JPH06234092A - Laser beam working machine - Google Patents
Laser beam working machineInfo
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- JPH06234092A JPH06234092A JP5024023A JP2402393A JPH06234092A JP H06234092 A JPH06234092 A JP H06234092A JP 5024023 A JP5024023 A JP 5024023A JP 2402393 A JP2402393 A JP 2402393A JP H06234092 A JPH06234092 A JP H06234092A
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- workpiece
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザービーム
を集光して所定のパターンの切断又は溶接等を行うリペ
ア装置等に適用して好適なレーザー加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus suitable for application to, for example, a repair apparatus for focusing a laser beam to cut or weld a predetermined pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば半導体素子の所定のパターンを切
断若しくは溶接する際に使用されるリペア装置又はレー
ザービームを用いるアニール装置等においては、所定の
大きさに集光したレーザービームが加工対象物に照射さ
れる。この際に、レーザー光源から射出されるビームの
強度分布は一般に、図８に示す様に、中心部が強く、周
辺部が弱いガウス分布を呈している。図８において、横
軸ｘはレーザービームの光束に垂直な平面内の一方向の
座標であり、縦軸は位置ｘにおける強度分布Ｉ（ｘ）で
ある。この様な強度分布を持つ光束を光源としたレーザ
ー加工装置を半導体のヒューズ等の切断加工又は溶接加
工などに使用すると、高精度な加工を行うことは困難で
ある。そこで、従来よりその様なガウス分布を持った光
束から、均一な光強度分布を得るための機構が設けられ
ている。2. Description of the Related Art For example, in a repair device used for cutting or welding a predetermined pattern of a semiconductor element or an annealing device using a laser beam, a laser beam focused to a predetermined size is applied to a workpiece. Is irradiated. At this time, the intensity distribution of the beam emitted from the laser light source generally exhibits a Gaussian distribution in which the central portion is strong and the peripheral portion is weak, as shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis x is the coordinate in one direction in the plane perpendicular to the laser beam, and the vertical axis is the intensity distribution I (x) at the position x. If a laser processing device using a light beam having such an intensity distribution as a light source is used for cutting or welding a semiconductor fuse or the like, it is difficult to perform high-precision processing. Therefore, conventionally, a mechanism is provided for obtaining a uniform light intensity distribution from a light beam having such a Gaussian distribution.
【０００３】図９は、従来のこの種のレーザー加工装置
を示し、この図９において、レーザー光源１から射出さ
れたレーザービームＬＢが、凸レンズ２ａ及び２ｂより
なるビームエクスパンダにより断面形状が拡大されて、
ビーム成形手段としての矩形開口を有する可変視野絞り
３に入射する。この可変視野絞り３を通過したレーザー
ビームＬＢが、リレーレンズ４及び対物レンズ５を介し
て被加工物６上に照射されている。この場合、リレーレ
ンズ４の後側焦点面と、対物レンズ５の入射瞳面とが一
致する様に配置されている。FIG. 9 shows a conventional laser processing apparatus of this type. In FIG. 9, a laser beam LB emitted from a laser light source 1 has a sectional shape enlarged by a beam expander composed of convex lenses 2a and 2b. hand,
It is incident on the variable field stop 3 having a rectangular aperture as a beam shaping means. The laser beam LB that has passed through the variable field stop 3 is applied to the workpiece 6 via the relay lens 4 and the objective lens 5. In this case, the rear focal plane of the relay lens 4 and the entrance pupil plane of the objective lens 5 are arranged so as to coincide with each other.
【０００４】ところで、被加工物としての例えば半導体
のヒューズの切断又は溶接等の加工を行う際には、ヒュ
ーズの幅、ヒューズ間の間隔等により、被加工物の表面
での加工用のレーザービーム（以下、「加工ビーム」と
いう。）の照射領域の大きさを変えて加工が行われる。
この様な加工を行う際には、加工ビームの照射領域の所
望の大きさに応じて、可変視野絞り３の開口部の幅を変
えて加工ビームの大きさを変えている。By the way, when processing such as cutting or welding a fuse of a semiconductor as a workpiece, a laser beam for processing on the surface of the workpiece is used depending on the width of the fuse and the interval between the fuses. The processing is performed by changing the size of the irradiation area of (hereinafter, referred to as “processing beam”).
When performing such processing, the size of the processing beam is changed by changing the width of the opening of the variable field diaphragm 3 according to the desired size of the irradiation area of the processing beam.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来のレーザー加工装置においては、可変視野絞り
３の開口部の幅を変えた際に、被加工物６の照射領域で
の光強度分布が変化し、光強度分布が均一でなくなって
しまうという不都合があった。これについて図９〜図１
３を参照して詳しく説明する。However, in the conventional laser processing apparatus as described above, when the width of the opening of the variable field stop 3 is changed, the light intensity distribution in the irradiation area of the workpiece 6 is changed. However, there is an inconvenience that the light intensity distribution changes and the light intensity distribution is not uniform. About this, FIGS.
This will be described in detail with reference to FIG.
【０００６】先ず図９において、レーザー光源１から射
出されたレーザービームＬＢは、凸レンズ２ａ及び２ｂ
よりなるビームエクスパンダにより適当な大きさに拡大
されて平行光束になり、この平行光束が矩形開口を有す
る可変視野絞り３に入射する。これにより、図８に示さ
れた強度分布における周辺部の強度の小さい光束が除去
される。また、レーザービームＬＢは可変視野絞り３で
回折し、回折光が様々な方向へ進行する。その回折光は
リレーレンズ４により集光され、リレーレンズ４の後側
焦点面、即ち対物レンズ５の入射瞳面上に回折像が形成
される。これを、物体の構造を空間周波数成分に分解し
て考えるという、フーリエ変換の手法を用いて以下に説
明する。First, in FIG. 9, the laser beam LB emitted from the laser light source 1 is convex lenses 2a and 2b.
The beam expander is expanded to an appropriate size to form a parallel light beam, and this parallel light beam is incident on the variable field diaphragm 3 having a rectangular aperture. As a result, the light flux with small intensity in the peripheral portion in the intensity distribution shown in FIG. 8 is removed. Further, the laser beam LB is diffracted by the variable field diaphragm 3, and the diffracted light travels in various directions. The diffracted light is condensed by the relay lens 4, and a diffracted image is formed on the rear focal plane of the relay lens 4, that is, the entrance pupil plane of the objective lens 5. This will be described below by using a Fourier transform method in which the structure of an object is decomposed into spatial frequency components for consideration.
【０００７】可変視野絞り３の開口部を通過した直後の
レーザービームのｘ方向（光軸に垂直な方向）の強度分
布をＩ（ｘ）、振幅分布をａ（ｘ）とし、簡単の為、強
度分布Ｉ（ｘ）は図１０（ａ）に示す様な矩形の分布を
持つとする。また、ここでは一次元の分布で考える。こ
の強度分布Ｉ（ｘ）は振幅分布の絶対値である｜ａ
（ｘ）｜の２乗で表され、ａ（ｘ）にその複素共役ａ
*(ｘ）を乗じたものに等しい。即ち、次式が成立してい
る。Immediately after passing through the opening of the variable field stop 3, the intensity distribution in the x direction (direction perpendicular to the optical axis) of the laser beam is I (x) and the amplitude distribution is a (x). It is assumed that the intensity distribution I (x) has a rectangular distribution as shown in FIG. In addition, here, we consider a one-dimensional distribution. This intensity distribution I (x) is the absolute value of the amplitude distribution | a
It is represented by the square of (x) | and its complex conjugate a
* It is equal to the product of (x). That is, the following equation is established.
【０００８】[0008]
【数１】 [Equation 1]
【０００９】また、レーザービームＬＢはコヒーレント
であり、振幅分布ａ（ｘ）は異なる空間周波数ｕの正弦
波を重ね合わせたもので表される。その振幅分布ａ
（ｘ）の空間周波数のスペクトル分布Ｃ（ｕ）は、次の
ように振幅分布ａ（ｘ）のフーリエ変換で与えられる。The laser beam LB is coherent, and the amplitude distribution a (x) is expressed by superposing sine waves having different spatial frequencies u. Its amplitude distribution a
The spectral distribution C (u) of the spatial frequency of (x) is given by the Fourier transform of the amplitude distribution a (x) as follows.
【００１０】[0010]
【数２】 [Equation 2]
【００１１】また、リレーレンズ４の後側焦点面に結像
した回折像は、振幅分布ａ（ｘ）のフーリエ変換像であ
り、その強度分布は図１０（ｂ）に示す通り、｜Ｃ
（ｕ）｜ 2 となる。この回折像、即ちフーリエ変換像が
対物レンズ５で再回折され、被加工物６上にて干渉し合
うことで可変視野絞り３の像が再生される。可変視野絞
り３の像を完全に再生するには、フーリエ変換像の全て
を対物レンズ５にて再回折させなければならない。しか
し、対物レンズ５の開口数（N.A.）に依存する瞳関数、
即ち入射瞳径によって高周波成分が制限されるので、被
加工物６の照射領域におけるレーザービームの強度分布
Ｉ´（ｘ）及び振幅分布ａ´（ｘ）は、可変視野絞り３
上における強度分布Ｉ（ｘ）及び振幅分布ａ（ｘ）に対
して、高周波成分を幾らか欠いたものとなる。瞳関数を
Ｐ（ｕ）とすると、被加工物６における強度分布Ｉ´
（ｘ）及び振幅分布ａ´（ｘ）はそれぞれ次のようにな
る。An image is formed on the rear focal plane of the relay lens 4.
The diffraction image obtained is a Fourier transform image of the amplitude distribution a (x).
And its intensity distribution is | C as shown in FIG.
(U) | 2 Becomes This diffraction image, that is, the Fourier transform image,
The light is re-diffracted by the objective lens 5 and interferes on the workpiece 6.
By doing so, the image of the variable field diaphragm 3 is reproduced. Variable field diaphragm
To completely reconstruct the image of
Must be re-diffracted by the objective lens 5. Only
The pupil function depending on the numerical aperture (N.A.) of the objective lens 5,
That is, since the high frequency component is limited by the entrance pupil diameter,
Laser beam intensity distribution in the irradiation area of the workpiece 6
I ′ (x) and amplitude distribution a ′ (x) are
The intensity distribution I (x) and the amplitude distribution a (x) above
As a result, some high frequency components are missing. Pupil function
If P (u), the intensity distribution I ′ in the workpiece 6
(X) and the amplitude distribution a ′ (x) are as follows,
It
【００１２】[0012]
【数３】 [Equation 3]
【００１３】[0013]
【数４】Ｉ′（ｘ）＝｜ａ′（ｘ）｜2 ＝ａ′（ｘ）・
ａ′*(ｘ） つまり、振幅分布ａ´（ｘ）は、振幅分布ａ（ｘ）のフ
ーリエ変換Ｃ（ｕ）と瞳関数Ｐ（ｕ）との積の逆フーリ
エ変換であり、強度分布Ｉ´（ｘ）は、振幅分布ａ´
（ｘ）に複素共役ａ´*(ｘ）をかけたものとなる。## EQU4 ## I '(x) = | a' (x) | 2 = a '(x) .multidot.
a ′ * (x) That is, the amplitude distribution a ′ (x) is the inverse Fourier transform of the product of the Fourier transform C (u) of the amplitude distribution a (x) and the pupil function P (u), and the intensity distribution I ′ (X) is the amplitude distribution a ′
(X) is multiplied by the complex conjugate a ′ * (x).
【００１４】加工ビームの照射領域の幅を変えるために
可変視野絞り３の開口部の幅を変えた際には、可変視野
絞り３によって生じる回折光の回折角が変化するので、
回折像の強度分布も変化する。図１１（ａ）は、可変視
野絞り３の開口部の幅が２Ｒのときのフーリエ変換面上
の回折像の強度分布、図１１（ｂ）はそのときの被加工
物６におけるレーザービームの強度分布Ｉ′（ｘ）、図
１１（ｃ）は被加工物６におけるレーザービームの２次
元的な強度分布をそれぞれ示す。この図１１（ａ）に示
すように、対物レンズ５の開口数に応じた入射瞳７によ
って空間周波数ｕx 以下の周波数成分の回折光が対物レ
ンズ５で再回折され、被加工物６上では図１１（ｃ）に
示す強度分布の加工ビームが得られている。When the width of the opening of the variable field stop 3 is changed to change the width of the irradiation area of the processing beam, the diffraction angle of the diffracted light generated by the variable field stop 3 changes.
The intensity distribution of the diffraction image also changes. 11A is the intensity distribution of the diffraction image on the Fourier transform plane when the width of the aperture of the variable field stop 3 is 2R, and FIG. 11B is the intensity of the laser beam on the workpiece 6 at that time. The distribution I ′ (x) and FIG. 11C show the two-dimensional intensity distribution of the laser beam on the workpiece 6. As shown in FIG. 11A, the diffracted light having a frequency component of the spatial frequency u x or less is re-diffracted by the objective lens 5 by the entrance pupil 7 according to the numerical aperture of the objective lens 5, and on the workpiece 6. The processed beam having the intensity distribution shown in FIG. 11C is obtained.
【００１５】そして、図１２（ａ）は、可変視野絞り３
の開口部の幅を２Ｒから２（Ｒ＋ΔＲ）へと大きくした
ときの回折像の強度分布を示し、この際には回折角が減
少するので、回折像はよりδ関数に近くなる。しかし、
対物レンズ５の開口数に応じた入射瞳７の径は一定なの
で、空間周波数ｕx よりも高い周波数成分の回折光を幾
らか含んだ回折光が対物レンズ５によって再回折され
る。従って、被照射面６上で得られる加工ビームは図１
２（ｂ）及び（ｃ）の様な強度分布になり、平坦でなく
なってしまう。FIG. 12A shows the variable field diaphragm 3
The intensity distribution of the diffracted image when the width of the opening is increased from 2R to 2 (R + ΔR). At this time, since the diffraction angle decreases, the diffracted image becomes closer to the δ function. But,
Since the diameter of the entrance pupil 7 corresponding to the numerical aperture of the objective lens 5 is constant, the diffracted light containing some diffracted light having a frequency component higher than the spatial frequency u x is re-diffracted by the objective lens 5. Therefore, the processing beam obtained on the irradiated surface 6 is as shown in FIG.
2 (b) and (c) have intensity distributions, which are not flat.
【００１６】反対に、図１３（ａ）は、可変視野絞り３
の開口部の幅を２Ｒから２（Ｒ−ΔＲ）へと小さくした
ときの回折像の強度分布を示し、この際には回折角が大
きくなるので、回折像の強度分布は緩やかに変化する。
しかし、先の場合と同様、対物レンズ５の入射瞳７の径
は一定なので、空間周波数ｕx よりも低い周波数成分の
回折光だけが対物レンズ５によって再回折される。従っ
て、被照射面６上で得られる加工ビームは図１３（ｂ）
及び（ｃ）の様な強度分布になり、やはり平坦でなくな
ってしまう。On the contrary, FIG. 13A shows the variable field diaphragm 3
The intensity distribution of the diffracted image when the width of the opening is reduced from 2R to 2 (R-ΔR) is shown. In this case, since the diffraction angle becomes large, the intensity distribution of the diffracted image changes gently.
However, as in the previous case, since the diameter of the entrance pupil 7 of the objective lens 5 is constant, only the diffracted light having a frequency component lower than the spatial frequency u x is re-diffracted by the objective lens 5. Therefore, the processing beam obtained on the irradiated surface 6 is as shown in FIG.
The intensity distributions shown in (c) and (c) are not flat.
【００１７】本発明は斯かる点に鑑み、被加工面上での
レーザー光の照射領域の大きさを変更した場合でも、そ
の照射領域でのレーザー光の強度分布を均一にできるレ
ーザー加工装置を提供することを目的とする。In view of the above point, the present invention provides a laser processing apparatus capable of uniforming the intensity distribution of laser light in the irradiation area even when the size of the irradiation area of the laser light on the surface to be processed is changed. The purpose is to provide.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザー加
工装置は、例えば図１に示す如く、レーザー光源（１）
と、レーザー光源（１）から射出されるレーザービーム
を被加工面（６）上に集光する集光光学系（４，５）
と、そのレーザービームの被加工面（６）上でのビーム
を所定の大きさに設定するビーム成形手段（３）と、そ
の集光光学系から被加工面（６）上に照射されるレーザ
ービームの開口数を被加工面（６）上でのビームの大き
さに応じて変化させる開口数可変手段（１１）とを有す
るものである。A laser processing apparatus according to the present invention comprises a laser light source (1) as shown in FIG. 1, for example.
And a condensing optical system (4, 5) for condensing the laser beam emitted from the laser light source (1) on the surface (6) to be processed.
A beam shaping means (3) for setting the beam of the laser beam on the surface (6) to be processed to a predetermined size, and a laser irradiated from the focusing optical system onto the surface (6) to be processed. It has a numerical aperture varying means (11) for varying the numerical aperture of the beam according to the size of the beam on the surface (6) to be processed.
【００１９】[0019]
【作用】斯かる本発明によれば、ビーム成形手段（３）
が例えば内部を通過する光束の径を変えることにより、
被加工面（６）上でのレーザービームの大きさを所定の
大きさに設定することができる。そして、そのビーム成
形手段（３）の内部を通過する光束の径を変化させた際
にも、開口数可変手段（１１）によってその集光光学系
（２，４，５）を通過して被加工面（６）上に照射され
るレーザービームの開口数を調整することにより、被加
工面（６）におけるレーザービームの照射領域の強度分
布を均一化できる。According to the present invention, the beam shaping means (3)
, For example, by changing the diameter of the light flux that passes through it,
The size of the laser beam on the surface to be processed (6) can be set to a predetermined size. Then, even when the diameter of the light flux passing through the inside of the beam shaping means (3) is changed, the numerical aperture varying means (11) passes through the condensing optical system (2, 4, 5) to receive the beam. By adjusting the numerical aperture of the laser beam with which the processing surface (6) is irradiated, the intensity distribution of the irradiation area of the laser beam on the processing surface (6) can be made uniform.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、本発明によるレーザー加工装置の一実
施例につき、図１〜図６を参照して説明する。図１にお
いて、図９に対応する部分には同一符号を付してその詳
細説明を省略する。図１は本例のレーザー加工装置を示
し、この図１において、レーザー光源１としては例えば
発振波長が１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザー光源が
使用される。レーザー光源１から射出されたガウス分布
を呈するレーザービームＬＢが、光量可変機構８に入射
する。レーザービームＬＢは光量可変機構８で光量が調
整された後、ミラー９を介してビームエクスパンダ２に
入射する。光量可変機構８における光量の調整量は制御
部１０により行われる。ビームエクスパンダ２によって
適当な大きさに拡大されたレーザービームＬＢは、矩形
開口を有する可変視野絞り３に入射する。レーザービー
ムＬＢは可変視野絞り３によって周辺部の光束が除去さ
れ、可変視野絞り３から回折光が生じる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, parts corresponding to those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 1 shows a laser processing apparatus of this example. In FIG. 1, as the laser light source 1, for example, an Nd: YLF laser light source with an oscillation wavelength of 1047 nm is used. The laser beam LB having a Gaussian distribution emitted from the laser light source 1 enters the light amount variable mechanism 8. The light amount of the laser beam LB is adjusted by the light amount changing mechanism 8, and then enters the beam expander 2 via the mirror 9. The adjustment amount of the light amount in the light amount variable mechanism 8 is performed by the control unit 10. The laser beam LB expanded to an appropriate size by the beam expander 2 enters a variable field stop 3 having a rectangular aperture. The variable field diaphragm 3 removes the light flux in the peripheral portion of the laser beam LB, and diffracted light is generated from the variable field diaphragm 3.
【００２１】その回折光はリレーレンズ４によってリレ
ーレンズ４の後側焦点面（フーリエ変換面）に集光さ
れ、その後側焦点面に回折像が形成される。この後側焦
点面には、開口数可変手段としての円形開口を有する可
変開口絞り１１が設けられており、可変開口絞り１１の
配置面は対物レンズ５の入射瞳面と一致している。可変
開口絞り１１を通過した回折光は、ビームスプリッター
１２及びダイクロイックミラー１４を経て対物レンズ５
に入射し、対物レンズ５を通過した回折光により被加工
物６上には、可変視野絞り３の開口部の像が結像され
る。即ち、被加工物６の被加工面上の可変視野絞り３の
開口部の像の領域にレーザービームが照射され、その可
変視野絞り３の開口部の像の強度分布は図２に示すよう
になる。図２の横軸は対物レンズ５の光軸に垂直な一方
向の座標ｘを示し、縦軸は位置ｘにおける光の強度分布
Ｉ′（ｘ）を示す。The diffracted light is condensed by the relay lens 4 on the rear focal plane (Fourier transform surface) of the relay lens 4, and a diffracted image is formed on the rear focal plane. A variable aperture diaphragm 11 having a circular aperture as a numerical aperture varying unit is provided on the rear focal plane, and the arrangement surface of the variable aperture diaphragm 11 coincides with the entrance pupil plane of the objective lens 5. The diffracted light that has passed through the variable aperture stop 11 passes through the beam splitter 12 and the dichroic mirror 14 and then the objective lens 5
The image of the opening of the variable field stop 3 is formed on the workpiece 6 by the diffracted light that is incident on the object and passes through the objective lens 5. That is, the area of the image of the opening of the variable field stop 3 on the surface of the workpiece 6 is irradiated with the laser beam, and the intensity distribution of the image of the opening of the variable field stop 3 is as shown in FIG. Become. The horizontal axis of FIG. 2 represents the coordinate x in one direction perpendicular to the optical axis of the objective lens 5, and the vertical axis represents the light intensity distribution I ′ (x) at the position x.
【００２２】図１において、可変開口絞り１１から射出
された直後にビームスプリッター１２で反射されたレー
ザービームは、光電変換素子よりなる第１のエネルギー
モニター１３Ａに入射し、このエネルギーモニター１３
Ａの検出信号Ｓ１は、光量可変機構８用の制御部１０に
供給される。In FIG. 1, the laser beam reflected by the beam splitter 12 immediately after being emitted from the variable aperture stop 11 is incident on a first energy monitor 13A composed of a photoelectric conversion element, and this energy monitor 13 is provided.
The detection signal S1 of A is supplied to the control unit 10 for the light amount variable mechanism 8.
【００２３】ここでＸＹステージ１５の周辺にはＸＹス
テージ１５のＸＹ座標を求めるための干渉計ＩＦが設け
られており、この干渉計ＩＦによるＸＹステージ１５の
ＸＹ座標に基づいて、ＸＹステージ１５を２次元的に移
動させるステージ駆動部１８は、主制御系３１によって
制御されている。そして、主制御系３１は、ステージ駆
動部１８を介してＸＹステージ１５を２次元的に移動さ
せ、被加工物６、基準マーク部１６又は照射量モニター
のいずれかを対物レンズ５の光軸上に移動させる。Here, an interferometer IF for determining the XY coordinates of the XY stage 15 is provided around the XY stage 15, and the XY stage 15 is moved based on the XY coordinates of the XY stage 15 by the interferometer IF. The stage drive unit 18 that moves two-dimensionally is controlled by the main control system 31. Then, the main control system 31 moves the XY stage 15 two-dimensionally via the stage drive unit 18, and moves either the workpiece 6, the reference mark unit 16, or the dose monitor on the optical axis of the objective lens 5. Move to.
【００２４】ここで、先ず、ＸＹステージ１５の移動に
より照射量モニター１７が対物レンズ５の光軸上に設定
されると、この照射量モニター１７により被加工物６に
照射されるレーザービームの強度が検出される。そし
て、照射量モニター１７の検出信号Ｓ３が、光量可変機
構８用の制御部１０に供給され、制御部１０は、エネル
ギーモニター１３Ａの検出信号Ｓ１及び照射量モニター
１７の検出信号Ｓ３に基づいて、光量可変機構８を介し
てレーザー光源１から射出されるレーザービームＬＢの
強度を調整する。First, when the dose monitor 17 is set on the optical axis of the objective lens 5 by the movement of the XY stage 15, the intensity of the laser beam with which the workpiece 6 is irradiated by the dose monitor 17. Is detected. Then, the detection signal S3 of the irradiation amount monitor 17 is supplied to the control unit 10 for the light amount variable mechanism 8, and the control unit 10 based on the detection signal S1 of the energy monitor 13A and the detection signal S3 of the irradiation amount monitor 17, The intensity of the laser beam LB emitted from the laser light source 1 is adjusted via the light amount variable mechanism 8.
【００２５】また、ＸＹステージ１５の移動により基準
マーク部１６が対物レンズ５の光軸上に設定されると、
この基準マーク部１６上のアライメントマークにより、
このアライメントマークからの反射光は、対物レンズ５
及びダイクロイックミラー１４を透過した後、ビームス
プリッター１２にて反射されて、光電変換素子よりなる
加工ビーム位置検出器１３Ｂに入射する。そして、この
加工ビーム位置検出器１３Ｂからの検出信号Ｓ２は、位
置検出部３０へ出力され、ここで、ＸＹステージ１５の
座標上におけるレーザー光源１からの加工ビームＬＢ
（被加工物上でのレーザー光源１からのレーザービーム
ＬＢ）の位置が検出される。なお、後述するが、基準マ
ーク部１６上のアライメントマークは、ＸＹステージ１
５の座標上における位置検出用照明系２９からのアライ
メントビームＡＢの位置検出用にも用いられ、位置検出
部３０にて基準マーク部１６に対する加工ビームＬＢと
アライメントビームＡＢとのずれ量が検出される。When the reference mark portion 16 is set on the optical axis of the objective lens 5 by the movement of the XY stage 15,
By the alignment mark on the reference mark portion 16,
The reflected light from this alignment mark is the objective lens 5
After passing through the dichroic mirror 14, it is reflected by the beam splitter 12 and enters the processing beam position detector 13B composed of a photoelectric conversion element. Then, the detection signal S2 from the processing beam position detector 13B is output to the position detection unit 30, where the processing beam LB from the laser light source 1 on the coordinates of the XY stage 15 is output.
The position of (the laser beam LB from the laser light source 1 on the workpiece) is detected. As will be described later, the alignment mark on the reference mark portion 16 is the XY stage 1
It is also used for detecting the position of the alignment beam AB from the position detecting illumination system 29 on the coordinates of 5, and the position detecting unit 30 detects the amount of deviation between the processing beam LB and the alignment beam AB with respect to the reference mark unit 16. It
【００２６】ところで、本例では、さらに、被加工物６
上に形成されたアライメントマークを検出するためのア
ライメント系と被加工物６の加工点を囲む領域を観察す
るための観察系とがそれぞれ設けられている。まず、ア
ライメント系について説明すると、６３３ｎｍの光を発
振するＨｅ−Ｎｅレーザー等の光源を含む位置検出用照
明系２９からのアライメントビームＡＢはハーフミラー
２８、ダイクロイックミラー２１及び１４、対物レンズ
５を介して被加工物６上に形成されたアライメントマー
クを照明する。その照明領域から反射されたアライメン
トビームＡＢは、対物レンズ５、ダイクロイックミラー
１４及び２１、ハーフミラー２８を介して検出光学系２
２（アライメント光学系）に入射する。そして、この検
出光学系２２は光電変換素子等からなる検出器を含んで
おり、この検出器からアライメント信号Ｓ４が位置検出
部３０へ出力される。位置検出部３０は、干渉計ＩＦか
らのＸＹステージ１５の位置情報に基づいて、アライメ
ント信号Ｓ４が最大となる時のＸＹステージ１５の位置
を検出し、ＸＹステージ１５のＸＹ座標系内における被
加工物６上のアライメントマークの位置を検出する。By the way, in this example, the workpiece 6 is further processed.
An alignment system for detecting the alignment mark formed above and an observation system for observing a region surrounding the processing point of the workpiece 6 are provided respectively. First, the alignment system will be described. An alignment beam AB from a position detection illumination system 29 including a light source such as a He-Ne laser that oscillates light of 633 nm passes through a half mirror 28, dichroic mirrors 21 and 14, and an objective lens 5. The alignment mark formed on the workpiece 6 is illuminated. The alignment beam AB reflected from the illumination area passes through the objective lens 5, the dichroic mirrors 14 and 21, and the half mirror 28 to detect the optical system 2.
2 (alignment optical system). The detection optical system 22 includes a detector including a photoelectric conversion element and the like, and the alignment signal S4 is output from the detector to the position detection unit 30. The position detection unit 30 detects the position of the XY stage 15 when the alignment signal S4 is maximized based on the position information of the XY stage 15 from the interferometer IF, and the XY stage 15 is processed within the XY coordinate system. The position of the alignment mark on the object 6 is detected.
【００２７】なお、被加工物６上のアライメントマーク
の検出に先立って、ＸＹステージ１５のＸＹ座標系内に
おけるレーザービームＬＢ（又はアライメントビームＡ
Ｂ）の位置が予め求められている。この位置の求め方
は、まず、基準マーク部１６を対物レンズ５の光軸上に
設定し、基準マーク部１６にレーザービームＬＢを照射
した後、基準マーク部１６を反射するレーザービームＬ
Ｂを加工ビーム位置検出器１３Ｂにて検出する。そし
て、位置検出部３０が、ＸＹステージ１５の位置を干渉
計ＩＦからのＸＹステージ１５の位置情報に基づいて、
この加工ビーム位置検出器１３Ｂからの出力信号Ｓ３が
最大となる時のＸＹステージ１５の位置を検出すること
により行われる。Prior to detecting the alignment mark on the workpiece 6, the laser beam LB (or the alignment beam A in the XY coordinate system of the XY stage 15) is detected.
The position of B) is obtained in advance. To obtain this position, first, the reference mark portion 16 is set on the optical axis of the objective lens 5, the reference mark portion 16 is irradiated with the laser beam LB, and then the laser beam L that reflects the reference mark portion 16 is set.
B is detected by the processing beam position detector 13B. Then, the position detector 30 determines the position of the XY stage 15 based on the position information of the XY stage 15 from the interferometer IF.
This is performed by detecting the position of the XY stage 15 when the output signal S3 from the processing beam position detector 13B becomes maximum.
【００２８】さて、ＸＹステージ１５のＸＹ座標系内に
おける被加工物６上のアライメントマークの位置の検出
後、キーボード等の入力部３５を介して入力された被加
工物６上の加工箇所に関する情報に基づいて、主制御系
３１は、ステージ駆動部１８を介して、ＸＹステージ１
５を移動させ、対物レンズ５の光軸上に被加工物６上の
加工箇所を設定する。そして、後述する可変視野絞り３
と可変開口絞り１１との口径が設定完了した後、被加工
物６がレーザービームＬＢによって加工される。Now, after the position of the alignment mark on the workpiece 6 in the XY coordinate system of the XY stage 15 is detected, the information on the processed portion on the workpiece 6 input through the input unit 35 such as a keyboard. Based on the above, the main control system 31 controls the XY stage 1 through the stage drive unit 18.
5 is moved to set a processing location on the workpiece 6 on the optical axis of the objective lens 5. Then, a variable field stop 3 described later
After the diameters of the variable aperture stop 11 and the variable aperture stop 11 have been set, the workpiece 6 is processed by the laser beam LB.
【００２９】なお、アライメント系はレーザー加工光学
系と同軸に設けられているが、アライメント系とレーザ
ー加工光学系とに僅かな軸ずれが生じている場合には、
基準マーク部１６を対物レンズ５の光軸上に設定し、基
準マーク部１６を反射するレーザービームＬＢを加工ビ
ーム位置検出器１３Ｂにて受光することにより得られる
検出信号Ｓ２の最大となる位置と、基準マーク部１６を
反射するアライメントビームＡＢを検出光学系２２にて
受光することにより得られる検出信号Ｓ４の最大となる
位置とを位置検出部３０にて検出することにより軸ずれ
量が求められる。そして、検出光学系２２にて得られる
アライメント情報にこの軸ずれ量の分だけ補正を加えれ
ば、高い精度なアライメントが実行できる。Although the alignment system is provided coaxially with the laser processing optical system, if there is a slight misalignment between the alignment system and the laser processing optical system,
The reference mark portion 16 is set on the optical axis of the objective lens 5, and the maximum position of the detection signal S2 obtained by receiving the laser beam LB reflected by the reference mark portion 16 by the processing beam position detector 13B is set. , The maximum position of the detection signal S4 obtained by receiving the alignment beam AB that reflects the reference mark portion 16 by the detection optical system 22 is detected by the position detection portion 30 to obtain the amount of axis deviation. . Then, if the alignment information obtained by the detection optical system 22 is corrected by the amount of this axis deviation, highly accurate alignment can be performed.
【００３０】次に、観察系について説明すると、例え
ば、５６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を供給するハロ
ゲンランプ等を含む照明光学系１９からは観察用の照明
光ＩＬが供給され、この照明光ＩＬはハーフミラー２０
及びダイクロイックミラー２１を経て、ダイクロイック
ミラー１４に向かい、このダイクロイックミラー１４で
反射された照明光ＩＬが、対物レンズ５を介して被加工
物６の加工面を囲む領域に照射される。その照明領域か
ら反射された反射光が、対物レンズ５、ダイクロイック
ミラー１４を介してダイクロイックミラー２１に至る。
そして、このダイクロイックミラー２１を反射した照明
光が、ハーフミラー２０及びミラー２３を経て観察光学
系１３に入射し、観察光学系１３により結像される被加
工物６の被加工面の像がテレビカメラ２５により撮像さ
れ、テレビカメラ２５で撮像された像がモニター受像機
２６にて表示される。モニター受像機２６により、被加
工物６の加工点を囲む領域の像を観察できる。Explaining the observation system, the illumination light IL for observation is supplied from the illumination optical system 19 including, for example, a halogen lamp for supplying light having a wavelength of 560 nm to 600 nm. Half mirror 20
The illumination light IL is reflected by the dichroic mirror 14 via the dichroic mirror 21 and is reflected by the dichroic mirror 14 to irradiate the area surrounding the processing surface of the workpiece 6 via the objective lens 5. The reflected light reflected from the illumination area reaches the dichroic mirror 21 via the objective lens 5 and the dichroic mirror 14.
Then, the illumination light reflected by the dichroic mirror 21 enters the observation optical system 13 via the half mirror 20 and the mirror 23, and the image of the processing surface of the workpiece 6 imaged by the observation optical system 13 is displayed on the television. An image captured by the camera 25 and captured by the television camera 25 is displayed on the monitor receiver 26. The monitor image receiver 26 can observe an image of a region surrounding the processing point of the workpiece 6.
【００３１】ところで、本例では、キーボード等の入力
部３５を介して入力された被加工物６の情報としては、
被加工物６の被加工箇所の情報の他に、被加工箇所のパ
ターンの線幅等に関する情報が入力されており、この被
加工箇所のパターンの線幅に応じたレーザービーム（加
工ビーム）ＬＢの最適な幅によって、可変視野絞り３と
可変開口絞り１１との両者の最適な口径が絞り口径決定
部３２にて決定され、この決定情報に基づいて、主制御
系３１は、可変視野絞り３の口径を変化させる駆動部３
３と可変開口絞り１１の口径を変化させる駆動部３４と
を介して、可変視野絞り３と可変開口絞り１１との双方
の絞りの口径を設定する。By the way, in this example, as the information of the workpiece 6 input through the input unit 35 such as a keyboard,
In addition to the information on the processed portion of the workpiece 6, information on the line width of the pattern on the processed portion is input, and the laser beam (processing beam) LB corresponding to the line width of the pattern on the processed portion is input. The optimum aperture of both the variable field diaphragm 3 and the variable aperture diaphragm 11 is determined by the diaphragm aperture determination unit 32 according to the optimum width of the variable field diaphragm 3, and based on this determination information, the main control system 31 causes the variable field diaphragm 3 to change. Drive unit 3 for changing the diameter of
The aperture diameters of both the variable field diaphragm 3 and the variable aperture diaphragm 11 are set via 3 and the drive unit 34 that changes the aperture diameter of the variable aperture diaphragm 11.
【００３２】なお、可変視野絞り３及び可変開口絞り１
１としては、円形の遮光性の基板上に口径の大きさが異
なる複数の開口部を形成されたターレット板としても良
く、一方の可変視野絞り３としてのターレット板を駆動
部３３によって回転設定し、他方の可変開口絞り１１と
してターレット板を駆動部３４によって回転設定する構
成としても良い。また、本例では、可変視野絞り３及び
可変開口絞り１１の開口口径を自動的に設定する例を示
したが、マニュアル的に設定するようにしても良い。さ
らに、可変視野絞り３の口径に対するレーザービームの
径を変化させて調整するために、ビームエキスパンダ２
を変倍系とし、不図示の駆動系を介して、可変視野絞り
３に対するレーザービームの径を変化させても良い。The variable field diaphragm 3 and the variable aperture diaphragm 1
A turret plate having a plurality of openings of different diameters formed on a circular light-shielding substrate may be used as 1, and the turret plate serving as one variable field diaphragm 3 is rotated and set by the drive unit 33. Alternatively, a turret plate as the other variable aperture diaphragm 11 may be rotationally set by the drive unit 34. Further, in this example, the example in which the aperture diameters of the variable field diaphragm 3 and the variable aperture diaphragm 11 are automatically set has been described, but they may be set manually. Further, in order to change and adjust the diameter of the laser beam with respect to the aperture of the variable field stop 3, the beam expander 2
May be a variable power system, and the diameter of the laser beam with respect to the variable field stop 3 may be changed via a drive system (not shown).
【００３３】図３は、図１中の可変視野絞り３から被加
工物６までの光束の様子を詳しく示し、この図３におい
て、矩形の開口部の一辺の幅が２Ｒの可変視野絞り３で
生じた回折光は、リレーレンズ４によって集光され、リ
レーレンズ４の後側焦点面上、即ち可変開口絞り１１の
配置面上に回折像が形成される。可変開口絞り１１の開
口部の径を２ｒ（半径がｒ）とする。FIG. 3 shows in detail the state of the light flux from the variable field stop 3 to the work piece 6 in FIG. 1. In FIG. 3, the variable field stop 3 has a rectangular opening with a side width of 2R. The generated diffracted light is condensed by the relay lens 4, and a diffracted image is formed on the rear focal plane of the relay lens 4, that is, the arrangement surface of the variable aperture stop 11. The diameter of the opening of the variable aperture stop 11 is 2r (radius is r).
【００３４】この場合、可変開口絞り１１の配置面上
で、光軸から半径ｒの位置に結像されている回折光の空
間周波数をｕとして、空間周波数ｕの回折光の可変視野
絞り３からの回折角をθとすると、ｕより大きい周波数
の回折光は可変開口絞り１１にて除去され、空間周波数
ｕ以下の回折光が対物レンズ５に入射する。対物レンズ
５の入射瞳面は、回折像の結像面、即ち可変開口絞り１
１の配置面と一致する様に配置され、対物レンズ５を通
過したｕより小さい空間周波数の回折光が、被加工物６
上に可変視野絞り３の像を結像する。このときに被加工
物６上で回折光が干渉して形成される光強度分布が図２
の如くなる。In this case, assuming that the spatial frequency of the diffracted light imaged at the position of the radius r from the optical axis on the arrangement surface of the variable aperture stop 11 is u, the variable field stop 3 of the diffracted light having the spatial frequency u is used. Letting the diffraction angle of θ be θ, diffracted light with a frequency higher than u is removed by the variable aperture stop 11, and diffracted light with a spatial frequency u or lower enters the objective lens 5. The entrance pupil plane of the objective lens 5 is an image plane of the diffraction image, that is, the variable aperture stop 1
The diffracted light having a spatial frequency smaller than u, which is arranged so as to coincide with the arrangement surface of 1, passes through the objective lens 5,
An image of the variable field diaphragm 3 is formed on the upper side. At this time, the light intensity distribution formed by the interference of the diffracted light on the workpiece 6 is shown in FIG.
It becomes like.
【００３５】被加工物６上でのレーザービームの照射領
域の大きさを変えるために、可変視野絞り３の開口部の
幅を２Ｒから2(Ｒ＋ΔＲ）又は2(Ｒ−ΔＲ）に変化させ
たときには、可変視野絞り３から射出される空間周波数
ｕの回折光の回折角がθから（θ−Δθ）又は（θ＋Δ
θ）に変化し、この回折光の回折像の可変開口絞り１１
の配置面での結像位置が、半径ｒの点から半径（ｒ−Δ
ｒ）又は（ｒ＋Δｒ）の点に変化する。従って、それに
合わせて可変開口絞り１１の径も2(ｒ−Δｒ）又は2(ｒ
＋Δｒ）にしてやれば良い。これにより、可変視野絞り
３の開口部の大きさを変えた場合でも、被加工物６上に
照射されるレーザービームの空間周波数成分は常に一定
である。従って、初期状態で被加工物６上のレーザービ
ームの強度分布が均一になるようにしておくことによ
り、その後可変視野絞り３の開口部の大きさを変えて
も、被加工物６上の光の強度分布は常に均一である。In order to change the size of the irradiation area of the laser beam on the workpiece 6, the width of the opening of the variable field stop 3 was changed from 2R to 2 (R + ΔR) or 2 (R-ΔR). At times, the diffraction angle of the diffracted light having the spatial frequency u emitted from the variable field stop 3 is from θ to (θ−Δθ) or (θ + Δθ).
θ), and the variable aperture stop 11 for the diffraction image of this diffracted light
The image formation position on the arrangement plane of the
r) or (r + Δr). Therefore, the diameter of the variable aperture stop 11 is also 2 (r-Δr) or 2 (r
+ Δr). Thereby, even when the size of the opening of the variable field stop 3 is changed, the spatial frequency component of the laser beam with which the workpiece 6 is irradiated is always constant. Therefore, by making the intensity distribution of the laser beam on the workpiece 6 uniform in the initial state, even if the size of the opening of the variable field stop 3 is changed thereafter, the light beam on the workpiece 6 is changed. The intensity distribution of is always uniform.
【００３６】次に、被加工物６上に照射されるレーザー
ビーム（加工ビーム）の照射領域の所望の幅に対して、
図２に示す様に強度分布が均一になるときの、可変開口
絞り１１で規定される対物レンズ５の開口数ＮＡを計算
した。図３において、可変視野絞り３からの回折光の内
で、可変開口絞り１１を通過する範囲で最大の回折角θ
の回折光が被加工物６に入射するときの入射角をφとす
ると、その開口数ＮＡはsin φで表すことができる。そ
の結果、可変視野絞り３の開口部の幅に対して、入射す
るレーザービームの径が十分大きければ、その開口数Ｎ
Ａは、図４に示す様に加工ビームの幅ＢＳに反比例する
ことが分かった。また、その開口数ＮＡは使用するレー
ザービームＬＢの波長λに比例し、係数ｋ及び加工ビー
ムの幅ＢＳを用いて次の関係が有ることが分かった。Next, with respect to the desired width of the irradiation area of the laser beam (processing beam) irradiated on the workpiece 6,
The numerical aperture NA of the objective lens 5 defined by the variable aperture diaphragm 11 when the intensity distribution becomes uniform as shown in FIG. 2 was calculated. In FIG. 3, of the diffracted light from the variable field stop 3, the maximum diffraction angle θ in the range passing through the variable aperture stop 11 is shown.
Letting φ be the incident angle when the diffracted light of is incident on the workpiece 6, the numerical aperture NA can be expressed by sin φ. As a result, if the diameter of the incident laser beam is sufficiently large with respect to the width of the opening of the variable field stop 3, the numerical aperture N will be N.
It has been found that A is inversely proportional to the processing beam width BS as shown in FIG. Further, it has been found that the numerical aperture NA is proportional to the wavelength λ of the laser beam LB used and the following relationship is obtained using the coefficient k and the processing beam width BS.
【００３７】[0037]
【数５】ＮＡ＝ｋ・λ／ＢＳ[Equation 5] NA = k · λ / BS
【００３８】なお、厳密には、被加工物６の照射領域で
の加工ビームの幅ＢＳの方向をｘ方向とすると、その対
物レンズ５の開口数ＮＡはｘ方向の開口数であり、被加
工物６上の照射領域が円形である場合には、その幅ＢＳ
としてはその円形の照射領域の径を用いる。Strictly speaking, when the direction of the width BS of the processing beam in the irradiation area of the workpiece 6 is the x direction, the numerical aperture NA of the objective lens 5 is the numerical aperture in the x direction, and If the irradiation area on the object 6 is circular, its width BS
Is used as the diameter of the circular irradiation area.
【００３９】その（数５）における係数ｋの範囲につい
ては、１．２≦ｋ≦３という結果が得られている。従っ
て、（数５）の条件より開口数ＮＡの範囲は次のように
なる。Regarding the range of the coefficient k in the equation (5), the result of 1.2 ≦ k ≦ 3 is obtained. Therefore, the range of numerical aperture NA is as follows from the condition of (Equation 5).
【００４０】[0040]
【数６】１．２λ／ＢＳ≦ＮＡ≦３λ／ＢＳ[Equation 6] 1.2λ / BS ≦ NA ≦ 3λ / BS
【００４１】この（数６）の条件より更に被加工物６上
の光強度分布を均一化できる係数ｋの範囲は１．４５≦
ｋ≦１．６７である。この場合の開口数ＮＡの範囲は次
のようになる。Under the condition of (Equation 6), the range of the coefficient k capable of further homogenizing the light intensity distribution on the workpiece 6 is 1.45 ≦.
k ≦ 1.67. The range of the numerical aperture NA in this case is as follows.
【００４２】[0042]
【数７】１．４５λ／ＢＳ≦ＮＡ≦１．６７λ／ＢＳ(7) 1.45λ / BS ≦ NA ≦ 1.67λ / BS
【００４３】また、被加工物６上での加工ビームの強度
分布を均一化するためには、可変視野絞り３に入射する
レーザービームの径も関与していることが確かめられ
た。具体的には、可変視野絞り３に入射するレーザービ
ームの最大光強度に対して、光強度が１／ｅ2 となると
きの入射ビームの径をＢＷとすると、被加工物６上での
加工ビームの光強度分布を均一化するためには、加工ビ
ームの幅ＢＳに対して次の関係を満たすことが望まし
い。Further, it was confirmed that the diameter of the laser beam incident on the variable field stop 3 is also involved in making the intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 uniform. Specifically, when the diameter of the incident beam when the light intensity becomes 1 / e 2 with respect to the maximum light intensity of the laser beam incident on the variable field stop 3 is BW, processing on the workpiece 6 is performed. In order to make the light intensity distribution of the beam uniform, it is desirable to satisfy the following relationship with the processing beam width BS.
【００４４】[0044]
【数８】０．０１＜（ＢＳ／ＢＷ）＜１[Equation 8] 0.01 <(BS / BW) <1
【００４５】可変視野絞り３に入射するレーザービーム
は、可変視野絞り３の開口部の幅に対して十分に大きく
なることが望まれるが、（数８）の条件の下限を超える
と、光量損失が大きくなると同時に、エネルギー密度が
低下し、ヒューズ等のパターンの切断加工が困難とな
る。一方、（数８）の条件の上限を超えると、平坦なる
光強度分布が得られなくなるばかりか、被加工物６上の
加工ビーム径が可変視野絞り３により成形される所望の
ビーム径よりも小さくなるという問題がある。It is desired that the laser beam incident on the variable field stop 3 be sufficiently larger than the width of the opening of the variable field stop 3. However, when the lower limit of the condition of (Equation 8) is exceeded, the light amount loss is lost. At the same time, the energy density decreases, making it difficult to cut a pattern such as a fuse. On the other hand, when the upper limit of the condition of (Equation 8) is exceeded, a flat light intensity distribution cannot be obtained, and the processing beam diameter on the workpiece 6 is smaller than the desired beam diameter formed by the variable field stop 3. There is a problem of becoming smaller.
【００４６】通常は上述の（数６）及び（数８）の条件
を用いて、所望の加工ビームの幅ＢＳに対して光強度分
布を均一にするための開口数ＮＡが求められる。そし
て、光強度分布をより均一にしたい場合には、上述の
（数７）及び（数８）の条件を用いて、所望の加工ビー
ムの幅ＢＳに対して開口数ＮＡが求められる。従って、
図１に示した実施例での絞り口径決定部３２は、上述の
（数6),(数8)を満足するか、あるいは上述の（数7),(数
8)を満足するように、可変視野絞り３と可変開口絞り１
１との口径をそれぞれ決定することが好ましい。Normally, the numerical aperture NA for making the light intensity distribution uniform with respect to the desired processing beam width BS is obtained by using the above-mentioned conditions (Equation 6) and (Equation 8). Then, when it is desired to make the light intensity distribution more uniform, the numerical aperture NA is obtained with respect to the desired processing beam width BS, using the conditions of (Equation 7) and (Equation 8). Therefore,
The aperture diameter determination unit 32 in the embodiment shown in FIG. 1 satisfies the above-mentioned (Equation 6) and (Equation 8), or the above-mentioned (Equation 7) and (Equation 7)
Variable field diaphragm 3 and variable aperture diaphragm 1 so that 8) is satisfied.
It is preferable to determine the diameters of 1 and 1, respectively.
【００４７】ここで具体的に光強度分布を計算する。例
えば、被加工物６に照射されるレーザービームＬＢの波
長λを１．０４７μｍとして、被加工物６上で加工ビー
ムが照射される領域を正方形の領域であるとしたときの
一辺の幅ＢＳを２．５μｍ〜１０μｍの範囲内で変更す
るものとする。また、可変視野絞り３に照射されるレー
ザービームの径ＢＷの被加工物６の被加工面上での換算
値を１８μｍとして、以下の４つの場合を考える。Here, the light intensity distribution will be concretely calculated. For example, when the wavelength λ of the laser beam LB applied to the workpiece 6 is 1.047 μm and the area of the workpiece 6 irradiated with the processing beam is a square area, the width BS of one side is It should be changed within the range of 2.5 μm to 10 μm. The following four cases will be considered, assuming that the converted value of the diameter BW of the laser beam with which the variable field diaphragm 3 is irradiated on the surface of the workpiece 6 to be processed is 18 μm.
【００４８】被加工物６上の加工ビームの幅ＢＳが１
０μｍであるとして、（数６）の条件の上限値から対物
レンズ５の開口数ＮＡを求める。この場合、（数６）の
上限値である３λ／ＢＳは０．３１となるので、開口数
ＮＡは０．３１である。また、ＢＳ／ＢＷ＝０．５６で
あり、（数８）の条件も満たされている。このときの被
加工物６上での加工ビームの光強度分布を図５（ａ）に
示す。The width BS of the processing beam on the workpiece 6 is 1
Assuming 0 μm, the numerical aperture NA of the objective lens 5 is calculated from the upper limit value of the condition of (Equation 6). In this case, since 3λ / BS, which is the upper limit of (Equation 6), is 0.31, the numerical aperture NA is 0.31. Further, BS / BW = 0.56, and the condition of (Equation 8) is also satisfied. The light intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 at this time is shown in FIG.
【００４９】被加工物６上の加工ビームの幅ＢＳが
２．５μｍであるとして、（数６）の条件の下限値から
対物レンズ５の開口数ＮＡを求める。この場合、（数
６）の下限値である１．２λ／ＢＳは０．５０となるの
で、開口数ＮＡは０．５０である。また、ＢＳ／ＢＷ＝
０．１４であり、（数８）の条件も満たされている。こ
のときの被加工物６上での加工ビームの光強度分布を図
５（ｂ）に示す。Assuming that the processing beam width BS on the workpiece 6 is 2.5 μm, the numerical aperture NA of the objective lens 5 is obtained from the lower limit of the condition of (Equation 6). In this case, 1.2 λ / BS, which is the lower limit of (Equation 6), is 0.50, so the numerical aperture NA is 0.50. Also, BS / BW =
It is 0.14, and the condition of (Equation 8) is also satisfied. FIG. 5B shows the light intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 at this time.
【００５０】被加工物６上の加工ビームの幅ＢＳが１
０μｍであるとして、より厳しい（数７）の条件の上限
値から対物レンズ５の開口数ＮＡを求める。この場合、
（数７）の上限値である１．６７λ／ＢＳは０．１７５
となるので、開口数ＮＡは０．１７５である。また、Ｂ
Ｓ／ＢＷ＝０．５６であり、（数８）の条件も満たされ
ている。このときの被加工物６上での加工ビームの光強
度分布を図６（ａ）に示す。The width BS of the processing beam on the workpiece 6 is 1
Assuming 0 μm, the numerical aperture NA of the objective lens 5 is obtained from the upper limit value of the stricter condition (Equation 7). in this case,
1.67λ / BS, which is the upper limit of (Equation 7), is 0.175.
Therefore, the numerical aperture NA is 0.175. Also, B
S / BW = 0.56, and the condition of (Equation 8) is also satisfied. The light intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 at this time is shown in FIG.
【００５１】被加工物６上の加工ビームの幅ＢＳが
２．５μｍであるとして、より厳しい（数７）の条件の
下限値から対物レンズ５の開口数ＮＡを求める。この場
合、（数）の下限値である１．４５λ／ＢＳは０．６１
となるので、開口数ＮＡは０．６１である。また、ＢＳ
／ＢＷ＝０．１４であり、（数８）の条件も満たされて
いる。このときの被加工物６上での加工ビームの光強度
分布を図６（ｂ）に示す。図６（ａ）及び（ｂ）より分
かるように、（数７）の条件を用いたときには、被加工
物６上の加工ビームの強度分布の均一性は特に良好であ
る。Assuming that the width BS of the processing beam on the workpiece 6 is 2.5 μm, the numerical aperture NA of the objective lens 5 is calculated from the lower limit of the more severe condition (Equation 7). In this case, the lower limit of (number), 1.45λ / BS, is 0.61.
Therefore, the numerical aperture NA is 0.61. Also, BS
/BW=0.14, and the condition of (Equation 8) is also satisfied. FIG. 6B shows the light intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 at this time. As can be seen from FIGS. 6A and 6B, when the condition of (Equation 7) is used, the uniformity of the intensity distribution of the processing beam on the workpiece 6 is particularly good.
【００５２】上述の図１の実施例では、可変開口絞り１
１はリレーレンズ４の後側焦点面、即ち対物レンズ５の
入射瞳面に配置されているが、対物レンズ５の入射瞳面
が対物レンズ５の内部にある場合には、そのままでは可
変開口絞り１１を配置するのが困難である。このような
場合について、次の実施例で説明する。そこで、本発明
の他の実施例につき図７を参照して説明する。この実施
例は、図９の従来例において、対物レンズ５を入射瞳面
が内部にある対物レンズ５Ａで置き換えた場合に本発明
を適用したものであり、この図７において図９に対応す
る部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。In the embodiment shown in FIG. 1, the variable aperture stop 1 is used.
1 is arranged on the rear focal plane of the relay lens 4, that is, on the entrance pupil plane of the objective lens 5, but when the entrance pupil plane of the objective lens 5 is inside the objective lens 5, the variable aperture stop 1 is used as it is. 11 is difficult to place. Such a case will be described in the next embodiment. Therefore, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the present invention is applied when the objective lens 5 is replaced with an objective lens 5A having an entrance pupil plane inside, in the conventional example of FIG. 9, and a portion corresponding to FIG. 9 in FIG. Are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
【００５３】図７において、可変視野絞り３の開口部を
通過したレーザービームは、リレーレンズ４によってそ
の後側焦点面に集光され、この後側焦点面に可変開口絞
り１１が配置されている。そして、可変開口絞り１１を
通過したレーザービームが、リレーレンズ２７ａ及び２
７ｂよりなるアフォーカル光学系２７を経て対物レンズ
５Ａに入射し、対物レンズ５Ａから射出されたレーザー
ビームが被加工物６上に照射される。この際に、対物レ
ンズ５Ａの入射瞳面は対物レンズ５Ａの内部に有り、対
物レンズ５Ａの入射瞳面がアフォーカル光学系２７に関
してリレーレンズ４の後側焦点面と共役になっている。
従って、可変視野絞り３の開口部の大きさを変えて、被
加工物６上の加工ビームの大きさを変えた場合でも、そ
れに応じて可変開口絞り１１の開口部の径を変えること
により、被加工物６上の加工ビームの照射領域の光強度
分布を均一に維持することができる。In FIG. 7, the laser beam that has passed through the aperture of the variable field diaphragm 3 is focused on the rear focal plane by the relay lens 4, and the variable aperture diaphragm 11 is arranged on this rear focal plane. Then, the laser beam that has passed through the variable aperture stop 11 receives the relay lenses 27a and 2a.
The laser beam that enters the objective lens 5A through the afocal optical system 27 formed of 7b and is emitted from the objective lens 5A is irradiated onto the workpiece 6. At this time, the entrance pupil plane of the objective lens 5A is inside the objective lens 5A, and the entrance pupil plane of the objective lens 5A is conjugate with the rear focal plane of the relay lens 4 with respect to the afocal optical system 27.
Therefore, even when the size of the opening of the variable field stop 3 is changed to change the size of the processing beam on the workpiece 6, the diameter of the opening of the variable aperture stop 11 is changed accordingly. It is possible to maintain a uniform light intensity distribution in the irradiation region of the processing beam on the workpiece 6.
【００５４】なお、対物レンズ５Ａが例えば複数枚のレ
ンズより構成され、その対物レンズ５Ａの入射瞳面が隣
接するレンズの間にあれば、そこに可変開口絞り１１を
配置しても同等の効果を得ることが出来る。また、本発
明の図１及び図７に示した実施例では、レーザービーム
（加工ビーム）ＬＢの開口数を変化させるための手段と
して、可変開口絞り１１を用いているが、これに限るも
のではなく、例えば、図１及び図７に示した対物レンズ
（５，５Ａ）とは異なる開口数を持つ対物レンズを開口
数可変手段として対物レンズ（５，５Ａ）と交換し得る
構成としても良い。If the objective lens 5A is composed of, for example, a plurality of lenses and the entrance pupil plane of the objective lens 5A is between adjacent lenses, the same effect can be obtained by disposing the variable aperture stop 11 there. Can be obtained. Further, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 7 of the present invention, the variable aperture diaphragm 11 is used as a means for changing the numerical aperture of the laser beam (processing beam) LB, but the invention is not limited to this. Instead, for example, an objective lens having a numerical aperture different from that of the objective lens (5, 5A) shown in FIGS. 1 and 7 may be replaced with the objective lens (5, 5A) as the numerical aperture varying means.
【００５５】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明によれば、ビーム成形手段と被加
工面との間に開口数可変手段が設けられているので、そ
のビーム成形手段でその被加工面上に照射されるレーザ
ービームの照射領域の大きさを変えた際には、それに応
じてその開口数可変手段でそのレーザービームの開口数
を変えることにより、その照射領域の大きさに拘らず、
その照射領域での光強度分布を均一にできる利点があ
る。According to the present invention, since the numerical aperture varying means is provided between the beam shaping means and the surface to be processed, the beam shaping means can change the numerical aperture of the laser beam irradiated onto the surface to be processed. When the size of the irradiation area is changed, the numerical aperture varying means changes the numerical aperture of the laser beam accordingly, regardless of the size of the irradiation area.
There is an advantage that the light intensity distribution in the irradiation region can be made uniform.
【図１】本発明によるレーザー加工装置の一実施例を示
す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.
【図２】図１の被加工物６上のレーザービームの強度分
布の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an intensity distribution of a laser beam on a workpiece 6 shown in FIG.
【図３】図１の可変視野絞り３〜被加工物６までを簡略
化して示す光路図である。FIG. 3 is an optical path diagram showing in simplified form a variable field stop 3 to a workpiece 6 in FIG.
【図４】被加工物上での光強度分布を均一にするための
加工ビームの幅と開口数との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a width of a processing beam and a numerical aperture for making a light intensity distribution uniform on a workpiece.
【図５】比較的緩い条件下での被加工物上での光強度分
布の２つの例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing two examples of light intensity distribution on a workpiece under relatively loose conditions.
【図６】比較的厳しい条件下での被加工物上での光強度
分布の２つの例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing two examples of light intensity distribution on a workpiece under relatively severe conditions.
【図７】本発明の他の実施例のレーザー加工装置を示す
構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図８】レーザー光源から射出されるレーザービームの
ガウス型の強度分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a Gaussian intensity distribution of a laser beam emitted from a laser light source.
【図９】従来のレーザー加工装置を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional laser processing apparatus.
【図１０】（ａ）は可変視野絞りでのレーザービームの
矩形の強度分布を示す図、（ｂ）は図１０（ａ）に対応
するフーリエ変換像（回折像）の強度分布を示す図であ
る。10A is a diagram showing a rectangular intensity distribution of a laser beam in a variable field stop, and FIG. 10B is a diagram showing a Fourier transform image (diffraction image) intensity distribution corresponding to FIG. 10A. is there.
【図１１】（ａ）は可変視野絞りの開口部の幅が２Ｒの
ときの回折像の強度分布を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は
そのときの被加工面におけるレーザービームの強度分布
を示す図である。11A is a diagram showing the intensity distribution of a diffraction image when the width of the aperture of the variable field stop is 2R, and FIGS. 11B and 11C are intensity distributions of the laser beam on the surface to be processed at that time. FIG.
【図１２】（ａ）は可変視野絞りの開口部の幅が２（Ｒ
＋ΔＲ）のときの回折像の強度分布を示す図、（ｂ）及
び（ｃ）はそのときの被加工面におけるレーザービーム
の強度分布を示す図である。FIG. 12 (a) shows that the width of the aperture of the variable field stop is 2 (R).
+ ΔR) is a diagram showing the intensity distribution of the diffraction image, and (b) and (c) are diagrams showing the intensity distribution of the laser beam on the processed surface at that time.
【図１３】（ａ）は可変視野絞りの開口部の幅が２（Ｒ
−ΔＲ）のときの回折像の強度分布を示す図、（ｂ）及
び（ｃ）はそのときの被加工面におけるレーザービーム
の強度分布を示す図である。FIG. 13 (a) shows that the width of the aperture of the variable field stop is 2 (R).
-[Delta] R) is a diagram showing the intensity distribution of the diffraction image, and (b) and (c) are diagrams showing the intensity distribution of the laser beam on the processed surface at that time.
１ レーザー光源 ２ ビームエクスパンダ ３ 可変視野絞り ４ リレーレンズ ５ 対物レンズ ６ 被加工物 ８ 光量可変機構 １１ 可変開口絞り １３Ａ エネルギーモニター １３Ｂ 加工ビーム位置検出器 １５ ＸＹステージ １７ 照射量モニター １９ 照明光学系 ２２ 検出光学系 ２４ 観察光学系 ２５ テレビカメラ ２９ 位置検出用照明系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 laser light source 2 beam expander 3 variable field diaphragm 4 relay lens 5 objective lens 6 workpiece 8 light quantity variable mechanism 11 variable aperture diaphragm 13A energy monitor 13B processing beam position detector 15 XY stage 17 irradiation monitor 19 illumination optical system 22 Detection optical system 24 Observation optical system 25 TV camera 29 Illumination system for position detection
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ 8934−4Ｍ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01S 3/00 B 8934-4M
Claims (1)
面上に集光する集光光学系と、 前記レーザービームの前記被加工面上でのビームを所定
の大きさに設定するビーム成形手段と、 前記集光光学系から前記被加工面上に照射されるレーザ
ービームの開口数を前記被加工面上でのビームの大きさ
に応じて変化させる開口数可変手段とを有する事を特徴
とするレーザー加工装置。1. A laser light source, a focusing optical system for focusing a laser beam emitted from the laser light source on a surface to be processed, and a beam of the laser beam on the surface to be processed having a predetermined size. Beam shaping means for setting the numerical aperture, and numerical aperture varying means for varying the numerical aperture of the laser beam emitted from the condensing optical system onto the surface to be processed according to the size of the beam on the surface to be processed. Laser processing device characterized by having.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5024023A JPH06234092A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Laser beam working machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5024023A JPH06234092A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Laser beam working machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06234092A true JPH06234092A (en) | 1994-08-23 |
Family
ID=12126941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5024023A Withdrawn JPH06234092A (en) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | Laser beam working machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06234092A (en) |
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- 1993-02-12 JP JP5024023A patent/JPH06234092A/en not_active Withdrawn
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