WO2007013293A1

WO2007013293A1 - ハイブリッドレーザ加工装置

Info

Publication number: WO2007013293A1
Application number: PCT/JP2006/313751
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Kawahara; Motoi Sasaki; Ryoji Koseki
Original assignee: Shibuya Kogyo Co., Ltd.
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-02-01
Also published as: JP2007029980A

Abstract

　ハイブリッドレーザ加工装置１は、加工ヘッド６にレーザ光Ｌを発振するレーザ発振器４と、加工ヘッドに高圧液体を供給する液体供給手段５とを備えており、加工ヘッドの先端に設けられた噴射孔４８から液柱Ｗを噴射させると共に、この液柱にレーザ光を導光することで、被加工物２の切断を行うものとなっている。　被加工物に衝突した液柱は、加工ヘッドに向けて跳ね返るが、この液体は仕切部材４４によって遮られるので、加工ヘッドと仕切部材との間の気体通路内で液柱Ｗに向かう気流が乱されることは無く、液柱に沿って流通する気流により、液柱は拡散することなく被加工物まで到達する。　噴射孔と被加工物とが接近していても、安定した液柱を長く形成することができる。

Description

明細書

ハイブリッドレーザ加工装置

技術分野

[0001] 本発明はハイブリッドレーザカ卩ェ装置に関し、詳しくは液体を噴射孔から液柱にして外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光するハイブリッドレーザ加工装置に関する。

背景技術

[0002] 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外部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ハイブリッドレーザ加工装置が知られている。 ( 特許文献 1)

そしてこのようなハイブリッドレーザカ卩ェ装置では、噴射した液柱を拡散させずに安定した状態のまま被加工物に到達させる必要があり、噴射孔と被加工物との間隔は、噴射される液柱が安定して、る範囲内で定めなければならな、。

特許文献 1：特表平 10— 500903号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] ここで、液柱を安定して形成するには、該液柱に沿って被カ卩ェ物に向力う気流が必要であり、この気流は、液柱の噴射により液柱の周囲の気体が該液柱に沿って移動することで発生し、またこの気流が発生すると、その周囲の気体が液柱に向けて引つ張られ、液柱に向力う気流が発生する。

また、ハイブリッドレーザ加工装置を用いて半導体ウェハなどを切断する際において、噴射する液柱の径を細くして切断幅を狭くすることが求められている力液柱の径に対して液柱を安定した状態で保つことのできる長さには相関関係があり、このため液柱の径を細くするには噴射孔と被加工物とを接近させなければならない。

し力しながら、あまりに噴射孔と被カ卩ェ物とを接近させてしまうと、被カ卩ェ物に衝突した液柱が跳ね返り、跳ね返った液体が噴射孔の周囲に到達して、液柱に向けて流れる噴射孔近傍の気流が乱れ、その結果、液柱に沿って流れる気流も乱れてしまうことから、安定した液柱を得ることができなくなってしまう。

このような問題に鑑み、本発明は噴射孔と被加工物とが接近していても、安定した液柱を長く形成することの可能なノ、イブリツドレーザ加工装置を提供するものである。課題を解決するための手段

[0004] すなわち、本発明におけるノ、イブリツドレーザカ卩ェ装置は、噴射孔を有する加工へッドと、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外部に噴射させると共に、上記液柱にレーザ光を導光して、被カ卩ェ物の加工を行うハイブリッドレーザカ卩ェ装置において、

上記加工ヘッドと被加工物との間に、上記液柱の通過する通過孔を穿設した仕切部材を設けて、上記被加工物から跳ね返った液体が加工ヘッドに到達するのを仕切部材で防止するとともに、該加工ヘッドと仕切部材との間に気体通路を形成することを特徴としている。

発明の効果

[0005] 本発明によれば、上記仕切部材を設けることで、被加工物に跳ね返った液体が噴射孔の周囲に到達しなくなり、加ェヘッドと仕切部材との間に形成された気体通路内を流通する気流が乱されることはないので、噴射孔と被加工物とを接近させても、安定した液柱を長く形成することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

[0006] 以下図示実施例について説明すると、図 1には本発明に力かるハイブリッドレーザ加工装置 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を所要形状に切断加工する装置となって、る。

このハイブリッドレーザカ卩ェ装置 1は、上記被力卩ェ物 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、被力卩ェ物 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、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、また上記加工へッド 6は図示しな、昇降手段によって垂直方向に移動するようにされて!、る。

本実施例では、上記被力卩ェ物 2として板厚の薄い半導体ウェハを切断加工し、この他にもエポキシ榭脂板ゃ榭脂と金属カゝらなる複合材料なども切断加工することができる。また、切断加工や穴明け力卩ェのほかにも、被加工物 2表面に対して溝加工を行うことも可能である。

[0007] 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つている。

レーザ発振器 4と加工ヘッド 6との間には、レーザ光 Lを遮断するシャツタ手段 11と、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 12と、照射されたレーザ光 Lを集光する集光レンズ 13とが設けられている。

上記シャツタ手段 11は上記制御手段によって制御され、図示しない駆動手段によりレーザ光 Lの光路上と光路外とを往復動する反射ミラー 11aと、当該反射ミラー 11a によって反射したレーザ光 Lのエネルギーを吸収するダンバ 1 lbとを備えて、る。上記反射ミラー 11 aをレーザ光 Lの光路上に位置させると、レーザ光 Lは当該反射ミラー 11aに反射し、当該レーザ光のエネルギーが上記ダンバ l ibに吸収される。一方、反射ミラー 11aをレーザ光 Lの光路外に移動させると、レーザ光 Lは上記反射ミラー 12で反射した後、集光レンズ 13を介して上記加工ヘッド 6へと照射される。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レーザ発振器等を用い

2

ることも可能であるが、 COレーザ発振器のように発振されるレーザ光 Lが水に吸収さ

2

れやす、波長である場合には、加ェヘッド 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ればよい。

[0008] 次に、液体供給手段 5は、水を貯溜する貯水タンク 21と、貯水タンク 21に貯溜された水をカ卩ェヘッド 6に向けて送液するポンプ 22とを備え、これらは導管 23によって相互に接続されている。上記貯水タンク 21は給水源 24に接続されており、給水源 24と貯水タンク 21とを接続する導管 23には、給水源 24からの水の供給を制御する開閉弁 25と、給水源 24から供給される水に含有される異物を除去する余水フィルタ 26とを備えている。

上記ポンプ 22と加工ヘッド 6との間には、上流側のポンプ 22側から順に、ポンプ 22 への水の逆流を防止する逆止弁 27、送液される水の脈動を防止し、加工ヘッド 6内に高圧の水を供給するアキュムレータ 28、水内の異物を除去するフィルタ 29、上記制御手段によって開閉が制御される第 1電磁弁 30が設けられている。

また、給水源 24から貯水タンク 21までの導管 23と、ポンプ 22から加工ヘッド 6までの導管 23とは、平行する 2本の導管 23によって接続されており、一方の導管 23には第 2電磁弁 31が、他方の導管 23には圧力調整弁 32が設けられている。

上記第 2電磁弁 31はハイブリッドレーザカ卩ェ装置 1を停止させる際などに、ポンプ 2 2からの液体を貯水タンク 21に戻すために使用され、また圧力調整弁 32はポンプ 22 からカ卩ェヘッド 6までの導管 23内部の圧力を一定に保っために設けられている。図 2は加工ヘッド 6の拡大図を示しており、該加工ヘッド 6は、上記移動手段によつて移動するハウジング 41と、ハウジング 41の下部に設けられた噴射ノズル 42と、噴射ノズル 42と上記集光レンズ 13との間に設けられた透明なガラス板 43と、上記噴射ノズル 42の下方に設けられた仕切部材 44とを備えている。

上記ハウジング 41の側面には、上記ガラス板 43および噴射ノズル 42との間に形成された液体通路 45に連通すると共に、上記導管 23に接続される接続口 41aが設けられており、上記液体供給手段 5から供給された液体は接続口 41aから液体通路 45 内に流入した後、上記噴射ノズル 42から液柱 Wとなって噴射されることとなる。

上記噴射ノズル 42は、ハウジング 41の下端部に嵌合するステー 46の中央に固定されており、このステー 46は上記ハウジング 41の下面にリング状の固定部材 47によつて固定されている。

この噴射ノズル 42の中央には噴射孔 48が形成され、この噴射孔 48は集光レンズ 1 3側に形成されて被加工物 2に向けて縮径する第 1傾斜面 48aと、この第 1傾斜面 48 aの最小径部 48bより被加工物 2側に向けて拡径する第 2傾斜面 48cとから構成されている。そして、上記噴射ノズル 42の下方には上記ステー 46および固定部材 47を貫通する貫通孔 46a、 47aが形成され、この貫通孔 46a、 47aの径は噴射ノズル 42の外径よりも小径で、かつ上記第 2傾斜面 48cの下端部の径よりも大径に設定されて、る。上記ガラス板 43は上記噴射ノズル 42と集光レンズ 13との間に位置し、上記ハウジング 41にナット 49を用いて固定されており、上記液体通路 45の液体が該ガラス板 4 3よりも上方の空間に漏出するのを防止し、また集光レンズ 13によって集光されたレ一ザ光 Lが透過するようになって、る。

[0010] 上記仕切部材 44は、中央に通過孔 44aの穿設された円形の板状部材であり、上記固定部材 47の下面に 4本の円筒状のスぺーサ 50を介してボルト 51によって固定されている。

この仕切部材 44により、該仕切部材 44と固定部材 47との間には気体通路 52が形成され、この気体通路 52は、上記隣接するスぺーサ 50の間を介して大気に連通するようになっている。

上記通過孔 44aは下方に向けて拡径する面取形状を有し、このうち通過孔 44aにおける噴射ノズル 42側の径は、上記液柱 Wに沿つて被カ卩ェ物 2に向けて流通する気流を阻止しな!、程度の径で、かつその径が大きくなり過ぎな、ように設定されて!、る。本実施例では噴射される液柱の径が 50 /z mの場合、該通過孔 44aの径を 0. 5m m〜5mmとしてヽ。

また、通過孔 44aを下方に向けて拡径する面取形状とすることで、仕切部材 44に付着した液体が通過孔 44aに沿って下方に移動する際に、次第に液柱 Wから離隔して液柱 Wに触れな!/、ようにされて!、る。

[0011] このような構成を有するハイブリッドレーザカ卩ェ装置 1の動作について説明する。

最初に、ハイブリッドレーザ加工装置 1を始動させると、制御手段は液体供給手段 5 を制御し、上記ポンプ 22によって貯水タンク 21内の水をカ卩ェヘッド 6に向けて送液を開始する。なお、貯水タンク 21には予め給水源 24より十分な量の水が供給されている。

そして、上記ポンプ 22によって送液された水は、逆止弁 27を通過した後、アキュムレータ 28内に流入し、アキュムレータ 28が水で充満されると、さらにフィルタ 29及び第 1電磁弁 30を通過し、上記カ卩ェヘッド 6の接続口 41aを介して液体通路 45に流入する。

その後、水が液体通路 45内に充満すると、水は上記噴射ノズル 42の噴射孔 48から噴射され、噴射された水は液柱 Wとなって被加工物 2に到達する。

これと並行して、制御手段はレーザ発振器 4を制御し、レーザ発振器 4はレーザ光 Lの発振を開始する。このとき、上記シャツタ手段 11の反射ミラー 11aは発振されたレ一ザ光 Lの光路上に位置しており、レーザ光 Lは反射ミラー 11aによってダンバ l ib に案内され、レーザ光 Lのエネルギーは吸収される。

噴射孔 48より噴射される液柱 Wが安定した状態となると、制御手段は直ちにシャツタ手段 11を制御して反射ミラー 11aをレーザ光 Lの光路外に移動させ、これによりレ一ザ光 Lは反射ミラー 12に反射した後、集光レンズ 13によって集光される。

集光されたレーザ光 Lはガラス板 43および液体通路 45内の液体を通過し、さらに噴射孔 48の第 1傾斜面 48aで反射して液柱 W内に導光され、その後液柱 W内で反射を繰り返しながら、被力卩ェ物 2に照射される。

ここで、上記噴射孔 48より噴射された液柱 Wの周囲には、上記ステー 46および固定部材 47に形成された貫通孔 46a、 47aの内壁面との間に空間が形成されており、この空間はいわゆるエアポケット Pとして機能する。

つまり、液柱 Wが噴射孔 48より噴射されると、液柱 Wの周囲には液柱 Wに沿って被加工物 2へと流れる気流が発生し、これに伴って固定部材 47の下方には液柱 Wに向けて流れる気流が発生する。

この固定部材 47の下方に発生した気流の一部は、矢印 Aのようにー且上記エアポケット P内に流入すると該エアポケット Pの上端部で反転し、その後液柱 Wに沿って被加工物 2側へと流れてゆく。

そして、この液柱 Wに沿って被力卩ェ物 2に向けて流れる気流により、噴射孔 48から噴射された液柱 Wはしばらくの間拡散せずに安定した状態を保ち、その間レーザ光 Lは液柱 W内で良好に反射する。

ここで、上記液柱 Wの太さと、噴射孔 48から噴射された液柱 Wが拡散するまでの距離 (安定長）とを実際に測定したところ、噴射される液柱 Wの圧力を 13MPaとしたとき、液柱径= 100 μ mで安定長 =約 90mm、液柱径 = 70 μ mで安定長 =約 60mm、液柱径 = 50 mで安定長 =約 40mmであった。なおこの安定長は、液柱 Wの圧力を高くすることで伸ばすことができる。

[0013] このようにして噴射孔 48より噴射された液柱 Wは被力卩ェ物 2に到達する力このとき、被加工物 2に溝加工を行う場合や、当該液柱 Wが被加工物 2を貫通していない場合、液柱 Wは被力卩ェ物 2で衝突して飛散した液体は上方に跳ね返ってしまう。

従って、本来ならば跳ね返った液体は固定部材の下面にまで到達することとなるが、本実施例の場合、跳ね返った液体は上記仕切部材 44によって阻まれるので、固定部材 47の下面まで到達することはな、。

このように、上記仕切部材 44によって跳ね返る液体が固定部材 47に到達してしまうのを防止することで、上述した液柱 Wに向けて流れる気流が当該液体によって乱れるのを防止することができ、液柱 Wに沿って流れる気流が乱れて液柱 Wが拡散してしまうのを防止することができる。

これに対し、特許文献 1のように仕切部材 44を設けないで液柱 Wを噴射すると、被加工物 2で跳ね返った液体が固定部材 47の下面にまで達し、この液体により液柱 W に向けて流れる気流が乱れ、液柱 Wに沿って流れる気流も乱れることから、安定した液柱 Wを噴射することができなくなってしまう。

このため、従来のハイブリッドレーザ加工装置 1では、加工ヘッド 6と被加工物 2との距離を、跳ね返る液体の到達する高さよりも長くし、その分液柱 Wの太さを太くして液柱 Wが安定して到達する距離を長くしなければならず、切断幅が広くなつて半導体ゥェハの歩留まりを低下させる要因となっていた。

しカゝも、上記仕切部材 44と固定部材 47との間に形成された気体通路 52は、隣接するスぺーサ 50の間によつて大気と連通しているので、気体通路 52内の気流を安定して得ることができ、気体の流量不足により気流が乱れて液柱 Wが拡散してしまうと V、つた問題が生じることはな、。

[0014] 次に、図 3に示す本発明の第 2の実施例について説明する。なお、この第 2の実施例では、上記仕切部材 44の構成が異なるだけであるので、第 1の実施例と同じ部材等については説明を省略する。本実施例の仕切部材 44は、有底筒状の部材であって、上記加工ヘッド 6の下面を覆うように固定され、当該仕切部材 44の下面中央には、上記第 1の実施例と同様の通過孔 44aが穿設されて、る。

また、仕切部材 44の側面には複数の連通口 44bが穿設されており、仕切部材 44 内部に形成された気体通路 52を大気に連通させるようになって、る。

このような構成により、上記噴射孔 48より液柱 Wが噴射されると、気体通路 52の気体が液柱 Wに沿って被力卩ェ物 2へと流れる気流となり、このとき上記連通口 44bより気体通路 52へと大気が流入するので、気体の流量不足によって、気流が乱れて液柱 Wが拡散してしまうこともな、。

そして、通過孔 44aを通過した液柱 Wが被力卩ェ物 2に衝突しても、跳ね返った液体は仕切部材 44の下面に当るので、気体通路 52の気流は乱れず、上記第 1の実施例と同様、加工ヘッド 6と被加工物 2とを接近させた状態で被加工物 2の加工をすることができる。

図面の簡単な説明

[図 1]本実施例におけるハイブリッドレーザカ卩ェ装置の配置図。

[図 2]加工ヘッドにっ、ての拡大断面図。

[図 3]第 2の実施例における加工ヘッドの拡大断面図。

符号の説明

1 ハイブリッドレーザ加工装置 2 被加工物

4 レーザ発振器 5 高圧ポンプ

6 加工ヘッド 42 噴射ノズル

44 仕切部材 44a 通過孔

48 噴射孔 52 気体通路

L レーザ光 P エアポケット

W 液柱

Claims

請求の範囲

[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外部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ハイブリッドレーザ加工装置において、

上記加工ヘッドと被加工物との間に、上記液柱の通過する通過孔を穿設した仕切部材を設けて、上記被加工物から跳ね返った液体が加工ヘッドに到達するのを仕切部材で防止するとともに、該加工ヘッドと仕切部材との間に気体通路を形成することを特徴とするハイブリッドレーザ加工装置。

[2] 上記仕切部材を上記加工ヘッドの先端を覆う有底筒状の部材とし、該仕切部材側面に大気と連通する連通口を形成したことを特徴とする請求項 1に記載のハイブリツドレーザ加工装置。

[3] 上記加工ヘッドの下端部に噴射孔よりも被加工物側に上記液柱を囲繞する壁面を形成し、上記液柱と上記壁面とによって形成された空間をエアポケットとすることを特徴とする請求項 1または請求項 2のいずれかに記載のハイブリッドレーザ加工装置。