JP7783597B2 - Modified region forming method, through-hole forming method, condenser lens device, and method for manufacturing article having modified region - Google Patents
Modified region forming method, through-hole forming method, condenser lens device, and method for manufacturing article having modified regionInfo
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Description
本発明は、改質領域形成方法、貫通孔形成方法、集光レンズ装置及び改質領域を有する物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a modified region, a method for forming a through hole, a focusing lens device, and a method for manufacturing an article having a modified region.
板状基材の表面及び裏面に形成される配線パターンの導通をとるための貫通電極が形成されているインターポーザーは、電子部品を高密度で実装可能であることから、電子機器において広く使用されている。インターポーザーの材料としては、ガラス、エポキシ樹脂、シリコンなどが例示できるが、これらの中でも、特に、ガラスは高周波特性に優れ、また、平面度が高い、反りが少ない、大面積での加工が可能、安価に大量生産が可能といった利点があることに加え、配線パターンを形成するためのフォトリソグラフィー技術も確立されていることから、インターポーザーとして優れた材料であるとされている。 Interposers, which have through electrodes formed on the front and back surfaces of a plate-shaped substrate to ensure electrical continuity for the wiring patterns, are widely used in electronic devices because they allow for high-density mounting of electronic components. Examples of interposer materials include glass, epoxy resin, and silicon. Of these, glass is considered an excellent material for interposers because of its excellent high-frequency characteristics, high flatness, minimal warping, ability to be processed over large areas, and low-cost mass production. In addition, photolithography technology for forming wiring patterns has been established, making it an excellent material for interposers.
ガラスを用いてインターポーザーを作成するには、平板状のガラス基板に例えば150μm以下といった微細な貫通孔(TGV:Through Glass Vias)を多数形成する必要がある。このような貫通孔を形成するには、レーザー光を使用することが一般的であり、従来、様々な技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 To create an interposer using glass, it is necessary to form a large number of fine through-holes (TGVs: Through Glass Vias), each measuring 150 μm or less, in a flat glass substrate. Laser light is typically used to form these through-holes, and various techniques have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載されている貫通孔形成方法では、ピコ秒からナノ秒といったパルス幅を有するパルスレーザー光をガラス基板に照射することにより、ガラス基板に局所的な破壊を生じさせてフィラメント状のチャネル(改質部に対応する)を形成し、その後、フィラメント状のチャネルの箇所を、対をなす電極で挟んで、当該対をなす電極に高電圧を印加することによって、当該フィラメント状のチャネルを所望の孔径まで拡大する。 In the through-hole formation method described in Patent Document 1, pulsed laser light having a pulse width of picoseconds to nanoseconds is irradiated onto a glass substrate, causing localized destruction in the glass substrate and forming filament-like channels (corresponding to modified areas). The filament-like channels are then sandwiched between a pair of electrodes, and a high voltage is applied to the pair of electrodes, expanding the filament-like channels to the desired hole diameter.
改質部が形成されている箇所に所望とする孔を形成する手段としては、特許文献1に記載されている孔形成方法のように、対をなす電極に高電圧を印加するという方法も一例ではあるが、より簡便な方法でかつ大量生産が可能な方法として、フッ酸、フッ酸を含む酸等のフッ酸系エッチング液によりエッチングを行う方法が一般的に採用されている。 One example of a method for forming the desired holes in the modified areas is to apply a high voltage to a pair of electrodes, as in the hole formation method described in Patent Document 1. However, a more simple method that is suitable for mass production is generally etching using a hydrofluoric acid-based etching solution such as hydrofluoric acid or an acid containing hydrofluoric acid.
しかしながら、貫通孔を形成するために改質領域を形成したガラス基板に対して、フッ酸系エッチング液を用いてエッチングを行うと、改質領域に対しては、エッチング速度が速く、基板の厚さ方向に進むエッチングが起きるのに対し、改質を行っていない非改質領域に対しては、エッチング速度が遅く、基板の横方向に進むエッチングが起きる。このとき、改質領域に対するエッチングと非改質領域に対するエッチングとのエッチング速度の違いによって、ガラス基板の中央付近における貫通孔の内径が、表面付近の貫通孔の内径より小さくなることがある、という課題がある。 However, when a glass substrate with modified regions formed to form through-holes is etched using a hydrofluoric acid-based etching solution, the etching rate is fast in the modified regions, with etching proceeding in the thickness direction of the substrate, whereas the etching rate is slower in the unmodified regions, with etching proceeding in the lateral direction of the substrate. This poses a problem: due to the difference in etching rate between the modified and unmodified regions, the inner diameter of the through-holes near the center of the glass substrate can become smaller than the inner diameter of the through-holes near the surface.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、改質領域を形成した物品を、フッ酸系エッチング液によりエッチングして貫通孔を形成したときに、表面付近における貫通孔の内径と、貫通孔の深さ方向の中央部における内径との差を小さくすることができる、改質領域形成方法を提供すること、貫通孔形成方法を提供すること、改質領域を形成することができる集光レンズ装置を提供すること、及び、改質領域を有する物品の製造方法を提供すること、を目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a modified region forming method that can reduce the difference between the inner diameter of a through hole near the surface and the inner diameter at the center of the through hole in the depth direction when an article having a modified region formed thereon is etched with a hydrofluoric acid-based etching solution to form a through hole; to provide a through hole forming method; to provide a focusing lens device that can form a modified region; and to provide a method for manufacturing an article having a modified region.
[1]本発明の改質領域形成方法は、極短パルスレーザー光を被加工部材としての物品の改質領域を形成する位置に集光レンズ系を介して照射することによって前記物品の表面から裏面に達する改質領域を形成する改質領域形成工程を有する改質領域形成方法であって、前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されている改質領域形成方法である。 [1] The modified region formation method of the present invention includes a modified region formation step of forming a modified region extending from the front surface to the back surface of an article (workpiece) by irradiating the article with an ultrashort pulsed laser beam via a focusing lens system at a position where the modified region is to be formed, wherein the focusing lens system includes two axicon lenses arranged along the optical axis of the ultrashort pulsed laser beam and a convex lens arranged between the two axicon lenses, and the ultrashort pulsed laser beam that passes through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, which is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
[2]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記物品の光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きいことが好ましい。 [2] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, and preferably, the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light at the center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is greater than the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light on the surface of the article.
[3]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より大きく、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布における第1回折リングの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より小さいことが好ましい。 [3] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, wherein the optical density at the position of the main peak in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light on the surface of the article is preferably greater than the threshold at which the article is modified, and the optical density at the position of the first diffraction ring in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light on the surface of the article is preferably less than the threshold at which the article is modified.
[4]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記物品の前記光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布における第1回折リングの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より大きいことが好ましい。 [4] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, and preferably, the light density at the position of the first diffraction ring in the light density distribution of the ultrashort pulse laser light at a center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is greater than the threshold value at which the article is modified.
[5]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記物品の前記光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布のメインピークの位置での光密度の6倍より大きいことが好ましい。 [5] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, wherein the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light at the center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is preferably greater than six times the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the ultrashort pulsed laser light on the surface of the article.
[6]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記凸レンズは非球面レンズであることが好ましい。 [6] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, and it is preferable that the convex lens is an aspherical lens.
[7]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記2個のアキシコンレンズの間に凹レンズを有することが好ましい。 [7] The modified region formation method of the present invention is the above-mentioned modified region formation method, and preferably includes a concave lens between the two axicon lenses.
[8]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記集光レンズ系に入射される極短パルスレーザー光の光密度の面内分布は、ガウス分布であることが好ましい。 [8] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, wherein the in-plane distribution of the light density of the ultrashort pulsed laser light incident on the focusing lens system is preferably a Gaussian distribution.
[9]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、集光レンズ系に入射するレーザー光の光密度分布を補正する補正光学系を有し、前記補正光学系は、中央部の光密度を大きくする補正を行うことが好ましい。 [9] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, and preferably includes a correction optical system that corrects the light density distribution of the laser light incident on the focusing lens system, and the correction optical system performs a correction that increases the light density in the central portion.
[10]本発明の改質領域形成方法は、上記した改質領域形成方法であって、前記補正光学系は、第1の非球面と第2の非球面とを有し、前記集光レンズ系に入射される極短パルスレーザー光の光密度の面内分布がガウス分布であるときに、中央部の光密度がより大きくなるように構成されていることが好ましい。 [10] The modified region formation method of the present invention is the modified region formation method described above, wherein the correction optical system has a first aspherical surface and a second aspherical surface, and is preferably configured so that when the in-plane distribution of the light density of the ultrashort pulsed laser light incident on the focusing lens system is a Gaussian distribution, the light density in the central portion is greater.
[11]本発明の貫通孔形成方法は、上記した改質領域形成方法のいずれかと、前記改質領域を形成した前記物品をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程と、を有する。 [11] The through-hole forming method of the present invention comprises any of the modified region forming methods described above, and an etching step of etching the article in which the modified region has been formed to form a through-hole.
[12]本発明の集光レンズ装置は、極短パルスレーザー光を被加工部材としての物品の改質領域を形成する位置に集光レンズ系を介して照射することにより前記物品の表面から裏面に達する改質領域を形成する集光レンズ装置であって、前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されている集光レンズ装置である。 [12] The focusing lens device of the present invention is a focusing lens device that forms a modified region extending from the front surface to the back surface of an article as a workpiece by irradiating an ultrashort pulsed laser beam via a focusing lens system at a position where a modified region is to be formed on the article. The focusing lens system includes two axicon lenses arranged along the optical axis of the ultrashort pulsed laser beam and a convex lens arranged between the two axicon lenses. The ultrashort pulsed laser beam that passes through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, and this circular converging Bessel beam is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
[13]本発明の改質領域を有する物品の製造方法は、極短パルスレーザー光を物品の改質領域を形成する位置に集光レンズ系を介して照射することにより、前記物品の表面から裏面に達する改質領域を形成する改質領域形成工程を有する、改質領域を有する物品の製造方法であって、前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されている改質領域を有する物品の製造方法である。 [13] The method for manufacturing an article having a modified region of the present invention includes a modified region formation step of forming a modified region extending from the front surface to the back surface of the article by irradiating an ultrashort pulsed laser beam via a focusing lens system at a position on the article where the modified region is to be formed, wherein the focusing lens system includes two axicon lenses arranged along the optical axis of the ultrashort pulsed laser beam and a convex lens arranged between the two axicon lenses, and the ultrashort pulsed laser beam that passes through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, which is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
本発明の改質領域形成方法によれば、まず、2個のアキシコンレンズのうち光源に近い側に配置された第1のアキシコンレンズが、極短パルスレーザー光を円環状のベッセルビームに変換する。次に、2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズが、円環状のベッセルビームを収束性のベッセルビームに変換する。ここでいう「収束」とは、第1のアキシコンレンズにおいて形成された円環状ベッセルビームの円環形状に対して、ビームが収束しているという意味であり、具体的には、円環の厚さが薄くなる方向に変化することをいう。 According to the modified region formation method of the present invention, first, the first axicon lens, which is positioned closer to the light source than the other of the two axicon lenses, converts the ultrashort pulse laser light into an annular Bessel beam. Next, the convex lens positioned between the two axicon lenses converts the annular Bessel beam into a converging Bessel beam. "Converging" here means that the beam is converging relative to the annular shape of the annular Bessel beam formed by the first axicon lens; specifically, it means that the thickness of the annulus becomes thinner.
さらに、2個のアキシコンレンズのうち、物品に近い側に配置された第2のアキシコンレンズが、円環状の収束性ベッセルビームを極短パルスレーザー光の光軸に対して「収束」させる。第2のアキシコンレンズにより収束させられた円環状の収束性ベッセルビームは、物品の表面と裏面との間に収束する。 Furthermore, of the two axicon lenses, the second axicon lens positioned closer to the article "converges" the annular converging Bessel beam onto the optical axis of the ultrashort pulsed laser light. The annular converging Bessel beam converged by the second axicon lens converges between the front and back surfaces of the article.
これにより、物品の改質領域を形成する位置において、改質領域形成方向の物品中央における光密度分布のメインピークの位置における光密度を、物品表面における光密度分布のメインピークの位置における光密度より大きくすることができる。この結果、物品表面よりも改質領域形成方向の物品中央位置において、広い領域に渡って改質領域を形成することができる。 This allows the light density at the position where the modified region of the article is formed to be greater than the light density at the position of the main peak of the light density distribution at the center of the article in the direction of modified region formation. As a result, a modified region can be formed over a wider area at the center of the article in the direction of modified region formation than at the surface of the article.
さらに、エッチングを行ったあとの貫通孔の深さ方向の中央部における貫通孔の内径を大きくすることができ、貫通孔の開口部の内径と貫通孔の深さ方向中央部の内径との差を小さくすることができる。 Furthermore, the inner diameter of the through-hole at the center of its depth direction after etching can be increased, thereby reducing the difference between the inner diameter of the opening of the through-hole and the inner diameter of the center of its depth direction.
また、貫通孔の深さ方向の中央部の貫通孔の内径を広げることができるので、より厚い基板に貫通孔を形成することもできるという効果もある。 In addition, the inner diameter of the through-hole can be widened in the center of the depth direction, which has the effect of allowing through-holes to be formed in thicker substrates.
本発明の集光レンズ装置によれば、物品の改質領域を形成する位置において、改質領域形成方向の物品中央における光密度分布のメインピークの位置における光密度を、物品表面における光密度分布のメインピークの位置における光密度より大きくすることができる。これにより、物品表面よりも改質領域形成方向の物品中央位置において、広い領域に渡って改質領域を形成することができる。 The focusing lens device of the present invention makes it possible to make the light density at the position where the modified region of the article is formed, at the position of the main peak of the light density distribution at the center of the article in the direction of modified region formation, greater than the light density at the position of the main peak of the light density distribution on the surface of the article. This makes it possible to form a modified region over a wider area at the center of the article in the direction of modified region formation than at the surface of the article.
この結果、エッチングを行ったあとの貫通孔の深さ方向の中央部における貫通孔の内径を大きくすることができ、貫通孔の開口部の内径と貫通孔の深さ方向中央部の内径との差を小さくすることができる。 As a result, the inner diameter of the through hole at the center of its depth direction after etching can be increased, and the difference between the inner diameter of the opening of the through hole and the inner diameter of the center of its depth direction can be reduced.
本発明の改質領域を有する物品の製造方法によれば、物品の改質領域を形成する位置において、改質領域形成方向の物品中央における光密度分布のメインピークの位置における光密度を、物品表面における光密度分布のメインピークの位置における光密度より大きくすることができる。これにより、物品表面よりも改質領域形成方向の物品中央位置において、広い領域に渡って改質領域を有する物品を製造することができる。 The method for manufacturing an article having a modified region of the present invention makes it possible to make the optical density at the position where the modified region of the article is formed, at the position of the main peak of the optical density distribution at the center of the article in the direction of the modified region formation, greater than the optical density at the position of the main peak of the optical density distribution on the surface of the article. This makes it possible to manufacture an article having a modified region over a wider area at the center of the article in the direction of the modified region formation than at the surface of the article.
この結果、エッチングを行ったあとの貫通孔の深さ方向の中央部における貫通孔の内径を大きくすることができ、貫通孔の開口部の内径と貫通孔の深さ方向中央部の内径との差を小さくすることができる。 As a result, the inner diameter of the through hole at the center of its depth direction after etching can be increased, and the difference between the inner diameter of the opening of the through hole and the inner diameter of the center of its depth direction can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と記す。)を説明する。以下に記載する実施形態は、発明を実施するための好適な形態を示すものであって、本発明は以下に記す実施形態に何ら限定されるものではない。また、各実施形態において説明が重複する場合は、説明を省略することがある。 The following describes modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "embodiments"). The embodiments described below represent preferred modes for carrying out the invention, and the present invention is in no way limited to the embodiments described below. Furthermore, where explanations for each embodiment overlap, they may be omitted.
1.実施形態1
1-1.レーザー加工装置
まず、実施形態1の改質領域形成方法及び貫通孔形成方法に好適に用いることができる、レーザー加工装置について説明する。
1. Embodiment 1
1-1. Laser Processing Apparatus First, a laser processing apparatus that can be suitably used for the modified region forming method and through-hole forming method of the first embodiment will be described.
図1は、実施形態1に係る改質領域形成方法を用いてガラス基板10に改質領域を形成する際に、好適に用いることができるレーザー加工装置100Aである。図1には、互いに直行するx軸、y軸及びz軸を示している。図1において、x軸方向及びy軸方向は水平方向に対応しており、z軸方向は鉛直方向(重力方向)に対応している。 Figure 1 shows a laser processing apparatus 100A that can be suitably used when forming a modified region on a glass substrate 10 using the modified region formation method according to embodiment 1. Figure 1 shows the x-axis, y-axis, and z-axis, which are perpendicular to each other. In Figure 1, the x-axis and y-axis directions correspond to the horizontal direction, and the z-axis direction corresponds to the vertical direction (the direction of gravity).
1-1-1.レーザー加工装置の概要
図1に示すように、レーザー加工装置100Aは、図示しないテーブルに載置された物品としてのガラス基板10に極短パルスレーザー光(以下、「レーザー光」と記す。)161を照射するレーザー発振器120と、レーザー発振器120から照射されるレーザー光161をガラス基板10の照射位置に導く導光光学系130と、円環状の収束性ベッセルビームをガラス基板の表面と裏面との間で収束させる集光レンズ系140と、を有する。
1-1-1. Overview of the laser processing apparatus As shown in Fig. 1, the laser processing apparatus 100A includes a laser oscillator 120 that irradiates a glass substrate 10, which is an article placed on a table (not shown), with ultrashort pulse laser light (hereinafter referred to as "laser light") 161, a light-guiding optical system 130 that guides the laser light 161 irradiated from the laser oscillator 120 to an irradiation position on the glass substrate 10, and a condenser lens system 140 that converges an annular convergent Bessel beam between the front and back surfaces of the glass substrate.
レーザー加工装置100Aは、レーザー発振器120と集光レンズ系140との間に、集光レンズ系140に入射する光密度分布を補正する補正光学系150を備えてもよい。 The laser processing apparatus 100A may be provided with a correction optical system 150 between the laser oscillator 120 and the focusing lens system 140, which corrects the light density distribution incident on the focusing lens system 140.
ガラス基板10は、平板状をなしており、図示しないテーブルに載置されている。テーブルに載置されたガラス基板10は、図示しないテーブル駆動手段によって、x軸とy軸とで構成されるxy平面上の移動と、上下方向のz軸に沿った移動とが可能になっている。そして、テーブルをxy平面上で移動制御することによって、ガラス基板10のxy平面上におけるレーザー光の照射位置を調整することができる。また、テーブルをz軸方向に移動制御することによって、円環状の収束性ベッセルビーム164が、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間で収束するように、ガラス基板10のz軸方向の位置を調整することができる。 The glass substrate 10 is flat and placed on a table (not shown). The glass substrate 10 placed on the table can be moved in the xy plane, which is made up of the x and y axes, and along the z axis (up and down), by a table driving means (not shown). By controlling the movement of the table in the xy plane, the irradiation position of the laser light on the glass substrate 10 in the xy plane can be adjusted. Furthermore, by controlling the movement of the table in the z-axis direction, the position of the glass substrate 10 in the z-axis direction can be adjusted so that the annular convergent Bessel beam 164 converges between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10.
また、集光レンズ系140のz軸方向の位置を、導光光学系130のミラー131とガラス基板10との間で調整することにより、円環状の収束性ベッセルビーム164をガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間に収束させることも可能である。 In addition, by adjusting the position of the focusing lens system 140 in the z-axis direction between the mirror 131 of the light-guiding optical system 130 and the glass substrate 10, it is also possible to converge the annular convergent Bessel beam 164 between the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10.
導光光学系130は、ミラー131を有し、レーザー発振器120から発せられるレーザー光161をミラー131で90度の角度で反射させる。90度の角度で反射したレーザー光161は、集光レンズ系140を介して、ガラス基板10の表面10aに対して垂直に入射されるように設定されている。 The light-guiding optical system 130 has a mirror 131 that reflects the laser light 161 emitted from the laser oscillator 120 at a 90-degree angle. The laser light 161 reflected at a 90-degree angle is set to be incident perpendicularly on the surface 10a of the glass substrate 10 via the focusing lens system 140.
実施形態1においては、レーザー発振器120、導光光学系130及び集光レンズ系140を含めてレーザー照射ユニット160とする。 In embodiment 1, the laser oscillator 120, the light-guiding optical system 130, and the focusing lens system 140 are collectively referred to as the laser irradiation unit 160.
1-1-2.集光レンズ系
集光レンズ系140は、レーザー光161の光軸165に沿って配置された2個のアキシコンレンズである、第1のアキシコンレンズ141及び第2のアキシコンレンズ143と、2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズ142と、を備える。
The condensing lens system 140 includes two axicon lenses, a first axicon lens 141 and a second axicon lens 143, arranged along the optical axis 165 of the laser beam 161, and a convex lens 142 arranged between the two axicon lenses.
ここで、集光レンズ系140は、第1のアキシコンレンズ141を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。また、凸レンズ142を、焦点距離が異なる凸レンズに交換して使用できるように構成されている。さらに、第2のアキシコンレンズ143を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。 Here, the focusing lens system 140 is configured so that the first axicon lens 141 can be replaced with an axicon lens having a different apex angle. The convex lens 142 can be replaced with a convex lens having a different focal length. The second axicon lens 143 can be replaced with an axicon lens having a different apex angle.
これにより、詳細は後で説明するが、ガラス基板10の改質領域20を形成する位置において、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの中央の位置(基板中央)10b(図6参照)でのレーザー光の光軸165に垂直な面の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aのレーザー光の光軸165に垂直な面の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cのレーザー光の光軸165に垂直な面の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、大きくすることができる。 As a result, as will be explained in detail later, at the position where the modified region 20 of the glass substrate 10 is formed, the light density at the position of the main peak in the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the laser light at the center position (substrate center) 10b (see Figure 6) between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10 can be made greater than the light density at the position of the main peak in the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the laser light on the substrate front surface 10a, and the light density at the position of the main peak in the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the laser light on the substrate back surface 10c.
これにより、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの中央の位置(基板中央)10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、広い範囲に改質領域20を形成することができる。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center position (substrate center) 10b between the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10 than on the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c.
なお、以後の明細書において、「基板表面10aと基板裏面10cとの中央の位置10b」を「基板中央10b」と、「レーザー光161の光軸165」を「光軸165」と記す。また、「基板表面10aの光軸165に垂直な面における光密度分布」を「基板表面10aの光密度分布」と、「基板中央10bの光軸165に垂直な面における光密度分布」を「基板中央10bの光密度分布」と、「基板裏面10cの光軸165に垂直な面における光密度分布」を「基板裏面10cの光密度分布」と、記す。 In the following specification, "the central position 10b between the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c" will be referred to as "substrate center 10b," and "the optical axis 165 of the laser light 161" will be referred to as "optical axis 165." Furthermore, "the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the substrate surface 10a" will be referred to as "the light density distribution of the substrate surface 10a," "the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the substrate center 10b" will be referred to as "the light density distribution of the substrate center 10b," and "the light density distribution in a plane perpendicular to the optical axis 165 of the substrate back surface 10c" will be referred to as "the light density distribution of the substrate back surface 10c."
以下に、集光レンズ系140の構成要素である、第1のアキシコンレンズ141、凸レンズ142及び第2のアキシコンレンズ143について、詳細に説明する。 The following provides a detailed description of the components of the focusing lens system 140: the first axicon lens 141, the convex lens 142, and the second axicon lens 143.
第1のアキシコンレンズ141は、レーザー発振器120から出射されたレーザー光161を、円環状のベッセルビーム162に変換して、凸レンズ142に入射させる。 The first axicon lens 141 converts the laser light 161 emitted from the laser oscillator 120 into a circular Bessel beam 162 and makes it incident on the convex lens 142.
集光レンズ系140においては、第1のアキシコンレンズ141を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。 In the focusing lens system 140, the first axicon lens 141 is configured so that it can be replaced with an axicon lens having a different apex angle.
第1のアキシコンレンズ141の円錐の頂点141aは、レーザー発振器120の向きに配置されることが好ましい。第1のアキシコンレンズ141の円錐の頂点141aを、レーザー発振器120の向きに配置することにより、第1のアキシコンレンズ141で反射したレーザー光161がレーザー発振器120に戻り、レーザー発振器120を破損することを未然に防止することができる。 The apex 141a of the cone of the first axicon lens 141 is preferably positioned facing the laser oscillator 120. By positioning the apex 141a of the cone of the first axicon lens 141 facing the laser oscillator 120, it is possible to prevent the laser light 161 reflected by the first axicon lens 141 from returning to the laser oscillator 120 and damaging the laser oscillator 120.
第1のアキシコンレンズ141の頂角は、後で説明する第2アキシコンレンズ143の頂角より大きい限り、特に制限されないが、145°~175°の範囲であることが好ましく、150°~170°の範囲であることがさらに好ましい。 There are no particular restrictions on the apex angle of the first axicon lens 141, as long as it is larger than the apex angle of the second axicon lens 143 (described later), but it is preferably in the range of 145° to 175°, and more preferably in the range of 150° to 170°.
第1のアキシコンレンズ141の頂角を、第2のアキシコンレンズ143の頂角より大きい角度に設定することにより、円環状の収束性ベッセルビーム164を、収束させることができる。 By setting the apex angle of the first axicon lens 141 to an angle greater than the apex angle of the second axicon lens 143, the annular convergent Bessel beam 164 can be converged.
また、第1のアキシコンレンズ141の頂角が、上記数値範囲の上限以下であることにより、集光レンズ系140の全体の長さを、適切な長さに抑えることができる。一方、第1のアキシコンレンズ141の頂角が、上記数値範囲の下限以上であることにより、集光レンズ系140からガラス基板10までの距離、いわゆるワーキングディスタンスが短くなりすぎず、適切な長さのワーキングディスタンスを確保することができる。 Furthermore, by having the apex angle of the first axicon lens 141 be equal to or less than the upper limit of the above numerical range, the overall length of the focusing lens system 140 can be kept to an appropriate length. On the other hand, by having the apex angle of the first axicon lens 141 be equal to or greater than the lower limit of the above numerical range, the distance from the focusing lens system 140 to the glass substrate 10, the so-called working distance, does not become too short, and an appropriate working distance can be ensured.
さらに、第1のアキシコンレンズ141の頂角が上記範囲内であることにより、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる Furthermore, by setting the apex angle of the first axicon lens 141 within the above range, the light density at the main peak in the light density distribution at the center 10b of the glass substrate 10 can be made even greater than the light density at the main peak in the light density distribution at the front surface 10a and the light density at the main peak in the light density distribution at the back surface 10c of the substrate.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20を形成することができる(図6参照)。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate (see Figure 6).
凸レンズ142は、第1のアキシコンレンズ141と第2のアキシコンレンズ143との間に配置される。凸レンズ142は、第1のアキシコンレンズ141から出射された円環状のベッセルビーム162を、円環状の収束性ベッセルビーム163に変換して、第2のアキシコンレンズ143に入射させる。ここでいう「収束性」とは、第1のアキシコンレンズにより形成された円環状のベッセルビーム162の円環形状に対して、ビームが収束しているという意味である。 The convex lens 142 is disposed between the first axicon lens 141 and the second axicon lens 143. The convex lens 142 converts the annular Bessel beam 162 emitted from the first axicon lens 141 into a converging annular Bessel beam 163 and makes it incident on the second axicon lens 143. "Converging" here means that the beam is converged relative to the annular shape of the annular Bessel beam 162 formed by the first axicon lens.
集光レンズ系140においては、凸レンズ142を、焦点距離が異なる凸レンズに交換して使用できるように構成されている。 In the focusing lens system 140, the convex lens 142 is configured so that it can be replaced with a convex lens having a different focal length.
凸レンズ142は、正の屈折力を有するレンズであれば制限なく使用することができ、両凸レンズ、凸平レンズ、凸凹レンズ等の凸レンズを使用することができる。 The convex lens 142 can be any lens with positive refractive power, and can be a biconvex lens, a convex-plano lens, or a convex-concave lens.
また、凸レンズ142として、凸面が球面の一部を構成する球面レンズに加え、非球面レンズを使用することができる。凸レンズ142として非球面レンズを使用することにより、球面収差を小さく抑えることができる。 In addition to a spherical lens whose convex surface forms part of a spherical surface, an aspherical lens can be used as the convex lens 142. By using an aspherical lens as the convex lens 142, spherical aberration can be kept small.
さらに、凸レンズ142は、複数の光学要素を組み合わせて、正の屈折力を生じるようにしたものであってもよい。例えば、一又は複数の凸レンズと一又は複数の凹レンズとを組み合わせて、正の屈折力を生じるようにしてもよい。一又は複数の凸レンズと一又は複数の凹レンズとを組み合わせることにより、球面収差を小さく抑えることが可能である。 Furthermore, the convex lens 142 may be a combination of multiple optical elements to generate positive refractive power. For example, one or more convex lenses may be combined with one or more concave lenses to generate positive refractive power. By combining one or more convex lenses with one or more concave lenses, it is possible to minimize spherical aberration.
凸レンズの球面収差を小さく抑えることにより、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる。さらに、凸レンズの球面収差を抑えることにより、基板表面10aにおける光密度分布と基板裏面10cにおける光密度分布との均一性を向上させることができる。 By minimizing the spherical aberration of the convex lens, the light density at the main peak in the light density distribution at the center 10b of the substrate can be made much greater than the light density at the main peak in the light density distribution on the surface 10a of the substrate and the light density at the main peak in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate. Furthermore, by minimizing the spherical aberration of the convex lens, the uniformity of the light density distribution on the surface 10a of the substrate and the back surface 10c of the substrate can be improved.
凸レンズの焦点距離は、特に制限されないが、100mm~200mmであることが好ましく、100mm~150mmであることがより好ましい。凸レンズの焦点距離が上記範囲内であることにより、ガラス基板10の改質領域20を形成する位置において、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる。 The focal length of the convex lens is not particularly limited, but is preferably 100 mm to 200 mm, and more preferably 100 mm to 150 mm. By having the focal length of the convex lens within the above range, the light density at the main peak in the light density distribution at the center 10b of the substrate, at the position where the modified region 20 of the glass substrate 10 is formed, can be made much greater than the light density at the main peak in the light density distribution at the front surface 10a of the substrate and the light density at the main peak in the light density distribution at the back surface 10c of the substrate.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20を形成することができる(図6参照)。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate (see Figure 6).
図2は、凸レンズ142の焦点距離とガラス基板10の厚さ方向の光密度分布との関係を示す図である。凸レンズ142の焦点距離を100mm、150mm、200mm、300mmの4水準に変化させ、基板表面10a、基板中央10b及び基板裏面10cの光軸165の位置における光密度をシミュレーションした。第1のアキシコンレンズ141の頂角は160°、第2アキシコンレンズ143の頂角は130°とし、ガラス基板10の厚さは、1mmとした。 Figure 2 shows the relationship between the focal length of the convex lens 142 and the light density distribution in the thickness direction of the glass substrate 10. The focal length of the convex lens 142 was changed to four levels: 100 mm, 150 mm, 200 mm, and 300 mm, and the light density at the position of the optical axis 165 on the substrate surface 10a, substrate center 10b, and substrate back surface 10c was simulated. The apex angle of the first axicon lens 141 was 160°, the apex angle of the second axicon lens 143 was 130°, and the thickness of the glass substrate 10 was 1 mm.
横軸は、ガラス基板10の厚さ方向の位置を示す。原点は基板中央10bである。縦軸は、図2(a)においては、光密度を示し、図2(b)においては、原点(基板中央10b)の位置における光密度で正規化した光密度を示す。 The horizontal axis indicates the position in the thickness direction of the glass substrate 10. The origin is the substrate center 10b. The vertical axis indicates the light density in Figure 2(a), and indicates the light density normalized by the light density at the origin (substrate center 10b) in Figure 2(b).
図2より、凸レンズ142の焦点距離が100mm、150mm、200mmの場合、基板中央10bの光密度は、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度の6倍以上であり、基板中央10bの光密度が、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度より十分に高いことが確認できる。 From Figure 2, it can be seen that when the focal length of the convex lens 142 is 100 mm, 150 mm, or 200 mm, the light density at the center 10b of the substrate is more than six times the light density at the front surface 10a of the substrate and the back surface 10c of the substrate, and that the light density at the center 10b of the substrate is sufficiently higher than the light density at the front surface 10a of the substrate and the back surface 10c of the substrate.
なお、焦点距離が100mmの場合は、基板中央10bの光密度は高いが、同時に、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度が低くなっている。 When the focal length is 100 mm, the light density at the center 10b of the substrate is high, but at the same time, the light density at the front surface 10a of the substrate and the light density at the back surface 10c of the substrate are low.
図3は、凸レンズ142として焦点距離が異なる凸レンズを使用したときに、集光レンズ系140を出射した円環状の収束性ベッセルビーム164が収束する位置を示す図である。図3より、凸レンズ142として、焦点距離が短い凸レンズ142を使用したとき、円環状の収束性ベッセルビーム164は、焦点距離が長い凸レンズ142を使用したときに比べ、集光レンズ系140に近い位置であって、光軸165が延在する方向において狭い範囲に収束することがわかる。 Figure 3 shows the position at which the annular convergent Bessel beam 164 emitted from the condensing lens system 140 converges when a convex lens with a different focal length is used as the convex lens 142. Figure 3 shows that when a convex lens 142 with a short focal length is used as the convex lens 142, the annular convergent Bessel beam 164 converges to a position closer to the condensing lens system 140 and in a narrower range in the direction in which the optical axis 165 extends than when a convex lens 142 with a long focal length is used.
凸レンズ142として焦点距離が100mmの凸レンズを使用した場合、円環状の収束性ベッセルビーム164は、基板表面10aと基板裏面10cとの間の基板中央10bに近い位置に収束したと考えられる。この結果、基板表面10a及び基板裏面10cにおいては、円環状の収束性ベッセルビーム164は十分に収束しておらず、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度が小さくなったと思われる。 When a convex lens with a focal length of 100 mm is used as the convex lens 142, the annular convergent Bessel beam 164 is thought to have converged at a position close to the substrate center 10b between the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c. As a result, the annular convergent Bessel beam 164 is thought to have not converged sufficiently on the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c, resulting in a decrease in the light density on the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c.
基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度を、ガラス基板10を改質できるレベルまで大きくするために、レーザー発振器120から出射されるレーザー光161のパワーを大きくすることができる。 The power of the laser light 161 emitted from the laser oscillator 120 can be increased to increase the light density on the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c to a level that can modify the glass substrate 10.
第2のアキシコンレンズ143は、光軸165に沿って配置され、円環状の収束性ベッセルビーム163を光軸165に対して収束させる。第2のアキシコンレンズ143により収束させられた円環状の収束性ベッセルビーム164は、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間に収束する。 The second axicon lens 143 is arranged along the optical axis 165 and converges the annular convergent Bessel beam 163 toward the optical axis 165. The annular convergent Bessel beam 164 converged by the second axicon lens 143 converges between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10.
集光レンズ系140においては、第2のアキシコンレンズ143を、頂角が異なるアキシコンレンズ143に交換して使用できるように構成されている。また、第2のアキシコンレンズ143の円錐の頂点143aが配置される向きは、ガラス基板10の向きであっても、凸レンズ142の向きであってもよい。 The focusing lens system 140 is configured so that the second axicon lens 143 can be replaced with an axicon lens 143 having a different apex angle. Furthermore, the apex 143a of the cone of the second axicon lens 143 may be oriented toward either the glass substrate 10 or the convex lens 142.
なお、第2のアキシコンレンズ143の円錐の頂点143aをガラス基板10の向きに配置した場合には、円環状の収束性ベッセルビーム163が第2のアキシコンレンズ143の平面側から入射することになり、第2のアキシコンレンズ143に対する収束性ベッセルビーム163の入射角が垂直に近くなる。これにより、第2のアキシコンレンズ143に施されたコーティグの性能を発揮させ、第2のアキシコンレンズ143に入射する円環状の収束性ベッセルビーム163の透過率を高くすることができることができる。 When the apex 143a of the cone of the second axicon lens 143 is positioned facing the glass substrate 10, the annular convergent Bessel beam 163 enters the flat surface of the second axicon lens 143, and the angle of incidence of the convergent Bessel beam 163 with respect to the second axicon lens 143 becomes close to perpendicular. This allows the performance of the coating applied to the second axicon lens 143 to be fully utilized, and the transmittance of the annular convergent Bessel beam 163 entering the second axicon lens 143 to be increased.
一方、第2のアキシコンレンズ143の円錐の頂点143aを凸レンズ142の向きに配置した場合には、破損しやすいアキシコンレンズ143の円錐の頂点143aを鏡筒内向きに設置できる。これにより、装置の取り回しが容易になるという効果を有する。 On the other hand, if the apex 143a of the cone of the second axicon lens 143 is positioned facing the convex lens 142, the apex 143a of the cone of the axicon lens 143, which is prone to breakage, can be placed facing inward of the lens barrel. This has the effect of making the device easier to handle.
第2のアキシコンレンズ143の頂角は、第1アキシコンレンズ141の頂角より小さい限り、特に制限されないが、120°~150°であることが好ましく、120°~140°であることがさらに好ましい。 The apex angle of the second axicon lens 143 is not particularly limited as long as it is smaller than the apex angle of the first axicon lens 141, but it is preferably between 120° and 150°, and more preferably between 120° and 140°.
第2のアキシコンレンズ143の頂角を、第1のアキシコンレンズ141の頂角より小さい角度に設定することにより、円環状の収束性ベッセルビーム164を、収束させることができる。 By setting the apex angle of the second axicon lens 143 to an angle smaller than the apex angle of the first axicon lens 141, the annular convergent Bessel beam 164 can be converged.
また、第2のアキシコンレンズ142の頂角が、上記数値範囲の上限以下であることにより、集光レンズ系140の全体の長さを、適切な長さに抑えることができる。一方、第2のアキシコンレンズ143の頂角が、上記数値範囲の下限以上であることにより、集光レンズ系140からガラス基板10までの距離、いわゆるワーキングディスタンスが短くなりすぎず、適切な長さのワーキングディスタンスを確保することができる。 Furthermore, by having the apex angle of the second axicon lens 142 be equal to or less than the upper limit of the above numerical range, the overall length of the focusing lens system 140 can be kept at an appropriate length. On the other hand, by having the apex angle of the second axicon lens 143 be equal to or greater than the lower limit of the above numerical range, the distance from the focusing lens system 140 to the glass substrate 10, the so-called working distance, does not become too short, and an appropriate working distance can be ensured.
さらに、第2のアキシコンレンズ143の頂角が上記範囲内であることにより、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる。 Furthermore, by having the apex angle of the second axicon lens 143 within the above range, the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate center 10b of the glass substrate 10 can be made even greater than the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate front surface 10a and the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate back surface 10c.
図4は、第2のアキシコンレンズ143の頂角とガラス基板10の厚さ方向の光密度分布との関係を示す図である。第2のアキシコンレンズ143の頂角を120°、130°、140°、150°の4水準に変化させ、基板表面10a、基板中央10b及び基板裏面10cの光軸165の位置における光密度をシミレーションした。第1のアキシコンレンズ141の頂角は160°、凸レンズ142の焦点距離は200mmとし、ガラス基板10の厚さは、1mmとした。 Figure 4 shows the relationship between the apex angle of the second axicon lens 143 and the light density distribution in the thickness direction of the glass substrate 10. The apex angle of the second axicon lens 143 was changed to four levels: 120°, 130°, 140°, and 150°, and the light density at the position of the optical axis 165 on the substrate surface 10a, substrate center 10b, and substrate back surface 10c was simulated. The apex angle of the first axicon lens 141 was 160°, the focal length of the convex lens 142 was 200 mm, and the thickness of the glass substrate 10 was 1 mm.
横軸は、ガラス基板10の厚さ方向の位置を示す。原点は基板中央10bである。縦軸は、図4(a)においては、光密度を示し、図4(b)においては、原点(基板中央10b)の位置における光密度で正規化した光密度を示す。 The horizontal axis represents the position in the thickness direction of the glass substrate 10. The origin is the substrate center 10b. The vertical axis represents the light density in Figure 4(a), and the light density normalized by the light density at the origin (substrate center 10b) in Figure 4(b).
図4より、第2のアキシコンレンズ143の頂角が120°、130°の場合において、基板中央10bの光密度は、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度の6倍以上であり、基板中央10bの光密度が、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度より十分に高いことが確認できる。 From Figure 4, it can be seen that when the apex angle of the second axicon lens 143 is 120° or 130°, the light density at the center 10b of the substrate is more than six times the light density at the front surface 10a of the substrate and the back surface 10c of the substrate, and that the light density at the center 10b of the substrate is sufficiently higher than the light density at the front surface 10a of the substrate and the back surface 10c of the substrate.
なお、第2のアキシコンレンズ143の頂角が120°の場合、基板中央10bの光密度は高いが、同時に、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度が低くなている。 When the apex angle of the second axicon lens 143 is 120°, the light density at the center 10b of the substrate is high, but at the same time, the light density at the front surface 10a of the substrate and the light density at the back surface 10c of the substrate are low.
これは、頂角が小さい第2のアキシコンレンズ143を使用した場合、円環状の収束性ベッセルビーム164が、基板中央10bに近い位置で収束するためと考えられる。この結果、基板表面10a及び基板裏面10cにおいては、円環状の収束性ベッセルビーム164は十分に収束しておらず、この結果、基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度が小さくなったと思われる。 This is thought to be because when the second axicon lens 143 with a small apex angle is used, the annular convergent Bessel beam 164 converges at a position close to the substrate center 10b. As a result, the annular convergent Bessel beam 164 does not converge sufficiently on the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c, which is thought to result in a decrease in light density on the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c.
基板表面10aの光密度、及び、基板裏面10cの光密度を、ガラス基板10を改質できるレベルまで大きくするために、レーザー発振器120から出射されるレーザー光161のパワーを大きくすることができる。 The power of the laser light 161 emitted from the laser oscillator 120 can be increased to increase the light density on the substrate surface 10a and the substrate back surface 10c to a level that can modify the glass substrate 10.
上記したように、集光レンズ系140においては、第1のアキシコンレンズ141を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。また、凸レンズ142を、焦点距離が異なる凸レンズに交換して使用できるように構成されている。さらに、第2のアキシコンレンズ143を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。 As described above, in the focusing lens system 140, the first axicon lens 141 is configured to be replaceable with an axicon lens having a different apex angle. The convex lens 142 is also configured to be replaceable with a convex lens having a different focal length. Furthermore, the second axicon lens 143 is configured to be replaceable with an axicon lens having a different apex angle.
これにより、集光レンズ系140は、円環状の収束性ベッセルビーム164を収束させる位置を調整することができる。すなわち、集光レンズ系140は、円環状の収束性ベッセルビーム164を、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間に収束させることができる。 This allows the focusing lens system 140 to adjust the position at which the annular convergent Bessel beam 164 is focused. In other words, the focusing lens system 140 can focus the annular convergent Bessel beam 164 between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10.
さらに、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きくすることができる。 Furthermore, the light density at the position of the main peak in the light density distribution at the center 10b of the substrate can be made greater than the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the front surface 10a of the substrate and the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20を形成することができる。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
次に、実施形態1のレーザー加工装置において使用することができるレーザー発振器120について説明する。 Next, we will explain the laser oscillator 120 that can be used in the laser processing device of embodiment 1.
レーザー発振器120は、極短パルスレーザー光を発信するレーザー発振器(フェムト秒パルスレーザー発振器又はピコ秒パルスレーザー発振器)であり、波長は800nm~2000nmのレーザー光161を出力する。例えば、RAYDIANCE社製のRシリーズ発振器(波長1553nm、出力10W~15W、パルス幅500fsec~800fsec)、COHERENT社製のMonacoシリーズ発振器(波長1035nm、出力20W~40W、パルス幅400fsec~10psec)、TRUMPF社製のTruMicroシリーズ発振器(波長1030nm、出力10W~50W、パルス幅400fsec~20psec)などを使用することができる。 The laser oscillator 120 is a laser oscillator (femtosecond pulse laser oscillator or picosecond pulse laser oscillator) that emits ultrashort pulse laser light and outputs laser light 161 with a wavelength of 800 nm to 2000 nm. For example, an R-series oscillator manufactured by RAYDIANCE (wavelength 1553 nm, output power 10 W to 15 W, pulse width 500 fsec to 800 fsec), a Monaco series oscillator manufactured by COHERENT (wavelength 1035 nm, output power 20 W to 40 W, pulse width 400 fsec to 10 psec), or a TruMicro series oscillator manufactured by TRUMPF (wavelength 1030 nm, output power 10 W to 50 W, pulse width 400 fsec to 20 psec) can be used.
実施形態1では、パルス幅が10psec以下のパルスレーザー光を使用するものとし、当該パルスレーザー光は、波長1030nm、ビーム径3mm~6mm、平均出力50Wであるものを使用する。 In embodiment 1, pulsed laser light with a pulse width of 10 psec or less is used, with a wavelength of 1030 nm, a beam diameter of 3 mm to 6 mm, and an average output of 50 W.
レーザー発振器120が発するレーザー光161の光密度分布は、ガウス分布であることが好ましい。レーザー光161の光密度分布がガウス分布であることにより、円環状の収束性ベッセルビーム164が、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間で収束したとき、ガラス基板10の改質領域20を形成する位置において、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きくすることができる。 The light density distribution of the laser light 161 emitted by the laser oscillator 120 is preferably a Gaussian distribution. Because the light density distribution of the laser light 161 is a Gaussian distribution, when the annular convergent Bessel beam 164 converges between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10, the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate center 10b at the position where the modified region 20 of the glass substrate 10 is formed can be greater than the light density at the main peak position in the light density distribution on the substrate front surface 10a and the light density at the main peak position in the light density distribution on the substrate back surface 10c.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、広い範囲に改質領域20を形成することができる。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
図5は、集光レンズ系140に入射させるレーザー光161の光密度分布とガラス基板の厚さ方向の光密度分布との関係を示す図である。集光レンズ系140に入射させるレーザー光161の光密度分布を、ガウス分布、又は、フラットな分布に変化させ、基板表面10a、基板中央10b及び基板裏面10cの光軸165の位置における光密度をシミレーションした。第1のアキシコンレンズ141の頂角は160°、第2のアキシコンレンズ143の頂角は130°、凸レンズ142の焦点距離は200mmとし、ガラス基板10の厚さは、1mmとした。 Figure 5 shows the relationship between the light density distribution of the laser light 161 incident on the condenser lens system 140 and the light density distribution in the thickness direction of the glass substrate. The light density distribution of the laser light 161 incident on the condenser lens system 140 was changed to a Gaussian distribution or a flat distribution, and the light density at the position of the optical axis 165 on the substrate surface 10a, substrate center 10b, and substrate back surface 10c was simulated. The apex angle of the first axicon lens 141 was 160°, the apex angle of the second axicon lens 143 was 130°, the focal length of the convex lens 142 was 200 mm, and the thickness of the glass substrate 10 was 1 mm.
横軸は、ガラス基板10の厚さ方向の位置を示す。原点は基板中央10bである。縦軸は、図5(a)においては、光密度を示し、図5(b)においては、原点(基板中央10b)の位置における光密度で正規化した光密度を示す。 The horizontal axis represents the position in the thickness direction of the glass substrate 10. The origin is the substrate center 10b. The vertical axis represents the light density in Figure 5(a), and the light density normalized by the light density at the origin (substrate center 10b) in Figure 5(b).
図5より、レーザー光151の光密度分布がガウス分布の場合の方が、基板中央10bにおける光密度が大きいことがわかる。すなわち、実施形態1の改質領域形成方法においては、集光レンズ系140に入射させるレーザー光161として、光密度分布が光軸165を中心に分布しているレーザー光、例えばガウス分布を有するレーザー光が好ましいことが、確認できる。 From Figure 5, it can be seen that the light density at the center 10b of the substrate is greater when the light density distribution of the laser light 151 is a Gaussian distribution. In other words, in the modified region formation method of embodiment 1, it can be confirmed that laser light 161 incident on the focusing lens system 140 is preferably laser light whose light density distribution is centered on the optical axis 165, for example, laser light having a Gaussian distribution.
1-2.改質領域形成方法、及び、貫通孔形成方法
次に、実施形態1に係る改質領域形成方法、及び、貫通孔形成方法について説明する。図6は、実施形態1に係る改質領域形成方法により改質領域を形成し、及び、貫通孔形成方法により貫通孔を形成したガラス基板10の概略図である。図7は、実施形態1に係る改質領域形成方法、及び、貫通孔形成方法の工程を示すフローチャートである。
1-2. Modified Region Forming Method and Through-Hole Forming Method Next, the modified region forming method and through-hole forming method according to embodiment 1 will be described. Fig. 6 is a schematic diagram of a glass substrate 10 on which a modified region has been formed by the modified region forming method according to embodiment 1 and a through-hole has been formed by the through-hole forming method. Fig. 7 is a flowchart showing the steps of the modified region forming method and through-hole forming method according to embodiment 1.
実施形態1に係る改質領域形成方法は、物品としてのガラス基板10に、改質領域20を形成する改質領域形成工程(ステップST1)を含む。また、貫通孔形成方法は、上記した改質領域形成工程(ステップST1)と、改質領域20を形成したガラス基板10をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程(ステップST2)と、を含む。 The modified region forming method according to embodiment 1 includes a modified region forming step (step ST1) in which a modified region 20 is formed in a glass substrate 10 as an article. The through-hole forming method also includes the modified region forming step (step ST1) described above and an etching step (step ST2) in which the glass substrate 10 on which the modified region 20 has been formed is etched to form a through-hole.
1-2-1.改質領域形成工程
実施形態1に係る改質領域形成工程は、例えば、図1に示すレーザー加工装置100Aを用いて、レーザー光161を被加工部材としての物品であるガラス基板10の改質領域20を形成する位置に集光レンズ系140を介して照射し、ガラス基板10の表面10aから裏面10cに達する改質領域20を形成する工程である(ステップST1)。集光レンズ系140は、第1のアキシコンレンズ141、凸レンズ142及び第2のアキシコンレンズ143を有する。
1, the modified region forming step according to the first embodiment is a step of irradiating a laser beam 161 through a condenser lens system 140 onto a position where the modified region 20 is to be formed on a glass substrate 10, which is an article serving as a workpiece, using the laser processing apparatus 100A shown in FIG. 1 to form the modified region 20 extending from the front surface 10a to the back surface 10c of the glass substrate 10 (step ST1). The condenser lens system 140 includes a first axicon lens 141, a convex lens 142, and a second axicon lens 143.
第1のアキシコンレンズ141は、レーザー光161を、円環状のベッセルビーム162に変換して、凸レンズ142に入射させる。 The first axicon lens 141 converts the laser light 161 into a circular Bessel beam 162 and makes it incident on the convex lens 142.
凸レンズ142は、第1のアキシコンレンズ141と第2のアキシコンレンズ143との間に配置される。凸レンズ142は、第1のアキシコンレンズ141から出射された円環状のベッセルビーム162を、円環状の収束性ベッセルビーム163に変換して、第2のアキシコンレンズ143に入射させる。 The convex lens 142 is disposed between the first axicon lens 141 and the second axicon lens 143. The convex lens 142 converts the annular Bessel beam 162 emitted from the first axicon lens 141 into an annular converging Bessel beam 163, which is then incident on the second axicon lens 143.
第2のアキシコンレンズ143は、円環状の収束性のベッセルビーム164をガラス基板10に照射する。 The second axicon lens 143 irradiates the glass substrate 10 with a circular, convergent Bessel beam 164.
ここで、集光レンズ系140は、第1のアキシコンレンズ141を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。また、凸レンズ142を、焦点距離が異なる凸レンズに交換して使用できるように構成されている。さらに、第2のアキシコンレンズ143を、頂角が異なるアキシコンレンズに交換して使用できるように構成されている。 Here, the focusing lens system 140 is configured so that the first axicon lens 141 can be replaced with an axicon lens having a different apex angle. The convex lens 142 can be replaced with a convex lens having a different focal length. The second axicon lens 143 can be replaced with an axicon lens having a different apex angle.
これにより、ガラス基板10の改質領域20を形成する位置において、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きくすることができる。 As a result, at the position where the modified region 20 of the glass substrate 10 is formed, the light density at the position of the main peak in the light density distribution at the center 10b of the substrate can be made greater than the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the front surface 10a of the substrate and the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate.
以下に、円環状の収束性ベッセルビーム164の、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークにおける光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークにおける光密度より大きくすることができるメカニズムを説明する。 The following explains the mechanism by which the optical density of the annular convergent Bessel beam 164 at the main peak in the optical density distribution at the substrate center 10b of the glass substrate 10 can be made greater than the optical density at the main peak in the optical density distribution at the substrate surface 10a and the optical density at the main peak in the optical density distribution at the substrate back surface 10c.
図8は、ガラス基板10に円環状の収束性ベッセルビーム164を照射したときの、光束を説明するための図である。図9は、ガラス基板10に円環状の収束性ベッセルビーム164を照射したときの、光密度分布を示す図である。図9(a)は、基板表面10aのA-Aの位置における光密度分布であり、図9(b)は、基板中央10bのB-Bの位置における光密度分布であり、図9(c)は、基板裏面10cのC-Cの位置における光密度分布である。 Figure 8 is a diagram illustrating the light flux when a glass substrate 10 is irradiated with a circular convergent Bessel beam 164. Figure 9 is a diagram illustrating the light density distribution when a glass substrate 10 is irradiated with a circular convergent Bessel beam 164. Figure 9(a) shows the light density distribution at position A-A on the substrate surface 10a, Figure 9(b) shows the light density distribution at position B-B on the substrate center 10b, and Figure 9(c) shows the light density distribution at position C-C on the substrate back surface 10c.
なお、図8を見ると、基板表面10a及び基板裏面10cにおいて、光軸165の位置には円環状の収束性ベッセルビーム164の光束が存在しないにもかかわらず、図9(a)の基板表面10aにおける光密度分布、及び、図9(c)の基板裏面10cにおける光密度分布を見ると、光軸165の位置に光密度のメインピーク61a、61cが存在していることがわかる。これは、基板表面10a及び基板裏面10cにおいては、円環状の収束性ベッセルビーム164の円環が収束することにより近接しているため、相互に作用して、光軸165の位置にメインピークが現れたものである。 Note that, although Figure 8 shows that the light flux of the annular convergent Bessel beam 164 is not present at the position of the optical axis 165 on the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c, the light density distribution on the substrate front surface 10a in Figure 9(a) and the light density distribution on the substrate back surface 10c in Figure 9(c) show that main light density peaks 61a and 61c are present at the position of the optical axis 165. This is because the annular convergent Bessel beam 164 is converged and therefore close to each other on the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c, and this interacts with each other to cause the main peak to appear at the position of the optical axis 165.
図9(a)~(c)において、横軸は、光軸165からの距離を示し、縦軸は、光密度を示す。それぞれのグラフは、比較できるよう、縦軸及び横軸のスケールを揃えている。 In Figures 9(a) to (c), the horizontal axis represents the distance from the optical axis 165, and the vertical axis represents the optical density. The scales of the vertical and horizontal axes of each graph are the same for ease of comparison.
まず、図9(b)の基板中央10bの光密度分布について説明する。基板中央10bにおいては、光軸165の位置、すなわちグラフ横軸の原点の位置に、光密度が最大となるメインピーク61bが認められる。 First, we will explain the light density distribution at the center 10b of the substrate in Figure 9(b). At the center 10b of the substrate, a main peak 61b where the light density is maximum can be seen at the position of the optical axis 165, i.e., the origin of the horizontal axis of the graph.
また、メインピーク61bの両側に第1回折リング62b、さらに第2回折リング63bが認められる。メインピーク61bの位置での光密度は、第1回折リング62bの位置での光密度の約6倍、第2回折リングの位置での光密度の約13倍である。 Furthermore, a first diffraction ring 62b and a second diffraction ring 63b are observed on either side of the main peak 61b. The light density at the position of the main peak 61b is approximately 6 times the light density at the position of the first diffraction ring 62b and approximately 13 times the light density at the position of the second diffraction ring.
グラフに、ガラス10が改質される光密度である、閾値65を示す。ここで閾値65とは、ガラス基板10にレーザー光を照射したとき、ガラスの結晶構造が破壊され、改質が起きる光密度である。 The graph shows the threshold 65, which is the light density at which glass 10 is modified. Here, threshold 65 is the light density at which the crystalline structure of the glass is destroyed and modification occurs when laser light is irradiated onto glass substrate 10.
基板中央10bの光密度分布を閾値65と比較する。メインピーク61bの位置での光密度と第1回折リング62bの位置での光密度とが、閾値65を超えている。すなわち、ガラス基板10の基板中央10bにおいては、メインピーク61bの位置と、第1回折リング62bの位置とで、改質が起きている。一方、メインピーク61bの位置と第1回折リング62bの位置との間に、光密度が閾値65に達していない領域がある。この領域は改質が起きていない。 The light density distribution at the substrate center 10b is compared with threshold value 65. The light density at the position of the main peak 61b and the light density at the position of the first diffraction ring 62b exceed threshold value 65. In other words, at the substrate center 10b of the glass substrate 10, modification has occurred at the position of the main peak 61b and the position of the first diffraction ring 62b. On the other hand, there is a region between the position of the main peak 61b and the position of the first diffraction ring 62b where the light density does not reach threshold value 65. No modification has occurred in this region.
次に、図9(a)の基板表面10aの光密度分布について説明する。基板表面10aにおいては、光軸165の位置に、光密度分布が最大となるメインピーク61aが認められる。基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度は、基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bの位置での光密度より小さい。 Next, we will explain the light density distribution on the substrate surface 10a in Figure 9(a). On the substrate surface 10a, a main peak 61a where the light density distribution is maximum is observed at the position of the optical axis 165. The light density at the position of the main peak 61a in the light density distribution on the substrate surface 10a is lower than the light density at the position of the main peak 61b in the light density distribution at the substrate center 10b.
また、メインピークの外側に、第1回折リング62aが存在する。基板表面10aの光密度分布における第1リング62aの位置での光密度も、基板中央10bの光密度分布における第1リング62bの位置での光密度より小さい。 In addition, a first diffraction ring 62a is present outside the main peak. The light density at the position of the first ring 62a in the light density distribution on the substrate surface 10a is also smaller than the light density at the position of the first ring 62b in the light density distribution at the substrate center 10b.
基板表面10aの光密度分布を改質が起きる閾値65と比較すると、メインピーク61aの位置での光密度は閾値65を超えているが、第1回折リング62aの位置での光密度は閾値65より低い。 When comparing the light density distribution on the substrate surface 10a with the threshold 65 at which modification occurs, the light density at the position of the main peak 61a exceeds the threshold 65, but the light density at the position of the first diffraction ring 62a is lower than the threshold 65.
図9(c)の基板裏面10cの光密度分布について説明する。基板裏面10cの光密度分布は、基板表面10aの光密度分布と類似している。光軸165の位置に、光密度分布が最大となるメインピーク61cが認められる。基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度は、基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bの位置での光密度より小さい。 The light density distribution on the rear surface 10c of the substrate in Figure 9(c) will be described. The light density distribution on the rear surface 10c of the substrate is similar to the light density distribution on the front surface 10a of the substrate. A main peak 61c, where the light density distribution is maximum, is observed at the position of the optical axis 165. The light density at the position of main peak 61c in the light density distribution on the rear surface 10c of the substrate is lower than the light density at the position of main peak 61b in the light density distribution at the center 10b of the substrate.
メインピークの外側に、第1回折リング62cが存在する。基板裏面10cの光密度分布における第1リング62cでの光密度も、基板中央10bの光密度分布における第1リング61cの位置での光密度より小さい。 A first diffraction ring 62c exists outside the main peak. The light density at the first ring 62c in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate is also lower than the light density at the position of the first ring 61c in the light density distribution at the center 10b of the substrate.
基板裏面10cの光密度分布を、改質が起きる閾値65と比較すると、メインピーク61cの位置での光密度は閾値65を超えているが、第1回折リング62cの位置での光密度は閾値より小さい。 When comparing the light density distribution on the back surface 10c of the substrate with the threshold 65 at which modification occurs, the light density at the position of the main peak 61c exceeds the threshold 65, but the light density at the position of the first diffraction ring 62c is less than the threshold.
以上、基板表面10a、基板中央10b及び基板裏面10c、それぞれにおける光密度分布を説明した。すでに説明したことと重複するが、基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bの位置での光密度は、基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度より大きい。 The light density distributions on the substrate surface 10a, substrate center 10b, and substrate back surface 10c have been described above. As already explained, the light density at the position of main peak 61b in the light density distribution at substrate center 10b is greater than the light density at the position of main peak 61a in the light density distribution on substrate surface 10a and the light density at the position of main peak 61c in the light density distribution on substrate back surface 10c.
ここで、ガラス基板10が改質される改質領域20は、当該領域における光密度が、閾値65を超えている領域である。基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bの位置は、光密度の値が大きいことから、閾値65を超え、改質が起きる領域Rbも広い。 Here, the modified region 20 where the glass substrate 10 is modified is the region where the light density exceeds the threshold value 65. The position of the main peak 61b in the light density distribution at the substrate center 10b exceeds the threshold value 65 because the light density value is large, and the region Rb where modification occurs is also wide.
すなわち、基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bに属する領域のうち、閾値65を超え改質が起きる領域Rbは、基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aに属する領域のうち閾値65を超え改質が起きる領域Ra、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cに属する領域のうち閾値65を超え改質が起きる領域Rcより、広い。 In other words, the region Rb belonging to the main peak 61b in the light density distribution at the substrate center 10b, where the threshold value 65 is exceeded and modification occurs, is wider than the region Ra belonging to the main peak 61a in the light density distribution at the substrate front surface 10a, where the threshold value 65 is exceeded and modification occurs, and the region Rc belonging to the main peak 61c in the light density distribution at the substrate back surface 10c, where the threshold value 65 is exceeded and modification occurs.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、広い範囲に改質領域20を形成することができる。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
さらに、改質領域20を形成したガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したときに、広い範囲にわたって改質領域20が形成されているので、基板中央10bにおける貫通孔の内径d2を広げることができる。これにより、基板中央における貫通孔の内径d2と基板表面10aにおける貫通孔の内径d1の差、及び、基板中央10bにおける貫通孔d2の内径と基板裏面10cにおける貫通孔の内径d3との差、を小さくすることができる。 Furthermore, when the glass substrate 10 with the modified region 20 formed therein is etched to form the through-hole 30, the modified region 20 is formed over a wide area, so the inner diameter d2 of the through-hole at the substrate center 10b can be widened. This makes it possible to reduce the difference between the inner diameter d2 of the through-hole at the substrate center and the inner diameter d1 of the through-hole on the substrate surface 10a, and the difference between the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b and the inner diameter d3 of the through-hole on the substrate back surface 10c.
基板中央10bの光密度分布におけるメインピーク61bの位置での光密度は、基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度より大きいことが好ましい。 It is preferable that the light density at the position of the main peak 61b in the light density distribution at the center 10b of the substrate is greater than the light density at the position of the main peak 61a in the light density distribution on the front surface 10a of the substrate and the light density at the position of the main peak 61c in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20を形成することができる。 This allows the modified region 20 to be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
また、実施形態1の改質領域形成方法においては、基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度は、改質が起きる閾値65より大きいことが好ましい。 Furthermore, in the modified region formation method of embodiment 1, it is preferable that the light density at the position of the main peak 61a in the light density distribution on the substrate front surface 10a and the light density at the position of the main peak 61c in the light density distribution on the substrate back surface 10c are greater than the threshold value 65 at which modification occurs.
これにより、基板表面10aのメインピーク61aの位置、及び、基板裏面10cのメインピーク61cの位置は、ガラス基板10が改質され、改質領域20が形成される。 As a result, the glass substrate 10 is modified at the position of the main peak 61a on the substrate surface 10a and the position of the main peak 61c on the substrate back surface 10c, forming modified regions 20.
一方、基板表面10aの光密度分布おける第1回折リング62aの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布おける第1回折リング62cの位置での光密度は、改質される閾値65より小さいことが好ましい。すなわち、基板表面10aの第1回折リング62aの位置、及び、基板裏面10cの第1回折リング62cの位置においては、ガラス基板10は改質されないことが好ましい。 On the other hand, it is preferable that the light density at the position of the first diffraction ring 62a in the light density distribution on the substrate surface 10a, and the light density at the position of the first diffraction ring 62c in the light density distribution on the substrate back surface 10c, are smaller than the modification threshold 65. In other words, it is preferable that the glass substrate 10 is not modified at the position of the first diffraction ring 62a on the substrate surface 10a and the position of the first diffraction ring 62c on the substrate back surface 10c.
この結果、改質されたガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したとき、ガラス基板10の基板表面10a及び基板裏面10cにおいては、メインピーク61a、61cの形状に対応した真円の貫通孔30を形成することができる。 As a result, when the modified glass substrate 10 is etched to form through-holes 30, perfectly circular through-holes 30 corresponding to the shapes of the main peaks 61a, 61c can be formed on the front surface 10a and back surface 10c of the glass substrate 10.
さらに、実施形態1の改質領域形成方法は、基板中央10bの光密度分布における第1回折リング62bの位置での光密度が、ガラスが改質される閾値65より大きいことが好ましい。 Furthermore, in the modified region formation method of embodiment 1, it is preferable that the light density at the position of the first diffraction ring 62b in the light density distribution at the substrate center 10b is greater than the threshold value 65 at which the glass is modified.
これにより、基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20a、20bを形成することができる。 This allows the modified regions 20a, 20b to be formed over a wider area in the center 10b of the substrate than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
さらに、改質されたガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したとき、基板中央10bにおける貫通孔の内径d2を、よりいっそう、大きくすることがでる。また、基板中央10bにおける貫通孔の内径d2と基板表面10aにおける貫通孔30の内径d1との差、及び、基板中央10bにおける貫通孔の内径d2と基板裏面10cにおける貫通孔30の内径d3との差、を小さくすることができる。 Furthermore, when the modified glass substrate 10 is etched to form the through-hole 30, the inner diameter d2 of the through-hole at the substrate center 10b can be made even larger. Also, the difference between the inner diameter d2 of the through-hole at the substrate center 10b and the inner diameter d1 of the through-hole 30 on the substrate surface 10a, and the difference between the inner diameter d2 of the through-hole at the substrate center 10b and the inner diameter d3 of the through-hole 30 on the substrate back surface 10c can be made smaller.
なお、メインピーク61bと第1回折リング62bとの間に、照射されたレーザー光151の光密度が、閾値65に達していない非改質領域が存在する。しかし、非改質領域を「遅い」エッチングにより除去すれば、エッチング液は、改質領域20bに到達することができる。改質領域20bに到達したエッチング液は、改質領域20bを「速い」エッチングにより除去することができるので、貫通孔30の基板中央10bにおける内径d2を大きくすることができる。 Between the main peak 61b and the first diffraction ring 62b, there is an unmodified region where the optical density of the irradiated laser light 151 does not reach the threshold value 65. However, if the unmodified region is removed by "slow" etching, the etching solution can reach the modified region 20b. Once the etching solution reaches the modified region 20b, it can remove the modified region 20b by "fast" etching, thereby increasing the inner diameter d2 of the through-hole 30 at the center 10b of the substrate.
また、実施形態1における改質領域形成方法は、基板中央10bの光密度分布のメインピーク61bの位置での光密度は、基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度の6倍以上であることが好ましく、8倍以上であることがより好ましく、10倍以上であることがさらに好ましい。 Furthermore, in the modified region formation method of embodiment 1, the light density at the position of the main peak 61b of the light density distribution at the substrate center 10b is preferably at least six times, more preferably at least eight times, and even more preferably at least ten times the light density at the position of the main peak 61a of the light density distribution on the substrate front surface 10a and the light density at the position of the main peak 61c of the light density distribution on the substrate back surface 10c.
基板表面10aの光密度分布におけるメインピーク61aの位置での光密度又は基板裏面10cの光密度分布におけるメインピーク61cの位置での光密度に対する、基板中央10bの光密度分布のメインピーク61bの位置での光密度が、上記範囲内であることにより、ガラス基板10の改質領域20を形成する位置において、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる。 By having the light density at the main peak 61b of the light density distribution at the substrate center 10b relative to the light density at the main peak 61a of the light density distribution on the substrate surface 10a or the light density at the main peak 61c of the light density distribution on the substrate back surface 10c fall within the above range, the light density at the main peak of the light density distribution at the substrate center 10b of the glass substrate 10 at the position where the modified region 20 of the glass substrate 10 is formed can be made even greater than the light density at the main peak of the light density distribution on the substrate surface 10a and the light density at the main peak of the light density distribution on the substrate back surface 10c.
1-2-2.エッチング工程
改質領域形成工程(ST1)を行った後に、フッ酸系エッチング液によりガラス基板のエッチングを行って貫通孔30を形成する、エッチング工程(ST2)を行う。エッチング工程(ST2)においては、ガラス基板10の基板表面10a及び基板裏面10cがエッチングされ、ガラス基板10は薄板化される。薄板化により、ガラス基板10の新しい基板表面10d及び基板裏面10eが形成される。ガラス基板10を薄板化するエッチングと同時に、改質領域20にエッチング液が染み込むことにより改質領域20がエッチングされ、パイロット孔30aが形成される(図6参照)。
1-2-2. Etching Step After the modified region forming step (ST1), an etching step (ST2) is performed in which the glass substrate is etched with a hydrofluoric acid-based etching solution to form through-holes 30. In the etching step (ST2), the front surface 10a and rear surface 10c of the glass substrate 10 are etched, and the glass substrate 10 is thinned. As a result of the thinning, new front surface 10d and rear surface 10e of the glass substrate 10 are formed. At the same time as the etching to thin the glass substrate 10, the etching solution permeates the modified region 20, etching the modified region 20 and forming pilot holes 30a (see FIG. 6).
なお、改質領域20がエッチング液で侵食され、パイロット孔30aが形成される際、ガラス基板10の厚み方向(z方向)にエッチングが進む改質領域20のエッチングと、パイロット孔30aに侵入したエッチング液が、パイロット孔30aの内壁を横方向(xy平面に沿った方向)にエッチングする非改質領域のエッチングとが、同時に進行する。 When the modified region 20 is eroded by the etching solution and the pilot hole 30a is formed, etching of the modified region 20 proceeds in the thickness direction (z direction) of the glass substrate 10, and etching of the unmodified region proceeds simultaneously, with the etching solution that has entered the pilot hole 30a etching the inner wall of the pilot hole 30a in the lateral direction (direction along the xy plane).
このとき、ガラス基板10の厚さ方向(z方向)に進む改質領域20のエッチングは、ガラス基板10の横方向(xy平面に沿った方向)に進む非改質領域のエッチングに比べてスピードが速い。従来技術においては、この改質領域20のエッチングのエッチング速度と非改質領域のエッチングのエッチング速度との差によって、基板中央10bにおける貫通孔の内径が、基板表面10aにおける貫通孔の内径、及び、基板裏面10cにおける基板裏面10cにおける貫通孔の内径より、小さくなる傾向があった。 At this time, the etching of the modified region 20, which progresses in the thickness direction (z direction) of the glass substrate 10, is faster than the etching of the unmodified region, which progresses laterally (along the xy plane) of the glass substrate 10. In conventional technology, due to the difference in the etching rate between the modified region 20 and the unmodified region, the inner diameter of the through hole at the center 10b of the substrate tends to be smaller than the inner diameter of the through hole at the front surface 10a of the substrate and the inner diameter of the through hole at the back surface 10c of the substrate.
しかし、実施形態1の貫通孔形成方法においては、改質領域形成工程(ステップST1)において、基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度が、基板表面10aの光密度分布におけるピーク位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるピーク位置での光密度より大きくなっている。これにより、基板中央10bにメインピークにより形成される改質領域20aの範囲Rbは、基板表面10aにメインピークにより形成される改質領域20aの範囲Ra、及び、基板裏面30cにメインピークにより形成される改質領域20aの範囲Rcより大きい(図8参照)。 However, in the through-hole formation method of embodiment 1, in the modified region formation process (step ST1), the light density at the position of the main peak in the light density distribution at the substrate center 10b is greater than the light density at the peak position in the light density distribution on the substrate front surface 10a and the light density at the peak position in the light density distribution on the substrate back surface 10c. As a result, the range Rb of the modified region 20a formed by the main peak at the substrate center 10b is greater than the range Ra of the modified region 20a formed by the main peak on the substrate front surface 10a and the range Rc of the modified region 20a formed by the main peak on the substrate back surface 30c (see Figure 8).
この結果、ガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したときに、基板表面10aにおける貫通孔30の内径d1、及び、基板裏面10cにおける貫通孔30の内径d3と基板中央10bにおける貫通孔30の内径d2との差を小さくすることができる(図6参照)。 As a result, when the glass substrate 10 is etched to form the through hole 30, the difference between the inner diameter d1 of the through hole 30 on the substrate surface 10a, the inner diameter d3 of the through hole 30 on the substrate back surface 10c, and the inner diameter d2 of the through hole 30 at the substrate center 10b can be reduced (see Figure 6).
2.実施形態2
図10は、実施形態2における、補正光学系150の一例を示す図である。図10(a)は、集光レンズ系に入射させるレーザー光の光束を補正する様子を示す図であり、図10(b)は、補正前のレーザー光の光密度分布171と補正後の光密度分布172を対比する図である。
2. Embodiment 2
Fig. 10 is a diagram showing an example of the correction optical system 150 in embodiment 2. Fig. 10(a) is a diagram showing how the light flux of the laser light incident on the condenser lens system is corrected, and Fig. 10(b) is a diagram comparing the light density distribution 171 of the laser light before correction with the light density distribution 172 of the laser light after correction.
補正光学系150は、集光レンズ系140に入射させるレーザー光161の光密度分布において、中央部の光密度を大きくする補正を行う。補正光学系150は、入射したレーザー光161の光密度分布において、中央部の光密度を大きくする補正を行うものであれば好適に使用することができる。光学要素151は、レーザー光161が入射する入射面151aと、レーザー光が出射する出射面151bと、を備える。 The correction optical system 150 corrects the optical density distribution of the laser beam 161 incident on the focusing lens system 140 by increasing the optical density in the central portion. Any correction optical system 150 can be used as long as it corrects the optical density distribution of the incident laser beam 161 by increasing the optical density in the central portion. The optical element 151 has an entrance surface 151a onto which the laser beam 161 enters and an exit surface 151b from which the laser beam exits.
入射面151aは、中心に向かって曲率が徐々に小さくなる中心が凸状の非球面が形成されている。光学要素151に入射したレーザー光161のうち、入射面161aの中心から離れた周辺部に入射したレーザー光161は、光軸165に平行に近い角度のまま光学要素151に入射する。一方、中央輪帯付近に入射した光は、入射面161aにおいて、光軸165に近づく向きに、光の進行方向を変えられる。 The incident surface 151a is formed as an aspherical surface with a convex center, with the curvature gradually decreasing toward the center. Of the laser light 161 incident on the optical element 151, the laser light 161 that enters the peripheral portion away from the center of the incident surface 161a enters the optical element 151 at an angle close to parallel to the optical axis 165. On the other hand, the light that enters near the central annular zone has its direction of travel changed at the incident surface 161a so that it approaches the optical axis 165.
出射面151bは、中心に向かって曲率が徐々に小さくなる中心が凹状の非球面が形成されている。光学要素151に入射したレーザー光161のうち、入射面161aの光軸165から離れた周辺部に入射したレーザー光161は、出射面151bにおいても、垂直出射に近い角度で光学要素151を出射する。一方、光学要素151の入射面151aの中央輪帯付近に入射し、光軸165に近づく向きに光の進行方向を変えられた光は、出射面151bで再び平行光線に戻される。 Emission surface 151b is formed with an aspherical surface that is concave at the center and whose curvature gradually decreases toward the center. Of the laser light 161 incident on optical element 151, laser light 161 that enters the peripheral portion of incidence surface 161a away from optical axis 165 also exits optical element 151 at an angle close to perpendicular emission at emission surface 151b. On the other hand, light that enters near the central annular zone of incidence surface 151a of optical element 151 and has its direction of travel changed so that it approaches optical axis 165 is returned to parallel rays at emission surface 151b.
図10(a)の光学要素151は、集光レンズ系140に入射させるレーザー光161について、中央部の光密度をより大きくする補正を行うことができる。例えば、光学要素151に、図10(b)の、ガウス分布171の光密度のレーザー光を入射させた場合、中央部の光密度がさらに大きい光密度分布172を有するレーザー光を出射することができる。 The optical element 151 in Figure 10(a) can correct the laser light 161 incident on the focusing lens system 140 to increase the light density in the central portion. For example, when laser light with the light density of the Gaussian distribution 171 in Figure 10(b) is incident on the optical element 151, it can emit laser light with a light density distribution 172 in which the light density in the central portion is even greater.
このような光密度分布を有するレーザー光172を集光レンズ系140に入射させ、集光レンズ系から出射した円環性の収束性ベッセルビーム164をガラス基板10の基板表面10aとガラス基板10cとの間に収束させることにより、以下のような効果を得ることができる。 By making laser light 172 having such a light density distribution incident on the focusing lens system 140 and converging the circular converging Bessel beam 164 emitted from the focusing lens system between the substrate surface 10a of the glass substrate 10 and the glass substrate 10c, the following effects can be achieved.
すなわち、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布おけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布おけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布おけるメインピークの位置での光密度より、よりいっそう、大きくすることができる。 In other words, the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate center 10b of the glass substrate 10 can be made greater than the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate surface 10a and the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate back surface 10c.
この結果、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、より広い範囲に改質領域20を形成することができる。 As a result, the modified region 20 can be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
さらに、改質を行ったガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したときに、基板中央10bにおける貫通孔の内径d1を大きくすることができ、基板表面10aにおける貫通孔の内径d1と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差、及び、基板裏面10cにおける貫通孔の内径d3と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差を、小さくすることができる。 Furthermore, when the modified glass substrate 10 is etched to form the through-hole 30, the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate center 10b can be increased, and the difference between the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate surface 10a and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b, and the difference between the inner diameter d3 of the through-hole at the substrate back surface 10c and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b can be reduced.
3.実施形態3
実施形態3に係る集光レンズ装置は、レーザー光151を、被加工部材としての物品であるガラス基板10の改質領域20を形成する位置に集光レンズ系140を介して照射することにより、ガラス基板10の基板表面10aから基板裏面10cに達する改質領域20を形成する集光レンズ装置である。
3. Embodiment 3
The focusing lens device of embodiment 3 is a focusing lens device that forms a modified region 20 extending from the substrate surface 10a of the glass substrate 10 to the substrate back surface 10c by irradiating laser light 151 through a focusing lens system 140 at a position where a modified region 20 is to be formed on the glass substrate 10, which is an article serving as a workpiece.
以下、実施形態3に係る集光レンズ装置を図1を参照しながら説明する。なお、上記した各実施形態と説明が重複する部分は、説明を適宜省略することがある。 The focusing lens device according to embodiment 3 will be described below with reference to Figure 1. Note that explanations of parts that overlap with the explanations of the above-mentioned embodiments may be omitted as appropriate.
集光レンズ系140は、光軸165に沿って配置された2個のアキシコンレンズである、第1のアキシコンレンズ141及び第2のアキシコンレンズ143と、2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズ142と、を備える。集光レンズ系140を通過したレーザー光151は、円環状の収束性ベッセルビーム164となり、円環状の収束性ベッセルビーム164は、基板表面10aと基板裏面10cとの間で収束するように構成されている。 The focusing lens system 140 includes two axicon lenses, a first axicon lens 141 and a second axicon lens 143, arranged along an optical axis 165, and a convex lens 142 arranged between the two axicon lenses. The laser light 151 that passes through the focusing lens system 140 becomes a circular converging Bessel beam 164, which is configured to converge between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c.
これにより、ガラス基板10の基板中央10bの光密度分布おけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布おけるメインピークの位置、及び、基板裏面10cの光密度分布おけるメインピークの位置より大きくすることができる。 This allows the light density at the main peak position in the light density distribution at the substrate center 10b of the glass substrate 10 to be greater than the main peak position in the light density distribution at the substrate surface 10a and the main peak position in the light density distribution at the substrate back surface 10c.
この結果、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、広い範囲に改質領域20を形成することができる。 As a result, the modified region 20 can be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
さらに、改質を行ったガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したときに、基板中央10bにおける貫通孔の内径d1を大きくすることができ、基板表面10aにおける貫通孔の内径d1と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差、及び、基板裏面10cにおける貫通孔の内径d3と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差を、小さくすることができる。 Furthermore, when the modified glass substrate 10 is etched to form the through-hole 30, the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate center 10b can be increased, and the difference between the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate surface 10a and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b, and the difference between the inner diameter d3 of the through-hole at the substrate back surface 10c and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b can be reduced.
4.改質領域を有する物品の製造方法
実施形態4に係る改質領域を有する物品の製造方法は、レーザー光151を被加工部材としての物品であるガラス基板10の改質領域20を形成する位置に集光レンズ系140を介して照射することにより、ガラス基板10の表面10aから裏面10cに達する改質領域20を形成する改質領域形成工程を有する。
4. Method for manufacturing an article having a modified region The method for manufacturing an article having a modified region according to embodiment 4 includes a modified region formation step of forming a modified region 20 extending from the front surface 10 a to the back surface 10 c of the glass substrate 10 by irradiating the glass substrate 10, which is the article serving as the workpiece, with laser light 151 via a condenser lens system 140 at a position where the modified region 20 is to be formed.
集光レンズ系140は、光軸165に沿って配置された2個のアキシコンレンズである、第1のアキシコンレンズ141及び第2のアキシコンレンズ143と、凸レンズ142とを備える。集光レンズ系140を通過した極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビーム164となり、円環状の収束性ベッセルビーム164は、ガラス基板10の基板表面10aと基板裏面10cとの間で収束するように構成されている。 The focusing lens system 140 includes two axicon lenses, a first axicon lens 141 and a second axicon lens 143, arranged along an optical axis 165, and a convex lens 142. The ultrashort pulse laser light that passes through the focusing lens system 140 becomes a circular converging Bessel beam 164, which is configured to converge between the substrate front surface 10a and the substrate back surface 10c of the glass substrate 10.
以下、実施形態4に係る改質領域を有する物品の製造方法を、図1及び図6ないし図7を参照しながら説明する。なお、上記した各実施形態と説明と重複する部分は、説明を適宜省略することがある。 The method for manufacturing an article having a modified region according to embodiment 4 will be described below with reference to Figures 1, 6, and 7. Note that explanations of portions that overlap with those of the above-described embodiments may be omitted as appropriate.
ガラス基板10を、図1に示すレーザー加工装置の図示しないテーブルに載置する。レーザー発振器120から照射されるレーザー光151は、集光レンズ系140により、円環状の収束性のベッセルビーム164に変換して、ガラス基板10に照射する。 The glass substrate 10 is placed on a table (not shown) of the laser processing device shown in Figure 1. The laser light 151 emitted from the laser oscillator 120 is converted by the condenser lens system 140 into a circular, convergent Bessel beam 164, which is then irradiated onto the glass substrate 10.
これにより、基板の厚さ方向において基板中央10bの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度を、基板表面10aの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度、及び、基板裏面10cの光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きくすることができる。 This makes it possible to make the light density at the position of the main peak in the light density distribution at the center 10b of the substrate in the thickness direction of the substrate greater than the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the front surface 10a of the substrate and the light density at the position of the main peak in the light density distribution on the back surface 10c of the substrate.
この結果、ガラス基板10の基板中央10bにおいて、基板表面10a及び基板裏面10cよりも、広い範囲に改質領域20を形成することができる。 As a result, the modified region 20 can be formed over a wider area at the center 10b of the glass substrate 10 than on the front surface 10a and back surface 10c of the substrate.
さらに、改質を行ったガラス基板10をエッチングして貫通孔30を形成したときに、基板中央10bにおける貫通孔の内径d1を大きくすることができ、基板表面10aにおける貫通孔の内径d1と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差、及び、基板裏面10cにおける貫通孔の内径d3と基板中央10bにおける貫通孔d2の内径との差を、小さくすることができる。 Furthermore, when the modified glass substrate 10 is etched to form the through-hole 30, the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate center 10b can be increased, and the difference between the inner diameter d1 of the through-hole at the substrate surface 10a and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b, and the difference between the inner diameter d3 of the through-hole at the substrate back surface 10c and the inner diameter of the through-hole d2 at the substrate center 10b can be reduced.
10…ガラス基板、10a…基板表面、10b…基板表面と基板裏面との中央の位置(基板中央)、10c…基板裏面、10d…エッチング後の基板表面、10e…エッチング後の基板裏面,20…改質領域、20a…改質領域(メインピークの位置の改質領域)、20b…改質領域(第1リングの位置の改質領域)、30…貫通孔、30a…貫通孔(パイロット孔)、30b…貫通孔、61a、61b、61c…メインピーク、62a、62b、62c…第1リング、63b…第2リング、65…閾値、100A…レーザー加工装置、120…レーザー発振器、130・ア光光学系、131…ミラー、140…集光レンズ系、141…第1のアキシコンレンズ、141a…円錐の頂点、142…凸レンズ、143…第2のアキシコンレンズ、143a…円錐の頂点、150…補正光学系、151…光学要素、151a…入射面、151b…出射面、160…レーザー照射ユニット、161…極短パルスレーザー光(レーザー光)、162…円環状のベッセルビーム、163、164…円環状の収束性ベッセルビーム、165…レーザー光の光軸 10...glass substrate, 10a...substrate surface, 10b...center position between the substrate surface and the substrate back surface (center of substrate), 10c...substrate back surface, 10d...substrate surface after etching, 10e...substrate back surface after etching, 20...modified region, 20a...modified region (modified region at the position of the main peak), 20b...modified region (modified region at the position of the first ring), 30...through hole, 30a...through hole (pilot hole), 30b...through hole, 61a, 61b, 61c...main peak, 62a, 62b, 62c...first ring, 63b...second ring, 65...threshold, 100A...laser Processing device, 120...laser oscillator, 130...optical system, 131...mirror, 140...condensing lens system, 141...first axicon lens, 141a...apex of the cone, 142...convex lens, 143...second axicon lens, 143a...apex of the cone, 150...correction optical system, 151...optical element, 151a...incident surface, 151b...exit surface, 160...laser irradiation unit, 161...ultrashort pulse laser light (laser light), 162...annular Bessel beam, 163, 164...annular convergent Bessel beam, 165...optical axis of laser light
Claims (13)
前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されていることを特徴とする改質領域形成方法。 1. A modified region forming method comprising: a modified region forming step of forming a modified region extending from a front surface to a back surface of an article as a workpiece by irradiating an ultrashort pulsed laser beam via a condenser lens system at a position where a modified region is to be formed on the article, the modified region comprising:
the focusing lens system comprises two axicon lenses arranged along an optical axis of the extremely short pulsed laser beam and a convex lens arranged between the two axicon lenses, the extremely short pulsed laser beam passing through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, and the circular converging Bessel beam is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
前記物品の光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度より大きいことを特徴とする改質領域形成方法。 2. The modified region forming method according to claim 1,
A modified region forming method, characterized in that the optical density at the position of the main peak in the optical density distribution of the extremely short pulsed laser light at the center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is greater than the optical density at the position of the main peak in the optical density distribution of the extremely short pulsed laser light on the surface of the article.
前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より大きく、
前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布における第1回折リングの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より小さいことを特徴とする改質領域形成方法。 3. The modified region forming method according to claim 1 or 2,
the light density at the position of the main peak in the light density distribution of the ultrashort pulsed laser light on the surface of the article is greater than a threshold value at which the article is modified;
A modified region forming method, characterized in that the light density at the position of the first diffraction ring in the light density distribution of the ultrashort pulse laser light on the surface of the article is smaller than a threshold value at which the article is modified.
前記物品の前記光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布における第1回折リングの位置での光密度は、前記物品が改質される閾値より大きいことを特徴とする改質領域形成方法。 The modified region forming method according to any one of claims 1 to 3,
A modified area forming method, characterized in that the light density at the position of the first diffraction ring in the light density distribution of the ultrashort pulse laser light at the center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is greater than the threshold value at which the article is modified.
前記物品の前記光軸方向における前記表面と前記裏面との中央の位置の前記極短パルスレーザー光の光密度分布におけるメインピークの位置での光密度は、前記物品の前記表面の前記極短パルスレーザー光の光密度分布のメインピークの位置での光密度の6倍より大きいことを特徴とする改質領域形成方法。 The modified region forming method according to any one of claims 1 to 4,
A modified region forming method, characterized in that the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the extremely short pulsed laser light at the center position between the front surface and the back surface in the optical axis direction of the article is greater than six times the optical density at the main peak position in the optical density distribution of the extremely short pulsed laser light on the surface of the article.
前記凸レンズは非球面レンズであることを特徴とする改質領域形成方法。 The modified region forming method according to any one of claims 1 to 5,
The modified region forming method is characterized in that the convex lens is an aspherical lens.
前記2個のアキシコンレンズの間に凹レンズを有することを特徴とする改質領域形成方法。 7. The modified region forming method according to claim 6,
A modified region forming method, characterized in that a concave lens is provided between the two axicon lenses.
前記集光レンズ系に入射される極短パルスレーザー光の光密度の面内分布は、ガウス分布であることを特徴とする改質領域形成方法。 The modified region forming method according to any one of claims 1 to 7,
The modified region forming method is characterized in that the in-plane distribution of the light density of the ultrashort pulse laser light incident on the focusing lens system is a Gaussian distribution.
集光レンズ系に入射するレーザー光の光密度分布を補正する補正光学系を有し、
前記補正光学系は、中央部の光密度を大きくする補正を行うことを特徴とする改質領域形成方法。 The modified region forming method according to any one of claims 1 to 8,
a correction optical system that corrects the light density distribution of the laser light incident on the condenser lens system;
The modified region forming method is characterized in that the correction optical system performs correction to increase the light density in the central portion.
前記補正光学系は、第1の非球面と第2の非球面とを有し、前記集光レンズ系に入射される極短パルスレーザー光の光密度の面内分布がガウス分布であるときに、中央部の光密度がより大きくなるように構成されていることを特徴とする改質領域形成方法。 10. The modified region forming method according to claim 9,
A modified region forming method characterized in that the correction optical system has a first aspherical surface and a second aspherical surface, and is configured so that when the in-plane distribution of the light density of the extremely short pulse laser light incident on the focusing lens system is a Gaussian distribution, the light density in the central portion is greater.
前記改質領域を形成した前記物品をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする貫通孔形成方法。 A modified region forming method according to any one of claims 1 to 10;
and an etching step of etching the article on which the modified region has been formed to form a through hole.
前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、
前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されていることを特徴とする集光レンズ装置。 A condenser lens device for forming a modified region extending from a front surface to a back surface of an article as a workpiece by irradiating an ultrashort pulsed laser beam via a condenser lens system at a position where a modified region is to be formed on the article, the device comprising:
the focusing lens system includes two axicon lenses arranged along an optical axis of the ultrashort pulsed laser beam, and a convex lens arranged between the two axicon lenses,
the ultrashort pulsed laser light that has passed through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, and the circular converging Bessel beam is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
前記集光レンズ系は、前記極短パルスレーザー光の光軸に沿って配置された2個のアキシコンレンズと、前記2個のアキシコンレンズの間に配置された凸レンズと、を備え、
前記集光レンズ系を通過した前記極短パルスレーザー光は、円環状の収束性ベッセルビームとなり、当該円環状の収束性ベッセルビームは、前記物品の前記表面と前記裏面との間で収束するように構成されていることを特徴とする改質領域を有する物品の製造方法。 A method for manufacturing an article having a modified region, comprising a modified region forming step of forming a modified region extending from a front surface to a back surface of the article by irradiating an ultrashort pulsed laser beam via a focusing lens system at a position where a modified region is to be formed on the article,
the focusing lens system includes two axicon lenses arranged along an optical axis of the ultrashort pulsed laser beam, and a convex lens arranged between the two axicon lenses,
the ultrashort pulsed laser light that has passed through the focusing lens system becomes a circular converging Bessel beam, and the circular converging Bessel beam is configured to converge between the front surface and the back surface of the article.
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