JP4615238B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル、半導体基板、プリント配線基盤等の電子回路基板上に生じた各種の欠陥部をレーザ光を照射して除去、修正する加工等を行うのに適するレーザ加工装置に関するものである。

従来、この種のレーザ加工装置（レーザ照射装置）として、レーザ光源から出力されたレーザ光を、外周に多面の反射面を有するポリゴンミラーで反射させた後、ｆθレンズによって集光して電子回路基板上に照射して所要の加工を行うに際し、前記ポリゴンミラーを回転させて前記電子回路基板に照射されるレーザ光を一定方向に走査すると共に、その走査方向に直交する方向に前記ポリゴンミラーの回転に同期させて電子回路基板を移動させることにより、該電子回路基板の一定範囲における所要の加工が行えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８６２８８号公報

しかしながら、前記レーザ加工装置では、ｆθレンズの性能としてビームスポットサイズ１５μｍが限界であるため、微細加工ができない上、前記ポリゴンミラーの連続回転によって各反射面の反射角度が繰り返して変化し、それによってレーザ光の電子回路基板に照射される位置が常に一定の範囲で繰り返し変化するので、前記レーザ光によって加工される最小加工範囲は、前記ポリゴンミラーの反射面の反射角度の変化によって定まる一定方向におけるレーザ光の走査範囲に対応する一定長さの直線状部分となり、複雑な形状や微細な加工部分に対しては、無用な部分にまでレーザ光が照射されてしまい、所定の加工部分を正確に加工することができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分を正確に加工することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を、結像レンズと、選択的に切替可能な倍率の異なる複数個の対物レンズのいずれかとを有する光学系を通してワークに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工装置であって、
前記複数の対物レンズをその光軸が前記結像レンズの光軸に平行となるように支持した可動体と、該可動体を支持し、かつ前記対物レンズが前記結像レンズの光軸を垂直に横切って互いに直交する二方向に移動するように前記可動体を案内する支持体と、前記可動体を前記二方向に移動させる移動手段と、該移動手段を作動させ、前記対物レンズを通してワークに結像されるレーザ光のスポット位置の移動を制御する制御装置であって、該制御装置は、前記結像レンズの光軸に垂直な面内において前記結像レンズの光軸の位置を原点とし、前記可動体の移動方向に平行な直角座標軸に関する前記複数個の対物レンズの予め設定した初期座標値に対して、前記移動手段によって、各対物レンズの待機位置から直角座標軸における前記初期座標値分の距離だけ各対物レンズを移動すると共に、後記画像処理部で処理した画像に基づいて各対物レンズの焦点位置が前記原点に一致するよう微移動させて各対物レンズにおける光軸の補正した座標値を前記初期座標値に代えて予め登録し且つ前記被加工部の加工に必要な倍率の対物レンズを選択して前記被加工部の中央に移動させ、その後、レーザ光のスポットが被加工部の加工開始位置から加工終了位置まで照射するように前記対物レンズを移動させるレーザ／対物レンズ移動制御部と、該レーザ／対物レンズ移動制御部において、前記各対物レンズの待機位置から直角座標軸における前記初期座標値分の距離だけ各対物レンズを移動させた位置から、各対物レンズの焦点位置と前記原点とのズレの画像を処理すると共に、被加工部の画像データを得る画像処理部と、前記直角座標軸における各対物レンズの夫々の前記補正した座標値に基づいて、前記複数個の対物レンズのうちの選択された対物レンズの光軸を前記原点に一致させた後、前記被加工部の画像データに基づいて前記移動手段による前記対物レンズの移動を制御する主制御部とを備えていることを特徴とする。
制御装置を動作させて移動手段を作動させ、該移動手段によって前記支持体に対して可
動体を前記光学系の光軸を垂直に横切る方向へ移動させることにより、前記可動体に支持した対物レンズを前記光学系の光軸に対して移動させ、前記レーザ発振器から出力され前記光学系を通してワークに照射されるレーザ光のスポット位置を微小移動させながら、ワークにおける所定の被加工部の加工を行う。

請求項２に係るレーザ加工装置は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記支持体は、前記光学系の光軸に対しそれに垂直な方向に移動しないベース体と、該ベース体に対して前記光学系の光軸を垂直に横切る一方向に移動する可動支持体とを備え、前記可動体が該可動支持体にその移動方向に直角な方向に移動自在に支持されており、また、前記移動手段は、前記可動支持体を前記ベース体に対して移動させる第１の移動手段と、前記可動支持体に対して前記可動体を移動させる第２の移動手段とを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るレーザ加工装置によれば、制御装置により移動手段を作動させ、該移動手段によって支持体に対して可動体を光学系の光軸を垂直に横切る方向へ案内移動させることにより、前記可動体に支持した対物レンズを前記光学系の光軸に対して的確に移動させることができて、ワークに対するレーザ光のスポット位置を微小移動させることができるので、このレーザ光のスポット位置の移動により、ワークの被加工部分が電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分であっても、正確に加工することができて、無用な部分の加工を確実に避けることができる。しかも、ワークの加工に際して、レーザ光のスポットに対してワーク側や前記光学系を支持するレーザ加工ヘッド側を微小移動させる必要がないので、ワークに対するレーザ光のスポットの微小移動が容易、円滑であり、ワークのレーザ加工を円滑、迅速に行うことができる。また、ｆθレンズを用いないので、レーザ光のスポット径を小さくすることができる。
また、光学系の光軸の位置を原点とし可動体と可動支持体の移動方向に平行な直角座標軸に関する対物レンズの光軸の座標値にもとづいて前記対物レンズの移動が制御されるので、前記光学系の光軸に対する対物レンズの移動、位置決めを正確に行うことができて、ワークの微細な被加工部を精度良くレーザ加工することができる。

請求項２に係るレーザ加工装置によれば、第１、第２の移動手段によって光学系の光
軸を垂直に横切る直角な二方向に個別に移動される可動支持体と可動体を介して対物レン
ズが移動されるので、該対物レンズの前記光学系の光軸に対する移動位置の自由度を高めめることができ、ワークの複雑な被加工部の形状に適切に対応してレーザ加工を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置について、添付図面を参照して説明する。
図１〜図４において、１は本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置１は、レーザ電源２に接続されたレーザ発振器３と、一対の反射鏡４ａ，４ｂを有するレーザ光軸調整ミラー４と、レーザ発振器３から出力され、レーザ光軸調整ミラー４で光軸を調整されたレーザ光Ｒのビーム形状を整形するアパーチャー機構５と、結像レンズ６と対物レンズ７を有し前記アパーチャー機構５を通過したレーザ光Ｒを電子回路基板（ワーク）Ｗ上に結像させる光学系８とを備えている。前記アパーチャー機構５は、特願２００３−４３００７１号明細書に記載されたアパーチャー機構に示されるように、スリット５ｃ，５ｄの間隔を調整自在とした一組のスリット板５ａ，５ｂをレーザ光軸Ｌに直交させ、レーザ光軸Ｌの方向（Ｚ軸方向ｚ、図１で上下方向）に位置をずらして配置すると共に、上下のスリット５ｃ，５ｄの方向を交差角を調節可能に交差させて設けてなり、上下のスリット５ｃ，５ｄが重ね合わせて得られる合成スリットの形状によって前記レーザ光Ｒのビーム形状を整形するようになっている。

また、前記レーザ光軸Ｌ上に配置された光学系８には、前記下側（レーザ光Ｒの下流側）のスリット板５ｂと前記結像レンズ６との間、および結像レンズ６と対物レンズ７との間に位置して、それぞれ第１、第２ハーフミラー９，１０が設けられており、該第１ハーフミラー９に対向して設けた第３ハーフミラー１１の光軸の上方位置には、ＣＣＤカメラ（撮像手段）１２が配置され、前記第３ハーフミラー１１の後方にはＣＣＤ１３が配置されている。さらに、レンズ１４を間にして前記第２ハーフミラー１０に対向する反射ミラー１５が設けられ、図示しない照明用投光器に連絡された照明用光ファイバ１６から発せられる照明光を、レンズ１７と前記反射ミラー１５と前記レンズ１４を通して前記第２ハーフミラー１０に入射させる照明器１８が設けられている。また、テーブル１９が、前記対物レンズ７の下方において配置され、かつＸ，Ｙ軸駆動手段（図示せず）によって、対物レンズ７に対してレーザ光軸（光学系の光軸）Ｌの方向（Ｚ軸方向ｚ）に垂直な面における互いに直角なＸ軸方向ｘとＹ軸方向ｙに相対的に移動されるようになっている。そして、前記テーブル１９に載置され、前記照明器１８によって対物レンズ７を通して照明されるワークＷを、前記光学系８と前記ハーフミラー１１を介して前記ＣＣＤカメラ１２で撮像するようになっている。

前記レーザ発振器３、光学系８、ＣＣＤカメラ１３、照明器１８等はレーザ加工ヘッド２０として組み付けられて適宜の支持構造体Ｍに支持されている。
すなわち、図２〜図４に示すように、前記結像レンズ６とハーフミラー１０を設けた上部鏡胴２１の上方に、アパーチャー機構５を設けたビーム形状整形器２２とレーザ光軸調整ミラー４を設けた光軸調節器２３を下から順に配置すると共に、前記上部鏡胴２１の下部には、前記ハーフミラー１０を有し、下端に前記対物レンズ７を支持したレンズ移動装置２４を設けた下部鏡胴２５が接続されている。また、前記上部鏡胴２１のＸ軸方向ｘの一側部に、前記第３ハーフミラー１１とＣＣＤカメラ１２とＣＣＤ１３とを設けたＴ字状の撮像鏡胴２６が接続され、また、前記下部鏡胴２５における前記撮像鏡胴２６と反対側の側部には、前記レンズ１４，１７、反射ミラー１５、照明用光ファイバ１６を設けたＬ字状の照明鏡胴２７が接続されている。

前記支持構造体Ｍは、前記テーブル１９をＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙへ移動自在に支持した架台（図示せず）と、該架台のｘ軸方向ｘの両端部に固定した一対の支柱（図示せず）に両端を支持されてＸ軸方向ｘに延長され、かつ前記テーブル１９の上方に設けれたＸ軸ビーム２８とを備えている。前記Ｘ軸ビーム２８には、Ｘ軸方向ｘに水平に延長して設けた上下一対の案内レール２９，２９が固定されており、該案内レール２９，２９に被案内部３０を支持案内させたサドル３１が、前記Ｘ軸ビーム２８に対してＸ軸方向ｘに移動自在に設けられている。前記Ｘ軸ビーム２８における案内レール２９，２９の上方には、リニアモータコイル３２ａとリニアモータマグネット３２ｂからなるリニアモータ３２がＸ軸方向ｘに沿って配置されており、前記リニアモータコイル３２ａが、前記サドル３１の上端部にＸ軸ビーム２８の上方に延長して取り付けた平板状の支持部材３３に固定され、前記リニアモータ３２の作動で前記サドル３１がＸ軸方向ｘに往復移動するようになっている。そして、前記支持部材３３上に前記レーザ光軸調整器２３と連絡された前記レーザ発振器３が支持されている。前記サドル３１のＹ軸方向ｙの前面（図２の左側面）には前方に突き出して支持具３４が取り付けられ、該支持具３４によって前記上部鏡胴２１の上端が前記サドル３１に支持されている。

また、前記サドル３１の前面下部にはＺ軸方向ｚに沿って設けた一対のＺ軸案内レール３５，３５（図４参照）を有するスライドベース３６が固定されており、該スライドベース３６にはＺ軸スライダ３７が前記Ｚ軸案内レール３５，３５を介してＺ軸方向ｚに移動自在に支持されている。前記Ｚ軸スライダ３７の前面には支持片３８が前方に突き出して固定されており、該支持片３８に前記下部鏡胴２５のＹ軸方向ｙの後部が支持され、該支持片３８と前記支持具３４とにより、前記上、下部鏡胴２１，２５が前記光学系８の光軸ＬをＺ軸方向ｚに一致させた状態にして前記サドル３１に支持されている。前記Ｚ軸スライダ３７は、その背面に固定されたボールナット３９が前記スライドベース３６の上、下部軸受部材４０ａ，４０ｂに回転自在に支持されたボールねじ軸４１に螺合され、前記上部軸受部材４０ａに固定したＺ軸サーボモータ４２によって該ボールねじ軸４１が回転されることにより、Ｚ軸方向ｚに移動するようになっている。前記下部鏡胴２５の上部２５ａは上部鏡胴２１の下端部２１ａにＺ軸方向ｚ（図１、図２で上下方向）に相対移動可能に嵌合されており、前記Ｚ軸スライダ３７の前記サーボモータ４２によるＺ軸方向ｚへの移動を許容している。また、結像レンズ６は、上部鏡胴２１の下部に固定されており、下部鏡胴２５のＺ軸方向ｚへの相対移動によって下部鏡胴２５に当接しないようになっている。

次に、前記レンズ移動装置２４は、前記下部鏡胴２５の下端に固定したＸ軸方向ｘに長い矩形の案内板（ベース体）４３と、該案内板４３の下面に摺接されてＸ軸方向ｘに移動自在に設けた矩形平板状のＸ軸スライダ（可動支持体）４４と、該Ｘ軸スライダ４４に一対のＹ軸案内レール４５，４５に案内されてＹ軸方向ｙに移動自在に支持された、Ｘ軸スライダ４４よりやや小さい矩形平板状のＹ軸スライダ（可動体）４６とを備え、前記Ｘ軸スライダ４４は、前記Ｚ軸スライダ３７にＸ軸方向ｘに沿って設けたＸ軸案内レール４７に支持、案内された可動部材（可動支持体）４８に取り付けられている。
前記Ｚ軸スライダ３７の下端には、Ｘ軸方向ｘの両端側に位置して設けた軸受部材４９ａ，４９ｂにボールねじ軸５０が支持され、該ボールねじ軸５０に前記可動体４８に固定したボールナット５１が螺合され、前記一方の軸受部材４９ｂに固定したＸ軸サーボモータ５２による前記ボールねじ軸５０の回転により、前記Ｘ軸スライダ４４がＸ軸方向ｘに移動されるようになっており、前記Ｘ軸スライダ４４のＸ軸方向ｘの位置はリニアエンコーダー６２で検出される。また、前記Ｘ軸スライダ４４の一端側（図３、図４で左端側）には、Ｙ軸方向ｙの両端側（図４で上、下端側）に位置して設けた軸受部材５３ａ，５３ｂにボールねじ軸５４が支持され、該ボールねじ軸５４に前記Ｙ軸スライダ４６に固定したボールナット５５が螺合され、一方の軸受部材５３ａに固定したＹ軸サーボモータ５６による前記ボールねじ軸５４の回転により、前記Ｙ軸スライダ４６がＹ軸方向ｙに移動されるようになっており、該Ｙ軸スライダ４６のＹ軸方向ｙの位置はリニアエンコーダー６３で検出される。

前記対物レンズ７は、複数のレンズを組み合わせて倍率の大きさを異ならせた複数個（図の例では４個）の対物レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが前記Ｙ軸スライダ４６に支持して用意されており、前記Ｘ軸サーボモータ５２によるＸ軸スライダ４４のＸ軸方向ｘの移動により、それらの対物レンズ７ａ〜７ｄのうちの１つを、選択的に前記光学系８の光軸Ｌの位置に移動させて対物レンズ７の倍率の交換を行えるようになっている。また、前記Ｘ軸サーボモータ５２によるＸ軸スライダ４４のＸ軸方向ｘへの微小移動と、前記Ｙ軸サーボモータ５６によるＹ軸スライダ４６のＹ軸方向ｙへの微小移動とにより、選択された対物レンズ７の光軸の位置を前記光学系８の光軸Ｌの位置に対して、Ｘ，Ｙ軸方向ｘ、ｙへ微小移動、位置決めを行わせることができるようになっている。
前記Ｘ軸スライダ４４には、前記対物レンズ７ａ〜７ｄの各光軸に対応する位置に、レーザ光Ｒを通過させる穴が開けられている。該穴は対物レンズ７の口径よりやや大きい寸法を有し、該穴径は対物レンズ７の口径の２倍の寸法より大きくするのが望ましいが、これに限らない。また、前記案内板４３の中央部分には前記光学系８の光軸Ｌの位置に一致させ、レーザ光Ｒと照明光の光束を穴壁に干渉させずに通過させる所定大きさの貫通穴が開けられている。
なお、各対物レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの倍率は、例えば、それぞれ、順に５倍、２０倍、５０倍、１００倍に設定されている。

なお、前記案内レール２９と被案内部３０とからなる案内機構、前記Ｚ軸案内レール３５とＺ軸スライダ３７とからなる案内機構、前記Ｙ軸案内レール４５とＹ軸スライダ４６とからなる案内機構、前記Ｘ軸案内レール４７と可動体４８とからなる案内機構は、それぞれ、摺動案内面によるものでもよいが、可動部の固定部に対する移動を円滑に案内すために、転動体を使用した直線案内機構とするのが好ましい。また、前記リニアモータ３２に代えて、サーボモータの回転により、ボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線運動機構を介して前記サドル３１をＸ軸ビーム２８に対して移動させてもよい。さらに、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボモータ５２，５６，４２と、ボールねじ軸５０，５４，４１にボールナット５１，５５，３９に螺合してなるボールねじ機構とにより、前記Ｘ、Ｙ，Ｚ軸スライダ４４，４６、３７を、それぞれ、Ｘ、Ｙ，Ｚ軸方向ｘ，ｙ，ｚに往復移動させるＸ軸移動手段（第１の移動手段）５７、Ｙ軸移動手段（第２の移動手段）５８、Ｚ軸移動手段（第３の移動手段）５９を構成している。しかし、これに限らず、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸移動手段５７，５６，５９は、リニアモータによる移動機構、その他の移動機構による構造のものであってもよい。また、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸サーボモータ５２，５６，４２をステッピングモータの代えてもよい。

さらに、前記レーザ加工装置１は、前記レーザ光源２と、前記ＣＣＤカメラ１２と、前記照明器１８と、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボモータ５２，５６，４２や前記テーブル１９をＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙへ移動させるテーブル駆動手段のサーボモータ（図示せず）を個別に作動させるモータドライバ６０等の動作を制御する制御コンピュータ（制御装置）６１とを備えている。
前記制御コンピュータ６１は、前記レーザ電源２と前記モータドライバ６０に接続されたレーザ／対物レンズ移動制御部６１ａと、前記ＣＣＤカメラ１２に接続され、該ＣＣＤカメラ１２が前記ワークＷからの反射光によってワークＷの表面における欠陥部等（被加工部）の形状等を撮像して得られた画像を演算処理して所要の画像データを得る画像処理部６１ｂと、前記画像処理部６１ｂで得られた画像データ等を表示する表示器６１ｃと、前記画像処理部６１ｂから得られた画像データにもとづいて所要の演算をして、その演算結果により前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａに指令して前記モータドライバ６０によって前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボモータ５２，５６，４２、前記テーブル駆動手段に所要の動作を行わせたり、前記画像処理部６１ｂから得られた画像データをメモリ（図示せず）に記憶させたり、前記表示部６１ｃに画像を表示させる主制御部６１ｄと、必要な指令を設定入力するキーボード等の入力手段６１ｅと、前記ＣＣＤカメラ１２の動作プログラム、前記入力手段６１ｅで入力された各種設定数値や前記主制御部６１ｄで得られたデータ等が登録される主メモリ等（図示せず）とを備えている。

次に、前記構成のレーザ加工装置１の作用と共に本発明に一実施の形態に係るレーザ加工方法について、図５〜図９を参照しながら説明する。
レーザ加工装置１の対物レンズ７の倍率変換とレーザ光Ｒのスポットの移動による加工に際して、各対物レンズ７ａ〜７ｄを、それらの光軸が前記光学系８の光軸Ｌに正しく一致する位置と、それからＸ，Ｙ軸方向ｘ、ｙの一方へ離れた待機位置（原位置）との間で正確に往復移動、位置決めさせるために、前記光軸Ｌの位置を原点とし前記Ｘ、Ｙ軸方向ｘ、ｙに沿う直角座標軸（Ｘ，Ｙ座標軸）に関する前記待機位置における対物レンズ７の光軸の座標値を採取するティーチング動作を行う。
先ず、前記Ｘ、Ｙ軸サーボモータ５２，５６を原点復帰させ（ステップＳ１）た後、任意の対物レンズ（低倍率の対物レンズが望ましい）７を前記Ｘ、Ｙ軸サーボモータ５２，５６によって結像レンズ６の光軸Ｌの近辺に移動させ、前記テーブル１９の上に、ワークＷの代わりに、図８に示すようなティーチング用十字マーク基板（以下、単に「マーク基板」という）Ｍを載置して、照明器用投光器から光ファイバ１６、レンズ１７、反射ミラー１５、レンズ１４、ハーフミラー１０および任意の対物レンズ（低倍率の対物レンズが望ましい）７を介して照明光を前記マーク基板Ｍに照射しながら、その反射光によってマーク基板Ｍに記した十字マークｍの角部である基準点ｍ１を前記ＣＣＤカメラ１２で撮像表示させた像を見ながら、測定者が前記テーブル１９上の前記マーク基板Ｍを、前記基準点ｍ１の像が最も良く見える光学系８の光軸Ｌ下（結像レンズ６の光軸下）の位置にセットする（ステップＳ２）。

次に、前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに予め登録されていた、例えば、倍率１００倍の対物レンズ７ｄに対する初期Ｘ、Ｙ座標値を主制御部６１ｄにダウンロードした（ステップＳ３）後に、前記モータドライバ６０に指令して（ステップＳ４）、Ｘ、Ｙ軸サーボモータ５２，５６を、Ｘ軸スライダ４４およびＹ軸スライダ４６に設けられたリニアエンコーダ（位置検出器）６２，６３の検出値にもとづく位置フィードバック制御により作動させて、前記対物レンズ７ｄを、前記Ｘ軸スライダ４４とＹ軸スライダ４６を介して待機位置（原位置）からＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙへ移動させる（ステップＳ５）。そして、前記対物レンズ７ｄが前記初期Ｘ、Ｙ座標値だけ移動したところで、対物レンズ７ｄを通して前記マーク基板Ｍの十字マークｍを前記ＣＣＤカメラ１２で撮像し、前記画像処理部６１ｂで処理して表示部６１ｃに表示された画像にもとづいて、前記十字マークｍの基準点ｍ１に対物レンズ７ｄの焦点位置が一致するように前記Ｘ軸スライダ４４、Ｙ軸スライダ４６をそれぞれＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙへ微移動させる（ステップＳ６）。そして、前記十字マークｍの基準点ｍ１に対物レンズ７ｄの焦点位置が一致したところで、前記Ｘ、Ｙ軸サーボモータ５２，５６のエンコーダ５２ａ，５６ａによる各位置検出値を、前記光軸Ｌに対する前記対物レンズ７ｄの待機位置における光軸の正しいＸ、Ｙ座標値として、前記初期Ｘ、Ｙ座標値に代えて前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに登録させる（ステップＳ７）。

次いで、例えば、倍率５０倍の対物レンズ７ｃについて、前記ステップＳ３〜ステップＳ７の動作と同様なステップＳ８〜ステップＳ１２の動作を行って、前記光軸Ｌに対する前記対物レンズ７ｃの待機位置における光軸の正しいＸ、Ｙ座標値を前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ｂのメモリに登録させる。続いて、例えば、倍率２０倍の対物レンズ７ｂについて、前記ステップＳ３〜ステップＳ７の動作と同様なステップＳ１３〜ステップＳ１７の動作を行って、前記光軸Ｌに対する前記対物レンズ７ｂの待機位置における光軸の正しいＸ、Ｙ座標値を前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに登録させる。最後に、残りの倍率５倍の対物レンズ７ａについて、前記ステップＳ３〜ステップＳ７の動作と同様なステップＳ１８〜ステップＳ２２の動作を行って、前記光軸Ｌに対する前記対物レンズ７ａの待機位置における光軸の正しいＸ、Ｙ座標値を前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに登録させて、ティーチング動作を終了する。

前記のようにして、全ての対物レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄについて，前記Ｘ，Ｙ座標軸の原点に対する待機位置における光軸の正しいＸ、Ｙ座標値を前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに予め登録した後に、前記テーブル１９に載置されたワークＷの欠陥部等を加工する。
先ず、前記制御コンピュータ６１を動作させると、前記モータドライバ６０によって図示しない前記テーブル駆動手段が作動して、ワークＷとレーザ加工ヘッド２０とが相対的にＸ，Ｙ軸方向ｘ、ｙへ移動されて、レーザ加工ヘッド２０の光学系８の光軸Ｌの位置が、予め検査装置によって発見されて測定された、例えば、図９に示すように、ワークＷの配線ｗ１の欠陥部（短絡部）ｗ１ａの中央位置まで移動される。そして、前記欠陥部ｗ１ａの形状、大きさに応じてその加工に必要な倍率の対物レンズ７が選択されて交換される。

この場合、例えば、図３、図４に示すように、前記光軸Ｌの位置にある５倍の対物レンズ７ｂからその右側２番目の位置にある５０倍の対物レンズ７ｃに交換する場合は、図７に示すように、前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａのメモリに登録された対物レンズ７ｃのＸ、Ｙ座標値を前記主制御部６１ｄにダウンロードさせ（ステップＳ１）、該主制御部６１ｄから前記サーボドライバ６０に対し対物レンズ７ｃのＸ、Ｙ座標値に対応する移動量だけ前記Ｘ軸サーボモータ５２とＹ軸サーボモータ５６とを同時に作動させる指令が出され（ステップＳ２）、Ｘ軸サーボモータ５２とＹ軸サーボモータ５６がリニアエンコーダ６２，６３の各検出値にもとづく位置フィードバック制御により作動して、前記Ｘ軸スライダ４４とＹ軸スライダ４６をＸ、Ｙ軸方向ｘ，ｙへそれぞれＸ、Ｙ座標値に対応する移動量だけ移動させる（ステップＳ３）。これにより、前記対物レンズ７ｃが前記光軸Ｌに向かって、その待機位置に置ける光軸の位置と光軸Ｌとを結ぶ直線上に沿って移動し、対物レンズ７ｃの光軸が前記光軸Ｌの位置に一致したところで停止して位置決めされ、２０倍の対物レンズ７ｂから５０倍の対物レンズ７ｃへの対物レンズの交換が終了する。

次に、前記検査装置によって測定された欠陥部ｗ１ａの形状、寸法にもとづいて前記主制御部６１ｄが求めた前記Ｘ，Ｙ座標軸上の加工開始位置（短絡部ｗ１ａの切断開始位置のＸ，Ｙ座標値）ｐ１へレーザ光ＲのスポットＰを位置させるために、前記レーザ／対物レンズ移動制御部６１ａの指令により前記Ｘ軸サーボモータ５２とＹ軸サーボモータ５６が作動される（ステップＳ４）。これにより、前記Ｘ，Ｙ軸スライダ４４，４６が移動してＹ軸スライダ４６に固定された対物レンズ７ｃがＸ，Ｙ軸方向ｘ、ｙへ合成移動されて、前記選択された５０倍の対物レンズ７ｃの光軸の位置が、前記光軸Ｌの位置から図９（ｂ）に示すように、Ｘ，Ｙ軸方向ｘ，ｙの一方（図９で右方）に所定距離だけ移動した加工開始光軸位置Ｓ１（座標Ｓｘ１，Ｓｙ１）に着いた状態となる。したがって、この状態でレーザ光源２を作動させると、前記レーザ発振器３から出力されたレーザ光Ｒは、前記対物レンズ７ｃの光軸からＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙに所定距離Ｓｘ１，Ｓｙ１だけずれた位置を通ることとなり、該距離Ｓｘ１，Ｓｙ１に応じた対物レンズ７ｃの屈折角の変化により前記レーザ光ＲのスポットＰが前記加工開始位置ｐ１に結像されることとなる。

そこで、前記加工開始位置ｐ１でワークＷの欠陥部ｗ１ａにレーザ光Ｒを照射しながら、前記Ｘ，Ｙ軸サーボモータ５２，５６を作動させて、前記Ｘ，Ｙ軸スライダ４４，４６を介して対物レンズ７ｃの光軸の位置を加工終了位置Ｓ２（座標Ｓｘ２，Ｓｙ２）へ移動させる。これにより、前記対物レンズ７ｃの屈折角の変化により、レーザ光ＲのスポットＰの位置を前記加工開始位置ｐ１からＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙの反対側へ加工終了位置ｐ２まで移動し、前記欠陥部である短絡部ｗ１ａの切断加工が行われる（ステップＳ５）。
以下、同様にして必要な倍率の対物レンズを光学系８の光軸Ｌの位置へ交換移動させた後に、ワークＷの所定の欠陥部ｗ１ａの加工を行うことができる。なお、対物レンズ７の交換を行ったときのワークＷの表面への焦点合わせは、前記Ｚ軸サーボモータ４２を作動させてＺ軸スライダ３７をスライドベース３６に対してＺ軸方向ｚへ移動調節して行う。

前記のように、実施の形態に係るレーザ加工方法によれば、レーザ発振器３から出力されたレーザ光Ｒを、結像レンズ６と対物レンズ７を有する光学系８を通してワークＷに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工方法であって、前記光学系８の光軸Ｌに垂直な面内において前記対物レンズ７を移動させることにより、該対物レンズ７を通して前記ワークＷに結像される前記レーザ光ＲのスポットＰの位置を移動させて加工を行う構成としたので、前記対物レンズ７の光学系８の光軸Ｌに対する移動位置に応じて、ワークＷに対するレーザ光ＲのスポットＰの位置を微小移動させることができ、このレーザ光Ｒのスポット位置の移動により、ワークＷの被加工部分が電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分であっても、正確に加工することができて、無用な部分の加工を確実に避けることができる。しかも、ワークＷの加工に際して、レーザ光ＲのスポットＰに対してワークＷ側や前記光学系８を有するレーザ加工ヘッド２０側の大きな構造物自体を微小移動させる必要がないので、ワークＷに対するレーザ光ＲのスポットＰの微小移動が容易、円滑であり、ワークＷのレーザ加工を円滑、迅速に行うことができる。また、従来のようなｆθレンズを用いないため、レーザ光ＲのスポットＰを小さくすることができ、微細加工が可能である。

また、実施の形態に係るレーザ加工装置は１によれば、レーザ発振器３から出力されたレーザ光Ｒを、結像レンズ６と対物レンズ７を有する光学系８を通してワークＷに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工装置１であって、前記対物レンズ７をその光軸が前記光学系８の光軸Ｌに平行となるように支持したＹ軸スライダ４６と、該Ｙ軸スライダ４６を支持し、かつ前記対物レンズ７が前記光学系８の光軸Ｌを垂直に横切ってＹ軸方向ｙに移動するように前記Ｙ軸スライダ４６を案内するＸ軸スライダ４４と、該Ｘ軸スライダ４４をＹ軸方向ｙに直角なＸ軸方向ｘへ案内する案内板４３と、該案内板４３に対して前記Ｘ軸スライダ４４をＸ軸方向ｘに移動させるＸ軸移動手段５７と、前記Ｙ軸スライダ４６をＹ軸方向ｙに移動させるＹ軸移動手段５８と、前記Ｘ、Ｙ移動手段５７，５８の作動させ、前記対物レンズ７を通してワークＷに結像されるレーザ光Ｒのスポット位置の移動を制御する制御装置６１とを備えた構成とされている。

したがって、制御装置６１によりＸ，Ｙ軸移動手段５７，５８を作動させ、該Ｘ，Ｙ軸移動手段５７，５８によって案内体４３に対してＹ軸スライダ４６を光学系８の光軸Ｌを垂直に横切るＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙの二方向へ案内移動させることにより、前記Ｙ軸スライダ４６に支持した対物レンズ７を前記光学系８の光軸Ｌに対して的確に移動させることができるので、前記実施の形態に係るレーザ加工方法を適切に実施することができると共に、前記対物レンズ７の前記光学系８の光軸Ｌに対する移動位置の自由度を高めることができ、ワークＷの複雑な被加工部の形状に適切に対応してレーザ加工を効果的に行うことができる。
また、実施の形態に係るレーザ加工装置は１によれば、前記制御装置６１が、前記光学系８の光軸Ｌの位置を原点とし前記Ｘ軸スライダ４４とＹ軸スライダ４６の移動方向に平行な直角座標軸（Ｘ，Ｙ座標軸）に関する前記対物レンズ７の待機位置における光軸の座標値を予め登録しておき、前記直角座標軸における対物レンズ７の光軸の座標値にもとづいて前記第１、第２の移動手段５７，５８を作動させて前記対物レンズ７の移動を制御する構成としたので、前記光学系８の光軸Ｌに対する対物レンズ７の移動、位置決めを正確に行うことができて、ワークの微細な被加工部を精度良くレーザ加工することができる。

さらに、実施の形態に係るレーザ加工装置は１によれば、前記案内板４３が前記光学系８の光軸Ｌと平行な方向に前記制御装置６１によって作動を制御される第３の移動手段５９により移動調節され、前記Ｙ軸スライダ４６が倍率の異なる複数個の対物レンズ７を支持した構成としたので、Ｙ軸スライダ４６に支持した複数の倍率の異なる対物レンズ７の所要のものを選択的に光学系８の光軸Ｌの位置へ交換移動してレーザ加工を行うことができると共に、前記選択された対物レンズ７の倍率に応じて、第３の移動手段５９により案内板４３を前記光学系８の光軸Ｌ方向へ移動調節することにより、選択された対物レンズ７に対応したレーザ光Ｒのスポット径（スポットＰ）をワークＷに正確に結像させることができる。
また、前記第１、第２、第３移動手段５７，５８，５９を、サーボモータ５２，５６，４２と該サーボモータ５２，５６，４２によって駆動されるボールねじ機構とからなる構成としたので、サーボモ−タ５２，５６，４２の回転をボールねじ機構を介して円滑に直線運動に変換して、Ｙ軸スライダ４６の移動を円滑に行うことができ、対物レンズ７の移動、位置決めを一層正確に行うことができる。

なお、前記一実施の形態に係るレーザ加工装置１においては、前記Ｙ軸スライダ４６に倍率の異なる４個の対物レンズ７ａ〜７ｄをＸ軸方向ｘに沿う一直線上の位置に配置して設けたが、これに限らず、対物レンズ７は４個以外の複数個を設けてもよく、それらの前記Ｙ軸スライダ４６への配置も任意である。また、前記Ｚ軸スライダ３７にＸ軸スライダ４４をＸ軸方向ｘへ移動自在に支持し、該Ｘ軸スライダ４４にＹ軸スライダ４６をＹ軸方向ｙへ移動自在に支持したが、これに限らず、前記Ｚ軸スライダ３７または案内板４３にＹ軸スライダ４６をＹ軸方向ｙへ移動自在に支持し、Ｙ軸スライダ４６にＸ軸スライダ４４をＸ軸方向ｘへ移動自在に支持し、該Ｘ軸スライダ４４に対物レンズ７を設けるようにしてもよい。また、前記Ｘ軸スライダ４４を、Ｘ軸案内レール４７を介してＺ軸スライダ３７に支持することにより、前記案内板４３に対して間接的に支持して案内移動させるようにしたが、これに代えて、前記案内板４３にＸ軸案内レール４７を設けてＸ軸スライダ４４を直接的に案内板４３に支持して案内移動させるようにしてもよい。
また、リニアエンコーダ６２，６３に代えて、図１に破線で示すように、サーボモータ５２，５６の軸端に取り付けられたロータリエンコーダ５２ａ，５６ａを用いてもよい。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す系統図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す側面図である。 同じく正面図である。 図２のイ矢視図である。 対物レンズの待機位置座標のティーチング動作を説明するフロー図である。 同じくティーチング動作（つづき）を説明するフロー図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置における対物レンズの動作を説明するフロー図である。 ティーチング用十字マーク基板の平面図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置による加工方法を示す説明図で、上図は側面図、下図は平面図である。

符号の説明

１ レーザ加工装置
２ レーザ電源
３ レーザ発振器
６ 結像レンズ
７ 対物レンズ
１２ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１９ テーブル
２０ レーザ加工ヘッド
２１ 上部鏡胴（鏡胴）
２４ レンズ移動装置
２５ 下部鏡胴（鏡胴）
３５ Ｚ軸案内レール
３６ スライドベース
３７ Ｚ軸スライダ
４２ Ｚ軸サーボモータ
４３ 案内板（ベース体）
４４ Ｘ軸スライダ（可動支持体）
４５ Ｙ軸案内レール
４６ Ｙ軸スライダ（可動体）
４７ Ｘ軸案内レール
５２ Ｘ軸サーボモータ
５６ Ｙ軸サーボモータ
５７、５８，５９ Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動手段（第１、第２、第３の移動手段）
６０ モータドライバ
６１ 制御コンピュータ（制御装置）
６１ａ レーザ／対物レンズ移動制御部
６１ｂ 画像処理部
６１ｃ 表示部
６１ｄ 主制御部
Ｌ レーザ光軸
Ｍ ティーチング用マーク基板（マーク基板）
ｍ１ 基準点
Ｒ レーザ光
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. レーザ発振器から出力されたレーザ光を、結像レンズと、選択的に切替可能な倍率の異なる複数個の対物レンズのいずれかとを有する光学系を通してワークに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工装置であって、
   前記複数の対物レンズをその光軸が前記結像レンズの光軸に平行となるように支持した可動体と、
   該可動体を支持し、かつ前記対物レンズが前記結像レンズの光軸を垂直に横切って互いに直交する二方向に移動するように前記可動体を案内する支持体と、
   前記可動体を前記二方向に移動させる移動手段と、
   該移動手段を作動させ、前記対物レンズを通してワークに結像されるレーザ光のスポット位置の移動を制御する制御装置であって、該制御装置は、
   前記結像レンズの光軸に垂直な面内において前記結像レンズの光軸の位置を原点とし、前記可動体の移動方向に平行な直角座標軸に関する前記複数個の対物レンズの予め設定した初期座標値に対して、前記移動手段によって、各対物レンズの待機位置から直角座標軸における前記初期座標値分の距離だけ各対物レンズを移動すると共に、後記画像処理部で処理した画像に基づいて各対物レンズの焦点位置が前記原点に一致するよう微移動させて各対物レンズにおける光軸の補正した座標値を前記初期座標値に代えて予め登録し且つ前記被加工部の加工に必要な倍率の対物レンズを選択して前記被加工部の中央に移動させ、その後、レーザ光のスポットが被加工部の加工開始位置から加工終了位置まで照射するように前記対物レンズを移動させるレーザ／対物レンズ移動制御部と、
   該レーザ／対物レンズ移動制御部において、前記各対物レンズの待機位置から直角座標軸における前記初期座標値分の距離だけ各対物レンズを移動させた位置から、各対物レンズの焦点位置と前記原点とのズレの画像を処理すると共に、被加工部の画像データを得る画像処理部と、
   前記直角座標軸における各対物レンズの夫々の前記補正した座標値に基づいて、前記複数個の対物レンズのうちの選択された対物レンズの光軸を前記原点に一致させた後、前記被加工部の画像データに基づいて前記移動手段による前記対物レンズの移動を制御する主制御部とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記支持体は、前記光学系の光軸方向のみに移動するベース体と、該ベース体に対して前記光学系の光軸を垂直に横切る一方向に移動する可動支持体とを備え、前記可動体が該可動支持体にその移動方向に直角な方向に移動自在に支持されており、また、前記移動手段は、前記可動支持体を前記ベース体に対して移動させる第１の移動手段と、前記可動支持体に対して前記可動体を移動させる第２の移動手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。

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