JPH0825064A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工方法及びレーザ加工装置Info
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- JPH0825064A JPH0825064A JP6180539A JP18053994A JPH0825064A JP H0825064 A JPH0825064 A JP H0825064A JP 6180539 A JP6180539 A JP 6180539A JP 18053994 A JP18053994 A JP 18053994A JP H0825064 A JPH0825064 A JP H0825064A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザを
用いて、切断，穴開け，あるいは溝加工等を高速かつ高
精度に行なう。 【構成】 水冷式の冷却手段１０により被加工物を予め
又は加工中に強制冷却し、非熱的加工が支配的になる温
度上昇を阻止する。これにより、加工速度を高めるべく
照射エネルギー密度を高く設定した場合でも、高精度加
工が可能なアブレーション加工が支配的な状態に維持し
する。
用いて、切断，穴開け，あるいは溝加工等を高速かつ高
精度に行なう。 【構成】 水冷式の冷却手段１０により被加工物を予め
又は加工中に強制冷却し、非熱的加工が支配的になる温
度上昇を阻止する。これにより、加工速度を高めるべく
照射エネルギー密度を高く設定した場合でも、高精度加
工が可能なアブレーション加工が支配的な状態に維持し
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、４００ｎｍよりも短い
波長の紫外線レーザを用いて切断，穴開け，あるいは溝
加工等を行なうためのレーザ加工方法及びレーザ加工装
置に関する。
波長の紫外線レーザを用いて切断，穴開け，あるいは溝
加工等を行なうためのレーザ加工方法及びレーザ加工装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】発明の背景 近年、切断，穴開け，あるいは溝加工等をレーザ加工に
より行なう場合、４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レ
ーザ、例えばエキシマレーザ（ＡｒＦ：波長＝１９３ｎ
ｍ）、エキシマレーザ（ＫｒＦ：波長＝２４９ｎｍ）、
あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザの４倍波（波長＝２６６ｎ
ｍ）等がよく用いられる。というのは、これら紫外線レ
ーザを用いた加工では、４００ｎｍより長い波長をもつ
ＣＯ2レーザ（波長＝１０．６μｍ）や、ＹＡＧレーザ
（波長＝１．０６μｍ）を用いた加工と異なり、非熱的
加工（いわゆるアブレーション加工）が可能になる。そ
して、このアブレーション加工であると、熱の発生が少
ないために、熱的加工に比べて加工精度の向上，加工歪
み量の減少が可能になるのである。
より行なう場合、４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レ
ーザ、例えばエキシマレーザ（ＡｒＦ：波長＝１９３ｎ
ｍ）、エキシマレーザ（ＫｒＦ：波長＝２４９ｎｍ）、
あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザの４倍波（波長＝２６６ｎ
ｍ）等がよく用いられる。というのは、これら紫外線レ
ーザを用いた加工では、４００ｎｍより長い波長をもつ
ＣＯ2レーザ（波長＝１０．６μｍ）や、ＹＡＧレーザ
（波長＝１．０６μｍ）を用いた加工と異なり、非熱的
加工（いわゆるアブレーション加工）が可能になる。そ
して、このアブレーション加工であると、熱の発生が少
ないために、熱的加工に比べて加工精度の向上，加工歪
み量の減少が可能になるのである。
【０００３】従来のレーザ加工 ところで、従来この種の紫外線レーザによる加工では、
被加工物を室温のままで取扱っており、アブレーション
加工を実現する上で、加工速度が制限されていた。すな
わち、アブレーション加工による高精度，低歪み加工を
行なう上で重要となる条件の一つに、被加工物の材質に
対する被加工物表面の照射エネルギー密度がある。この
照射エネルギー密度が小さいと加工速度が遅くなり、照
射エネルギー密度を高くすると１パルス当たり、あるい
は照射時間当たりの除去深さも増加する。ところが、こ
の照射エネルギー密度をあまりに高くするとＣＯ2レー
ザ（波長＝１０．６μｍ）や、ＹＡＧレーザと同様熱的
加工が支配的になり、全体の除去量は増加するがその増
加量の傾きは減少し、かつ加工精度の悪化、及び加工歪
み量の増加を招くのである。
被加工物を室温のままで取扱っており、アブレーション
加工を実現する上で、加工速度が制限されていた。すな
わち、アブレーション加工による高精度，低歪み加工を
行なう上で重要となる条件の一つに、被加工物の材質に
対する被加工物表面の照射エネルギー密度がある。この
照射エネルギー密度が小さいと加工速度が遅くなり、照
射エネルギー密度を高くすると１パルス当たり、あるい
は照射時間当たりの除去深さも増加する。ところが、こ
の照射エネルギー密度をあまりに高くするとＣＯ2レー
ザ（波長＝１０．６μｍ）や、ＹＡＧレーザと同様熱的
加工が支配的になり、全体の除去量は増加するがその増
加量の傾きは減少し、かつ加工精度の悪化、及び加工歪
み量の増加を招くのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来この紫
外線を使用したレーザ加工方法及びレーザ加工装置で
は、アブレーション加工による高精度，低歪み加工を行
なうためには、被加工物の材質に対して最適な照射エネ
ルギー密度、すなわち非熱的加工を維持できる照射エネ
ルギー密度の最大値が存在し、それ以上に加工速度が上
げられないので、加工精度を高く維持しつつ作業効率を
高めることに限界があった。
外線を使用したレーザ加工方法及びレーザ加工装置で
は、アブレーション加工による高精度，低歪み加工を行
なうためには、被加工物の材質に対して最適な照射エネ
ルギー密度、すなわち非熱的加工を維持できる照射エネ
ルギー密度の最大値が存在し、それ以上に加工速度が上
げられないので、加工精度を高く維持しつつ作業効率を
高めることに限界があった。
【０００５】そこで本発明は、紫外線レーザの照射エネ
ルギー密度を従来に比し高めても熱的加工が支配的にな
るのを阻止できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を
提供することを目的としている。
ルギー密度を従来に比し高めても熱的加工が支配的にな
るのを阻止できるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を
提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のレーザ加工方法は、４００ｎｍより
も短い波長の紫外線レーザを被加工物に照射して加工を
行なうに際し、熱的加工を支配的にする温度上昇を阻止
するよう、被加工物を予め又は加工中に強制冷却するこ
とを特徴とする。
め、請求項１記載のレーザ加工方法は、４００ｎｍより
も短い波長の紫外線レーザを被加工物に照射して加工を
行なうに際し、熱的加工を支配的にする温度上昇を阻止
するよう、被加工物を予め又は加工中に強制冷却するこ
とを特徴とする。
【０００７】また、請求項２記載のレーザ加工装置は、
４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザを被加工物に
照射して加工を行なうレーザ加工装置において、熱的加
工を支配的にする温度上昇を阻止するよう、被加工物を
強制冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。
４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザを被加工物に
照射して加工を行なうレーザ加工装置において、熱的加
工を支配的にする温度上昇を阻止するよう、被加工物を
強制冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明では、被加工物が強制冷却され熱的加工
を支配的にする温度上昇が阻止される。したがって、照
射エネルギー密度を従来に比し高めてもアブレーション
加工を維持でき、加工精度，低歪み性を高く維持しつつ
従来の限界を越えて加工速度を高めることができる。
を支配的にする温度上昇が阻止される。したがって、照
射エネルギー密度を従来に比し高めてもアブレーション
加工を維持でき、加工精度，低歪み性を高く維持しつつ
従来の限界を越えて加工速度を高めることができる。
【０００９】
【実施例】実施例１ （ａ）装置構成 図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係わるレ
ーザ加工装置を示している。この装置は、図に示すよう
に、４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザを発生さ
せる光源１と、この光源１から発射された光束１ａのエ
ネルギー量を調整するためのアッテネイタ２と、前記光
束１ａを所定の経路で導くための偏向ミラー３ａ，３
ｂ，３ｃと、前記光束１ａの強度分布を均一にするため
のホモジナイザ４と、前記光束１ａを透過させる矩形窓
を有するマスク５と、このマスク５ａの像を被加工物７
に結像させるためのレンズ６と、被加工物７を位置決め
る二軸ステージ８とを備える。
ーザ加工装置を示している。この装置は、図に示すよう
に、４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザを発生さ
せる光源１と、この光源１から発射された光束１ａのエ
ネルギー量を調整するためのアッテネイタ２と、前記光
束１ａを所定の経路で導くための偏向ミラー３ａ，３
ｂ，３ｃと、前記光束１ａの強度分布を均一にするため
のホモジナイザ４と、前記光束１ａを透過させる矩形窓
を有するマスク５と、このマスク５ａの像を被加工物７
に結像させるためのレンズ６と、被加工物７を位置決め
る二軸ステージ８とを備える。
【００１０】光源１は、例えばエキシマレーザ（Ｋｒ
Ｆ：波長＝２４９ｎｍ）をパルス発振により発生させる
レーザ光源である。二軸ステージ８は、被加工物７の表
面（照射面）に沿う水平方向（図１に示すＹ軸方向）
と、被加工物７の表面に直交する鉛直方向（図１に示す
Ｚ軸方向）とに、被加工物７を連続送り、あるいはステ
ップ送りできるものである。また、光束１ａは、被加工
物７を切断等するために予めアッテネイタ２の減衰率、
マスク５の矩形窓の形状、レンズ６の形状、そして各要
素間の距離設定により被加工物７の表面で最適の照射エ
ネルギー密度（所望の速度で切断等の加工が実現できる
値）になるようショット毎に調整されている。
Ｆ：波長＝２４９ｎｍ）をパルス発振により発生させる
レーザ光源である。二軸ステージ８は、被加工物７の表
面（照射面）に沿う水平方向（図１に示すＹ軸方向）
と、被加工物７の表面に直交する鉛直方向（図１に示す
Ｚ軸方向）とに、被加工物７を連続送り、あるいはステ
ップ送りできるものである。また、光束１ａは、被加工
物７を切断等するために予めアッテネイタ２の減衰率、
マスク５の矩形窓の形状、レンズ６の形状、そして各要
素間の距離設定により被加工物７の表面で最適の照射エ
ネルギー密度（所望の速度で切断等の加工が実現できる
値）になるようショット毎に調整されている。
【００１１】（ｂ）加工方法 次に、上記装置により実施する本発明のレーザ加工方法
の一例（切断加工）を説明する。まず、被加工物７を、
予め液化窒素等により冷却した後、二軸ステージ８に取
り付ける。なお、被加工物７の冷却温度は、前記の如く
最適な照射エネルギー密度になるよう調整された光束１
ａが被加工物７に所定時間照射されたとき、被加工物の
熱的加工（溶融，蒸発等による加工）が起きる温度上昇
が阻止される冷却温度としておく。
の一例（切断加工）を説明する。まず、被加工物７を、
予め液化窒素等により冷却した後、二軸ステージ８に取
り付ける。なお、被加工物７の冷却温度は、前記の如く
最適な照射エネルギー密度になるよう調整された光束１
ａが被加工物７に所定時間照射されたとき、被加工物の
熱的加工（溶融，蒸発等による加工）が起きる温度上昇
が阻止される冷却温度としておく。
【００１２】次に、被加工物７の切断開始位置が光束１
ａの照射位置となるよう二軸ステージ８により被加工物
７を位置決めした後、光源１を作動させる。光源１から
射出した光束１ａは、アッテネイタ２を透過してエネル
ギー密度を調整され、偏向ミラー３ａ，３ｂにより偏向
されホモジナイザ４に入射して強度分布を均一にされ、
さらにマスク５を透過した後、偏向ミラー３ｃを経てレ
ンズ６を透過し、被加工物７の加工位置に照射される。
すると、被加工物７の加工位置においては、熱的加工を
支配的にする温度上昇が阻止されるから、いわゆるアブ
レーション現象により被加工物７を構成する分子が分解
し熱歪等を起こすことなく局部的に材料が除去される。
ａの照射位置となるよう二軸ステージ８により被加工物
７を位置決めした後、光源１を作動させる。光源１から
射出した光束１ａは、アッテネイタ２を透過してエネル
ギー密度を調整され、偏向ミラー３ａ，３ｂにより偏向
されホモジナイザ４に入射して強度分布を均一にされ、
さらにマスク５を透過した後、偏向ミラー３ｃを経てレ
ンズ６を透過し、被加工物７の加工位置に照射される。
すると、被加工物７の加工位置においては、熱的加工を
支配的にする温度上昇が阻止されるから、いわゆるアブ
レーション現象により被加工物７を構成する分子が分解
し熱歪等を起こすことなく局部的に材料が除去される。
【００１３】そして、このように光束１ａをパルス照射
しつつ、二軸ステージ８により被加工物７をＺ方向に徐
々に移動させてゆき、前記アブレーション現象による材
料の局部的除去を徐々に被加工物７の底面側に進める。
そうして、被加工物７の二軸ステージ８と接する底面が
除去されたところで、すなわち、光束１ａのショット毎
の照射エネルギー密度の前記設定値が一定になるように
予め求めてあるショット毎の除去量分が除去されたとこ
ろで、今度は二軸ステージ８により被加工物７を切断面
に沿ってＹ軸方向にステップ送りにより移動させる。そ
して、ふたたび被加工物７の底面が現れるまで光束１ａ
を同様にパルス照射し、順次のこの作業を切断面全長に
渡って繰返すことにより被加工物７の切断加工が実現で
きる。
しつつ、二軸ステージ８により被加工物７をＺ方向に徐
々に移動させてゆき、前記アブレーション現象による材
料の局部的除去を徐々に被加工物７の底面側に進める。
そうして、被加工物７の二軸ステージ８と接する底面が
除去されたところで、すなわち、光束１ａのショット毎
の照射エネルギー密度の前記設定値が一定になるように
予め求めてあるショット毎の除去量分が除去されたとこ
ろで、今度は二軸ステージ８により被加工物７を切断面
に沿ってＹ軸方向にステップ送りにより移動させる。そ
して、ふたたび被加工物７の底面が現れるまで光束１ａ
を同様にパルス照射し、順次のこの作業を切断面全長に
渡って繰返すことにより被加工物７の切断加工が実現で
きる。
【００１４】このように本実施例では、被加工物７が予
め強制冷却されることで、加工時には熱的加工を支配的
にする温度上昇が阻止される。したがって、照射エネル
ギー密度を従来に比し高めてもアブレーション加工を維
持でき、加工精度及び低歪み性を高く維持しつつ従来の
限界を越えて加工速度を高めることができる。
め強制冷却されることで、加工時には熱的加工を支配的
にする温度上昇が阻止される。したがって、照射エネル
ギー密度を従来に比し高めてもアブレーション加工を維
持でき、加工精度及び低歪み性を高く維持しつつ従来の
限界を越えて加工速度を高めることができる。
【００１５】（ｃ）変形例 なお、上記実施例１において、被加工物７を底面まで達
しない任意の深さまで除去することによる溝加工が可能
になる。また、矩形窓を有するマスク５の代りに円形窓
を有するマスクを用いることによって、穴開け加工も可
能になる。
しない任意の深さまで除去することによる溝加工が可能
になる。また、矩形窓を有するマスク５の代りに円形窓
を有するマスクを用いることによって、穴開け加工も可
能になる。
【００１６】実施例２ （ａ）装置構成 図２は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係わるレ
ーザ加工装置を示している。なお、実施例１と同様の構
成要素には同符合を付しその説明を省略する。この装置
は、二軸ステージ８上に水冷式により冷却されるベース
１０が設けられ、このベース１０上にペルチェ素子９を
介して被加工物７が取り付けられる構成となっている。
ベース１０内には、図３に示すように、不凍液１３が循
環するための菅１２が形成され、不凍液１３は、クーラ
ントシステム１１により充分に冷やされ菅１２内を循環
するようになっている。なお、ベース１０及びクーラン
トシステム１１等は、本発明の冷却手段を構成してい
る。
ーザ加工装置を示している。なお、実施例１と同様の構
成要素には同符合を付しその説明を省略する。この装置
は、二軸ステージ８上に水冷式により冷却されるベース
１０が設けられ、このベース１０上にペルチェ素子９を
介して被加工物７が取り付けられる構成となっている。
ベース１０内には、図３に示すように、不凍液１３が循
環するための菅１２が形成され、不凍液１３は、クーラ
ントシステム１１により充分に冷やされ菅１２内を循環
するようになっている。なお、ベース１０及びクーラン
トシステム１１等は、本発明の冷却手段を構成してい
る。
【００１７】（ｂ）加工方法 被加工物７は、予め実施例１と同様な方法、あるいは冷
却されたベース１０により、充分に冷やしてから、さら
に加工中も不凍液１３を菅１２内を循環させることによ
り冷やしながら、光束１ａをパルス照射する。また、こ
の時被加工物７の温度は、ペルチェ素子９の吸熱又は発
熱により微調整して熱的加工が支配的とならない一定温
度に保つよう維持する。なお、加工中の被加工物７の送
り（二軸ステージ８の動作）等は、実施例１と同様であ
る。
却されたベース１０により、充分に冷やしてから、さら
に加工中も不凍液１３を菅１２内を循環させることによ
り冷やしながら、光束１ａをパルス照射する。また、こ
の時被加工物７の温度は、ペルチェ素子９の吸熱又は発
熱により微調整して熱的加工が支配的とならない一定温
度に保つよう維持する。なお、加工中の被加工物７の送
り（二軸ステージ８の動作）等は、実施例１と同様であ
る。
【００１８】この実施例では、被加工物７が加工中にも
強制冷却され、さらにペルチェ素子により正確に温度管
理されることで、熱的加工を支配的にする温度上昇が確
実に阻止される。したがって、照射エネルギー密度を従
来に比し高めてもアブレーション加工を確実に維持で
き、加工精度及び低歪み性を高く維持しつつ従来の限界
を越えて加工速度を高めることが信頼性高く実現でき
る。
強制冷却され、さらにペルチェ素子により正確に温度管
理されることで、熱的加工を支配的にする温度上昇が確
実に阻止される。したがって、照射エネルギー密度を従
来に比し高めてもアブレーション加工を確実に維持で
き、加工精度及び低歪み性を高く維持しつつ従来の限界
を越えて加工速度を高めることが信頼性高く実現でき
る。
【００１９】（ｃ）変形例 なお、被加工物７を冷却する手段として、上記実施例で
は、液化窒素あるいは水冷式のベース１０を使用してい
るが、本発明の冷却方法又は冷却手段はこれに限定され
るものではなく、冷却されたエアーを照射部に吹き付け
ながら照射する構成、あるいは冷却した溶液中に被加工
物を浸しながら、あるいは該溶液中に沈めながら照射す
る構成とすることも可能である。
は、液化窒素あるいは水冷式のベース１０を使用してい
るが、本発明の冷却方法又は冷却手段はこれに限定され
るものではなく、冷却されたエアーを照射部に吹き付け
ながら照射する構成、あるいは冷却した溶液中に被加工
物を浸しながら、あるいは該溶液中に沈めながら照射す
る構成とすることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、被加工物を予め冷却し
て、あるいは加工中に冷却しながら紫外線レーザを照射
することにより加工時の温度上昇を抑え、照射エネルギ
ー密度を従来に比し高めてもアブレーション加工を維持
できる。このため、加工精度を高く維持し、また加工歪
み量を低く抑えつつ、従来の限界を越えて加工速度を高
めることができる。
て、あるいは加工中に冷却しながら紫外線レーザを照射
することにより加工時の温度上昇を抑え、照射エネルギ
ー密度を従来に比し高めてもアブレーション加工を維持
できる。このため、加工精度を高く維持し、また加工歪
み量を低く抑えつつ、従来の限界を越えて加工速度を高
めることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係わるレーザ加工装置
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係わるレーザ加工装置
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係わるレーザ加工装置
における冷却手段を示す図である。
における冷却手段を示す図である。
１ 光源 １ａ 光束 ７ 被加工物 １０ ベース（冷却手段） １１ クーラントシステム（冷却手段） １２ 管（冷却手段） １３ 不凍液（冷却手段）
Claims (2)
- 【請求項１】 ４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レー
ザを被加工物に照射して加工を行なうに際し、熱的加工
を支配的にする温度上昇を阻止するよう、被加工物を予
め又は加工中に強制冷却することを特徴とするレーザ加
工方法。 - 【請求項２】 ４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レー
ザを被加工物に照射して加工を行なうレーザ加工装置に
おいて、熱的加工を支配的にする温度上昇を阻止するよ
う、被加工物を強制冷却する冷却手段を設けたことを特
徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6180539A JPH0825064A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6180539A JPH0825064A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0825064A true JPH0825064A (ja) | 1996-01-30 |
Family
ID=16085043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6180539A Pending JPH0825064A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825064A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004031016A (ja) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Mitsubishi Materials Corp | サージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法 |
| DE102005062230A1 (de) * | 2005-12-21 | 2007-06-28 | Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Scheiben aus sprödem Material, insbesondere von Wafern |
| JP2010082651A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Shibuya Kogyo Co Ltd | レーザ加工装置 |
| JP2016078085A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置 |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP6180539A patent/JPH0825064A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004031016A (ja) * | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Mitsubishi Materials Corp | サージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法 |
| DE102005062230A1 (de) * | 2005-12-21 | 2007-06-28 | Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Scheiben aus sprödem Material, insbesondere von Wafern |
| JP2010082651A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Shibuya Kogyo Co Ltd | レーザ加工装置 |
| JP2016078085A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置 |
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