JP2009066657A - Laser machining method and laser machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus.
近年、実質的に被加工物に熱影響を与えない加工として、超短パルスレーザ加工が注目を集めている。超短パルスレーザ加工は、パルス幅が10ps以下と短い代わりに、1パルス当たりのピークパワーを非常に大きくすることによって、物質を加工するものであり、アブレーション加工と呼ばれている(例えば、特許文献1)。 In recent years, ultra-short pulse laser processing has attracted attention as a process that does not substantially affect the workpiece. Ultrashort pulse laser processing is to process a material by making the peak power per pulse very large instead of the pulse width being as short as 10 ps or less, which is called ablation processing (for example, patents). Reference 1).
また、レーザ加工を水中で行うレーザ加工技術がある(例えば、特許文献2)。このレーザ加工技術によれば、水中で行うことによって、レーザ加工によって発生する飛沫物が被加工物に付着するのを防いだり、また被加工物に毒性がある場合は、毒性のある材料が飛沫するのを防いだりすることができる。
本発明の目的は、加工部周辺に汚れやダメージの発生を抑制した、液体中での超短パルスレーザによるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser processing method and a laser processing apparatus using an ultrashort pulse laser in a liquid, in which generation of dirt and damage around the processing portion is suppressed.
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下のレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides the following laser processing method and laser processing apparatus in order to achieve the above object.
[1]被加工物の少なくとも加工側の面に、超短パルスのレーザ光が照射されることで発光する液体が存在する状態で、超短パルスのレーザ光を前記液体を介して前記面に照射して前記被加工物の加工を行うものであって、前記超短パルスのレーザ光による加工が、実質的に前記液体の発光によるものではなく、前記液体を透過したレーザ光によるものとなる程度の強度で前記レーザ光を照射するレーザ加工方法。 [1] In a state in which a liquid that emits light by irradiating an ultrashort pulse laser beam is present on at least the surface of the workpiece, the ultrashort pulse laser beam is applied to the surface via the liquid. Irradiation is performed to process the workpiece, and the processing with the ultrashort pulse laser beam is not substantially due to the light emission of the liquid, but is based on the laser beam transmitted through the liquid. A laser processing method of irradiating the laser beam with a certain intensity.
[2]被加工物の少なくとも加工側の面に液体が存在するように前記被加工物を配置し、前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値以下になるように集光した超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射して前記被加工物の加工を行うレーザ加工方法。 [2] The work piece is arranged so that the liquid exists on at least the processing side surface of the work piece, and the light is condensed so that the fluence upon irradiation of the work piece is equal to or less than the light emission threshold value of the liquid. A laser processing method for processing the workpiece by irradiating the processed side surface of the workpiece with the ultrashort pulse laser beam through the liquid.
[3]前記超短パルスのレーザ光は、フェムト秒レーザ光である前記[1]又は[2]に記載のレーザ加工方法。 [3] The laser processing method according to [1] or [2], wherein the ultrashort pulse laser beam is a femtosecond laser beam.
[4]前記液体は、水である前記[1]又は[2]に記載のレーザ加工方法。 [4] The laser processing method according to [1] or [2], wherein the liquid is water.
[5]被加工物の少なくとも加工側の面に液体が存在するように前記被加工物を保持する保持手段と、集光部を有し、該集光部によって前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値の2倍以下になるように集光された超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射する照射手段と、前記照射手段に対して前記保持手段を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置。 [5] A holding means for holding the workpiece so that the liquid exists on at least the processing-side surface of the workpiece and a condensing unit, and when the workpiece is irradiated by the condensing unit Irradiating means for irradiating the surface on the processing side of the workpiece with the ultrashort pulse laser light condensed so that the fluence of the liquid becomes less than twice the light emission threshold of the liquid; A laser processing apparatus comprising: a moving unit that moves the holding unit relative to the irradiation unit.
[6]被加工物の少なくとも加工側の面に液体が存在するように前記被加工物を保持する保持手段と、集光部を有し、該集光部によって前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値以下になるように集光された超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射する照射手段と、前記照射手段に対して前記保持手段を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置。 [6] A holding means for holding the workpiece so that the liquid exists on at least the processing side surface of the workpiece and a condensing unit, and when the workpiece is irradiated by the condensing unit Irradiating means for irradiating the surface on the processing side of the workpiece through the liquid with ultrashort pulse laser light condensed so that the fluence of the liquid becomes equal to or less than the light emission threshold of the liquid; And a moving means for moving the holding means relative to the laser processing apparatus.
[7]前記液体が水であり、前記超短パルスのレーザ光はフェムト秒レーザである前記[5]又は[6]に記載のレーザ加工装置。 [7] The laser processing apparatus according to [5] or [6], wherein the liquid is water, and the ultrashort pulse laser beam is a femtosecond laser.
[8]前記被加工物を所定の電位に帯電させる帯電手段を、さらに備えた前記[5]に記載のレーザ加工装置。 [8] The laser processing apparatus according to [5], further including charging means for charging the workpiece to a predetermined potential.
[9]前記被加工物の前記加工側の面に対向するように前記液体中に配置された対向電極と、 前記被加工物および前記対向電極に互いに異なる極性の電位を帯電させる帯電手段とをさらに備えた前記[5]に記載のレーザ加工装置。 [9] A counter electrode disposed in the liquid so as to face the processing side surface of the workpiece, and charging means for charging the workpiece and the counter electrode with potentials of different polarities. The laser processing apparatus according to [5], further provided.
[10]前記液体は、電解質を含む水である前記[8]又は[9]に記載のレーザ加工装置。 [10] The laser processing apparatus according to [8] or [9], wherein the liquid is water containing an electrolyte.
請求項1に係るレーザ加工方法によれば、液体の発光による加工が実質的に生じないような加工をすることができる。 According to the laser processing method of the first aspect, it is possible to perform processing so that processing by light emission of liquid does not substantially occur.
請求項2に係るレーザ加工方法によれば、超短パルスレーザ光のエネルギーの利用効率が高くなる。 According to the laser processing method of the second aspect, the energy utilization efficiency of the ultrashort pulse laser beam is increased.
請求項3に係るレーザ加工方法によれば、本発明を用いない場合に比べて、被加工物への熱の影響が少なく、広範囲な加工対象について微細な加工が可能となる。 According to the laser processing method of the third aspect, compared to the case where the present invention is not used, the influence of heat on the workpiece is small, and fine processing is possible for a wide range of processing objects.
請求項4に係るレーザ加工方法によれば、液体として水を用いているため、安価で安定性が高い。 According to the laser processing method of the fourth aspect, since water is used as the liquid, it is inexpensive and highly stable.
請求項5に係るレーザ加工装置によれば、本発明を用いない場合に比べて、加工部周辺に汚れやダメージの発生を抑制して、液体中での超短パルスレーザによる加工をすることができる。 According to the laser processing apparatus of the fifth aspect, it is possible to perform processing with an ultrashort pulse laser in a liquid while suppressing generation of dirt and damage around the processing portion as compared with the case where the present invention is not used. it can.
請求項6に係るレーザ加工装置によれば、超短パルスレーザ光のエネルギーの利用効率が高くなる。 According to the laser processing apparatus of the sixth aspect, the utilization efficiency of the energy of the ultrashort pulse laser beam is increased.
請求項7に係るレーザ加工装置によれば、液体として水を用いているため、安価で安定性が高く、また超短パルスのレーザ光としてフェムト秒レーザを用いているため、本発明を用いない場合に比べて、被加工物への熱の影響が少なく、広範囲な加工対象について微細な加工が可能となる。 According to the laser processing apparatus of the seventh aspect, since water is used as the liquid, it is inexpensive and highly stable, and since the femtosecond laser is used as the ultrashort pulse laser beam, the present invention is not used. Compared to the case, the influence of heat on the workpiece is small, and fine machining is possible for a wide range of workpieces.
請求項8に係るレーザ加工装置によれば、超短パルスレーザ光による加工によって被加工物からの加工屑(イオン)と被加工物との間の静電的な反発力によって加工屑が被加工物に付着するのを抑制することができる。 According to the laser processing apparatus of the eighth aspect, the processing scrap is processed by the electrostatic repulsive force between the processing scrap (ion) from the workpiece and the workpiece by processing with the ultrashort pulse laser beam. It can suppress adhering to an object.
請求項9に係るレーザ加工装置によれば、対向電極を用いない構成と比べて、加工屑が被加工物に付着するのをより一層抑制することができる。 According to the laser processing apparatus of the ninth aspect, it is possible to further suppress the processing scraps from adhering to the workpiece as compared with the configuration in which the counter electrode is not used.
請求項10に係るレーザ加工装置によれば、水を純粋に保つことができ、加工屑が被加工物に付着するのを安定して抑制することができる。 According to the laser processing apparatus of the tenth aspect, water can be kept pure, and it is possible to stably suppress the processing dust from adhering to the workpiece.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略の構成を示す図である。なお、同図中、X、Y、Zは、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向(光軸方向)を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, X, Y, and Z indicate an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction (optical axis direction) orthogonal to each other.
このレーザ加工装置1は、超短パルスのレーザ光3を発生する超短パルスレーザ発生器2と、レーザ光3の光路上に配置された、パワー減衰器4、シャッター5、マスク6、集光レンズ7、および被加工物8が取り付けられる保持部材9と、保持部材9を移動させる移動ステージ10と、移動ステージ10上に設置された加工ハウジング11と、シャッター5及び移動ステージ10を制御するコントローラ12とを備える。そして、被加工物8及び保持部材9は、加工ハウジング11内に収容された蒸留水等の水(液体)13中に配置される。なお、超短パルスレーザ発生器2、パワー減衰器4、シャッター5、マスク6、及び集光レンズ7は、被加工物8にレーザ光3を照射する照射手段を構成する。
The
また、加工ハウジング11の外側には、下方に形成された排出口15aと上方に形成された注入口15bとを接続する配管15が設けられ、この配管15にフィルター16及びポンプ17が介装されている。フィルター16は、加工ハウジング11から排出された水13中に含まれる加工屑等を除去する。ポンプ17は、加工ハウジング11内の水13を排出口15aから注入口15bを経由して循環させる。
A pipe 15 is provided outside the processing housing 11 to connect a discharge port 15a formed below and an injection port 15b formed above, and a filter 16 and a pump 17 are interposed in the pipe 15. ing. The filter 16 removes processing waste and the like contained in the
超短パルスレーザ発生器2は、パルス幅が10ps以下の超短パルスのレーザ光3を所定の繰り返し周波数で発生するものである。本実施の形態では、フェムト秒レーザ発振器の出力を再生増幅器により増幅してパルス幅100fs、中心波長800nm、平均パワー800mW、1パルス当たりのエネルギー800mJ/パルス、繰り返し周波数1kHzの直線偏光のレーザ光3を出射するフェムト秒レーザ発生器を用いる。
The ultrashort
パワー減衰器4は、超短パルスレーザ発生器2から発生されたレーザ光3の平均パワー800mWを例えば0.5mWに減衰させる。
The
集光レンズ7は、レーザ光3が被加工物8の表面8a又はその近傍に集光するように、光軸方向(Z軸方向)の焦点位置が図示しない移動機構又は移動ステージ10によって調整される。なお、集光素子として、集光レンズ7の他に、被加工物8の向きを変更することで凹面鏡等を用いてもよい。
In the
被加工物8は、シリコン、GaAs等からなる半導体基板や、ステンレス鋼(SUS)等の金属等を対象とすることができる。 The workpiece 8 can be a semiconductor substrate made of silicon, GaAs, or the like, or a metal such as stainless steel (SUS).
保持部材9は、加工ハウジング11に固定され、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等の樹脂、アルミニウム、SUS等の金属から形成されている。なお、被加工物8に貫通孔を形成する場合は、レーザ光3が通過するのに十分な大きさの開口を形成する。 The holding member 9 is fixed to the processing housing 11 and is made of a resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), a metal such as aluminum or SUS. In addition, when forming a through-hole in the to-be-processed object 8, opening large enough for the laser beam 3 to pass through is formed.
移動ステージ10は、加工ハウジング11を互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動させる機構を備える。
The
加工ハウジング11は、透明ガラス又は透明樹脂から形成される。レーザ光3が入射する側には、レーザ光3の反射を抑制する反射防止膜としてのAR(Anti Reflection)コート14aを形成してもよい。ARコート14は、光の干渉によって反射を抑制するものであり、例えば、屈折率の異なる薄膜(例えば、TiO2、SiO2)を交互に積層することにより形成され、レーザ光3の波長域(波長800nm)における反射率が、例えば、0.2%以下と小さいものが好ましい。 The processing housing 11 is formed from transparent glass or transparent resin. An AR (Anti Reflection) coat 14a as an antireflection film that suppresses reflection of the laser light 3 may be formed on the side on which the laser light 3 is incident. The AR coat 14 suppresses reflection by light interference, and is formed by alternately laminating thin films having different refractive indexes (for example, TiO 2 and SiO 2 ), for example, and the wavelength region of the laser light 3 ( The reflectance at a wavelength of 800 nm is preferably as small as 0.2% or less, for example.
加工ハウジング11に収容する液体として、上記水13の他に、アルコール等の有機溶媒や、四塩化炭素等を用いることができる。また、水中に酸、アルカリ、あるいは界面活性剤などを溶かした溶液を用いることができる。
As the liquid stored in the processing housing 11, in addition to the
加工ハウジング11の内側の面と被加工物8の表面8aとの間の距離は、短い方がよく、3mm以下が望ましく、1mm以下がより好ましい。 The distance between the inner surface of the processing housing 11 and the surface 8a of the workpiece 8 is preferably short, preferably 3 mm or less, and more preferably 1 mm or less.
以上のように構成されたレーザ加工装置1において、被加工物8に照射されるレーザ光3の被加工物8上でのフルエンスが加工閾値以上であって、さらに水への照射時点で、被加工物8に対する加工が実質的に水13の発光によるものではないように調整される。具体的には、水13の発光閾値フルエンス以下、又は今回の例においては水13の発光閾値の2倍以下となるように集光レンズ7の倍率、焦点距離が選択され、あるいはマスク6のマスク開口6aの直径(マスク開口直径)が選択される。2倍という数値に関しては、後述する。「フルエンス」とは、レーザ光の1パルス当りのエネルギーを照射面積で割って求めたエネルギー密度(J/cm2)をいう。「加工閾値」とは、被加工物8を加工可能な最小フルエンスをいう。「発光閾値」とは、レーザ光の照射によって液体が発光する最小フルエンスをいう。なお、水13の発光閾値及び被加工物の加工閾値の具体的数値については後述する。
In the
<発光閾値の決定>
図2は、水の発光閾値を測定するためのシステムを示す。このシステムは、図1に示す加工装置1において、マスク開口直径=1mmを有するマスク6と、焦点距離f=40mmを有する集光レンズ7を用い、加工ハウジング11から被加工物8及び保持部材9を取り外し、蒸留水を入れた加工ハウジング11を移動ステージ10上に設置し、可視光から近赤外領域に感度を有するCCDカメラ18を入射ビームに対して垂直方向に配置して加工ハウジング11内の蒸留水の発光の有無を観察した。同図中、3aは発光位置を示す。超短パルスのレーザ光を集光レンズのような集光素子によって集光して水に照射すると、非線形光学効果が生じて水の屈折率が変化し、一定の閾値(発光閾値)を超えると入射光よりも広いスペクトルで発光する。なお、空気中でも一定の閾値を超えると、入射光よりも広いスペクトルで発光するが、この空気中の発光の閾値は、水中における発光の閾値よりもはるかに高いので空気中での加工では空気中における発光は問題とならない。
<Determination of light emission threshold>
FIG. 2 shows a system for measuring the water emission threshold. This system uses a mask 6 having a mask opening diameter = 1 mm and a
フルエンスが蒸留水の発光閾値以上のときは、ビーム集光位置を中心として白色で発光した。パワー減衰器4により入射エネルギーを変化させてCCDカメラ18により発光の有無を測定し、発光閾値を決定した。水中発光の閾値は、2.0μJ/パルスであり、フルエンスに換算すると、1.2J/cm2であった。
When the fluence was not less than the emission threshold of distilled water, light was emitted in white with the beam condensing position as the center. The incident energy was changed by the
次に、マスク開口直径=4mmを有するマスク6と、焦点距離f=10mmを有する集光レンズ7を用いて、同様に蒸留水の発光閾値を測定したところ、発光閾値は0.18μJ/パルスであり、フルエンスに換算すると3.8J/cm2であった。これらの結果を表1に示す。
Next, when the emission threshold of distilled water was measured in the same manner using the mask 6 having a mask opening diameter = 4 mm and the
図3は、被加工物を蒸留水に配置したときの加工による発光閾値を測定するためのシステムを示す。同図に示すように、シリコン基板を被加工物8として保持部材9に取り付けて、蒸留水を入れた加工ハウジング11内に設置した。移動ステージ10により被加工物8の表面8aがレーザ光3の集光位置に一致するように調整して、超短パルスレーザ発生器2からレーザ光3を出射し、パワー減衰器4により入射エネルギーを変化させてCCDカメラ18により発光の有無を観察した。フルエンスが加工閾値よりも高いときに、発光が観察された。同図中、3aは発光位置を示す。発光位置3aは、被加工物8の表面8aであった。また、水からの発光でないことを確認するために、上記測定終了後に被加工物8の表面8aを顕微鏡で観察して、加工穴が形成されていることを確認した。発光が有ると、加工穴が必ず形成されることを確認した。
FIG. 3 shows a system for measuring the luminescence threshold due to processing when the workpiece is placed in distilled water. As shown in the figure, a silicon substrate was attached as a workpiece 8 to a holding member 9 and installed in a processing housing 11 containing distilled water. The moving
<加工閾値の決定>
マスク開口直径=4mm、集光レンズ7の焦点距離10mmとし、パワー減衰器4により入射エネルギーを変化させて加工穴の有無を顕微鏡により観察し、加工閾値を決定した。GaAs基板の水中での加工閾値は、6.1μJ/パルスであり、フルエンスに換算すると0.12J/cm2であった。同様の方法で決定したSi基板の加工閾値は、13μJ/パルスであり、フルエンスに換算すると、0.26J/cm2であった。これらの結果を表2に示す。
<Determination of processing threshold>
The mask opening diameter was set to 4 mm, the focal length of the
以上の表1、表2に示す実験結果から明らかなように、フルエンスが0.12〜3.8J/cm2の範囲ではGaAsが加工でき、0.26〜3.8J/cm2の範囲では、Siが加工でき、しかも水中発光によるエネルギー損失は抑制されることが分かる。すなわち、被加工物8の材料に応じて加工閾値が決まり、被加工物8が配置される液体によって発光閾値が決まる。 Table 1 above, as apparent from the experimental results shown in Table 2, the fluence can be processed GaAs is in the range of 0.12~3.8J / cm 2, in the range of 0.26~3.8J / cm 2 It can be seen that Si can be processed and energy loss due to underwater light emission is suppressed. That is, the processing threshold is determined according to the material of the workpiece 8, and the light emission threshold is determined by the liquid in which the workpiece 8 is disposed.
<フルエンスの上限>
図4は、フルエンスを変えて穴加工を行い、穴の深さを測定した結果を示す図である。この実験結果は、図5で示す加工穴8bの深さがフルエンスFに比例する低フルエンス領域(F<10J/cm2)と、穴8bの深さがフルエンスに対して飽和する高フルエンス領域(F>10J/cm2)とに分かれた。2つの領域の境界は、F=8.6J/cm2であった。一方、この加工条件での水の発光閾値は3.8J/cm2であった。
<Maximum fluence>
FIG. 4 is a diagram showing a result of measuring the depth of the hole by changing the fluence and performing the hole processing. As a result of this experiment, a low fluence region (F <10 J / cm 2 ) in which the depth of the processed
図5は、低フルエンス領域と高フルエンス領域で加工した場合の被加工物の表面の状態を示す図である。高フルエンス領域では、加工穴8bの周囲に加工屑の付着による汚れ8cが生じた。高フルエンス領域のフルエンスは、水の発光閾値の2倍(7.6J/cm2)を超えており、入射光エネルギーが水中発光のために散逸して加工に有効に使われないだけでなく散乱された光が穴の周囲にダメージを引き起こしたものと考えられる。
FIG. 5 is a diagram showing the state of the surface of the workpiece when processed in the low fluence region and the high fluence region. In the high fluence region, dirt 8c was generated around the
従って、今回の条件においては、フルエンスが発光閾値フルエンスの2倍以下(グラフの変曲点)であれば、液体の発光による加工が実質的に生じず、被加工物表面が液体を透過した超短パルスレーザ光により実質的に加工することができる。 Therefore, in this condition, if the fluence is less than twice the light emission threshold fluence (the inflection point in the graph), the processing by the light emission of the liquid does not substantially occur, and the surface of the workpiece has passed the liquid. It can be processed substantially by a short pulse laser beam.
(レーザ加工装置の動作)
次に、レーザ加工装置1の動作を説明する。
(Operation of laser processing equipment)
Next, the operation of the
超短パルスレーザ発生器2から発生されたレーザ光3は、パワー減衰器4でパワーが調整された後、コントローラ12によって開に制御されたシャッター5を通過し、マスク6のマスク開口6aを介して集光レンズ7によって被加工物8の表面8aに集光し、被加工物8にレーザ光3が照射される。一方、移動ステージ10を制御して被加工物8を、例えば、X軸方向に10μm/sで移動させる。これにより被加工物8上に、例えば、幅1〜10μm、深さ1〜10μmの溝がX軸方向に沿って形成される。
The laser light 3 generated from the ultrashort
[第2の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す図である。なお、同図中、X、Y、Zは、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向(光軸方向)を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, X, Y, and Z indicate an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction (optical axis direction) orthogonal to each other.
本実施の形態は、第1の実施の形態とは、主に加工ハウジング11が異なり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。すなわち、このレーザ加工装置1は、超短パルスのレーザ光3を発生する超短パルスレーザ発生器2と、レーザ光3の光路上に配置された、パワー減衰器4、シャッター5、マスク6、ミラー20、集光レンズ7、および被加工物8が取り付けられる保持部材9と、保持部材9を移動させる移動ステージ10と、移動ステージ10上に設置された加工ハウジング11と、シャッター5及び移動ステージ10を制御するコントローラ12とを備える。そして、被加工物8及び保持部材9は、加工ハウジング11内に収容された蒸留水等の水(液体)13中に配置される。なお、超短パルスレーザ発生器2、パワー減衰器4、シャッター5、マスク6、ミラー20、及び集光レンズ7は、被加工物8にレーザ光3を照射する照射手段を構成する。
The present embodiment is different from the first embodiment mainly in the processing housing 11, and the rest is configured in the same manner as in the first embodiment. That is, the
また、加工ハウジング11には、一方の端部側上方に注入口21が設けられ、他方の端部側上方に排出管22が設けられ、排出管22の排出側には、排出タンク23が接続されている。注入口21から加工ハウジング11に水13が供給されると、その水13は加工ハウジング11内を通過し、排出管22を経由して排出タンク23に排出される。このとき、水13は、レーザ光3の照射によって生じた加工屑を排出管22を介して排出タンク23に排出する。
Further, the processing housing 11 is provided with an inlet 21 above one end side, a discharge pipe 22 is provided above the other end side, and a discharge tank 23 is connected to the discharge side of the discharge pipe 22. Has been. When
図7は、被加工物の保持方法の他の例を示す断面図である。被加工物8の表面8aに所定の距離を設けて透明ガラス又は透明樹脂からなる透光板30を配置することによって、被加工物8の表面8aと透光板30の背面との間に水の流路を形成してもよい。水を上部の注入口31から注入し、下部の排出口32から排出することによって、図1に示したのと同様に、レーザ光による加工屑を水とともに排出することができ、被加工物8の表面8aに加工屑が残らないようになる。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a method for holding a workpiece. By providing a transparent plate 30 made of transparent glass or transparent resin at a predetermined distance on the surface 8 a of the workpiece 8, water is placed between the surface 8 a of the workpiece 8 and the back surface of the transparent plate 30. The flow path may be formed. By injecting water from the upper injection port 31 and discharging from the lower discharge port 32, the processing waste by the laser beam can be discharged together with water, as shown in FIG. No processing waste remains on the surface 8a.
[第3の実施の形態]
図8は、本発明の第3の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す図である。なお、同図中、X、Y、Zは、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向(光軸方向)を示す。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, X, Y, and Z indicate an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction (optical axis direction) orthogonal to each other.
本実施の形態は、被加工物8を正又は負の電位に帯電させて加工屑(イオン)が被加工物8に付着し難いようにしたものである。 In the present embodiment, the workpiece 8 is charged to a positive or negative potential so that the machining waste (ions) is less likely to adhere to the workpiece 8.
本実施の形態のレーザ加工装置1は、第1の実施の形態において、加工ハウジング11内の水中に被加工物8に対向するように対向電極40を配置し、被加工物8および対向電極40に直流電圧を印加する直流電源41を接続したものであり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
In the
直流電源41から対向電極40にマイナスの電圧を印加して対向電極40を負の電位に帯電させ、被加工物8にプラスの電圧を印加して被加工物8を正の電位に帯電させておく。第1の実施の形態と同様に、レーザ光によって被加工物8のアブレーション加工を行うと、被加工物8から発生した加工屑が水13と反応して分解し、金属イオン(陽イオン)が生成され、正の電位に帯電している被加工物8との間の静電的な反発力を誘起し、金属イオンが被加工物8に付着するのを抑制する。金属イオンは、一部は対向電極40に付着し、他の金属イオンは水13とともに排出管22を介して排出タンク23に排出される。
A negative voltage is applied from the DC power source 41 to the counter electrode 40 to charge the counter electrode 40 to a negative potential, and a positive voltage is applied to the workpiece 8 to charge the workpiece 8 to a positive potential. deep. Similarly to the first embodiment, when the workpiece 8 is ablated by laser light, the processing waste generated from the workpiece 8 reacts with the
なお、上記第3の実施の形態において、水中にアンモニア水等の電解質を含ませてもよい。また、対向電極40は液体中の被加工物8から離れた場所に設けてもよい。 In the third embodiment, an electrolyte such as ammonia water may be included in the water. Further, the counter electrode 40 may be provided at a location away from the workpiece 8 in the liquid.
(レーザ加工装置の動作)
本実施の形態では、超短パルスレーザ発生器2として、フェムト秒レーザ発振器の出力を直接に用い、繰返周波数80MHz、パルス幅100fs、中心波長800nm、平均パワー2.0Wのレーザ光をパワー減衰器4により平均パワー800mWに減衰させる。焦点距離f=4mmを有する集光レンズ7を用いてレーザ光3を集光して被加工物8に照射するときのフルエンスは0.3J/cm2である。被加工物8は、GaAs基板として、直流電源41の出力電圧を18Vに設定して被加工物8と対向電極40の間に18Vの電圧を印可して被加工物8を正の電位に帯電させておく。ポンプ17を動作させて一定の流量の水流を加工ハウジング11内に流す。シャッター5を開くと同時に移動ステージ10を制御して被加工物8をX軸方向に1mm/sで移動させる。これにより被加工物8上に幅10μm、深さ5μmの溝がX軸方向に沿って形成される。加工後の被加工物8表面は直流電源を使わない場合よりも加工屑の付着が少ない。被加工物8の種類によっては被加工物8を負の電位に帯電させてもよい。例えば、n型シリコンを被加工物8とする場合には、被加工物8を負の電位に帯電させることが有効である。
(Operation of laser processing equipment)
In this embodiment, the output of a femtosecond laser oscillator is directly used as the ultrashort
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施の形態では、被加工物側を移動させたが、照射手段側を移動させてもよい。また、上記実施の形態では、移動ステージ10は、加工ハウジング11を移動させたが、加工ハウジング11に対して保持部材9を移動させてもよい。また、移動ステージ10を加工ハウジング11内に配置してもよい。また、CCDカメラで加工ハウジング11内の発光をモニターしながら被加工物8への入射エネルギーをパワー減衰器4によって調整してもよい。
For example, in the above embodiments, the workpiece side is moved, but the irradiation means side may be moved. In the above embodiment, the moving
1 レーザ加工装置、2 超短パルスレーザ発生器、3 レーザ光、3a 発光位置、
4 パワー減衰器、5 シャッター、6 マスク、6a マスク開口、7 集光レンズ、
8 被加工物、8a 表面、8b 穴、8c 汚れ、9 保持部材、10 移動ステージ、11 加工ハウジング、12 コントローラ、13 水、14 ARコート、15 配管、15a 排出口、15b 注入口、16 フィルター、17 ポンプ、18 CCDカメラ、20 ミラー、21 注入口、22 排出管、23 排出タンク、30 透光板、31 注入口、32 排出口、40 対向電極、41 直流電源
1 laser processing equipment, 2 ultrashort pulse laser generator, 3 laser light, 3a emission position,
4 power attenuator, 5 shutter, 6 mask, 6a mask aperture, 7 condenser lens,
8 Workpiece, 8a surface, 8b hole, 8c dirt, 9 holding member, 10 moving stage, 11 processing housing, 12 controller, 13 water, 14 AR coating, 15 piping, 15a outlet, 15b inlet, 16 filter, 17 pump, 18 CCD camera, 20 mirror, 21 inlet, 22 outlet pipe, 23 outlet tank, 30 translucent plate, 31 inlet, 32 outlet, 40 counter electrode, 41 DC power supply
Claims (10)
前記超短パルスのレーザ光による加工が、実質的に前記液体の発光によるものではなく、前記液体を透過したレーザ光によるものとなる程度の強度で前記レーザ光を照射するレーザ加工方法。 In a state where the liquid that emits light is irradiated by irradiating at least the processing side surface of the workpiece with the ultrashort pulse laser beam, the ultrashort pulse laser beam is applied to the processing side surface through the liquid. Irradiating to process the workpiece,
A laser processing method of irradiating the laser beam with an intensity such that the processing with the ultrashort pulse laser beam is not substantially due to light emission of the liquid but due to laser light transmitted through the liquid.
前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値以下になるように集光した超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射して前記被加工物の加工を行うレーザ加工方法。 Arranging the workpiece so that there is a liquid on at least the surface of the workpiece to be processed,
The surface of the workpiece side of the workpiece is irradiated with the ultrashort pulse laser beam condensed so that the fluence upon irradiation of the workpiece is equal to or less than the emission threshold of the liquid. A laser processing method for processing the workpiece.
集光部を有し、該集光部によって前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値の2倍以下になるように集光された超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射する照射手段と、
前記照射手段に対して前記保持手段を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置。 Holding means for holding the workpiece so that liquid exists on at least the surface of the workpiece on the processing side;
An ultrashort pulse laser beam condensed by the light condensing unit so that a fluence upon irradiation of the workpiece is not more than twice a light emission threshold of the liquid; Irradiating means for irradiating the processing side surface of the workpiece through
A laser processing apparatus comprising: a moving unit that moves the holding unit relative to the irradiation unit.
集光部を有し、該集光部によって前記被加工物への照射時のフルエンスが前記液体の発光閾値以下になるように集光された超短パルスのレーザ光を、前記液体を介して前記被加工物の前記加工側の面に照射する照射手段と、
前記照射手段に対して前記保持手段を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置。 Holding means for holding the workpiece so that liquid exists on at least the surface of the workpiece on the processing side;
An ultrashort pulse laser beam condensed by the light condensing unit so that a fluence at the time of irradiation to the workpiece is equal to or lower than a light emission threshold of the liquid. Irradiating means for irradiating the surface on the processing side of the workpiece;
A laser processing apparatus comprising: a moving unit that moves the holding unit relative to the irradiation unit.
前記被加工物および前記対向電極に互いに異なる極性の電位を帯電させる帯電手段とをさらに備えた請求項5に記載のレーザ加工装置。 A counter electrode disposed in the liquid so as to face the surface of the workpiece on the processing side;
6. The laser processing apparatus according to claim 5, further comprising charging means for charging the workpiece and the counter electrode with different polar potentials.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008051071A JP2009066657A (en) | 2007-08-17 | 2008-02-29 | Laser machining method and laser machining apparatus |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140245608A1 (en) * | 2011-10-07 | 2014-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for laser-beam processing and method for manufacturing ink jet head |
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2008
- 2008-02-29 JP JP2008051071A patent/JP2009066657A/en active Pending
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US20140245608A1 (en) * | 2011-10-07 | 2014-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for laser-beam processing and method for manufacturing ink jet head |
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