特許 6207306 レーザ光によるガラス基板融着方法及びレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207306

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】レーザ光によるガラス基板融着方法及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   C03C 27/06 20060101AFI20170925BHJP

   C03B 23/203 20060101ALI20170925BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20170925BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20170925BHJP

   C03C 23/00 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   C03C27/06 101H

   C03B23/203

   B23K26/00 G

   B23K26/21 G

   B23K26/21 W

   B23K26/00 N

   C03C23/00 D

【請求項の数】16

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-178975(P2013-178975)

(22)【出願日】2013年8月30日

(65)【公開番号】特開2015-48254(P2015-48254A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2016年8月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】390000608

【氏名又は名称】三星ダイヤモンド工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】村上 政直

(72)【発明者】

【氏名】田中 哲平

(72)【発明者】

【氏名】清水 政二

【審査官】 吉川 潤

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０７５２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２４７０６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３２１９０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１０００５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０６２２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０１１２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−００８８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２５４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１２５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−０５１９５５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ ２７／０６

Ｃ０３Ｂ ２３／２０ − ２３／２４

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７４

Ｅ０６Ｂ ３／６６ − ３／６６７

Ｃ０３Ｃ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重ね合わされたガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板の融着方法であって、
第１ガラス基板をワークテーブル上に載置する第１工程と、
前記第１ガラス基板に波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を照射して前記第１ガラス基板の表面に所定高さの凸部を形成する第２工程と、
前記第１ガラス基板の前記凸部が形成された表面に第２ガラス基板を重ね合わせる第３工程と、
凸部に前記波長を有するレーザ光を照射して前記凸部先端部と前記第２ガラス基板とを融着する第４工程と、
を備えたレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項2】

前記第２工程及び前記第４工程では、波長が２．７μｍ以上５．０μｍ以下のレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１に記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項3】

前記第２工程及び前記第４工程では、前記レーザ光を照射しながら融着予定ラインに沿って走査する、請求項１又は２に記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項4】

前記第２工程及び前記第４工程では、連続発振のレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項5】

前記第２工程及び前記第４では、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の擬似連続発振のレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項6】

前記第２工程及び前記第４工程では、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項7】

前記第３工程では、前記第２ガラス基板を前記第１ガラス基板に対して押圧することなく重ね合わせる、請求項１から６のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項8】

前記第２工程及び前記第４工程では、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１から７のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板融着方法。

【請求項9】

前記第１及び第２ガラス基板はレーザ光の内部吸収率が５％以上９５％以下である、請求項１から８のいずれかに記載のレーザ光によるガラス基板加工方法。

【請求項10】

重ね合わされたガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるレーザ加工装置であって、
ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記ワークテーブルに載置された第１ガラス基板の表面に前記レーザ発振器からのレーザ光を照射して、前記第１ガラス基板の表面に所定高さの凸部を形成するとともに、前記第１ガラス基板の前記凸部が形成された表面に第２ガラス基板が重ね合わされた状態において前記凸部に前記波長を有するレーザ光を照射して前記凸部先端部と前記第２ガラス基板とを融着するレーザ光照射機構と、
を備えたレーザ加工装置。

【請求項11】

前記レーザ発振器は波長が２．７以上５．０μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する、請求項１０に記載のレーザ加工装置。

【請求項12】

前記レーザ光照射機構からのレーザ光を前記ガラス基板に対して相対的に移動させて、レーザ光を融着予定ラインに沿って走査する走査機構をさらに備えた請求項１０又は１１に記載のレーザ加工装置。

【請求項13】

前記レーザ発振器は前記レーザ光を連続発振する、請求項１０から１２のいずれかに記載のレーザ加工装置。

【請求項14】

前記レーザ発振器は繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のレーザ光を擬似連続発振する、請求項１０から１２のいずれかに記載のレーザ加工装置。

【請求項15】

前記レーザ発振器は繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光を発振する、請求項１０から１２のいずれかに記載のレーザ加工装置。

【請求項16】

前記レーザ発振器は、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１０から１５のいずれかに記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス基板融着方法、特に、重ね合わされたガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させるガラス基板融着方法及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ＩＴ機器用の装置においては、２枚のガラス基板を重ね合わせたデバイスが用いられている。このような積層された２枚のガラス基板を接合するための方法及び装置が、特許文献１に示されている。

【0003】

特許文献１に示されたガラス基板の接合方法では、まず、バックプレートとしてのガラス基板の表面にフリットを予備焼結することによってフリット壁が形成される。そして、このフリット壁が形成されたバックプレートに、カバープレートとしてのガラス基板を重ね合わされる。その後、フリット壁にレーザ光が照射される。これにより、フリット壁がレーザ光により加熱されて難化し、フリット壁がバックプレートとカバープレートの両方に接合し、２枚のプレートが接合される。

【0004】

また、特許文献２には、短パルスレーザ光を用いて２枚のガラス基板を接合する方法が示されている。ここでは、２枚のガラス基板の隙間近傍に高エネルギで短パルスのレーザ光が集光され、多光子吸収を起こすことによって、２枚のガラス基板が接合される。

【0005】

さらに、特許文献３では、特許文献２と同様に、短パルスレーザ光により多光子吸収現象を生成させ、２枚のガラス基板を接合する方法が示されている。ここでは、まず、２枚のガラス基板を積層するとともに、互いが接近する方向に圧力が付与される。次に、２枚のガラス基板の間でアブレーションが生じないように、その間隙がレーザ光の中心波長の１／４程度以下となるようにして互いに当接させ、レーザ光の焦点を２枚のガラス基板の当接部近傍に位置させて短パルスレーザ光が照射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１２−５３３８５３号公報

【特許文献2】国際公開２０１１／１１５２４２号公報

【特許文献3】特許第４７０９４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の方法では、一旦フリットをバックプレートの表面に予備焼結する必要がある。このフリットの予備焼結のために、カバープレート又はフリットをオーブン又は炉内に入れて過熱する必要があり、工程が煩雑になる。

【0008】

また、特許文献２及び特許文献３の方法では、短パルスレーザ光が用いられるが、短パルスレーザ光は高価である。また、この特許文献２及び３の方法では、多光子吸収現象を生成させるために、レーザ光のスポット径を小さくする必要があり、このため、集光光学系と焦点位置制御のために複雑な装置が必要となる。

【0009】

本発明の課題は、簡単な工程及び光学系を用いてガラス基板を融着できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、重ね合わされたガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる方法であって、以下の工程を備えている。

【0011】

第１工程：第１ガラス基板をワークテーブル上に載置する。

【0012】

第２工程：第１ガラス基板に波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を照射して第１ガラス基板の表面に所定高さの凸部を形成する。

【0013】

第３工程：第１ガラス基板の凸部が形成された表面に第２ガラス基板を重ね合わせる。

【0014】

第４工程：凸部にレーザ光を照射して凸部先端部と第２ガラス基板とを融着する。

【0015】

この方法では、まず、ワークテーブルに載置された第１ガラス基板に波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光が照射され、これにより第１ガラス基板の内部が加熱され、レーザ光が照射された部分が溶融して膨張し、第１ガラス基板表面に凸部が形成される。次に、この凸部が形成された第１ガラス基板に第２ガラス基板が重ね合わされる。そして、凸部が形成された部分に、先のレーザ光と同じレーザ光が照射される。これにより、凸部先端部と第２ガラス基板とが溶融し、第１ガラス基板と第２ガラス基板とが溶融される。

【0016】

ここでは、フリットを用いることなく、かつ凸部を形成する工程及び２つのガラス基板を融着する工程において同じレーザ光を用いることができ、融着のための工程が簡単になる。また、多光子吸収現象を用いることなく２つのガラス基板を融着させるので、集光位置を高精度に制御する必要がなく、装置構成が簡単になる。

【0017】

本発明の第２側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１側面の方法において、第２工程及び第４工程では、波長が２．７μｍ以上５．０μｍ以下のレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【0018】

ここでは、ガラスに対する透過率が比較的高い中赤外のレーザ光が用いられるので、レーザ光が照射される一方のガラス基板の厚さが比較的厚い場合でも、他方のガラス基板までレーザ光が届き、安定してガラス基板を融着させることができる。

【0019】

本発明の第３側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１又は第２側面の方法において、第２工程及び第４工程では、レーザ光を照射しながら融着予定ラインに沿って走査する。

【0020】

ここでは、２つのガラス基板を、連続した融着予定ラインに沿って融着することができる。したがって、２つのガラス基板の間に形成された空間を封止できる。

【0021】

本発明の第４側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第３側面のいずれかの方法において、第２工程及び第４工程では、連続発振のレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【0022】

ここでは、連続発振のレーザ光が用いられるので、融着予定ラインに沿って均一な連続する溶融部を形成でき、２つのガラス基板を簡単にかつ強固に融着することができる。

【0023】

本発明の第５側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第３側面のいずれかの方法において、第２工程及び第４では、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の擬似連続発振のレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【0024】

ここでは、擬似連続発振のレーザ光が用いられるので、連続発振のレーザ光と同様にほぼ均一な連続する溶融部を簡単に形成することができる。

【0025】

本発明の第６側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第３側面のいずれかの方法において、第２工程及び第４工程では、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【0026】

ここでは、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光が用いられるので、パルスレーザの１パルスごとに形成された各溶融部を互いに重ねて連続させた溶融部を形成できる。

【0027】

本発明の第７側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第６側面のいずれかの方法において、第３工程では、第２ガラス基板を第１ガラス基板に対して押圧することなく重ね合わせる。

【0028】

ここでは、２枚のガラス基板を互いに圧接する必要がなく、装置構成が簡単になる。

【0029】

本発明の第８側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第７側面のいずれかの方法において、第２工程及び第４工程では、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【0030】

本発明の第９側面に係るレーザ光によるガラス基板融着方法は、第１から第８側面のいずれかの方法において、ガラス基板はレーザ光の内部吸収率が５％以上９５％以下である。

【0031】

本発明の第１０側面に係るレーザ光によるガラス基板加工装置は、重ね合わされたガラス基板にレーザ光を照射してガラス基板同士を融着させる装置である。この装置は、ガラス基板が載置されるワークテーブルと、レーザ発振器と、レーザ光照射機構と、を備えている。レーザ発振器は波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を発振する。レーザ光照射機構は、ワークテーブルに載置された第１ガラス基板の表面にレーザ発振器からのレーザ光を照射して、第１ガラス基板の表面に所定高さの凸部を形成する。また、このレーザ光照射機構は、第１ガラス基板の凸部が形成された表面に第２ガラス基板が重ね合わされた状態において凸部にレーザ光を照射して凸部先端部と第２ガラス基板とを融着する。

【0032】

本発明の第１１側面に係るレーザ加工装置は、第１０側面の装置において、レーザ発振器は波長が２．７以上５．０μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する。

【0033】

本発明の第１２側面に係るレーザ加工装置は、第１０又は第１１側面の装置において、レーザ光照射機構からのレーザ光をガラス基板に対して相対的に移動させて、レーザ光を融着予定ラインに沿って走査する走査機構をさらに備えている。

【0034】

本発明の第１３側面に係るレーザ加工装置は、第１０から第１２側面のいずれかの装置において、レーザ発振器はレーザ光を連続発振する。

【0035】

本発明の第１４側面に係るレーザ加工装置は、第１０から第１２側面のいずれかの装置において、レーザ発振器は繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のレーザ光を擬似連続発振する。

【0036】

本発明の第１５側面に係るレーザ加工装置は、第１０から第１２側面のいずれかの装置において、レーザ発振器は繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光を発振する。

【0037】

本発明の第１６側面に係るレーザ加工装置は、第１０から第１５側面のいずれかの装置において、レーザ発振器は、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する。

【発明の効果】

【0038】

以上のような本発明では、簡単な工程及び光学系を用いて２枚のガラス基板を簡単に融着することができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図。

【図2】無アルカリガラスに対するレーザ光の波長と透過率との関係を示す図。

【図3】ソーダガラスに対するレーザ光の波長と透過率との関係を示す図。

【図4】ガラス基板に形成された凸部の顕微鏡写真及びその概念図。

【図5】レーザ光の焦点位置及び走査速度と凸部寸法との関係を示す表。

【図6】２枚のガラス基板を重ねて融着させた場合の模式図及び断面を示す顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0040】

［レーザ加工装置］
本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を図１に示す。このレーザ加工装置は、ガラス基板Ｇが載置されるワークテーブル１と、レーザ発振器２と、光学系３と、走査機構としてのテーブル移動機構４と、を備えている。

【0041】

レーザ発振器２は、波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する。ここで、レーザ発振器２としては、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたレーザ光で、前述のように、波長が２．７〜６．０μｍのものを出射するものであればよい。また、ここでは、連続発振のレーザ光を出射する。

【0042】

光学系３は、複数の反射ミラー６ａ，６ｂ，６ｃ及び集光レンズ７を含んでいる。集光レンズ７は、一例としてガラス基板Ｇの表面近傍にレーザ光を集光させるように設定されている。

【0043】

テーブル移動機構４は、互いに直交するＸ及びＹ方向にワークテーブル１を移動させるための機構である。このテーブル移動機構４によって、レーザ光を融着予定ラインに沿って走査することができる。

【0044】

［ガラス基板の加工方法：第１〜第２工程］
以上のレーザ加工装置を用いて、第１ガラス基板Ｇ１の表面に第２ガラス基板Ｇ２を重ね合わせて融着する場合は、以下の工程によって行われる。

【0045】

まず、第１ガラス基板Ｇ１をワークテーブル１上の所定位置にセットする。次に、ワークテーブル１上の第１ガラス基板Ｇ１に対して、前述のような中赤外光のレーザ光を、第１ガラス基板Ｇ１の表面近傍に集光させて照射し、さらに融着予定ラインに沿って走査する。なお、レーザ光の焦点位置点は第１ガラス基板Ｇ１の表面に限定されるものではない。

【0046】

以上のようなレーザ光の連続照射及び走査によって、第１ガラス基板Ｇ１におけるレーザ光の照射部分には、表面が膨らむように凸部が形成される。この凸部の高さ及び幅については、レーザ光の焦点位置及び走査速度によって調整することが可能である。

【0047】

特に、波長３μｍ程度の中赤外光のレーザ光を利用することによって、レーザ光はガラス基板の内部まで透過しながら吸収される。このため、ガラス基板の表面から内部まで、熱分布の偏りが少なくなり、ガラス基板の熱損傷を抑えて、レーザ光照射部分に容易に所定の高さの凸部を形成することができる。

【0048】

＜透過率と波長＞
図２に、板厚が０．２ｍｍの無アルカリガラス（例えばＯＡ１０（製品名：日本電気硝子社製））のガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。また、図３に、板厚が０．５ｍｍのソーダガラスのガラス基板に対するレーザ光の波長と透過率との関係を示している。

【0049】

図２から明らかなように、板厚０．２ｍｍの無アルカリガラスに対しては、例えば波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザでは透過率が「０」であるので、レーザ光は基板の表面で吸収されることになる。また、波長が１μｍのＹＡＧレーザや、波長が５３２ｎｍのグリーンレーザでは、透過率が９０％以上であり、透過しない約１０％のレーザ光もそのほとんどは表面で反射され、基板内部に吸収されない。そして、波長が２．８μｍのレーザ光であれば、基板内部でほぼ均一に吸収され、基板内部を溶融させて、ガラス基板の表面に凸部を形成することができる。

【0050】

また、図３の板厚０．５ｍｍのソーダガラスでは、波長が２．８μｍのレーザ光では、基板の内部までレーザ光が透過しながら吸収され、したがって図２の無アルカリガラスと同様に、基板内部を溶融させて、表面に所定高さの凸部を形成することができる。

【0051】

なお、図２と図３に示したグラフの透過率の値の差は、試料の厚さの違いに起因するものであり、厚さが同じであれば、無アルカリガラスとソーダガラスとで透過率に差は無いと思われる。

【0052】

以上のことから、波長が２．７μｍ以上６．０μｍ以下のレーザ光を用いることによって、多くのガラス基板（特にレーザ光の内部吸収率が５％以上９５％以下のガラス基板）に対して、レーザ光の照射部分に、容易に所定高さの凸部を形成することができると推察される。また、レーザ光を照射する基板の厚さが比較的厚い場合でも、波長２．７μｍ以上５．０μｍ以下のレーザ光を用いることにより、ガラス基板上に凸部を形成することができる。

【0053】

＜実験例：凸部の形成＞
ガラス基板に前述のような中赤外光のレーザ光を照射した場合に、ガラス基板表面に凸部が形成される様子を図４（ａ）及び（ｂ）に示している。図４（ａ）はレーザ光照射部分の断面の顕微鏡写真であり、図４（ｂ）はその概念図である。この実験におけるガラス基板及びレーザ照射条件は以下の通りである。

【0054】

基板：無アルカリガラス（ＯＡ１０＝製品名：日本電気硝子社製）、サイズ＝１００ｍｍ×１２５ｍｍ×ｔ０．２ｍｍ
レーザ光：Ｅｒ：ＺＢＬＡＮファイバレーザ、波長２．７μｍ、出力７Ｗ、連続発振
この実験では、レーザ光を図４の紙面垂直方向に速度を変えて走査した。この結果、走査ラインに沿って凸部は連続して形成され、その寸法は、幅１０μｍ×高さ１μｍ〜幅４０μｍ×高さ８μｍであった。ここで、ガラス基板には、図４（ｂ）の概念図で示すように、膨張部、変質部、熱影響部の３つの層が形成されていると考えられる。

【0055】

図５に、焦点位置を＋０．４ｍｍ〜−０．４ｍｍに変化させ、走査速度を１５ｍｍ／ｓ〜３５ｍｍ／ｓに変化させた場合に、凸部がどのように形成されるかをまとめて示している。図において、「＋０．４ｍｍ」〜「−０．４ｍｍ」はレーザ光の焦点位置であり、「０ｍｍ」がガラス基板の表面、「−」は基板内部の位置であることを示している。表中の数値単位は「μｍ」である。また、図において、「Ｆ」は高さのゆらぎ幅、すなわち、膨張幅の中心に設定した測定ライン（加工ラインの中心線とほぼ同じ）における高さの最大値と最小値との差である。

【0056】

図５から、以下のことがわかる。

【0057】

（ａ）レーザ光の焦点位置を基板表面（０ｍｍ）に設定した場合が、最も膨張しやすい。しかし、焦点位置が＋０．４ｍｍ〜−０．４ｍｍの範囲であれば、レーザ光の走査速度を適切に制御することによって、所望の高さの凸部をガラス基板の表面に形成することができる。

【0058】

（ｂ）走査速度を高くすると、加工された跡は観察できるが膨張による凸部は形成されない。すなわち、凸部を形成するためには、ある程度の熱量を基板に与える必要がある。

【0059】

（ｃ）レーザ光の焦点位置を「−」（基板内部）に設定した方が、膨張するサイズは大きい。なお、図５ではガラスの屈折率を考慮していないために、実際の焦点位置を示しているわけではない。

【0060】

（ｄ）レーザ光の焦点位置がガラス基板の表面から離れると、高さのゆらぎ幅が大きくなる。

【0061】

以上から、前述のような波長のレーザ光を用いて、焦点位置をガラス基板表面の近傍に設定すれば、走査速度を制御することによって、所望の高さの凸部を安定してガラス基板表面に形成できることがわかる。

【0062】

［ガラス基板の加工方法：第３〜第４工程］
以上のようにして凸部の形成された第１ガラス基板Ｇ１に第２ガラス基板Ｇ２を重ねあわせ、凸部の形成と同様のレーザ光照射条件で凸部にレーザ光を照射する。これにより、凸部先端部と第２ガラス基板Ｇ２とが融着して接合される。

【0063】

＜実験例：重ねあわせ及び融着＞
図６に、凸部Ｂの形成された第１ガラス基板Ｇ１に第２ガラス基板Ｇ２を重ねあわせ、凸部Ｂにレーザ光を照射した場合の模式図（ａ）及び実験例（ｂ）を示している。

【0064】

なお、この実験例におけるレーザ光の焦点位置は、第１ガラス基板１の表面（凸部Ｂが形成された側の面）であり、走査速度は１０ｍｍ／ｓである。

【0065】

以上の加工によって、第１ガラス基板Ｇ１の表面に形成された凸部Ｂの先端部と第２ガラス基板Ｇ２の裏面（第１ガラス基板Ｇ１と対向する面）とが融着され、両ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の間に７μｍの隙間が確認された。

【0066】

［用途］
以上のような方法は、積層された２枚のガラス基板を、その間に所定の隙間をあけて融着し、封止する場合に有効である。すなわち、融着ラインを連続させ、かつ閉じることによって、凸部によって囲まれた内部空間が封止されることになる。

【0067】

なお、凸部を２枚のガラス基板の間のスペーサ及び封止部として機能させてもよいし、凸部は封止のみに用いて、その内部に別のスペーサを配置して２枚のガラス基板を融着させてもよい。

【0068】

［特徴］
（１）２枚のガラス基板を、フリットを用いることなく融着することができる。

【0069】

（２）凸部を形成する工程及び２つのガラス基板を融着する工程において、同じレーザ光を用いることができ、融着のための工程が簡単になる。

【0070】

（３）集光位置を高精度に制御する必要がなく、装置構成が簡単になる。

【0071】

（４）中赤外光のレーザ光をガラス基板に照射することによって、レーザ光の出力を制御したり、後工程で加熱、押圧したりすることなく、所望の高さの凸部を精度よく形成することができる。

【0072】

（５）レーザ光の焦点位置及び走査速度を調整することにより、凸部の高さをコントロールすることができる。

【0073】

（６）レーザ光はガラス基板の内部まで浸透しながら吸収され、このためガラス基板の表面から内部にわたって均一に加熱される。したがって、ガラス基板の熱損傷を抑制しつつ、ガラス基板の表面に凸部を形成することができる。

【0074】

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

【0075】

前記実施形態では、連続発振のレーザ光を用いたが、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上の擬似連続発振のレーザ光や、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光を照射するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１ ワークテーブル
２ レーザ発振器
３ 光学系
４ テーブル移動機構
Ｂ 凸部
Ｇ１，Ｇ２ ガラス基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】