JP3170023B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Laser processing equipment

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JP3170023B2
JP3170023B2 JP04136092A JP4136092A JP3170023B2 JP 3170023 B2 JP3170023 B2 JP 3170023B2 JP 04136092 A JP04136092 A JP 04136092A JP 4136092 A JP4136092 A JP 4136092A JP 3170023 B2 JP3170023 B2 JP 3170023B2
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laser
lens
light
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laser beam
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体等のマイクロデ
バイスの薄膜除去等を行うレーザ加工装置に関し、特に
LCD、TPH(サーマルプリンタヘッド)、SAWデ
バイス、マスク等の欠陥除去、LSI不良解析のための
配線パタンカット、ハイブリッドICのトリミング等の
各種マイクロデバイスの開発に用いられるレーザ加工装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for removing a thin film of a micro device such as a semiconductor, and more particularly to a method for removing a defect of an LCD, a TPH (thermal printer head), a SAW device, a mask and the like, and an LSI failure analysis. For laser processing used in the development of various micro devices such as wiring pattern cut for trimming and hybrid IC trimming.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、レーザ加工装置としては、図2
に示す構成のものが知られている。
2. Description of the Related Art Generally, as a laser processing apparatus, FIG.
Is known.

【0003】以下、このレーザ加工装置の構造を概説す
る。このレーザ加工装置は主に、顕微鏡部71と、この
顕微鏡部71の光軸にレーザ光の光軸を一致させ、顕微
鏡部71の対物レンズ72を介して被加工物にレーザ光
を照射するレーザ装置部73とから概略構成されてい
る。
[0003] The structure of this laser processing apparatus will be outlined below. The laser processing apparatus mainly includes a microscope unit 71 and a laser for aligning the optical axis of the laser beam with the optical axis of the microscope unit 71 and irradiating the workpiece with the laser beam via the objective lens 72 of the microscope unit 71. It is schematically composed of a device unit 73.

【0004】また、顕微鏡部71は、操作者が被加工物
を直接観察する接眼レンズ部74と、モニターに写して
観察するモニター部75と、落射及び透過照明装置7
6,77と、被加工物を載置する電動ステージ装置78
とから概略構成されている。
The microscope section 71 includes an eyepiece section 74 for the operator to directly observe the workpiece, a monitor section 75 for displaying the image on a monitor, and an epi-illumination / transmission illumination device 7.
6, 77, and an electric stage device 78 for placing a workpiece.
It is schematically composed of

【0005】そして、被加工物は電動ステージ装置78
に載置され、接眼レンズ部74で観察光(中心波長はd
line=587.6nm)を用いて焦点位置(加工目標位置)が合
わせられ、加工目標位置にレーザ光(波長=1064nm)が
顕微鏡部71の対物レンズ72を通り照射される。
[0005] The workpiece is an electric stage device 78.
And the observation light (center wavelength is d
The focus position (processing target position) is adjusted using line = 587.6 nm), and the processing target position is irradiated with laser light (wavelength = 1064 nm) through the objective lens 72 of the microscope unit 71.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
レーザ加工装置では、前述したように観察光を用いて顕
微鏡部71で焦点位置を合わせて加工目標位置を特定
し、この加工目標位置にレーザ光を照射し、レーザ加工
を行う。
In the conventional laser processing apparatus, as described above, the focus position is adjusted by the microscope 71 using the observation light, and the processing target position is specified. Irradiate light and perform laser processing.

【0007】ところが、顕微鏡の観察光学系は中心波長
をd line(=587.6nm)に設計されているのに対して、レ
ーザ光は波長=1064nmである。このため、観察光を用い
て顕微鏡で焦点を調整する場合、観察光とレーザ光の波
長の相違からレーザ光の焦点がずれてしまう。この結
果、レーザ光での加工形状が絞り形状からずれてしま
い、予め設定した加工形状にならないという問題点があ
る。
However, the observation optical system of the microscope is designed to have a center wavelength of d line (= 587.6 nm), whereas the laser beam has a wavelength of 1064 nm. For this reason, when adjusting the focus with a microscope using the observation light, the focus of the laser light shifts due to the difference in wavelength between the observation light and the laser light. As a result, there is a problem in that the processing shape using the laser beam deviates from the drawing shape, and the processing shape does not become a preset processing shape.

【0008】本発明は前述した問題点に鑑みなされたも
ので、その目的は、観察光の焦点位置とレーザ光の焦点
位置とのずれを補正し、観察光によりレーザ光の焦点位
置を確実に調整できるレーザ加工装置を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to correct the deviation between the focal position of the observation light and the focal position of the laser light and to surely set the focal position of the laser light by the observation light. An object of the present invention is to provide an adjustable laser processing apparatus.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザ光の光軸と顕微鏡の光軸を一致さ
せ、顕微鏡の対物レンズを介して対象物にレーザ光を照
射して薄膜除去等を行うレーザ加工装置において、凹レ
ンズと凸レンズとをレーザ光の光軸上に所定間隔をおい
て配設すると共に、これら凹レンズと凸レンズとの間隔
を調整するレンズ間隔調整機構を備え、このレンズ間隔
調整機構の調整により、レーザ光の焦点位置と観察光の
焦点位置とを一致させることを特徴とするレーザ加工装
置である。
Means for Solving the Problems The present invention to achieve the above object, to match the optical axes of the microscope les laser light, irradiating a laser beam to the object through the microscope objective in the laser processing apparatus for performing thin film such as removal by, 凹Re
The lens and the convex lens are placed at a predetermined interval on the optical axis of the laser beam.
And the distance between these concave and convex lenses.
Lens adjustment mechanism to adjust the lens spacing
By adjusting the adjustment mechanism, the focal position of the laser light and the observation light
Laser processing apparatus characterized by matching the focal position
It is a place.

【0010】前記レンズ間隔調整機構としては、凹レン
ズと凸レンズの間隔を連続的に変化させて調整する機構
であることが望ましい。
The lens spacing adjusting mechanism includes a concave lens.
Mechanism that continuously changes the distance between the lens and the convex lens
It is desirable that

【0011】[0011]

【作用】本発明は、レンズ間隔調整機構の調整により
ーザ光の焦点位置を最適状態に調整して、顕微鏡の対物
レンズによる観察光の焦点位置とレーザ光の焦点位置と
を正確に合致せる。そして、レーザ光照射による加工形
状が、指定した絞り形状に精度良く合わさり、マイクロ
デバイス等を設定した形状に確実に加工することができ
る。
According to the present invention, the focal position of laser light is adjusted to an optimum state by adjusting a lens spacing adjusting mechanism, and the focal position of observation light and the focal position of laser light by an objective lens of a microscope are adjusted. To match exactly. Then, the processing shape by the laser beam irradiation accurately matches the designated aperture shape, and the micro device or the like can be reliably processed into the set shape.

【0012】前記レンズ間隔調整機構が、凹レンズと凸
レンズとの間隔を連続的に変化させて調整する機構であ
る場合、レーザ光の焦点距離を微調整して、レーザ光の
焦点位置を顕微鏡の焦点位置に一層正確に合わせること
ができる。
The lens spacing adjusting mechanism comprises a concave lens and a convex lens.
A mechanism that adjusts by continuously changing the distance from the lens.
In such a case, the focal length of the laser light can be finely adjusted to more accurately adjust the focal position of the laser light to the focal position of the microscope.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0014】本実施例のレーザ加工装置は、前記従来技
術のレーザ加工装置と同様、顕微鏡にレーザ装置を搭載
したものである。このレーザ加工装置は、図1に示すよ
うに主に、顕微鏡部1と、この顕微鏡部1の光軸にレー
ザ光の光軸を一致させ、顕微鏡部1の対物レンズ2を介
して被加工物にレーザ光を照射するレーザ装置部3とか
ら概略構成されている。
The laser processing apparatus according to the present embodiment has a laser apparatus mounted on a microscope like the laser processing apparatus according to the prior art. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus mainly adjusts the optical axis of the laser beam to coincide with the optical axis of the microscope unit 1 and the workpiece via the objective lens 2 of the microscope unit 1. And a laser device section 3 for irradiating the laser beam to the laser device.

【0015】また、顕微鏡部1は、操作者が被加工物を
直接観察する接眼レンズ部4と、モニターに写して観察
するモニター部5と、落射及び透過照明装置6,7と、
被加工物を載置する電動ステージ装置8とから構成され
ている。
The microscope section 1 includes an eyepiece section 4 for the operator to directly observe the workpiece, a monitor section 5 for photographing and observing on a monitor, and epi-illumination and transmission illumination devices 6 and 7.
And an electric stage device 8 on which the workpiece is placed.

【0016】レーザ装置部3は主に、光源であるレーザ
発振器10aを備えた加工用レーザヘッド10と、この
レーザヘッド10のレーザ電源11と、2枚組合わせる
ことで偏光板の組合わせとなり、加工用としての出力ま
でレーザ光の出力を減衰させるための2つの減衰フィル
タ12,13と、被加工物へのレーザ照射範囲を制限す
る絞り14と、レーザ光の光軸と顕微鏡部1の観察光の
光軸とを一致させるアジャスタ(図示せず)とから構成
されている。なお、16は絞り14の調整等に用いるガ
イド光の光源で、この光源16からのガイド光17は光
ファイバ18、ダイクロイックミラー19を介して顕微
鏡部1の光軸に導かれるようになっている。光源16と
してはハロゲンランプが用いられ、ガイド光の波長は58
7.56nmとなっている。また、レーザ発振器10aとして
はQスイッチ式空冷式YAGレーザ発振器等が用いられ
ている。さらに、絞り14は対物レンズ2の物点と像点
の関係にあり、共焦点の位置関係にある。このため、対
物レンズ2の倍率の逆数倍にて絞り外径が物体上に投影
される。
The laser device section 3 is mainly composed of a processing laser head 10 having a laser oscillator 10a as a light source, a laser power source 11 of the laser head 10, and a combination of two polarizing plates. Two attenuation filters 12 and 13 for attenuating the output of the laser beam to the output for processing, a stop 14 for limiting the laser irradiation range on the workpiece, and observation of the optical axis of the laser beam and the microscope unit 1 And an adjuster (not shown) for matching the optical axis of the light. Reference numeral 16 denotes a light source of guide light used for adjusting the stop 14 and the like, and guide light 17 from the light source 16 is guided to the optical axis of the microscope unit 1 via an optical fiber 18 and a dichroic mirror 19. . A halogen lamp is used as the light source 16, and the wavelength of the guide light is 58
7.56 nm. A Q-switch type air-cooled YAG laser oscillator or the like is used as the laser oscillator 10a. Further, the aperture 14 has a relationship between the object point and the image point of the objective lens 2 and has a confocal positional relationship. For this reason, the stop outer diameter is projected onto the object at a reciprocal multiple of the magnification of the objective lens 2.

【0017】接眼レンズ部4は主に、顕微鏡部1の光軸
から観察光を取り出すプリズム21と、内部反射や被加
工物から反射したレーザ光による障害を防止する、安全
保護のためにセイフティシャッター22と、光路を変更
するプリズム23と、接眼レンズ24とから概略構成さ
れている。
The eyepiece 4 is mainly composed of a prism 21 for extracting observation light from the optical axis of the microscope 1 and a safety shutter for safety protection for preventing internal reflection and laser light reflected from the workpiece. 22, a prism 23 for changing the optical path, and an eyepiece 24.

【0018】モニター部5は主に、顕微鏡部1の光軸か
ら観察光を取り出すハーフミラー27と、取り出した観
察光を後述のCCDカメラ31まで送るリレーレンズ2
8、ミラー29等と、Cマウント30を介して取付けら
れたCCDカメラ31と、CCDカメラ31でとらえた
映像を写し出すカメラコントローラ32、モニター33
とから概略構成されている。さらに、ハーフミラー27
の対物レンズ2側には内部反射や被加工物から反射した
レーザ光によるCCDカメラ31の破損等を防止する、
安全保護のためにセイフティシャッター34が設けられ
ている。
The monitor section 5 mainly includes a half mirror 27 for extracting observation light from the optical axis of the microscope section 1 and a relay lens 2 for transmitting the extracted observation light to a CCD camera 31 described later.
8, a mirror 29 and the like, a CCD camera 31 attached via a C mount 30, a camera controller 32 for projecting an image captured by the CCD camera 31, and a monitor 33.
It is schematically composed of Further, the half mirror 27
To prevent the CCD camera 31 from being damaged due to internal reflection or laser light reflected from the workpiece.
A safety shutter 34 is provided for safety protection.

【0019】落射照明装置6は、光源を内蔵した落射照
明ランプハウス35、レンズ36及びハーフミラー37
等から構成され、顕微鏡部1の光軸から対物レンズ2を
介して被加工物を照明する。また、透過照明装置7は、
光源を内蔵した透過照明ランプハウス39、レンズ4
0、ミラー41等から構成され、後述のコンデンサ46
を介して被加工物を照明する。
The epi-illumination device 6 includes an epi-illumination lamp house 35 containing a light source, a lens 36 and a half mirror 37.
And the like, and illuminates the workpiece from the optical axis of the microscope unit 1 via the objective lens 2. In addition, the transmitted illumination device 7
Transmitted illumination lamp house 39 with built-in light source, lens 4
0, a mirror 41 and the like.
The work piece is illuminated via.

【0020】電動ステージ装置8は、被加工物を載置し
てXY方向に移動するX−Y電動ステージ44と、この
電動ステージ44の動きを制御するステージコントロー
ラ45とから概略構成されている。なお、電動ステージ
44の下側には、透過照明装置7による照明光を被加工
物に集光して照射するコンデンサ46が取付けられてい
る。
The electric stage device 8 is generally constituted by an XY electric stage 44 on which a workpiece is placed and moving in the XY directions, and a stage controller 45 for controlling the movement of the electric stage 44. In addition, a condenser 46 is attached to the lower side of the electric stage 44 for condensing and irradiating illumination light from the transmission illumination device 7 to a workpiece.

【0021】さらに、顕微鏡部1とレーザ装置部3の間
には、顕微鏡部1の光軸及びレーザ光の光軸と同軸上
に、図3に示すレーザ光焦点位置補正装置50に装着さ
れた凹レンズ51と凸レンズ52とが所定間隔をおいて
配設されている。このレーザ光焦点位置補正装置50
は、これら凹レンズ51と凸レンズ52の間隔(以下
「空間間隔」という)を連続的に変化させて調整するレ
ンズ間隔調整機構53を備えている。
Further, between the microscope section 1 and the laser device section 3, a laser beam focal position correcting device 50 shown in FIG. 3 is mounted coaxially with the optical axis of the microscope section 1 and the optical axis of the laser beam .
The concave lens 51 and the convex lens 52 are separated by a predetermined distance.
It is arranged. This laser beam focal position correcting device 50
Includes a lens interval adjustment mechanism 53 to adjust the spacing of these concave lens 51 and convex lens 52 (hereinafter referred to as "spatial separation") is continuously changed.

【0022】このレーザ光焦点位置補正装置50の全体
構成は主に3つの筒体状の枠体、即ち顕微鏡部1側及び
レーザ装置部3側に直接取付けられる外枠55と、この
外枠55の内側に装着される中枠56と、この中枠56
の内側に摺動自在に装着される移動枠57とからなる。
The overall configuration of the laser beam focal position correcting device 50 is mainly composed of three cylindrical frames, that is, an outer frame 55 directly attached to the microscope unit 1 side and the laser device unit 3 side, and the outer frame 55 Frame 56 attached to the inside of the
And a moving frame 57 which is slidably mounted inside the frame.

【0023】外枠55は後述の回転枠65が装着される
部分で上部外枠55Aと下部外枠55Bとに分断され、
これらは中枠56によって接続されている。下部外枠5
5Bの下側部には、縮径して形成され、凸レンズ52を
固定支持する凸レンズ取付け部55Cが設けられてい
る。この凸レンズ取付け部55Cの内側上端部には凸レ
ンズ52の上側を係止するための係止用縮径段部55D
が設けられている。そして、凸レンズ取付け部55Cに
凸レンズ52がその凸面をレーザ光入射側に向けて装着
され、係止用縮径段部55Dに当接した状態でリング状
の凸レンズ押え58によって固定支持されている。な
お、凸レンズ52の凸面をレーザ光入射側に向けて装着
するのは、この凸レンズ52が凸レンズ取付け部55C
に装着されたときに、そのレーザ光入射側に向けた凸面
の曲率により光軸が精度良く合致するようにするためで
ある。
The outer frame 55 is divided into an upper outer frame 55A and a lower outer frame 55B at a portion where a rotating frame 65 described later is mounted.
These are connected by a middle frame 56. Lower outer frame 5
At the lower side of 5B, there is provided a convex lens mounting portion 55C formed to have a reduced diameter and fixedly supporting the convex lens 52. A locking reduced-diameter step portion 55D for locking the upper side of the convex lens 52 is provided at the upper end inside the convex lens mounting portion 55C.
Is provided. The convex lens 52 is mounted on the convex lens mounting portion 55C with its convex surface facing the laser beam incident side, and is fixed and supported by a ring-shaped convex lens retainer 58 in a state in which the convex lens 52 is in contact with the locking reduced-diameter step portion 55D. The convex lens 52 is mounted with the convex surface facing the laser beam incident side because the convex lens 52 is attached to the convex lens mounting portion 55C.
This is because, when the optical axis is mounted, the optical axis is accurately matched by the curvature of the convex surface facing the laser beam incident side.

【0024】中枠56はその下側部が押えネジ61で下
部外枠55Bに固定され、その上側部が上部外枠55A
に固着されている。中枠56の上端部には縮径した段部
が形成され、後述のバネ69の押え部56Aとなってい
る。中枠56の周壁には縦方向(軸方向)に長溝56B
が設けられ、後述の調整ネジ64の縦方向への移動を許
容するようになっている。
The lower portion of the middle frame 56 is fixed to the lower outer frame 55B with a set screw 61, and the upper portion of the middle frame 56 is an upper outer frame 55A.
It is stuck to. A step with a reduced diameter is formed at the upper end of the middle frame 56, and serves as a pressing portion 56A of a spring 69 described later. A long groove 56B is formed on the peripheral wall of the middle frame 56 in the vertical direction (axial direction).
Are provided to allow the adjustment screw 64 described later to move in the vertical direction.

【0025】中枠56の外周にはリード環63が、前記
上部外枠55Aと下部外枠55Bとに挟まれた状態で、
回転自在に嵌合されている。このリード環63は筒状に
形成され、その周壁部には図4に示すように螺旋状に形
成したリード溝63Aが設けられている。このリード溝
63Aには調整ネジ64が挿入される。さらに、リード
環63の外周には回転枠65が装着されている。この回
転枠65は押えネジ66でリード環63に固定され、回
転枠65を回転させることによりリード環63が回転す
るようになっている。回転枠65にはリード環63を貫
通した状態でストッパネジ67が取付けられている。こ
のストッパネジ67はねじこまれることで中枠56と圧
接して回転枠65及びリード環63を中枠56に固定し
回転を防止するようになっている。なお、68はストッ
パネジ67のゆるみ止めとしてのストッパリングであ
る。
On the outer periphery of the middle frame 56, a lead ring 63 is sandwiched between the upper outer frame 55A and the lower outer frame 55B.
It is fitted rotatably. The lead ring 63 is formed in a cylindrical shape, and a spirally formed lead groove 63A is provided in a peripheral wall portion thereof as shown in FIG. An adjusting screw 64 is inserted into the lead groove 63A. Further, a rotating frame 65 is mounted on the outer periphery of the lead ring 63. The rotating frame 65 is fixed to the lead ring 63 by a holding screw 66, and by rotating the rotating frame 65, the lead ring 63 rotates. A stopper screw 67 is attached to the rotating frame 65 so as to pass through the lead ring 63. When the stopper screw 67 is screwed, the stopper screw 67 comes into pressure contact with the middle frame 56 to fix the rotating frame 65 and the lead ring 63 to the middle frame 56 to prevent rotation. Reference numeral 68 denotes a stopper ring for preventing the stopper screw 67 from loosening.

【0026】移動枠57は中枠56の内周に装着され、
この中枠56内周で上下に摺動できるようになってい
る。移動枠57は筒状の外形を有しおり、その中央部内
周を縮径して凹レンズ支持筒部57Aが設けられてる。
この凹レンズ支持筒部57Aの下端部にはレンズ係止部
57Bが設けられ、凹レンズ51はその凹面をレーザ光
入射側に向けた状態で上方から凹レンズ支持筒部57A
に装着されている。そして、この凹レンズ51は凹レン
ズ押えリング68で固定支持されている。なお、凹レン
ズ51の凹面をレーザ光入射側に向けて凹レンズ支持筒
部57Aに装着するのは、レーザ光入射側に向けた凹面
により入射レーザ光の反射光が直接レーザ発振器10a
に戻る比率を減少させ、レーザ発振を安定させるためで
ある。
The moving frame 57 is mounted on the inner periphery of the middle frame 56,
The inner frame 56 can slide up and down on the inner periphery. The moving frame 57 has a cylindrical outer shape, and is provided with a concave lens supporting cylindrical portion 57A with a reduced inner diameter at the center.
A lens engaging portion 57B is provided at the lower end of the concave lens support tube 57A. The concave lens 51 has a concave surface facing the laser beam incident side.
It is attached to. The concave lens 51 is fixedly supported by a concave lens pressing ring 68. The reason why the concave surface of the concave lens 51 is mounted on the concave lens support cylindrical portion 57A with the concave surface facing the laser light incident side is that the reflected light of the incident laser light is directly transmitted to the laser oscillator 10a by the concave surface facing the laser light incident side.
This is for reducing the ratio of returning to the above and stabilizing the laser oscillation.

【0027】凹レンズ支持筒部57Aの上側面と中枠5
6の押え部56Aとの間にはバネ69が取付けられ、移
動枠57を下方へ付勢している。移動枠57の外周には
調整ネジ64が螺合されている。そして、調整ネジ64
が中枠56の長溝56Bに支持されて回転方向を規制さ
れた状態で、回転枠65を回転させることによりリード
環63が回転し、調整ネジ64がリード溝63A内を摺
動して中枠56の長溝56Bに沿って上下に移動し、移
動枠57が中枠56内で上下に摺動するようになってい
る。これにより、凹レンズ51と凸レンズ52との間の
空気間隔が調整される。このとき、負の焦点距離をもっ
た凹レンズ51ではレーザ光の径が拡大され、正の焦点
距離をもった凸レンズ52では縮小される。このため、
基準状態から、各レンズ51,52の空気間隔を調整す
ることで、出射光を集束光として焦点距離を短くし、ま
たは拡散光として焦点距離を長くして合成焦点距離を微
調整することができる。ここで、基準状態とは、平行光
として入射したレーザ光をそのまま平行光として出射さ
せる、単にコリメータとして機能する状態をいう。
The upper surface of the concave lens support cylinder portion 57A and the middle frame 5
A spring 69 is mounted between the holding portion 56A and the pressing portion 56, and urges the moving frame 57 downward. An adjusting screw 64 is screwed around the outer periphery of the moving frame 57. Then, the adjusting screw 64
The lead ring 63 is rotated by rotating the rotating frame 65 in a state where the rotating direction is regulated by being supported by the long groove 56B of the middle frame 56, and the adjusting screw 64 slides in the lead groove 63A to rotate the middle frame. The moving frame 57 moves up and down along the long groove 56B of the 56, and the moving frame 57 slides up and down in the middle frame 56. Thereby, the air gap between the concave lens 51 and the convex lens 52 is adjusted. At this time, the diameter of the laser beam is enlarged in the concave lens 51 having a negative focal length, and reduced in the convex lens 52 having a positive focal length. For this reason,
By adjusting the air spacing between the lenses 51 and 52 from the reference state, the combined focal length can be finely adjusted by shortening the focal length as the converging light or increasing the focal length as the diffused light. . Here, the reference state refers to a state in which laser light incident as parallel light is emitted as parallel light as it is, and simply functions as a collimator.

【0028】そして、前記中枠56、移動枠57、リー
ド環63、調整ネジ64及び回転枠65でレンズ間隔調
整機構53が構成されている。
The middle frame 56, the moving frame 57, the lead ring 63, the adjusting screw 64, and the rotating frame 65 constitute a lens gap adjusting mechanism 53.

【0029】なお、レーザ光焦点位置補正装置50を、
凹レンズ51と凸レンズ52とからなるエキスパンダー
光学系によって構成したのは以下の理由による。
The laser beam focal position correcting device 50 is
The reason why the optical system is constituted by the expander optical system including the concave lens 51 and the convex lens 52 is as follows.

【0030】エキスパンダー光学系には、凹レンズと凸
レンズとを組合わせたガリレオ型と凸レンズと凸レンズ
とを組合わせたケプラー型があるが、ケプラー型の場合
にはレンズとレンズとの間で焦点を結ぶため、高パルス
レーザではエアーブレイクダウンを起こし、実用的では
ない。また、エキスパンダー光学系の場合には、加工用
レーザがこの光学系の第1面に光軸と平行に入射し、最
終面から光軸と平行に出射するため、焦点距離は無限遠
となり、パワー(1/焦点距離)は零となる。このた
め、エキスパンダー光学系によるレーザ光焦点位置補正
装置50を他の光学系に介装することによる影響がほと
んどない。
The expander optical system includes a Galileo type in which a concave lens and a convex lens are combined, and a Kepler type in which a convex lens and a convex lens are combined. Therefore, a high pulse laser causes air breakdown, which is not practical. In the case of an expander optical system, the processing laser enters the first surface of the optical system in parallel with the optical axis and exits from the final surface in parallel with the optical axis. (1 / focal length) becomes zero. For this reason, there is almost no effect of interposing the laser beam focal position correcting device 50 using the expander optical system in another optical system.

【0031】また、レーザ光焦点位置補正装置50を構
成するレンズの枚数としては少ない方がよいが、1枚の
レンズから構成すると、レンズの移動量に比較して焦点
の移動量が非常に大きくなって微調整が難しいため、複
数枚のレンズを用いる必要がある。そして、複数枚の最
小値である2枚のレンズによる場合は、入射した平行光
をそのまま平行光として出射させることが可能であり、
さらに、2枚のレンズの間隔を調整することで焦点の移
動量を微調整することができるため、2枚構成の光学系
が最適である。
It is preferable that the number of lenses constituting the laser beam focal position correcting device 50 be small. However, when the laser beam focal position correcting device 50 is constituted by one lens, the moving amount of the focal point is much larger than the moving amount of the lens. Since it is difficult to make fine adjustments, it is necessary to use a plurality of lenses. In the case of two lenses, which is the minimum value of a plurality of lenses, it is possible to emit the incident parallel light as it is as parallel light,
Further, by adjusting the distance between the two lenses, the amount of movement of the focal point can be finely adjusted. Therefore, an optical system having two lenses is optimal.

【0032】このため、レーザ光焦点位置補正装置50
を、凹レンズ51と凸レンズ52とを組合わせたガリレ
オ型のエキスパンダー光学系によって構成することとし
た。
For this reason, the laser beam focal position correcting device 50
Is constituted by a Galileo-type expander optical system in which a concave lens 51 and a convex lens 52 are combined.

【0033】本実施例のレーザ加工装置は以上のように
構成されるが、次にその作用について説明する。
The laser processing apparatus of the present embodiment is configured as described above. Next, its operation will be described.

【0034】まず、接眼レンズ部4またはモニター部5
を見ながら、観察光を用いて電動ステージ44に載置さ
れた被加工物の加工面に焦点を合わせる。
First, the eyepiece 4 or the monitor 5
, The operator focuses on the processing surface of the workpiece placed on the electric stage 44 using the observation light.

【0035】次いで、被加工物の加工面にレーザ光を照
射する。具体的には加工用レーザヘッド10がレーザ電
11に制御されてレーザ光を出射し、減衰フィルタ
2,13で被加工物の加工用として使用できる出力まで
減衰されて絞り14を通過する。さらに、レーザ光焦点
位置補正装置50を通過して顕微鏡部1に入射し、その
光軸に沿って対物レンズ2に入射する。そして、観察光
を用いて焦点を調整された被加工物の加工面にレーザ光
を照射し、レーザ加工を行う。なお、加工の対象となる
ものとしては、半導体等のマイクロデバイスの薄膜除去
等、LCD、TPH、SAWデバイス、マスク等の欠陥
除去。LSI不良解析のための配線パタンカット、ハイ
ブリッドICのトリミング等がある。
Next, a laser beam is applied to the processing surface of the workpiece. Specifically, the processing laser head 10 is controlled by the laser power supply 11 to emit laser light, and the attenuation filter 1
In 2 and 13 , the output is attenuated to an output that can be used for processing the workpiece and passes through the aperture 14. Further, the light passes through the laser light focal position correcting device 50 and enters the microscope unit 1 and enters the objective lens 2 along the optical axis. Then, a laser beam is applied to the processing surface of the workpiece whose focus has been adjusted using the observation light, and laser processing is performed. In addition, processing targets include removal of defects such as LCDs, TPHs, SAW devices, and masks, such as removal of thin films of microdevices such as semiconductors. There are wiring pattern cuts for LSI failure analysis, trimming of hybrid ICs, and the like.

【0036】一方、観察光による焦点位置とレーザ光に
より焦点位置とがずれるときにはレーザ光焦点位置補正
装置50によって微調整を行う。この微調整は次のよう
にして行う。なお、この微調整は通常、初期設定または
対物レンズ2の倍率を変更したときに行う。
On the other hand, when the focal position by the observation light deviates from the focal position by the laser light, fine adjustment is performed by the laser light focal position correcting device 50. This fine adjustment is performed as follows. Note that this fine adjustment is usually performed when the initial setting or the magnification of the objective lens 2 is changed.

【0037】(1) 最初にX−Y電動ステージ44上
に被加工物を載置し、接眼レンズ部4またはモニター部
5を見ながら、観察光を用いて被加工物の加工面に焦点
を合わせる。
(1) First, the work is placed on the XY electric stage 44, and the observation light is used to focus on the work surface of the work while observing the eyepiece 4 or the monitor 5. Match.

【0038】(2) レーザ光焦点位置補正装置50を
基準状態にしておいて、被加工物の加工面にレーザ光を
試験的に照射する。
(2) With the laser light focal position correcting device 50 being in the reference state, the processing surface of the workpiece is irradiated with laser light on a trial basis.

【0039】(3) 照射したレーザ光により加工形状
をモニター33に映し出し、その径を測定する。この測
定した径と基準寸法とを比較し、その違いから凹レンズ
51を移動させる方向及び移動量を決定する。ここで、
基準寸法とは次のものをいう。観察光を用いて被加工物
の加工面に焦点を合わせ、同時にレーザ光の焦点も加工
面に正確に合っている状態で、レーザ加工を行ったとき
の加工形状の寸法をいう。さらに、実際に測定した径と
基準寸法との差と、凹レンズ51を移動させる方向及び
移動量との関係は、予め実測等により設定されている。
(3) The processed shape is projected on the monitor 33 by the irradiated laser beam, and its diameter is measured. The measured diameter is compared with the reference dimension, and the direction and amount of movement of the concave lens 51 are determined from the difference. here,
The reference dimensions are as follows. This refers to the dimension of the processed shape when laser processing is performed in a state where the processing surface of the workpiece is focused on using the observation light, and at the same time the laser light is also accurately focused on the processing surface. Further, the relationship between the difference between the actually measured diameter and the reference dimension, and the direction and amount of movement of the concave lens 51 is set in advance by actual measurement or the like.

【0040】(4) 次いで、決定した凹レンズ51の
移動方向及び移動量に応じて回転枠65を回転させる。
即ち、ストッパリング68をゆるめストッパネジ67を
ゆるめて、回転枠65をこの回転枠65に刻まれた目盛
等に沿って移動方向及び移動量分だけ回転させる。これ
により、前述した作用で凹レンズ51が微小量移動し、
レーザ光の焦点位置を観察光による焦点位置に合致し、
絞り形状と加工形状とが正確に一致する。
(4) Next, the rotating frame 65 is rotated in accordance with the determined moving direction and moving amount of the concave lens 51.
That is, the stopper ring 68 is loosened and the stopper screw 67 is loosened, and the rotating frame 65 is rotated along the scale or the like engraved on the rotating frame 65 by the moving direction and the moving amount. Thereby, the concave lens 51 moves by a very small amount by the above-described operation,
The focal position of the laser beam matches the focal position of the observation light,
The drawn shape and the processed shape exactly match.

【0041】この一例を図5に示す。図5(A)は光源
16からのガイド光の光線図で、図5(B)はレーザ光
の光線図である。ガイド光の波長は587.56nmであり、観
察光の中心波長と同じ波長となっている。レーザ光の波
長は1064nmである。凹レンズ51の焦点距離は-15mm、
凸レンズ52の焦点距離は50mm、対物レンズ2の焦点距
離は5.4mm、凸レンズ52から対物レンズ2までの距離
は110mmとする。
FIG. 5 shows an example of this. FIG. 5A is a ray diagram of the guide light from the light source 16, and FIG. 5B is a ray diagram of the laser beam. The wavelength of the guide light is 587.56 nm, which is the same wavelength as the central wavelength of the observation light. The wavelength of the laser light is 1064 nm. The focal length of the concave lens 51 is -15 mm,
The focal length of the convex lens 52 is 50 mm, the focal length of the objective lens 2 is 5.4 mm, and the distance from the convex lens 52 to the objective lens 2 is 110 mm.

【0042】ガイド光の場合、空気間隔が34.5mmのとき
に出射光が平行光となり、対物レンズ2の焦点位置は3.
18mmとなる。従って、ガイド光によって焦点位置を調整
すると、加工面は対物レンズ2から3.18mmの位置にな
る。
In the case of the guide light, when the air gap is 34.5 mm, the emitted light becomes parallel light, and the focal position of the objective lens 2 is 3.
18mm. Therefore, when the focal position is adjusted by the guide light, the processed surface is at a position 3.18 mm from the objective lens 2.

【0043】これに対してレーザ光の場合、空気間隔を
43mmとすると、対物レンズ2から加工面までの距離は3.
18mmとなり、ガイド光により調整した焦点位置と一致す
る。
On the other hand, in the case of laser light, the air spacing is
Assuming 43 mm, the distance from the objective lens 2 to the processing surface is 3.
18 mm, which matches the focal position adjusted by the guide light.

【0044】このようにしてレーザ光の焦点位置とガイ
ド光の焦点とを合致させた上で、ガイド光(観察光)に
より加工面に焦点を合わせ、レーザ光で正確にレーザ加
工を行う。
After the focal position of the laser light and the focus of the guide light are made to coincide with each other in this manner, the processing surface is focused by the guide light (observation light), and laser processing is accurately performed by the laser light.

【0045】以上により、ガイド光(観察光)と波長の
異なる各種のレーザ光に対して、その焦点位置をガイド
光の焦点位置に容易にかつ正確に合致させることがで
き、ずれのない正確なレーザ加工を施すことができるよ
うになる。
As described above, the focal position of various laser beams having different wavelengths from the guide light (observation light) can be easily and accurately matched with the focal position of the guide light, and the laser beam can be accurately adjusted without any deviation. Laser processing can be performed.

【0046】また、構造が簡単で安価なレーザ光焦点位
置補正装置50により、各種のレーザ光の波長に対応で
き、レーザ用特殊赤外顕微鏡を用いる必要もないので、
低コストのレーザ加工装置を提供することができるよう
になる。
Further, the laser beam focal position compensator 50, which has a simple structure and is inexpensive, can cope with various laser beam wavelengths, and it is not necessary to use a special infrared microscope for laser.
A low-cost laser processing apparatus can be provided.

【0047】なお、本実施例のレーザ光焦点位置補正装
置50では、各レンズをレーザ光の進行方向に凹レンズ
51、凸レンズ52の順に配設した構成としたが、焦点
位置の微調整を行う機能としては凸レンズ52、凹レン
ズ51の順に配設してもよい。また、レンズの配設枚数
も、使用するレーザ光の波長、装置の条件等の相違に応
じて適宜設定してよい。
In the laser beam focal position correcting device 50 of the present embodiment, each lens is arranged in the order of the concave lens 51 and the convex lens 52 in the traveling direction of the laser beam, but the function of finely adjusting the focal position is provided. May be arranged in the order of the convex lens 52 and the concave lens 51. Also, the number of lenses provided may be appropriately set according to differences in the wavelength of the laser beam to be used, conditions of the apparatus, and the like.

【0048】また、レンズ間隔調整機構53としても、
凹レンズ51の微小な移動を正確に行うことができる構
成であれば、他の機構でもよい。凹レンズ51の移動
も、本実施例では連続的に移動させる機構としたが、間
欠的に移動するようにしてもよい。
Also, as the lens interval adjusting mechanism 53,
Other mechanisms may be used as long as they can accurately move the concave lens 51 minutely. In the present embodiment, the concave lens 51 is also moved continuously, but may be moved intermittently.

【0049】さらに、本実施例では顕微鏡部1とレーザ
装置部3を一体に形成したが、これに限らずレーザ装置
部3を別体として設け、光ファイバを介して顕微鏡部1
に接続しても、前記同様の作用、効果を奏することがで
きる。
Further, in this embodiment, the microscope unit 1 and the laser unit 3 are integrally formed. However, the present invention is not limited to this, and the laser unit 3 is separately provided, and the microscope unit 1 is connected via an optical fiber.
The same operation and effect as described above can be obtained even if the connection is made.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
レンズ間隔調整機構の調整によりレーザ光の焦点位置を
最適状態に調整し、顕微鏡の対物レンズによる観察光の
焦点位置とレーザ光の焦点位置とを正確に合致させるこ
とができるようになり、レーザ光照射による加工形状
が、指定した絞り形状に精度良く合わさり、マイクロデ
バイス等を設定した形状に確実に加工することができ
る。
As described in detail above, according to the present invention,
By adjusting the lens interval adjusting mechanism, the focal position of the laser light is adjusted to an optimum state, and the focal position of the observation light by the microscope objective lens and the focal position of the laser light can be accurately matched. The processing shape by the irradiation accurately matches the designated drawing shape, and the micro device or the like can be reliably processed into the set shape.

【0051】また、レンズ間隔調整機構の調整を連続的
に微調整することにより、レーザ光の焦点位置と顕微鏡
の焦点位置を一層正確に合わせることができる。
Further, the adjustment of the lens interval adjusting mechanism is continuously performed.
By performing fine adjustment , the focal position of the laser beam and the focal position of the microscope can be more accurately adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るレーザ加工装置を示す概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the present invention.

【図2】従来例のレーザ加工装置を示す概略構成図であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a conventional laser processing apparatus.

【図3】本発明の係るレーザ光焦点位置補正装置を示す
縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a laser light focal position correcting device according to the present invention.

【図4】レーザ光焦点位置補正装置のリード環を示す斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a lead ring of the laser light focal position correcting device.

【図5】観察光とレーザ光の光線状態を示す状態図であ
る。
FIG. 5 is a state diagram showing the state of light beams of observation light and laser light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…顕微鏡部、2…対物レンズ、3…レーザ装置部、4
…接眼レンズ部、5…モニター部、6…落射照明装置、
7…透過照明装置、8…電動ステージ装置、10…加工
用レーザヘッド、50…レーザ光焦点位置補正装置、5
1…凹レンズ、52…凸レンズ、53…レンズ間隔調整
機構。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microscope part, 2 ... Objective lens, 3 ... Laser device part, 4
... eyepiece lens unit, 5 monitor unit, 6 ... epi-illumination device,
7: transmission illumination device, 8: electric stage device, 10: laser head for processing, 50: laser beam focal position correction device, 5
1 ... Concave lens, 52 ... Convex lens, 53 ... Lens interval adjustment mechanism.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発振器から出射されたレーザ光の
光軸と顕微鏡の観察光の光軸を一致させ、顕微鏡の対物
レンズを介して対象物にレーザ光を照射することにより
対象物を加工するレーザ加工装置において、凹レンズと凸レンズとをレーザ光の光軸上に所定間隔を
おいて配設すると共に、これら凹レンズと凸レンズとの
間隔を調整するレンズ間隔調整機構を備え、このレンズ
間隔調整機構の調整により、レーザ光の焦点位置と観察
光の焦点位置とを一致させる ことを特徴とするレーザ加
工装置。
An object is processed by aligning an optical axis of laser light emitted from a laser oscillator with an optical axis of observation light of a microscope and irradiating the object with laser light via an objective lens of the microscope. In a laser processing apparatus, a concave lens and a convex lens are placed at a predetermined interval on the optical axis of laser light.
And the concave and convex lenses
Equipped with a lens spacing adjustment mechanism to adjust the spacing, this lens
Adjustment of the interval adjustment mechanism enables the focus position and observation of the laser beam
A laser processing apparatus for matching a focal position of light .
【請求項2】 前記レンズ間隔調整機構は、凹レンズと
凸レンズとの間隔を連続的に変化させて調整する機構で
あることを特徴とするレーザ加工装置。
2. The apparatus according to claim 2, wherein said lens spacing adjusting mechanism includes a concave lens.
A mechanism that adjusts by continuously changing the distance from the convex lens
Laser processing apparatus characterized by some.
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