(57)【要約】【解決手段】  レーザ加工装置１は、噴射孔１４ａを有する噴射ノズル１４と、液体を加圧して供給する液体供給手段５と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器４と、該レーザ発振器４から発振されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ７とを備えており、上記液体供給手段５から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱Ｃを形成するとともに、上記集光レンズによって集光したレーザ光を上記液柱により導光して、被加工物２の加工を行うようになっている。  さらにレーザ加工装置１は、上記噴射ノズル１４より噴射される液体を帯電させる帯電電極１８と、上記噴射ノズルと被加工物との間に設けられるとともに、上記帯電された液体からなる液柱Ｃに作用して液柱Ｃの径を縮小させる吸引電極１９とを備えている。【効果】  被加工物の位置での液柱の径を細くすることができ、またアライメント調整を容易に行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を加圧して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、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱を形成するとともに、上記集光レンズによって集光したレーザ光を上記液柱により導光して、被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルより噴射される液体を帯電させる帯電電極と、上記噴射ノズルと被加工物との間に設けられるとともに、上記帯電された液体からなる液柱に作用して液柱の径を縮小させる吸引電極とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
上記噴射ノズルを保持する加工ヘッドの内部に、上記液体供給手段から噴射ノズルへと液体を供給する液体通路を形成するとともに、上記加工ヘッドを導電性材料から構成して帯電電極としたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
上記吸引電極は、上記液柱が通過する貫通孔が形成されるとともに、上記加工ヘッドにおける上記噴射ノズルの下方に絶縁部材を介して固定されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
上記液体を純水とするとともに、上記帯電電極を正の電極とし、上記吸引電極を負の電極とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記液体を電解液とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置に関し、詳しくは液体供給手段から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱を形成するとともに、集光レンズによって集光したレーザ光を上記液柱により導光して、被加工物の加工を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体供給手段から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱を形成するとともに、集光レンズによって集光したレーザ光を上記液柱により導光して、被加工物の加工を行うレーザ加工装置が知られている。
このようなレーザ加工装置では、上記液柱の径が加工幅となるため、より微細な加工を行うためには、この液柱の径を細くすることが求められる。
そこで上記レーザ加工装置として、上記噴射ノズルと被加工物における加工部分とを真空チャンバー内に収容して、液柱の周囲を真空状態とすることにより径の細い液柱であっても安定した状態を長く保つようにしたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２６４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記特許文献１の構成では、上記真空状態を形成するためのチャンバーが必要となるため、レーザ加工装置の構成が複雑になるという問題があり、また噴射ノズルから径の細い液柱を噴射しようとすると、上記液柱の内部にレーザ光を導光するためのアライメント調整を精密に行わなければならず、仮に光軸がずれた場合にはレーザ光によって噴射ノズルが損傷してしまうという問題が発生する。
このような問題に鑑み、本発明は被加工物の位置での液柱の径を細くするとともにアライメント調整が容易な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】
【０００５】
すなわち、本発明にかかるレーザ加工装置は、噴射孔を有する噴射ノズルと、液体を加圧して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、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光する集光レンズとを備え、
上記液体供給手段から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱を形成するとともに、上記集光レンズによって集光したレーザ光を上記液柱により導光して、被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
上記噴射ノズルより噴射される液体を帯電させる帯電電極と、上記噴射ノズルと被加工物との間に設けられるとともに、上記帯電された液体からなる液柱に作用して液柱の径を縮小させる吸引電極とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明によれば、上記噴射ノズルより噴射される液体を帯電させると、上記吸引電極との間にクーロン力が発生することから、上記液柱は吸引電極によって吸引されることとなり、液柱が噴射ノズルから被加工物に到達するまでの間にその径が縮小される。
その結果、被加工物には縮径された液柱によりレーザ光が導光されるため、加工幅を狭くすることができ、また液柱は被加工物の位置で細くなることから、この液柱にレーザ光を導光するためのアライメント調整を容易に行うことが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例にかかるレーザ加工装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１はレーザ加工装置１を示し、被加工物２を載置する加工テーブル３と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器４と、液体を加圧して供給する液体供給手段５と、上記液体供給手段から供給された液体を噴射ノズルから噴射させて液柱Ｃを形成するとともに、上記レーザ光Ｌを集光して上記液柱Ｃにより導光させるようにした加工ヘッド６とを備えている。
本実施例において、上記被加工物２は板厚の薄い半導体ウエハであって、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、切断加工のほかにも、被加工物２の表面に対して溝加工を行うことも可能である。
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。
また上記レーザ発振器４は固体レーザであり、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を適宜調整できるようになっている。
上記液体供給手段５は液体としての純水を加圧して上記加工ヘッド６に送液するようになっている。ここで、上記純水は電気伝導度が低く、通常の水よりも帯電しやすいことが知られている。
そして上記加工ヘッド６の上方には、上記レーザ発振器４より照射されたレーザ光Ｌを導光する図示しない反射ミラーと、該レーザ光Ｌを加工ヘッド６の内部に集光する集光レンズ７とが設けられている。
【０００９】
上記加工ヘッド６は、中空筒状のハウジング１１と、該ハウジング１１に固定されてレーザ光Ｌを透過させる石英ガラス１２と、該石英ガラス１２よりも被加工物２側に設けられたカライドノズル１３と、カライドノズル１３よりも被加工物２側に設けられて上記液体供給手段５から供給された液体を噴射させて液柱Ｃを形成する噴射ノズル１４と、これらカライドノズル１３および噴射ノズル１４をハウジング１１に固定するノズルホルダ１５とを備えている。
また上記加工ヘッド６の内部には、上記液体供給手段５より供給される液体を流通させる液体通路１６が形成されており、この液体通路１６は上記液体供給手段５に接続されている。
上記ハウジング１１の中央には上下に貫通する内部空間１１ａが穿設され、上記内部空間１１ａの上部には上記石英ガラス１２が液密に嵌合し、下部には上記ノズルホルダ１５が液密に嵌合している。
上記ノズルホルダ１５はリング状の部材であって、上記ハウジング１１の下面に螺合されるリング状の連結手段１７によって固定され、その上部には上記カライドノズル１３が嵌合し、該カライドノズル１３の下部には上記噴射ノズル１４が嵌合している。
【００１０】
上記カライドノズル１３の中央には下方に向けて縮径するテーパ状の反射孔１３ａが形成されており、この反射孔１３ａの内面にはレーザ光Ｌを反射させるためのメッキ加工や鏡面加工が施されている。
上記噴射ノズル１４は上記カライドノズル１３の下方に若干離隔した位置に設けられており、その中央には被加工物２に向けて拡径するテーパ状の噴射孔１４ａが形成されている。
そして上記噴射孔１４ａにおけるカライドノズル１３側の径は、上記反射孔１３ａにおける噴射ノズル１４側の径よりも小径となっており、本実施例では反射孔１３ａにおける噴射ノズル１４側の開口部を４０μｍとし、噴射孔１４ａにおけるカライドノズル１３側の開口部を５０μｍとしている。
上記液体通路１６は、上記ハウジング１１の内部空間１１ａにおける上記石英ガラス１２と噴射ノズル１４とに挟まれた空間と、該内部空間１１ａより側方に分岐した分岐通路１６ａとによって構成され、上記液体供給手段５からの液体は該分岐通路１６ａを介して内部空間１１ａへと流入するようになっている。
【００１１】
そして本実施例のレーザ加工装置１においては、上記噴射ノズル１４より噴射される液体の液柱Ｃの径を細くするため、上記噴射ノズル１４より噴射される液体を帯電させる帯電電極１８と、上記噴射ノズル１４と被加工物２との間に設けられた吸引電極１９と、これら帯電電極１８および吸引電極１９に電圧を印加する電源２０とを備えている。
本実施例において、上記加工ヘッド６を構成する上記ハウジング１１、ノズルホルダ１５、カライドノズル１３、噴射ノズル１４は、それぞれ導電性の材料によって製造されており、上記電源２０を上記ハウジング１１に接続することで、上記ハウジング１１、ノズルホルダ１５、カライドノズル１３、噴射ノズル１４を一体的に帯電電極１８として利用可能となっている。
上記吸引電極１９は導電性を有する金属によって製造されたリング状の部材となっており、吸引電極１９はセラミックなどからなるリング状の絶縁部材２１によって上記帯電電極１８より所定距離下方に固定され、さらに該吸引電極１９の中央には上記液柱Ｃを通過させるための貫通孔１９ａが設けられている。
上記電源２０は上記帯電電極１８に正の電圧を印加するように接続され、また上記吸引電極１９に負の電圧を印加するように接続されている。つまり、上記帯電電極１８は正の電極に、吸引電極１９は負の電極にそれぞれ該当するようになっている。
【００１２】
上記構成を有するレーザ加工装置１によれば、最初に上記液体供給手段５が上記加工ヘッド６の内部に形成された液体通路１６に液体としての純水を供給すると、液体通路１６の内部が純水によって充満され、上記噴射ノズル１４の噴射孔１４ａからは液体が噴射されることにより液柱Ｃが形成される。
この状態で上記電源２０が上記帯電電極１８としてのハウジング１１に正の電圧を印加すると、このハウジング１１に接しているノズルホルダ１５、カライドノズル１３、噴射ノズル１４が正の電極となり、これにより上記液体通路１６の内部を流通する純水に正の電荷が帯電することとなる。
また、上記純水がカライドノズル１３、噴射ノズル１４の内部を流通する間に、純水とこれらノズルとの間で流動摩擦が発生するため、この摩擦によっても上記純水に正の電荷が帯電するようになっている。
一方、上記吸引電極１９には電源２０によって負の電極となっていることから、上記噴射ノズル１４より噴射される正の電荷が帯電した純水と上記吸引電極１９との間にはクーロン力が作用することとなる。
その結果、噴射ノズル１４から噴射された液体による液柱Ｃの外周部分の速度が増速され、液柱Ｃは被加工物２側において小径となるようにテーパ状に引き伸ばされることとなる。
例えば、上記噴射ノズル１４における噴射孔１４ａの径を５０μｍとした場合、上記被加工物２に到達した液柱Ｃの径を１０μｍまで縮径することが可能となっている。
また、上記噴射ノズル１４の噴射孔１４ａは被加工物２に向けて拡径しており、またノズルホルダ１５における噴射ノズル１４の下方側には上記噴射孔１４ａに連続するテーパ状の貫通孔が形成されている。
このため、上記液柱Ｃの周囲にはエアポケットが形成され、液柱Ｃにおける液体の流速と周囲空気の流れとによる相対速度の相違を小さくし、液柱Ｃの流れを安定させるようにしている。
【００１３】
そして、上記液柱Ｃが噴射された状態で上記レーザ発振器４がレーザ光Ｌを照射すると、レーザ光Ｌは図示しない反射ミラーで反射した後上記集光レンズ７によって集光され、上記石英ガラス１２を透過して上記カライドノズル１３近傍に集光される。
上記カライドノズル１３では、その内部に形成された上記反射孔１３ａにレーザ光Ｌの一部は反射し、反射した一部のレーザ光Ｌと反射しないで通過したレーザ光Ｌとは、該反射孔１３ａの下部から上記噴射ノズル１４における噴射孔１４ａの上部に入射するようになっている。
なお、上記レーザ光Ｌを必ずしも反射孔１３ａで反射させる必要はなく、集光レンズ７が直接上記噴射ノズル１４の噴射孔１４ａの内部にレーザ光Ｌを集光するようにしてもよい。
このとき、上記反射孔１３ａにおける噴射ノズル１４側の径は、上記噴射孔１４ａにおけるカライドノズル１３側の径よりも小径となっているため、反射孔１３ａを通過したレーザ光Ｌは噴射ノズル１４の上面に照射されないようになっており、噴射ノズル１４がレーザ光Ｌによって損傷しないようになっている。
そして、集光されて上記液柱Ｃの内部に入射されたレーザ光Ｌは、該液柱Ｃを構成する液体とその外部の空気との境界面で反射を繰り返しながら被加工物２まで導光され、上記加工テーブル３が被加工物２を水平に移動させることで、被加工物２に対して所要の加工が行われる。
このとき、液柱Ｃは被加工物２側において小径となるように形成されていることから、レーザ光Ｌもこの液柱Ｃの径に従って徐々に照射範囲が狭くなった状態で被加工物２に照射される。
【００１４】
上記実施例によれば、上記帯電電極１８と吸引電極１９により上記液体を帯電させることで、噴射ノズル１４より噴射された液柱Ｃを被加工物２側が細くなるように形成することができる。
その結果、上記レーザ光Ｌによる被加工物２への照射範囲を狭くすることができるため、例えば上記被加工物２を切断する際における加工幅を細くすることができ、より微細な加工が可能となる。またレーザ光Ｌによる被加工物２への照射範囲が絞られるため、レーザ発振器４の出力を上げずに該照射範囲におけるレーザ光Ｌの強度を高くし、高速加工を行うことができる。
また上記液柱Ｃを細くするために、上記特許文献１のような真空状態を形成するための設備が不要となることから、レーザ加工装置１の装置の構成を簡易なものとすることができる。
さらに、上記液柱Ｃにおける被加工物２側の径を１０μｍまで縮小して細くすることができる一方、噴射ノズル１４側の径は５０μｍと相対的に大径であるため、上記レーザ光Ｌを液柱Ｃに入射させるためのアライメント調整は容易であり、加工ヘッド６における噴射ノズル１４とレーザ発振器４との位置あわせの際の余裕度を十分に確保することが可能となっている。
そして上記帯電電極１８については、上記加工ヘッド６を構成するハウジング１１、ノズルホルダ１５、噴射ノズル１４を導電性の材料として、これを電極とすればよいため、従来のレーザ加工装置１の構成を流用することが可能である。
【００１５】
なお、上記実施例では液体として帯電しやすい純水を使用しているが、例えば導電性が高く帯電しにくい塩水等の電解液の場合であっても、クーロン力による吸引作用は低くなるものの、全く作用しないわけではなく、むしろ電解液の濃度を変えて電気伝導度を変えることにより、クーロン力の作用を可変させて液柱Ｃの径を所要の径にすることが可能である。
この場合における帯電電極１８および吸引電極１９の極性は、上記実施例と異なり、帯電電極１８を負の電極、吸引電極１９を正の電極とすることもできる。
【符号の説明】
【００１６】
１  レーザ加工装置                  ４  レーザ発振器
５  液体供給手段                    ６  加工ヘッド
１４  噴射ノズル                    １４ａ  噴射孔
１８  帯電電極                      １９  吸引電極
２０  電源                          ２１  絶縁部材
【図１】
2012115865.tif 000003