JP2006326629A - Laser beam machining apparatus and its machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法に関し、さらに詳細には、レーザー光を被加工物の被加工面へ照射して当該被加工物の被加工面をレーザー加工する際に、当該被加工物の被加工面における加工状態を観察しながらレーザー加工を行うことのできるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method using the same, and more specifically, when laser processing is performed on a processing surface of the workpiece by irradiating the processing surface of the workpiece with laser light. The present invention relates to a laser processing apparatus capable of performing laser processing while observing a processing state on a processing surface of the workpiece, and a laser processing method using the same.
従来より、レーザー光源から出射されたレーザー光を光学系を介して制御した後に被加工物の被被加工面に照射することにより、被加工物の被加工面を所望の状態に加工するとともに、その加工状態を観察することができるようにしたレーザー加工装置が知られている。 Conventionally, the laser beam emitted from the laser light source is controlled through the optical system and then irradiated on the workpiece surface of the workpiece, thereby processing the workpiece surface of the workpiece into a desired state. There is known a laser processing apparatus capable of observing the processing state.
こうしたレーザー加工装置においては、被加工物の被加工面の加工状態を当該加工と同時に観察するための観察手段が設けられており、一般に、被加工物の被加工面へ照射するレーザー光を制御するための光学系は、当該被加工面の像を観察手段の撮像面へ投影するための補助光の光学系としても用いるように構成されていて、レーザー光と補助光とで光学系が共用されている。 In such a laser processing apparatus, an observation means for observing the processing state of the processing surface of the workpiece simultaneously with the processing is provided, and in general, the laser beam applied to the processing surface of the workpiece is controlled. The optical system is configured to be used as an auxiliary light optical system for projecting the image of the processing surface onto the imaging surface of the observation means, and the optical system is shared between the laser light and the auxiliary light. Has been.
つまり、従来のレーザー加工装置における光学系は、被加工面が所望の加工状態となるようにレーザー光を制御するとともに、補助光による被加工面の像をその内部に設けられたダイクロイックミラーを介して観察手段の撮像面に結像するように、それぞれの光路の一部を共通化するようにして予め光学設計がなされている。 In other words, the optical system in the conventional laser processing apparatus controls the laser beam so that the processing surface is in a desired processing state, and the image of the processing surface by the auxiliary light passes through the dichroic mirror provided in the inside. The optical design is made in advance so that a part of each optical path is made common so that an image is formed on the imaging surface of the observation means.
ところで、上記した従来のレーザー加工装置のように、被加工物の被加工面へ照射する加工用のレーザー光と当該被加工面の像を観察手段の撮像面へ投影するための補助光とを1つの光学系の光路を共通に用いて導光する場合には、当該レーザー光の波長と当該補助光の波長とが相違すると、当該光学系においてそれぞれの光の波長の相違に応じた色収差が生じることになるものであった。
By the way, like the above-mentioned conventional laser processing apparatus, the processing laser light for irradiating the processing surface of the workpiece and the auxiliary light for projecting the image of the processing surface onto the imaging surface of the observation means are provided. When the optical path of one optical system is commonly used for light guiding, if the wavelength of the laser light and the wavelength of the auxiliary light are different, chromatic aberration corresponding to the difference in the wavelength of each light in the optical system is caused. Would have occurred.
この色収差のため、例えば、被加工面の像を観察手段の撮像面に結像することを優先すると、加工用のレーザー光の焦点が被加工面と一致しなくなるという状況が生じることとなり、それ故に所望の加工状態を得ることができなくなるという問題点をもたらすものであった。 Because of this chromatic aberration, for example, if priority is given to forming an image of the processing surface on the imaging surface of the observation means, a situation occurs in which the focal point of the processing laser beam does not coincide with the processing surface. Therefore, there is a problem that a desired processing state cannot be obtained.
ここで、上記したような色収差による問題点を解消するための手法としては、例えば、特許文献1として提示する特開平4−251686号公報に開示された手法が知られている。
Here, as a technique for solving the problems due to chromatic aberration as described above, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-251686 presented as
この特開平4−251686号公報に開示されたレーザー加工装置は、顕微鏡の対物レンズ系の光路に加工用のレーザー光と補助光としての参照光とを共通に導いて被加工箇所に集束させるというものであり、レーザー光による加工を行う前に、参照光による被加工箇所におけるスポット形状を顕微鏡により観察するようになされている。そして、この特開平4−251686号公報に開示されたレーザー加工装置においては、加工用のレーザー光を結像させる補正用レンズが顕微鏡の対物レンズ系に設けられていた。 The laser processing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-251686 guides the laser beam for processing and the reference light as auxiliary light in common to the optical path of the objective lens system of the microscope and focuses them on the processing site. Therefore, before processing with a laser beam, a spot shape at a processing site by a reference beam is observed with a microscope. In the laser processing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-251686, a correction lens that forms an image of the processing laser beam is provided in the objective lens system of the microscope.
この補正用レンズは、互いに屈折率が異なり、かつ、同一の焦点距離を持つ凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成されている。この補正用レンズを配置することによって、参照光である可視光の波長の焦点距離は長くなり、一方、加工用のレーザー光である赤外光の波長の焦点距離は短くなるため、上記した色収差を補償して可視光のピント(結像)と赤外光のピント(結像)を一致させることができるようになるものである。 This correction lens is configured by combining a convex lens and a concave lens having different refractive indexes and the same focal length. By arranging this correction lens, the focal length of the wavelength of the visible light that is the reference light is increased, while the focal length of the wavelength of the infrared light that is the processing laser light is shortened. Therefore, the focus (imaging) of visible light and the focus (imaging) of infrared light can be matched.
しかしながら、上記した補正用レンズは、それを構成する凹レンズのレンズ材料として屈折率の高いレンズ材料を用いる必要があった。
However, the correction lens described above needs to use a lens material having a high refractive index as the lens material of the concave lens constituting the correction lens.
ここで、屈折率の高いレンズ材料として、例えば、特開平4−251686号公報に開示されたジンクセレンを採用した場合には、加工用のレーザー光がジンクセレンにより形成された凹レンズを透過することになるが、この加工用のレーザー光の透過により当該凹レンズ内部に次第に着色が生じるようになり、このため当該凹レンズの透過率が低下して、長期間安定したレーザー加工を行うことができないという問題点があった。
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物の被加工面へ照射する加工用のレーザー光の波長と当該被加工面の像を観察手段の撮像面へ投影するための補助光の波長とが相違する場合においても、それぞれの光路を共通する1つの光学系において生じる色収差の問題を解消するとともに、長期間安定したレーザー加工を行うことを可能にしたレーザー加工装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and the object of the present invention is the wavelength of the laser beam for processing that irradiates the workpiece surface of the workpiece. Even when the wavelength of the auxiliary light for projecting the image of the processing surface onto the imaging surface of the observation means is different, the problem of chromatic aberration that occurs in one optical system that shares each optical path is solved. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of performing stable laser processing for a long period of time.
また、本発明の目的とするところは、本発明によるレーザー加工装置を用いて優れた加工結果を得るためのレーザー加工方法を提供しようとするものである。 Another object of the present invention is to provide a laser processing method for obtaining excellent processing results using the laser processing apparatus according to the present invention.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、被加工物の被加工面の像を撮像する撮像面を備えた観察手段と、上記撮像面に上記像を投影する補助光を出射する補助光源とを有するレーザー加工装置であって、レーザー光を出射するレーザー発振器と、上記レーザー発振器から出射されたレーザー光を通過させて整形する開口面を備えた整形手段とを有し、上記整形手段の上記開口面により整形されたレーザー光を出射するレーザー光源と、上記レーザー光源に接続されていて、上記レーザー光源から出射されたレーザー光を入射して結像する光学手段であって、上記レーザー光を透過し、かつ、上記補助光源から出射された補助光による上記被加工面の像を反射するダイクロイックミラーを備えたものとを有し、上記観察手段の撮像面が上記ダイクロイックミラーにより反射された上記被加工面の像を撮像可能に配置されたレーザー加工装置において、上記レーザー光により上記被加工面が所望の状態に加工されるように上記開口面と上記被加工面との間の距離を調整する第1の合焦手段と、上記被加工面の像が上記撮像面に結像するように上記被加工面と上記撮像面との間の距離を調整する第2の合焦手段とを有するようにしたものである。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、被加工物の被加工面の像を撮像する撮像面を備えた観察手段と、上記撮像面に上記像を投影する補助光を出射する補助光源とを有するレーザー加工装置であって、レーザー光を出射するレーザー発振器と、上記レーザー発振器から出射されたレーザー光を通過させて整形する開口面を備えた整形手段とを有し、上記整形手段の上記開口面により整形されたレーザー光を出射するレーザー光源と、上記レーザー光源に接続されていて、上記レーザー光源から出射されたレーザー光を入射して結像する光学手段であって、上記レーザー光を反射し、かつ、上記補助光源から出射された補助光による上記被加工面の像を透過するダイクロイックミラーを備えたものとを有し、上記観察手段の撮像面が上記ダイクロイックミラーにより透過された上記被加工面の像を撮像可能に配置されたレーザー加工装置において、上記レーザー光により上記被加工面が所望の状態に加工されるように上記開口面と上記被加工面との間の距離を調整する第1の合焦手段と、上記被加工面の像が上記撮像面に結像するように上記被加工面と上記撮像面との間の距離を調整する第2の合焦手段とを有するようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an observation means having an imaging surface for capturing an image of a surface to be processed of the workpiece and auxiliary light for projecting the image onto the imaging surface. A laser processing apparatus having an auxiliary light source, comprising: a laser oscillator that emits laser light; and a shaping means that includes an opening surface that shapes the laser light emitted from the laser oscillator to pass therethrough, and A laser light source that emits laser light shaped by the opening surface of the means, and an optical means that is connected to the laser light source and forms an image by entering the laser light emitted from the laser light source, And a dichroic mirror that reflects the laser beam and transmits the image of the surface to be processed by the auxiliary light emitted from the auxiliary light source. In the laser processing apparatus arranged so as to be capable of capturing an image of the processing surface transmitted by the dichroic mirror, the opening surface and the processing surface so that the processing surface is processed into a desired state by the laser light. A first focusing unit that adjusts a distance between the second processing unit and a second focusing unit that adjusts a distance between the processing surface and the imaging surface so that an image of the processing surface is formed on the imaging surface. And a focusing means.
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、上記第1の合焦手段は、上記開口面に対して上記被加工物を移動することにより上記開口面と上記被加工面との距離を調整するようにしたものである。
Further, the invention according to
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項1または2のいずれか1項に記載の発明において、上記第1の合焦手段は、上記被加工面に対して上記開口面が相対的に移動されるようにして上記開口面と上記被加工面との距離を調整するようにしたものである。
Further, the invention according to
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の発明において、上記第1の合焦手段は、自動制御により上記開口面と上記被加工面との距離を調整するようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first, second, third, or fourth aspect of the present invention, the first focusing means is an automatic control. Thus, the distance between the opening surface and the surface to be processed is adjusted.
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4または5のいずれか1項に記載の発明において、さらに、上記被加工物を載置するとともに、上記レーザー光の光路と直交する面に沿って移動可能な移動手段とを有するようにしたものである。
Moreover, the invention described in claim 6 among the present inventions is the invention described in any one of
また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項1、2、3、4、5または6のいずれか1項に記載のレーザー加工装置を用いて上記被加工物の上記被加工面を加工するレーザー加工装置を用いたレーザー加工方法であって、上記第1の合焦手段により上記開口面と上記被加工面との間の距離を調整して、上記被加工面の像が上記撮像面に合焦したときの上記被加工面と上記開口面との相対的な位置関係を示す基準位置を決定する第1のステップと、上記被加工物の上記被加工面に対して上記レーザー光源からレーザー光を照射して、上記被加工面を加工する第1の処理と、上記第1の処理の後に上記開口面と上記被加工面との位置関係を相対的に移動することにより、上記被加工面におけるレーザー光の照射位置と上記開口面と上記被加工面との間の距離を変化する第2の処理とを交互に複数回繰り返す第2のステップと、上記第2のステップにおいて上記第1の処理と上記第2の処理とを交互に複数回繰り返した上記被加工物の上記被加工面における加工状態を観察し、所望の加工状態に加工したときの上記開口面と上記被加工面との相対的な位置関係を検出する第3のステップと、上記第1のステップにおいて決定された基準位置と上記第3のステップにおいて検出された上記開口面と上記被加工面との位置関係を相対的な位置関係とに基づいて、所望の加工状態が得られる上記開口面と上記被加工面との距離を算出する第4のステップと、上記第1の合焦手段によって、上記開口面と上記被加工面との間の距離を上記第4のステップにより算出された距離に設定する第5のステップと、上記第2の合焦手段によって、上記被加工面の像が上記撮像面に合焦するように調整する第6のステップとを有するようにしたものである。
Moreover, invention of Claim 7 among this invention uses the laser processing apparatus of any one of
ここで、本発明を実施するに際して、被加工物は、その材質が特に限定されるものではないが、少なくとも、レーザー光源から出射されたレーザー光の波長の光を吸収する材質を含んで構成されるものである。
Here, in carrying out the present invention, the material of the workpiece is not particularly limited, but at least includes a material that absorbs light having the wavelength of the laser light emitted from the laser light source. Is.
また、本発明においては、例えば、とりわけ加工に微細な精度を求められる半導体装置や液晶表示装置を代表とする各種の薄型表示装置などを被加工物として加工することがでできる。 In the present invention, for example, various thin display devices such as a semiconductor device and a liquid crystal display device, which are particularly required to have a fine accuracy in processing, can be processed as a workpiece.
さらに、本発明においては、こうした被加工物をレーザー加工する際に、当該被加工物の寸法などに応じて、当該被加工物を適宜の大きさの架台に載置するようにしてもよい。 Furthermore, in the present invention, when laser processing such a workpiece, the workpiece may be placed on a gantry having an appropriate size according to the dimensions of the workpiece.
また、本発明による観察手段は、例えば、CCDを代表とする固体撮像素子を用いた撮像面を備えたカメラ装置により構成することができ、被加工物の被加工面の像を撮像することができるようになされている。この撮像面は、光学設計上、本発明による光学手段の後側焦点(像焦点)に配置される。
In addition, the observation means according to the present invention can be constituted by a camera device having an imaging surface using a solid-state imaging device typified by a CCD, for example, and can capture an image of the processing surface of the workpiece. It has been made possible. This imaging surface is disposed at the rear focal point (image focal point) of the optical means according to the present invention in terms of optical design.
なお、例えば、カメラ装置などにより構成される観察手段にモニター装置を接続すると、作業者は当該モニター装置により観察手段で撮像された像を目視によって確認することができるようになる。 Note that, for example, when a monitor device is connected to an observation means constituted by a camera device or the like, an operator can visually confirm an image picked up by the observation means by the monitor device.
また、例えば、カメラ装置などにより構成される観察手段に画像処理装置を接続すると、観察手段で撮像された像を当該画像処理装置へ出力して信号処理することができるようになり、当該信号処理の結果を、第1の合焦手段や第2の合焦手段を調整するためのデータとして利用することもできるようになる。 Further, for example, when an image processing apparatus is connected to an observation means constituted by a camera device or the like, an image captured by the observation means can be output to the image processing apparatus and subjected to signal processing. This result can be used as data for adjusting the first focusing means and the second focusing means.
また、本発明による補助光源は、被加工物の被加工面の像を撮像面に投影するための補助光を出射する光源である。ここで、補助光源により出射される補助光としては、例えば、400nm〜760nmの波長の光を含むものであることが好ましいが、被加工物の材質により当該被加工物の反射率の高い波長帯域が上記した400nm〜760nmの波長帯域以外にある場合には、400nm未満の波長の紫外光や760nmより長い波長の赤外光などを補助光として用いることができる。即ち、補助光の波長は、被加工物の材質に応じて広範な波長帯域より適宜に選択すればよい。
The auxiliary light source according to the present invention is a light source that emits auxiliary light for projecting an image of a workpiece surface of a workpiece onto an imaging surface. Here, as the auxiliary light emitted from the auxiliary light source, for example, it is preferable to include light having a wavelength of 400 nm to 760 nm. However, depending on the material of the workpiece, the wavelength band with high reflectivity of the workpiece is the above-described wavelength band. When the wavelength band is outside the 400 nm to 760 nm wavelength band, ultraviolet light having a wavelength less than 400 nm, infrared light having a wavelength longer than 760 nm, or the like can be used as auxiliary light. That is, the wavelength of the auxiliary light may be appropriately selected from a wide wavelength band according to the material of the workpiece.
なお、補助光源としては、より具体的には、例えば、ハロゲンランプ、放電ランプあるいは発光ダイオード(LED)などを用いることができる。 More specifically, for example, a halogen lamp, a discharge lamp, or a light emitting diode (LED) can be used as the auxiliary light source.
また、本発明によるレーザー発振器のレーザー媒質としては、例えば、Nd:YAGに代表される固体レーザーを用いることができるものであるが、これに限定されるものではないことは勿論であり、半導体レーザー、エキシマレーザーあるいは炭酸ガスレーザーなどを適宜に選択して用いることが可能である。
Further, as a laser medium of the laser oscillator according to the present invention, for example, a solid laser typified by Nd: YAG can be used, but it is needless to say that the semiconductor laser is not limited thereto. An excimer laser or a carbon dioxide laser can be appropriately selected and used.
また、本発明による整形手段は、レーザー発振器から出射されたレーザー光を通過させて、当該レーザー光の光軸に直交する断面形状をその開口形状に整形する開口面を備えており、レーザー光源の最終段に配置されるものである。なお、整形手段は、開口面の開口形状が予め固定的に設定されていてもよいが、開口面の開口形状を適宜の形状に変形可能に構成するようにしてもよい。また、整形手段の開口面は、本発明による光学手段の後側焦点(像焦点)に配置される。
Further, the shaping means according to the present invention includes an aperture surface that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass therethrough and shapes the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the laser beam into the aperture shape. It is arranged at the last stage. The shaping means may be configured so that the opening shape of the opening surface is fixed in advance, but the opening shape of the opening surface may be deformed to an appropriate shape. The opening surface of the shaping means is arranged at the rear focal point (image focal point) of the optical means according to the present invention.
ここで、レーザー発振器と整形手段とを含む本発明によるレーザー光源としては、従来より公知の構成よりなるものを用いることができ、例えば、本願出願人の出願に係る特開2000−164950号公報に開示されたレーザー装置などを用いることができる。しかしながら、本発明によるレーザー光源は、当該特開2000−164950号公報に開示された多波長型のレーザー装置に限定されるものではなく、本発明によるレーザー光源として、単一の波長のみを出射するレーザー光源を用いてもよいことは勿論である。
Here, as the laser light source according to the present invention including the laser oscillator and the shaping means, a laser light source having a conventionally known configuration can be used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-164950 related to the application of the present applicant. The disclosed laser device or the like can be used. However, the laser light source according to the present invention is not limited to the multi-wavelength laser device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-164950, and emits only a single wavelength as the laser light source according to the present invention. Of course, a laser light source may be used.
なお、レーザー発振器におけるレーザー媒質を考慮すると、レーザー光源から出射されるレーザー光の波長帯域は、例えば、短波長側のエキシマレーザーによる192nmから長波長側の炭酸ガスレーザーによる10.6μmに至るまでのように、極めて広範な波長帯域に及ぶことになる。 In consideration of the laser medium in the laser oscillator, the wavelength band of the laser light emitted from the laser light source ranges from 192 nm by the short wavelength side excimer laser to 10.6 μm by the long wavelength side carbon dioxide laser, for example. In this way, it covers a very wide wavelength band.
また、本発明による光学手段は、例えば、鏡筒部と対物レンズ部とを有して構成することができ、その際には、鏡筒部に配置される結像レンズと当該鏡筒部に接続される対物レンズ部に配置される対物レンズとによって、無限遠光学系を構成するように設定することができる。この無限遠光学系は、設計上、前側焦点(物体焦点)と後側焦点(像焦点)とを有する。
Further, the optical means according to the present invention can be configured to have, for example, a lens barrel portion and an objective lens portion. In this case, the imaging lens disposed in the lens barrel portion and the lens barrel portion are arranged. It can be set so as to constitute an infinite optical system by an objective lens arranged in a connected objective lens unit. This infinity optical system has a front focal point (object focal point) and a rear focal point (image focal point) by design.
ここで、本発明による光学手段において無限遠光学系を構成すると、本発明においてはダイクロイックミラーにより光路を2つに分岐していることから、後側焦点(像焦点)も2つ存在することになる。 Here, when an infinite optical system is configured in the optical means according to the present invention, since the optical path is branched into two by the dichroic mirror in the present invention, there are also two rear focal points (image focal points). Become.
この本発明による光学手段は、その光路の一部に、被加工物の被加工面へ照射する加工用のレーザー光と当該被加工面の像を観察手段の撮像面へ投影するための補助光とを共通させて導いている。そのため、光学手段を構成するように配置される結像レンズならびに対物レンズは、当該レーザー光の波長と当該補助光の波長との相違により発生する色収差を考慮して、本発明による整形手段の開口面を通過したレーザー光が所定の距離において結像するとともに、補助光により被加工面の像を観察手段の撮像面に結像するように光学設計されている。 The optical means according to the present invention has a laser beam for processing to be irradiated on the processing surface of the workpiece and an auxiliary light for projecting an image of the processing surface on the imaging surface of the observation means on a part of the optical path. And lead in common. For this reason, the imaging lens and the objective lens arranged so as to constitute the optical means have an aperture of the shaping means according to the present invention in consideration of chromatic aberration caused by the difference between the wavelength of the laser light and the wavelength of the auxiliary light. The optical design is such that the laser beam that has passed through the surface forms an image at a predetermined distance, and the image of the processing surface is formed on the imaging surface of the observation means by the auxiliary light.
なお、本願発明者は、上記のようにレーザー光の波長と補助光の波長との相違により発生する色収差を考慮して光学設計された光学手段であっても、以下に説明する原因によって上記した「背景技術」の項で説明した色収差により招来される問題点を完全には解消することができないことに鑑み、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法を開発するに至ったものである。 Note that the inventor of the present application described above for the reason described below even if the optical means is optically designed in consideration of the chromatic aberration caused by the difference between the wavelength of the laser light and the wavelength of the auxiliary light as described above. In view of the fact that the problems caused by chromatic aberration explained in the section of “Background Art” cannot be completely solved, the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention have been developed. It is.
ここで、色収差により招来される問題点を完全には解消することができない第1の原因は、上記したレーザー光の波長と補助光の波長との相違が顕著である場合においては、光学設計が極めて困難であるということにある。 Here, the first cause that cannot completely eliminate the problem caused by chromatic aberration is that the optical design is different when the difference between the wavelength of the laser beam and the wavelength of the auxiliary beam is significant. It is extremely difficult.
また、その第2の原因は、上記した対物レンズや結像レンズなどの光学部品を用いて光学手段を組み立てることになるが、その組み立ての精度には必ず公差を生じるものであり、仮に理想的な光学設計がなされたとしても、現実には色収差により招来される問題点を生じさせる余地があるということにある。 The second cause is that the optical means is assembled by using the optical components such as the objective lens and the imaging lens described above. However, there is always a tolerance in the accuracy of the assembly. Even if an optical design is made, there is actually room for problems caused by chromatic aberration.
さらに、その第3の原因は、光学手段に入射されるレーザー光には固体差があるため、仮に理想的な光学手段が提供された場合においても、現実には色収差により招来される問題点を生じさせる余地があるということにある。 Further, the third cause is that there is a solid difference in the laser light incident on the optical means, so even if an ideal optical means is provided, the problem caused by chromatic aberration is actually caused. There is room to make it happen.
さらにまた、その第4の原因は、レーザー光や補助光にとって透明な材質を持つ被加工物、例えば、液晶表示装置の内部をレーザー加工する場合には、液晶表示装置のガラス基板や液晶表示装置の表面に貼付された機能性フィルムの厚みや屈折率の違いにより物体焦点(前側焦点)が変動するということにある。なお、機能性フィルムとしては、例えば、偏光板、液晶表示装置が良好に見える視野角を増すための視野拡大フィルム、室内の蛍光灯などの映り込みを防止するための反射防止フィルムあるいは液晶表示装置のコントラストを向上させるための位相差フィルムなどが知られている。 Furthermore, the fourth cause is that a workpiece having a material transparent to laser light or auxiliary light, for example, when processing the inside of a liquid crystal display device, is a glass substrate or a liquid crystal display device of the liquid crystal display device. The object focal point (front focal point) varies depending on the thickness and refractive index of the functional film attached to the surface. The functional film may be, for example, a polarizing plate, a field-of-view film for increasing the viewing angle at which a liquid crystal display device can be seen well, an antireflection film or a liquid crystal display device for preventing reflection of indoor fluorescent lamps, etc. A retardation film or the like for improving the contrast is known.
また、本発明によるダイクロイックミラーは、本発明による光学手段の光路の一部に上記したレーザー光と補助光とを共通させて導くために配設されたものであり、レーザー光と補助光との何れか一方の光を反射してその光路を屈曲させるとともに他方の光を透過する。
The dichroic mirror according to the present invention is arranged to guide the laser beam and the auxiliary light in common to a part of the optical path of the optical means according to the present invention. Either one of the lights is reflected to bend the optical path and the other light is transmitted.
このダイクロイックミラーは、光学手段の鏡筒部内において、光路に対して傾斜して配置される。なお、本発明のうち請求項1に記載の発明におけるダイクロイックミラーは、レーザー光を透過させるとともに補助光を反射するよう設けられている。一方、本発明のうち請求項2に記載の発明におけるダイクロイックミラーは、レーザー光を反射するととともに補助光に基づく被加工面の像を透過するように設けられている。 The dichroic mirror is disposed in an inclined manner with respect to the optical path in the lens barrel portion of the optical means. The dichroic mirror according to the first aspect of the present invention is provided so as to transmit the laser light and reflect the auxiliary light. On the other hand, the dichroic mirror according to the second aspect of the present invention is provided so as to reflect the laser beam and transmit the image of the processing surface based on the auxiliary light.
なお、ダイクロイックミラーには、光学手段におけるミラー反射表面とミラー透過裏面との多重反射により発生するゴーストを防止する観点から、反射防止膜を形成することが好ましい。このゴーストは、使用するレーザー光においても補助光においても発生するため、反射防止膜を形成する際には、光学手段において使用するすべての波長帯域を考慮したものとすることが好ましい。また、ダイクロイックミラーはレーザー光を透過または反射するものであるので、反射防止膜はレーザー光に耐久性を持つ蒸着膜により形成することが好ましい。 In addition, it is preferable to form an antireflection film on the dichroic mirror from the viewpoint of preventing ghosts caused by multiple reflection between the mirror reflection surface and the mirror transmission back surface in the optical means. Since this ghost is generated in both the laser light and the auxiliary light to be used, it is preferable to consider all the wavelength bands used in the optical means when forming the antireflection film. Further, since the dichroic mirror transmits or reflects laser light, the antireflection film is preferably formed of a vapor deposition film having durability against laser light.
また、本発明による第1の合焦手段は、被加工物の被加工面を所望の状態に加工するために、レーザー光源に設けられた整形手段の開口面と当該被加工面との間の距離、即ち、光路長を調整するものである。なお、レーザー光源に設けられた整形手段の開口面と当該被加工面との間の距離、即ち、光路長を調整するには、例えば、整形手段を移動させればよいことは勿論であるが、レーザー光源あるいは光学手段そのものやそれらを構成する各構成要素を移動したり、あるいは、被加工物を移動したりしてもよい。
Further, the first focusing means according to the present invention is provided between the opening surface of the shaping means provided in the laser light source and the processing surface in order to process the processing surface of the workpiece into a desired state. The distance, that is, the optical path length is adjusted. Of course, in order to adjust the distance between the opening surface of the shaping means provided in the laser light source and the surface to be processed, that is, the optical path length, for example, the shaping means may be moved. The laser light source or the optical means itself and each component constituting them may be moved, or the workpiece may be moved.
ここで、レーザー光源に設けられた整形手段の開口面と当該被加工面との間の距離を調整するために被加工物を移動するようにした場合には、被加工物を載置する架台を設け、この架台を移動するようにしてもよい。また、この架台を移動する移動機構を構成する際には、例えば、第1の合焦手段による移動機構として、XYZ直交座標系におけるZ軸方向の移動を制御するZ軸方向移動機構を設けるとともに、被加工物の被加工面の何れの部位を照射対象とするかの位置決めを行うための移動機構として、XYZ直交座標系のXY平面における移動を制御するX軸方向およびY軸方向の2軸方向移動機構(XY軸方向移動機構)を設けるようにして、XYZ直交座標系におけるX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3軸方向移動機構(XYZ軸方向移動機構)を構成するようにしてもよい。 Here, when the workpiece is moved in order to adjust the distance between the opening surface of the shaping means provided in the laser light source and the workpiece surface, the platform on which the workpiece is placed May be provided to move the gantry. Further, when configuring the moving mechanism for moving the gantry, for example, as the moving mechanism by the first focusing means, a Z-axis direction moving mechanism for controlling movement in the Z-axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system is provided. As a moving mechanism for positioning which part of the work surface of the work piece is the irradiation target, two axes of the X axis direction and the Y axis direction for controlling the movement in the XY plane of the XYZ orthogonal coordinate system A direction moving mechanism (XY axis direction moving mechanism) is provided to constitute a three axis direction moving mechanism (XYZ axis direction moving mechanism) in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system. May be.
なお、例えば、とりわけ加工に微細な精度を求められる液晶表示装置を代表とする薄型表示装置を被加工物として選択し、光学手段が鏡筒部と対物レンズ部とを有して構成されているとともに、当該対物レンズ部に配置される対物レンズとして倍率50倍(NA=0.4)の高倍率のものを採用した場合には、その焦点深度、即ち、レーザー光が被加工面近傍においてビームウエストの断面を維持することのできる整形手段の開口面と被加工面との間の距離の範囲は、±1.5μm程度である。即ち、当該開口面と被加工面との間の距離に関しては、そのわずかな差異が被加工面の加工状態に影響を及ぼすことになるので、被加工面を所望の状態に加工するようにレーザー光を制御するためには、第1の合焦手段による最小調整範囲は0.2μm程度の分解能をもつことが好ましい。このため、第1の合焦手段については、電動などによる自動制御を行うことが好ましい。 Note that, for example, a thin display device typified by a liquid crystal display device that requires fine precision in processing is selected as a workpiece, and the optical means is configured to have a lens barrel portion and an objective lens portion. At the same time, when an objective lens disposed in the objective lens unit having a high magnification of 50 times (NA = 0.4) is adopted, the depth of focus, that is, the laser beam is a beam near the processing surface. The range of the distance between the opening surface of the shaping means that can maintain the cross section of the waist and the surface to be processed is about ± 1.5 μm. That is, regarding the distance between the opening surface and the processing surface, a slight difference affects the processing state of the processing surface, so that the laser is processed so that the processing surface is processed into a desired state. In order to control the light, the minimum adjustment range by the first focusing means preferably has a resolution of about 0.2 μm. For this reason, it is preferable to perform automatic control by electric etc. about the 1st focusing means.
また、本発明による第2の合焦手段は、例えば、観察手段に接続して設けられるものであって、被加工面と撮像面との間の距離、即ち、光路長を調整するものである。この第2の合焦手段によれば、第1の合焦手段により調整される被加工面と開口面との間の距離、即ち、光路長に影響を与えずに、被加工面の像を撮像面に結像するように被加工面と撮像面との間の距離、即ち、光路長を調整することができる。
Further, the second focusing means according to the present invention is provided, for example, connected to the observation means, and adjusts the distance between the processing surface and the imaging surface, that is, the optical path length. . According to the second focusing unit, an image of the processing surface can be obtained without affecting the distance between the processing surface adjusted by the first focusing unit and the opening surface, that is, the optical path length. The distance between the processing surface and the imaging surface, that is, the optical path length can be adjusted so as to form an image on the imaging surface.
ここで、上記において例示したように、光学手段が鏡筒部と対物レンズ部とを有して構成されているとともに、当該対物レンズ部に配置される対物レンズとして倍率50倍(NA=0.4)の高倍率のものを採用した場合において、第1の合焦手段により被加工面と開口面との距離を5μm移動させたときには、第2の合焦手段は被加工面と撮像面との間の距離を12.5mm移動する必要があるというように、第2の合焦手段は第1の合焦手段によりも比較的大きな距離の範囲を移動させる必要ある。 Here, as exemplified above, the optical means is configured to have a lens barrel portion and an objective lens portion, and the objective lens disposed in the objective lens portion has a magnification of 50 times (NA = 0. In the case of adopting the high-magnification one of 4), when the distance between the processed surface and the opening surface is moved by 5 μm by the first focusing means, the second focusing means is connected to the processed surface and the imaging surface. The second focusing means needs to move a relatively large distance range as compared with the first focusing means so that the distance between the two needs to be moved by 12.5 mm.
従って、この第2の合焦手段は、必ずしも電動などによる自動制御の必要はなく、作業者が手動により制御することが可能である。 Therefore, the second focusing means does not necessarily need to be automatically controlled by electric means or the like, and can be manually controlled by an operator.
ここで、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法により、被加工物の被加工面を所望の状態に加工することの作用について説明する。
Here, the effect | action of processing the to-be-processed surface of a workpiece into a desired state with the laser processing apparatus by this invention and the laser processing method using the same is demonstrated.
即ち、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法は、色収差により招来される問題点を解消して、長期間安定してレーザー加工を行うことができるようにするものであり、より詳細には、互いに波長の異なるレーザー光と補助光とを光路の一部を共通させて光学手段に導いた場合において、それに伴い生じる色収差による問題点を解消しようとするものである。 That is, the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention can solve the problems caused by chromatic aberration and perform laser processing stably for a long period of time. Specifically, it is intended to solve the problem caused by chromatic aberration that occurs when laser light and auxiliary light having different wavelengths are guided to optical means by sharing a part of the optical path.
本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法において鮮明な観察像を得るためには、被加工面の像を観察手段の撮像面に結像させることを必要とするものであるが、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法において被加工面を所望の状態に加工するためには、被加工面にレーザー光の光学設計上の前側焦点(物体焦点)を一致させることは必ずしも必要ではない。 In order to obtain a clear observation image in the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention, it is necessary to form an image of the processing surface on the imaging surface of the observation means. In order to process the processing surface into a desired state in the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention, the front focal point (object focal point) of the optical design of the laser beam is made to coincide with the processing surface. Is not necessarily required.
また、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法は、例えば、液晶表示装置の製造工程における欠陥修正などにも利用することができる。なお、液晶表示装置は、2枚のガラス基板の対向面に、配線、TFT、カラーフィルターならびに画素電極などの機能部品を薄膜形成し、この2枚のガラス基板を貼り合せてその間隙に液晶を封入してなるもである。さらに、ガラス基板の外側面には、液晶表示装置の表示品質の向上を目的として、偏光板、視野角拡大フィルム、反射防止フィルムあるいは位相差フィルムなどの機能性フィルムが貼付されている。 In addition, the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention can be used, for example, for defect correction in a manufacturing process of a liquid crystal display device. In the liquid crystal display device, functional parts such as wirings, TFTs, color filters and pixel electrodes are formed in a thin film on the opposing surfaces of two glass substrates, and the two glass substrates are bonded together, and a liquid crystal is provided in the gap between them. It is a sealed one. Furthermore, a functional film such as a polarizing plate, a viewing angle widening film, an antireflection film, or a retardation film is attached to the outer surface of the glass substrate for the purpose of improving the display quality of the liquid crystal display device.
本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法によって、このような液晶表示装置の2枚のガラス基板の内側面に形成された機能部品の欠陥を発見して修正加工を行う際には、被加工物である機能部品を修正するためのレーザー光の波長としては、ガラス基板、機能性フィルムならびに液晶などをそれぞれ透過し、一方、修正対象である機能部品を構成する材質が吸収する波長を選択する必要があり、これにより機能部品の欠陥の修正加工を行うことができる。 When a defect in a functional part formed on the inner surface of two glass substrates of such a liquid crystal display device is discovered and corrected by the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention. The wavelength of the laser beam used to correct the functional component that is the workpiece is a wavelength that passes through the glass substrate, functional film, and liquid crystal, and is absorbed by the material that constitutes the functional component that is the correction target. Thus, it is possible to correct a defect in the functional component.
ところで、上記したガラス基板、機能性フィルムならびに液晶などは、それぞれ固有の屈折率、分光透過率あるいは厚みなどを有し、液晶表示装置の製品種類によってそれらの構成はそれぞれ異なっていることが常である。従って、レーザー光がこれらガラス基板、機能性フィルムならびに液晶などの介在物を透過することを前提にして、被加工面である機能部品を所望の状態に加工するためのレーザー光の制御を、色収差により招来される問題点を考慮してなされた光学設計に基づく光学手段を用いて行うことは甚だ困難である。 By the way, the glass substrate, the functional film, the liquid crystal, and the like described above each have a unique refractive index, spectral transmittance, thickness, etc., and their configuration is usually different depending on the product type of the liquid crystal display device. is there. Therefore, on the premise that the laser beam passes through these glass substrates, functional films, and inclusions such as liquid crystal, the control of the laser beam to process the functional component that is the surface to be processed into a desired state, chromatic aberration It is extremely difficult to carry out using optical means based on the optical design made in consideration of the problems caused by the above.
従って、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法においては、被加工面を所望の状態に加工するための整形手段の開口面と当該被加工面との間の距離は、予め実験的に求め、それにより開口面と当該被加工面との間の距離を設定するようになされている。 Therefore, in the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to the present invention, the distance between the opening surface of the shaping means for processing the processing surface into a desired state and the processing surface is tested in advance. Thus, the distance between the opening surface and the surface to be processed is set.
本発明は、以上説明したように構成されているので、被加工物の被加工面へ照射する加工用のレーザー光の波長と当該被加工面の像を観察手段の撮像面へ投影するための補助光の波長とが相違する場合においても、それぞれの光路を共通する1つの光学系において生じる色収差の問題を解消することができるとともに、長期間安定したレーザー加工を行うことが可能なレーザー加工装置を提供することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, the wavelength of the processing laser light to be irradiated onto the processing surface of the workpiece and the image of the processing surface are projected onto the imaging surface of the observation means. Even when the wavelength of the auxiliary light is different, a laser processing apparatus capable of solving the problem of chromatic aberration occurring in one optical system having a common optical path and performing stable laser processing for a long period of time. It is possible to provide an excellent effect.
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、本発明によるレーザー加工装置を用いて優れた加工結果を得るためのレーザー加工方法を提供することができるという優れた効果を奏する。 In addition, since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that a laser processing method for obtaining an excellent processing result using the laser processing apparatus according to the present invention can be provided.
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるレーザー加工装置およびそれを用いたレーザー加工方法の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a laser processing apparatus and a laser processing method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、図1には、本発明によるレーザー加工装置の第1の実施の形態の構成を表す模式図が示されている。
First, FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the first embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention.
このレーザー加工装置10は、レーザー発振器102から出射されたレーザー光を透過させて当該レーザー光の光軸に直交する断面形状を整形する開口面104aを備えた整形手段としての可変スリット104を有するレーザー光源100と、カメラ用ダイクロイックミラー202を有する光学手段としてのレーザー加工用顕微鏡200と、レーザー光源100とレーザー加工用顕微鏡200とを光学的に接続するレーザー光源取付部材300と、撮像面400aを備えた観察手段としてのCCDカメラ400と、被加工物Mを載置するとともにXYZ直交座標系(図1におけるXYZ直交座標系を示す参考図を参照する。)におけるX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向にそれぞれ移動可能であって被加工物Mの被加工面Maと開口面104aとの間の距離Laを可変して調整するXYZステージ500と、レーザー加工用顕微鏡200に設けられた観察手段取付部204とCCDカメラ400との間に配置された第2の合焦手段としてのカメラ駆動機構600と、被加工面Maの像をCCDカメラ400の撮像面400aへ投影するための補助光を照射する補助光源700とを有して構成されている。
This
次に、上記したレーザー加工装置10の各構成要素についてそれぞれ詳細に説明すると、まず、レーザー光源100としては、従来より公知のレーザー光源を適宜に採用することができる。
Next, each component of the
即ち、レーザー光源100を構成するレーザー発振器102としては、例えば、その内部にレーザー媒質としてNd:YAGロッドが設けられていて、このレーザー媒質から誘導放出された基本波長1064nmのレーザー光を出射するものを用いることができる。
That is, as the
また、このレーザー光源100においては、4個の折り返しミラー106a、106b、106c、106dと、可変減衰器108と、λ/2板(1/2波長板)110と、KTP(KTiOPO4結晶:波長変換素子)112と、BBO(β−BaB2O4結晶:波長変換素子)114と、波長選択装置116と、エキスパンダー118と、上記した可変スリット104と、ガイド光照射装置120とが設けられている。
In this
ここで、可変減衰器108は、入射されたレーザー光の偏光方向を90度回転させるλ/2板108aと、波長1064nmのレーザー光に対して特定の直線偏光のレーザー光のみを透過させるポーラライザー108bとを有して構成されている。なお、ポーラライザー108bとしては、例えば、スィンフィルムポーラライザー、具体的には、誘電体多層膜ミラーを用いることができる。
Here, the
また、KTP112は、入射された基本波から2倍波を発生させる非線形光学素子、即ち、波長変換素子であり(なお、このKTP112は、基本波の一部を透過する。)、一方、BBO114は、入射された基本波および2倍波から3倍波あるいは4倍波を発生させる非線形光学素子、即ち、波長変換素子である。
The
次に、波長選択装置116は、図2に示すように、4個の貫通孔を備えた回転可能な円板116aと、4個のフィルター116b−1、116b−2、116b−3、116b−4とを有して構成されており、4個のフィルター116b−1、116b−2、116b−3、116b−4が円板116aの4個の貫通孔内にそれぞれ配置固定されている。ここで、フィルター116b−1、116b−2は、例えば、波長532nmの光のみを透過させるように設定するとともに、これら2つのフィルター116b−1、116b−2の透過率が互いに異なるように設定する。また、フィルター116b−3、116b−4は、例えば、波長355nmの光のみを透過させるように設定するとともに、これら2つのフィルター116b−3、116b−4の透過率が互いに異なるように設定する。
Next, as shown in FIG. 2, the
また、エキスパンダー118は、凹レンズ118aと凸レンズ118bとを有して構成されている。これら凹レンズ118aと凸レンズ118bとの2つのレンズ間の距離を調整することにより、エキスパンダー118に入射したレーザー光が所定の外径に拡大され、平行光として出射される。
The
さらに、可変スリット104は、開口面104aを備えた板状物により構成されている。そして、開口面104aの開口形状を任意に可変することにより、開口面104aを通過するレーザー光の断面形状を整形できるようになされている。なお、レーザー加工装置10においては、ナイフエッジを利用した可変角型スリットを可変スリット104として用いている。
Furthermore, the
次に、ガイド光照射装置120は、被加工物Mの被加工面Maにおけるレーザー光の照射位置および照射範囲を特定するためのガイド光を、このレーザー光源100から出射されるレーザー光と同一の光路上へ出射するための照射装置である。なお、レーザー加工装置10においては、ファイバ導光型ハロゲンランプをガイド光照射装置120として用いている。
Next, the guide
上記した構成のレーザー光源100においては、レーザー発振器102から出射された基本波長のレーザー光は折り返しミラー106aによって光路を90度折り曲げられて、その後に可変減衰器108に入射される。そして、可変減衰器108に入射されたレーザー光は減衰を受けた後に折り返しミラー106bによって光路を90度折り曲げられ、それからλ/2板110、KTP112およびBBO116へ順次入射されて波長変換され、基本波長のレーザー光から互いに異なる複数の波長(2倍波、3倍波および4倍波)のレーザー光が生成されることになる。
In the
上記のようにして生成された互いに異なる複数の波長のレーザー光は、波長選択装置116に入射され、波長選択選択装置116の4個のフィルター116b−1、116b−2、116b−3、116b−4のいずれかを透過することにより、そのうちの一の波長のレーザー光が選択される。
The laser beams having a plurality of different wavelengths generated as described above are incident on the
このようにして波長選択選択装置116により選択された波長のレーザー光は、エキスパンダー118に入射されて、そのレーザー光が所定の外径に拡大された平行光にされて出射される。エキスパンダー118から出射されたレーザー光は折り返しミラー106cによって光路を90度折り曲げられ、さらに折り返しミラー106dによって光路を90度折り曲げられた後に可変スリット104に入射される。また、ガイド光照射装置120から出射されたガイド光は、折り返しミラー106dを透過して、可変スリット104に入射される。
The laser light having the wavelength selected by the wavelength selection /
可変スリット104に入射されたレーザー光は、可変スリット104の開口面104aの開口形状に応じてその断面形状を整形され、レーザー加工用顕微鏡200へ出射される。
The laser light incident on the
次に、光学手段としてのレーザー加工用顕微鏡200の詳細について説明すると、レーザー加工用顕微鏡200は、鏡筒部206と、複数のレンズ群より構成される対物レンズ(図示せず)を配置した対物レンズ部208とを有して構成されている。なお、鏡筒部206は、レーザー光源取付部材300によりレーザー光源100と光学的に接続されており、レーザー光源100から出射されるレーザー光は鏡筒部206の光学系と光学的に接続される。
Next, the details of the
ここで、鏡筒部206は、結像レンズ210と、上記した観察手段取付部204と、補助光源接続部212と、対物レンズ部接続部214と、照明光用ダイクロイックミラー216と、上記したカメラ用ダイクロイックミラー202とを有して構成されている。ここで、照明光用ダイクロイックミラー216は、結像レンズ210に対して対物レンズ部208側に配置され、一方、カメラ用ダイクロイックミラー202は、結像レンズ210に対してレーザー光源100側に配置されるようになされている。
Here, the
これらのうちで結像レンズ210は、その後側焦点(像焦点)が可変スリット104の開口面104aと合致するように設定されている。
Among these, the
また、照明光用ダイクロイックミラー216は、図1において垂直方向に位置するレーザー光の光路に対して45度傾けて配置されており、図1において垂直方向の光路をとるレーザー光を透過するとともに、補助光源700から図1において水平方向に出射された補助光の光路を90度折り曲げてその光路がレーザー光の光路と一致するように反射する。
In addition, the illumination light
さらに、カメラ用ダイクロイックミラー202は、図1において垂直方向に位置するレーザー光の光路に対して45度傾けて配置されており、図1において垂直方向の光路をとるレーザー光を透過するとともに、被加工面Maからの反射光の光路を90度折り曲げて反射して当該反射光がCCDカメラ400の撮像面400aに入射されるように反射する。
Further, the
また、鏡筒部206の観察手段取付部204には、観察手段としてのCCDカメラ400が第2の合焦手段としてのカメラ駆動機構600を介して接続されている。このカメラ駆動機構600は、例えば、モーター駆動による一軸DCサーボモータを用いて構成することができるものであり、そのストロークは30mmであり、かつ、最小移動距離は0.5mmに調整が可能なものとすることが好ましい。なお、CCDカメラ400は、信号線402によりCRTモニター404に接続されている。
Further, a
一方、鏡筒部206の補助光源接続部212には、補助光源700が取り付けられている。このレーザー加工装置10においては、補助光源700として、具体的には、ハロゲンランプを用いている。なお、符号702は、補助光源700から出射された補助光を集光するための集光レンズである。
On the other hand, an auxiliary
さらに、鏡筒部206の対物レンズ部接続部214には、対物レンズ部208が取り付けられている。なお、レーザー加工装置10においては、対物レンズ部208に配置される対物レンズとしては、具体的には、倍率50倍(NA=0.4)の高倍率の対物レンズを用いている。
Furthermore, an
次に、第1の合焦手段としてのXYZステージ500と、XYZステージ500に載置される加工物Mについて説明する。
Next, the
まず、XYZステージ500は、従来より公知のXYZステージの構成を適宜に採用することができるものであり、上記したようにXYZ直交座標系(図1におけるXYZ直交座標系を示す参考図を参照する。)におけるX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向にそれぞれ移動可能であって被加工物Mの被加工面Maと開口面104aとの間の距離Laを可変して調整することができる。
First, the
より詳細には、XYZステージ500は、XYZステージ500をX軸方向ならびにY軸方向に駆動して、加工物Mの被加工面Maへのレーザー光の照射位置を設定する2軸方向移動機構たるXY軸方向駆動機構と、XYZステージ500をZ軸方向に駆動して、加工物Mの被加工面Maと対物レンズ部208との間の距離Lbを可変することにより、加工物Mの被加工面Maと可変スリット104の開口面104aとの間の距離Laを調整する1軸方向移動機構たるZ軸方向駆動機構とを備えている。このZ軸方向移動機構の最小調整範囲は、0.2μmの分解能を備えるように設定されている。
More specifically, the
被加工物Mは、例えば、ガラス基板にCr膜を施したテストピースであり、XYZステージ500に載置される。
The workpiece M is a test piece obtained by applying a Cr film to a glass substrate, for example, and is placed on the
なお、カメラ駆動機構600ならびにXYZステージ500は、それぞれステージ制御部800を介して制御盤802に電気的に制御可能に接続されている。このステージ制御部800はコンピューターにより構成されており、ステージ制御部800の記憶部には、予め実験的に求められた被加工面Maを所望の状態に加工するための開口面104aと被加工面Maとの間の距離Lのデータが記憶されている。
The
このレーザー加工装置10においては、制御盤802を操作することにより、カメラ駆動機構600ならびにXYZステージ500を所望の移動量だけ移動することができる。
In the
以上の構成において、レーザー加工装置10を用いて被加工物Mとして実際の製品の加工を行うには、以下のような手順で処理を行う。なお、レーザー加工装置10の補助光源700は、予め点灯しておくものとする。即ち、補助光源700に対して電源(図示せず。)により所定の電力を投入し、補助光源700を点灯する。このように補助光源700を点灯すると、補助光源700から出射された補助光は、照明用ダイクロイックミラー216により反射されて被加工面Maに到達することになる。こうして補助光が被加工面Maに到達することにより、被加工面Maの像がCCDカメラ400の撮像面400aに投影されることになる。
In the above configuration, in order to process an actual product as the workpiece M using the
また、被加工物Mとしては、例えば、修理を要する配線の短絡箇所が存在する液晶表示装置を用いる。なお、被加工物Mたる液晶表示装置の修正を要する被加工面Maにおける配線の短絡箇所は、予め公知の検査装置によりXY座標データにより特定されているものとする。 In addition, as the workpiece M, for example, a liquid crystal display device in which a short-circuit portion of a wiring requiring repair exists. In addition, the short circuit location of the wiring in the to-be-processed surface Ma which requires correction of the liquid crystal display device which is the to-be-processed object M shall be previously specified by XY coordinate data with the well-known test | inspection apparatus.
まず、第1の工程として、XYZステージ500に被加工物Mを載置する。そして、XYZステージ500のZ軸方向駆動機構を駆動させ、CRTモニター404を観察しながらその画像が合焦するように調整し、合焦した時点における被加工面Maと開口面104aとの相対的な位置関係を示す基準位置として、合焦した時点におけるXYZステージ500のZ軸方向における位置を原点として決定し、当該原点位置を示すデータたる原点位置データをステージ制御部800に記憶する。
First, as a first step, the workpiece M is placed on the
次に、第2の工程として、レーザー光源100からレーザー光を出射して、被加工物Mの被加工面Maの所定の箇所にレーザー光を照射し、その後に、XY軸方向駆動機構によりXYZステージ500をX軸方向またはY軸方向の少なくともいずれか一方の方向に駆動して、XYZステージ500を2mmのピッチで水平移動を行い、かつ、Z軸方向駆動機構によりXYZステージ500をZ軸方向に駆動して、XYZステージ500を0.2μmのピッチでZ軸方向に沿っていずれか一方の方向に移動する。なお、この第2の工程におけるレーザー光の照射と当該レーザー光の照射後のXYZステージ500の移動は、1回のレーザー光の照射と当該1回のレーザー光の照射後のXYZステージ500の移動とを1セットにして、9セットを繰り返し行う。
Next, as a second step, laser light is emitted from the
次に、第3の工程として、第2の工程においてレーザー光の照射と当該レーザー光の照射後のXYZステージ500の移動とを9セット行った被加工物MをXYZステージ500から取り外し、9セットのレーザー光の照射による加工状態の観察し、所望の加工状態のセットにおける被加工面Maと開口面104aとの相対的な位置関係を示すデータとして、所望の加工状態のセットにおけるXYZステージ500のZ軸方向における位置を検出する。
Next, as a third step, the workpiece M, which has been subjected to 9 sets of laser light irradiation and movement of the
次に、第4の工程として、第3の工程において検出した所望の加工状態を行ったセットにおけるXYZステージ500のZ軸方向における位置と原点位置との差分を検出し、この差分を示す差分データDをステージ制御部800に記憶する。
Next, as a fourth step, a difference between the position in the Z-axis direction of the
次に、第5の工程として、ステージ制御部800は当該ステージ制御部800に記憶された原点位置データと差分データとに基づいて距離Lのデータを算出し、この距離Lのデータをステージ制御部800に記憶する。この距離Lの算出は、設計条件などによって予め決定される原点位置における被加工面Maと開口面104aとの間の距離に、上記の差分を加算することにより求められる。
Next, as a fifth step, the
次に、第6の工程として、被加工物Mとして実際に加工すべき製品をXYZステージ500に載置し、被加工物Mにおける加工すべき部位にレーザー光の光軸が重なるように、Z軸の原点位置において座標データに基づきXY軸駆動機構によりXYZステージ500をXY平面上で水平移動して、被加工物Mにおける加工すべき部位にレーザー光の光軸を重ね、さらに、Z軸駆動機構によりXYZステージ500を差分データDだけZ軸方向に移動することにより、開口面104aと被加工面Maとの間の距離Laを距離Lに一致させる。
Next, as a sixth step, a product to be actually processed as the workpiece M is placed on the
次に、第7の工程として、CRTモニター404を観察しながら、カメラ駆動機構600によりCCDカメラ400を移動させて、CRTモニター404における画像が合焦するように調整する。
Next, as a seventh step, while observing the CRT monitor 404, the
次に、第8工程として、レーザー光源100よりレーザー光を出射し、被加工物Mの被加工面Maにおける加工をすべき部位にレーザー光を照射し、照射された部位に所望の加工を行う。
Next, as an eighth step, laser light is emitted from the
従って、レーザー加工装置10によれば、上記した第1〜8の工程の処理を行うことにより、CRTモニター404に表示された被加工物Mの合焦した画像を観察しながらレーザー光を照射して、被加工物Mの被加工面Maの加工を行うことができる。
Therefore, according to the
上記のようにして距離Lを求めた後において、レーザー加工装置10を用いて被加工物Mとして実際の製品の加工を行う際には、XYZステージ500に被加工物Mを載置し、レーザー光源100のXYZステージ500のZ軸駆動機構を駆動して、被加工物Mの被加工面Maと可変スリット104の開口面104aとの間の距離Laが、ステージ制御部800に予め記憶された距離Lと同一の距離となるように調整を行う。それから、補助光源700に対して電源(図示せず。)により所定の電力を投入し、補助光源700を点灯する。
After the distance L is obtained as described above, when the actual product is processed as the workpiece M using the
そうすると、補助光源700から出射された補助光は、照明用ダイクロイックミラー216により反射されて被加工面Maに到達することになる。こうして補助光が被加工面Maに到達することにより、被加工面Maの像がCCDカメラ400の撮像面400aに投影されることになる。
Then, the auxiliary light emitted from the auxiliary
ここで、CRTモニター404に表示される画像の焦点が合焦するように、カメラ駆動機構600を駆動して被加工面Maと撮像面400aとの距離を調整する。その後に、レーザー光源100に対して電源(図示せず。)により所定の電力を投入し、レーザー光源100からレーザー光を出射する。
Here, the
本願発明者による実験によれば、補助光源700としてハロゲンランプを用い、レーザー光源100のレーザー発振器102により発生されたレーザー光をフィルター116b−3を透過させ、波長355nmのレーザー光を被加工面Maに照射した場合に、レーザー光を照射された被加工面MaのCr膜の一部が除去されて、所望の加工状態が得られたことが確認された。
According to an experiment by the inventor of the present application, a halogen lamp is used as the auxiliary
このように、レーザー加工装置10によれば、355nmの単一波長のレーザー光と補助光源700たるハロゲンランプから出射された多波長を含む可視光とがレーザー加工用望遠鏡10の共通する光路に導かれる際に生じる色収差による問題点、即ち、レーザー光と補助光との焦点のズレを、被加工面Maと開口面104aとの距離Laが距離Lに一致するようにXYZステージ500を駆動して調整するとともに、観察像としてのCRTモニター404に表示された画像の焦点が合焦するように被加工面Maと撮像面400aとの間の距離をカメラ駆動機構600を駆動して調整するというように、レーザー光と補助光との焦点位置をそれぞれ別個に独立して調整することにより解消することができる。
As described above, according to the
次に、図3には、本発明によるレーザー加工装置の第2の実施の形態の構成を表す模式図が示されており、この図3を参照しながら、本発明によるレーザー加工装置の第2の実施の形態について説明する。
Next, FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the second embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. With reference to FIG. 3, the second example of the laser processing apparatus according to the present invention is shown. The embodiment will be described.
なお、以下の本発明によるレーザー加工装置の第2の実施の形態の説明においては、上記した本発明によるレーザー加工装置の第1の実施の形態と同一あるいは相当する構成については、同一の用語ならびに符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の説明は適宜に省略する。 In the following description of the second embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention, the same or equivalent configurations as those of the first embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention described above are used. The description of the configuration and operation will be appropriately omitted by using the reference numerals.
この本発明によるレーザー加工装置の第2の実施の形態によるレーザー加工装置1000とレーザー加工装置10とは、光学手段としてのレーザー加工用顕微鏡の構成においてのみ異なっている。
The
即ち、レーザー加工装置1000のレーザー加工用顕微鏡1200は、鏡筒部1202と、複数のレンズ群より構成される対物レンズ(図示せず)を配置した対物レンズ部1204とを有して構成されている。なお、鏡筒部1202には、レーザー光源取付部300によりレーザー光源100と光学的に接続されており、レーザー光源100から出射されるレーザー光は鏡筒部1202の光学系と光学的に接続される。
That is, the
ここで、鏡筒部1202は、レーザー光用結像レンズ1206と、カメラ用結像レンズ1208と、観察手段取付部1210と、補助光源接続部1212と、対物レンズ部接続部1214と、レーザー光用折り返しミラー1216と、照明光用ダイクロイックミラー1218と、レーザー光用ダイクロイックミラー1220とを有して構成されている。
Here, the
即ち、レーザー加工用顕微鏡1200の鏡筒部1202は、被加工物Mの鉛直上に被加工面Maの像を撮像するCCDカメラ400を取り付ける観察手段取付部1210を配置しており、被加工物Mの鉛直上に位置する観察手段取付部1210に、被加工面Maの像を撮像するCCDカメラ400が配設される。
That is, the
上記したように、このレーザー加工用顕微鏡1200においてはCCDカメラ400が被加工物Mの鉛直上に配設されているので、レーザー光源100は被加工物Mの鉛直上から移動されて配置されている。
As described above, in this
こうした構成をとることにより、レーザー光源100から出射されたレーザー光の光路を折り曲げることが必要となるため、レーザー光用折り返しミラー1216が配設されているとともに、レーザー光用ダイクロイックミラー1220が配設されている。このレーザー光用ダイクロイックミラー1220は、レーザー光を反射するとともに、被加工面Maの像を透過するように設計されている。
By adopting such a configuration, it is necessary to bend the optical path of the laser light emitted from the
さらに、レーザー光用折り返しミラー1216とレーザー光用ダイクロイックミラー1220との間の光路上には、レーザー光用結像レンズ1206が配設されており、一方、レーザー光用ダイクロイックミラー1220とCCDカメラ400の撮像面400aとの間の光路上には、照明光用ダイクロイックミラー1218とカメラ用結像レンズ1208とが配置されている。
Further, a laser
以上の構成において、本願発明者による実験によれば、レーザー加工装置10と同様にしてレーザー加工装置1000を作動させて、被加工面Maにレーザー光を照射すると、レーザー光を照射された被加工物Mの被加工面MaのCr膜の一部を除去することができ、所望の加工状態が得られた。
In the above configuration, according to an experiment by the inventor of the present application, when the
このレーザー加工装置1000のように、レーザー光用結像レンズ1206とカメラ用結像レンズ1208とをそれぞれ別個に独立して設けることにより、レーザー光と補助光との波長の相違による色収差による影響を一層軽減することができるようになる。
Like the
また、カメラ用結像レンズ1208として、焦点距離の異なる複数種類のレンズを交換可能とすることにより、撮像面400aに撮像する像の大きさ(倍率)を任意に選択することができるようになる。
Further, by making it possible to exchange a plurality of types of lenses with different focal lengths as the
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)〜(3)に示すように変形することができるものである。
The above-described embodiment can be modified as shown in the following (1) to (3).
(1)上記した実施の形態においては、第1の合焦手段は具体的にはXYZステージ500により構成するようにしたが、第1の合焦手段の具体的な構成はこれに限られるものではないことは勿論であり、レーザー光源100やレーザー光源100に接続されるレーザー加工用顕微鏡200、1200あるいはそれらの構成部材、特に、可変スリット104の開口面104aをZ軸方向に駆動するようにして、第1の合焦手段を構成するようにしてもよい。
(1) In the above-described embodiment, the first focusing means is specifically configured by the
(2)上記した実施の形態においては、レーザー発振器102におけるレーザー媒質の種類や補助光源700の種類あるいはフィルター116b−1、116b−2、116b−3、116b−4の透過波長などを具体的に示したが、上記において示した具体例は一例に過ぎないものであり、これらに限られるものではないことは勿論である。
(2) In the above-described embodiment, the type of the laser medium in the
(3)上記した実施の形態ならびに上記した(1)〜(2)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (3) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in above-mentioned (1)-(2) suitably.
本発明は、半導体装置や液晶表示装置を代表とする各種の薄型表示装置などの加工、例えば、欠陥箇所を加工して補修する際などに利用することができる。 The present invention can be used for processing various thin display devices such as semiconductor devices and liquid crystal display devices, for example, when processing and repairing a defective portion.
10 レーザー加工装置
100 レーザー光源
200 レーザー加工用顕微鏡
300 レーザー光源取付部材
400 CCDカメラ
500 XYZステージ
600 カメラ駆動機構
700 補助光源
800 ステージ制御部
1000 レーザー加工装置
1200 レーザー加工用顕微鏡
DESCRIPTION OF
Claims (7)
レーザー光を出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射されたレーザー光を通過させて整形する開口面を備えた整形手段とを有し、前記整形手段の前記開口面により整形されたレーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源に接続されていて、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を入射して結像する光学手段であって、前記レーザー光を透過し、かつ、前記補助光源から出射された補助光による前記被加工面の像を反射するダイクロイックミラーを備えたものと
を有し、
前記観察手段の撮像面が前記ダイクロイックミラーにより反射された前記被加工面の像を撮像可能に配置されたレーザー加工装置において、
前記レーザー光により前記被加工面が所望の状態に加工されるように前記開口面と前記被加工面との間の距離を調整する第1の合焦手段と、
前記被加工面の像が前記撮像面に結像するように前記被加工面と前記撮像面との間の距離を調整する第2の合焦手段と
を有することを特徴とするレーザー加工装置。 A laser processing apparatus comprising: observation means including an imaging surface that captures an image of a processing surface of a workpiece; and an auxiliary light source that emits auxiliary light that projects the image on the imaging surface,
A laser oscillator that emits a laser beam; and a shaping unit that includes an opening surface that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass therethrough, and the laser beam shaped by the opening surface of the shaping unit. A laser light source that emits;
An optical means connected to the laser light source and configured to form an image by incidence of the laser light emitted from the laser light source, which transmits the laser light and uses auxiliary light emitted from the auxiliary light source. A dichroic mirror that reflects the image of the work surface;
In the laser processing apparatus arranged so that the imaging surface of the observation means can capture an image of the processing surface reflected by the dichroic mirror,
First focusing means for adjusting a distance between the opening surface and the processing surface so that the processing surface is processed into a desired state by the laser beam;
And a second focusing unit that adjusts a distance between the processing surface and the imaging surface so that an image of the processing surface is formed on the imaging surface.
レーザー光を出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から出射されたレーザー光を通過させて整形する開口面を備えた整形手段とを有し、前記整形手段の前記開口面により整形されたレーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源に接続されていて、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を入射して結像する光学手段であって、前記レーザー光を反射し、かつ、前記補助光源から出射された補助光による前記被加工面の像を透過するダイクロイックミラーを備えたものと
を有し、
前記観察手段の撮像面が前記ダイクロイックミラーにより透過された前記被加工面の像を撮像可能に配置されたレーザー加工装置において、
前記レーザー光により前記被加工面が所望の状態に加工されるように前記開口面と前記被加工面との間の距離を調整する第1の合焦手段と、
前記被加工面の像が前記撮像面に結像するように前記被加工面と前記撮像面との間の距離を調整する第2の合焦手段と
を有することを特徴とするレーザー加工装置。 A laser processing apparatus comprising: observation means including an imaging surface that captures an image of a processing surface of a workpiece; and an auxiliary light source that emits auxiliary light that projects the image on the imaging surface,
A laser oscillator that emits a laser beam; and a shaping unit that includes an opening surface that allows the laser beam emitted from the laser oscillator to pass therethrough, and the laser beam shaped by the opening surface of the shaping unit. A laser light source that emits;
An optical means connected to the laser light source for forming an image by incidence of the laser light emitted from the laser light source, reflecting the laser light and using the auxiliary light emitted from the auxiliary light source Having a dichroic mirror that transmits the image of the work surface;
In the laser processing apparatus arranged so that the imaging surface of the observation means can capture an image of the processing surface transmitted by the dichroic mirror,
First focusing means for adjusting a distance between the opening surface and the processing surface so that the processing surface is processed into a desired state by the laser beam;
And a second focusing unit that adjusts a distance between the processing surface and the imaging surface so that an image of the processing surface is formed on the imaging surface.
前記第1の合焦手段は、前記開口面に対して前記被加工物を移動することにより前記開口面と前記被加工面との距離を調整する
ことを特徴とするレーザー加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claim 1 or 2,
The laser processing apparatus, wherein the first focusing means adjusts a distance between the opening surface and the processing surface by moving the workpiece with respect to the opening surface.
前記第1の合焦手段は、前記被加工面に対して前記開口面が相対的に移動されるようにして前記開口面と前記被加工面との距離を調整する
ことを特徴とするレーザー加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claim 1 or 2,
The first focusing means adjusts a distance between the opening surface and the processing surface so that the opening surface is moved relative to the processing surface. apparatus.
前記第1の合焦手段は、自動制御により前記開口面と前記被加工面との距離を調整する
ことを特徴とするレーザー加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claims 1, 2, 3, or 4,
The laser processing apparatus, wherein the first focusing means adjusts a distance between the opening surface and the processing surface by automatic control.
前記被加工物を載置するとともに、前記レーザー光の光路と直交する面に沿って移動可能な移動手段と
を有することを特徴とするレーザー加工装置。 In the laser processing apparatus of any one of Claims 1, 2, 3, 4 or 5,
A laser processing apparatus comprising: a moving means for placing the workpiece and moving along a plane orthogonal to the optical path of the laser beam.
前記第1の合焦手段により前記開口面と前記被加工面との間の距離を調整して、前記被加工面の像が前記撮像面に合焦したときの前記被加工面と前記開口面との相対的な位置関係を示す基準位置を決定する第1のステップと、
前記被加工物の前記被加工面に対して前記レーザー光源からレーザー光を照射して、前記被加工面を加工する第1の処理と、前記第1の処理の後に前記開口面と前記被加工面との位置関係を相対的に移動することにより、前記被加工面におけるレーザー光の照射位置と前記開口面と前記被加工面との間の距離を変化する第2の処理とを交互に複数回繰り返す第2のステップと、
前記第2のステップにおいて前記第1の処理と前記第2の処理とを交互に複数回繰り返した前記被加工物の前記被加工面における加工状態を観察し、所望の加工状態に加工したときの前記開口面と前記被加工面との相対的な位置関係を検出する第3のステップと、
前記第1のステップにおいて決定された基準位置と前記第3のステップにおいて検出された前記開口面と前記被加工面との位置関係を相対的な位置関係とに基づいて、所望の加工状態が得られる前記開口面と前記被加工面との距離を算出する第4のステップと、
前記第1の合焦手段によって、前記開口面と前記被加工面との間の距離を前記第4のステップにより算出された距離に設定する第5のステップと、
前記第2の合焦手段によって、前記被加工面の像が前記撮像面に合焦するように調整する第6のステップと
を有することを特徴とするレーザー加工装置を用いたレーザー加工方法。 A laser processing method using a laser processing apparatus that processes the processed surface of the workpiece using the laser processing apparatus according to claim 1. And
The distance between the opening surface and the processing surface is adjusted by the first focusing means, and the processing surface and the opening surface when the image of the processing surface is focused on the imaging surface A first step of determining a reference position indicating a relative positional relationship with
A first process for processing the processed surface by irradiating the processed surface of the workpiece with a laser beam from the laser light source, and the opening surface and the processed object after the first process. A plurality of second processes for changing the irradiation position of the laser beam on the processing surface and the distance between the opening surface and the processing surface alternately by moving the positional relationship with the surface relatively A second step that repeats times,
In the second step, the first processing and the second processing are alternately repeated a plurality of times, the processing state of the processing surface of the workpiece to be processed is observed, and processed into a desired processing state A third step of detecting a relative positional relationship between the opening surface and the processing surface;
A desired machining state is obtained based on a relative positional relationship between the reference position determined in the first step and the positional relationship between the opening surface and the surface to be processed detected in the third step. A fourth step of calculating a distance between the opening surface to be processed and the processing surface;
A fifth step of setting the distance between the opening surface and the work surface by the first focusing means to the distance calculated by the fourth step;
And a sixth step of adjusting the image of the surface to be processed to be focused on the imaging surface by the second focusing means. A laser processing method using a laser processing apparatus, comprising:
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