(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽内において、液体の存在のもとで被処理物にレーザビームを照射して当該被処理物を処理するレーザ処理装置であって、
気体供給機構と、
前記気体供給機構からの気体が混ぜられた液体を加圧して前記液体中の前記気体の溶存濃度が大気圧下では過飽和となる気体溶存液を生成する加圧槽と、
前記処理槽内において、少なくとも前記被処理物の処理すべき部位が前記加圧槽からの気体溶存液が満たされた状態を形成する処理状態形成機構とを有し、
前記気体溶存液が満たされた状態の前記被処理物の処理すべき部位に前記レーザビームを照射するレーザ処理装置。
【請求項２】
処理槽内において、液体の存在のもとで被処理物にレーザビームを照射して当該被処理物を処理するレーザ処理装置であって、
気体供給機構と、
前記気体供給機構からの気体が混ぜられた液体を加圧して前記液体中の前記気体の溶存濃度が大気圧下では過飽和となる気体溶存液を生成したのち、前記気体溶存液を圧力開放することによって微細気泡含有液を生成する微細気泡含有液生成機構と、
前記処理槽内において、少なくとも前記被処理物の処理すべき部位が前記微細気泡含有液生成機構からの前記微細気泡含有液が満たされた状態を形成する処理状態形成機構とを有し、
前記微細気泡含有液が満たされた状態の前記被処理物の処理すべき部位に前記レーザビームを照射するレーザ処理装置。
【請求項３】
前記気体供給機構は、複数の気体供給器を備え、前記複数の気体供給器から供給する気体を切り換えることにより複数の気体から少なくとも一種の気体を選択可能であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ処理装置。
【請求項４】
前記処理槽から前記微細気泡含有液を回収し、前記回収した微細気泡含有液に前記気体供給機構からの気体を供給して生成される新たな微細気泡含有液を前記処理槽へ戻すことを特徴とする請求項２に記載のレーザ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中の被処理物にレーザ光を照射して該被処理物を処理するレーザ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されるレーザ光によるエッチング方法が知られている。このエッチングでは、純水中に置いた被加工物の加工箇所に気泡発生用レーザ光を照射して当該加工箇所を覆う気泡を形成し、この状態で、被加工物の前記加工箇所に加工用レーザ光を照射してエッチングを施している。このようなエッチング方法（処理方法）によれば、気泡発生用レーザ光によって加工箇所に形成された気泡が、加工用レーザ光によるエッチング加工に伴う残渣を当該加工箇所から分離させて浮上する。その結果、レーザエッチングに伴う被加工物の残渣による加工精度の低下を防止することができるようになる。
【０００３】
また、特許文献２に記載される金属物体のレーザピーニング処理方法が知られている。この種のレーザピーニング処理方法では、水中に置かれた被処理物（金属物体）の表面に、高いピークパワー密度をもつパルスレーザビームが照射される。そして、このパルスレーザビームの照射により発生するプラズマの膨張反力により、被処理物に残留圧縮応力が付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３３３９１０号公報
【特許文献２】特開２００８−１７８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したようなレーザを用いて被処理物の表面を処理する技術では、前者の場合（エッチング方法）、被加工物における加工箇所近傍の純水を気泡発生用レーザ光の加熱によって気化させて気泡を形成させているので、多くの気泡を発生させるのに限界があり、効率的な残渣除去が難しい。また、後者の場合（レーザピーニング処理方法）では、残留圧縮応力を付与することにより被処理物の表面を改質することができるものの、その改質効果は限定的なものである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、レーザを用いて被処理物に対するより効果的な処理が可能となるレーザ処理装置及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザ処理装置は、処理槽内において、液体の存在のもとで被処理物にレーザビームを照射して当該被処理物を処理するレーザ処理装置であって、気体供給機構と、液体に前記気体供給機構からの気体が混ぜられた液体を加圧して前記液体中の前記気体の溶存濃度が大気圧下では過飽和となる気体溶存液を生成する加圧槽と、前記処理槽内において、少なくとも前記被処理物の処理すべき部位が前記加圧槽からの気体溶存液が満たされた状態を形成する処理状態形成機構とを有し、前記気体溶存液が満たされた状態の前記被処理物の処理すべき部位に前記レーザビームを照射する構成となる。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ処理装置は、処理槽内において、液体の存在のもとで被処理物にレーザビームを照射して当該被処理物を処理するレーザ処理装置であって、気体供給機構と、液体に前記気体供給機構からの気体が混ぜられた液体を加圧して前記液体中の前記気体の溶存濃度が大気圧下では過飽和となる気体溶存液を生成したのち、前記気体溶存液を圧力開放することによって微細気泡含有液を生成する微細気泡含有液生成機構と、前記処理槽内において、少なくとも前記被処理物の処理すべき部位が前記微細気泡含有液生成機構からの前記微細気泡含有液が満たされた状態を形成する処理状態形成機構とを有し、前記微細気泡含有液が満たされた状態の前記被処理物の処理すべき部位に前記レーザビームを照射する構成となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレーザ処理装置及び方法によれば、被処理物に対するより効果的な処理ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係るレーザ処理装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図１に示すように構成される。このレーザ処理装置は、例えば、半導体ウェーハの表面に孔や溝を形成する等の加工を行うレーザ加工装置として機能する。
【００１３】
図１において、このレーザ加工装置（レーザ処理装置）は、処理槽１１、レーザユニット２０、光学系ユニット２１（レンズ等を含む）及び制御ユニット４０を備えている。処理槽１１内には、支持台１２が設けられ、加工の対象となる半導体ウェーハ１００（被処理物）が支持台１２上に載置、固定される。処理槽１１内には後述するように生成される微細気泡含有液Ｗ（気体含有液）が満たされ、支持台１２に載置された半導体ウェーハ１００が微細気泡含有液Ｗに浸っている。レーザユニット２０として、例えば、約１μｍの波長のレーザビームを出力するＹＡＧレーザが用いられる。なお、後述するように、レーザビームの波長に応じて前記微細気泡含有液Ｗに含有される気泡のサイズが決められる。制御ユニット４０の制御のもとレーザユニット２０から出力されるレーザビームが光学系ユニット２１を介して処理槽１１内の支持台１２に載置、固定された半導体ウェーハ１００の加工すべき部位にフォーカスされた状態で照射されるようになっている。内部に支持台１２の設けられた処理槽１１は、制御ユニット４０の制御に従って駆動される移動機構１３によって２次元的に移動可能となっている。移動機構１３による処理槽１１の移動によって、支持台１２に載置、固定された半導体ウェーハ１００におけるレーザユニット２０からのレーザビームの照射位置、即ち、加工位置を変えることができる。
【００１４】
このレーザ加工装置は、更に、気体供給機構を備えるとともに、液体（純水）に前記気体供給機構からの気体の微細気泡を発生させて微細気泡含有液Ｗを生成する機構（微細気泡含有液生成機構（気体含有液生成機構））、及び該微細気泡含有液Ｗを処理槽１１内の半導体ウェーハ１００が浸るように当該処理槽１１に供給するための機構（第１供給機構（処理状態形成機構））を備えている。それらの機構は、次のように構成されている。
【００１５】
処理槽１１から延びる送通管１５ａがポンプ３２の吸引口に接続され、その送通管１５ａにフィルタ３１が設けられている。ポンプ３２の排出口から延びる送通管１５ｂが加圧槽３６に接続され、その送通管１５ｂに冷却機３３が設けられている。送通管１５ｂの冷却機３３と加圧槽３６との間には、気体供給器３４（気体供給機構）から延びる送通管１６が結合され、気体供給器３４からの気体（空気、酸素、窒素、二酸化炭素等）が送通管１６を通して送通管１５ｂに供給されるようになっている。送通管１６には開閉弁３５が設けられており、開閉弁３５の開閉によって気体供給器３４からの気体の送通管１５ｂへの供給、遮断の切換えが可能となる。加圧槽３６から延びる送通管１５ｃが処理槽１１に至っており、その送通管１５ｃに気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９が設けられている。
【００１６】
ポンプ３２の動作により処理槽１１から吸引されて送通管１５ａ、１５ｂを流れる液体Ｗ（当初純水：処理槽内液）がフィルタ３１及び冷却機３３を通って加圧槽３６に供給される。送通管１５ｂを冷却機３３から加圧槽３６に流れる液体Ｗに気体供給器３４から送通管１６を通して供給される気体が混ぜられる。そして、その気体の混ぜられた液体Ｗは、ポンプ３２の動作によって送通管１５ｂを通して加圧槽３６に圧送され、加圧槽３６内に一時的に溜められる。加圧槽３６では、前記気体の混ぜられた液体Ｗが加圧され、その液体Ｗ中に気体が溶融して、液体Ｗ中における気体の溶存濃度が上昇し、例えば、大気圧下に対して過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液が生成される。なお、加圧槽３６内の圧力は、圧力調整器３７によって調整可能となっている。
【００１７】
加圧槽３６内に貯留された気体溶存液が加圧された状態を維持しつつ送通管１５ｃを通って気泡発生ユニット３８に供給される。気泡発生ユニット３８は、複数のオリフィスを有しており、加圧状態の気体溶存液が複数のオリフィスを通過する際の圧力開放によって、液体（純水）中に微細気泡（バブルの大きさに応じて、例えば、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル等と呼ばれる）が発生する。気泡弁別器３９は、気泡発生ユニット３８からの微細気泡を含む液体Ｗに対してフィルタ処理、あるいは、遠心分離等の処理を施すことによって、レーザユニット２０から照射されるレーザビームの波長（約１μｍ）と同程度のサイズ、あるいはそれより小さいサイズの微細気泡をそれより大きいサイズの微細気泡から弁別し、その弁別により得られたより小さいサイズの微細気泡を最も多く含有する液体（純水）、微細気泡含有液Ｗを排出する。この気泡弁別器３９から排出される微細気泡含有液Ｗは、気泡によって白濁してレーザビームが透過しなかったり散乱したりして当該レーザビームの透過が妨げられることのない程度の透明度合いとなるような微細なサイズの気泡を含有するもので、好ましくは、前述したように、レーザビームの波長と同程度あるいはそれより小さいサイズの気泡、例えば、マイクロナノバブルやナノバブルを含有する。気泡弁別器３９から排出される微細気泡含有液Ｗが、送通管１５ｃを通して処理槽１１に供給され、支持台１２に載置、固定された半導体ウェーハ１００全体を浸す。そして、ポンプ３２によって処理槽１１から吸引される微細気泡含有液Ｗが処理槽内液として送通管１５ａ、１５ｂ、１５ｃを流れる過程で、その処理槽内液が気体供給器３４からの気体供給を受けて加圧槽３６、気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９を通って新たな微細気泡含有液として処理槽１１に戻される。
【００１８】
なお、上述したレーザ加工装置において、加圧槽３６、気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９を用いて微細気泡含有液Ｗを生成する機構が前記微細気泡含有液生成機構（気体含有液生成機構）に相当する。また、気泡弁別器３９から送通管１５ｃを通して処理槽１１内に置かれた半導体ウェーハ１００が浸るように前記微細気泡含有液Ｗを処理槽１１内に供給する機構が前記第１供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００１９】
上述したようにして微細気泡含有液Ｗに浸った状態で処理槽１１内に置かれた半導体ウェーハ１００の表面の加工すべき部位に対してレーザユニット２０からのレーザビームが照射される。その際、レーザビームのエネルギーによりそのレーザビームの照射された部位の加工（例えば、孔、溝等の形成加工）がなされるとともに、微細気泡含有液Ｗの多数の微細気泡（マイクロナノバブル、ナノバブル等）がそれより大きく浮上し易い多量の気泡として急速に顕在化する。そのため、その多量の気泡とともに前記加工により生じた残渣（加工クズ）が半導体ウェーハ１００の表面から除去されるようになる。更に、元から微細気泡含有液Ｗ中に含まれていた微細な気泡が、溝等の加工部位中に入り込んで加工クズを吸着してその加工部位から排出することによって、その加工部位における残渣の盛り上がり（いわゆる、デブリ）を防ぐことができる。
【００２０】
このようにレーザビームのエネルギーにより半導体ウェーハ１００の表面の処理すべき部位の加工がなされるとともにその部位から生じ得る残渣が多量の気泡によって除去され得るようになるので、半導体ウェーハ１００に対してより効果的な加工ができるようになる。例えば、上述したように、孔や溝の加工において、その孔や溝の縁に発生し易い、いわゆる、デブリを極力少なくすることができる。
【００２１】
なお、レーザ加工に際して、処理槽１１内の微細気泡含有液Ｗ中に浮遊する加工クズが送通管１５ａに吸引されたとしても、その加工クズは、フィルタ３１にて除去されるので、加工クズによってポンプ３２や冷却機３３が悪影響を受けることを防止することができる。また、送通管１５ｂを通る液体Ｗが冷却機３３によって冷却されるので、レーザビームのエネルギーによって加熱される処理槽１１内の微細気泡含有液Ｗの温度が上昇することを極力抑えて微細気泡含有液Ｗの温度を安定化させることができる。従って、微細気泡含有液Ｗが循環供給されて再度加圧槽３６に気体を溶融させる際に、温度が上昇することによって溶融させられる気体の量が減少してしまうことを防ぐことができる。
【００２２】
前述したレーザ加工装置では、半導体ウェーハ１００のレーザ加工の行われる処理槽１１内の微細気泡含有液Ｗをポンプ３２が吸引することにより得られる処理槽内液に気体供給器３４からの気体を加えて新たに生成される微細気泡含有液が処理槽１１に戻されるようにしているが、処理槽１１の微細気泡含有液Ｗを処理槽内液として得る機構や、その得られた処理槽内液に気体を加えて生成される新たな微細気泡含有液を処理槽１１に戻す機構は、上述したものに限定されない。例えば、処理槽１１からポンプ３２を用いることなく落下する微細気泡含有液を処理槽内液として回収し、その回収した処理槽内液に気体を供給して生成される新たな微細気泡含有液を処理槽１１に戻すような機構であってもよい。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図２に示すように構成される。このレーザ処理装置も第１の実施の形態の場合（図１参照）と同様に、半導体ウェーハの表面に孔や溝を形成する等の加工を行うレーザ加工装置として機能する。この第２の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）は、微細気泡含有液Ｗが処理槽１１内に置かれた半導体ウェーハ１００（被処理物）の表面に膜状に供給されることを特徴としている。なお、図２において、図１に示す部分と同じ部分については同一の参照番号が付されている。
【００２４】
図２において、このレーザ加工装置では、第１の実施の形態の場合（図１参照）と同様に、制御ユニット４０の制御に従って駆動される移動機構１３によって２次元的に移動可能な処理槽１１内に設けられた支持台１２に加工の対象となる半導体ウェーハ１００が載置、固定され、その半導体ウェーハ１００の表面の加工すべき部位に制御ユニット４０の制御のもとレーザユニット２０から出射されるレーザビームが光学系ユニット２１を通して照射されるようになっている。
【００２５】
貯液槽１４には液体（純水）Ｗｏが溜められており、ポンプ３２の動作によって貯液槽１４から吸引される液体Ｗｏが送通管１５ｄ、１５ｂを通して加圧槽３６に供給される。気体供給器３４からの気体が送通管１６を通して送通管１５ｂを流れる液体Ｗｏに供給され、その気体が混ざった液体Ｗｏがポンプ３２の動作によって加圧槽３６に圧送される。加圧槽３６での加圧によって液中の気体が溶解して生成される気体溶存液が送通管１５ｃを流れる過程で、第１の実施の形態の場合（図１参照）と同様に、気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９によってレーザビームの波長（例えば、１μｍ程度）と同程度あるはそれより小さい微細気泡を最も多く含む液体、微細気泡含有液Ｗが生成される。この場合も、第１の実施の形態の場合と同様に、気泡弁別器３９から排出される微細気泡含有液Ｗは、気泡によって白濁してレーザビームが透過しなかったり散乱したりして当該レーザビームの透過が妨げられることのない程度の透明度合いとなるような微細なサイズの気泡を含有するもので、好ましくは、前述したように、レーザビームの波長と同程度あるいはそれより小さいサイズの気泡、例えば、マイクロナノバブルやナノバブルを含有する。そして、その微細気泡含有液Ｗが送通管１５ｃから半導体ウェーハ１００の表面に供給され、半導体ウェーハ１００の表面に微細気泡含有液Ｗの液膜が形成される。
【００２６】
この第２の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）では、第１の実施の形態の場合（図１参照）と同様に加圧槽３６、気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９を用いて微細気泡含有液Ｗを生成する機構が本発明における微細気泡含有液生成機構（気体含有液生成機構）に相当する。また、気泡弁別器３９から送通管１５ｃを通して半導体ウェーハ１００の表面に前記微細気泡含有液Ｗを供給する機構が本発明における第２供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００２７】
この第２の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）もまた、第１の実施の形態の場合と同様に、レーザユニット２０から照射されるレーザビームのエネルギーにより半導体ウェーハ１００の表面の処理すべき部位の加工がなされるとともにその部位から生じ得る残渣が多量にかつ急速に顕在化される気泡によって除去され得るようになるので、半導体ウェーハ１００に対するより効果的な加工ができるようになる。更に、元から微細気泡含有液Ｗ中に含まれていた微細な気泡が、溝等の加工部位中に入り込んで加工クズを吸着してその加工部位から排出することによって、その加工部位における残渣の盛り上がり（いわゆる、デブリ）を防ぐことができる。更に、半導体ウェーハ１００の表面に供給される微細気泡含有液Ｗがその表面から流れ出して、レーザビームが照射される加工部位に常に新しい微細気泡含有液Ｗが満たされた状態になるので、気泡の効果を継続的に発揮させることができるとともに、その気泡とともにその加工部位から除去される残渣が半導体ウェーハ１００の表面の他の部分に再付着することが防止される。
【００２８】
本発明の第３の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図３に示すように構成される。このレーザ処理装置も第１の実施の形態の場合（図１参照）及び第２の実施の形態の場合（図２参照）と同様に、半導体ウェーハの表面に孔や溝を形成する等の加工を行うレーザ加工装置として機能する。この第３の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）は、微細気泡含有液Ｗに代えて処理槽１１に気体が高濃度にて溶解した気体溶存液が供給されることを特徴としている。なお、図３において、図１に示す部分と同じ部分については同一の参照符号が付されている。
【００２９】
図３において、図１に示す第１の実施の形態の場合（図１参照）と同様に、ポンプ３２の動作により処理槽１１から吸引されて送通管１５ａ、１５ｂを流れる液体（当初純水：処理槽内液）がフィルタ３１及び冷却機３３を通って加圧槽３６に供給され、その過程で、送通管１５ｂを流れる液体に気体供給器３４からの気体が混ぜられる。そして、加圧槽３６において、前記気体の混ぜられた液体が加圧され、その液体中に気体が溶融して、液体中の気体の溶存濃度が上昇し、例えば、大気圧下に対して過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液Ｗが生成される。加圧槽３６からの気体溶存液Ｗが送通管１５ｃを通して処理槽１１に供給され、支持台１２に載置、固定された半導体ウェーハ１００全体を浸す。そして、ポンプ３２によって処理槽１１から吸引される気体溶存液Ｗが処理槽内液として送通管１５ａ、１５ｂ、１５ｃを流れる過程で、その処理槽内液が気体供給器３４からの気体供給を受けて加圧槽３６を通って新たな気体溶存液として処理槽１１に戻される。
【００３０】
この第３の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）では、加圧槽３６を用いて気体溶存液を生成する機構が本発明における気体溶存液生成機構（気体含有液生成機構）に相当し、加圧槽３６から送通管１５ｃを通して処理槽１１内に置かれた半導体ウェーハ１００が浸るように前記気体溶存液を処理槽１１内に供給する機構が本発明における第１供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００３１】
上述したようにして気体溶存液Ｗに浸った状態で処理槽１１内に置かれた半導体ウェーハ１００の表面の加工すべき部位に対してレーザユニット２０からのレーザビームが光学系ユニット２１を介して照射される。その際、レーザビームのエネルギーによってそのレーザビームの照射された部位の加工がなされるとともに、そのレーザビームのエネルギーによって気体溶存液Ｗ内の溶存気体が浮上し易い多量の気泡として急速に顕在化する。そのため、その多量の気泡とともに前記加工により生じた残渣（加工クズ）が半導体ウェーハ１００の表面から除去されるようになる。
【００３２】
この第３の実施の形態に係るレーザ処理装置（レーザ加工装置）によっても、第１の実施の形態の場合（図１参照）及び第２の実施の形態の場合（図２参照）と同様に、レーザビームによって加工される部位の周囲で発生する気泡によって半導体ウェーハ１００に対してより効果的な加工ができるようになる。
【００３３】
なお、前述した第１の実施の形態（図１参照）、第２の実施の形態（図２参照）及び第３の実施の形態（図３参照）において、処理槽１１が移動機構１３によって移動される構成であったが、支持台１２が処理槽１１内において移動可能となる構成であっても、また、レーザユニット２０及び光学系ユニット２１が移動可能となる構成であってもよい。更に、レーザユニット２０からのレーザビームが通過する光学系がレーザビームの進行方向を変えることにより当該レーザビームが半導体ウェーハ１００（被処理物）を走査するように構成することもできる。例えば、２つのミラー（Ｘ・Ｙ軸）を設けることによってレーザビームを二次元的に走査させることができる。このようにレーザビームを光学系によって走査させる場合、レーザユニット２０や半導体ウェーハ（被処理物）を支持する部材を動かすことなく、光学系（例えば、ミラー）の調整によって半導体ウェーハ１００のレーザビームによる走査が可能になる。
【００３４】
また、第２の実施の形態（図２参照）では、半導体ウェーハ１００の表面全体に微細気泡含有液Ｗ（気体含有液）の液膜が形成されるものであったが、半導体ウェーハ１００の表面の少なくともレーザビームによって加工（処理）される部位に微細気泡含有液Ｗの液膜が形成されていればよい。また、第２の実施の形態（図２参照）において、微細気泡含有液Ｗに代えて、気体溶存液Ｗを半導体ウェーハ１００（被処理物）の表面に供給するようにしてもよい。
【００３５】
更に、前述した第３の実施の形態（図３参照）において、処理槽１１を密閉構造にして、加圧槽３６からの気体溶存液Ｗが加圧された状態を維持しつつ処理槽１１に供給されるようにすることもできる。このようにすることで、高い気体溶存量を維持することができる。
【００３６】
本発明の第４の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図４に示すように構成される。このレーザ処理装置は、例えば、金属体（被処理物）の表面にレーザビームを照射して金属体の表面部分に衝撃波を発生させて当該金属体の表面部分を改質（残留応力の除去、硬化等）させるレーザピーニング装置として機能する。
【００３７】
図４において、このレーザピーニング装置（レーザ処理装置）は、処理槽１７、レーザユニット２０、光学系ユニット２１（レンズ等を含む）及び制御ユニット４０を備えている。処理槽１７は密閉された構造となっており、その内部に移動機構１８、及びその移動機構１８によって２次元的に移動可能となる支持台１２が設けられ、ピーニングの対象となる金属体２００（被処理物）が支持台１２上に載置、固定されている。処理槽１７内には後述するように生成される微細気泡含有液Ｗ（気体含有液）が満たされ、支持台１２に載置された金属体２００が微細気泡含有液Ｗに浸っている。処理槽１７の上面に透明な窓１７ａが設けられており、制御ユニット４０の制御のもとレーザユニット２０（例えば、ＹＡＧレーザ）から出力されるレーザビームが光学系ユニット２１及び窓１７ａを介して処理槽１７内の支持台１２に載置、固定された金属体２００のピーニングすべき部位２０１にフォーカスされた状態で照射されるようになっている。制御ユニット４０の制御に従って駆動される移動機構１８による支持台１２の移動によって、支持台１２に載置、固定された金属体２００におけるレーザユニット２０からのレーザビームの照射位置、即ち、ピーニング位置を変えることができる。
【００３８】
このレーザピーニング装置も、前述したレーザ加工装置（図１参照）と同様に、気体供給機構を備えるとともに、液体（純水）に前記気体供給機構からの気体の微細気泡を発生させて微細気泡含有液Ｗを生成する機構（微細気泡含有液生成機構（気体含有液生成機構））、及び該微細気泡含有液Ｗを処理槽１７内の金属体２００が浸るように当該処理槽１１に供給するための機構（第１供給機構（処理状態形成機構））を備えている。それらの機構は、次のように構成されている。
【００３９】
液体（純水）Ｗｏを溜めた貯液槽１４から延びる送通管１５ｄがポンプ３２の吸引口に接続され、ポンプ３２の排出口から延びる送通管１５ｂが加圧槽３６に接続されている。送通管１５ｂには、気体供給器３４（気体供給機構）から延びる送通管１６が結合され、気体供給器３４からの気体（空気、酸素、窒素、二酸化炭素等）が送通管１６を通して送通管１５ｂに供給されるようになっている。送通管１６には開閉弁３５が設けられており、開閉弁３５の開閉によって気体供給器３４からの気体の送通管１５ｂへの供給、遮断の切換えが可能となる。加圧槽３６から延びる送通管１５ｃが処理槽１７に接続されており、その送通管１５ｃに気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９が設けられている。
【００４０】
ポンプ３２の動作により貯液槽１４から吸引されて送通管１５ｄ、１５ｂを流れる液体Ｗｏに気体供給器３４から送通管１６を通して供給される気体が混ぜられる。そして、その気体の混ぜられた液体Ｗｏは、ポンプ３２の動作によって送通管１５ｂを通して加圧槽３６に圧送される。加圧槽３６での加圧作用によって液体Ｗｏに気体が溶融して、液体Ｗｏの気体の溶存濃度が上昇し、例えば、大気圧下に対して過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液が生成される。なお、加圧槽３６の圧力は、圧力調整器３７によって調整可能となっている。
【００４１】
加圧槽３６内に貯留された気体溶存液が加圧された状態を維持しつつ送通管１５ｃを通して気泡発生ユニット３８に供給される。気泡発生ユニット３８は、複数のオリフィスを有しており、加圧状態の気体溶存液が複数のオリフィスを通過する際の圧力開放によって、液体（純水）Ｗｏ中に微細気泡が発生する。気泡弁別器３９は、気泡発生ユニット３８からの微細気泡を含む液体Ｗに対してフィルタ処理、あるいは、遠心分離等の処理を施すことによって、レーザユニット２０から照射されるレーザビームの波長（約１μｍ）と同程度のサイズ、あるいはそれより小さいサイズの微細気泡をそれより大きいサイズの微細気泡から弁別し、その弁別により得られたより小さいサイズの微細気泡を含有する液体（純水）、微細気泡含有液Ｗを排出する。気泡弁別器３９から排出される微細気泡含有液Ｗが、送通管１５ｃを通して処理槽１７に供給され、支持台１２に載置、固定された金属体２００全体を浸す。この場合も、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の場合と同様に、気泡弁別器３９から排出される微細気泡含有液Ｗは、気泡によって白濁してレーザビームが透過しなかったり散乱したりして当該レーザビームの透過が妨げられることのない程度の透明度合いとなるような微細なサイズの気泡を含有するもので、好ましくは、前述したように、レーザビームの波長と同程度あるいはそれより小さいサイズの気泡、例えば、マイクロナノバブルやナノバブルを最も多く含有する。
【００４２】
なお、上述したレーザピーニング装置において、加圧槽３６、気泡発生ユニット３８及び気泡弁別器３９を用いて微細気泡含有液Ｗを生成する機構が本発明における微細気泡含有液生成機構（気体含有液生成機構）に相当する。また、気泡弁別器３９から送通管１５ｃを通して処理槽１７内に置かれた金属体２００が浸るように前記微細気泡含有液Ｗを処理槽１７内に供給する機構が本発明における第１供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００４３】
上述したようにして微細気泡含有液Ｗに浸った状態で処理槽１７内に置かれた金属体２００の表面のピーニングすべき部位２０１に対してレーザユニット２０からの高エネルギーのレーザビームが照射される。そのレーザビームにより金属体２００の照射部位２０１や液体が気化したり、液体中に含まれる微細気泡が大量の気泡となって急速に顕在化したりプラズマ化したりすることによって、急激に発生した気体やプラズマによる衝撃波によって金属体２００の照射部位２０１の改質がなされる（所謂、ピーニング）。これとともに、このとき生じたプラズマ中に含まれる元素（気体の元素、液体の元素、金属体２００の元素）の全て、またはいずれかが反応することで新たな物質が形成され得る。その新たな物質が、例えば、液体Ｗ中や金属体２００のピーニングされる部位２０１の表面に生成され得る。
【００４４】
例えば、金属体２００を構成する亜鉛（Ｚｎ）と微細気泡含有液Ｗ中の酸素（Ｏ2）が反応して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が生成され得る（２Ｚｎ＋Ｏ2＝２ＺｎＯ）。この酸化亜鉛（ＺｎＯ）は透明電導膜を形成する材料として用いることができ、これをピーニング処理の副産物として生産し得ることは画期的なことである。
【００４５】
このように、第４の実施の形態に係るピーニング装置によれば、レーザビームにより発生するプラズマによる衝撃波によって金属体２００の照射部位２０１の改質がなされるとともに、そのとき生じたプラズマ中に含まれる元素の全て、またはいずれかが反応することで新たな物質が形成され得るので、金属体２００の照射部位２０１の改質自体が効果的になされ得るほか、更にその照射部位２０１の改質を越えた複数の元素の反応に基づく効果的な処理が可能となる。
【００４６】
本発明の第５の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図５に示すように構成される。このレーザ処理装置も第４の実施の形態の場合（図４参照）と同様に、金属体（被処理物）の表面にレーザビームを照射して金属体の表面部分に衝撃波を発生させて当該金属体の表面部分を改質させるレーザピーニング装置として機能する。この第５の実施の形態に係るレーザ処理装置（ピーニング装置）は、微細気泡含有液Ｗに代えて処理槽１７に気体の溶解した気体溶存液が供給されることを特徴としている。なお、図５において、図４に示す部分と同じ部分については同一の参照符号が付されている。
【００４７】
図５において、第４の実施の形態の場合（図４参照）と同様に、密閉された処理槽１７内に制御ユニット４０の制御に従って駆動される移動機構１８によって２次元的に移動可能な支持台１２に金属材２００が載置、固定され、その金属材２００の表面のピーニングすべき部位２０１に制御ユニット４０の制御のもとレーザユニット２０から出力されるレーザビームが光学系ユニット２１及び処理槽１７の上面に設けられた透明の窓１７ａを通して照射されるようになっている。密閉された構造の処理槽１７には、送通管１５ｅによって加圧器５０が接続されている。加圧器５０によって内部が加圧される処理槽１７の圧力は圧力調整器１９によって調整できる。なお、圧力調整器１９を省くこともできる。
【００４８】
また、図４に示す第４の実施の形態の場合と同様に、ポンプ３２の動作により貯液槽１４から吸引されて送通管１５ｄ、１５ｂを流れる液体（純水）Ｗｏが加圧槽３６に供給される過程で、送通管１５ｂを流れる液体Ｗｏに気体供給器３４からの気体が混ぜられる。そして、加圧槽３６において、前記気体の混ぜられた液体が加圧され、その液体中に気体が溶融し、液体中の気体の溶存濃度が上昇し、例えば、大気圧下に対して過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液Ｗが生成される。加圧槽３６からの気体溶存液Ｗが送通管１５ｃを通して処理槽１７に供給され、支持台１２に載置、固定された金属体２００全体を浸す。
【００４９】
なお、上述したレーザピーニング装置において、加圧槽３６を用いて気体溶存液Ｗを生成する機構が本発明における気体溶存液生成機構（気体含有液生成機構）に相当する。また、加圧槽３６から送通管１５ｃを通して処理槽１７内に置かれた金属体２００が浸るように前記気体溶存液Ｗを処理槽１７内に供給する機構が本発明における第１供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００５０】
上述したように処理槽１７に満たされた気体溶存液Ｗは、加圧器５０による加圧によって高い気体の溶存濃度が維持される。このように高い気体の溶存濃度の維持された気体溶存液Ｗに浸った状態で処理槽１７内に置かれた金属体２００の表面のピーニングすべき部位２０１に対してレーザユニット２０からの高エネルギーのレーザビームが光学系ユニット２１を介して照射される。そのレーザビームにより金属体２００の照射部位２０１や液体が気化したり、液体中に溶存した気体が大量の気泡となって急速に顕在化したりプラズマ化したりすることによって、急激に発生した気体やプラズマによる衝撃波によって金属体２００の照射部位２０１の改質がなされる（所謂、ピーニング）。これとともに、このとき生じたプラズマ中に含まれる元素（気体の元素、液体の元素、金属体２００の元素）の全て、またはいずれかが反応することで新たな物質が形成され得る。その新たな物質が、例えば、液体Ｗ中や金属体２００のピーニングされる部位２０１の表面に生成され得る。そのため、金属体２００の照射部位２０１の改質自体が効果的になされ得るほか、更にその表面改質を越えた複数の元素の反応に基づく効果的な処理が可能となる。
【００５１】
本発明の第６の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図６に示すように構成される。このレーザ処理装置も第４の実施の形態の場合（図４参照）及び第５の実施の形態の場合（図５参照）と同様に、金属体（被処理物）の表面にレーザビームを照射して金属体の表面部分に衝撃波を発生させて当該金属体の表面部分を改質させるレーザピーニング装置として機能する。この第６の実施の形態に係るレーザ処理装置（ピーニング装置）は、複数種の気体のうちの少なくとも一種を液体に溶解すべき気体として選択することができることを特徴としている。なお、図６において、図５に示す部分と同じ部分については、同一の参照符号が付されている。
【００５２】
図６において、このレーザピーニング装置は、第１の気体（例えば、酸素）を供給する第１気体供給器３４ａと、第１気体供給器３４ａから供給される気体と異なる、第２の気体（例えば、窒素）を供給する第２気体供給器３４ｂとを有している。貯液槽１４からの液体（純水）Ｗｏが流れる送通管１５ｂに接続された送通管１６ｃが２つの分岐管１６ａ、１６ｂに分岐している。送通管１６ｃには開閉弁３５ｃが、一方の分岐管１６ａには開閉弁３５ａが、他方の分岐管１６ｂには開閉弁３５ｂが、それぞれ設けられている。第１気体供給器３４ａからの第１の気体が分岐管１６ａ及び送通管１６ｃを通して送通管１５ｂを流れる液体Ｗｏに供給可能となっている。また、第２気体供給器３４ｂからの第２の気体が分岐管１６ｂ及び送通管１６ｃを通して送通管１５ｂを流れる液体Ｗｏに供給可能となっている。
【００５３】
なお、図６に示すレーザピーニング装置の他の構成については、図５に示すものと同じである。また、この場合、第５の実施の形態の場合（図５参照）と同様に、加圧槽３６を用いて気体溶存液Ｗを生成する機構が本発明における気体溶存液生成機構（気体含有液生成機構）に相当し、加圧槽３６から送通管１５ｃを通して処理槽１７内に置かれた金属体２００が浸るように前記気体溶存液Ｗを処理槽１７内に供給する機構が本発明における第１供給機構（処理状態形成機構）に相当する。
【００５４】
このようなレーザピーニング装置では、第１の気体（例えば、酸素）の溶存液を利用する場合、第１気体供給器３４ａに接続された分岐管１６ａの開閉弁３５ａと送通管１６ｃの開閉弁３５ｃとが開放されるとともに、第２気体供給器３４ｂに接続された分岐管１６ｂの開閉弁３５ｂが閉鎖される。これにより、貯液槽１４からの液体Ｗｏに第１の気体が混ぜられ、その第１の気体の混ざった液体が加圧槽３６にて加圧される。そして、加圧槽３６にて生成される第１の気体が高濃度にて溶解した液体、第１の気体溶存液（例えば、酸素溶存液）Ｗが加圧槽３６から処理槽１７に供給される。
【００５５】
この場合、処理槽１７に置かれた金属体２００の高エネルギーのレーザビームの照射される部位２０１のピーニングが、その周囲の多量の第１の気体がレーザビームによって急速に顕在化した気泡が存在する環境のもとでなされる。その際、第１の気体（気泡の元素）と液体の元素、あるいは、金属体２００の元素との反応によって新たな物質（例えば、酸化物）が、その金属体２００の前記部位２０１の表面に形成され、あるいは、液体Ｗ中に生成され得る。
【００５６】
また、第２の気体（例えば、窒素）の溶存液を利用する場合、第２の気体を供給する第２気体供給器３４ｂに接続された分岐管１６ｂの開閉弁３５ｂと送通管１６ｃの開閉弁３５ｃとが開放されるとともに、第１気体供給器３４ａに接続された分岐管１６ａが閉鎖される。これにより、貯液槽１４からの液体Ｗｏに第２の気体が混ぜられ、その第２の気体の混ざった液体が加圧槽３６にて加圧される。そして、加圧槽３６にて生成される第２の気体が高濃度にて溶解した液体、第２の気体溶存液（例えば、窒素溶存液）Ｗが加圧槽３６から処理槽１７に供給される。
【００５７】
この場合、処理槽１７に置かれた金属体２００の高エネルギーのレーザビームの照射される部位２０１のピーニングが、その周囲の多量の第２の気体がレーザビームによって急速に顕在化した気泡が存在する環境のもとでなされる。その際、第２の気体と液体や金属体２００の元素との反応によって新たな物質が生成され得る。
【００５８】
上述したようなレーザピーニング装置（図６参照）によれば、第５の実施の形態の場合（図５参照）と同様に、気泡の存在のもとに金属体２００のレーザビームの照射される部位２０１の効果的なピーニングが可能になるとともに、複数の元素の反応により生成され得る新たな物質を、供給する気体を切換えることにより種々変えることができるようになる。
【００５９】
なお、切換え供給可能な気体は、２種に限らず、３種以上の気体（例えば、酸素、オゾン、窒素、水素、二酸化炭素、不活性ガス等）を切換え供給することも可能である。また、利用される気体は一種に限らず、二種以上であってもよい。図６に示すレーザピーニング装置では、開閉弁３５ａ、３５ｂ及び３５ｃを開放することにより、第１の気体と第２の気体の双方が貯液槽１４からの液体Ｗｏに混ぜられ、その液体Ｗが加圧槽３６により加圧されることにより、第１の気体及び第２の気体の双方が高い濃度で溶解した気体溶存液が生成される。そして、処理槽１７では、第１の気体及び第２の気体の双方が高い濃度で溶解した気体溶存液Ｗの存在のもと、前述したような金属体２００に対するレーザピーニングの処理がなされる。この場合、気体溶存液Ｗに含まれる２種の気体の元素相互やそれらの元素と他の元素との反応が期待でき、それらの反応によって新たな物質が生成され得る。
【００６０】
本発明の第７の実施の形態に係るレーザ処理装置は、図７に示すように構成される。このレーザ処理装置も第４の実施の形態の場合（図４参照）、第５の実施の形態の場合（図５参照）及び第６の実施の形態の場合（図６参照）と同様に、金属体（被処理物）の表面にレーザビームを照射して金属体の表面部分に衝撃波を発生させて当該金属体の表面部分を改質させるレーザピーニング装置として機能する。この第７の実施の形態に係るレーザ処理装置（ピーニング装置）は、ピーニングに際して得られた新たな物質を回収する機能を有していることを特徴とする。なお、図７において、図５に示す部分と同じ部分については、同一の参照符号が付されている。
【００６１】
図７において、密閉された構造の処理槽１７には、送通管１５ｆによって生成物質回収装置６０が接続されている。生成物質回収装置６０は、処理槽１７内の液体Ｗを吸引して、その液体Ｗ中から浮遊する物質を抽出、回収する。送通管１５ｆには開閉弁６１が設けられている。
【００６２】
なお、図７に示すレーザピーニング装置の他の構成については、図５に示すものと同じである。また、この場合、第５の実施の形態の場合（図５参照）と同様に、加圧槽３６を用いて気体溶存液Ｗを生成する機構が本発明における気体溶存液生成機構（気体含有液生成機構）に相当し、加圧槽３６から送通管１５ｃを通して処理槽１７内に置かれた金属体２００が浸るように前記気体溶存液Ｗを処理槽１７内に供給する機構が本発明における第１供給機構（処理状態形成機構）に相当し、また、処理槽１７に接続される送通管１５ｆ及び生成物質回収装置６０が本発明における生成物質回収機構に相当する。
【００６３】
このようなレーザピーニング装置では、処理槽１７と生成物質回収装置６０とを結ぶ送通管１５ｆに設けられた開閉弁６１が閉じられた状態で、処理槽１７に置かれた金属体２００の高エネルギーのレーザビームの照射される部位２０１のピーニングが、その周囲に多量の気体含有液Ｗから顕在化された多数の気泡が存在する環境のもとでなされる。その際、気体の元素（気泡の元素）と液体の元素、あるいは、気体の元素と金属体２００の元素との反応によって新たな物質（例えば、酸化物）が、その金属体２００の前記部位２０１の表面に形成され、あるいは、液体Ｗ中に生成され得る。
【００６４】
そして、ピーニングが終了した後に、開閉弁６１が開放され、生成物回収装置６０の吸引作用によって処理槽１７内の液体Ｗが送通管１５ｆを通して生成物回収装置６０内に取り込まれる。そして、生成物回収装置６０では、取り込んだ液体Ｗに浮遊する前記反応によって生成された物質が液体Ｗから分離されて回収される。
【００６５】
上述したようなレーザピーニング装置（図７参照）によれば、第５の実施の形態の場合（図５参照）と同様に、気泡の存在のもとに金属体２００のレーザビームの照射される部位２０１の効果的なピーニングが可能になるとともに、新たな物質が液中に形成され、あるいは、ピーニングされる部位２０１の表面に形成される。そして、更に、液中に形成された新たな物質を生成物回収装置６０によって効率的に回収することができる。
【００６６】
なお、第６の実施の形態（図６参照）及び第７の実施の形態（図７参照）において、処理槽１７内には、気体溶存液に代えて、第４の実施の形態の場合（図４参照）と同様に、微細気泡含有液を供給するようにしてもよい。
【００６７】
また、前述した第４の実施の形態乃至第７の実施の形態（図４乃至図７参照）において、気体を溶解させる液体は、純水であったが、これに限られず、他の種類の液体、例えば、イオンや化学物質の溶存した水、油、有機溶液（アルコール等）であってもよい。この場合、その液体を構成する元素に依存した新規な物質を生成することができるようになる。
【００６８】
前述した第４の実施の形態乃至第７の実施の形態（図４乃至図７参照）において、被処理物である金属体２００は、微細気泡含有液や気体溶存液に全体的に浸っていなくても、例えば、図２に示す第２の実施の形態の場合のように、ピーニングすべき部位２０１（照射部位）が微細気泡含有液や気体溶存液にて覆われていればよい。
【００６９】
また、第１の実施の形態乃至第７の実施の形態（図１乃至図７参照）において、被処理物（半導体ウェーハ１００、金属体２００）のレーザビームの照射部位の広さは、光学系２１によりレーザスポットのサイズを調整することにより処理の目的にあったものにすることができる。例えば、広い範囲の加工やピーニングを行う場合には、レーザスポットのサイズを大きく調整し、微細な穴開け加工等の場合には、レーザスポットのサイズを小さく調整することができる。
【００７０】
更に、図１乃至図３に示すレーザ加工装置における処理槽１１は上方が開放するものであったが、図４乃至図７に示すレーザピーニング装置における処理槽１７と同様に、密閉された構造でレーザビームが透過する透明な窓が設けられるものであってもよい。また、逆に、図４乃至図７に示すレーザピーニング装置における処理槽１７は、図１乃至図３に示すレーザ加工装置における処理槽１１と同様に、上方が開放するものであってもよい。
【００７１】
また、第１の実施の形態乃至第５の実施の形態及び第７の実施の形態（図１乃至図５及び図７参照）において、第６の実施の形態と同様に、複数種の気体から選択される少なくとも一種を含む気体含有液（微小気泡含有液、気体溶存液）を生成し、被処理物（半導体ウェーハ１００、金属体２００）をその気体含有液の存在のもとに、レーザビームによって処理（加工、ピーニング）するようにすることもできる。
【００７２】
また、図中において、処理槽１１、１７に供給される液体は、処理槽１１、１７の端から供給されているが、加工点近くに向けて供給するようにしてもよい。このようにすることによって、液体がすばやく置換され、処理効率が向上する。また、供給する口は、移動するように構成されていてもよい。こうすることによって、満遍なく、微細気泡含有液あるいは気体溶存液を処理槽全体に供給することができ、被処理物が均一に処理できる。
【００７３】
気泡弁別器３９は、気泡発生ユニット３８からの微細気泡を含む液体Ｗに対してフィルタ処理、あるいは、遠心分離等の処理を施すことによって、レーザユニット２０から照射されるレーザビームの波長（約１μｍ）と同程度のサイズ、あるいはそれより小さいサイズの微細気泡をそれより大きいサイズの微細気泡から弁別するとしているが、これに限られず、一定時間、タンク等に溜めおき、マイクロナノバブル、ナノバブル以上のサイズの気泡が浮上するのを待って、処理槽１１、１７に供給する構成を有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１１、１７  処理槽
１２  支持台
１３、１８  移動機構
１４  貯液槽
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ  送通管
１６  送通管
１９  圧力調整器
２０  レーザユニット
２１  光学系ユニット
３１  フィルタ
３２  ポンプ
３３  冷却機
３４  気体供給器
３５  開閉弁
３６  加圧槽
３７  圧力調整器
３８  気体発生ユニット
３９  気体弁別器
４０  制御ユニット
５０  加圧器
６０  生成物回収器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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