JPH07284966A - 窒化アルミニウムセラミックスの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工材としての窒化アルミニウムセラミッ
クスの材料自体に悪影響を及ぼすことなく、高い精度の
切断と表面の平滑化を行なうことを可能にし、かつ加工
速度を向上させる。 【構成】 表面に、波長が１９０ｎｍ以上、３６０ｎｍ
以下の範囲にある光２を照射することにより、窒化アル
ミニウムセラミックス５を加工する。照射する光のエネ
ルギー密度、ビームの広がり角度、スペクトルの半値幅
を所定範囲に規定することにより適切な加工を行なうこ
とができる。レーザ光２を円筒型レンズ３，４または円
筒型ミラーにより集光する。 【効果】 従来、加工が困難、高いコストのために適用
できなかった構造部材の分野に窒化アルミニウムセラミ
ックスの応用範囲を広げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工具、高温下に置か
れる機械部品等に用いられる窒化アルミニウムセラミッ
クスの加工方法に関し、特に窒化アルミニウムセラミッ
クスの切断と表面の平滑化を高い効率、高い精度で行な
う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウムセラミックスの硬度は
高く、その加工は極めて困難である。窒化アルミニウム
セラミックスの平面研削加工は、ダイヤモンド粒を結合
材によって固めた砥石を用いた研磨によって行なわれて
いる。

【０００３】しかしながら、このダイヤモンド砥石によ
る研削は加工時間が長い。また、研削により生じたクラ
ックが窒化アルミニウムセラミックス自身の材料強度に
悪影響を与える等の問題がある。

【０００４】一方、窒化アルミニウムセラミックスの切
断もダイヤモンド砥石を用いて行なわれている。しかし
ながら、砥石自身の強度を考慮して、この切断に工業的
に実用可能な砥石の径は数１００μｍ程度であり、砥粒
や被削材の除去物の抜道を与えるためには砥石の切断で
は切り代が大きくなる。

【０００５】そこで、従来から、レーザを用いて熱的に
切断加工することが行なわれている。レーザとしては、
ＣＯ₂ 、ＣＯ、ＹＡＧレーザが使用されていた。しかし
ながら、波長が１μｍ以上の赤外光を使用し、材料を加
熱して溶融、蒸発させて加工するため、熱によって加工
周辺部が影響を受けて劣化する。また、レーザ照射によ
り局所的に材料が急激に加熱、冷却されるため、その熱
応力によりクラックが発生する。さらに、加工部に金属
層が形成され、窒化アルミニウムセラミックスとしての
材料自身の機能が低下してしまう。このため、窒化アル
ミニウムセラミックス加工へのレーザの応用は、加工精
度を必要としないセラミックス部品の孔開け、スクライ
ビング等に限定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、レーザを用いて
切断加工を行なう場合、熱による加工周辺部の窒化アル
ミニウムセラミックスの劣化や熱応力によるクラックが
発生し、被削材の強度が著しく劣化する。また、加工部
には金属層が形成され、窒化アルミニウムセラミックス
の材料としての機能が低下してしまう。このため、窒化
アルミニウムセラミックス部材へのレーザ加工の適用は
制限されている。この悪影響を防ぐために、パルス状発
振レーザを用い、パルス幅の短縮、発振周波数の低下に
より被削材の加熱時間を短くし、熱応力を緩和する、外
部電界により金属層の形成を抑制する等の工夫を必要と
していた。

【０００７】ダイヤモンド砥石による研削加工は、一部
熱を利用して被削材を研磨することにより行なわれる。
この場合、摩擦熱により被削材は数１００℃まで加熱さ
れ、必然的に被削材に悪影響が与えられる。また、加工
形状は平面状または線状に限定される。被削材を固定す
ることが困難である。被削材の大きさが小さ過ぎたり、
その形状が不定形の場合には、被削材の研磨が極めて難
しくなり、その作業性が悪くなる。場合によっては、加
工が不可能になる。さらに、スカイフ研磨による研削加
工は時間がかなりかかるという問題もあった。

【０００８】そこで、この発明は、加工対象としての窒
化アルミニウムセラミックスの材料本体に何ら影響を与
えることなく、窒化アルミニウムセラミックスを切断ま
たは研削し、表面の平滑化を行なうことを可能にし、か
つその加工速度を向上することができる窒化アルミニウ
ムセラミックスの加工方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の加工方法は、
窒化アルミニウムセラミックスの表面に、波長が３６０
ｎｍ以下の範囲、または１９０ｎｍ以上、３６０ｎｍ以
下の範囲にある光を照射することを特徴とする窒化アル
ミニウムセラミックスの加工方法である。

【００１０】照射する光のエネルギー密度は１０Ｗ／ｃ
ｍ² 以上、１０¹¹Ｗ／ｃｍ² 以下の範囲にあることが好
ましい。

【００１１】また、パルス状レーザ光を用い、その１パ
ルス当りのエネルギー密度は、１０ ^-1Ｊ／ｃｍ² 以上、
１０⁶ Ｊ／ｃｍ² 以下の範囲とすることにより、良好な
加工が得られる。

【００１２】さらに、レーザ発振器より発振される際の
レーザ光の広がり角度が１０^-2ｍｒａｄ以上、５×１０
^-1ｍｒａｄ以下であるのが好ましい。

【００１３】レーザ光の発振スペクトル（バンド幅）の
半値幅が１０^-4ｎｍ以上、１ｎｍ未満であるのが好まし
い。

【００１４】レーザ光のビームの断面におけるエネルギ
ーのばらつきが１０％以下であるのが好ましい。

【００１５】パルス状レーザ光を円筒型レンズまたは円
筒型ミラーにより集光することによって窒化アルミニウ
ムセラミックスの表面に照射するのが好ましい。

【００１６】ＰＨが３以上６以下の水溶液中でレーザ光
を照射するのが好ましい。その場合、硝酸、塩酸、硫酸
または王水の溶液中でレーザ光が照射される。

【００１７】また、ＰＨが８以上１１以下の水溶液中で
レーザ光を照射するのが好ましい。その場合、水酸化カ
リウムまたは水酸化ナトリウムの溶液中でレーザ光を照
射する。

【００１８】さらに、マスクを用いてレーザ光を処理
し、縮小投影するのが好ましい。その場合、レーザ発振
器より発振される際の広がり角度が０．２ｍｒａｄ以下
であり、レーザ光の発振スペクトルの半値幅が１０^-4ｎ
ｍ以上、１０^-2ｎｍ以下であるレーザ光を用いるのが好
ましい。

【００１９】

【発明の作用効果】波長が３６０ｎｍ以下の光は、紫外
光であり、光子エネルギーが高く、物質に吸収される
と、主として化学結合での電子の励起に関与することが
知られている。すなわち、３６０ｎｍ以下の波長の光の
照射により、窒化アルミニウムセラミックスを構成して
いる窒素−アルミニウム結合に何らかの影響を与え、変
化させることができることが考えられる。しかし、熱的
な効果をもたらさない紫外光によって材料を加工するこ
とは常識的には考え難いことであった。

【００２０】本発明者らは、光と窒化アルミニウムセラ
ミックスとの反応について鋭意研究を進めた結果、３６
０ｎｍ以下の波長の光を照射することによって、窒化ア
ルミニウムセラミックスに損傷を全く与えることなく、
かつ高い効率で窒化アルミニウムセラミックスを加工す
ることができることを見出した。特に、３６０ｎｍ以下
で１９０ｎｍ以上の波長を有する光が窒化アルミニウム
セラミックスの加工に有効であることを見出し、本発明
に至った。窒化アルミニウムセラミックスのこれらの波
長域の光に対する吸収係数が大きいため、これらの波長
範囲では照射された光のほとんどが表面層で吸収され、
内部まで浸透しない。そのため、光のエネルギーが加工
箇所に効率よく集中し、高い効率で高速度で窒化アルミ
ニウムセラミックスを加工することができる。また、研
削加工を行なう場合においても、被削材の表面のみに光
のエネルギーを集中させることができ、他の部分への影
響をほぼ完全に抑えて、入射角度依存性は小さくなる。

【００２１】加工に使用する光源としては、Ｆ₂ 、Ａｒ
Ｆ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、Ｎ₂ 、ＸｅＦの各エ
キシマレーザおよび水銀灯、さらにシンクロトロン放射
光（ＳＯＲ）が挙げられるが、これらには限定されな
い。エキシマレーザは、それぞれ固有の発振波長を有
し、上記の順に従って１５７、１９３、２２２、２４
８、３０８、３３７、３５３ｎｍである。一方、水銀灯
およびＳＯＲは連続した波長帯を有する。この連続光を
照射してもよく、また光学フィルタ等により波長帯域を
狭帯域化してもよい。

【００２２】一般にこれらの光源は平行光線ではなく、
ある広がりをもって自由な方向に発散する。このため、
レンズを用いて集光した場合、集光した周辺部にエネル
ギー密度の低い部分が形成される。このような光は加工
精度の低下の原因になる。窒化アルミニウムセラミック
スの表面を平滑化する加工においては、被削材を走査さ
せること等により、加工精度の低下の度合いを低減させ
ることができる。しかし、窒化アルミニウムセラミック
ス部材の切断等の加工においては、部材の切断によって
形成された角が少しだれるという問題がある。この欠点
は窒化アルミニウムセラミックスの通常の用途では特に
問題にはならないが、サブミクロンオーダの精密な加工
を行なう場合、そのような欠点を解消するために、窒化
アルミニウムセラミックスに照射される光線を平行にす
ることが必要になる。

【００２３】エキシマレーザの光線を平行にするための
手法としては、不安定条件の共振ミラーを用いてエキシ
マレーザを共振させて発振させる方法がある。レーザ発
振器より発振される際のレーザ光の広がり角度を、通常
の１〜３ｍｒａｄ程度から５×１０^-1ｍｒａｄ以下に小
さくすることによって、レンズによる集光性を向上させ
ることが可能となる。これにより、窒化アルミニウムセ
ラミックスの表面と切断面との間の角度をシャープにす
ることができ、切断面の切り口の平坦性を向上させるこ
とが可能になる。レーザ光の広がり角度を１０^-2ｍｒａ
ｄ未満にすることは困難であり、またそれに比して加工
においてはあまり大きな効果を期待することができな
い。

【００２４】エキシマレーザは短波長であり、微細加工
に適する光源であるが、発振スペクトルの半値幅が加工
精度に大きな影響を及ぼす。発振スペクトルの半値幅が
１ｎｍ以上の光ではμｍオーダーの加工を行なうのも不
十分である。

【００２５】さらに、０．１μｍオーダーあるいはそれ
以下の超精密な加工を必要としている場合には、波長の
狭帯域化を行なうことが有効である。狭帯域化の方法と
しては、エタロンを使用する方法とインジェクションロ
ック方式がある。発振波長の狭帯域化の程度としては、
１０^-2ｎｍ以下の範囲にあることが必要であり、より狭
いことが望ましい。しかしながら、１０^-4ｎｍ以下への
狭帯域化は困難であり、これに比べて光学系の収差等の
影響が大きくなり、加工への効果は期待できない。

【００２６】窒化アルミニウムセラミックスの表面に光
を集光して照射する過程にはレンズ、全反射ミラーが使
用される。レンズとミラーの種類としては、点状に集光
する凸型レンズと凹型ミラーがある。線状に集光する場
合には、円筒型凸レンズと円筒型凹面鏡が使用される。
さらに、凹レンズあるいは凸面鏡を組合わせて平行光線
またはそれに近い集光の角度の小さい光線にしてもよ
い。照射される光のエネルギー密度は、集光の状態によ
り制御される。

【００２７】窒化アルミニウムセラミックスの加工を進
めるとき、光を走査して行なってもよいが、平面状に加
工する場合には、むしろ被加工材を平行に駆動させた方
が正確に加工することができる。３次元的な材料の表面
を平滑化する場合には、光と被削材の両方を駆動させる
必要がある。切断加工を行なう場合には、エネルギー密
度と切断面の直角性との関係から、切断線を含む面に対
して垂直に光を照射することが有効である。被削材の表
面を平滑にする場合には、被削材の表面に対して光を照
射する角度に従って加工状態に影響が出る。

【００２８】すなわち、エネルギー密度と照射領域（加
工領域）との関係において最適条件が存在する。光を集
光させるレンズあるいはミラーの焦点距離と、焦点と被
加工材との位置関係を調整することによっても、エネル
ギー密度を変化させることができる。エネルギー密度が
１０^-1Ｊ／ｃｍ² 未満、あるいは１０Ｗ／ｃｍ² 未満の
場合には、窒化アルミニウムセラミックスを分解するの
に必要なエネルギー条件に達しない。エネルギー密度が
１０⁵ Ｊ／ｃｍ² 、あるいは１０¹¹Ｗ／ｃｍ²を超える
場合には、加工が施される箇所以外の窒化アルミニウム
セラミックスの部分に、材料自身の有する性能の劣化等
の悪影響が及ぼされる。

【００２９】エキシマレーザ光の断面は、通常、約１０
ｍｍ×２０ｍｍ前後の四角い形状をしており、ビームの
断面のエネルギープロファイルは均一ではなく、分布を
有する。そのエネルギー分布は周辺部においてエネルギ
ーが低くなり、中央部は比較的なだらかな山なりになっ
ている。そのエネルギーの不均一性が窒化アルミニウム
セラミックスの加工面に対して凹凸等の精度の低下をも
たらす。レンズを用いて集光した場合にも、エネルギー
分布はそのまま維持され、窒化アルミニウムセラミック
スの加工面の不均一の原因になる。

【００３０】しかしながら、このようなレーザ光を円筒
型レンズを用いて線状に集光して窒化アルミニウムセラ
ミックス表面に照射すると、窒化アルミニウムセラミッ
クスが均一で平坦に加工され、その切断面も高い精度で
高速度で加工されることを本発明者らは新たに見出し
た。この原因については、今のところ解明されていない
が、一方向に集光することにより、上記の問題が相殺さ
れるような条件が存在していることも考えられる。

【００３１】また、エキシマレーザの状態によっては、
線状に集光して加工した部分の両端に不均一が生じるこ
とがある。この場合には、そのレーザの両端部をしゃへ
いすることにより、均一な加工面を得ることができる。
さらに、レーザビームの断面内のエネルギーのばらつき
を１０％以下に抑えることにより、ほとんど加工精度に
悪影響を及ぼさないことが判明した。エネルギーの平均
化の手法としては、ホモジナイザーを使用する方法や、
比較的、エネルギー分布の均一な中央部だけをマスク等
により切り出す方法などがある。

【００３２】窒化アルミニウムセラミックスを加工する
際、その雰囲気が加工状況に影響を与えることがわかっ
ている。ＡｒＦエキシマレーザを使用する場合には、酸
素の吸収によるエネルギーの減衰を防ぐため、真空中や
窒素、ヘリウムガス等の不活性な雰囲気中で窒化アルミ
ニウムセラミックスの加工を行なうのが好ましい。Ａｒ
Ｆエキシマレーザの波長を超える波長を有するレーザを
使用する場合においても、真空中やヘリウム等の軽元素
の不活性ガス雰囲気中が、除去物質の飛散を助長するた
め、平滑な加工面を得るのに有効である。Ｆ₂ エキシマ
レーザやＳＯＲは真空紫外領域の光であるため、それら
の光を用いた加工は高真空中で、全反射ミラーを用いて
集光して行なう必要がある。

【００３３】パルス状レーザを使用する場合、加工速度
はパルスの繰返し周波数に比例して増加し、装置として
は繰返し周波数の高いレーザ発振器を使用することが好
ましい。また、エネルギー密度が高いほど、エッチング
速度が速くなる傾向にあり、切断加工を行なう場合に
は、高いエネルギーを発生することが可能な装置を用い
るのが好ましい。

【００３４】エキシマレーザを用いた加工（エキシマレ
ーザアブレーション）においては、軽元素が飛散しやす
いため、被加工体の表面に重元素の層が形成される。窒
化アルミニウムセラミックスの場合、軽元素である窒素
が大気中に飛散しやすく、加工面にアルミニウムからな
る金属層が形成される。このアルミニウムを溶解しやす
い酸またはアルカリの溶液中でエキシマレーザによるア
ブレーション加工を行なうと、大気中よりも高い加工速
度で、かつより平滑な加工面を得ることができる。

【００３５】しかしながら、Ｈイオン濃度が高まると、
レーザ光が照射された窒化アルミニウムセラミックスの
部分の金属層の溶解が激しく進み、加工速度は高まるも
のの、加工面が粗くなり、加工精度は悪くなる。このた
め、酸の溶液としてはＰＨが３以上６以下の水溶液が有
効である。窒化アルミニウムセラミックスは酸に対する
耐食性が強いため、酸化力の強い硝酸、塩酸、硫酸また
は王水を用いる。

【００３６】また、窒化アルミニウムセラミックスのア
ルカリ溶液に対する耐食性が弱いため、ＰＨが１１を超
える強アルカリ溶液は適さない。ＯＨイオン濃度が高ま
ると、加工速度は高まるが、窒化アルミニウムセラミッ
クスへの腐食が生じ、腐食層の除去が必要になる。ＯＨ
イオン濃度が低いと、より平滑な加工面が得られる。

【００３７】アルカリ溶液のうち、水酸化ナトリウム水
溶液に対しては室温で耐食性があり、水酸化カリウム水
溶液に対しても耐食性がある。レーザ照射による試料温
度の上昇がほとんどないため、アルカリ溶液としてはこ
の２種類が用いられる。

【００３８】なお、より好ましい効果を得るためには、
特に加工速度と加工面の粗さと実用性、経済性を考慮す
れば、ＰＨが３以上５以下の水溶液中で、またはＰＨが
９以上１１以下の水溶液中でレーザ光を照射するのがさ
らに望ましい。

【００３９】マスクを用いてレーザ光を処理し、縮小投
影させて、窒化アルミニウムのセラミックスの表面に照
射する。このようにレーザ光を縮小投影させることによ
り、焦点集光では得られない数μｍのスポット径に集光
させることが可能である。また、小さいスポット径に絞
り込むことにより、非常に高いエネルギー密度が得られ
る。さらに、レーザビーム中のエネルギー分布はガウス
分布に従い、不均一であるが、結像面上でのエネルギー
分布はほぼ均一であるため、非常にシャープでアスペク
ト比の高い加工端が得られる。ここで、孔を開ける場合
のアスペクト比とは、表面側の孔の直径をｄ₁ 、底面側
の孔の直径をｄ₂ 、孔の深さをｔとしたとき、２ｔ／
（ｄ₁ −ｄ₂ ）で表わされる値をいう。この場合、この
値が２０以上の高いアスペクト比を有する加工端を得る
ことができる。

【００４０】また、この場合、光路を長くとり、縮小率
を上げ、エネルギー密度を高くすると、加工速度が向上
する。ガウスビームであるレーザ光を焦点距離ｆで絞っ
た場合のスポット径Ｗ（ｆ）は、広がり角度をθとする
と、近似的に、 Ｗ（ｆ）＝ｆ・θ となることが知られており、良好な集光状態を得るには
広がり角度は重要なファクターであり、より小さいこと
が好ましい。

【００４１】しかしながら、エキシマレーザは通常、レ
ーザ発振器から発振される際の広がり角度が１〜３ｍｒ
ａｄと大きく、レンズの収差等の影響により、数１０μ
ｍにしか集光できない。そこで、不安定共振器を使用
し、レーザ光の広がり角度を０．２ｍｒａｄまで狭める
ことにより、スポット径をその１／１０程度にまで絞る
ことができる。また、エキシマレーザは発振スペクトル
の半値幅が広く、レンズによる色収差が大きいため、結
像状態が悪い。マスクを用いてレーザ光を縮小投影させ
る利点の一つに像を小さくし、切り代を小さくすること
があげられる。この利点を効果的に用いるために、光学
系の収差の影響を低減する必要がある。これにより、イ
ンジェクションロッキングを用いて、発振のスペクトル
の半値幅を１０^-4ｎｍ以上、１０^-2ｎｍ以下、広がり角
度を０．２ｍｒａｄ以下としてレーザ光を用いることに
より、１０μｍ程度にスポット径を絞ることができる。

【００４２】この発明によれば、高い効率で高い精度の
窒化アルミニウムセラミックスの加工方法を得ることが
できる。窒化アルミニウムセラミックスの高い硬度、比
較的弱い耐酸化性等の問題により、従来、加工が不可
能、あるいは高いコストのために窒化アルミニウムセラ
ミックスを適用することができなかった構造部品の分野
にその応用範囲を広げることが可能になる。さらに、窒
化アルミニウムセラミックスを３次元的に超精密に加工
することができる。

【００４３】

【実施例】

実施例１ 図１に示すように、窒化アルミニウムセラミックス５の
表面をエキシマレーザ装置１を用いて切削した。被加工
材としての窒化アルミニウムセラミックス５は、厚みが
２ｍｍで大きさが２５ｍｍ角の板状であった。エキシマ
レーザとしては、２４８ｎｍの発振波長を有するＫｒＦ
エキシマレーザを使用した。窒化アルミニウムセラミッ
クス５はＸＹＺテーブル６の上に置かれた。

【００４４】合成石英製凸型円筒レンズ４と凹型円筒レ
ンズ３とを組合わせて用いて、このレーザ光２を長さ２
５ｍｍ、幅１００μｍの大きさに集光して、加工対象の
窒化アルミニウムセラミックス５の表面に大気中で照射
した。このときのエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ² であ
った。レーザ光のパルスの繰返し周波数は１００Ｈｚで
あった。

【００４５】照射角度を窒化アルミニウムセラミックス
５の表面の法線方向に設定した。被加工材の窒化アルミ
ニウムセラミックス５を、レーザ光に対して垂直に置
き、図１の矢印２０で示される方向に２ｍｍ／分の速度
で２５ｍｍの長さを１回走査させた。

【００４６】加工後、被加工材の厚みを測定したとこ
ろ、１．９ｍｍになっており、表面粗さは０．４μｍで
あった。

【００４７】実施例２ 図２に示すように、窒化アルミニウムセラミックス５の
表面をエキシマレーザ装置１を用いて切削した。被加工
材としての窒化アルミニウムセラミックス５は、厚みが
２ｍｍで大きさが２５ｍｍ角の板状であった。エキシマ
レーザとしては、１９３ｎｍの発振波長を有するＡｒＦ
エキシマレーザを使用した。ＸＹＺテーブル６の上に置
かれた被加工材の窒化アルミニウムセラミックス５を真
空容器７中に設置した。真空容器７の排気は、図２の矢
印３０で示される方向にガスを吸引することにより、行
なわれた。

【００４８】合成石英製の凸型円筒レンズ４と凹型円筒
レンズ３とを組合わせて用いて、上記のレーザ光２を長
さ２５ｍｍ、幅１００μｍの大きさに集光し、合成石英
窓８から、このレーザ光２を導入し、被加工材の窒化ア
ルミニウムセラミックス５の表面に真空中で照射した。
このときのエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ² であった。
レーザ光のパルスの繰返し周波数を１００Ｈｚに設定し
た。

【００４９】照射角度を窒化アルミニウムセラミックス
５の表面に対して法線方向に設定した。被加工材の窒化
アルミニウムセラミックス５を、レーザ光に対して垂直
に置き、４ｍｍ／分の速度で２５ｍｍの長さを１回走査
させた。

【００５０】加工後、被加工材の厚みを測定したとこ
ろ、１．９ｍｍになっており、表面粗さは０．１μｍで
あった。

【００５１】実施例３ 図１に示すように、窒化アルミニウムセラミックスを実
施例１と同様のエキシマレーザ装置１を用いて切断し
た。被加工材としての窒化アルミニウムセラミックス５
は、厚みが３ｍｍで大きさが直径５０ｍｍの薄板であっ
た。エキシマレーザとしては、波長が３０８ｎｍのＸｅ
Ｃｌエキシマレーザを使用した。このレーザは、不安定
共振器により、光線の平行性が高められており、ホモジ
ナイザーにより、エネルギー分布のばらつきは最大９％
になっていた。

【００５２】合成石英製の円筒凸型レンズ４と円筒凹型
レンズ３とを組合わせて用いて、上記のレーザ光２を長
さ２５ｍｍ×１０μｍ幅の大きさに集光して被加工材の
窒化アルミニウムセラミックス５の表面に照射した。こ
のときの平均エネルギー密度は１０² Ｊ／ｃｍ² であっ
た。レーザ光のパルスの繰返し周波数を２００Ｈｚに設
定した。

【００５３】照射角度を被加工材の窒化アルミニウムセ
ラミックス５の表面の法線方向に対して平行に設定し
た。レーザ光２に対して被加工材の窒化アルミニウムセ
ラミックス５を垂直に駆動させた。切断幅５０ｍｍに対
して、幅２５ｍｍの領域に１８０秒間、レーザ光を照射
した後、横にレーザ光をずらして残りの幅２５ｍｍの領
域にも同様に１８０秒間、レーザ光を照射した。合計で
３６０秒間の照射によって窒化アルミニウムセラミック
スを切断した。切り代は約３０μｍであった。

【００５４】電子顕微鏡観察により、溶融した痕跡や亀
裂等が切断面に存在しないことが確認された。

【００５５】実施例４ 図３に示すように、窒化アルミニウムセラミックスをエ
キシマレーザ装置１を用いて切断した。被加工材として
の窒化アルミニウムセラミックス５は、厚みが２ｍｍで
大きさが５ｍｍ角の薄板状であった。エキシマレーザと
しては、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使
用した。このレーザは、プリズムとグレーティングを利
用して狭帯域化され、増幅側に不安定共振器を設置し、
光線の平行性を向上させて用いられた。その結果、発振
波長１９３ｎｍのバンド幅の半値幅が１０００分の５ｎ
ｍに狭帯域化されていた。

【００５６】合成石英製円筒凸型レンズ４と円筒凹型レ
ンズ３とを組合わせて用いて、上記のように処理された
レーザ光２を１０μｍ角に集光させて、被加工材の窒化
アルミニウムセラミックス５の表面に吹き付けノズル９
からヘリウム（Ｈｅ）ガスを吹き付けながら照射した。
ヘリウムガスは、矢印４０で示される方向にノズル９に
供給され、排気ダクト１０を通じて矢印５０で示される
方向に排出された。このときの平均エネルギー密度は、
１０⁵ Ｊ／ｃｍ² であった。レーザ光のパルスの繰返し
周波数は２００Ｈｚに設定された。

【００５７】照射角度を被加工材の窒化アルミニウムセ
ラミックス５の表面の法線方向に対して平行に設定し
た。被加工材の窒化アルミニウムセラミックス５をレー
ザ光２に対して垂直に駆動させた。５ｍｍの幅を５ｍｍ
／分の速度で走査させることにより、６０秒間の照射で
窒化アルミニウムセラミックスを切断した。切り代は約
２０μｍであった。

【００５８】電子顕微鏡観察により、切断面は非常に平
滑な面であり、除去物質の付着が見られないことがわか
った。また、加工部周辺領域にもクラック等が観察され
なかった。

【００５９】実施例５ 図４に示すように、窒化アルミニウムセラミックスをエ
キシマレーザ装置１を用いて切断した。被加工材として
の窒化アルミニウムセラミックス５は、厚みが１．５ｍ
ｍで大きさが５ｍｍ角の薄板状であった。エキシマレー
ザとしては、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
を使用した。このレーザは、プリズムとグレーティング
を利用して狭帯域化され、増幅側に不安定共振器を設置
し、光線の平行性を向上させて用いられた。その結果、
発振波長２４８ｎｍのバンド幅の半値幅が１０００分の
５ｎｍに狭帯域化されていた。

【００６０】合成石英製円筒凸型レンズ４と円筒凹型レ
ンズ３とを組合せて用いて、上記のように処理されたレ
ーザ光２を１０μｍ角に集光させて、硝酸１２中に設置
した被加工材の窒化アルミニウムセラミックス５の表面
に照射した。このとき、使用した硝酸のＰＨは３であっ
た。

【００６１】被加工材である窒化アルミニウムセラミッ
クス５は、紫外光を透過する合成石英製セル１１中に設
置した。光学研磨石英板を介してレーザ光を被加工材の
窒化アルミニウムセラミックスに照射した。このときの
平均エネルギー密度は、１０ ³ Ｊ／ｃｍ² であった。レ
ーザ光のパルスの繰返し周波数は２００Ｈｚに設定され
た。

【００６２】照射角度を被加工材の窒化アルミニウムセ
ラミックス５の表面の法線方向に対して平行に設定し
た。被加工材の窒化アルミニウムセラミックス５をレー
ザ光２に対して垂直に駆動させた。５ｍｍの幅を７．５
ｍｍ／分の速度で走査させることにより、４０秒間の照
射で窒化アルミニウムセラミックスを切断した。切り代
は約３０μｍであった。

【００６３】電子顕微鏡観察により、切断面は非常に平
滑な面であり、除去物質の付着が見られないことがわか
った。また、加工部周辺領域にもクラック等が観察され
なかった。

【００６４】実施例６ 窒化アルミニウムセラミックスをエキシマレーザを用い
て切断した。被加工材としての窒化アルミニウムセラミ
ックスは、厚みが３ｍｍで大きさが２０ｍｍ角の薄板状
であった。エキシマレーザとしては、波長が２４８ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザを使用した。このレーザは、プ
リズムとグレーティングを利用して狭帯域化され、増幅
側に不安定共振器を設置し、光線の平行性を向上させて
用いられた。その結果、発振波長２４８ｎｍのバンド幅
の半値幅が１０００分の５ｎｍに狭帯域化されていた。

【００６５】金属製マスクを用いて、このレーザ光を
１．５×２０ｍｍの大きさに加工し、マスクより約３．
５ｍ離隔して設置された円筒レンズによって約２０μｍ
×２０ｍｍの大きさに縮小投影させて、窒化アルミニウ
ムセラミックスの表面に照射した。使用した円筒レンズ
のＫｒＦレーザ光に対する焦点距離は４５ｍｍであり、
縮小率は１／７５であった。このときの平均エネルギー
密度は、２×１０² Ｊ／ｃｍ² であった。レーザ光のパ
ルスの繰返し周波数は２００Ｈｚに設定された。

【００６６】照射角度を被加工材の窒化アルミニウムセ
ラミックスの表面の法線方向に対して平行に設定し、約
６０秒間の照射で窒化アルミニウムセラミックスを切断
した。切り代は約２０μｍであった。

【００６７】電子顕微鏡観察により、切断面は非常に平
滑な面であり、ダレなどのない非常にシャープな加工端
面を得ることができた。また、加工部周辺領域にもクラ
ック等が観察されなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１と３で用いられた装置の概
略構成を示す図である。

【図２】この発明の実施例２で用いられた装置の概略構
成を示す図である。

【図３】この発明の実施例４で用いられた装置の概略構
成を示す図である。

【図４】この発明の実施例５で用いられた装置の概略構
成を示す図である。

【符号の説明】

１ エキシマレーザ装置 ２ レーザ光 ３ 凹型円筒レンズ ４ 凸型円筒レンズ ５ 窒化アルミニウムセラミックス

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウムセラミックスの表面に
   光を照射して窒化アルミニウムセラミックスを加工する
   方法において、波長が３６０ｎｍ以下の光を照射するこ
   とを特徴とする、窒化アルミニウムセラミックスの加工
   方法。
2. 【請求項２】 窒化アルミニウムセラミックスの表面に
   光を照射して窒化アルミニウムセラミックスを加工する
   方法において、波長が１９０ｎｍ以上、３６０ｎｍ以下
   の範囲にある光を照射することを特徴とする、窒化アル
   ミニウムセラミックスの加工方法。
3. 【請求項３】 窒化アルミニウムセラミックスの表面に
   照射する光のエネルギー密度が、１０Ｗ／ｃｍ² 以上、
   １０¹¹Ｗ／ｃｍ² 以下の範囲にあることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の窒化アルミニウムセラミック
   スの加工方法。
4. 【請求項４】 前記光がパルス状レーザ光であることを
   特徴とする、請求項２に記載の窒化アルミニウムセラミ
   ックスの加工方法。
5. 【請求項５】 窒化アルミニウムセラミックスの表面に
   照射するパルス状レーザ光の１パルス当りのエネルギー
   密度が、１０^-1Ｊ／ｃｍ² 以上、１０⁶ Ｊ／ｃｍ² 以下
   の範囲にあることを特徴とする、請求項４に記載の窒化
   アルミニウムセラミックスの加工方法。
6. 【請求項６】 レーザ発振器より発振される際のレーザ
   光の広がり角度が１０^-2ｍｒａｄ以上、５×１０^-1ｍｒ
   ａｄ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の窒
   化アルミニウムセラミックスの加工方法。
7. 【請求項７】 レーザ光の発振スペクトルの半値幅が１
   ０^-4ｎｍ以上、１ｎｍ未満であることを特徴とする、請
   求項４に記載の窒化アルミニウムセラミックスの加工方
   法。
8. 【請求項８】 レーザ光のビームの断面のエネルギーの
   ばらつきが１０％以下であることを特徴とする、請求項
   ４に記載の窒化アルミニウムセラミックスの加工方法。
9. 【請求項９】 パルス状レーザ光を円筒型レンズまたは
   円筒型ミラーにより集光して窒化アルミニウムセラミッ
   クスの表面に照射することを特徴とする、請求項４また
   は８に記載の窒化アルミニウムセラミックスの加工方
   法。
10. 【請求項１０】 ＰＨが３以上６以下の水溶液中で前記
    光を照射することを特徴とする、請求項４に記載の窒化
    アルミニウムセラミックスの加工方法。
11. 【請求項１１】 硝酸、塩酸、硫酸および王水からなる
    群より選ばれた少なくとも１種の溶液中で前記光を照射
    することを特徴とする、請求項１０に記載の窒化アルミ
    ニウムセラミックスの加工方法。
12. 【請求項１２】 ＰＨが８以上１１以下の水溶液中で前
    記光を照射することを特徴とする、請求項４に記載の窒
    化アルミニウムセラミックスの加工方法。
13. 【請求項１３】 水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウ
    ムから選ばれた少なくとも１種の溶液中で前記光を照射
    することを特徴とする、請求項１２に記載の窒化アルミ
    ニウムセラミックスの加工方法。
14. 【請求項１４】 マスクを用いて前記レーザ光を処理
    し、縮小投影することを特徴とする、請求項４または９
    に記載の窒化アルミニウムセラミックスの加工方法。
15. 【請求項１５】 レーザ発振器より発振される際の広が
    り角度が０．２ｍｒａｄ以下であり、発振スペクトルの
    半値幅が１０^-4ｎｍ以上、１０^-2ｎｍ以下であるレーザ
    光を用いることを特徴とする、請求項１４に記載の窒化
    アルミニウムセラミックスの加工方法。