JP3052928B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JP3052928B2 JP10089091A JP8909198A JP3052928B2 JP 3052928 B2 JP3052928 B2 JP 3052928B2 JP 10089091 A JP10089091 A JP 10089091A JP 8909198 A JP8909198 A JP 8909198A JP 3052928 B2 JP3052928 B2 JP 3052928B2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特に、スループット、加工精度が向上したレーザ
加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えばＤＲＡＭに代表される
ＬＳＩの内部配線や、欠陥回路を冗長回路へ切り替える
ためのヒューズを切断するレーザリペアと呼ばれるレー
ザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置は、例
えば２μｍ程度の集光スポットをサブμｍの精度で高精
度かつ高速にウエハ面上を走査して所定の箇所を切断す
るものである。
【０００３】このようなレーザ加工装置は、レーザを射
出するレーザ発振器と、ウエハなどの被加工物を載置し
てＸＹ二次元方向に移動可能なステージとを備え、レー
ザ発振器から射出されたレーザを被加工物の上に集光さ
せる。
【０００４】レーザ加工装置は、プログラムにより各種
の制御を行う中央処理装置を備え、ステージ上の被加工
物の予め指定された複数の加工ポイントにレーザ発振器
から出射されたレーザを照射して被加工物のレーザ加工
を制御するようになっている。一般的には、ステージを
位置決めして被加工物の所定の加工ポイントにレーザを
照射するようになっている。
【０００５】前述した高精度かつ高速に被加工物を加工
する要請から、従来からも、特にスループットの向上の
ため、ステージを移動しながら加工ポイントを照射した
り、加工ポイント間でステージを加速してスループット
の向上が図られていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、昨今の
技術の進歩に伴い、レーザ加工装置が加工する被加工物
の微細化、加工ポイント数の増大化が更に進んでいる。
そのため、レーザ加工装置においても、更なるスループ
ットの向上、加工精度の向上、加工位置精度の向上が不
可欠になってきている。
【０００７】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
ものであり、スループット、加工精度、加工位置精度な
どが向上したレーザ加工装置の提供を目的とする。
【０００８】
【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記載のレーザ加工装置は、レーザ発振器
と、ＸＹ方向に移動するステージと、前記レーザ発振器
のレーザ出射と前記ステージの移動を制御する中央処理
装置とを備え、前記ステージ上の被加工物の予め指定さ
れた複数の加工ポイントに前記レーザ発振器から出射さ
れたレーザを照射して前記被加工物のレーザ加工を行う
レーザ加工装置において、前記中央処理装置が、前記加
工ポイントをソートして同じ座標値が並ぶ加工ポイント
をまとめてセグメントに分割し、このセグメント単位で
最短経路となるように並び替えを行って加工ポイントの
加工順序を最適化するとともに、前記セグメントに前記
ステージの加減速時間を考慮した前後ポイントを追加す
る最適データ作成機能を有する構成としてある。
【０００９】このような構成の発明によれば、被加工物
の各加工ポイントを最短経路で連絡したデータに基づい
てレーザ加工をすることができるので、スループットが
向上する。
【００１０】 また、ステージが移動開始後等速状態にな
るまでの時間を考慮して等速状態でレーザ加工するよう
に制御するデータに基づいているので、加工精度良くレ
ーザ加工することができる。
【００１１】 請求項２記載のレーザ加工装置は、請求項
１記載のレーザ加工装置において、前記セグメントが、
加工ポイントの座標値データを片軸において同じ座標値
を持ち、もう一方の軸において一定距離内にある座標値
データの集まりに分割した構成としてある。
【００１２】 このような構成の発明によれば、同じ方向
に移動する複数の加工ポイントを一つのセグメントとし
てまとめているので、無駄な動きがなく、スループット
が向上する。
【００１３】 請求項３記載のレーザ加工装置は、請求項
１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記最適デ
ータ作成機能が、前記セグメントに前記ステージに駆動
力を伝達するボールネジのトルクの安定化時間を考慮し
た前後ポイントを追加する構成としてある。
【００１４】 このような構成の発明によれば、ステージ
に駆動力を伝達するボールネジトルクの安定化時間を考
慮し、ボールネジトルクが安定している状態でレーザ加
工するように制御するデータに基づいているので、加工
位置精度が向上する。
【００１５】 請求項４記載のレーザ加工装置は、請求項
１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前
記最適データ作成機能が、前記セグメントに前記レーザ
発振器をオンさせてから出力が安定化するまでの時間を
考慮した前後ポイントを追加する構成としてある。
【００１６】 このような構成の発明によれば、レーザ出
力パワーが安定している状態でレーザ加工するように制
御するデータに基づいているので、加工精度が向上す
る。
【００１７】 請求項５記載のレーザ加工装置は、請求項
１〜４いずれかに記載のレーザ加工装置において、前記
最適データ作成機能が、前記レーザ発振器からのレーザ
出射を続けながらレーザを遮蔽して前記被加工物に照射
しない空うちポイントを追加する構成としてある。
【００１８】 このような構成の発明によれば、レーザ出
射時に出射タイミングが一定周波数となるように制御で
きるデータに基づくので、レーザ発振器の出力を安定化
することができるため、加工精度が向上する。
【００１９】 請求項６記載のレーザ加工装置は、請求項
１〜５いずれかに記載のレーザ加工装置において、前記
最適データ作成機能が、前記各セグメントの先頭ポイン
トとその一つ前のセグメントの最終ポイントとの間にス
テージの移動方向が一致するように中間ポイントを追加
する構成としてある。
【００２０】 このような発明によれば、ステージの負荷
を考慮してステージの移動に無理がかからないように制
御できるデータに基づくので、加工位置精度が向上す
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工装置の
一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明のレーザ加工装置の一実施形態を示す構成図
である。このレーザ加工装置１は、二次元ＸＹ方向に移
動可能なステージ２上に載置された被加工物３にレーザ
を照射して、被加工物３の加工を行う装置である。
【００２２】 レーザはレーザ発振器４から出射され、レ
ーザを遮断又は通過させる外部シャッタ５を通り、ハー
フミラー６で反射されて対物レンズ７で被加工物３の上
に集光される。また、図１では示していないが、照明光
源から出た照明光がハーフミラー６を通って被加工物３
を照射し、被加工物３で反射された照明光はハーフミラ
ー６を通ってＣＣＤカメラ８で検出され、加工状態が図
示しないテレビモニターで観察できるようになってい
る。
【００２３】 このレーザ加工装置１は、プログラムによ
り各種の制御を行うコンピュータなどの中央処理装置１
０を備える。この中央処理装置１０は、最適制御データ
作成機能部１１と最適化された制御データに基づく制御
機能部１２を含む。制御機能部１２は、最適制御データ
作成機能部１１によって最適化された被加工物３の加工
部位の加工位置データに基づいて図示しないステージ駆
動用のモータを駆動制御することにより、ステージ２の
位置決めを行い、被加工物３の加工ポイントの対物レン
ズに対する位置決めを行う機能を有する。また、レーザ
発振器４と外部シャッタ５を制御してレーザ発振器４の
出力を調整したり、レーザ照射タイミングを制御できる
ようになっている。
【００２４】 次に、最適制御データ作成機能部１１の処
理について説明する。この最適制御データ作成機能部１
１は、加工位置データを並び替え、その上で各機器の特
性を考慮したデータを追加して必要な制御データを作成
するものである。
【００２５】 図２のフローチャートを参照しながら最適
制御データ作成機能部１１の処理の概略を説明する。ま
ず、図示しないメモリに格納されていた被加工物の加工
位置データを読み込む。そして、ステップ１０１におい
て、加工を高速に制御するために、加工位置データを、
片軸において同じ座標値を持ち、もう一方の軸において
一定距離にある座標値データの集まり（以下、セグメン
トという）に分割し、加工位置データをセグメント単位
に分割する。このセグメント単位に分割する処理につい
ては後述する。
【００２６】 次に、ステップ１０２において、セグメン
ト単位で並び替えを行う。この並び替えは、例えば各セ
グメントの始点終点データを基に、最短経路となるよう
に、短い枝から順に経路を決定していくＧｒｅｅｄｙ法
などで初期解を求め、次に経路中の２本の枝を交換する
ことにより逐次改善を繰り返していく２−ＯＰＴ法など
を利用して並び替えを行う。
【００２７】 次に、ステップ１０３において、正確に、
加工精度良く加工するために、各機器の特性データを考
慮して各セグメントに前後ポイントを追加する。この前
後ポインタを追加する処理を説明すると、ステップ１０
３１において、１セグメント１ポイントデータに対して
その前後のセグメントの座標位置関係から、その１ポイ
ントデータにＸ方向から移動するか、Ｙ方向から移動す
るかを決定し、算出する。次に、ステップ１０３２にお
いて、加工時に等速となるようにステージの加減速時間
を算出する。
【００２８】 次に、ステップ１０３３において、ステー
ジのＸ方向及びＹ方向への移動を行うときに生じる、図
示しない駆動モータの駆動を伝達するためのボールネジ
のトルクの安定化時間を考慮してこれを算出する。ま
た、ステップ１０３４において、レーザ発振装置をオン
させてからレーザ出力パワーが安定化するまでの時間を
考慮してこれを算出し、ステップ１０３５において、１
セグメントの前後に必要な時間を決定し、前後ポイント
を追加する。
【００２９】 次に、ステップ１０４において、レーザ出
力パワー安定化のために、レーザ発振器からは出射する
が外部シャッターで遮蔽することにより、被加工物に照
射しないように制御するための空うちポイントを追加す
る。
【００３０】 次に、ステップ１０５において、ステージ
の負荷を考慮するために、各セグメントの先頭ポイント
とその一つ前のセグメントの最終ポイントを、その各ポ
イントでのステージの移動方向が一致するように、その
各ポイントでの移動速度に無理がないように、スプライ
ン曲線などを利用して中間ポイントを追加する。
【００３１】 更に、ステップ１０６において、ステージ
の始点から最初のセグメントの先頭ポイントまでの距離
が長い場合等にステージを加速させて到達を早めるため
に、早送りデータを追加し、最適化された制御データの
作成を終了する。
【００３２】 次に、図２に示したステップ１０１のセグ
メント単位に分割する処理を図３のフローチャートを参
照しながら詳細に説明する。まず、ステップ１０１１に
おいて、照射個数分の照射位置Ｘ，Ｙ座標配列データXp
oint[ ]，Ypoint[ ]を加工位置データを格納していた図
示しないメモリから読み出す。
【００３３】 次に、ステップ１０１２において、座標配
列データをＸ方向にソートし、Ｘ方向にソートした配列
データXarray[ ]を作成し、連続して一定距離以内で同
じＸ座標値が並ぶＹ方向の個数を設定する。
【００３４】 更に、ステップ１０１３において、座標配
列データをＹ方向にソートし、Ｙ方向にソートした配列
データYArray[ ]を作成し、連続して一定距離以内で同
じＹ座標値が並ぶＸ方向の個数を設定する。
【００３５】 そして、ステップ１０１４において、一つ
の照射位置について配列データXArray[ ]のＸ方向に並
んでいる個数と、配列データYArray[ ]のＹ方向に並ん
でいる個数を比較し、小さい方の配列データの個数値を
０でクリアして、Ｘ方向、Ｙ方向の方向付けを行う。こ
の場合、XArray[ ]とYArray[ ]の個数が共に０の独立し
た照射位置に関しての方向付けはまだ行われていない。
【００３６】 そして、ステップ１０１５において、Ｘ方
向とＹ方向に方向が決定された配列データXArray[ ]とY
Array[ ]をマージしてセグメント配列データArray[ ]を
作成し、セグメント数を求める。なお、セグメントの先
頭のデータは先頭でない他のデータと区別するために、
例えば-1-その番号とする。
【００３７】 次に、ステップ１０１６において、セグメ
ント単位の配列データSegPoint[ ]とその照射位置Ｘ、
Ｙ座標配列データXSegPoint[ ]、YSegPoint[ ]を作成
し、セグメント単位に分割する処理は終了する。なお、
Ｉ番目のセグメントデータは２＊Ｉ，２＊Ｉ＋１で示さ
れ、始点は、XSegPont[２＊Ｉ],YSegPoint[２＊Ｉ]で、
終点はXSegPont[２＊Ｉ＋１],YSegPoint[２＊Ｉ＋１]
で、セグメント配列データArray上の始点、終点の場所
は、SegPont[２＊Ｉ],SegPoint[２＊Ｉ＋１]でそれぞれ
示される。
【００３８】 このようにして、中央処理装置１０の最適
制御データ作成機能部１１により作成された最適制御デ
ータに基づいて、中央処理装置１０の制御機能部１２
は、レーザ発振器４、外部シャッタ５、ステージ２の位
置決め（駆動モータの駆動）を制御する。
【００３９】 このようなレーザ加工装置によれば、ステ
ップ１０１において、加工ポイントの並び替えを同一方
向に移動する加工ポイントをまとめてセグメント単位に
分割してから、ステップ１０２でセグメント単位に並び
替えている。これに加えてステップ１０６で早送りデー
タの追加を行っていることから、加工ポイントを最短経
路で高速に連絡したデータに基づいてステージの移動を
制御するため、高速に加工でき、スループットが向上す
る。
【００４０】 また、ステップ１０３４でレーザ出射開始
時にはレーザ出力パワー安定化時間を考慮したこと、ス
テップ１０３２で加工中はステージが等速動作となるよ
うに考慮したこと、ステップ１０４で空うちポイントを
追加し、出射時は出射タイミングが一定周波数となるよ
うに考慮したことから、加工精度が向上し、加工精度良
く被加工物を加工することができる。
【００４１】 更に、ステップ１０３２で出射時は等速動
作となるように加減速時間を考慮したこと、ステップ１
０３３でボールネジトルクの安定化時間を考慮したこ
と、加えてステップ１０５で中間ポイントを追加したこ
とにより、加工位置精度が向上し、正確に加工すること
ができる。
【００４２】 上述した実施形態では、ステージを位置決
めして被加工物の加工ポイントが対物レンズの光軸上に
くるように制御しているが、レーザスポットを位置決め
しても良く、あるいはステージの位置決めとレーザスポ
ットの位置決めとを併用するようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工装置によれば、加工ポイントデータを中央処理装置の
最適制御データ作成機能によりステージの特性や各制御
機器の特性などを考慮して最適化した制御データを作成
し、作成された最適制御データに基づいてレーザ加工が
制御されるので、スループット、加工精度、加工位置精
度が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ加工装置の一実施形態を示す構
成図である。
【図２】本発明に係る中央処理装置の最適制御データ作
成機能部の処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る中央処理装置の最適制御データ作
成機能部の加工ポイントをセグメント単位に分割する処
理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ レーザ加工装置 ２ ステージ ３ 被加工物 ４ レーザ発振器 ５ 外部シャッタ ６ ハーフミラー ７ 対物レンズ ８ ＣＣＤカメラ １０ 中央処理装置 １１ 最適制御データ作成機能部 １２ 制御機能部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42 H01L 21/82

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ発振器と、ＸＹ方向に移動するス
    テージと、前記レーザ発振器のレーザ出射と前記ステー
    ジの移動を制御する中央処理装置とを備え、前記ステー
    ジ上の被加工物の予め指定された複数の加工ポイントに
    前記レーザ発振器から出射されたレーザを照射して前記
    被加工物のレーザ加工を行うレーザ加工装置において、 前記中央処理装置が、前記加工ポイントをソートして同
    じ座標値が並ぶ加工ポイントをまとめてセグメントに分
    割し、このセグメント単位で最短経路となるように並び
    替えを行って加工ポイントの加工順序を最適化するとと
    もに、前記セグメントに前記ステージの加減速時間を考
    慮した前後ポイントを追加する最適データ作成機能を有
    することを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のレーザ加工装置におい
    て、 前記セグメントが、加工ポイントの座標値データを片軸
    において同じ座標値を持ち、もう一方の軸において一定
    距離内にある座標値データの集まりに分割したものであ
    ることを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずれかに記載のレー
    ザ加工装置において、 前記最適データ作成機能が、前
    記セグメントに前記ステージに駆動力を伝達するボール
    ネジのトルクの安定化時間を考慮した前後ポイントを追
    加することを特徴とするレーザ加工装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ
    加工装置において、 前記最適データ作成機能が、前記セグメントに前記レー
    ザ発振器をオンさせてから出力が安定化するまでの時間
    を考慮した前後ポイントを追加することを特徴とするレ
    ーザ加工装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ
    加工装置において、 前記最適データ作成機能が、前記レーザ発振器からのレ
    ーザ出射を続けながらレーザを遮蔽して前記被加工物に
    照射しない空うちポイントを追加することを特徴とする
    レーザ加工装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ
    加工装置において、 前記最適データ作成機能が、前記各セグメントの先頭ポ
    イントとその一つ前のセグメントの最終ポイントとの間
    にステージの移動方向が一致するように中間ポイントを
    追加することを特徴とするレーザ加工装置。
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