレーザを照射して透明材料１５の裏面から加工する透明材料加工装置１０において、レーザをリング状に整形する整形手段１９を備え、リング状のレーザを透明材料１５に照射して貫通加工する構成とすることにより、レーザ形状を外周部分とする貫通穴を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザに対して励起反応性のある流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、該透明材料の表面からレーザを照射して該透明材料の裏面から加工する透明材料加工法において、
リング状に整形されたレーザを前記透明材料に照射することを特徴とする透明材料加工法。
【請求項２】
前記レーザは、アキシコンレンズを用いてリング状に整形されることを特徴とする請求項１記載の透明材料加工法。
【請求項３】
前記レーザは、マスクを用いてリング状に整形されることを特徴とする請求項１記載の透明材料加工法。
【請求項４】
前記レーザが、フォトニック結晶レーザであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の透明材料加工法。
【請求項５】
レーザに対して励起反応性のある流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、該透明材料の表面からレーザを照射して該透明材料の裏面から加工する透明材料加工装置において、
前記レーザをリング状に整形する整形手段を備えたことを特徴とする透明材料加工装置。
【請求項６】
前記整形手段が、アキシコンレンズを含むことを特徴とする請求項５記載の透明材料加工装置。
【請求項７】
前記整形手段が、マスクを含むことを特徴とする請求項５記載の透明材料加工装置。
【請求項８】
前記レーザが、フォトニック結晶レーザであることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の透明材料加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザに対して励起反応性のある流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、該透明材料の表面からレーザを照射して該透明材料の裏面から加工する透明材料加工法、いわゆるＬＩＢＷＥ法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光をほとんど吸収しない透明材料は、レーザアブレーションやレーザ溶融法など、直接的なレーザエッチング法を利用して加工することは困難であった。例えば、石英ガラスの加工技術として以下の方法が知られている。
【０００３】
多段階リソグラフィ法は、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やフッ酸を用いてエッチングする方法である。しかしながら、この方法は、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、複雑な工程が必要であり、時間が掛かる。
【０００４】
また、イオンエッチング法は、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である。しかしながら、この方法は、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量産に向いていない。
【０００５】
また、短波長レーザ法は、透明材料が吸収できる短波長光を発振するレーザを利用してドライエッチングを行う方法である。また、極短パルスレーザ法は、パルス幅がピコ秒以下の極短パルスレーザを利用してドライエッチングを行う方法である。しかしながら、短波長レーザ法及び極短パルスレーザ法は、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。
【０００６】
また、レーザ誘起プラズマ法は、真空溶液中、金属基板をガラスの後方に置いてレーザを照射し、金属から発生したプラズマを利用する方法である。しかしながら、この方法では、金属基板表面とガラス表面とのレーザ密度を同時に調整する必要があるためにマスクのイメージの形成が難しく、かつ、真空環境が必要である。さらに、未照射部分でも金属がコーティングされてしまい、試料への損傷が大きく、酸による洗浄工程が必要で処理に手間が掛かる。
【０００７】
そこで、特許文献１では、レーザの直接照射が困難な透明材料については、透明材料の裏面に光吸収率の大きな流動性物質を接触させ、流動性物質のレーザ吸収を利用したレーザ誘起背面湿式加工法（ＬＩＢＷＥ：laser-induced backside wet etching）が提案されている。
【０００８】
また特許文献１の変形として特許文献２には、透明材料に光吸収の大きな流動性物質を接触させ、所定のフォトマスクを透過して特定のビーム形状を持ったレーザ光を透明材料の表面側から照射しながら、レーザ光をスキャンすることにより、透明材料に所定の３次元表面微細構造を加工する光学素子作製方法が開示されている。
【０００９】
さらに特許文献２には、光学素子に適用する３次元表面微細構造として、Ｖ溝及びＶ溝アレイ、のこぎり刃溝及びのこぎり刃溝アレイ、Ｕ溝及びＵ溝アレイ、矩形溝及び矩形溝アレイ、上記溝及び溝アレイの湾曲構造、ピラミッド状構造２次元アレイ、レンズ状構造２次元アレイ、矩形２次元アレイのいずれかを作製することが開示されている。
【００１０】
また、Ｖ溝及びＶ溝アレイの作製に、２等辺三角形及び２等辺三角形列のビーム形状のレーザ光を照射方向に垂直にスキャンすることも開示されている。また、前記のこぎり刃及びのこぎり刃溝アレイの作製に直角三角形及び直角三角形列のビーム形状のレーザ光を照射方向に垂直にスキャンすることも開示されている。また、Ｕ溝の作製に、半円形、半楕円形、円形、楕円形のいずれかのビーム形状、Ｕ溝アレイの作製に半円形、半楕円形、円形、楕円形のいずれかの列のビーム形状のレーザ光を照射方向に垂直にスキャンすることも開示されている。また、矩形溝及び矩形溝アレイの作製に、長方形及び長方形列のビーム形状のレーザ光を照射方向に垂直にスキャンすることも開示されている。
【特許文献１】特許３０１２９２６号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１で提案されているように、ＬＩＢＷＥ法は励起現象を活用して低エネルギーでガラスなどを多数個同時に加工できる優れた手法である。そして特許文献２では、ビーム形状を特定の形状に制御した上で光学系を走査させることにより、Ｖ溝など特に連続した表面微細構造を加工している。しかしながら、特許文献１や特許文献２などの従来のＬＩＢＷＥ法は透明材料の表面付近の加工を考えており、貫通加工を考慮したものではない。
【００１２】
また、従来のＬＩＢＷＥ法では、２種類のレーザ照射方法が提案されている。第１の方法は、レーザ光路中にパターニングされたマスクを配し、透明材料の加工面に所望のパターンを投影する方法である。第２の方法は、透明材料の加工面に集光するレーザを走査光学系を用いて走査し、所望のパターンを描画する方法である。
【００１３】
しかしながら、第１の方法で直径が数ｍｍ〜数十ｍｍの比較的大きな貫通穴を開けようとすると、貫通穴の形状にレーザを透過するマスクを用意し、透明材料の貫通穴となる部分を全てエッチングしていくようになる。この場合、貫通間近で残肉が薄くなったとき、残肉表裏の大気圧と液体との圧力差によって残肉部分が破損するおそれがあり、破損した場合、穴周辺にクラックや欠けが生じるおそれがある。また、エッチングによって生じる加工残渣も多量となり、除去に手間が掛かる。
【００１４】
一方、第２の方法では、高価で複雑な走査光学系を用いているので、コストが掛かる。また走査光学系を用いる場合、小面積ずつしか加工できないため、比較的大きな貫通穴を開けようとすると時間が掛かり、量産に向いていない。
【００１５】
本発明は、ＬＩＢＷＥ法の特徴を活かしながら、貫通穴を精度良く量産できる透明材料加工法及び透明材料加工装置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】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、レーザに対して励起反応性のある流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、該透明材料の表面からレーザを照射して該透明材料の裏面から加工する透明材料加工法において、リング状に整形されたレーザを前記透明材料に照射することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、流動性物質を透明材料の裏面に接触させた状態となる。そして、透明材料へ向けてリング状のレーザを照射すると、透明材料のレーザ入射側である表面では何ら変化はないが、流動性物質と接触した透明材料の面ではレーザ照射部分にのみ選択的にエッチングが行える。
【００１８】
上記の透明材料加工法において、前記レーザは、アキシコンレンズを用いてリング状に整形されることが望ましい。アキシコンレンズを採用した場合、高価な走査光学系やマスクを使用する必要がないため、コストの削減になる。また、加工面全域にレーザを照射する場合に比べて必要なエネルギーが大幅に軽減できる。また、レーザ照射中にアキシコンレンズの焦点を絞っていけばテーパ形状にエッチングすることも可能である。
【００１９】
また上記の透明材料加工法において、前記レーザは、マスクを用いてリング状に整形されるようにしてもよい。マスクを採用した場合、マスクパターンによって任意のリング形状が可能となるので、任意の形状の貫通穴を加工できる。例えば、円形、楕円形、多角形などとすることができる。
【００２０】
また上記の透明材料加工法において、前記レーザが、フォトニック結晶レーザであることが望ましい。フォトニック結晶レーザは面光源であるのでレーザ装置内にビームエキスパンダが不要となり、レーザ装置を小型化できるとともにコストを削減できる。
【００２１】
また本発明は、レーザに対して励起反応性のある流動性物質を透明材料の裏面に接触させ、該透明材料の表面からレーザを照射して該透明材料の裏面から加工する透明材料加工装置において、前記レーザをリング状に整形する整形手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、流動性物質を透明材料の裏面に接触させた状態となる。そして、透明材料へ向けてリング状のレーザを照射すると、透明材料のレーザ入射側である表面では何ら変化はないが、流動性物質と接触した透明材料の面ではレーザ照射部分にのみ選択的にエッチングが行える。
【００２３】
上記の透明材料加工装置において、前記整形手段が、アキシコンレンズを含むことが望ましい。アキシコンレンズを採用した場合、高価な走査光学系やマスクを使用する必要がないため、コストの削減になる。また、加工面全域にレーザを照射する場合に比べて必要なエネルギーが大幅に軽減できる。また、レーザ照射中にアキシコンレンズの焦点を絞っていけばテーパ形状にエッチングすることも可能である。
【００２４】
また上記の透明材料加工装置において、前記整形手段が、マスクを含む構成としてもよい。マスクを採用した場合、マスクパターンによって任意のリング形状が可能となるので、任意の形状の貫通穴を加工できる。例えば、円形、楕円形、多角形などとすることができる。
【００２５】
また上記の透明材料加工装置において、前記レーザが、フォトニック結晶レーザであることが望ましい。フォトニック結晶レーザは面光源であるのでレーザ装置内にビームエキスパンダが不要となり、レーザ装置を小型化できるとともにコストを削減できる。
【発明の効果】
【００２６】
従来の延長上の方法により、レーザを貫通穴の形状に透過するマスクを用意して透明材料の貫通穴となる部分を全てエッチングしていく方法を採ったときは、貫通間近で残肉が薄くなったとき、残肉表裏の大気圧と液体との圧力差によって残肉部分が破損するおそれがあり、破損した場合、穴周辺にクラックや欠けが生じるおそれがある。この場合、エッチングによって生じる加工残渣も多量となり、除去に手間も掛かる。それに比べて、本発明のようにリング状のレーザで加工すれば、貫通部分の外周部分をエッチングするだけなので、加工残渣が少なく、クラックや欠けが生じる可能性も低い。また本発明の加工法は微細化、精密化、高品質化できる方法であるとともに、非常に低コストであり、量産性に富む方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。透明材料加工装置１０は、レーザに対して励起反応性のある第１流動性物質１４を透明材料１５の裏面に接触させ、透明材料１５の表面からレーザを照射して透明材料１５の裏面から加工する装置である。そのため透明材料加工装置１０は、レーザ装置１１と、レーザに対して励起反応性のある第１流動性物質１４を収容する第１容器１２とを備えている。
【００２８】
透明材料１５としては、使用するレーザ波長に対して透明性があればよい。例えば、石英ガラス、一般ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、シリコンカーバイド、アルミナ、サファイア、水晶、ダイヤモンド、のような無機材料、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フッ素樹脂などのプラスチック材料、有機ガラス、有機結晶・固形化合物、及びそれらの混合物などが挙げられる。透明材料１５の形態は、図１で示した基板状の他にも、容器状、管状など任意の形状でよい。透明材料１５の厚みは、約１０μｍ〜数ｍｍのものを用いることができる。
【００２９】
レーザ装置１１は、レーザを発振するレーザ光源系１７と、発振されたレーザの角度を変える反射鏡１８と、レーザを所望の形状に整形して照射する整形手段１９とを有している。これらレーザ光源系１７、反射鏡１８及び整形手段１９は、所定の位置に固定されており、最大で透明材料１５全体に一度にレーザを照射することができる。
【００３０】
整形手段１９は、複数のレンズの他にアキシコンレンズ又はマスクのどちらかを含んでおり、レーザをリング状に整形する。アキシコンレンズ(axicon lens)は、円錐レンズ(conical lens)とも呼ばれている。レーザの焦点を合わせたり、レンズの組合せにより円筒形、リング状にレーザを整形したりするのに利用される。アキシコンレンズを採用した場合、高価な走査光学系やマスクを使用する必要がないため、コストの削減になる。また、加工面全域にレーザを照射する場合に比べて必要なエネルギーが大幅に軽減できる。また、レーザ照射中にアキシコンレンズの焦点を絞っていけばテーパ形状にエッチングすることも可能である。
【００３１】
一方、マスクを採用した場合、マスクパターンによって任意のリング形状が可能となるので、任意の形状の貫通穴を加工できる。例えば、円形、楕円形、多角形などとすることができる。
【００３２】
図１では、レーザは、レーザ光源系１７から水平方向に発振され、反射鏡１８で直角に反射させて鉛直上方へ導き、整形手段１９で整形され、透明基板１５の下側から入射して上側に透過し、第１流動性物質１４に吸収される構成となっている。
【００３３】
レーザとしては、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）、ＫｒＣｌ（λ＝２２２ｎｍ）、ＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（λ＝３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（λ＝３５１ｎｍ）エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯレーザ、ＹＬＦレーザ、色素レーザ、炭酸ガスレーザ、Ｋｒイオンレーザ、Ａｒイオンレーザ、銅蒸気レーザ、チタンサファイアレーザ等の基本発振波長光、及びその基本発振波長光を非線形光学素子などにより変換したものを用いることができる。例えば、ＹＡＧレーザに二倍高調波（λ＝５３２ｎｍ）、三倍高調波（λ＝３５５ｎｍ）、四倍高調波（λ＝２６６ｎｍ）などが挙げられる。なお、レーザとしてフォトニック結晶レーザを用いれば、面光源であるのでレーザ装置１１内にビームエキスパンダが不要となるので好ましい。
【００３４】
そして、エッチングを行うためのレーザ強度は、レーザ波長に対する第１流動性物質の吸収によって異なるが、０．０１〜１００Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅが好ましい。さらに好ましくは、０．１〜１０Ｊ／ｃｍ2／ｐｕｌｓｅである。レーザ強度が弱すぎるとエッチングが起こらず、強すぎると透明材料１５に損傷を与える。
【００３５】
第１容器１２は、例えば図１に示すように、直方体の１面が開放された開放面を有する形状とすることができる。この開放面から第１流動性物質１４の入れ替えを行い、開放面の端部を透明材料１５にＯリング（不図示）などを介して固定することで第１流動性物質１４の漏れを防止し、透明材料１５を下に向けた状態で透明材料加工装置１０に取り付ける。なお、透明材料１５を第１容器１２へ固定するには、ネジやクリップやクランプなどの固定手段を用いればよい。また、第１容器１２の壁面の厚みには特に限定はないが、数ｍｍの厚さがあれば足りる。
【００３６】
第１流動性物質１４は、使用するレーザ波長に対して高い吸収率を有する物質であればよい。例えば、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（ＴＨＦ）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、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る。また、ピラニン水溶液、ナフタレン誘導体水溶液、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る。さらに、上述した物質の２種類以上を混合して作られた流動性物質も使用することができる。
【００３７】
これらの物質は使用するレーザ波長に対して高い吸収率を有することが必要で、例えば、第１流動性物質１４と透明材料１５との界面から、流動性物質内部に０．１ｍｍの深さで１０％以上の吸収率を有することが好ましい。さらに好ましくは、０．１ｍｍの深さで５０％以上の吸収率を有することである。吸収率が十分に高くない場合には、エッチングの精密化及び微細化が十分には達成されない。
【００３８】
次に、上記の透明材料加工装置１０を用いた透明材料１５の加工法について図１を用いて説明する。まず、第１容器１２に第１流動性物質１４を注入し、第１容器１２の開放面に透明材料１５を取り付ける。そして、透明材料１５が下向きになるように第１容器１２を上下逆さまにし、整形手段１９の上方の所定位置に取り付ける。このとき、第１流動性物質１４に気泡が混ざらないように注意する。気泡は加工の妨げとなるからである。
【００３９】
これで、第１流動性物質１４を透明材料１５の裏面に接触させた状態となる。次に、第２容器２１の外側から透明材料１５へ向けてリング状のレーザを照射する。つまり、透明材料１５の表面からレーザを照射することになる。
【００４０】
このようにしてレーザを照射すると、図２（ａ）に示すように、透明材料１５のレーザ入射側である表面では何ら変化はないが、第１流動性物質１４と接触した透明材料１５の面ではレーザ照射部分にのみ選択的にエッチングが行え、リング状の加工部１３が形成される。さらにレーザ照射を続けると、図２（ｂ）に示すように、加工部１３が貫通し、図２（ｃ）に示すように、加工部１３の内側の透明材料１５が切断片１５ａとして分離され、透明材料１５に貫通穴１６が形成される。
【００４１】
このとき、加工部１３の線幅はレーザの幅できまるが、数μｍ程度まで細くすることが可能である。しかもエッチング部分には何ら化学的な劣化や損傷を与えない。エッチング速度はレーザ強度に依存し、エッチング工程を精密に制御できる。また、エッチングの深さは、レーザパルス数に比例して増加するので、エッチング深さを精密に制御できる。したがって、貫通加工するためには、レーザ強度が強くレーザパルス数が大きい程、生産性が高い。
【００４２】
また、作業温度としては、第１流動性物質１４の流動性が保持される温度であれば特に限定はない。さらに、エッチングの安定性を高めるための手段、例えば、第１流動性物質１４を循環する方法、あるいは、撹拌する方法などを用いてもよい。
【００４３】
上記の透明材料加工装置１０及び加工法によれば、多段階リソグラフィ法による多段階の工程が必要であることに比べて、一段階の処理でエッチングができる。しかも、真空雰囲気が不要である。また、レーザ誘起プラズマ法に比べて、未照射部分への損傷も避けられる。また、低レーザ強度のためエネルギー効率が良く、エッチングできる材料の対象範囲も広くなる。さらに、低レーザ強度のためにマスクを通してのエッチングも可能で、エッチングパターンの精度は１０μｍ以下である。加えて、エッチング速度も制御でき、エッチング面の化学組成にも変化を与えないことから、本発明の加工法は微細化、精密化、高品質化できる方法であるとともに、非常に低コストであり、量産性に富む方法である。
【００４４】
また、数ｍｍ〜数十ｍｍの比較的大きな貫通穴を開ける場合、従来の延長上の方法により、貫通穴の形状にレーザを透過するマスクを用意して透明材料の貫通穴となる部分を全てエッチングしていく方法を採ったときは、貫通間近で残肉が薄くなったとき、残肉表裏の大気圧と液体との圧力差によって残肉部分が破損するおそれがあり、破損した場合、穴周辺にクラックや欠けが生じるおそれがある。この場合、エッチングによって生じる加工残渣も多量となり、除去に手間も掛かる。それに比べて、本発明のようにリング状のレーザで加工すれば、貫通部分の外周部分をエッチングするだけなので、加工残渣が少なく、クラックや欠けが生じる可能性も低い。
【００４５】
次に、本発明の透明材料加工装置の他の実施形態について説明する。以下の図面では、上述した図面と同種の部材には同符号を付してその詳細な説明を省略する。図３は、本発明の他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。この透明材料加工装置２０が図１の透明材料加工装置１０と異なる点は、レーザに対して励起反応性のない第２流動性物質２２を収容する第２容器２１を設けたことである。
【００４６】
図３では、透明材料１５が第２容器２１内にセットされ、第２容器２１内の第２流動性物質２２が透明材料１５の表面（下面）に接触している。第２容器２１は、少なくともレーザが照射される部分（図３では底面の中央付近）が、使用するレーザ波長に対して透明性、つまりレーザ透過性を有すればよい。例えば、上述した透明材料１５に用いることができる材料と同じ材料を用いることができる。側壁などその他の部分は、レーザを吸収する材料でも構わない。第２容器２１の壁面の厚みには特に限定はないが、数ｍｍの厚さがあれば足りる。第２容器２１は、例えば図３に示すように、直方体の上面が開放された形状とすることができる。この開放された上面には異物侵入防止のために蓋を設けてもよい。この上面から第２流動性物質２２及び第１容器１２に固定された透明材料１５の入れ替えが行われる。
【００４７】
第２流動性物質２２は、使用するレーザ波長に対して透明性を有する物質であればよい。例えば、上述した第１流動性物質１４の溶媒として挙げられた水、アセトン、エタノール、ＴＨＦなどを用いることができる。第２流動性物質２２は、第１流動性物質１４と混合したときに化学反応しない必要があるので、第１流動性物質１４の溶媒と同じものを用いることが望ましい。
【００４８】
この透明材料加工装置２０によれば、貫通穴を精度良く量産することができる。それには、まず図３のように、第１流動性物質１４を透明材料１５の裏面に、第２流動性物質２２を透明材料１５の表面に、それぞれ接触させた状態とする。次に、第２容器２１の外側（下方）から透明材料１５へ向けてレーザを照射する。つまり、透明材料１５の表面からレーザを照射することになる。このようにしてレーザを照射すると、第２流動性物質２２はレーザを吸収しないので透明材料１５のレーザ入射側である表面では何ら変化はないが、第１流動性物質１４と接触した透明材料１５の面ではレーザ照射部分にのみ選択的にエッチングが行える。そして、透明材料１５を貫通するまでエッチングを続ければ貫通穴が得られる。
【００４９】
このように、第２流動性物質２２を透明材料１５の表面に接触させることにより、貫通間近で残肉が薄くなったとき、残肉の表裏の第２流動性物質２２と第１流動性物質１４との圧力差がないので残肉部分に力がかからず、破損するおそれやクラックや欠けが生じるおそれが軽減され、加工精度を向上させることができる。これは、貫通穴や底の薄い穴の径が大きくなるほど顕著に表れる。
【００５０】
なお、貫通穴や底の薄い穴の形状は、円、楕円、多角形など、任意の形状に加工できる。また、貫通穴や底の薄い穴の形状を円とした場合、その直径が０．０１〜０．１ｍｍ程度の場合はリング状のレーザを用いなくても円形のレーザであれば加工可能であるが、０．１ｍｍより大きな貫通穴を開ける場合は、リング状のレーザを用いることで上述した効果を得ることができる。
【００５１】
この透明材料加工装置２０を用いて、貫通穴を加工した場合、貫通穴を通じて第２流動性物質２２に第１流動性物質１４が混ざることが考えられるが、多少混ざって第２流動性物質２２が数％の濃度になったとしてもレーザに反応する濃度にはほど遠く、第２流動性物質２２を再利用してもレーザによって透明材料１５の表面が加工されてしまうことはない。したがって、貫通穴を加工する場合、第２流動性物質２２は何回も再利用することができ経済的である。
【００５２】
次に、本発明の透明材料加工装置のさらに他の実施形態について説明する。図４は、本発明のさらに他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。透明材料加工装置３０は、第１流動性物質１４を透明材料１５の裏面に接触させ、透明材料１５の表面からレーザを照射して透明材料１５の裏面から加工する装置である。そのため透明材料加工装置３０は、レーザ装置１１と、第１流動性物質１４を収容する第１容器１２と、透明材料１５の裏面を第１流動性物質１４に接触させるために第１容器１２に設けられた第１開口部１２ａと、第２流動性物質２２を収容する第２容器２１と、透明材料１５の表面を第２流動性物質に接触させるために第２容器２１に設けられた第２開口部２１ａとを備えている。
【００５３】
第１開口部１２ａと第２開口部２１ａとは、透明材料１５よりもひとまわり小さい開口であり、図４では２つの開口部１２ａ、２１ａは同じ大きさの四角形状となっている。また図４では、透明材料１５は、第１開口部１２ａの第１容器１２内側面にＯリング（不図示）などを介して固定されている。この固定にはネジやクリップやクランプなどの固定手段を用いればよい。
【００５４】
なお、透明材料１５は、図５のように、第２開口部２１ａの第２容器２１内側面に固定してもよいし、図６のように、第１開口部１２ａの第１容器外側面にＯリングを介して固定するとともに、第２開口部２１ａの第２容器外側面にＯリングを介して固定してもよい。また、図７のように、第１容器１２と第２容器２１との間の壁面は１枚とし、共有してもよい。つまり、第１容器１２と第２容器２１とを一体型にするということである。この場合、第１開口部１２ａと第２開口部２１ａとは１つの開口部となり、透明材料１５はこの開口部のどちら側に固定してもよい。
【００５５】
また、第１容器１２又は第２容器２１の側壁そのものを加工することもできる。この場合、第１開口部１２ａ又は第２開口部２１ａを壁面とし、その壁面を加工することになる。
【００５６】
次に、上記の透明材料加工装置３０を用いた透明材料１５の加工法について図４を用いて説明する。まず、透明材料１５を図４のように第２容器２１の開放された上面から第２容器２１内へ移動させ、第２開口部２１ａに密着させるように固定する。続いて第１流動性物質１４を第１容器１２へ、第２流動性物質２２を第２容器２１へそれぞれの上面から注入する。それぞれの流動性物質は、少なくとも透明材料１５の加工位置よりも上まで注ぐ。このとき気泡が混ざらないように注意する。気泡は加工の妨げとなるからである。
【００５７】
これで、第１流動性物質１４を透明材料１５の裏面に、第２流動性物質２２を透明材料１５の表面に接触させた状態となる。次に、第２容器２１の外側から透明材料１５へ向けてリング状のレーザを照射する。つまり、透明材料１５の表面からレーザを照射することになる。
【００５８】
このようにしてレーザを照射すると、透明材料１５のレーザ入射側である表面では何ら変化はないが、第１流動性物質１４と接触した透明材料１５の面ではレーザ照射部分にのみ選択的にエッチングが行える。
【００５９】
また、作業温度としては、第１流動性物質１４の流動性が保持される温度であれば特に限定はない。さらに、エッチングの安定性を高めるための手段、例えば、第１流動性物質１４を循環する方法、あるいは、撹拌する方法などを用いてもよい。
【００６０】
この実施形態においても、上述した実施形態と同様に貫通穴を加工することができ、同等の効果を得ることができる。
【００６１】
次に、本発明の透明材料加工装置のさらに他の実施形態について説明する。図８は、本発明のさらに他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。この透明材料加工装置４０が図４の透明材料加工装置３０と異なる点は、第１容器１２に繋がる第１経路２８と、第２容器２１に繋がる第２経路２９と、第１経路２１に繋がる第３容器２３と、第２経路２２に繋がる第４容器２４とが設けられていることである。
【００６２】
図８では、第１容器１２の底面に第１経路２８である穴が形成され、第２容器２１の底面に第２経路２９である穴が形成されている。そして、第１経路２８の下方に第３容器２３が、第２経路２９の下方に第４容器２４が位置している。さらに、第１経路２８の上面には第１弁２５が、第２経路２９の上面には第２弁２６が設けられている。なお、第１容器１２及び第２容器２１は、図５〜図７のような形態を利用してもよい。
【００６３】
なお、第１経路２８及び第２経路２９は、管を用いてもよく、その場合、管は第１容器１２及び第２容器２１の底面に接続してもよいし、第１容器１２及び第２容器２１の底面付近の側面に接続してもよい。
【００６４】
第３容器２３は、第１容器１２より一回り大きく、その上面が開放されている。同様に、第４容器２４は、第２容器２１より一回り大きく、その上面が開放されている。また、第３容器２３と第４容器２４との間の壁面２７は１枚とし、共有している。つまり、第３容器２３と第４容器２４とが一体となっている。この壁面２７は、上下に折りたためるようになっており、例えば、蛇腹の樹脂を用いることができる。また、壁面２７の上端は、第１経路２８と第２経路２９の間であって、第１容器１２又は第２容器２１の底面に密着した状態で固定されている。また、第３容器２３及び第４容器２４は、第１流動性物質１４及び第２流動性物質２２によって劣化しない材料で作製されていればその材料には特に限定はない。
【００６５】
第１弁２５は、第１経路２８を通じて第１流動性物質１４を第１容器１２と第３容器２３との間で移動させたり、せき止めたりできればよく、同様に、第２弁２６は、第２経路２９を通じて第２流動性物質２２を第２容器２１と第４容器２４との間で移動させたり、せき止めたりできればよく、例えば、電磁弁などを用いることができる。図５では、第１弁２５及び第２弁２６は、それぞれ第１経路２８の上面又は第２経路２９の上面を覆うように設けられているが、その位置は特に限定はなく、第１経路２８又は第２経路２９の中や下面に設けてもよい。なお、弁の代わりにコックなど他のせき止め手段を用いてもよい。
【００６６】
次に、上記の透明材料加工装置４０を用いた透明材料１５の加工法について図８〜図１０を用いて説明する。まず、透明材料１５を図８のように第２容器２１の開放された上面から第２容器２１内へ移動させ、第２開口部２１ａに密着させるように固定する。続いて第１流動性物質１４を第１容器１２へ、第２流動性物質２２を第２容器２１へそれぞれの上面から注入する。このとき第１弁２５及び第２弁２６は閉じておく。それぞれの流動性物質は、少なくとも透明材料１５の加工位置よりも上まで注ぐ。
【００６７】
次に、第２容器２１の外側から透明材料１５へ向けてリング状のレーザを照射する。これは、図１や図４で説明した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。そして、加工が完了すると、レーザ照射を停止し、図９のように第１弁２５を開放し、第１容器１２中の第１流動性物質１４を第１経路２８を通じて第３容器２３へ落下させて収容する。同様に、第２容器２１中の第２流動性物質２２を第２経路２９を通じて第４容器２４へ落下させて収容する。その後、透明材料１５を取り出す。
【００６８】
続けて新たな透明材料１５を加工する場合は、この状態で透明材料１５を同様に取り付ける。そして、図１０のように第１弁２５及び第２弁２６を開放した状態で、第３容器２３及び第４容器２４を、流動性物質がこぼれ出さないように、徐々にゆっくりと持ち上げる。これにより、第１流動性物質１４及び第２流動性物質２２は、それぞれ第３容器２３及び第４容器２４から第１経路２８及び第２経路２９を通って第１容器１２及び第２容器２１へ収容される。そして、第１流動性物質１４及び第２流動性物質２２が十分に第１容器１２及び第２容器２１へ移動したら、第１弁２５及び第２弁２６を閉じ、第３容器２３及び第４容器２４を下方へ移動させ、図８の位置まで戻す。その後、レーザ照射によって加工する。
【００６９】
このように、第３容器２３及び第４容器２４を用いることにより、新たな透明材料に付け替えるために、第１容器１２及び第２容器２１の上面から流動性物質を抜かなくてよいので、作業性が向上し、量産に適している。
【００７０】
また、第１流動性物質１４を第３容器２３へ移動させて再び第１容器１２へ戻すことにより、第１流動性物質１４を循環させることができ、大面積の透明基板を加工するときに起こりうるエッチング付近の第１流動性物質１４の劣化の影響を低減することができる。したがって、エッチングの精度を維持することができるとともに、エッチングの再現性も向上させることができる。
【００７１】
なお、上記の透明材料加工装置４０は、図１１に示す透明材料加工装置５０のような形態としてもよい。透明材料加工装置５０は、透明材料加工装置４０から第１弁２５及び第２弁２６を省略し、少なくとも第４容器２４の側面２４ａのレーザが照射される部分が、使用するレーザ波長に対して透明性を有する構成としたものである。
【００７２】
この構成によれば、図１１のように第１及び第２容器１２、２１と第３及び第４容器２３、２４とを重ねた状態でレーザ照射可能である。そして、透明材料１５を取り替える際には、図１２のように第１及び第２容器１２、２１を持ち上げる。これにより、第１及び第２流動性物質１４、２２はそれぞれ第１及び第２経路２８、２９を通じて第３及び第４容器２３、２４へ移動するので、容易に透明材料１５を取り替えることができる。そして、第１弁２５及び第２弁２６も不要となる。
【００７３】
本明細書の説明では、整形後のレーザ形状についてリング状という表現を用いたが、他にもドーナツ状、額縁状、筒状などと表現することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明による貫通穴の加工は、インクジェット用ノズルの加工などに利用することができる。また、本発明の加工は、マイクロレンズアレイ、回折格子、光導波路、発光素子、回折素子（ＤＯＥ）、フェーズマスク、フォトニック素子、液晶配向基板、などの光学素子の加工やＤＮＡチップ基板、マイクロリアクター反応容器、マイクロ分析セル、センサー基板などの化学・環境・バイオ・医療用材料の調製、極微小マーキング、微小電気回路素子などの産業応用材料のように様々な応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。
【図２】本発明の透明材料加工法の各工程における透明材料の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。
【図４】本発明のさらに他の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。
【図５】本発明の透明材料の他の設置形態を示す第１及び第２容器の側断面図である。
【図６】本発明の他の形態の第１及び第２容器の側断面図である。
【図７】本発明の他の形態の第１及び第２容器の側断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。
【図９】図８の第１及び第２弁を開放した状態の図である。
【図１０】図９の状態から第１及び第２流動性物質を第１及び第２容器に再注入した図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態の透明材料加工装置の模式的な側断面図である。
【図１２】図１１の状態から第１及び第２流動性物質を第３及び第４容器に排出した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、２０、３０、４０、５０    透明材料加工装置
１２    第１容器
１２ａ    第１開口部
１３    加工部
１４    第１流動性物質
１５    透明材料
１６    貫通穴
２１    第２容器
２１ａ    第２開口部
２２    第２流動性物質
２３    第３容器
２４    第４容器
２８    第１経路
２９    第２経路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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