JP2000237890A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 加工残滓を効率良く吸引、排出し、メン
テナンスの頻度が低減され連続操業を可能とすると共
に、高品質の製品の製造を可能とするレーザー加工装置
を提供すること。 【解決手段】 レーザー光を被加工物上に収束・結像さ
せる対物レンズと、前記対物レンズの下方に位置し被加
工物を載置する加工テーブルと、前記対物レンズを包囲
すると共にその内部が減圧されることにより加工に伴っ
て生じる残滓を吸引、排出する容体とを備えるレーザー
加工装置について、前記容体をレーザー光透過用の透過
孔を有する隔壁により上下２室に分割し、下室は減圧さ
れることにより残滓を吸引、排出するようにすると共
に、上室は気体を吸入し前記気体が前記透過孔を通過し
て下室で残滓と共に排出されるようにする。また、被加
工物と加工テーブルとの間に面状の超音波振動子を載置
することで、被加工物上の残滓の粗大化を防ぎ、残滓を
効率良く吸引することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工装置
に関する。特には、加工によって生じる残滓を効率良く
吸引、排除することで、対物レンズ交換に伴うメンテナ
ンスの頻度を減少させ、連続操業が可能なレーザー加工
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー加工は、レーザー光の優れた指
向性、集光性を利用した熱加工法であり、対物レンズに
より被加工物上にレーザー光を収束・結像させて局部的
に高密度の熱エネルギーを与え、被加工物を溶融・蒸発
させることで穴あけ、切断、溶接などを行うものであ
る。近年では、レーザー加工は微細加工が可能である点
から、ＩＣ、ＬＳＩのトリミング、パターン作成など半
導体製造分野での使用が増加している。

【０００３】ところで、レーザー加工においては、加工
に伴い蒸発する材料が煙状の残滓となって対物レンズ表
面に付着し、対物レンズの透過率を低下させることあ
る。そして、この汚染された対物レンズによって加工を
行っても、加工を困難とするだけでなく、光学素子の寿
命を短縮させるおそれがある。従って、レーザー加工装
置の運転に際しては、対物レンズの交換等のメンテナン
スが必要であり、メンテナンスの度に装置を止なければ
ならず、連続操業が不可能となることがある。また、残
滓が被加工物に降下し残留する場合もあり、この残滓は
製品の品質低下の要因となり得る。従って、加工後の製
品については洗浄が不可欠であるが、残滓の残留が顕著
となれば洗浄工程が煩雑となり得る。

【０００４】従来、この加工残滓の対策としては、内部
を減圧させることで加工に伴って生じる残滓を吸引、排
出させるようになっている容体を対物レンズ部分に設置
している。より具体的には、図２に示すように、対物レ
ンズ１を包囲するように側部に排気孔３を備える容体２
を設け、排気孔３から容体２の内部を真空に引いて減圧
させている。そして、加工テーブル４上に載置されてい
る被加工物５の表層の残滓を矢印Ｘで示すように吸引さ
せて、排気孔３から外部へ放出させることとしている。

【０００５】このような構成を有するレーザー加工装置
でも一応の効果はみられる。しかしながら、従来のレー
ザー加工装置では、残滓のすべてが排気孔３から抜けず
に残滓の一部が対物レンズに付着し、対物レンズの汚染
を完全に抑制できないことが予測される。

【０００６】これに対し、他の対策としては、図2にお
いて対物レンズを保護するための透明なガラス保護板を
対物レンズの直下に設置する構造も考えられている。し
かし、このような構造でもガラス保護板が残滓により汚
染されてしまうことから、ガラス保護板の交換が必要と
なり、対物レンズの汚染は防ぐことはできても、やはり
装置の連続操業が妨げられるという欠点がある。

【０００７】また、従来のレーザー加工装置において残
滓の吸引除去を困難とするものとして、被加工物上に落
下した残滓の問題がある。即ち、被加工物上に落下した
残滓が互いに結着して粗大化することにより、残滓の質
量が増大し、従来のレーザー加工装置では吸引力が不足
するというものである。

【０００８】このように、加工残滓の問題は、装置の連
続操業を妨げるのみならず製品品質へも重大な影響を及
ぼすものとして無視できないものである。とりわけ、半
導体分野では、これまで以上に微細な加工が要求されて
おり、そのため対物レンズと被加工物との距離を更に短
くして加工することが必要となることを考慮すると、従
来以上に効率良く加工残滓を除去することのできるレー
ザー加工装置が望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、加工残滓を
効率良く吸引、排出し、メンテナンスの頻度が低減され
連続操業を可能とすると共に、高品質の製品の製造を可
能とするレーザー加工装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、対物レン
ズの近傍部位に気体を流し加工残滓が対物レンズ表面に
接近することを抑制することで加工残滓が対物レンズ表
面に付着するのを防止できることを見出し、本発明を完
成するに至った。即ち、本発明によるレーザー加工装置
は、レーザー光を被加工物上に収束・結像させる対物レ
ンズと、前記対物レンズの下方に位置し被加工物を載置
する加工テーブルと、前記対物レンズを包囲すると共に
その内部が減圧されることにより加工に伴って生じる残
滓を吸引、排出する容体とを備えるレーザー加工装置に
ついて、前記容体をレーザー光透過用の透過孔を有する
隔壁により上下２室に分割し、下室は減圧されることに
より残滓を吸引、排出するようにすると共に、上室は気
体を吸入し、前記気体が前記透過孔を通過して下室で残
滓と共に排出されるようにしたものである。

【００１１】本発明のレーザー加工装置では、対物レン
ズを包囲する容体をレーザー光透過孔を有する隔壁で２
室に分割し、下室を減圧させることで残滓を吸引、排出
させる一方、上室で気体を吸引させ、この気体を隔壁の
レーザー光透過孔を通過させることを特徴としている。
そして、このようにレンズから遠ざかる方向に気体の流
れを作ることで、下室で排出されずに上昇する残滓を押
し戻して上室へ残滓が入ってこないようにし、残滓が対
物レンズに付着することを防止することができるのであ
る。

【００１２】また、万一、上室へ残滓が上昇することが
あっても、上室で吸入された気体が対物レンズの表面近
傍を通過するように流れることから、気体が対物レンズ
を保護するシールドとしての作用を有し、残滓が対物レ
ンズに接近、付着するのを防いでいる。

【００１３】この容体の形状は特に限定されるものでは
なく、外周長が長手方向で常に等しい筒形状の容体を用
いることもできる。しかしながら、下室の外周長が被加
工物に近づくに従って大きくなるように形成し、被加工
物側の口径が大きくなるようにするのがより好ましい。
この様に、被加工物側の口径を大きくすることでより多
くの残滓を効率的に吸引できるからである。

【００１４】尚、上室に導入する気体としては、空気の
他、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを利用することが
できるが、経済性の観点から、空気を使用することが好
ましい。

【００１５】以上説明したレーザー加工装置により、加
工残滓の除去効率は飛躍的に向上されることとなるが、
本発明者らは更なる研究の結果、より効果的に残滓を除
去することのできるレーザー加工装置を完成するに至っ
た。即ち、加工テーブルと被加工物との間に面状の超音
波振動子を載置することとしたものである。

【００１６】ここで、本発明で用いる超音波振動子とし
ては、いわゆる圧電振動子（水晶など）、電歪振動子
（チタン酸バリウムなど）及び磁歪振動子（ニッケル、
フェライトなど）のいずれも適用することができる。し
かしながら、振動子材料の価格、振動の制御の容易さな
どを考慮すれば、磁歪振動子を用いるのが特に好まし
い。

【００１７】本発明によれば、超音波振動子の振動に伴
い被加工物を微小振動させることで、残滓同士が結着し
て粗大化するのを防ぐことができる。これにより、被加
工物上の残滓を効率良く吸引、除去することができる。
また、被加工物上の残滓を振動させることで残滓は徐々
に移動するので、これにより残滓を被加工物から離脱さ
せることができる。そしてこれらの相乗効果により、被
加工物上の残滓の残留を極力低減することができる。ま
た、本発明のレーザー加工装置では加工後の被加工物上
に残留する残滓が極めて少ないことから、その後の洗浄
工程を簡単なものとすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
レーザー加工装置の説明をする。図１は本実施形態にお
けるレーザー加工装置の対物レンズ部分と加工テーブル
部分の縦断面図を示す。

【００１９】本実施形態におけるレーザー加工装置は、
対物レンズ１と対物レンズ１を包囲するノズル２とから
なっている。ノズル２は略円筒形状であって、レーザー
光が通過するためのレーザー光通過孔７を中心に備えた
隔壁８により２室に分割されている。

【００２０】２室に分割されたノズル２の下室には排気
孔３が備えられている。この排気孔３は図示せぬ吸気手
段である吸引ポンプ（ロータリーポンプ）に接続されて
おり、排気孔３から排気を行うことで室内を減圧させ、
被加工物５付近の残滓を吸引できるようにする。本実施
形態では、下室内を０．５気圧まで減圧している。

【００２１】一方、ノズル２の上室には気体を吹きこむ
ための吸気孔６が備えられており、この吸気孔６は図示
せぬ送風手段であるコンプレッサーに接続されている。
そして、この吸気孔から空気を対物レンズに向けて吹き
付けることで空気が対物レンズ近傍を通過し、更にレー
ザー光通過孔７と通過した後、排気孔３から排出される
ようになっている。このときの空気の流れは図中の矢印
Ｙに示す通りである。尚、本実施形態では吸気孔６は１
つであるが、吸気孔を複数設けることで対物レンズのシ
ールド効果がより有効に機能することとなる。

【００２２】加工テーブル４上には、加工テーブル４と
被加工物５との間に超音波振動素子８が載置されてい
る。本実施形態では超音波振動子としてＴｂ−Ｄｙ−Ｆ
ｅ合金板を使用している。この超音波振動子は電流増幅
器を介して正弦波発信器に接続されている（いずれも図
示せず）。そして、超音波振動子の振動数は正弦波発信
器を制御することにより行っている。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
工によって生じた残滓が対物レンズ表面に付着するのを
完全に防止することができる。これにより、残滓の付着
による加工レンズの交換を不用とすると共に光学素子の
寿命の長期化を図り加工装置の連続操業を可能とする。

【００２４】また、超音波振動子を加工テーブルと被加
工物との間に載置することにより、結着し粗大化した加
工残滓を粉砕し吸引し易くすると共に、被加工物上の粉
末状残滓を移動させ、除去することができる。そしてそ
の結果、汚染の少ない高品質な製品を製造することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるレーザー加工装置の対物レンズ
廻りの縦断面図。

【図２】従来のレーザー加工装置の対物レンズ廻りの概
略図。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ２ 容体 ３ 排気孔 ４ 加工テーブル ５ 被加工物 ６ 吸気孔 ７ 透過孔 ８ 隔壁 ９ 超音波振動子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を被加工物上に収束・結像さ
   せる対物レンズと、前記対物レンズの下方に位置し被加
   工物を載置する加工テーブルと、前記対物レンズを包囲
   すると共にその内部が減圧されることにより加工に伴っ
   て生じる残滓を吸引、排出する容体とを備えるレーザー
   加工装置であって、 前記容体は、レーザー光透過用の透過孔を有する隔壁に
   より上下２室に分割され、下室は減圧されることにより
   残滓を吸引、排出するようになっていると共に、上室は
   気体を吸入し前記気体が前記透過孔を通過して下室で残
   滓と共に排出されるようになっているレーザー加工装
   置。
2. 【請求項２】容体は、下室の外周長が被加工物に近づく
   に従って大きくなるように形成されている請求項1記載
   のレーザー加工装置。
3. 【請求項３】被加工物と加工テーブルとの間に面状の超
   音波振動子が載置された請求項１又は請求項２記載のレ
   ーザー加工装置。