JPH02104483A - レーザ励起熱化学加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ照射により生ずる熱と雰囲気反応物と
の熱化学反応で加工除去を行うレーザ励起熱化学加工方
法に関するものである。

［従来の技術］ 電子デイバイス等の微細加工分野においては、例えばセ
ラミックスや金属等の材料、あるいは半導体材料等を所
定形状に切断したり、高精度に孔開けを施したりする加
工が行われている。

上記孔開は加工や切断加工を施すには、通常、機械的手
段により行うのが一般的である。ところが、機械的手段
で加工すると寸法精度のバラツキであるとか、加工歪み
等が生じ、必ずしも高精度な寸法、高精度な加工精度が
得られず、特に電子デイバイス等の微細加工分野では極
めて高い寸法精度、加工精度が要求されるため好ましい
ものではない。

このため、寸法精度、加工精度のさらなる向上を図るた
めに、レーザビームを照射してその熱で被加工物に孔開
け、切断加工を施すレーザ加工技術が知られている。し
かし、上記レーザ加工では、加工部に溶融物が残存付着
する虞れ等があり、やはり高寸法精度、高加工精度が望
めない。

そこで、上記レーザ加工を施す際に反応ガスを導入し、
該反応ガスとレーザビームの熱との熱化学反応を利用し
て加工除去を行うことが考えられる。これによれば、加
工歪み等の機械的ストレスが無く、しかも？８融物の残
存が抑制できるために高寸法精度、高加工精度が望め、
微細加工法として期待できる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記レーザ照射時に反応ガスを導入する加工
方法においては、加工深さや加ニスピード等の加工能力
は前記被加工物に対する反応ガスの反応速度によって限
界を生じ、現在のところ実用的に充分な加工能力を持つ
には至っていない。

そごで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、加工深さや加ニスピード等の加工能力を
大幅に向上させることが可能なレーザ励起熱化学力■工
方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のレーザ励起熱化学加工方法は、上記の目的を達
成するために、レーザ照射によって被加工物を局所的に
ｊＪＴＩ熱し、その熱で雰囲気反応物と熱化学反応を起
こして加工除去を行うレーザ励起熱化学加工方法におい
て、上記被加工物に超音波を印加することを特徴とする
ものである。

〔作用〕

被加工物にレーザビームを照射すると、照射された領域
が加熱され、その領域の温度が上昇する。

そして、被加工物の回りに存在する雰囲気反応物と、上
記レーザビームの熱とで熱化学反応が起こり、当該レー
ザビームが照射された領域が加工除去される。このとき
、同時に上記被加工物に超音波を印加すると、熱化学反
応が促進され、加工深さや加ニスピードが向上する。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した具体的な実施例を説明する。

先ず、本実施例のレーザ励起熱化学加工方法の説明に先
だって、本実施例で使用したレーザ励起熱化学加工装置
について説明する。

上記レーザ励起熱化学加工装置は、第１図に示すように
、主としてレーザ発振部５光学系、加工部５超音波印加
部、ｘ−ｙステージ部から構成されている。

上記レーザ発振部は、例えばＡｒイオンレーザ（１）等
からなり、被加工物（２）にレーザ光ＬＢを照射するも
のである。上記Ａｒイオンレーザ（１）より照射される
レーザ光ＬＢの出力は、必要に応じて変更可能となされ
ている。

上記光学系は、先のＡｒイオンレーザ（１）から照射さ
れるレーザ光Ｌ　Ｂを反射させ被加工物（２）に照射さ
せるミラー（３）と、該ミラー（３）により反射された
レーザ光ＬＢのビーム径を集束する対物レンズ（４）と
からなる。これらミラー（３）、対物レンズ（４）によ
り前記レーザ光ＬＢが絞られて所定ビームスボンド径と
なされ、被加工物（２）に照射される。

上記加工部は、内部に被加工物（２）と雰囲気反応物（
５）を収容するだめのガラスよりなるガラスシャーレ（
６）からなり、前記対物レンズ（４）の下方に配設され
ている。

上記超音波部は、被加工物（２）に超音波を印加するも
ので、前記対物レンズ（４）とは反対側で上記ガラスシ
ャーレ（６）の下面に接して設けられるホーン（７）と
、該ホーン（７）の下方に配設される振動子（８）と、
これらホーン（７）、振動子（８）に超音波を伝達する
超音波発振器（９）とからなっている。

上記被加工物（２）に超音波を印加するには、上記超音
波発振器（９）を調整して超音波を先の振動子（８）に
伝達し、これにより振動子（８）を振動させる。そして
、この振動を前記ホーン（７）を介して上記ガラスシャ
ーレ（６）に伝えることにより被加工物（２）を振動さ
せる。

上記被加工物（２）に超音波を印加する手法としては、
例えば被加工物（２）に振動子（８）から直接超音波を
印加する方法や、雰囲気反応物（５）を通して印加する
方法、あるいは超音波を集中させて被加工物（２）に直
接印加する方法等が挙げられる。

なお前記振動は、被加工物（２）に対して垂直に与える
ことが望ましい。これによれば、高寸法精度、高加工精
度が得られる。

上記Ｘ−Ｙステージ部は、前記被加工物（２）をＸ−Ｙ
方向に移動させるＸ−Ｙステージ（１０）からなるもの
で、上記振動子（８）の下方に配設されている。上記ｘ
−Ｙステージ（１０）は、前記被加工物（２）を適当な
加ニスピードでＸ−Ｙ方向に移動させることができるよ
うになされている。

以上のような構成となされたレーザ励起熱化学加工装置
を用いて被加工物（２）を加工するが、以下その加工方
法について説明する。

先ず、第１図に示すように、前記ガラスシャーレ（６）
内に破加“工物（２）を収容し、さらに雰囲気反応物（
５）も同時に充填する。

なお上記雰囲気反応物（５）は、被加工物（２）の種類
に応して適宜変える必要があることは言うまでもない。

次に、Ａｒイオンレーザ（１）よりレーザ光Ｌ　Ｂを照
射し、所定のビームスポット径（ミクロンオーダ）とな
るように前記ミラー（３）および対物レンズ（４）を操
作して前記被加工物（２）の局所に照射させる。

なお本実施例では、上記レーザ光ＬＢの波長を５１４．
５ｒ＋ｍとした。

この時、上記レーザ光ＬＢ照射と同時に、前記超音波発
振器（９）を操作して所定の強さの超音波を振動子（８
）に伝達させて該振動子（８）を振動させる。

そして、上記振動を前記ホーン（７）を介して前記ガラ
スシャーレ（６）に伝達させると、ガラスシャーレ（６
）内に収容される被加工物（２）が振動する。

次いで、前記Ｘ−Ｙステージ（１０）を必要に応じてＸ
−Ｙ方向に移動させながら被加工物（２）を加工する。

上記加工としては、例えば孔開は加工。

切断加工等が可能である。

この結果、上記レーザ光ＬＢが照射された局所部は、当
該レーザ光ＬＢのビームを吸収して発熱する。そして、
その熱で先の雰囲気反応物（５）とで熱化学反応を起こ
し、上記レーザ光ＬＢが照射された局所部は反応生成物
が生成され加工除去される。

ここで本発明者等は、実際に１ｎ記加工装置を用いて被
加工物（２）を加工し、加工深さのレーザ出力依存性（
実験１）及び加工深さの加ニスピード依存性（実験２）
を超音波を印加した場合と、印加しなかった場合でそれ
ぞれについて行った。

上記実験１および実験２の加工条件は次の通りである。

実験ｌ・・・被加工物（２）にフェライト、雰囲気反応
物（５）にリン酸を使用し、レー ザ出力０．１〜０．５Ｗ、加ニスピード１０μ／Ｓとし
た。

実験２・・・被加工物（２）にフェライト、雰囲気反応
物（５）にリン酸を使用し、レー ザ出力０．５　Ｗ、加ニスピードｌＯ〜１００μ八とし
た。

なお、本実験ではいずれも雰囲気反応物（５）としてリ
ン酸を使用しているが、例えばＫＯＨ，ＣＣ２４等であ
ってもよい。

この結果、加工深さのレーザ出力依存性は、第２図に示
すように超音波を印加した（第２図中曲線Ａで示す。）
場合および超音波を印加しなかった場合（第２図中曲線
Ｂで示す。）、いずれもレーザ出力を増せば加工深さは
深くなるが、特に出力の高いところでは、同じ出力であ
れば超音波を印加して加工した方がより深く加工できる
ことがわかる。

また、加工深さの加ニスピード依存性を見ると、第３図
に示すように、同じ加ニスピードであれば超音波を印加
して加工した方（第３図中曲線Ｃで示す、）が超音波を
印加せずに加工した場合（第３図中曲線りで示す、）に
比べ、より深く加工できることがわかる。また逆に、同
じ加工深さであれば、超音波を印加して加工した方がよ
り加ニスピードの向上が図れることがわかる。

このように、超音波を印加して加工した場合、加工深さ
や加ニスピードの加工能力が向上するのは、 ■加工により生じた反応生成物が超音波のキャビテーシ
ゴン（空洞現象）効果により、加工部から積極的に飛散
、除去されること、 ■超音波の撹拌作用によって加工部に常に新鮮な反応物
が供給されること、 ■超音波によって熱化学反応が促進されること、等の理
由によるものと考えられる。

以上、上記実験結果かられかるように、雰囲気反応物中
の被加工物をレーザ照射により加工する際に、上記被加
工物に超音波を印加すれば、超音波を印加しないで加工
した場合に比べより深く加工することができ、加ニスピ
ードも早くすることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明方法によれば
、雰囲気反応物中の被加工物をレーザ照射により加工す
るに際し、上記被加工物に超音波を印加しながら加工を
施しているので、より深く加工することができ、しかも
より早く加工することができ、加工能力の大幅な向上が
図れる。

したがって、本発明方法を例えば、磁気ヘッドや半導体
素子等の電子デイバイスのように微細な加工が要求され
る分野に適用すれば、生産性の向上が図れる等、利用価
値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したレーザ励起熱化学加工方法を
実施するためのレーザ励起熱化学加工装置の一構成例を
示す概略模式図である。 第２図は超音波を印加した場合と印加しなかった場合に
おける加工深さのレーザ出力依存性を示す特性図である
。 第３図は超音波を印加した場合と印加しなかった場合に
おける加工深さの加ニスピード依存性を示す特性図であ
る。 １・・・Ａｒイオンレーザ ２・・・被加工物 ５・・・雰囲気反応物 ７・・・ホーン ８・・・振動子 ９・・・超音波発振器 特　許　出　願　人　　　ソニー株式会社代理人　　　
弁理士　　　小　池　　　見回　　　田村榮− 同　　　佐藤　勝 第１図 レーサ゛出７７　（Ｗ）　　　　　　　　　　　　那ニ
スピード（、ｕ／　Ｓ　）第２図　　　　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ照射によって被加工物を局所的に加熱し、その熱
   で雰囲気反応物と熱化学反応を起こして加工除去を行う
   レーザ励起熱化学加工方法において、上記被加工物に超
   音波を印加することを特徴とするレーザ励起熱化学加工
   方法。