(57)【要約】【課題】ドリルを用いて細い穴を被加工物に容易に開けることができる被加工物の加工方法を提供する。【解決手段】先ず、板状の被加工物に形成する穴を設定する。次に、パルスレーザー光線により開口前の穴に補助加工領域を形成する。例えば、レーザー光線照射手段は、開口前の穴の内周に沿って周方向に連続してパルスレーザー光線を照射し、被加工物に円筒状の補助加工領域を形成する。例えば、レーザー光線照射手段は、被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、被加工物の厚み方向における全域に渡って連続する改質層を形成することで、円筒状の補助加工領域を形成する。最後に、補助加工領域が形成された穴に対してドリル穴開け装置により穴を開ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の被加工物にドリルで穴を形成する被加工物の加工方法であって、
形成する穴の直径及び位置を設定する準備ステップと、
該準備ステップで設定した穴の内周に沿ってパルスレーザー光線を照射し、被加工物に環状又は円筒状の補助加工領域を形成する補助加工ステップと、
該補助加工ステップを実施した後、該準備ステップで設定した穴の直径に対応した直径のドリルで、補助加工した領域を除去しつつ被加工物に穴を形成する穴形成ステップと、を備えることを特徴とする被加工物の加工方法。
【請求項２】
該補助加工ステップでは、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を用い、被加工物に改質層を形成することを特徴とする請求項１記載の被加工物の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に穴を開ける加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板やガラス基板、セラミックス基板等、板状の被加工物に細い穴（貫通穴又は盲穴）を形成する技術は各種ある。昨今では医療系の分野における需要で、非常に細いφ２００μｍ以下の穴を形成するという加工がある。このような非常に細い穴に例えば血液等の検体を供給し、流れている状態から血液中の赤血球の状態を観察する（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１７３４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような細い穴をシリコンやガラス等からなる基板に形成するには、ドリルを用いた場合、基板との抵抗やドリルの直径が小さいため周速が上がらず、加工に長時間かかったり、穴を開けることができなかったりする課題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ドリルを用いて細い穴を被加工物に容易に開けることができる被加工物の加工方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る被加工物の加工方法は、板状の被加工物にドリルで穴を形成する被加工物の加工方法であって、形成する穴の直径及び位置を設定する準備ステップと、該準備ステップで設定した穴の内周に沿ってパルスレーザー光線を照射し、被加工物に環状又は円筒状の補助加工領域を形成する補助加工ステップと、該補助加工ステップを実施した後、該準備ステップで設定した穴の直径に対応した直径のドリルで、補助加工した領域を除去しつつ被加工物に穴を形成する穴形成ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記被加工物の加工方法において、該補助加工ステップでは、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を用い、被加工物に改質層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の被加工物の加工方法は、開口前の穴に対してパルスレーザー光線により補助加工を行い、その後、ドリルで穴を開けるので抵抗が低減し、ドリルにより容易に細い穴を開けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１に係る被加工物の加工方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、実施形態１に係る形成する穴の設定例を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す上面図である。
【図５】図５は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す断面図である。
【図６】図６は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その１）を示す斜視図である。
【図７】図７は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その２）を示す断面図である。
【図８】図８は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その３）を示す断面図である。
【図９】図９は、実施形態２に係る被加工物の加工方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施形態２に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態２に係るドリルによる穴形成例（その１）を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態２に係るドリルによる穴形成例（その２）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１１】
〔実施形態１〕
実施形態１に係る被加工物の加工方法について説明する。図１は、実施形態１に係る被加工物の加工方法を示すフローチャートである。図２は、実施形態１に係る形成する穴の設定例を示す斜視図である。図３は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す斜視図である。図４は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す上面図である。図５は、実施形態１に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す断面図である。図６は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その１）を示す斜視図である。図７は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その２）を示す断面図である。図８は、実施形態１に係るドリルによる穴形成例（その３）を示す断面図である。
【００１２】
実施形態１に係る被加工物の加工方法は、準備ステップと、補助加工ステップと、穴形成ステップとを備えている。実施形態１では、レーザー加工装置１と、ドリル穴開け装置２とを用いて被加工物Ｗを加工する。
【００１３】
準備ステップでは、板状の被加工物Ｗに形成する穴Ｐ１をレーザー加工装置１に設定する（図１に示すステップＳ１）。レーザー加工装置１は、被加工物Ｗを保持するチャックテーブル１１と、パルスレーザー光線Ｌ１を照射するレーザー光線照射手段１２と、図示しない入力手段とを備えている。オペレータは、入力手段を操作し、図２に示すように、被加工物Ｗに形成する穴Ｐ１の直径及び位置を設定する。穴Ｐ１の直径は、５０μｍ〜２００μｍ程度であり、さらには、５０μｍ〜１００μｍ程度でもよい。穴Ｐ１の位置は、所定のピッチ間隔で被加工物Ｗに複数個形成されるように設定される。穴Ｐ１は、貫通穴であってもよいし、貫通していない盲穴であってもよい。実施形態１では、穴Ｐ１は貫通穴を形成するものとして説明する。被加工物Ｗは、例えば、シリコン基板やガラス基板、セラミックス基板等である。被加工物Ｗは、矩形状に形成され、厚さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００１４】
補助加工ステップでは、図３に示すように、パルスレーザー光線Ｌ１により穴Ｐ１に補助加工領域Ｔ１を形成する（ステップＳ２）。例えば、チャックテーブル１１により保護部材Ｑを介して被加工物Ｗを保持し、被加工物Ｗの位置合わせを行う。そして、チャックテーブル１１に保持された被加工物Ｗに対して、図４に示すように、準備ステップで設定した開口前の穴Ｐ１の内周に沿って周方向に連続してレーザー光線照射手段１２からパルスレーザー光線Ｌ１を照射し、被加工物Ｗに円筒状の補助加工領域Ｔ１を形成する。例えば、レーザー光線照射手段１２は、図５に示すように、被加工物Ｗに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線Ｌ１を用い、被加工物Ｗの厚み方向における全域に渡って連続する改質層Ｍを形成することで、円筒状の補助加工領域Ｔ１を形成する。例えば、厚さ１ｍｍのガラス基板に補助加工領域Ｔ１を形成する場合、パルスレーザー光線Ｌ１の送り速度は、９００ｍｍ／ｓ程度で、パス数は、１５〜２０程度である。なお、被加工物Ｗの面方向に伸展する改質層Ｍの広がりは、５μｍ〜２０μｍ程度である。このため、図４に示すパルスレーザー光線Ｌ１の照射軌跡Ｎのように、伸展した改質層Ｍが、開口前の穴Ｐ１の内周におさまる位置にパルスレーザー光線Ｌ１を照射する。
【００１５】
ここで、改質層Ｍとは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味し、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、及びこれらの領域が混在した領域等である。
【００１６】
穴形成ステップでは、補助加工領域Ｔ１が形成された穴Ｐ１に対してドリル穴開け装置２により穴Ｐ１を開ける（ステップＳ３）。ドリル穴開け装置２は、図６及び図７に示すように、被加工物Ｗに穴Ｐ１を開けるドリル２１と、被加工物Ｗを保持するチャックテーブル２２と、被加工物Ｗに加工液Ｆを供給する加工液供給手段２３とを備えている。ドリル穴開け装置２のドリル２１の直径は、穴Ｐ１の直径と対応し、穴Ｐ１の直径と略同じ長さである。ドリル穴開け装置２は、チャックテーブル２２により被加工物Ｗを保持し、被加工物Ｗの位置合わせを行う。そして、ドリル穴開け装置２は、加工液供給手段２３により加工液Ｆを穴Ｐ１に供給しながら、ドリル２１により穴Ｐ１の補助加工領域Ｔ１を除去しつつ被加工物Ｗを貫通する穴Ｐ１を開ける。なお、ドリル２１は、例えば、円柱状の金属にダイヤモンドがコーティングされたものが用いられる。
【００１７】
以上のように、実施形態１に係る被加工物の加工方法によれば、開口前の穴Ｐ１に対してパルスレーザー光線Ｌ１により円筒状の補助加工領域Ｔ１を形成し、その後、ドリル２１で穴Ｐ１を開けるので、補助加工領域Ｔ１によりドリル２１と被加工物Ｗとの抵抗を低減させることができる。これにより、ドリル２１の周速を一定に保つことができ、加工不良や加工時間が延びることを抑制できる。従って、図８に示すように、ドリル２１により容易に細い穴Ｐ１を被加工物Ｗに開けることができる。
【００１８】
また、ドリル２１によって穴Ｐ１の内周面が研磨されるため、従来のようにレーザー光線で部分的に溶解して穴を開ける場合と比較して、開口後の穴Ｐ１の内部に汚れが付着せず、穴Ｐ１の内周面が平滑面となり、試料が効果を発揮しやすくできる。
【００１９】
また、従来のようにエッチングにより穴を開けると、マスクやエッチング装置、廃液処理などにコストがかかるが、本発明では、レーザー加工装置１とドリル穴開け装置２とを用いる簡易な構成で実現できるため、コストを削減できる。
【００２０】
〔実施形態１の変形例〕
実施形態１に係る被加工物の加工方法の変形例について説明する。被加工物Ｗの厚み方向における全域に渡って連続する改質層Ｍを形成する例を説明したが、これに限定されない。例えば、被加工物Ｗの厚み方向において被加工物Ｗの一部に改質層Ｍを形成し、被加工物Ｗを貫通する穴Ｐ１を形成してもよい。また、被加工物Ｗの厚み方向において被加工物Ｗの一部に改質層Ｍを形成し、被加工物Ｗを貫通しない盲穴としてもよい。
【００２１】
また、補助加工領域Ｔ１は、開口前の穴Ｐ１の周方向に連続してパルスレーザー光線Ｌ１を照射して形成したが、これに限定されない。例えば、補助加工領域Ｔ１は、穴Ｐ１の周方向に所定の間隔をあけてパルスレーザー光線Ｌ１を照射して形成してもよい。
【００２２】
また、レーザー加工装置１とドリル穴開け装置２とを別々の装置としたが、１つの装置としてもよい。この場合、当該装置は、少なくとも、レーザー光線照射手段１２と、ドリル２１とを備える。
【００２３】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る被加工物の加工方法について説明する。図９は、実施形態２に係る被加工物の加工方法を示すフローチャートである。図１０は、実施形態２に係るパルスレーザー光線による補助加工例を示す断面図である。図１１は、実施形態２に係るドリルによる穴形成例（その１）を示す断面図である。図１２は、実施形態２に係るドリルによる穴形成例（その２）を示す断面図である。
【００２４】
実施形態２は、環状の補助加工領域Ｔ２を形成し、被加工物Ｗを貫通しない穴Ｐ２を形成する点で実施形態１と異なる。実施形態２に係る被加工物の加工方法は、準備ステップと、補助加工ステップと、穴形成ステップとを備えている。
【００２５】
準備ステップでは、レーザー光線照射手段１２の入力手段により被加工物Ｗに形成する穴Ｐ２を設定する（図９に示すステップＳ１１）。補助加工ステップでは、パルスレーザー光線Ｌ２により穴Ｐ２に補助加工領域Ｔ２を形成する（ステップＳ２１）。例えば、レーザー加工装置１のチャックテーブル１１により保護部材Ｑを介して被加工物Ｗを保持し、被加工物Ｗの位置合わせを行う。そして、チャックテーブル１１に保持された被加工物Ｗに対して、図１０に示すように、準備ステップで設定した開口前の穴Ｐ２の内周に沿って周方向に連続してレーザー光線照射手段１２からパルスレーザー光線Ｌ２を照射し、被加工物Ｗに環状の補助加工領域Ｔ２を形成する。例えば、レーザー光線照射手段１２は、被加工物Ｗに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線Ｌ２を用い、被加工物Ｗの厚み方向において被加工物Ｗの一部を加工した加工溝Ｄを形成することで、環状の補助加工領域Ｔ２を形成する。
【００２６】
穴形成ステップでは、補助加工領域Ｔ２が形成された穴Ｐ２に対してドリル穴開け装置２により穴Ｐ２を開ける（ステップＳ３１）。例えば、ドリル穴開け装置２は、チャックテーブル２２により被加工物Ｗを保持し、被加工物Ｗの位置合わせを行う。そして、ドリル穴開け装置２は、図１１に示すように、加工液供給手段２３により加工液Ｆを穴Ｐ２に供給しながら、ドリル２１により穴Ｐ２の補助加工領域Ｔ２を除去しつつ被加工物Ｗを貫通しない穴Ｐ２を開ける。
【００２７】
以上のように、実施形態２に係る被加工物の加工方法によれば、開口前の穴Ｐ２に対してパルスレーザー光線Ｌ２により環状の補助加工領域Ｔ２を形成し、その後、ドリル２１で穴Ｐ２を開けるので、補助加工領域Ｔ２によりドリル２１と被加工物Ｗとの抵抗を低減させることができる。これにより、ドリル２１の周速を一定に保つことができ、加工不良や加工時間が延びることを抑制できる。従って、図１２に示すように、ドリル２１により容易に細い穴Ｐ２を被加工物Ｗに開けることができる。
【００２８】
また、ドリル２１によって穴Ｐ２の内周面が研磨されるため、従来のようにレーザー光線で部分的に溶解して穴を開けるのと比較して、開口後の穴Ｐ２の内部に汚れが付着せず、穴Ｐ２の内周面が平滑面となり、試料が効果を発揮しやすくできる。
【００２９】
〔実施形態２の変形例〕
実施形態２に係る被加工物の加工方法の変形例について説明する。環状の補助加工領域Ｔ２を形成後、被加工物Ｗを貫通しない穴Ｐ２を開ける例を説明したが、これに限定されない。例えば、環状の補助加工領域Ｔ２を形成後、被加工物Ｗを貫通する貫通穴を形成してもよい。
【００３０】
また、補助加工領域Ｔ２は、穴Ｐ２の周方向に連続してパルスレーザー光線Ｌ２を照射して形成したが、これに限定されない。例えば、補助加工領域Ｔ２は、穴Ｐ２の周方向に所定の間隔をあけてパルスレーザー光線Ｌ２を照射して形成してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１２  レーザー光線照射手段
２１  ドリル
２３  加工液供給手段
Ｐ１，Ｐ２  穴
Ｌ１，Ｌ２  パルスレーザー光線
Ｔ１，Ｔ２  補助加工領域
Ｑ  保護部材
Ｍ  改質層
Ｄ  加工溝
Ｎ  照射軌跡
【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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