(57)【要約】【解決手段】  ハイブリッドレーザ加工装置１は、加工ヘッド６にレーザ光Ｌを発振するレーザ発振器４と、加工ヘッドに高圧液体を供給する液体供給手段５とを備えており、加工ヘッドの先端に設けられた噴射孔４８から液柱Ｗを噴射させると共に、この液柱にレーザ光を導光することで、被加工物２の切断を行うものとなっている。  被加工物に衝突した液柱は、加工ヘッドに向けて跳ね返るが、この液体は仕切部材４４によって遮られるので、加工ヘッドと仕切部材との間の気体通路内で液柱Ｗに向かう気流が乱されることは無く、液柱に沿って流通する気流により、液柱は拡散することなく被加工物まで到達する。【効果】  噴射孔と被加工物とが接近していても、安定した液柱を長く形成することができる。【選択図】  図２
2007029980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器とを備え、上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッド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に、上記液柱の通過する通過孔を穿設した仕切部材を設けて、上記被加工物から跳ね返った液体が加工ヘッドに到達するのを仕切部材で防止するとともに、該加工ヘッドと仕切部材との間に気体通路を形成することを特徴とするハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項２】
上記仕切部材を上記加工ヘッドの先端を覆う有底筒状の部材とし、該仕切部材側面に大気と連通する連通口を形成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【請求項３】
上記加工ヘッドの下端部に噴射孔よりも被加工物側に上記液柱を囲繞する壁面を形成し、上記液柱と上記壁面とによって形成された空間をエアポケットとすることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のハイブリッドレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッドレーザ加工装置に関し、詳しくは液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光するハイブリッドレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器とを備え、上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッドレーザ加工装置が知られている。（特許文献１）
そしてこのようなハイブリッドレーザ加工装置では、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、噴射孔と被加工物との間隔は、噴射される液柱が安定している範囲内で定めなければならない。
【特許文献１】特表平１０−５００９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、液柱を安定して形成するには、該液柱に沿って被加工物に向かう気流が必要であり、この気流は、液柱の噴射により液柱の周囲の気体が該液柱に沿って移動することで発生し、またこの気流が発生すると、その周囲の気体が液柱に向けて引っ張られ、液柱に向かう気流が発生する。
また、ハイブリッドレーザ加工装置を用いて半導体ウエハなどを切断する際において、噴射する液柱の径を細くして切断幅を狭くすることが求められているが、液柱の径に対して液柱を安定した状態で保つことのできる長さには相関関係があり、このため液柱の径を細くするには噴射孔と被加工物とを接近させなければならない。
しかしながら、あまりに噴射孔と被加工物とを接近させてしまうと、被加工物に衝突した液柱が跳ね返り、跳ね返った液体が噴射孔の周囲に到達して、液柱に向けて流れる噴射孔近傍の気流が乱れ、その結果、液柱に沿って流れる気流も乱れてしまうことから、安定した液柱を得ることができなくなってしまう。
このような問題に鑑み、本発明は噴射孔と被加工物とが接近していても、安定した液柱を長く形成することの可能なハイブリッドレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、本発明におけるハイブリッドレーザ加工装置は、噴射孔を有する加工ヘッドと、当該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器とを備え、上記液体供給手段から供給された液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光して、被加工物の加工を行うハイブリッド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に、上記液柱の通過する通過孔を穿設した仕切部材を設けて、上記被加工物から跳ね返った液体が加工ヘッドに到達するのを仕切部材で防止するとともに、該加工ヘッドと仕切部材との間に気体通路を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、上記仕切部材を設けることで、被加工物に跳ね返った液体が噴射孔の周囲に到達しなくなり、加工ヘッドと仕切部材との間に形成された気体通路内を流通する気流が乱されることはないので、噴射孔と被加工物とを接近させても、安定した液柱を長く形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図示実施例について説明すると、図１には本発明にかかるハイブリッドレーザ加工装置１を示し、液体の噴射により形成した液柱Ｗにレーザ光Ｌを導光することで、被加工物２を所要形状に切断加工する装置となっている。
このハイブリッドレーザ加工装置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、これらは図示しない制御手段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、上記被加工物２を加工ヘッド６に対して水平方向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するようにされている。
本実施例では、上記被加工物２として板厚の薄い半導体ウエハを切断加工し、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切断加工することができる。また、切断加工や穴明け加工のほかにも、被加工物２表面に対して溝加工を行うことも可能である。
【０００７】
上記レーザ発振器４はＹＡＧレーザ発振器であり、加工に応じてＣＷ発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期等の加工条件を適宜調整できるようになっている。
レーザ発振器４と加工ヘッド６との間には、レーザ光Ｌを遮断するシャッタ手段１１と、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１２と、照射されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１３とが設けられている。
上記シャッタ手段１１は上記制御手段によって制御され、図示しない駆動手段によりレーザ光Ｌの光路上と光路外とを往復動する反射ミラー１１ａと、当該反射ミラー１１ａによって反射したレーザ光Ｌのエネルギーを吸収するダンパ１１ｂとを備えている。
上記反射ミラー１１ａをレーザ光Ｌの光路上に位置させると、レーザ光Ｌは当該反射ミラー１１ａに反射し、当該レーザ光のエネルギーが上記ダンパ１１ｂに吸収される。
一方、反射ミラー１１ａをレーザ光Ｌの光路外に移動させると、レーザ光Ｌは上記反射ミラー１２で反射した後、集光レンズ１３を介して上記加工ヘッド６へと照射される。
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レーザ発振器のように発振されるレーザ光Ｌが水に吸収されやすい波長である場合には、加工ヘッド６より噴射される液体をレーザ光Ｌが吸収にくい液体にすればよい。
【０００８】
次に、液体供給手段５は、水を貯溜する貯水タンク２１と、貯水タンク２１に貯溜された水を加工ヘッド６に向けて送液するポンプ２２とを備え、これらは導管２３によって相互に接続されている。
上記貯水タンク２１は給水源２４に接続されており、給水源２４と貯水タンク２１とを接続する導管２３には、給水源２４からの水の供給を制御する開閉弁２５と、給水源２４から供給される水に含有される異物を除去する余水フィルタ２６とを備えている。
上記ポンプ２２と加工ヘッド６との間には、上流側のポンプ２２側から順に、ポンプ２２への水の逆流を防止する逆止弁２７、送液される水の脈動を防止し、加工ヘッド６内に高圧の水を供給するアキュムレータ２８、水内の異物を除去するフィルタ２９、上記制御手段によって開閉が制御される第１電磁弁３０が設けられている。
また、給水源２４から貯水タンク２１までの導管２３と、ポンプ２２から加工ヘッド６までの導管２３とは、平行する２本の導管２３によって接続されており、一方の導管２３には第２電磁弁３１が、他方の導管２３には圧力調整弁３２が設けられている。
上記第２電磁弁３１はハイブリッドレーザ加工装置１を停止させる際などに、ポンプ２２からの液体を貯水タンク２１に戻すために使用され、また圧力調整弁３２はポンプ２２から加工ヘッド６までの導管２３内部の圧力を一定に保つために設けられている。
【０００９】
図２は加工ヘッド６の拡大図を示しており、該加工ヘッド６は、上記移動手段によって移動するハウジング４１と、ハウジング４１の下部に設けられた噴射ノズル４２と、噴射ノズル４２と上記集光レンズ１３との間に設けられた透明なガラス板４３と、上記噴射ノズル４２の下方に設けられた仕切部材４４とを備えている。
上記ハウジング４１の側面には、上記ガラス板４３および噴射ノズル４２との間に形成された液体通路４５に連通すると共に、上記導管２３に接続される接続口４１ａが設けられており、上記液体供給手段５から供給された液体は接続口４１ａから液体通路４５内に流入した後、上記噴射ノズル４２から液柱Ｗとなって噴射されることとなる。
上記噴射ノズル４２は、ハウジング４１の下端部に嵌合するステー４６の中央に固定されており、このステー４６は上記ハウジング４１の下面にリング状の固定部材４７によって固定されている。
この噴射ノズル４２の中央には噴射孔４８が形成され、この噴射孔４８は集光レンズ１３側に形成されて被加工物２に向けて縮径する第１傾斜面４８ａと、この第１傾斜面４８ａの最小径部４８ｂより被加工物２側に向けて拡径する第２傾斜面４８ｃとから構成されている。
そして、上記噴射ノズル４２の下方には上記ステー４６および固定部材４７を貫通する貫通孔４６ａ、４７ａが形成され、この貫通孔４６ａ、４７ａの径は噴射ノズル４２の外径よりも小径で、かつ上記第２傾斜面４８ｃの下端部の径よりも大径に設定されている。
上記ガラス板４３は上記噴射ノズル４２と集光レンズ１３との間に位置し、上記ハウジング４１にナット４９を用いて固定されており、上記液体通路４５の液体が該ガラス板４３よりも上方の空間に漏出するのを防止し、また集光レンズ１３によって集光されたレーザ光Ｌが透過するようになっている。
【００１０】
上記仕切部材４４は、中央に通過孔４４ａの穿設された円形の板状部材であり、上記固定部材４７の下面に４本の円筒状のスペーサ５０を介してボルト５１によって固定されている。
この仕切部材４４により、該仕切部材４４と固定部材４７との間には気体通路５２が形成され、この気体通路５２は、上記隣接するスペーサ５０の間を介して大気に連通するようになっている。
上記通過孔４４ａは下方に向けて拡径する面取形状を有し、このうち通過孔４４ａにおける噴射ノズル４２側の径は、上記液柱Ｗに沿って被加工物２に向けて流通する気流を阻止しない程度の径で、かつその径が大きくなり過ぎないように設定されている。本実施例では噴射される液柱の径が５０μｍの場合、該通過孔４４ａの径を０．５ｍｍ〜５ｍｍとしている。
また、通過孔４４ａを下方に向けて拡径する面取形状とすることで、仕切部材４４に付着した液体が通過孔４４ａに沿って下方に移動する際に、次第に液柱Ｗから離隔して液柱Ｗに触れないようにされている。
【００１１】
このような構成を有するハイブリッドレーザ加工装置１の動作について説明する。
最初に、ハイブリッドレーザ加工装置１を始動させると、制御手段は液体供給手段５を制御し、上記ポンプ２２によって貯水タンク２１内の水を加工ヘッド６に向けて送液を開始する。なお、貯水タンク２１には予め給水源２４より十分な量の水が供給されている。
そして、上記ポンプ２２によって送液された水は、逆止弁２７を通過した後、アキュムレータ２８内に流入し、アキュムレータ２８が水で充満されると、さらにフィルタ２９及び第１電磁弁３０を通過し、上記加工ヘッド６の接続口４１ａを介して液体通路４５に流入する。
その後、水が液体通路４５内に充満すると、水は上記噴射ノズル４２の噴射孔４８から噴射され、噴射された水は液柱Ｗとなって被加工物２に到達する。
これと並行して、制御手段はレーザ発振器４を制御し、レーザ発振器４はレーザ光Ｌの発振を開始する。このとき、上記シャッタ手段１１の反射ミラー１１ａは発振されたレーザ光Ｌの光路上に位置しており、レーザ光Ｌは反射ミラー１１ａによってダンパ１１ｂに案内され、レーザ光Ｌのエネルギーは吸収される。
噴射孔４８より噴射される液柱Ｗが安定した状態となると、制御手段は直ちにシャッタ手段１１を制御して反射ミラー１１ａをレーザ光Ｌの光路外に移動させ、これによりレーザ光Ｌは反射ミラー１２に反射した後、集光レンズ１３によって集光される。
集光されたレーザ光Ｌはガラス板４３および液体通路４５内の液体を通過し、さらに噴射孔４８の第１傾斜面４８ａで反射して液柱Ｗ内に導光され、その後液柱Ｗ内で反射を繰り返しながら、被加工物２に照射される。
【００１２】
ここで、上記噴射孔４８より噴射された液柱Ｗの周囲には、上記ステー４６および固定部材４７に形成された貫通孔４６ａ、４７ａの内壁面との間に空間が形成されており、この空間はいわゆるエアポケットＰとして機能する。
つまり、液柱Ｗが噴射孔４８より噴射されると、液柱Ｗの周囲には液柱Ｗに沿って被加工物２へと流れる気流が発生し、これに伴って固定部材４７の下方には液柱Ｗに向けて流れる気流が発生する。
この固定部材４７の下方に発生した気流の一部は、矢印Ａのように一旦上記エアポケットＰ内に流入すると該エアポケットＰの上端部で反転し、その後液柱Ｗに沿って被加工物２側へと流れてゆく。
そして、この液柱Ｗに沿って被加工物２に向けて流れる気流により、噴射孔４８から噴射された液柱Ｗはしばらくの間拡散せずに安定した状態を保ち、その間レーザ光Ｌは液柱Ｗ内で良好に反射する。
ここで、上記液柱Ｗの太さと、噴射孔４８から噴射された液柱Ｗが拡散するまでの距離（安定長）とを実際に測定したところ、噴射される液柱Ｗの圧力を１３ＭＰａとしたとき、液柱径＝１００μｍで安定長＝約９０ｍｍ、液柱径＝７０μｍで安定長＝約６０ｍｍ、液柱径＝５０μｍで安定長＝約４０ｍｍであった。なおこの安定長は、液柱Ｗの圧力を高くすることで伸ばすことができる。
【００１３】
このようにして噴射孔４８より噴射された液柱Ｗは被加工物２に到達するが、このとき、被加工物２に溝加工を行う場合や、当該液柱Ｗが被加工物２を貫通していない場合、液柱Ｗは被加工物２で衝突して飛散した液体は上方に跳ね返ってしまう。
従って、本来ならば跳ね返った液体は固定部材の下面にまで到達することとなるが、本実施例の場合、跳ね返った液体は上記仕切部材４４によって阻まれるので、固定部材４７の下面まで到達することはない。
このように、上記仕切部材４４によって跳ね返る液体が固定部材４７に到達してしまうのを防止することで、上述した液柱Ｗに向けて流れる気流が当該液体によって乱れるのを防止することができ、液柱Ｗに沿って流れる気流が乱れて液柱Ｗが拡散してしまうのを防止することができる。
これに対し、特許文献１のように仕切部材４４を設けないで液柱Ｗを噴射すると、被加工物２で跳ね返った液体が固定部材４７の下面にまで達し、この液体により液柱Ｗに向けて流れる気流が乱れ、液柱Ｗに沿って流れる気流も乱れることから、安定した液柱Ｗを噴射することができなくなってしまう。
このため、従来のハイブリッドレーザ加工装置１では、加工ヘッド６と被加工物２との距離を、跳ね返る液体の到達する高さよりも長くし、その分液柱Ｗの太さを太くして液柱Ｗが安定して到達する距離を長くしなければならず、切断幅が広くなって半導体ウエハの歩留まりを低下させる要因となっていた。
しかも、上記仕切部材４４と固定部材４７との間に形成された気体通路５２は、隣接するスペーサ５０の間によって大気と連通しているので、気体通路５２内の気流を安定して得ることができ、気体の流量不足により気流が乱れて液柱Ｗが拡散してしまうといった問題が生じることはない。
【００１４】
次に、図３に示す本発明の第２の実施例について説明する。なお、この第２の実施例では、上記仕切部材４４の構成が異なるだけであるので、第１の実施例と同じ部材等については説明を省略する。
本実施例の仕切部材４４は、有底筒状の部材であって、上記加工ヘッド６の下面を覆うように固定され、当該仕切部材４４の下面中央には、上記第１の実施例と同様の通過孔４４ａが穿設されている。
また、仕切部材４４の側面には複数の連通口４４ｂが穿設されており、仕切部材４４内部に形成された気体通路５２を大気に連通させるようになっている。
このような構成により、上記噴射孔４８より液柱Ｗが噴射されると、気体通路５２の気体が液柱Ｗに沿って被加工物２へと流れる気流となり、このとき上記連通口４４ｂより気体通路５２へと大気が流入するので、気体の流量不足によって、気流が乱れて液柱Ｗが拡散してしまうこともない。
そして、通過孔４４ａを通過した液柱Ｗが被加工物２に衝突しても、跳ね返った液体は仕切部材４４の下面に当るので、気体通路５２の気流は乱れず、上記第１の実施例と同様、加工ヘッド６と被加工物２とを接近させた状態で被加工物２の加工をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例におけるハイブリッドレーザ加工装置の配置図。
【図２】加工ヘッドについての拡大断面図。
【図３】第２の実施例における加工ヘッドの拡大断面図。
【符号の説明】
【００１６】
１  ハイブリッドレーザ加工装置            ２  被加工物
４  レーザ発振器                          ５  高圧ポンプ
６  加工ヘッド                            ４２  噴射ノズル
４４  仕切部材                            ４４ａ  通過孔
４８  噴射孔                              ５２  気体通路
Ｌ  レーザ光                              Ｐ  エアポケット
Ｗ  液柱
【図１】
2007029980.tif 000003
【図２】
2007029980.tif 000004
【図３】
2007029980.tif 000005