(57)【要約】【課題】ワーク上の所望の加工位置から外れた無用な高次のレーザ光を適切に遮光すること。【解決手段】レーザ加工機１の高次光遮光装置７は、光分岐手段６により、中心をゼロ次とし両外方に向かって順次高次となるように列状に分岐した複数のレーザ分岐光Ｌに臨み、所定以上の高次のレーザ分岐光Ｌを遮光するレーザ加工機１の高次光遮光装置７であって、ゼロ次のレーザ分岐光Ｌを中心に線対称に配置した一対の遮光板６０、６０を、備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分岐手段により、中心をゼロ次とし両外方に向かって順次高次となるように列状に分岐した複数のレーザ分岐光に臨み、所定以上の高次の前記レーザ分岐光を遮光するレーザ加工機の高次光遮光装置であって、
前記ゼロ次の前記レーザ分岐光を中心に線対称に配置した一対の遮光板を、備えたことを特徴とするレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項２】
前記遮光状態を維持しつつ前記各遮光板を回転させる回転駆動手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項３】
前記回転駆動手段は、前記両遮光板を間欠回転させることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項４】
前記回転駆動手段は、各遮光板を支持すると共に回転自在に構成された一対の回転軸と、前記各回転軸に固定した一対のピニオンと、前記一対のピニオンに噛み合う単一のラックと、前記ラックを進退させるアクチュエータと、を有していることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項５】
前記各ピニオンには、ワンウェイクラッチが組み込まれていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項６】
前記各回転軸を介して前記各遮光板を支持する一対の支持フレームと、
前記一対の支持フレームを、複数のレーザ分岐光の列方向にスライド自在に支持するベースフレームと、
前記一対の支持フレームを介して前記一対の遮光板の離間位置を調整する調整機構と、を更に備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項７】
前記各遮光板が、円形に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項８】
前記各遮光板が多角形に形成され、
前記回転駆動手段は、前記各遮光板の各辺が前記複数のレーザ分岐光の列方向に直交するように間欠停止させることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項９】
前記光分岐手段が、位相格子であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項１０】
前記一対の遮光板とワークとの間に対向して配設され、レーザ加工の加工粉塵を吸引する吸引口を形成した一対の粉塵吸引部材を、更に備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項１１】
前記各粉塵吸引部材は、前記ワークに平行な板状に形成され、
前記吸引口は、前記粉塵吸引部材の端面にスリット状に開口していることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工機の高次光遮光装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板等のワークに加工を行うレーザ加工機の高次光遮光装置およびレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザ加工機として、特許文献１に記載されたものが知られている。このレーザ加工機は、レーザ光を発生するレーザ発生装置と、レーザ光を分岐する位相格子と、分岐したレーザ光を集光する集光レンズと、を備えており、分岐した複数のレーザ光を用いて、基板（ワーク）上の複数の加工位置に同時にかつ同一の加工を行っている。
【特許文献１】特開２００５−１４４４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のレーザ加工機では、位相格子で分岐したレーザ光が所定以上の高次になると、レーザパワーが弱く加工に適さないため使用しないが、この高次のレーザ光がワーク上の所望の加工位置から外れて照射されてしまい、ワークが無用なダメージを受ける問題があった。
【０００４】
本発明は、ワーク上の所望の加工位置から外れた無用な高次のレーザ光を適切に遮光することができるレーザ加工機の高次光遮光装置およびレーザ加工機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレーザ加工機の高次光遮光装置は、光分岐手段により、中心をゼロ次とし両外方に向かって順次高次となるように列状に分岐した複数のレーザ分岐光に臨み、所定以上の高次のレーザ分岐光を遮光するレーザ加工機の高次光遮光装置であって、ゼロ次のレーザ分岐光を中心に線対称に配置した一対の遮光板を、備えたことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、一対の遮光板が所定以上の高次のレーザ分岐光を遮光するので、ワーク上の不要な加工位置にまでレーザ分岐光が照射されることがなく、所望の加工位置、すなわち、中心から両遮光板に遮光される範囲にのみレーザ分岐光を照射して、正確に複数の加工位置の加工を行うことができる。なお、遮光板は、アルミやステンレス等で成形されることが好ましい。
【０００７】
この場合、遮光状態を維持しつつ各遮光板を回転させる回転駆動手段を、更に備えたことが好ましい。
【０００８】
また、回転駆動手段は、両遮光板を間欠回転させることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、遮光したレーザ分岐光による遮光板の損傷を分散させることができ、遮光板の交換頻度やメンテナンス頻度を抑えることができる。また、レーザ加工により発生した加工粉塵の遮光板上への蓄積を分散させることができ、メンテナンス（清掃）頻度を抑えることができる。なお、ワーク上に加工粉塵が落下すると、加工の妨げになる。また、遮光板の間欠回転は、ワーク交換を単位として１ピッチずつ回転させることが好ましい。
【００１０】
この場合、回転駆動手段は、各遮光板を支持すると共に回転自在に構成された一対の回転軸と、各回転軸に固定した一対のピニオンと、一対のピニオンに噛み合う単一のラックと、ラックを進退させるアクチュエータと、を有していることが好ましい。
【００１１】
また、各ピニオンには、ワンウェイクラッチが組み込まれていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、エアーシリンダやソレノイド等のリニアアクチュエータにより、すなわち簡単な駆動手段により、両遮光板を同時にかつ同方向に回転させることができる。また、ワンウェイクラッチを用いることで、両遮光板を常に一方向に回転させることができる。
【００１３】
これらの場合、各回転軸を介して各遮光板を支持する一対の支持フレームと、一対の支持フレームを、複数のレーザ分岐光の列方向にスライド自在に支持するベースフレームと、一対の支持フレームを介して一対の遮光板の離間位置を調整する調整機構と、を更に備えたことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、遮光するレーザ分岐光の数、言い換えれば加工に供するレーザ分岐光の数を簡単に調整することができる。
【００１５】
これらの場合、各遮光板が、円形に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、各遮光板が多角形に形成され、回転駆動手段は、各遮光板の各辺が複数のレーザ分岐光の列方向に直交するように間欠停止させることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、各遮光板に回転ブレ等が生ずることがなく、遮光板を安定して回転させることができる。また、多角形の遮光板において、各遮光板の各辺をレーザ分岐光の列方向に直交するように停止させることにより、対象外のレーザ分岐光を遮光してしまうことがない。
【００１８】
これらの場合、光分岐手段が、位相格子であることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、レーザ光を任意の数に適切に分岐させることができる。
【００２０】
これらの場合、一対の遮光板とワークとの間に対向して配設され、レーザ加工の加工粉塵を吸引する吸引口を形成した一対の粉塵吸引部材を、更に備えていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、正確な加工の妨げとなるワーク上の加工粉塵を、飛散させることなく吸引除去することができ、加工不良を防止することができる。
【００２２】
この場合、各粉塵吸引部材は、ワークに平行な板状に形成され、吸引口は、粉塵吸引部材の端面にスリット状に開口していることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、レーザ分岐光を集光する集光レンズとワークとの狭い間隙に粉塵吸引部材を配置することができる。
【００２４】
本発明のレーザ加工機は、上記のいずれかに記載のレーザ加工機の高次光遮光装置を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、ワーク上の所望の加工位置に正確な加工を行うことができるレーザ加工機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の高次光遮光装置およびレーザ加工機について説明する。本実施形態に係るレーザ加工機は、加工中心から線対称に配置した一対の遮光板により、所定の高次以上のレーザ分岐光を遮光して、ワーク上の複数の加工位置に同時かつ同一の加工を行うものである。なお、本実施形態のレーザ加工機では、加工用レーザにＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザを用いて、ワークであるシリコン基板に穴あけ加工を行う場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１は、レーザ光源を構成するレーザ装置５と、レーザ装置５からのレーザ光を分岐する光分岐手段６と、分岐した複数のレーザ分岐光Ｌの一部を遮光する高次光遮光装置７と、加工に供するシリコン基板Ｗ（ワーク）を載置するテーブル８と、これらを制御する制御装置９と、を備えている。
【００２８】
レーザ装置５は、制御装置９からの制御に従いレーザ光を発生させるレーザ発振器１５と、エクスパンダコリメータ１７や反射鏡１８等から光学系１６と、で構成されている。
【００２９】
光分岐手段６は、回折格子である位相格子２０と集光レンズ２１とを有しており、位相格子２０は、光学系１６から照射されたレーザ光を複数のレーザ分岐光Ｌに分岐し、集光レンズ２１は、複数のレーザ分岐光Ｌをシリコン基板Ｗの表面に集光（フォーカシング）する。本実施形態では、回折格子として位相格子２０が用いてられており、この位相格子２０の位相、溝の形状および間隔等を変えて、シリコン基板Ｗ上における複数の加工パターンを所望のパターンに調整している。すなわち、位相格子２０により、加工中心をゼロ次とし両外方向に向かって列状に複数のレーザ分岐光Ｌの光スポットが形成される。そして、集光レンズ２１で集光された各レーザ分岐光Ｌは、テーブル８に載置されたシリコン基板Ｗ上に照射され、複数の加工位置において同時かつ同一の穴あけ加工が行われる。
【００３０】
高次光遮光装置７は、光分岐手段６とテーブル８との間隙に臨むように、レーザ装置５の装置フレーム（図示せず）に支持されている。高次光遮光装置７は、後述する一対の遮光板６０を備えており、列状に分岐した複数のレーザ分岐光Ｌの、所定以上の高次のレーザ分岐光Ｌを遮光する（詳細は後述する）。
【００３１】
図２ないし図４に示すように、高次光遮光装置７は、上記の装置フレームに固定した片持ちのアーム状フレーム２５と、アーム状フレーム２５にスライド自在に支持された装置本体２６と、アーム状フレーム２５の中間位置に取り付けられ、後述する装置本体２６のエアーシリンダ５０の駆動を制御する手動スイッチ付のエアーオペレートバルブ２８と、を備えている。なお、以下の説明では、図２に示す装置本体２６を基準として、前後、左右および上下を規定する。
【００３２】
装置本体２６は、上記のアーム状フレーム２５にスライド自在に支持されたベースフレーム３０と、ベースフレーム３０上において左右方向にスライド自在に支持された左右一対の遮光部組立て体３１、３１と、一対の遮光部組立て体３１、３１の下部に配設され、一対の遮光部組立て体３１、３１の離間距離を微調整する調整機構３２と、装置本体２６の前部に配設され、各遮光部組立て体３１に組み込まれた一対の遮光板６０、６０（詳細は後述する）を回転させる駆動部組立て体３３と、ベースフレーム３０の下側に配設した集塵部組立て体３４、３４と、を有している。
【００３３】
図４および図５に示すように、ベースフレーム３０は、アーム状フレーム２５にスライド自在に係合するブロック状フレーム部４０と、ブロック状フレーム部４０の下部から前方に延びる板状フレーム部４１と、で一体に形成されている。ブロック状フレーム部４０には、その背面側に断面「コ」字状のスライド溝部４２が形成されると共に、下部に後述する集塵部組立て体３４に連なる吸引流路４３が前後方向に穿孔されている。
【００３４】
板状フレーム部４１は、その前半部上面で駆動部組立て体３３を支持し、後半部上面で一対の遮光部組立て体３１、３１をスライド自在に支持している。また、板状フレーム部４１は、前部から後部に渡る下面で集塵部組立て体３４を支持している。板状フレーム部４１の後半部には、板状フレーム部４１を横断するように幅広のガイド溝４４が形成されており、このガイド溝４４に一対の遮光部組立て体３１、３１が左右方向にスライド自在に係合している。また、ガイド溝４４の溝底には、その中心位置にレーザ分岐光Ｌが通過する縦長のセンター開口４５が形成されると共に、センター開口４５を挟むようにしてその両側に横長の一対のサイド開口４６、４６が形成されている。そして、各サイド開口４６には、後述する各遮光板６０の回転駆動軸６１が貫通している。また、板状フレーム部４１の前半部には、ブロック状フレーム部４０と同様に、後述する吸引流路４３が前後方向に穿孔されている。
【００３５】
図２ないし図４に示すように、駆動部組立て体３３は、板状フレーム部４１に支持されたアクチュエータである短尺のエアーシリンダ（ロッドレスシリンダ）５０と、エアーシリンダ５０の出力部５１に固定された移動ブロック５２と、移動ブロック５２の後端に取り付けられラック５３と、を有している。図示では省略したが、エアーシリンダ５０の各ポートは、上記のエアーオペレートバルブ２８に接続されており、エアーオペレートバルブ２８の手動スイッチ操作により、エアーシリンダ５０が駆動（左右方向への動作）する。また、このエアーシリンダ５０の駆動により、移動ブロック５２を介してラック５３が左右方向に進退する。そして、ラック５３は、両遮光部組立て体３１の２つのピニオン６３、６３に噛み合っている（詳細は、後述する。）。なお、エアーオペレートバルブ２８は、上記の制御装置９により自動制御するようにしてもよい。
【００３６】
図６ないし図１１に示すように、各遮光部組立て体３１は、ベースフレーム３０の下方に配置された遮光板６０と、下端に遮光板６０、６０を固定した回転駆動軸６１と、回転駆動軸６１を回転自在に支持する断面「コ」字状の支持フレーム６２と、支持フレーム６２の内側において回転駆動軸６１に固定したピニオン６３と、ピニオン６３の下方において回転駆動軸６１に摺接する逆転止め部材６４と、を有している。支持フレーム６２は、「Ｌ」字状の主フレーム７０と、主フレーム７０の上端にねじ止めした副フレーム７１とから成り、主フレーム７０の下部および副フレーム７１に取り付けた一対のベアリング７２により、回転駆動軸６１を両持ちで回転自在に支持している。そして、左右一対の支持フレーム６２、６２は、ベースフレーム３０のガイド溝４４に対し、左右方向にスライド自在に支持されている。
【００３７】
ピニオン６３には、上記のラック５３が噛み合っており、エアーシリンダ５０によるラック５３の進退動によりピニオン６３が回転する。このピニオン６３には、ワンウェイクラッチ７３が組み込まれており、ラック５３の進退動によりピニオン６３が一方向に回転し、回転駆動軸６１を介して遮光板６０を一方向に回転させる。逆転止め部材６４は、支持フレーム６２に固定されており、その中心部には回転駆動軸６１に摺接する制動パッド７４が設けられている。そして、制動パッド７４は、ワンウェイクラッチ７３による回転駆動軸６１の逆転停止時に、回転駆動軸６１が連れ回りにより逆転しないように制動する。
【００３８】
各遮光板６０は、一体に形成された円板部７７とボス部７８とから成り、アルミニウムやステンレス等の金属製材料で形成されている。この場合、左右一対の遮光板６０、６０は、ゼロ次のレーザ分岐光Ｌを中心に線対称に配置されており、シリコン基板Ｗ上の所望の加工位置から外れた無用な高次のレーザ分岐光Ｌを、それぞれ遮光する。
【００３９】
図６ないし図１１に示すように、調整機構３２は、ベースフレーム（板状フレーム部４１）３０の幅方向両端面に固定した左右一対の固定ベース８０、８０と、各固定ベース８０の立設片部８１に外側から螺合したローレットノブ付きの一対の調整ねじ８２、８２と、上記の左右一対の支持フレーム（主フレーム７０）６２、６２間に渡した前後一対のガイドロッド８３、８３と、一対の支持フレーム６２、６２間に介設され、各ガイドロッド８３に巻回するように設けた一対のコイルスプリング８４、８４と、を有している。各調整ねじ８２は、先端に設けた樹脂製の突当てピース８５を介して、支持フレーム６２の受容穴８６に突き当てられている（磨耗防止）。
【００４０】
一対のコイルスプリング８４、８４は、一対の支持フレーム６２、６２を介して両遮光部組立て体３１、３１を外方に付勢する一方、一対の調整ねじ８２、８２は、両コイルスプリング８４、８４に抗して一対の支持フレーム６２、６２を中間位置に向かってそれぞれ前進させる。すなわち、各調整ねじ８２を正回転させることにより、遮光部組立て体３１が内方に向かって前進し、逆回転させることにより、遮光部組立て体３１がコイルスプリング８４のばね力を受けて外方に向かって後退する。これにより、両遮光部組立て体３１、３１における一対の遮光板６０、６０の離間距離（離間位置）の調整が行われ、その結果、加工に供するレーザ分岐光Ｌの数を調整するようにしている。
【００４１】
図３、図５および図８に示すように、集塵部組立て体３４は、ベースフレーム３０の下面に固定され、レーザ光の光軸（ゼロ次）に対し前後方向に対称に配設した前後一対の粉塵吸引部材９０、９０と、各粉塵吸引部材９０に連通すると共に、ベースフレーム３０に形成した前後一対の吸引流路４３、４３と、で構成されている。一対の粉塵吸引部材９０、９０は、平板状に形成されており、遮光板６０とシリコン基板Ｗとの狭い間隙に対向して配設されると共に、シリコン基板Ｗと平行に且つ同一高さレベルに配設されている。
【００４２】
図１２に示すように、各粉塵吸引部材９０は、ベースフレーム３０の下面にねじ止めされる方形の取付板部９２、および取付板部９２から光軸に向かって延びる方形の延設板部９３から成る平面視「Ｔ」字状の部材本体９１と、延設板部９３の下面に接着され、延設板部９３と略同形に形成された薄板部９４と、で構成されている。延設板部９３の下面中央には、方形の浅い溝が形成されており、この浅い溝と薄板部９４との間隙に、スリット状に開口した吸引口９５が形成されている。吸引口９５の奥側には、取付板部９２を貫通する連通口９６が形成されており、この連通口９６が上記の吸引流路４３に連通している。そして、各吸引流路４３は、継手を介して排気設備に接続されている。これにより、加工の妨げとなるシリコン基板Ｗの加工粉塵を、飛散させることなく吸引除去するようになっている。
【００４３】
次に、図１３を参照して、高次光遮光装置７のレーザ分岐光Ｌの遮光形態について説明する。本実施形態では、加工中心であるゼロ次から列方向を外側に向かって６次および−６次まで、すなわちシリコン基板Ｗ上の１３箇所の加工位置に同一加工を行うものとして説明する。
【００４４】
まず、シリコン基板Ｗ上の所望の加工位置に同一の加工を行う場合、上記の調整機構により、シリコン基板Ｗ上の不要な加工位置にまでレーザ分岐光Ｌが照射されないように、両遮光板６０、６０を左右方向（列方向）に移動させる。すなわち、両遮光板６０、６０の外周位置が、シリコン基板Ｗ上の不要な加工位置（実施形態では、１１次および−１１次以上の位置）を覆い、両遮光板６０、６０間の所望の加工位置にのみ、加工に供する十分なパワーを有するレーザ分岐光Ｌが照射されるように、両遮光板６０、６０を位置調整する。なお、本実施形態では、シリコン基板Ｗ上の７次から１０次および−７次から−１０次を調整位置として設けており、この調整位置にもレーザ分岐光Ｌが照射されるように各遮光板６０を位置調整しているが、調整位置に照射されるレーザ分岐光Ｌには、加工に供する十分なパワーがないため、加工に生じる影響はない。
【００４５】
続いて、集塵部組立て体３４による加工粉塵の吸引を行いながら、シリコン基板Ｗに対しレーザ加工（穴あけ加工）を実施する。１のシリコン基板Ｗの加工が終了したら、シリコン基板Ｗの徐給材動作と相前後して、エアーシリンダ５０を駆動して、両遮光板６０、６０を所定の角度、回転させる。この場合、シリコン基板Ｗの徐給材毎に両遮光板６０、６０が回転するため、両遮光板６０、６０の回転は、結果的に間欠回転となる。もっとも、各遮光板６０の同一位置に、常にレーザ分岐光Ｌが照射されない形態であれば、回転の形態はこれに限定されるものではない。これにより、遮光板６０のレーザ分岐光Ｌによるダメージが周方向に分散するため、遮光板６０の寿命を延すことができる。
【００４６】
以上のように、一対の遮光板６０、６０が所定以上の高次のレーザ分岐光Ｌを遮光するので、シリコン基板Ｗ上の不要な加工位置にまでレーザ分岐光Ｌが照射されることがなく、所望の加工位置、すなわち、中心から両遮光板６０、６０に遮光される範囲にのみレーザ分岐光Ｌを照射して、正確に複数の加工位置に同一の加工を行うことができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、各遮光板６０を円形に形成したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、六角形や八角形等の多角形に形成してもよい。この場合には、回転駆動手段により、各遮光板６０の各辺が複数のレーザ分岐光Ｌの列方向に直交する位置で間欠停止させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式図である。
【図２】本実施形態に係る高次光遮光装置を上側から見た外観斜視図である。
【図３】本実施形態に係る高次光遮光装置を下側から見た外観斜視図である。
【図４】本実施形態に係る高次光遮光装置を側面側から見た断面図である。
【図５】ベースフレームの構造図である。
【図６】高次光遮光装置の遮光部組立て体および調整機構廻りの分解斜視図である。
【図７】高次光遮光装置の平面図である。
【図８】高次光遮光装置の裏面図である。
【図９】高次光遮光装置の遮光部組立て体および調整機構廻りの断面図である。
【図１０】高次光遮光装置の遮光部組立て体および調整機構廻りを上側から見た斜視図である。
【図１１】高次光遮光装置の遮光部組立て体および調整機構廻りを下側から見た斜視図である。
【図１２】粉塵吸引部材の構造図である。
【図１３】高次光遮光装置の遮光動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…レーザ加工機  ６…光分岐手段  ７…高次光遮光装置  ３０…ベースフレーム  ３１…遮光部組立て体  ３２…調整機構  ３３…駆動部組立て体  ３４…集塵部組立て体  ５０…エアーシリンダ  ５３…ラック  ６０…遮光板  ６１…回転駆動軸  ６２…支持フレーム  ６３…ピニオン  ７３…ワンウェイクラッチ  ９０…粉塵吸引部材  ９５…吸引口  Ｌ…レーザ分岐光
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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