(57)【特許請求の範囲】
【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、また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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、また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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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２ｍｍ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５Ｈzで、１パルスあたりの照射エネルギーは、３０Ｊ／cm2／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。
【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１０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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【符号の説明】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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