JP5257745B2 - レーザ加工方法とその装置 - Google Patents
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Description
このようなレーザ加工装置においては、液柱内のレーザ光を被加工物まで導光するためには、噴射した液柱を拡散させずに安定した状態のまま被加工物に到達させる必要があり、一方噴射する液柱の径は、歩留まり向上等の観点から極力細いものが求められている。
このような問題に鑑み、本発明は液柱の径を細くすることの可能なレーザ加工方法とその装置を提供するものである。
上記加工ヘッドと被加工物との間の液柱を囲む囲い部材と、この囲い部材内に負圧を導入する負圧発生手段と、上記囲い部材の下端縁近傍に設けられて当該囲い部材と負圧発生手段とを接続する接続部とを設け、加工時には噴射ノズルから噴射されて被加工物上に残る液体を上記囲い部材の下端縁に接触させて、上記負圧発生手段により囲い部材内を負圧にすることを特徴とするものである。
また請求項2の発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、高圧の液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段からの液体を液柱として被加工物に向けて噴射するとともに、上記レーザ発振器からのレーザ光を上記液柱に導光して該液柱を導光路としてレーザ光を上記被加工物に照射する加工ヘッドと、上記レーザ発振器および液体供給手段を制御するとともに、上記加工ヘッドの昇降を制御する制御手段とを備えたレーザ加工装置において、
上記加工ヘッドと被加工物との間の液柱を囲む囲い部材と、この囲い部材内に負圧を導入する負圧発生手段と、上記囲い部材の下端縁近傍に設けられて当該囲い部材と負圧発生手段とを接続する接続部とを設け、上記制御装置は、加工時に上記囲い部材を、上記噴射ノズルから噴射されて被加工物上に残る液体が上記囲い部材の下端縁に接触する高さ位置に維持することを特徴とするものである。
また、上記囲い部材と負圧発生手段とを接続する接続部は当該囲い部材の下端縁近傍に設けられているので、囲い部材の下端縁と被加工物の表面との間隙から囲い部材の外部に流出しようとする液体は上記接続部を介して負圧発生手段に吸引されるようになり、したがって液体が囲い部材の外部に流れ出ることを抑制することができる。
このレーザ加工装置1は、上記被加工物2を支持する加工テーブル3と、レーザ光Lを発振するレーザ発振器4と、高圧にした水等の液体を供給する液体供給手段5と、被加工物2に向けて液体を液柱Wとして噴射するとともに、レーザ光Lを上記液柱Wに導光する加工ヘッド6とを備え、これらは制御手段7によって制御されるようになっている。
上記加工テーブル3は従来公知であるので詳細な説明をしないが、被加工物2を切断加工する場合のために、該被加工物2を貫通した液柱Wが加工テーブル3の表面で邪魔されないようにハニカム構造や剣山構造などを用いることが望ましい。この加工テーブル3は上記被加工物2を加工ヘッド6に対して直交するX−Y方向に水平に移動させるようになっており、また上記加工ヘッド6は図示しない昇降手段によって垂直方向に移動されるようになっている。これら加工テーブル3の移動や加工ヘッド6の昇降は上記制御手段7によって制御されるようになっている。
本実施例では、上記被加工物2としての半導体ウエハの表面に溝を形成したり、チップ状に切断加工を行うようになっている。なおこの他にもエポキシ樹脂板や樹脂と金属からなる複合材料なども加工することができる。
レーザ発振器4と加工ヘッド6との間には、レーザ光Lを加工ヘッド6に向けて反射させる反射ミラー8と、レーザ光Lを集光する集光レンズ9とが設けられている。
なお、レーザ発振器4としてこの他にも半導体レーザやCO2レーザ発振器等を用いることも可能であるが、CO2レーザ発振器の場合レーザ光は水に吸収されやすい波長であるため、加工ヘッド6より噴射される液体として、レーザ光を吸収しにくい液体を用いることになる。
上記ハウジング11の中空部は上記集光レンズ9によって集光されたレーザ光Lの光路上に形成されており、上記噴射ノズル12および透過部材13はこの光路上に設けられている。
上記噴射ノズル12はハウジング11の下端部に形成された凹部内にシールリングを介して嵌合し、かつハウジング11の下方から固定部材14によって押圧保持されている。
上記透過部材13はレーザ光Lを透過させる透明なガラス製で、上記噴射ノズル12と集光レンズ9との間に位置し、上記ハウジング11との間にシールリングを介在させて液密を保った状態で保持されている。
これら上記噴射ノズル12と透過部材13との間に形成された空間には上記液体供給手段5が接続された液体通路16が形成され、液体供給手段5から高圧の液体が供給されるようになっている。
そして、噴射ノズル12の中央には液体を噴射する噴射孔12aが形成され、上記固定部材14の中央には噴射ノズル12の噴射孔12aよりも大径の貫通孔14aが形成されている。
このため、上記液体供給手段5から加工ヘッド6に高圧の液体が供給されると、該液体は液体通路16を通過してから上記噴射ノズル12の噴射孔12aから液柱Wとなって噴射され、この液柱Wは上記貫通孔14aを通過して被加工物2に衝突するようになっている。
また、レーザ発振器4からのレーザ光Lは上記集光レンズ9により上記噴射孔12aより噴射される液柱Wの内部に集光されるようになっており、これによりレーザ光Lは上記液柱Wを導光路として案内されて被加工物2に照射されるようになっている。
上記吸引部材17はアルミニウム製で略円盤状に製造されるとともに、全体が多孔質であることからその内部に気体等を流通させることが可能となっている。
また吸引部材17の中央には下方に向けて拡径する貫通孔17aが形成され、該貫通孔17aの上端の径は上記固定部材14に形成された貫通孔14aと同径となっている。
上記保持部材18は上記固定部材14の外周に螺合することで加工ヘッド6の下部に固定され、また下面には上記吸引部材17を収容可能な凹部が形成され、吸引部材17の外周面は該凹部にコーキング剤などによって接着固定されている。
さらに上記保持部材18は、上記固定部材14の貫通孔17aと同径の内周面を有する内側筒状部18aと、該内側筒状部18aを囲む外側筒状部18bとを備え、内側筒状部18aの上端および下端はそれぞれ上記固定部材14および吸引部材17に密着している。
これら内側筒状部18aの外周面と外側筒状部18bの内周面との間には、上下が上記固定部材14の下面と吸引部材17の上面とで閉鎖された負圧室19が形成されており、この負圧室19には負圧を発生させる負圧発生手段20が接続されている。
そして上記負圧発生手段20によって負圧室19に負圧が導入されると、上記吸引部材17の内部を介して、吸引部材17の下面側の表面にも負圧が発生するようになっている。
図2に示すように、上記囲い部材25は液柱Wを中心とした円筒形状に形成してあり、この囲い部材25と負圧発生手段20との接続部25aを囲い部材25の下端縁近傍に設けるとともに(図1参照)、囲い部材25の接線方向からエアを吸引することができるようにしてある。これにより囲い部材25内のエアの流れをスパイラル状として、エアの乱れを低減できるようにしてある。
上記制御装置7は、加工時には上記加工ヘッド6および囲い部材25を一体的に降下させて、囲い部材25の下端縁25bを被加工物2の表面に近接した高さ位置に維持させるようになっている。これにより、上記噴射ノズル12から噴射されて被加工物2上に残る液体を囲い部材25の下端縁25bに接触させて、該液体により囲い部材25内を外部から可及的に閉鎖させることができるようにしてある。
なお、囲い部材25内の負圧が過度に大きくならないように、例えば上記保持部材18と囲い部材25との間に微小な間隙を設けて囲い部材25の外部から内部に空気を吸引できるようにして、囲い部材25内を所定の大きさの負圧に維持することができるようにしてもよい。
また、上記囲い部材25の軸方向長さは、被加工物2に衝突して跳ね返った液体が噴射ノズル12の下面に届かない程度の長さに設定してある。さらに、囲い部材25の直径は、小さすぎると囲い部材25の内部を流れるエアが乱れて液柱Wを乱してしまい、大きすぎると囲い部材25内に導入する負圧の供給能力を大きくしなければならなくなるので、両者の兼ね合いで好適な大きさとなるように設定してある。
最初に、レーザ加工装置1を始動させると、制御手段7は加工テーブル3の移動を制御して加工ヘッド6を相対的に被加工物2の加工開始位置に移動させ、この位置となると加工ヘッド6を降下させて、囲い部材25の下端縁25bを被加工物2の表面に近接した所要の高さ位置まで降下させる。
次に、制御装置7は上記液体供給手段5から液体通路16に液体を供給し、上記噴射ノズル12の噴射孔12aから液体を液柱W状で被加工物2に噴射させるとともに、負圧発生手段20により負圧室19と囲い部材25内に負圧を導入させる。これにより、上記囲い部材25内のエアは接続部25aを介して負圧発生手段20に吸引されるとともに、吸引部材17および負圧室19を介しても上記負圧発生手段20に吸引されるようになり、これに伴って囲い部材25の外部のエアは、囲い部材25の下端縁25bと被加工物2の表面との間の間隙から囲い部材25の内部に吸引されるようになる。
上記囲い部材25の内部に吸引されたエアは、囲い部材25の接線方向に形成された接続部25aから負圧発生手段20に吸引されるので、囲い部材25内のエアの流れは囲い部材25の内周面に沿ってスパイラル状に流れるようになる。これにより、エアの乱れを低減して、液柱Wの乱れを抑制することができる。
そして、被加工物2の表面を放射状に広がるように流れる液体は、囲い部材25の下端縁25bと被加工物2の表面との間隙から囲い部材25の外部に流出しようとするが、上述したように囲い部材25の外部のエアは、囲い部材25の下端縁25bと被加工物2の表面との間の間隙から囲い部材25の内部に吸引されているので、大部分の液体はこのエアにより接続部25aを介して負圧発生手段20に吸引されてしまい、囲い部材25の外部には流れ出ることはない。
これと同時に、上記囲い部材25の下端縁25bは被加工物2の表面に近接した位置となっているので、その間隙から囲い部材25の外部に流出しようとする液体がその間隙を満たすようになり、これにより囲い部材25の内部は、上記液体が間隙を満たした部分において、外部から閉鎖されるようになる。その結果、囲い部材25内の負圧が良好に保たれるようになる。
しかしながら、吸引部材17の下面に付着した液体は負圧室19の負圧により吸引部材17を介して負圧室19内に吸入され、また囲い部材25内を浮遊する霧状の液体は、上記吸引部材17を介してやはり負圧室19に吸引されるとともに、接続部25bを介して負圧発生手段20に吸引されるようになる。
したがって、囲い部材25の内部をエアの乱れや霧状の液体のない安定した状態とすることができる。
集光されたレーザ光Lは透過部材13および液体通路16内の液体を通過して、噴射孔12aより噴射される液柱W内に導光され、その後液柱Wにより被加工物2まで案内されて被加工物2に照射されて溝加工や切断加工を行うようになる。
このように、囲い部材25内を真空状態とすることができるので、上記噴射孔12aより噴射された液柱Wの周囲のエアは希薄となり、それによって液柱Wは周囲の気流に影響を受けずに安定した状態で被加工物2に到達するようになる。したがって、径の細い液柱であっても安定した状態を長く保つことが可能となる。
従来一般には、噴射孔12aの直径は30μmから40μmが最小径であるが、本実施例によれば10μm程度とすることが可能である。
他方、溝加工の場合には、加工された溝が相対的に囲い部材25の下端縁25bを超えて伸びた場合に、囲い部材25内の液体がその溝から多く外部に流出するようになり、やはり閉鎖状態が破られやすくなるが、通常は切断加工時よりも被加工物2の表面に遥かに多くの液体が残留するので、切断加工時に比較してより良好に閉鎖状態を維持することが可能である。
そして切断加工の場合には切断部分から、また溝加工の場合には溝部分からエアが囲い部材25内に吸引されることになるが、上述したように囲い部材25内のエアの流れは囲い部材25の内周面に沿ってスパイラル状に流れるようになっているので、エアの乱れを低減して、液柱Wの乱れを抑制することができる。
4 レーザ発振器 5 液体供給手段
6 加工ヘッド 7 制御手段
17 吸引部材 20 負圧発生手段
25 囲い部材 25a 接続部
25b 下端縁 L レーザ光
W 液柱
Claims (4)
- 加工ヘッドに設けた噴射ノズルから被加工物に向けて液体を液柱にして噴射するとともに該液柱を導光路としてレーザ光を上記被加工物に照射して、被加工物に所要の加工を施すようにしたレーザ加工方法において、
上記加工ヘッドと被加工物との間の液柱を囲む囲い部材と、この囲い部材内に負圧を導入する負圧発生手段と、上記囲い部材の下端縁近傍に設けられて当該囲い部材と負圧発生手段とを接続する接続部とを設け、加工時には噴射ノズルから噴射されて被加工物上に残る液体を上記囲い部材の下端縁に接触させて、上記負圧発生手段により囲い部材内を負圧にすることを特徴とするレーザ加工方法。 - レーザ光を発振するレーザ発振器と、高圧の液体を供給する液体供給手段と、この液体供給手段からの液体を液柱として被加工物に向けて噴射するとともに、上記レーザ発振器からのレーザ光を上記液柱に導光して該液柱を導光路としてレーザ光を上記被加工物に照射する加工ヘッドと、上記レーザ発振器および液体供給手段を制御するとともに、上記加工ヘッドの昇降を制御する制御手段とを備えたレーザ加工装置において、
上記加工ヘッドと被加工物との間の液柱を囲む囲い部材と、この囲い部材内に負圧を導入する負圧発生手段と、上記囲い部材の下端縁近傍に設けられて当該囲い部材と負圧発生手段とを接続する接続部とを設け、上記制御装置は、加工時に上記囲い部材を、上記噴射ノズルから噴射されて被加工物上に残る液体が上記囲い部材の下端縁に接触する高さ位置に維持することを特徴とするレーザ加工装置。 - 上記囲い部材は液柱を中心にした円筒形状に形成され、上記負圧発生手段は囲い部材の接線方向からエアを吸引することを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
- 上記囲い部材の内側で加工ヘッドの下部に、多孔質体からなる吸引部材を設け、該吸引部材に付着した液体を多孔質部分から吸引することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のレーザ加工装置。
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