JP5196298B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は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被加工物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レーザ加工装置に関する。

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被加工物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、被加工物で跳ね返った液体によって液柱の安定した形成が妨げられてしまうおそれがあることから、以下のような対策が採られている。
第１に、加工ヘッドの下方に仕切り部材を設けて、被加工物で跳ね返った液体によって液柱の周囲の気流が乱されるのを防止するものが知られている（特許文献１）。
第２に、噴射孔の周囲に下方に向けて拡径する傾斜部を形成して、この傾斜部に付着した液体が噴射孔より遠ざかるようにしたものが知られている（特許文献２）。
特開２００７−２９９８０号公報 特開２００４−１２２１７３号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、噴射された液体は被加工物で液滴状となって跳ね返る以外に霧状となって浮遊し、この霧状の液体が加工ヘッドに付着して液滴に成長すると、この液滴が落下することにより液柱の形成が妨げられるおそれがあった。
また特許文献２の場合、液滴を液柱からより離隔させようとすると、上記傾斜部を形成する範囲が広くなって加工ヘッドが大型化してしまい、また傾斜部の途中で液滴が落下すると、その落下した液体によって液柱の形成が妨げられるおそれがあった。
このような問題に鑑み、加工ヘッドに付着した液体が落下することによって液柱の形成が阻害されるのを防止するレーザ加工装置を提供するものである。

すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、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被加工物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レーザ加工装置において、
上記加工ヘッドの下部に、多孔質体からなる吸引部材を設け、また該吸引部材に付着した液体を多孔質部分から吸引する負圧発生手段を設け、
上記加工ヘッドに、上記噴射孔から噴射される液柱を囲む内側筒状部と該内側筒状部を囲む外側筒状部とを設け、また両筒状部間に亘って上記吸引部材を設けてそれら内側筒状部、外側筒状部および吸引部材とで負圧室を区画形成し、この負圧室を上記負圧発生手段に連通させ、
さらに上記内側筒状部を多孔質体から構成したことを特徴としている。

上記発明によれば、被加工物で跳ね返った液滴状の液体や、霧状となって浮遊する液体が吸引部材に付着しても、これを上記負圧発生手段によって吸引部材の多孔質部分から吸引することができる。
このため、加工ヘッドに付着した液体が落下して液柱の形成を阻害するのを防止して、安定した液柱を形成し、ひいては安定してレーザ光による加工を行うことが可能となる。

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、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に所要の溝加工を行う装置となっている。
このレーザ加工装置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としての半導体ウエハの表面に溝を形成したり、チップ状に切断加工を行うようになっている。なお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も加工することができる。

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を加工ヘッド６に向けて反射させる反射ミラー７と、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ８とが設けられている。
なお、レーザ発振器４としてこの他にも半導体レーザやＣＯ_２レーザ発振器等を用いることも可能であるが、ＣＯ_２レーザ発振器の場合レーザ光は水に吸収されやすい波長であるため、加工ヘッド６より噴射される液体をレーザ光が吸収にくい液体にすることになる。

上記加工ヘッド６は、上下方向に中空部が貫通して形成された筒状のハウジング１１と、該ハウジング１１における中空部の下部に設けられた噴射ノズル１２と、ハウジング１１の中空部の上部に設けられた透明な透過部材１３とを備えている。
上記ハウジング１１の中空部は上記集光レンズ８によって集光されたレーザ光Ｌの光路上に形成されており、上記噴射ノズル１２および透過部材１３はこの光路上に設けられている。
上記噴射ノズル１２はハウジング１１の下端部に形成された凹部内にシールリングを介して嵌合し、かつハウジング１１の下方から固定部材１４によって押圧保持されている。
上記透過部材１３はレーザ光Ｌを透過させる透明なガラス製で、上記噴射ノズル１２と集光レンズ８との間に位置し、上記ハウジング１１との間にシールリングを介在させて、上方からナット１５によって押圧保持されている。
これら上記噴射ノズル１２と透過部材１３との間に形成された空間には上記液体供給手段５が接続された液体通路１６が形成され、液体供給手段５から高圧の液体が供給されるようになっている。
そして、噴射ノズル１２の中央には液体を噴射する噴射孔１２ａが形成され、上記固定部材１４の中央には噴射ノズル１２の噴射孔１２ａよりも大径の貫通孔１４ａが形成されている。
このため、上記液体供給手段５から加工ヘッド６に高圧の液体が供給されると、該液体は液体通路１６を通過してから上記噴射ノズル１２の噴射孔１２ａから液柱Ｗとなって噴射され、この液柱Ｗは上記貫通孔１４ａを通過して被加工物２に衝突するようになっている。
また、レーザ発振器４からのレーザ光Ｌは上記集光レンズ８により上記噴射孔１２ａより噴射される液柱Ｗの内部に集光されるようになっており、これによりレーザ光Ｌは上記液柱Ｗを導光路として案内されて被加工物２に照射されるようになっている。

そして上記加工ヘッド６の下部には、多孔質体からなる吸引部材１７と、この吸引部材１７を加工ヘッド６に取り付ける保持部材１８とが設けられている。
上記吸引部材１７はアルミニウム製で略円盤状に製造されるとともに、全体が多孔質であることからその内部に気体等を流通させることが可能となっている。
また吸引部材１７の中央には下方に向けて拡径する貫通孔１７ａが形成され、該貫通孔１７ａの上端の径は上記固定部材１４に形成された貫通孔１４ａと同径となっている。
上記保持部材１８は上記固定部材１４の外周に螺合することで加工ヘッド６の下部に固定され、また下面には上記吸引部材１７を収容可能な凹部が形成され、吸引部材１７の外周面は該凹部にコーキング剤などによって接着固定されている。
また上記保持部材１８は、上記固定部材１４の貫通孔１７ａと同径の内周面を有する内側筒状部１８ａと、該内側筒状部１８ａを囲む外側筒状部１８ｂとを備え、内側筒状部１８ａの上端および下端はそれぞれ上記固定部材１４および吸引部材１７に密着している。
これら内側筒状部１８ａの外周面と外側筒状部１８ｂの内周面との間には、上下が上記固定部材１４の下面と吸引部材１７の上面とで閉鎖された負圧室１９が形成されており、この負圧室１９には負圧を発生させる負圧発生手段２０が接続されている。
そして上記負圧発生手段２０によって負圧室１９に負圧が導入されると、上記吸引部材１７の内部を介して、吸引部材１７の下面側の表面にも負圧が発生するようになっている。

このような構成を有するレーザ加工装置１の動作について説明する。
最初に、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から液体通路１６に液体を供給し、上記噴射ノズル１２の噴射孔１２ａから液体が液柱Ｗとなって被加工物２に噴射される。
噴射孔１２ａより噴射される液柱Ｗが安定した状態となると、レーザ発振器４よりレーザ光Ｌを発振し、レーザ光Ｌは反射ミラー１２に反射した後、集光レンズ８によって集光される。
集光されたレーザ光Ｌは透過部材１３および液体通路１６内の液体を通過して、噴射孔１２ａより噴射される液柱Ｗ内に導光され、その後液柱Ｗにより被加工物２まで案内されて被加工物２に照射されて溝加工を行うようになっている。

このようにして噴射孔１２ａ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、特に被加工物２に溝加工を行う場合、液柱Ｗが被加工物２に衝突すると、液柱Ｗを構成する液体の大部分は被加工物２の表面を放射状に広がるように流れるが、一部は上方に跳ね返ることとなる。なお、被加工物２を切断加工する場合には、液柱Ｗが被加工物２を貫通するため、跳ね返る液体の量は少なくなる。
そして被加工物２で跳ね返った液体の一部は、大粒の液滴となって吸引部材１７の下面に付着する。また液体の量にすると少ないが、液体の一部は霧状となって吸引部材１７と被加工物２との間の空間を浮遊する。この霧状となった液体の一部は吸引部材１７の下面で凝集して液滴に成長する。
これら吸引部材１７の下面に付着した液滴は、その後落下すると液柱Ｗの周囲の気流を乱して液柱Ｗの形成を乱し、液滴が直接液柱Ｗに衝突して液柱Ｗの形成を乱してしまう場合がある。
そして液柱Ｗの形成が乱れると、液柱Ｗの内部でレーザ光Ｌを導光することができなくなり、適切な加工が行えなくなってしまう。

そこで、本実施例では上記噴射ノズル１２より液柱Ｗを噴射するのと同時に上記負圧発生手段２０を作動させて、上記吸引部材１７の下面に付着した液体を吸引するようになっている。
具体的には、上記負圧発生手段２０によって上記負圧室１９に負圧が導入されると、吸引部材１７が多孔質体であることから、該吸引部材１７の内部を介して吸引部材１７の下面に負圧が発生する。
すると吸引部材１７の下面に付着した液体は上記負圧によって吸引部材１７に吸引されることとなり、この液体は上記負圧室１９から上記負圧発生手段２０により外部に排出される。
このようにして吸引部材１７の下面に付着した液体を吸引することで、液滴の落下による液柱Ｗの周囲の気流の乱れを防止でき、また液滴が直接液柱Ｗに衝突することもなくなるので、安定して液柱Ｗを形成することができ、ひいてはこの液柱Ｗ内でレーザ光Ｌを導光して安定した加工を行うことができる。

図２は第２の実施例にかかるレーザ加工装置１を示している。なお、以下に説明する部分以外の構成については上記第１の実施例と同じであるため、詳細な説明は省略する。
本実施例の保持部材１８は、上記内側筒状部１８ａが上記吸引部材１７と同様の多孔質体によって製造されており、該内側筒状部１８ａの内周面と外周面とは、それぞれ液柱Ｗの通過する空間と上記負圧室１９とのそれぞれに面するようになっている。
さらに、この内側筒状部１８ａの多孔質部分は上記吸引部材１７の多孔質部分に比べて疎になっており、このため上記負圧発生手段２０によって負圧室１９に負圧を導入すると、内側筒状部１８ａの内周面における負圧のほうが、吸引部材１７の下面における負圧よりも低くなる。

このような構成とすることで、噴射ノズル１２から液柱Ｗを噴射した状態で、上記負圧発生手段２０が負圧室１９に負圧を導入すると、上記吸引部材１７の下面および内側筒状部１８ａの内周面に負圧が発生する。
これにより、上記実施例と同様、吸引部材１７の下面に付着した液体を吸引することができ、落下する液滴による液柱Ｗの乱れを防止することができる。
また本実施例では上記内側筒状部１８ａによって、噴射孔１２ａの近傍にまで入り込んだ霧状の液体も吸引することができるので、これらの液体が噴射孔１２ａの周囲で凝集して液滴となるのを可及的に防止することができる。
さらに、内側筒状部１８ａの内周面における負圧を相対的に低くすることで、内側筒状部１８ａに吸引される気体によって液柱Ｗの周囲の気流が乱れないようにし、液柱Ｗの形成を乱さないようにしている。

第１の実施例にかかるレーザ加工装置の断面図。 第２の実施例にかかるレーザ加工装置の断面図。

符号の説明

１ レーザ加工装置 ２ 被加工物
４ レーザ発振器 ５ 液体供給手段
６ 加工ヘッド １２ 噴射ノズル
１２ａ 噴射孔 １７ 吸引部材
１８ 保持部材 １８ａ 内側筒状部
１８ｂ 外側筒状部 １９ 負圧室
２０ 負圧発生手段

Claims (2)

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被加工物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レーザ加工装置において、
   上記加工ヘッドの下部に、多孔質体からなる吸引部材を設け、また該吸引部材に付着した液体を多孔質部分から吸引する負圧発生手段を設け、
   上記加工ヘッドに、上記噴射孔から噴射される液柱を囲む内側筒状部と該内側筒状部を囲む外側筒状部とを設け、また両筒状部間に亘って上記吸引部材を設けてそれら内側筒状部、外側筒状部および吸引部材とで負圧室を区画形成し、この負圧室を上記負圧発生手段に連通させ、
   さらに上記内側筒状部を多孔質体から構成したことを特徴とするとするレーザ加工装置。
2. 上記内側筒状部は上記吸引部材とは異なる多孔質体からなり、該内側筒状部の内周面で発生する負圧を吸引部材の外表面で発生する負圧よりも低く設定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。

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