(57)【要約】レーザー光ＬＢによる透光材１の加工は、透光材１の被加工面に光吸収層２を接触させた状態とし、光吸収層２を介して透光材１の被加工面にレーザー光ＬＢを照射することにより実施される。所定エネルギーのパルス状レーザー光ＬＢを複数回断続的に照射する場合は、レーザー光照射の繰り返しに伴って光吸収層２の加工穴深さが徐々に増大して貫通孔２ａが形成されると共に貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する。また、加工穴深さが徐々に増大する過程及び貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する過程では光吸収層２に吸収されたエネルギーが熱に変換され、透光材１と光吸収層２との界面ＢＦで生じる熱によって透光材１の被加工面に対する穴加工が開始されると共に穴１ａの大きさ及び深さが徐々に増大する。
2002081142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することにより被加工面に穴または溝を形成するレーザー光による透光材の加工方法であって、
前記レーザー光に対する前記光吸収層の吸光係数がαであるとき、前記光吸収層の厚みは１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きい、
ことを特徴とするレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２】
吸光係数αは、∂Ｉ／∂ｘ＝−αＩ（Ｉは光強度、ｘは距離）の式により規定されたものである、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３】
光吸収層は透光材の被加工面における加工必要部分のみに部分的に設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４】
レーザー光を光吸収層の端縁に沿って照射して、透光材の被加工面に端縁のラインに整合した形状の溝を形成する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項５】
貫通孔を有する光吸収層を用い、レーザー光を光吸収層の貫通孔の縁に沿って照射して、透光材の被加工面に孔縁のラインに整合した形状の溝を形成する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項６】
レーザー光の照射形状よりも径が小さな貫通孔または幅が小さな貫通スリットスリットを有する光吸収層を用い、レーザー光を光吸収層の貫通孔または貫通スリットに照射して、透光材の被加工面に穴または溝を形成する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項７】
レーザー光の照射形状よりも径が小さな非貫通孔または幅が小さな非貫通スリットを有する光吸収層を用い、レーザー光を光吸収層の非貫通孔または非貫通スリットに照射して、透光材の被加工面に穴または溝を形成する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項８】
レーザー光の照射形状よりも小さな透光部を有するマスクを用い、マスクの透光部を通じてレーザー光を光吸収層に照射する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項９】
レーザー光をマスクを介して光吸収層に照射する方法として密着露光法を用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１０】
マスクとしてコンフォーマルマスクを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１１】
レーザー光をマスクを介して光吸収層に対して照射する方法として投影露光法を用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１２】
マスクと光吸収層との間に結合光学系を介装した、
ことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１３】
光吸収層はプラスチックから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１４】
プラスチックはポリメチルメタクリレート，ポリエチレン，ポリイミドの１つから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１５】
光吸収層はセラミックスから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１６】
セラミックスはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，Ｂ４Ｃ，ＴｉＯ２，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＭｇＯ，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＣｒＯ２，Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１７】
光吸収層はセラミックス粉末含有スラリーの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１８】
スラリーはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，Ｂ４Ｃ，ＴｉＯ２，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＭｇＯ，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＣｒＯ２，Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種のセラミックス粉末を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第１７に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１９】
光吸収層は金属から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２０】
金属はＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌから選ばれる少なくとも１種を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２１】
光吸収層は金属粉末含有ペーストの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２２】
ペーストはＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌから選ばれる少なくとも１種の金属粉末を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第２１に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２３】
光吸収層はカーボンから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２４】
光吸収層はカーボン粉末含有ペーストの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２５】
光吸収層は吸光係数を調整するための吸光係数調整剤を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２４項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２６】
吸光係数調整剤は色素，金属粉末，カーボン粉末の少なくとも１つから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２７】
光吸収層として、吸光係数が異なる複数の部分を有するものを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２６項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２８】
吸光係数が異なる複数の部分は、光吸収層の厚み方向に層状に分布している、
ことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２９】
吸光係数が異なる複数の部分は各々が層状を成し、レーザー光照射面側から反対面側に向かって吸光係数が段階的に小さくなるように重ねられている、
ことを特徴とする請求の範囲第２８項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３０】
吸光係数が異なる複数の部分は、光吸収層の厚み方向と直交する方向に分布している、
ことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３１】
光吸収層の吸光係数が異なる複数の部分を同時に透光材に接触させた状態で、各部分に対してレーザー光を照射することにより透光材の加工を行う、
ことを特徴とする請求の範囲第３０項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３２】
光吸収層の吸光係数が異なる複数の部分を選択的に用い、選択した部分に対してレーザー光を照射することにより透光材の加工を行う、
ことを特徴とする請求の範囲第３０項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３３】
レーザー光として気体レーザー光，固体レーザー光，半導体レーザー光の何れか１つを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３４】
所定エネルギーのパルス状レーザー光を複数回断続的に照射することにより、光吸収層に対するレーザー光の照射を実施する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３３項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３５】
パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に減少させる、
ことを特徴とする請求の範囲第３４項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３６】
パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に増加させる、
ことを特徴とする請求の範囲第３４項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３７】
所定出力のレーザー光を所定時間連続的に照射することにより、光吸収層に対するレーザー光の照射を実施する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３３項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３８】
レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に減少させる、
ことを特徴とする請求の範囲第３７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３９】
レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に増加させる、
ことを特徴とする請求の範囲第３７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４０】
光吸収層は透光材の被加工面に接触した状態で設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３９項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４１】
光吸収層は透光材の被加工面に熱伝導が可能な微小隙間をおいて設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３９項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４２】
光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することによって加工された透光材加工物であって、
加工部分の光透過率が非加工部分の光透過率の５％以下である、
ことを特徴とする透光材加工物。
【請求項４３】
透光材が石英ガラスである、
ことを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の透光材加工物。
【請求項４４】
加工部分は結晶化した石英を含む、
ことを特徴とする請求の範囲第４３項に記載の透光材加工物。
【請求項４５】
透光材加工物は、レーザー光を被加工物に照射して被加工物を加工するときのマスクとして用いられる、
ことを特徴とする請求の範囲第４２項〜第４４項の何れか１項に記載の透光材加工物。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光の吸収が少ないガラスや透明樹脂等の透光材をレーザー光によって加工する方法と、レーザー光によって加工された透光材加工物に関する。
背景技術
光の吸収が少ないガラスや透明樹脂等の透光材にレーザー光を照射して加工する方法として下記（１）〜（３）の方法が提案されている。
（１）透光材の裏面に金属イオン含有溶液を接触させた状態で、透光材の表面にレーザー光を照射することにより、金属イオン含有溶液が接触する透光材の裏面に穴開け加工を行う方法。
（２）金属イオンを含んだ光学結晶の表面に薄い金属吸収層または有機物吸収層を設け、吸収層に対してレーザー光を照射することにより、光学結晶の表面にレーザー光吸収率の高い変質層を生成し、そして、この変質層に対してレーザー光を照射することにより、光学結晶に加工を行う方法。また、不純物を含むガラスの表面に金属イオン含有溶液または有色インキを塗布し、金属イオン含有溶液または有色インキに対してレーザー光を照射することにより、ガラスの表面にレーザー光吸収率の高い変質層を生成し、そして、この変質層に対してレーザー光を照射することにより、光学結晶に加工を行う方法。
（３）光吸収層を透光材の表面に設け、光吸収層と透光材の境界面に焦点を結ぶようにレンズを介してレーザー光を照射することにより、透光材に彫刻を行う方法（日本国の特開平９−１９２８５７号公報）。
しかしながら、前記（１）の方法は、透光材の表面にレーザー光を照射して透光材を透過したレーザー光によって透光材の裏面を加工する方法であるため、加工それ自体を制御することが難しく、加工形状にも制限が生じてしまう。
また、前記（２）及び（３）の方法は、レーザー光によって透光材の表面にレーザー光吸収率の高い変質層を生成してからこの変質層に対してレーザー光を照射として加工を行う方法であるため、前記変質層を生成できない材料、例えば石英ガラス等を被加工材として用いることができない。しかも、高エネルギーのレーザー光が必要となるため、透光材の材質や厚み如何ではレーザー光の照射によって透光材にクラックを生じる恐れもある。
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その主たる目的とするところは、レーザー光の種類や透光材の材質等に拘わらず、低エネルギーのレーザー光によって透光材に所望の加工を的確に行える方法と、レーザー光によって加工された透光材加工物を提供することにある。
発明の開示
本発明の透光材の加工方法は、光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することにより被加工面に穴または溝を形成するレーザー光による透光材の加工方法であって、前記レーザー光に対する前記光吸収層の吸光係数がαであるとき、前記光吸収層の厚みは１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きいことをその特徴とする。この加工方法によれば、レーザー光の種類や透光材の材質等に拘わらず、低エネルギーのレーザー光によって透光材に所望の加工を的確に行うことができる。
また、本発明の透光材加工物は、光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することによって加工された透光材加工物であって、加工部分の光透過率が非加工部分の光透過率の５％以下であることをその特徴とする。この透光材加工物によれば、レーザー光の透過を制御する光学素子として優れた機能を発揮し得る。
発明を実施するための最良の形態
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は第１の加工方法を示す。図中の符号１は加工対象となる透光材、符号２は透光材１の被加工面上に設けられた光吸収層、符号ＬＢは光吸収層２に対して照射されるレーザー光である。
透光材１はレーザー光ＬＢの吸収が少ない材料、例えば、石英ガラス，ホウケイ酸ガラス，アルミノシリケートガラス，ソーダ石灰ガラス，無アルカリガラス等のガラスや、ポリカーボネイト，アクリル樹脂，フッ素樹脂等のプラスチックや、水晶，ＣａＦ２，サファイア，ＳｉＣ，ＧａＮ，ダイヤモンド等の結晶から成る。また、光散乱等による不透明なフッ素樹脂，ガラス等もレーザー光ＬＢの吸収が少ない材料に相当する。
光吸収層２はレーザー光ＬＢに対して所定の吸光係数αを有する材料、例えば、熱可塑性プラスチックの中でもポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリイミド（ＰＩ）等から選ばれる１種のプラスチックや、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４、Ｂ４Ｃ，ＴｉＯ２，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＭｇＯ，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＣｒＯ２，Ｆｅ２Ｏ３等から選ばれる少なくとも１種を含有するセラミックスや、このセラミックスと同じセラミックス粉末を含有したスラリーの層またはこれを乾燥した層や、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ等から選ばれる少なくとも１種を含有する金属や、この金属と同じ金属粉末を含有したペーストの層またはこれを乾燥した層や、カーボンや、カーボン粉末を含有したペーストの層またはこれを乾燥した層から成る。
前記のプラスチックから光吸収層２を形成する場合は、予め整形されたフィルム状のものを透光材１の被加工面に付設する方法や、加熱により流動化したものを透光材１の被加工面に塗布し硬化させて層を形成する方法が利用できる。
また、前記のセラミックスから光吸収層２を形成する場合は、予め整形されたシート状のものを透光材１の被加工面に付設する方法や、セラミックス粉末と有機バインダと有機溶剤を必須成分としこれに分散剤や可塑剤を必要に応じて加えて得たスラリーを透光材１の被加工面に塗布し焼成して層を形成する方法が利用できる。ちなみに、有機バインダにはアクリル樹脂やフェノール樹脂やアルキッド樹脂やロジンエステルや各種セルロース等から選ばれる少なくとも１種が用いられ、また、有機溶剤にはアルコール系や炭化水素系やエーテル系やエステル系等から選ばれる少なくとも１種が用いられる。
さらに、前記のセラミックス粉末含有スラリーの層から光吸収層２を形成する場合は、前記スラリーを透光材１の被加工面に塗布して層を形成する方法が利用できる。また、前記のセラミックス粉末含有スラリーの層を乾燥した層から光吸収層２を形成する場合は、前記スラリーを透光材１の被加工面に塗布してこの塗布層を乾燥させる方法や、プラスチックフィルム上に前記スラリーを塗布し乾燥して得たシート状のものを透光材１の被加工面に付設する方法が利用できる。
さらに、前記の金属から光吸収層２を形成する場合は、予め整形されたフィルム状のものを透光材１の被加工面に付設する方法や、蒸着やスパッタリング等の薄膜形成手法によって金属の層を透光材１の被加工面に直接形成する方法や、金属粉末と前記同様の有機バインダと前記同様の溶剤を必須成分としこれに適宜添加剤を加えて得たペーストを透光材１の被加工面に塗布し焼成して層を形成する方法が利用できる。
さらに、前記の金属粉末含有ペーストの層から光吸収層２を形成する場合は、前記ペーストを透光材１の被加工面に塗布して層を形成する方法が利用できる。また、前記の金属粉末含有ペーストの層を乾燥した層から光吸収層２を形成する場合は、前記ペーストを透光材１の被加工面に塗布してこの塗布層を乾燥させる方法や、プラスチックフィルム上に前記ペーストを塗布し乾燥して得たシート状のものを透光材１の被加工面に付設する方法が利用できる。
さらに、前記のカーボンから光吸収層２を形成する場合は、予め整形されたフィルム状のものを透光材１の被加工面に付設する方法や、蒸着やスパッタリング等の薄膜形成手法によってカーボンの層を透光材１の被加工面に直接形成する方法や、カーボン粉末と前記同様の有機バインダと前記同様の溶剤を必須成分としこれに適宜添加剤を加えて得たペーストを透光材１の被加工面に塗布し焼成して層を形成する方法が利用できる。
さらに、前記のカーボン粉末含有ペーストの層から光吸収層２を形成する場合は、前記ペーストを透光材１の被加工面に塗布して層を形成する方法が利用できる。また、前記のカーボン粉末含有ペーストの層を乾燥した層から光吸収層２を形成する場合は、前記ペーストを透光材１の被加工面に塗布してこの塗布層を乾燥させる方法や、プラスチックフィルム上に前記ペーストを塗布し乾燥して得たシート状のものを透光材１の被加工面に付設する方法が利用できる。
尚、前記の光吸収層２は、後述の吸光係数αを調整するための吸光係数調整剤、例えば、無機顔料等の色素や、銅等の金属粉末や、カーボン粉末の少なくとも１種を含有していても構わない。
レーザー光ＬＢは、Ｈｅ−Ｎｅレーザー，Ａｒイオンレーザー，ＣＯ２レーザー，エキシマレーザー等の気体レーザーや、ＹＡＧレーザー等の固体レーザーや、半導体レーザーから出射されたものであり、図示省略の光学系を介して光吸収層２に照射される。
レーザー光ＬＢによる透光材１の加工は、図１（Ａ）に示すように透光材１の被加工面に光吸収層２を接触させた状態とし、図１（Ｂ）に示すように光吸収層２を介して透光材１の被加工面にレーザー光ＬＢを照射することにより実施される。
レーザー光ＬＢの照射方法としては、所定エネルギー（出力×照射時間）のパルス状レーザー光ＬＢを複数回断続的に照射する方法と、所定出力のレーザー光ＬＢを所定時間連続的に照射する方法の何れかが採用できる。
所定エネルギーのパルス状レーザー光ＬＢを光吸収層２を介して透光材１の被加工面に複数回断続的に照射する場合は、レーザー光照射の繰り返しに伴って光吸収層２の加工穴深さが徐々に増大して図１（Ｂ）に破線で示すような貫通孔２ａが形成されると共に貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する。また、加工穴深さが徐々に増大する過程及び貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する過程では光吸収層２に吸収されたエネルギーが熱に変換され、透光材１と光吸収層２との界面ＢＦで生じる熱によって透光材１の被加工面に対する穴加工が開始されると共に穴１ａの大きさ及び深さが徐々に増大する。光吸収層２に貫通孔２ａが形成された後はこの貫通孔２ａを通じてレーザー光ＬＢの一部が透光材１の被加工面に直接照射されることになるが、透光材１に対する加工は主として透光材１と光吸収層２との界面ＢＦで生じる熱によって行われるので、直射レーザー光ＬＢは前記加工に補助的に利用されに過ぎない。
一方、所定出力のレーザー光ＬＢを光吸収層２を介して透光材１の被加工面に所定時間連続的に照射する場合は、照射時間の経過に伴って光吸収層２の加工穴深さが徐々に増大して図１（Ｂ）に破線で示すような貫通孔２ａが形成されると共に貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する。また、加工穴深さが徐々に増大する過程及び貫通孔２ａの下端口径が徐々に拡大する過程では光吸収層２に吸収されたエネルギーが熱に変換され、透光材１と光吸収層２との界面ＢＦで生じる熱によって透光材１の被加工面に対する穴加工が開始されると共に穴１ａの大きさ及び深さが徐々に増大する。光吸収層２に貫通孔２ａが形成された後はこの貫通孔２ａを通じてレーザー光ＬＢの一部が透光材１の被加工面に直接照射されることになるが、透光材１に対する加工は主として透光材１と光吸収層２との界面ＢＦで生じる熱によって行われるので、直射レーザー光ＬＢは前記加工に補助的に利用されに過ぎない。
前者の照射方法の場合及び後者の照射方法の場合も、レーザー光ＬＢの照射位置を所定軌跡で変化させれば、透光材１の被加工面に穴１ａの連続物である溝を照射軌跡に応じた形状で形成して直線溝や蛇行溝や環状溝等を任意に形成することができる。
前記の穴１ａまたは溝の断面形状は図１（Ｂ）に示すように底面幅よりも開口幅が大きな台形状或いはその近似形状となる場合が多いが、レーザー光ＬＢの照射エネルギーや光吸収層２及び透光材１の材質によっては、穴１ａまたは溝の断面形状は半円形やＵ字形やその近似形状や、Ｖ字形やその近似形状となる場合もあり得る。
前記の光吸収層２は、照射レーザー光ＬＢのエネルギーを熱に変換して透光材１と光吸収層２との界面ＢＦに加工のための熱を発生させる役目を果たしている。つまり、低エネルギーのレーザー光によって透光材に所望の加工を行うには、透光材１と光吸収層２との界面ＢＦに効率良く熱を発生させる必要があり、そのために光吸収層２の厚みｔが、加工に用いられるレーザー光の種類に応じて適切に設定されている。具体的には、レーザー光ＬＢに対する光吸収層２の吸光係数がαであるとき、光吸収層２の厚みｔは、１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きく設定されている。ちなみに、前記の吸光係数αは、例えば∂Ｉ／∂ｘ＝−αＩ（Ｉは光強度、ｘは距離）の式により規定することができる。また、前記の吸光係数は、光吸収係数或いは光強度減衰係数と称されることもある。
例えば、波長λが１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対する吸光係数αが２０００ｃｍ−１であるポリメチルメタクリレートの場合は、レーザー光の進入深さ１／αは５μｍとなるので、ポリメチルメタクリレートから成る光吸収層２の厚みｔを５μｍよりも大きく設定すれば所期の加工を的確に行うことができる。
また、波長λが１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光に対する吸光係数αが５０ｃｍ−１であるポリイミドの場合は、レーザー光の進入深さ１／αは２００μｍとなるので、ポリイミドから成る光吸収層２の厚みｔを２００μｍよりも大きく設定すれば所期の加工を的確に行うことができる。
さらに、波長λが１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光に対する吸光係数がα＝５００ｃｍ−１であるカーボン含有のポリエチレンの場合は、レーザー光の進入深さ１／αは２０μｍとなるので、カーボン含有のポリエチレンから成る光吸収層２の厚みｔを２０μｍよりも大きく設定すれば所期の加工を的確に行うことができる。
光吸収層２の厚みｔは基本的には１／αで表されるレーザー光ＬＢの進入深さよりも大きければ所期の加工を行えるのでその厚みｔには特段の上限はないが、光吸収層２として極端に厚いものを使用すると加工が開始されるまでのエネルギー損失が大きくなるので、材質や加工条件等にもよるが光吸収層２の厚みｔは前記進入深さ１／αの１００倍以内、好ましくは１０倍以内で設定することが望ましい。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は第２の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、透光材１の被加工面における加工必要部分のみに光吸収層３を部分的に設けた点にある。尚、図中の符号３ａが光吸収層３にレーザー光ＬＢを照射したときの除去部分を示す。この加工方法によれば、加工必要部分のみに光吸収層３を設けることで、光吸収層３に要する材料コストを低減できる利点がある。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は第３の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、光吸収層４の端縁４ａに沿ってレーザー光ＬＢを照射することで、端縁４ａのラインに整合した形状の溝１ｂを透光材１の被加工面に形成するようにした点にある。尚、図中の符号４ｂは光吸収層４の端縁４ａに沿ってレーザー光ＬＢを照射したときの除去部分を示す。この加工方法によれば、光照射層４の端縁４ａのラインを利用して透光材１の被加工面に所望形状の溝を的確に形成できる利点がある。ちなみに、ここで使用される光吸収層４は、前記第２の加工方法で用いた光吸収層３のように加工必要部分に設けられた部分的なものであってもよい。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は第３の加工方法を変形例を示す。この加工方法が前記第３の加工方法と異なるところは、光吸収層４として透光材１の加工面と鋭角を成す傾斜面を端縁４ａ’に有するものを用い、この端縁４ａ’の傾斜面と透光材１の加工面との境界部分に沿ってレーザー光ＬＢを照射することで、境界ラインに整合した形状の溝１ｂを透光材１の被加工面に形成するようにした点にある。図面には照射レーザー光ＬＢの軸を透光材１の加工面と鋭角を成すように傾けたものを示してあるが、照射レーザー光ＬＢの軸は透光材１の加工面と直交する向きであっても構わない。尚、図中の符号４ｂ’は前記境界部分に沿ってレーザー光ＬＢを照射したときの端縁４ａ’の除去部分を示す。この加工方法によれば、照射レーザー光ＬＢの一部が光吸収層４に照射され他部が透光材１の被加工面に照射されることになるが、境界ラインを利用して透光材１の被加工面に所望形状の溝を的確に形成できる。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は第４の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、貫通孔５ａを有する光吸収層５を用い、レーザー光Ｌ８を光吸収層５の貫通孔５ａの縁に沿って照射することで、孔縁のラインに整合した形状の環状溝１ｃを透光材１の被加工面に形成するようにした点にある。尚、図中の符号５ｂは光吸収層５の孔縁に沿ってレーザー光ＬＢを照射したときの除去部分を示す。この加工方法によれば、光照射層５の孔縁のラインを利用して透光材１の被加工面に所望形状の環状溝或いは湾曲溝を的確に形成できる利点がある。ちなみに、ここで使用される光吸収層５は、前記第２の加工方法で用いた光吸収層３のように加工必要部分に設けられた部分的なものであってもよい。また、逆円錐台状の貫通孔５ａを形成してその内壁面を透光材１の加工面と鋭角を成す傾斜面としておけば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を引用して説明した加工方法を利用して同様の加工を行うことができる。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は第５の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、レーザー光ＬＢの照射形状よりも径が小さな貫通孔６ａまたは幅が小さな貫通スリット（図示省略）を有する光吸収層６を用い、レーザー光ＬＢを光吸収層６の孔６ａまたはスリットに照射することで透光材１の被加工面に穴１ａや溝を形成するようにした点にある。尚、図中の符号６ａ’は光吸収層６の孔６ａまたはスリットにレーザー光ＬＢを照射したときの内壁除去部分を示す。この加工方法によれば、光照射層６に予め設けられた孔６ａまたはスリットをターゲットとして透光材１の被加工面に穴１ａや溝を的確に形成できる利点がある。また、穴開け加工が難しい金属から光照射層６を形成した場合でも孔６ａまたはスリットの内壁部分をレーザー光ＬＢによって除去しながら所期の加工を支障無く行える利点がある。ちなみに、ここで使用される光吸収層６は、前記第２の加工方法で用いた光吸収層３のように加工必要部分に設けられた部分的なものや、ノズル状の形態で構成したものであってもよい。また、貫通孔６ａまたは貫通スリットは下端から上端に向かって横断面形が徐々に拡大する形状、例えば縦断面が逆円錐台形状や逆角錐台形状や逆三角形状のものであってもよい。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は第６の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、レーザー光ＬＢの照射形状よりも径が小さい非貫通孔７ａまたは幅が小さな非貫通スリット（図示省略）を有する光吸収層７を用い、レーザー光ＬＢを光吸収層７の孔７ａまたはスリットに照射することで透光材１の被加工面に穴１ａや溝を形成するようにした点にある。尚、図中の符号７ａ’は光吸収層７の孔７ａまたはスリットにレーザー光ＬＢを照射したときの内壁除去部分を示す。この加工方法によれば、光照射層７に予め設けられた孔７ａまたはスリットをターゲットとして透光材１の被加工面に穴１ａや溝を的確に形成できる利点がある。また、穴開け加工が難しい金属から光照射層７を形成した場合でも孔７ａまたはスリットの内壁部分をレーザー光ＬＢによって除去しながら所期の加工を支障無く行える利点がある。ちなみに、ここで使用される光吸収層７は、前記第２の加工方法で用いた光吸収層３のように加工必要部分に設けられた部分的なものや、ノズル状の形態で構成したものであってもよい。また、非貫通孔７ａまたは非貫通スリットは下端から上端に向かって横断面形が拡大する形状、例えば縦断面が逆円錐台形状や逆角錐台形状や逆三角形状のものであってもよい。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は第７の加工方法を示す。この加工方法が前記第１の加工方法と異なるところは、レーザー光ＬＢの照射形状よりも小さな所定形状の透光部８ａを有するマスク８を光吸収層２上に設けて、マスク８の透光部８ａを通じてレーザー光ＬＢを光吸収層２に照射するようにした点にある。ちなみに、マスク８はレーザー光ＬＢに対して反射性を有するステンレスや反射性に乏しい金属板またはプラスチック板等に反射膜を形成したもの等から成る。この加工方法によれば、マスク８に形成された透光部８ａの形状に合致した形状の穴１ａまたは溝を透光材１の被加工面に形成できる利点がある。ちなみに、この加工方法では、マスク８を光吸収層２に接触させて露光を行う密着露光法を採用したものを例示したが、この場合のマスク８にはコンフォーマルマスクを用いることもできる。また、マスク８を光吸収層２から離した状態で露光を行う投影露光法を採用することもでき、この場合はマスク８を光吸収層２との間に結合光学系、例えば投影レンズを介装するようにしてもよい。
先に説明した加工方法では、光吸収層２〜７として単層構造のものを示したが、吸光係数が異なる複数の部分を有するものを光吸収層として用いてもよい。図９（Ａ）には、吸光係数が異なる複数の部分１１ａ〜１１ｃが光吸収層１１の厚み方向に層状に分布しているものを示し、図９（Ｂ）には、吸光係数が異なる複数の部分２１ａ〜２１ｃが光吸収層２１の厚み方向と直交する方向に分布しているものを示してある。
図９（Ａ）に示す光吸収層１１の場合は、吸光係数が異なる複数の部分１１ａ〜１１ｃによって透光材１に達するレーザー光ＬＢのエネルギーを段階的に制御することが可能であり、特に、吸光係数が異なる複数の部分１１ａ〜１１ｃがレーザー光照射面側から反対面側に向かって吸光係数が段階的に小さくなるように重なるように構成すれば、透光材１に達するレーザー光ＬＢのエネルギーを段階的に抑制して透光材１に口径よりも深さが大きな穴や幅よりも深さが大きな溝を形成することができる。
一方、図９（Ｂ）に示す光吸収層２１の場合は、光吸収層２１の吸光係数が異なる複数の部分２１ａ〜２１ｃを同時に透光材１に接触させた状態で、各部分２１ａ〜２１ｃに対して選択的にレーザー光ＬＢを照射することにより透光材１に種々の加工を行うことができる他、光吸収層２１の吸光係数が異なる複数の部分２１ａ〜２１ｃを選択的に透光材１に接触させ、選択した部分に対してレーザー光ＬＢを照射することにより透光材１に任意の加工を行うことができる。
また、先に説明した加工方法では、レーザー光ＬＢの照射方法として、所定エネルギーのパルス状レーザー光を複数回断続的に照射する方法と、所定出力のレーザー光を所定時間連続的に照射する方法を示したが、パルス状レーザー光を複数回断続的に照射する場合は、パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に減少させたり、或いは、パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に増加させるようにしてもよい。また、レーザー光を所定時間連続的に照射する場合は、レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に減少させたり、或いは、レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に増加させるようにしてもよい。
さらに、先に説明した加工方法では、透光材１の被加工面に光吸収層２〜７を接触状態で設けたが、光吸収層２〜７は必ずしも透光材１の被加工面に接触させておく必要はなく、透光材１の被加工面との間に熱伝導が可能な１００μｍ以下の微小隙間を形成しておいても前記同様の加工を行うことができる。
以下に前述の加工方法を適用した実験例を幾つか紹介する。
［実験例１］
石英ガラスの表面に、ポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが０．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径１μｍで深さ１μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を直接石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが５μｍ以下、例えば１μｍのものを使用し１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例２］
単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ）の表面に、ポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射することにより、単結晶炭化珪素基板の表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、単結晶炭化珪素基板の表面に口径２０μｍで深さ１μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を直接単結晶炭化珪素基板に照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが５μｍ以下、例えば１μｍのものを使用し１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も単結晶炭化珪素基板の表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例３］
石英ガラスの表面に、カーボン含有のポリエチレンフィルムを付設し、平均出力が０．５Ｗで１ｋＨｚのＱ−ｓｗ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光（λ＝１０６４ｎｍ）をパルス幅５０ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１ｋＨｚで５００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは２０μｍであったため、ポリエチレンフィルムとして厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径６０μｍで深さ１μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ポリエチレンフィルムを外して平均出力が１Ｗで１ｋＨｚのＱ−ｓｗ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光を直接石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが２０μｍ以下、例えば５μｍのものを使用し平均出力が１Ｗで１ｋＨｚのＱ−ｓｗ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光を照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例４］
石英ガラスの表面に、カーボン含有のポリエチレンフィルムを付設し、出力が２ＷのＣＷ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光（λ＝１０６４ｎｍ）を５ｍｓｅｃ連続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは２０μｍであったため、ポリエチレンフィルムとして厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径６０μｍで深さ１μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ポリエチレンフィルムを外して出力が５ＷのＣＷ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光を５ｍｓｅｃ連続的に石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリエチレンフィルムとして厚みｔが２０μｍ以下、例えば５μｍのものを使用し出力が５ＷのＣＷ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光を５ｍｓｅｃ連続的に石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例５］
石英ガラスの表面に、カーボン含有のポリエチレンフィルムを付設し、出力が２０Ｗの半導体レーザー光（λ＝８０８ｎｍ）を１０ｍｓｅｃ連続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは２５μｍであったため、ポリエチレンフィルムとして厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径２００μｍで深さ２μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ポリエチレンフィルムを外して出力が２０Ｗの半導体レーザー光を１０ｍｓｅｃ連続的に石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリエチレンフィルムとして厚みｔが２５μｍ以下、例えば５μｍのものを使用し出力が２０Ｗの半導体レーザー光を１０ｍｓｅｃ連続的に石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例６］
石英ガラスの表面に、色素含有のポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが０．５Ｊ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー光（λ＝２４８ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１００Ｈｚで１００ショット断続的に照射する操作を、レーザー光の照射位置を段階的に変化させながら繰り返すことにより、石英ガラスの表面に直線溝を形成して回折光学素子の作成を行った。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは２μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に幅１μｍで深さ０．５μｍの直線溝を形成することができた。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー光を直接石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが２μｍ以下、例えば０．５μｍのものを使用し１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー光を照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例７］
石英ガラスの表面に、ＳｉＯ２を６５ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を１ｗｔ％，ＣａＯを８ｗｔ％，Ｎａ２Ｏを１３ｗｔ％，ＴｉＯ２を１０ｗｔ％の割合で含有するセラミックスシートを付設し、１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで２００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、セラミックスシートとして厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径３０μｍで深さ１５μｍの穴を形成することができた。
比較のため、セラミックスシートを外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例８］
石英ガラスの表面に、ＳｉＯ２を７０ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を１ｗｔ％，ＣａＯを８ｗｔ％，Ｎａ２Ｏを１３ｗｔ％，カーボンを５ｗｔ％，有機バインダを３ｗｔ％の割合で含有する乾燥後の未焼成セラミックスシートを付設し、１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで２００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは２μｍであったため、セラミックスシートとして厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径３０μｍで深さ１０μｍの穴を形成することができた。
比較のため、未焼成セラミックスシートを外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例９］
石英ガラスの表面に、ＳｉＯ２を６０ｗｔ％５有機バインダを２５ｗｔ％，有機溶剤を３４％，色素を１ｗｔ％の割合で含有するスラリーを塗布し、１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで２００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、スラリー膜として厚みｔが１００μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径２０μｍで深さ１０μｍの穴を形成することができた。
比較のため、スラリー膜を外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１０］
石英ガラスの表面に、Ｃｕ薄膜を形成し、１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで２００ショット断続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは１μｍであったため、Ｃｕ薄膜として厚みｔが２０μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径２０μｍで深さ５μｍの穴を形成することができた。
比較のため、Ｃｕ薄膜を外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１１］
石英ガラスの表面に、カーボン粉末を５０ｗｔ％，有機バインダを２０ｗｔ％，有機溶剤を３０ｗｔ％の割合で含有するカーボンペーストを塗布し、出力が２ＷのＣＷ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光（λ＝１０６４ｎｍ）を５ｍｓｅｃ連続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ペースト膜として厚みｔが５０μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径５０μｍで深さ１μｍの穴を形成することができた。
比較のため、ペースト膜を外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１２］
石英ガラスの表面に、ポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが０．８Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射する操作を、レーザー光の照射位置をポリメチルメタクリレートフィルムの端縁に沿って段階的に変化させながら繰り返すことにより、石英ガラスの表面に直線溝を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に幅１μｍで深さ１μｍの直線溝を形成することができた。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１３］
石英ガラスの表面に、貫通孔を予め形成したポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが０．８Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射する操作を、レーザー光の照射位置をポリメチルメタクリレートフィルムの貫通孔の縁に沿って段階的に変化させながら繰り返すことにより、石英ガラスの表面に環状溝を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に幅１μｍで深さ０．２μｍの環状溝を形成することができた。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１４］
石英ガラスの表面に、レーザー光ＬＢの照射形状よりも径が小さな貫通孔を予め形成したカーボンガラス製のノズル状物（第５の加工方法を参照）を配置し、出力が５ＷのＣＷ・Ｎｄ・ＹＡＧレーザー光（λ＝１０６４ｎｍ）を貫通孔に向けて５ｍｓｅｃ連続的に照射することにより、石英ガラスの表面に穴を加工形成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、カーボンガラス製のノズル状物として厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に口径５０μｍで深さ１０μｍの穴を形成することができた。
比較のため、カーボンガラス製のノズル状物を外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１５］
石英ガラスの表面に、ポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで３００ショット断続的に照射する操作を、レーザー光の照射位置を所定の軌跡に沿って段階的に変化させながら繰り返すことにより、石英ガラスの表面に軌跡に応じた溝を加工形成して印刷用の凹版を作成した。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、石英ガラスの表面に幅１０μｍで深さ５μｍの凹版用溝を加工形成することができた。
この石英ガラス凹版は、インクや導電ペースト等の流動物を紙やセラミックグリーンシート等の被印刷物に印刷するときの凹版として用いられるもので、溝の断面形状が底面幅よりも開口幅が大きな台形状を成し、しかも、溝のラインが綺麗に仕上がることから、溝に充填した流動物を印刷するときの流動物の抜けが良く、高精度の印刷が行える。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して前記と同じ条件でレーザー光を直接石英ガラスに照射したが、石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らなかった。
［実験例１６］
石英ガラスの表面に、ポリメチルメタクリレートフィルムを付設し、その表面に、口径２５０μｍの円形透光部と１００μｍ×５００μｍの矩形透光部を有するステンレス製のマスクを付設し、円形透光部に対しては１ショット当たりのエネルギーが１．５Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光（λ＝１９３ｎｍ）をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射することにより、また、矩形透光部に対しては同様のＡｒＦエキシマレーザー光をパルス幅３７ｎｓｅｃ，繰り返し周波数１０Ｈｚで４００ショット断続的に照射する操作をレーザー光の照射位置を段階的に変化させながら繰り返すことにより、石英ガラスの表面に結晶化石英から成る非透明部を加工形成して石英ガラスマスクの作成を行った。この場合のレーザー光の進入深さ１／αは５μｍであったため、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが１２５μｍのものを使用したところ、マスクの円形透光部に合致した形状の円形非透明部と、矩形透光部に合致した矩形非透明部を形成することができた。
この石英ガラスマスクは、レーザー光を被加工物に照射して被加工物を加工するときのマスクとして用いられるもので、結晶化した石英によって非透光部が構成されていることから、この非透明部の光透過率を透明部分（非加工部分）の光透過率の５％以下とすることができ、しかも、非透明部を高精度に形成でき、照射レーザー光に対して十分な耐力を確保することもできる。
比較のため、ポリメチルメタクリレートフィルムを外して１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を直接石英ガラスに照射して前記同様の加工方法を実施し、また、ポリメチルメタクリレートフィルムとして厚みｔが５μｍ以下、例えば１μｍのものを使用し１ショット当たりのエネルギーが２Ｊ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー光を照射して前記同様の加工方法を実施したが、何れの場合も石英ガラスの表面に何ら加工跡が残らず非透明部を形成することができなかった。
前述の実験例１６では、表面に非透明部を有するレーザー加工用の石英ガラスマスクを形成したものを例示したが、所定エネルギーのパルス状レーザー光を複数回断続的に照射する場合は、照射レーザー光のエネルギーと光吸収層の吸光係数を調整することにより、また、所定出力のレーザー光を所定時間連続的に照射する場合は、照射レーザー光の出力及び照射時間と光吸収層の吸光係数を調整することにより、前記実験例１〜１５のような穴加工や溝加工をマスクの透光部形状に準じて行うことができる。
以上のように、光吸収層２〜７を介してレーザー光ＬＢを透光材１の被加工面に照射することにより被加工面に穴または溝を形成する加工方法によれば、レーザー光ＬＢに対する光吸収層２の吸光係数がαであるときに光吸収層２の厚みｔを１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きく設定することにより、レーザー光ＬＢの種類や透光材１の材質等に拘わらず、低エネルギーのレーザー光ＬＢによって透光材１に穴加工や溝加工等を的確に行うことができる。
また、マスク８の透光部８ａを通じてレーザー光ＬＢを光吸収層２（３〜７）に照射する加工方法によれば、前記と同様に、レーザー光ＬＢに対する光吸収層２の吸光係数がαであるときに光吸収層２の厚みｔを１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きく設定することにより、レーザー光ＬＢの種類や透光材１の材質等に拘わらず、低エネルギーのレーザー光ＬＢによって透光材１にマスク８の透光部形状に準じた加工を的確に行うことができる。
さらに、実験例１６で得られた石英ガラスマスクによれば、石英ガラスの表面に結晶化石英から成る非透明部を加工形成されているので、この非透明部の光透過率を透明部分（非加工部分）の光透過率の５％以下として鮮明なコントラストを得ることができ、しかも、非透明部を高精度に形成できると共に照射レーザー光に対して十分な耐力を確保することもできる。勿論、この石英ガラスマスクはマスクとしての用途のみならず、レーザー光の透過を制御する光学素子して広く利用することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、光の吸収が少ない透光材に穴や溝を加工形成する際に極めて有用であり、インクや導電ペースト等の流動物を紙やセラミックグリーンシート等の被印刷物に印刷するときの凹版や、レーザー光を被加工物に照射して被加工物を加工するときのマスクの他、マスク以外の光学素子を得るのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、第１の加工方法の説明図、
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、第２の加工方法の説明図、
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、第３の加工方法の説明図、
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第３の加工方法の変形例を示す図、
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、第４の加工方法の説明図、
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、第５の加工方法の説明図、
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、第６の加工方法の説明図、
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、第７の加工方法の説明図、
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、吸光係数が異なる複数の部分を有する光吸収層を示す図である。
【図１（Ａ）】
2002081142.tif 000003
【図１（Ｂ）】
2002081142.tif 000004
【図２（Ａ）】
2002081142.tif 000005
【図２（Ｂ）】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図７（Ａ）】
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【図７（Ｂ）】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月29日(2002.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することにより被加工面に穴または溝を形成するレーザー光による透光材の加工方法であって、
前記光吸収層は縁を有し、レーザー光を光吸収層の縁に照射することで被加工面に穴または溝を形成する、
ことを特徴とするレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２】
光吸収層の縁は斜面である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３】
縁は、光吸収層の端に設けられた縁である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４】
縁は、光吸収層に設けられた孔またはスリットの縁である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項５】
光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することにより被加工面に穴または溝を形成するレーザー光による透光材の加工方法であって、
前記レーザー光に対する前記光吸収層の吸光係数がαであるとき、前記光吸収層の厚みは１／αで表されるレーザー光の進入深さよりも大きい、
ことを特徴とするレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項６】
吸光係数αは、∂Ｉ／∂ｘ＝−αＩ（Ｉは光強度、ｘは距離）の式により規定されたものである、
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項７】
光吸収層は透光材の被加工面における加工必要部分のみに部分的に設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項８】
光吸収層は透光材の被加工面に接触した状態で設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項９】
光吸収層は透光材の被加工面に熱伝導が可能な微小隙間をおいて設けられている、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１０】
所定エネルギーのパルス状レーザー光を複数回断続的に照射することにより、光吸収層に対するレーザー光の照射を実施する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第９項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１１】
パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に減少させる、
ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１２】
パルス状レーザー光のエネルギーを照射の度に増加させる、
ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１３】
所定出力のレーザー光を所定時間連続的に照射することにより、光吸収層に対するレーザー光の照射を実施する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第９項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１４】
レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に減少させる、
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１５】
レーザー光の出力を照射時間の経過に従って徐々に増加させる、
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１６】
レーザー光の照射形状よりも小さな透光部を有するマスクを用い、マスクの透光部を通じてレーザー光を光吸収層に照射する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第１５項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１７】
レーザー光をマスクを介して光吸収層に照射する方法として密着露光法を用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１８】
マスクとしてコンフォーマルマスクを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項１９】
レーザー光をマスクを介して光吸収層に対して照射する方法として投影露光法を用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２０】
マスクと光吸収層との間に結合光学系を介装した、
ことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２１】
光吸収層はプラスチックから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２２】
プラスチックはポリメチルメタクリレート，ポリエチレン，ポリイミドの１つから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２３】
光吸収層はセラミックスから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２４】
セラミックスはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，Ｂ４Ｃ，ＴｉＯ２，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＭｇＯ，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＣｒＯ２，Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第２３項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２５】
光吸収層はセラミックス粉末含有スラリーの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２６】
スラリーはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，Ｂ４Ｃ，ＴｉＯ２，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＭｇＯ，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，ＣｒＯ２，Ｆｅ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種のセラミックス粉末を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２７】
光吸収層は金属から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２８】
金属はＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌから選ばれる少なくとも１種を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項２９】
光吸収層は金属粉末含有ペーストの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３０】
ペーストはＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌから選ばれる少なくとも１種の金属粉末を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第２９項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３１】
光吸収層はカーボンから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３２】
光吸収層はカーボン粉末含有ペーストの層またはこれを乾燥した層から成る、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３３】
光吸収層は吸光係数を調整するための吸光係数調整剤を含有する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３２項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３４】
吸光係数調整剤は色素，金属粉末，カーボン粉末の少なくとも１つから成る、
ことを特徴とする請求の範囲第３３項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３５】
光吸収層として、吸光係数が異なる複数の部分を有するものを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３４項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３６】
吸光係数が異なる複数の部分は、光吸収層の厚み方向に層状に分布している、
ことを特徴とする請求の範囲第３５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３７】
吸光係数が異なる複数の部分は各々が層状を成し、レーザー光照射面側から反対面側に向かって吸光係数が段階的に小さくなるように重ねられている、
ことを特徴とする請求の範囲第３６項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３８】
吸光係数が異なる複数の部分は、光吸収層の厚み方向と直交する方向に分布している、
ことを特徴とする請求の範囲第３５項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項３９】
光吸収層の吸光係数が異なる複数の部分を同時に透光材に接触させた状態で、各部分に対してレーザー光を照射することにより透光材の加工を行う、
ことを特徴とする請求の範囲第３８項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４０】
光吸収層の吸光係数が異なる複数の部分を選択的に用い、選択した部分に対してレーザー光を照射することにより透光材の加工を行う、
ことを特徴とする請求の範囲第３８項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４１】
レーザー光として気体レーザー光，固体レーザー光，半導体レーザー光の何れか１つを用いた、
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４０項の何れか１項に記載のレーザー光による透光材の加工方法。
【請求項４２】
光吸収層を介してレーザー光を透光材の被加工面に照射することによって加工された透光材加工物であって、
加工部分の光透過率が非加工部分の光透過率の５％以下である、
ことを特徴とする透光材加工物。
【請求項４３】
透光材が石英ガラスである、
ことを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の透光材加工物。
【請求項４４】
加工部分は結晶化した石英を含む、
ことを特徴とする請求の範囲第４３項に記載の透光材加工物。
【請求項４５】
透光材加工物は、レーザー光を被加工物に照射して被加工物を加工するときのマスクとして用いられる、
ことを特徴とする請求の範囲第４２項〜第４４項の何れか１項に記載の透光材加工物。
【国際調査報告】
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