(57)【要約】本発明は、切断される材料に対し実質的に零の力を加える高速度の支援気体を特徴とする、溶融材料及びレーザ発生切粉を除去すべく支援気体を使用して薄く且つ脆弱な材料をレーザ切断するための改良された方法及び装置を提供するものである。また、本発明は、放出された気体及びその他の材料を迅速に除去すべく都合良く使用される超音速の気体流速度を実現し得るような形状とされた気体支援気体支援型レーザノズルの改良された形態をも提供する。
2004510588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物から部品を切断するときに使用されるレーザ切断装置において、
レーザビームを発生させるレーザと、
ノズル組立体にして、入口及び出口オリフィスと、前記出口オリフィスを通じて排出されるように前記ノズルの内部に支援気体を導入する気体入口ポートとを有するノズルと、（ａ）前記入口オリフィスを介して導入されたレーザビームを前記出口オリフィスに向かい且つ前記出口オリフィスを通り抜けるように方向付け（ｂ）前記レーザビームにより切断すべき加工物上に前記レーザビームを焦点合わせするための、前記入口オリフィスと出口オリフィスとの間に配置された光学手段とを備えるノズル組立体と、
前記レーザから前記入口オリフィスを介して前記光学手段に至る前記レーザビームの光路長を提供する手段と、
選択された圧力下で前記気体入口ポートに気体を供給し、これにより高速度の前記気体の流れが前記出口オリフィスから排出されるようにする手段と、
切断すべき加工物の面に対し実質的に平行な面内で前記ノズルをＸ及びＹ軸方向に移動させる第一及び第二の手段、及び前記Ｘ及びＹ軸の方向に対し直角なＺ軸方向に向けて前記ノズルを移動させる第三の手段を有するノズル位置決め手段と、
前記高速度気体により前記加工物に加えられる正味の力が実質的に零となる加工物に対する選択された切断位置に前記ノズルがあるように前記第三の手段を動かす制御手段と、
を備えたレーザ切断装置。
【請求項２】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記ビームは、前記ノズルが前記選択された切断位置にあるときに、前記加工物上に焦点合わせされるレーザ切断装置。
【請求項３】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記ノズルは前記出口オリフィスを取り囲む逆向きの凹状面を有する先端を備えたレーザ切断装置。
【請求項４】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記制御手段は、前記先端が略１．０ｍｍの選択された距離だけ前記加工物から離れた状態に前記ノズルを維持するように設定されるレーザ切断装置。
【請求項５】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記制御手段は、前記出口オリフィスを前記加工物から選択された距離に維持する自動焦点合わせ手段を備えるレーザ切断装置。
【請求項６】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記ノズルは先端を有し、前記制御手段は、前記先端と前記加工物間の距離の変化を検知すると共に、前記先端と前記加工物との間の距離を一定に維持するように前記変化に従って前記ノズル組立体を移動させる自動焦点合わせ手段を備えるレーザ切断装置。
【請求項７】
レーザビームを発生させるレーザと、可動式の気体支援型レーザノズル組立体にして、入口及び出口オリフィスと、前記出口オリフィスを通じて排出されるように前記ノズル内に支援気体を導入する気体入口ポートとを有するノズルと、（ａ）前記入口オリフィスを通じて導入されたレーザビームを前記出口オリフィスに向かい且つ前記出口オリフィスを通り抜けるように方向付け（ｂ）前記レーザビームにより切断すべき加工物上に前記レーザビームを焦点合わせするための、前記入口オリフィスと出口オリフィスとの間に配置された光学手段とを備える可動式の気体支援型レーザノズル組立体と、前記レーザから前記入口オリフィスを介して前記光学手段に至る前記レーザビームの光路長を提供する手段と、選択された圧力下で前記気体入口ポートに気体を供給し、これにより高速度の前記気体の流れが前記出口オリフィスから排出されるようにする手段と、切断すべき加工物の面に対し実質的に平行な面内で前記ノズルをＸ及びＹ軸方向に移動させる第一及び第二の手段、前記Ｘ及びＹ軸の方向に対し直角なＺ軸方向に向けて前記ノズルを移動させる第三の手段を有するノズル位置決め手段とを備えたレーザ切断装置を使用して脆弱な材料加工物をレーザ切断する方法において、
（１）選択された気体圧力で前記入口ポートに対して気体を供給し、前記ビームが前記加工物に対して直角に向けられ且つ前記出口オリフィスから排出された前記気体により前記加工物に実質的に零の正味の力が作用するように前記加工物から離れた選択された位置に前記ノズルが配置されるように前記ノズルを位置決めするステップと、
（２）前記加工物に向けられ且つ前記加工物上に焦点合わせされるレーザビームを発生させるように前記レーザを作動させ、これと同時に、前記加工物を選択されたパターンで切断するために前記ノズル及びレーザビームが前記加工物に対して横方向に平行に移動するように前記ノズル位置決め手段を選択的に作動させるステップと、
を備える方法。
【請求項８】
請求項７による方法において、前記ノズル位置決め手段は、前記加工物の平坦度の変化に起因する前記加工物と前記ノズル間の距離の変化を検知する検知手段と、前記検知手段に応答して前記第三の手段が前記ノズルを該ノズルから前記加工物までの距離を一定に維持する方向に向けて移動させる手段とを備える方法。
【請求項９】
請求項７による方法において、前記ステップ（２）において、前記ノズルは、前記加工物から矩形の製品を切断し得るように、矩形のパターンで動かされる方法。
【請求項１０】
請求項９による方法において、前記加工物がけい素管であり、前記レーザビームが矩形のウェハを前記管から切断し得るように前記ノズル位置決め手段が作動される方法。
【請求項１１】
請求項１０による方法において、前記管が多角形の断面形状を有する方法。
【請求項１２】
請求項９による方法において、前記ノズルは、上方への垂直方向ストロークと、第一の方向へ向かう横方向ストロークと、下方へのストロークと、前記第一の方向と反対の第二の方向への横方向ストロークとで動かされ、前記レーザの作動は、各ストロークの終了時に終了し、次のストロークの開始時に開始される方法。
【請求項１３】
請求項７による方法において、前記ノズルは前記加工物から１．０ｍｍの距離に保たれ、前記排出オリフィスは１．０ｍｍの直径を有し、前記気体は６８．９４８から２０６．８４３ｋＰａ（１０から３０ｐｓｉ）以上の圧力で供給される方法。
【請求項１４】
請求項７による方法において、前記気体は６８．９４８から５５１．５８１ｋＰａ（１０から８０ｐｓｉ）の範囲の圧力で供給される方法。
【請求項１５】
請求項７による方法において、前記ノズルは前記出口オリフィスを取り囲む逆向きの凹状面を有する先端を備える方法。
【請求項１６】
脆弱な材料加工物をレーザ切断する方法において、
レーザビームを発生させるレーザと、可動式の気体支援型レーザノズル組立体にして、レーザビームの入口及び出口オリフィスを有するノズルと、前記出口オリフィスを介して排出されるように前記ノズル内に支援気体を導入する手段と、（ａ）前記レーザビームを前記入口オリフィスを介して前記ノズル内に導入され前記出口オリフィスを介して前記ノズルから放出されるように方向付け（ｂ）前記レーザビームにより切断すべき加工物上に前記レーザビームを焦点合わせする光学手段とを備える可動式の気体支援型レーザノズル組立体とを備えるレーザ切断装置を提供するステップと、
前記出口オリフィスが切断すべき加工物の表面からの選択された離間距離にあり、この選択された離間距離が高速度で前記出口オリフィスから排出された支援気体により実質的に零の正味の力が加工物に作用する位置にあるように前記ノズルを位置決めするステップと、
前記出口オリフィスを介して排出されるように前記ノズルに加圧された支援気体を供給し、これと同時に、レーザビームが前記ノズルを通過し且つ前記加工物に当たるように前記レーザを作動させるステップと、
前記ノズルを前記加工物の表面に対し平行に移動させ、（ａ）前記離間距離を一定に保ち、（ｂ）前記ビームが所定のパターンに従って前記加工物を切断し、前記レーザビームにより前記加工物から除去された材料が前記出口オリフィスから流れ出る支援気体によって吹き払われるのを許容するように支援気体の流れ及び前記ノズル出口オリフィスを通る前記レーザビームの伝送を維持するステップと、
を備える方法。
【請求項１７】
レーザビームが通過し得る通路と、
前記レーザビームが前記ノズルから選択された加工物に向けて放出されるのを許容するように前記通路の一端に形成された出口オリフィスを有する先端と、
前記出口オリフィスを介して排出されるように加圧された支援気体を前記通路に導入する少なくとも１つのポートと、
を備えた気体支援型レーザノズルにおいて、
前記出口オリフィスは、前記通路と連通する第一の内側円錐形部分と、該内側円錐形部分と連通し且つ該内側円錐形部分と同軸上の径が小さくされたのど状部分と、前記のど状部分と連通し且つ前記のど状部分と同軸上の第一の逆向きの円錐形部分と、前記第一の逆向きの円錐形部分と連通する第二の逆向きの円錐形部分とを備え、前記第二の逆向きの円錐形部分の円錐形テーパの勾配が前記第一の逆向きの円錐形部分のテーパの勾配よりも大きいことを特徴とする気体支援型レーザノズル。
【請求項１８】
請求項１７による気体支援型レーザノズルにおいて、前記のど状部分は一定の直径を有し、前記第一の円錐形部分及び第二の逆向きの円錐形部分は前記のど状部分の中心軸に対しそれぞれ４５°及び６３．６°の角度で広がる気体支援型レーザノズル。
【請求項１９】
レーザビームを発生させるレーザと、可動式の気体支援型レーザノズル組立体であって、入口及び出口オリフィスと、前記出口オリフィスを通じて排出されるように前記ノズル内に支援気体を導入する気体入口ポートとを有するノズルと、（ａ）前記入口オリフィスを通じて導入されたレーザビームを前記出口オリフィスに向かい且つ前記出口オリフィスを通り抜けるように方向付け（ｂ）前記ビームを前記レーザビームにより切断すべきけい素管上に焦点合わせするための、前記入口オリフィスと出口オリフィスとの間に配置された光学手段とを備える前記可動の気体支援型レーザノズル組立体と、前記レーザから前記入口オリフィスを介して前記光学手段に至る前記レーザビームの光路長を提供する手段と、選択された圧力下で前記気体入口ポートに気体を供給し、これにより高速度の前記気体の流れが前記出口オリフィスから排出されるようにする手段と、切断すべき管の面に対し実質的に平行な面内で前記ノズルをＸ及びＹ軸方向に移動させる第一及び第二の手段、及び前記Ｘ及びＹ軸の方向に対し直角なＺ軸方向に向けて前記ノズルを移動させる第三の手段を有するノズル位置決め手段とを備えるレーザ切断装置を使用して脆弱材料の加工物であるＥＦＧ法により成長させた薄いけい素管からウェハを切断する方法において、
（１）選択された気体圧力で前記入口ポートに対して気体を供給し、前記ビームが前記管の選択された面に対して直角に案内され且つ前記ノズルが前記出口オリフィスから排出された前記気体により前記管に実質的に零の正味の力が加えられるように前記管の選択された面から離れた選択された位置に配置されるように前記ノズルを位置決めするステップと、
（２）前記管の選択された面に案内され且つ前記管の面上に焦点合わせされるレーザビームを発生させ得るように前記レーザを作動させ、これと同時に、前記ノズル及びレーザビームを前記管の選択された面に対して横方向に平行に移動させ、選択された形状のウェハを前記管から切断し得るように前記ノズル位置決め手段を選択的に作動させるステップと
を備える方法。
【請求項２０】
請求項１９による方法において、前記レーザを作動させ且つ前記ノズル及び前記レーザビームを前記管の選択された面に対して横方向に平行に移動させ、前記管から追加的なウェハを切断することにより、前記ステップ（２）が繰り返される方法。
【請求項２１】
請求項２０による方法において、前記ノズル位置決め手段が、前記管の選択された面の平坦度の変化に起因する前記管の選択された面と前記ノズル間の距離の変化を検知する検知手段と、前記検知手段に応答して前記第三の手段が前記ノズルを前記ノズルから前記管の選択された面までの距離を一定に保つ方向に向けて移動させる手段と
を備える方法。
【請求項２２】
請求項１９による方法において、前記支援気体は、前記ノズルから超音速で排出される結果を引き起こすような圧力で前記ノズルに供給される方法。
【請求項２３】
請求項１９による方法において、前記レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＣＯ２レーザである方法。
【請求項２４】
請求項１によるレーザ切断装置において、前記レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＣＯ２レーザであるレーザ切断装置。
【請求項２５】
請求項７による方法において、前記レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＣＯ２レーザである方法。
【請求項２６】
請求項１６による方法において、前記レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＣＯ２レーザである方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、米国政府二次契約第ＺＡＦ−６−１４２７１−１３号に基づいて為されたものである。
【０００２】
材料のレーザ機械加工又は切断は、材料を局所的に急速に加熱して行われる。その結果、通常、固相から液相への遷移が生じるが、極めて高い入射ピークレーザパワーのときには、材料が蒸発する可能性さえもある。切目（すなわち、レーザにより形成された切断部分）付近にスラグ又はレーザビーム発生の切粉の粘着が最小状態の最適なレーザ切断速度を実現するため、溶融材料を切目から運び去るべく支援気体が使用される。レーザ切断過程は、通常、材料のレーザビーム衝突領域にて、例えば、空気のような高速度の支援気体流を向けることにより加速することができる。薄板又は板形態の材料を切断する場合、溶融材料を支援気体によって切断部分を通して吹き飛ばす。この吹飛ばし動作は、再凝固させ又はレーザエネルギを吸収し、これにより切断過程を加速すべく切目内での材料の利用可能性を低下させる。通常の方法は、オリフィスを有する気体ノズルによって支援気体の流れを発生させることである。このオリフィスは、ビームに対して同軸上にビームの焦点付近に配置された焦点を合わされたレーザビームよりも大きいオリフィスを有し、このオリフィスは、気体流の方向が切断される材料の表面に対して直角となるように配置されている。気体支援レーザノズルの色々な形態が既知である。例えば、エフ・サルトリオ（Ｆ．Ｓａｒｔｏｒｉｏ）に対し１９８８年３月１日付けで発行された米国特許第４，７２８，７７１号及びエム・クロサワ（Ｍ．Ｋｕｒｏｓａｗａ）らに対し１９９５年１０月３１日付けで発行された米国特許第５，４６３，２０２号に開示されたノズルを参照するとよい。
【０００３】
図１には、従来技術の設計を代表する気体支援型ノズルの先端部分２の形態が図示されている。該ノズルは、円錐形の上流部分６及び一定直径ののど状部分８を備える出口オリフィスにて終わる内部通路４を有している。該ノズル先端の端面は、平坦で比較的幅広の環状の端面１４を有している。外面１６は、円錐形にテーパーが付けられている。ノズル先端部分２は、その端面が薄板状加工物１８に対面する状態にて図示されている。全体として参照番号２０で示した焦点を合わされたレーザビームは加工物に対し直角に向けられる。一例として、但し、非限定的に、加工物１８は、八角形の断面形状を有するＥＦＧ成長けい素管の側部又は小面の１つとすることができる。図示されていないが、通路４の他端は出口オリフィス部である６、８と同軸上にある入口オリフィスにて終わっていることを理解すべきである。支援気体流を１つ又はより多くの気体入口ポート２２を介して圧力下にてノズル内に導入し且つ排出オリフィスである６、８を通じてレーザ切断中の加工物の領域に排出する。ノズルから排出された気体の一部分は、レーザビームにより加工物に形成された切断部分を通って流れる一方、気体の残りの部分は、衝撃領域から横方向に偏向され、ノズルを加工物との間から外方に流れる。外面１６が端面部分１４に対し鋭角度にて伸びるようにする理由は、支援気体が加工物から半径方向に且つ後方に分散し易くするためである。材料に向けられる気体流の速度は、ノズルオリフィスの上流側部に加わる気体圧力及びノズル排出オリフィスの形状によって決まる。ノズルオリフィスの設計又は気体圧力に関係なく、支援気体がレーザによって切断される材料に衝突するとき、この支援気体によって局部的な力が加えられる。この力は、流量を増し（オリフィスの有効寸法の増大）及び（又は）気体の流速を速くすることにより増大する。切断される薄板材料に衝突する支援気体の流量及びその速度に依存して、切断される材料に支援気体により加えられる局部的な力は顕著なものとなる可能性がある。薄く且つ脆弱な材料の場合、この力によって望ましくない材料の破断を招く可能性がある。光起電力太陽電池を製造するときに使用すべくウェハを製造するため薄いＥＦＧ成長けい素管をレーザ切断する場合、このやっかいな状況が存在する。
【０００４】
溶融金属から結晶性材料を成長させるＥＦＧ方法は、選択した断面形状のドープしたけい素管、すなわち八角形又は円筒状の断面形状を有する管を成長させるために使用される。これらの管は、レーザによって矩形のウェハに切断し、次に、これらのウェハは、これらのウェハを光電池に変換するため色々な加工ステップを行う。ＥＦＧ法によるけい素管の成長及び光電池を製造するためけい素ウェハを加工する方法は、ディー・エス・ハーベイ（Ｄ．Ｓ．Ｈａｒｖｅｙ）に対し１９９０年６月２６日付けで発行された米国特許第４，９３７，０５３号、アール・シー・ゴンシオラウスキー（Ｒ．Ｃ．Ｇｏｎｓｉｏｒａｗｓｋｉ）らに対し１９８８年６月１４日付けで発行された米国特許第４，７５１，１９１号、ジェイ・アイ・ハノカ（Ｊ．Ｉ．Ｈａｎｏｋａ）に対し１９９７年１２月１６日付けで発行された米国特許第５，６９８，４５１号、ビー・アール・バッセイ（Ｂ．Ｒ．Ｂａｔｈｅｙ）らに対し１９９２年４月２１日付けで発行された米国特許第５，１０６，７６３号、ディー・エス・ハーベイらに対し１９９１年８月６日付けで発行された米国特許第５，０３７，６２２号、エム・ディー・ローゼンブラン（Ｍ．Ｄ．Ｒｏｓｅｎｂｌｕｍ）らに対し１９９３年１２月１４日付けで発行された米国特許第５，２７０，２４８号、ビー・エッチ・マッキントッシュ（Ｂ．Ｈ．Ｍａｃｋｉｎｔｏｓｈ）に対し１９９３年９月１４日付けで発行された米国再特許第３４，３７５号の開示により示されるように、周知である。
【０００５】
多岐に亙る理由のため、ＥＦＧ成長けい素管が０．３８１ｍｍ（１５ミル（０．０１５インチ））以下、好ましくは、約０．１５２乃至０．１７８ｍｍ（約６乃至７ミル）の肉厚を有することが望ましい。その他のレーザも使用可能であるが、ＥＦＧ成長けい素管を矩形のウェハを切断するためにＮｄ：ＹＡＧレーザが好ましい。レーザビームは、その焦点面にて小さい円形の像又は狭小な細長い像を形成する。切断速度を最適にするためには、レーザビームを切断されるけい素管の表面上に焦点を合わされることが必要である。不都合なことに、かかる管の表面は正確に平坦ではなく、凹凸及び（又は）不規則的な頂部及びへこみの結果、不均一となり易く、その平坦度の偏差は、一般に、約０．０７６ｍｍ（約３ミル）乃至約０．１７８ｍｍ（約７ミル）の範囲にある。その結果、レーザビームが管に対して動くとき、レーザビームがけい素管の表面上に焦点を合わされた状態を保ち得るように、レーザに対し自動焦点合わせシステムを採用する必要がある。
【０００６】
不均一な表面を有することに加えて、０．３８１ｍｍ（１５ミル）以下の厚さを有するけい素管は極めて脆弱である。図１に図示したノズルは、気体の流れをレーザビームの衝突領域の近接する領域に限定する（支援気体によりけい素管に加えられる力を制限するための必須の要件である）が、それでも切目から溶融材料を除去するため速く且つ十分な支援気体流を有することが必要である。しかし、速い気体流を実現するためには、十分な気体の供給圧力を必要とし、また、気体圧力を上昇させることは、ノズルにより排出される気体の量を増すが、このことは、また、切断される材料に対し支援気体が加える力を増加させることにもなる。その結果、薄いけい素管のレーザ切断は、管から切断されるウェハが頻繁に破断するという特徴があった。この理由のため、レーザ切断過程中、レーザにより形成された切目から溶融材料を効率良く突き出すのに十分に速い気体速度を保ちつつ、支援気体によりけい素管に加えられる局部的な力を制限することが必要であった。
【０００７】
【発明の目的及び概要】
本発明の主たる目的は、薄く且つ脆弱な材料に対し気体支援レーザ切断を行うための改良された方法及び装置を提供することである。
【０００８】
別の目的は、切断される材料に対し実質的に零の正味の力を加える高速度の気体流を特徴とする、溶融材料及びレーザ発生切粉を除去し得るように、気体を使用して脆弱材料をレーザ切断する方法を提供することである。
【０００９】
更なる目的は、支援気体が音速又は超音速にて流れるのを許容し、これにより、気体流が切断される材料に対し実質的に零の正味の力を加える間、切断領域からの溶融材料の除去を効率良く行うことができるような形状とされた、レーザ切断用の気体支援型ノズルを提供することである。
【００１０】
更なる目的は、ノズルと切断される材料との間に１．０ｍｍ以上の十分に大きい空隙（すなわち、異なる離間距離）にて零の正味の力を実現することを可能にする先端を有すること特徴とする、レーザ用の気体支援型ノズルを提供することである。
【００１１】
上記の目的、及び以下の説明から明らかとなるその他の目的は、高速度の支援気体を排出する気体支援型ノズルにより実現され、このノズルは、流動する支援気体が切断される材料に加える正味の力が実質的に零であるように配置されている。１つの好ましい形態において、ノズルは、逆向きの円錐形（凹状）端面を有する先端を特徴とし、また、超音速の気体流装置として機能する設計とされている。本発明のその他の特徴及び有利な点は、添付図面と共に検討すべき本発明の以下の詳細な説明により開示され又は明らかとなる。
【００１２】
【発明の具体的な説明】
気体支援型ノズルによる気体の量及び分配状態は、気体の速度、気体の容積流量、及びノズルオリフィスの直径により影響を受ける。これらは、また、ノズルの離間距離、すなわち加工物とノズル先端の前端面との間の空隙の距離による影響も受ける。この離間距離が短くなると、力はより集中され、最終的に、ノズルオリフィスの寸法に近似する面積に衝突する。
【００１３】
図１に図示したように先端を有するノズルにより排出された気体流により加えられた力は、離間距離に伴って変化する。のど状部分８の直径が１．０ｍｍである、図１に図示したような形状の先端を有する気体支援型ノズルを２０６．８４３ｋＰａ（３０ｐｓｉ）の気体供給圧力にて使用するとき、離間距離が約０．４ｍｍに等しい値に設定されたならば、ノズル先端と加工物との間の空隙内を流動する気体は、その気体がその空隙内で急激に半径方向に拡張するとき、部分真空圧を発生させることが分かった。この部分真空圧のため、加工物をノズル先端に向けて吸引し、ノズルオリフィスの前方にて加工物に直接、衝突する気体の力を実質的に解消する力が発生する。この状態は、「零正味力の状態」又は「釣合った力の状態」と称される。この流動領域にて、ノズル入口で且つ一定の気体の供給圧力で測定した気体の流量は、一定のままであり且つノズルが妨害されないときの流れに等しい。このとき、ノズルは、ノズル先端に接触せずに空気ベアリングの仕方にて加工物の隣接する面の頂部にて実質的に浮動する。気体の供給圧力を一定に保ちつつ、離間距離を更に短くする、すなわち０．４ｍｍ以下にするならば、気体の流れが一定の状態で真空圧により発生される力を顕著に増大させることも分かった。真空圧により発生された力は加工物に応力を加える。しかし、離間距離を有効オリフィス直径の約１／１０まで、すなわち、約０．１ｍｍまで更に短くするならば、同様に、釣合った力の状態を生じるが、その気体流量は実質的に減少する。また、ノズル先端が加工物の表面に更に接近すると、気体により基板に加えられる力は急速に正となる。
【００１４】
離間距離に関して最も望ましい作用点は、加工物における正の力及び負の力が等しく且つ釣合った状態、すなわち零正味力の状態となる箇所、及び離間距離が最大となる箇所であることが分かった。従って、１．０ｍｍの有効排出オリフィスを有する、図１に図示したようなノズルの場合、その状態は、離間距離を約０．４ｍｍとすることにより実現される。しかし、図３に図示するように、離間距離に伴う力の変化率は、離間距離が約０．４ｍｍ以上ではなくて、０．４ｍｍ以下のときの方が大きいことが分かった。このため、主たる目的は、薄いＥＦＤけい素管のような脆弱材料に過度な圧力を加えるのを回避することであり、また、離間距離に伴う力の変化率は、離間距離が釣合った力の位置たる約０．４ｍｍ以上ではなくて、０．４ｍｍ以下のときの方が大きいため、僅かに長い離間距離（例えば、約０．５乃至０．６ｍｍ）とする方が好ましい。離間距離が０．５又は０．６ｍｍから１．０ｍｍだけ短くなることは、約０．４ｍｍの距離から同程度だけ短くなる場合よりも薄いＥＦＧ管のような脆弱材料に過剰な応力を加える可能性はより少ない。
【００１５】
しかし、離間距離が０．４乃至０．６ｍｍの範囲にて図１に図示したようなノズルを使用して脆弱なけい素管をレーザ切断するとき、受容可能な切断結果を実現することができるが、実際には、特に、かかる管の表面は正確に平坦ではないため、ＥＦＧ管を切断する場合、ノズル先端と加工物との間の衝突を回避し得るようにより長い離間距離とすることが好ましい。
【００１６】
この点に関して、図１に図示したような形状とした出口オリフィスは、実質的にあたかも一定の直径を有するかのように機能する、すなわち、シリンダであるかのように機能し、その結果、最大気体速度は略音速付近に制限される。しかし、本発明によれば、同程度の気体圧力のときの気体速度は、オリフィスの直径が最初に狭小であり、次に、気体の流動方向に対し平行な断面図で見たとき外方に拡張するようにオリフィスの形状を設定することにより、速くすることができる。図２には、超音速にて支援気体を排出し得る設計とされたノズルの先端が図示されている。より具体的には、図２に図示したノズルは約マッハ２の速度にて支援気体を排出する設計とされている。この場合、ノズル先端の端面は、全体として、一般に「ラーバルノズル（Ｌａｖａｌ　ｎｏｚｚｌｅ）」と称されるロケットエンジンのノズルと同様の逆向きの円錐形（凹状）形態を特徴としている。排出オリフィスのこの形状は、脆弱なＥＦＧけい素材料に加わる機械的応力を回避しつつ、超音速を実現し得るような仕方にて気体流が拡張することを許容する。
【００１７】
より具体的には、図２に図示したノズル先端３０は、縮小径ののど状部分３６の後方にて全体として円錐形部分３４を備える排出オリフィスにて終わる内部通路３２を有している。のど状部分３６の前方にて、排出オリフィスは逆向きの円錐形拡張部分３８を備えている。のど状部分３６及び円錐形部分３８を組み合わせることで実際的な気体供給圧力を使用して支援気体を超音速にて排出することが可能となる。第二の前方拡張部分３８の前端は、ノズルの枢軸に対し実質的に直角に且つ切断すべき加工物（図示せず）の隣接面に対し平行に伸びる平坦面４２にて終わっている。ノズル先端の外面４４は高速度の支援気体を半径方向に且つ加工物から離れるよう分散させることを容易にし得るように平坦面４２に対し鋭角な角度にて伸びている。図示しないが、図２に図示したような先端を有するノズルは図１に図示した設計のポート２２のような気体入口ポートを有し、また、通路３２の外端は、排出オリフィスと同軸上の入口オリフィスを有していることを認識すべきである。
【００１８】
「零正味力の状態」又は「釣合った力の状態」に更に関して、図２のノズルの場合、（ａ）のど状部分３６の領域内にて、流動する気体により加工物に正の力が加えられ、（ｂ）この力は、加工物上に負の力を発生させる真空圧状態が存在する半径（平坦な端面４２の領域）に達する迄、中心線からのオリフィスの距離が増すに伴い（円錐形部分３８の領域）低下し、（ｃ）中心線からの半径方向距離が端面４２の周縁を超えて増すとき（外面４４の領域）、流動する気体により加えられる力は再度、逆となり、ノズル先端の周縁に小さい正の力を発生させる。ノズルの中心線から面３８、４２の接合部まで伸びる領域内を流動する支援気体により加えられる一体化した正の力がノズル端面４２の内端縁から外端縁まで伸びる領域内で同一の気体により加えられる一体化した負の力に実質的に等しいとき、加工物に対する実質的に零正味力の状態が存在すると考えられる。
【００１９】
全体として、気体速度が速ければ速い程、レーザ切断は益々きれいとなり、また、材料は益々、効率的に除去されるから、気体を音速又は超音速にて排出することを許容するノズルを提供することは好ましい。極めて大きいピークパワーが使用されるとき、固相から気相への直接的な材料の変態は、レーザ切断過程にて実現することができる。ビームの衝突箇所にて加工物の材料から放出された気体は、典型的に、約２マッハの速度を有している。本発明は、放出された気体又は材料の方向及び最終位置に影響を与え得るように約マッハ２以上の支援気体速度を都合よく使用し得ることを認識するものである。本発明による新規な先端形状（すなわち、図２に図示するような先端）を有するノズルは、零正味力の状態を保持しつつ、上昇した気体の入力圧力にてマッハ２の気体支援排出速度を発生させ得るように作動させることができる。
【００２０】
狭小な直径のレーザビームを使用してＥＦＧけい素管をレーザ切断するためには、１．０ｍｍの最小排出オリフィス直径（のど状部分の直径）を有する気体支援型ノズルを使用することが望ましく且つ好ましい。経験に基づき且つ設計を繰り返すことにより、（ａ）実際的な気体の供給圧力を使用して支援気体を超音速にて排出することを許容し、（ｂ）同一のねじ状部分の直径を有する、図１に図示した型式の従来のノズルにて実現可能なものよりも長い離間距離にて零正味力の状態を提供する、図２に図示した先端の幾何学的形態及び１．０ｍｍののど状部分の直径を有するノズルが形成された。
【００２１】
再度、図２を参照すると、１つの好ましい形態の超音速気体支援型ノズルは、次の特性を特徴としている。すなわち、円筒状ののど状部分３６は、１．０ｍｍの直径及び約１．０ｍｍの長さを有すること、円錐形部分３４、３８は、のど状部分３６の中心枢軸から測定したとき、約２５°乃至約６３．６°のテーパーを有すること、平坦な端面４２がのど状部分３６の中心軸に対し９０°の角度にて伸びていること、外面４４が平坦面４２に対して４５°の角度にて伸びていること、及び面３８、４２の円形に伸びる接合部が約４．２５ｍｍの直径を有し、面４２、４４の接合部が７．５ｍｍの直径を有することである。
【００２２】
かかるノズルによると、５５１．５８１ｋＰａ（８０ｐｓｉ）の気体の供給圧力を使用すれば、マッハ２の気体の流動速度を実現することができることが分かった。更なる有利な点は、同様ののど状部分の直径にて且つ同一の気体の供給圧力を使用するとき、図２に図示したようなノズル先端は、図１に図示するような先端を有するノズルよりも実質的により多量の支援気体の供給量を提供することである。
【００２３】
図３には、図２に示した先端形状を有し且つ上記の文節に記述した寸法を有する構造としたノズルは、約１００μｍ（．０１ｍｍ）の離間距離及び１０００μｍ（１ｍｍ）の離間距離にて零正味力の状態を実現することが実証されている。更に、図３には、これらの正味の力の状態は、６８．９４８、１３７．８９５及び２０６．８４３ｋＰａ（１０、２０及び３０ｐｓｉ）という３つの異なる気体供給圧力にて実現されることも示されている。マッハ２の気体の排出流速を実現するため、気体の供給圧力を５５１．５８１ｋＰａ（８０ｐｓｉ）まで上昇させるならば、離間距離が約１ｍｍのとき、同一の零正味力の状態が存在する。
【００２４】
図４には、ウェハをＥＦＧ成長けい素管から切断するレーザ装置が概略図的に図示されている。該装置は、静止支持体（図示せず）に固着された水平方向レール５２上にて往復運動し得るように取り付けたキャリッジ５０を備えている。レール５２は、気体支援型レーザノズル７４のＸ軸の動作を決定する。レール５２の一部分のみが図示されているが、このレールは、Ｘ軸に沿った所望のレーザ切断長さを実現するのに十分、Ｘ軸が移動するのを許容するのに十分に長いことを理解すべきである。キャリッジ５０に機械的に結合された可逆モータ駆動型の駆動システム５４は、キャリッジをレール５２に沿って両方向に移動させる働きをする。往復運動可能な軸方向動作が可能であり且つレーザノズルのＹ軸動作を決定する、垂直方向に伸びる管状部材６０を有する伸縮装置５８がキャリッジ５０に取り付けられ且つ該キャリッジと共に可動である。可逆モータ駆動型の駆動システム６２は伸縮装置５８に機械的に結合され且つ管状部材６０をＹ軸に沿って両方向に移動させる働きをする。往復運動可能に軸方向に動くことができ且つレーザノズルのＺ軸動作を決定する、水平方向に伸びる管状部材６８を有する第二の伸縮装置６６が伸縮装置５８の垂直部材６０に取り付けられている。可逆モータ駆動型の駆動システム７０が伸縮装置６６に機械的に結合され且つ管状部材６８を軸方向の両方向に向けて移動させる働きをする。
【００２５】
管状部材６８は、参照番号７２で概略図的に図示したレーザ焦点合わせ光学レンズ装置を保持しており且つ支援気体ノズル７４の支持体として作用し、このノズルは、図３に図示したノズル先端の設計を具体化することが好ましいが、例えば、図１に図示した先端の設計のような、幾つかのその他の先端の設計を具体化してもよい。ノズル７４は、例えば、空気、酸素又は窒素のような、加圧した支援気体の供給源７８に結合された気体入口ポート７６を有している。支援気体がレーザビーム源に向けて後方に流れるのを防止するため気体の流動障壁が必要とされることが理解される。好ましくは、これは、気体の流動障壁としてレンズ装置７２を使用することで実現され、この場合、このレンズ装置は、気体不透過性シールにより取り囲む管状部材６８に固着され、このシールは、支援気体がノズルオリフィスから前方に出るのではなく、レーザ８０に向けて後方にレンズ装置の周りを流れるのを防止する。
【００２６】
レーザ装置はレーザ８０も備えている。後者のレーザは例えばレール５２（又は該レールに対する静止支持体）に固着した適宜な支持部材５６によってレール５２に対し固定されている。レーザ８０は色々な形態をとることができるが、２２５Ｈｚのパルス反復率及び１５０ワットの出力パワーにて作動するＮｄ：ＹＡＧレーザであることが好ましい。ビームがノズル７４の排出オリフィスを通って進むように該ビームを方向決めするため光ビーム案内手段が採用される。かかる光ビーム案内手段は光ファイバの形態をとることができるが、参照番号８４、８６で概略図的に図示したミラーを使用してレーザビームを焦点合わせレンズ装置７２に向けることが好ましい。レーザはそのビームをミラー８４に案内し得るように配置されている。ミラー８４によってレーザ８０からのビームがレール５２に対し平行な水平方向から下方の垂直方向に９０°回転し、また、ミラー８６によってビームが該垂直方向からレール５２から９０°変位した水平方向まで９０°回転するようにミラーは４５°の角度に方向決めされている。レーザビームは、ノズルの枢軸に沿ってノズル７４の入口オリフィスを通じてミラー８６により案内され、ビームはノズルの前方に配置された加工物にてノズルの排出オリフィスから出て、ビームが焦点合わせレンズ装置７２により加工物に焦点を合わされるようにする。伸縮装置５８、６６及びその管状部材６０、６８は、レーザビームを物理的に遮蔽する点にて安全機能を果たすことを認識すべきである。
【００２７】
基本的に、キャリッジ５０、レール５２及び伸縮装置５８、５６の上記の組み合わせ体は、気体支援型ノズル及びレーザビーム案内光学素子に対する３軸動作支持体として機能する。３軸動作支持体（一般に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸テーブルと称される）の形態及びレーザビームを曲げ且つ焦点を合わせる手段は本発明にとって重要ではなく、また、本発明の一部を何ら形成しないため、図４の装置の図は、限定的であることを意図するものではなく、本発明は、色々な形態の３軸動作支持体を使用して実施が可能である。
【００２８】
参照番号７２で概略図的に示した焦点合わせ光学素子は、固定されている、すなわち該光学素子は、ノズル先端を超える所定の距離、例えば、１ｍｍの位置に配置された固定の焦点面を有している。これと代替的に、焦点合わせ光学装置７２は、管状部材６８内に内蔵させた可調節型（可変）焦点合わせレンズ系にて置換することができる。該可調節型焦点合わせレンズ系は、例えば、ねじ型調節機構により手動にて又は遠隔制御式のモータ被駆動機構により調節される型式のものとすることができる。ノズル先端を超えた所定の位置にてビームを焦点合わせするように計算した所定の焦点距離に焦点合わせレンズ系を調節することは、切断過程の開始時に行なわれる。ＥＦＧ成長けい素管からウェハを切断する場合、コストを削減するため、定焦点の光学焦点合わせレンズ装置７２を使用することが好ましい。
【００２９】
図４及び図５を参照すると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動システム５４、６２、７０は、それぞれプログラマブルコントローラ９０に結合された電子制御式モータを備えている。該制御システムは、また、静電容量／インターフェース焦点制御モジュール９２を含む静電容量型自動焦点合わせシステムと、ノズル７４と、加工物９４とを備えている。ノズル７４は、電気絶縁線９６によりコントローラに接続され且つ静電容量型自動焦点合わせシステムの電極として機能する。例えば、けい素管のような加工物は、自動焦点合わせシステムの接地電極として機能する。この装置は、ノズルと加工物との間の静電容量の変化を検知し且つこれらの静電容量の変化に応答して出力信号を発生し、これらの出力信号は、プログラマブルコントローラ９０及び静電容量型焦点制御装置９２により使用されて、Ｚ軸駆動システム７０がノズル７４をノズルと加工物との間の離間距離を一定に保ち得る方向に移動させるようにする。
【００３０】
静電容量／インターフェース焦点制御モジュールは、静電容量型自動焦点合わせシステムの技術分野にて周知である。好ましくは、装置は、ニュージャージー州、ランディングのハースレーザ・テクノロジーズ（Ｈａａｓ　Ｌａｓｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）インコーポレーテッドから「オプションＮｏ．１、ＡＦＳ−５１００」という名称で販売されている焦点制御モジュールを採用する。「アジャストボックスＥＧ３１６Ｚ」として識別された受容可能な代替的な焦点制御システムは、ドイツのガデナウバッドローレンフェルズのプレシテック（Ｐｒｅｃｉｔｅｃ）ＧｍｂＨから入手可能である。プログラマブルコントローラ９０は、気体支援型レーザノズルが加工物に対して所定のパターンにて移動するようにすべく３軸駆動システム５４、６２、７０を作動させる適宜なプログラムを保持するデジタルコンピュータとすることができる。好ましくは、コントローラ９０は、カリフォルニア州、チャットワースのデルタタウ（Ｄｅｌｔａ−Ｔａｕ）が開発した「ＰＭＡＣ」として識別されるプログラムを保持するデジタルコンピュータを備えるものとする。別の適宜な動作コントローラは、アレン・ブラッドレーカンパニー（Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能である。一例として、但し、非限定的に、駆動システム５４、６２、７０のモータは、動作システム内に組み込まれたホール効果センサを使用して発生されたフィードバックを使用してサーボ増幅器により駆動することができる。当該技術分野の当業者に既知の更に別の手段を使用して駆動システム５４、６２、７０のモータの作動を制御することができる。ウェハをＥＦＧ成長管から切断する場合、コントローラ９０は、気体支援型ノズルを管から一定の距離に保ちつつ、レーザが矩形のウェハを切断し且つ切断過程後、加工物から切断した部分を除去し易くするため、気体支援型レーザノズルを加工物から動かすようにＺ軸駆動装置を作動させるように、プログラム化されている。
【００３１】
ウェハをＥＦＧけい素管から切断する場合、切断過程は、次のステップ、すなわち（１）けい素管の隣接面又は表面にレーザビームが焦点合わせされ、また、支援気体により実質的に零の力が管に加えられるように選択された離間距離にあるように、気体支援型レーザノズルを位置決めするステップと、（２）レーザビームが矩形のウェハをけい素管から切断するように、レーザ８０及びＸ、Ｙ軸駆動装置を作動させるステップと、（３）レーザ８０を不作動にするステップと、（４）ウェハ保持手段（図示せず）による切断部分の除去を容易にし得るように気体支援型レーザノズルをけい素管から離れるように移動させるステップと、（５）連続的な
切断過程となるように上記のステップを繰り返すステップとを含む。矩形のウェハの切断は、任意の選んだ順序にて行なわれるストローク動作により、レーザビームが２回の水平方向ストローク及び２回の垂直方向ストロークを反復するように気体支援型レーザノズルを移動させることを含む。好ましくは、但し、必須でははないが、切断過程は、ウェハの一側部を形成する垂直方向ストローク、ウェハの第二の側部を画成する切断部を形成する水平方向ストローク、ウェハの第三及び第四の側部を画成する切断部を形成する第二の垂直方向ストローク及び第二の水平方向ストロークを連続的に行うことを含むようにする。当該ＥＦＧ管の側部の幅及び切断すべきウェハの所望の寸法に依存して、多角形のＥＦＧ管の各側部から１つ又はより多くのウェハを切断することができる。追加的な連続的なウェハ切断過程は、ウェハを管の異なる側部から切断することを許容し得るように命令に基づいてＥＦＧけい素管を回転させる（図示しない適宜な手段により）ことを含む。気体支援型レーザノズルが加工物から引込む間、けい素管が回転する。静電容量型自動焦点合わせ手段は、レーザビームによる衝突領域内にて管表面の平坦度の偏差に起因するものを含む、離間距離の変化を検知し、直ちに、Ｚ軸駆動装置が離間距離を一定に保つ方向に作動するようにすることでこれらの検知された変化に応答し、これにより、高速度支援気体により脆弱なけい素管に実質的に何ら荷重が付与されないことを確実にする。離間距離を一定に保つことは、けい素管の隣接面上にレーザビームが焦点合わせされた状態に保つことになる。
【００３２】
本発明以前、ＣＯ２レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザよりもより多くのパワーを提供し、従って、より速い速度にてＥＦＧ成長けい素管を切断できることが認識されていた。速い切断速度は、レーザビームにより切断した切目から溶融材料を除去するためより速い気体流速を必要とする傾向となる。しかし、気体の流速を速くすることは、支援気体がノズルを介して切断領域に提供されるときの圧力を上昇させることを伴う。本発明以前、溶融材料及び切粉を効率よく除去することを保証するのに望まれる高流速を実現するため、より高圧の支援気体の供給圧力が必要とされ、その結果、ＥＦＧ成長けい素管に加えられる局部的な力が増大し、これにより、これらの高価な管の破断の可能性を増すものであった。本発明の零正味力は、ＥＦＧ管の応力状態を最小に保ちつつ、切断領域内でより速い流速を実現するためより高圧の支援気体の供給圧力を使用することを許容する。その結果、本発明は、ＥＦＧけい素管を切断するため、より低パワーのＮｄ：ＹＡＧレーザに代えて、より高パワーのＣＯ２レーザを使用することを可能にし、これにより、切断速度を著しく向上させる。
【００３３】
一例として、但し、非限定的に、試験の結果、本発明により提供される零正味力のノズル及び約４１３．６８５ｋＰａ（約６０ｐｓｉ）にて供給される支援気体（空気）を使用すれば、５００ワットのＣＯ２レーザパワー（２．５ｋＨｚ及び２１６μ秒パルス幅）を使用して４０ｃｍ／秒の速度まで、過剰な支援気体の圧力に起因する破損を生じることなく、３００μｍの厚いＥＦＧ成長けい素材料を切断することができることが分かった。このことは、２２５Ｗにて作動するＮｄ：ＹＡＧレーザと、同一のノズル及び支援気体とを使用して、支援気体を約２０６．８４３ｋＰａ（約３０ｐｓｉ）の圧力にて供給したとき、同一のけい素材料に対し典型的に実現される２．５ｃｍ／秒の切断速度を大幅に上廻る。ＣＯ２レーザの使用が厚さ３００μｍのＥＦＧ管にのみ制限されないことが分かった。このように、更なる非限定的な一例として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザにて可能な速度よりも著しく速い速度で１００μｍ乃至１ｃｍの範囲の厚さを有するＥＦＧ成長けい素管を切断するため、本明細書に開示したものと同一型式のレーザを使用することができる。また、ＣＯ２レーザと共に使用されるより速い支援気体の流速は、切断したウェハのレーザビーム出口側部にて垢の外観となることを最小にする。
【００３４】
本発明は、多数の利点を有している。第一に、本発明は、脆弱な材料の加工物に加わる気体により付与される応力を減少させ、これによりこれらの加工物の損傷を回避する。更に、本発明は、音速よりも速い気体速度を使用することを許容し、これにより切断した加工物からの残留物の効果的な除去を保証する。図２に図示した先端に類似し又は同様の形状の先端を有するノズルを使用することは、実現されるより速い気体速度のため、好ましいが、一定の離間距離を保つことを目的とする場合、また、支援気体が加工物に対し殆ど又は全く力を加えないような離間距離が選ばれ、これにより、過剰な応力作用に起因する加工物の破断を避けようとする場合にも、図１に図示したノズルを使用することができる。ＥＦＧけい素管から矩形のウェハを切断することに関して本発明を説明したが、本発明は、また、けい素又はその他の脆弱又は丈夫な材料に対し同様の又は異なる切断過程を行うために使用することができる。このように、コントローラ９０は、例えば、丸形、六角形等のような、矩形以外の多岐に亙る切断パターンに従ってレーザが加工物を切断するようにプログラム化することもできる。別の利点は、本発明はウェハ又はその他の製品を加工物から切断することにのみ限定されるものではなく、レーザは、例えば、装飾又はその他の目的のため、加工物に穴及び（又は）スリットのパターンを形成するために使用することができる点である。更なる利点は、本発明は、Ｎｄ：ＹＡＧ及びＣＯ２レーザと共に使用することに限定されない点である。このように、例えば、本発明は、銅蒸気レーザによる材料の切断を容易にするためにも使用することができる。更なる別の利点は、当該技術分野の当業者に明らかであろう。
【００３５】
本発明は、図示し又は上記に記載した以外の形態で実施することができる。この点に関して、図２に図示したような先端を有するノズルを提供するとき、排出オリフィスの形状及び寸法、特に、表面３２、３４、３６、３８、４２、４４の寸法及び配置角度並びにその互いの接合部は、本発明の原理から逸脱せずに改変が可能であることを理解すべきである。全体的な流速を増し且つ（又は）零の正味力の状態が実現される離間距離を変更するため、排出オリフィスの形状及び寸法を変更することができる。上述したように、焦点合わせレンズ装置７２の周縁を密閉シールによって管状部材６８に取り付け、レンズ装置が支援気体の逆流に対する障壁として機能することを可能にする。１つの代替的な例として、焦点合わせレンズ装置の前方にてノズル内に取り付けられた、レーザビームに対して透過性の窓部が設けられ、該窓部は、管状部材６８に対して密閉的に密封され、このため、レーザに向けた支援気体の逆流に対する障壁として機能するようにすることが考えられる。この代替例は、レンズ装置７２を密閉的に密封することを不要にし、これにより、その取り外し及び取り付けを容易にするような仕方にてレンズ装置７２を取り付けることを許容する。
【００３６】
また、気体支援型ノズルを支持し且つ移動させるため、図４及び図５に概略図的に示した装置は、色々な形態をとることができ、例えば、１９８７年４月２１日付けで発行された米国特許第４，６５９，９００号、１９８８年３月１日付けで発行された米国特許第４，７２８，７７１号、１９９８年５月２６日付けで発行された米国特許第５，７５６，９６１号に示された装置にて置換することも考えられる。また、レーザ気体ノズルを３軸動作支持テーブルに取り付けることに代えて、加工物を２軸（Ｘ及びＹ軸）動作テーブルに取り付け且つ気体支援型レーザノズルを単軸（Ｚ軸）動作支持体に取り付け、２軸動作テーブルを作動させて、加工物をレーザノズルに対して動かし、また、単軸動作支持体を使用して、上述したような実質的に零正味力の状態を発生させ得るように計算した所望の離間距離を確立することができる。ノズルと加工物との間に相対的動作を提供する更なる他の構成は、上記の説明から及び１９８５年３月５日付けで発行された米国特許第４，５０３，３１３号からも当該技術分野の当業者に明らかであろう。別の可能な改変は、例えば、光学自動焦点合わせシステムのような、当該技術分野の当業者に既知の何らかのその他の型式の自動焦点合わせ手段にて、容量型自動焦点合わせ手段を置換するものである。更なる他の変更及び改変は、上述の説明から当該技術分野の当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の気体支援型ノズルの先端の断面図である。
【図２】
本発明を具体化する１つの好ましい形態のノズルの先端の断面図である。
【図３】
図２に図示した先端の形態を有するノズルを使用して流動する支援気体により選んだ加工物に加えられる力に対する離間距離の効果を示すプロット図である。
【図４】
本発明に従ってけい素管からウェハを切断するときに使用されるレーザ切断装置の概略図（特定の部分は切欠き又は断面図で図示）である。
【図５】
図４の装置を作動させ且つ制御するシステムの概略図である。
【図３】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年9月27日(2001.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
レーザビームが通過し得る通路と、
加圧された支援気体を前記通路に導入する少なくとも１つのポートと、
前記支援ガスを排出し且つ前記レーザビームが前記ノズルから選択された加工物に向けて放出されるのを許容するための出口オリフィスを前記通路の一端に有する先端と、
を備えたレーザノズルにおいて、
前記先端は、平坦な環状端面と、前記環状端面の外縁を取り囲み前記環状端面の外縁から延設された円錐形外面とを備え、
前記出口オリフィスは、
前記通路から延設され前記通路に連通する第一部分にして、第一の円錐形表面を備えた第一部分と、
前記第一部分と連通する第二部分にして、前記第一の円錐形表面から延設され前記第一の円錐形表面と同軸上にある実質的に一定直径の表面を有する第二部分と、
前記第二部分と連通する第三部分にして、前記第一部分の一定直径の表面から延設され前記第一部分の一定直径の表面と同軸上にあり且つ前記環状端面と交わる第二の円錐形表面を有する第三部分と、
を備え、
前記第一の円錐形表面の直径は前記環状端面からの距離が減少するにしたがって減少し、前記第二の円錐形表面の直径は前記環状端面からの距離が減少するにしたがって増大し、前記第二の円錐径表面は前記ノズルの中心軸に対して前記第一の円錐径表面よりも大きな角度を有するレーザーノズル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
請求項１７によるレーザノズルにおいて、前記第三部分の前記第二の円錐形表面は、前記中心軸に対して６３．６度の角度を有するレーザーノズル。
【国際調査報告】
2004510588.tif 000035