JPH08132266A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH08132266A
JPH08132266A JP6276201A JP27620194A JPH08132266A JP H08132266 A JPH08132266 A JP H08132266A JP 6276201 A JP6276201 A JP 6276201A JP 27620194 A JP27620194 A JP 27620194A JP H08132266 A JPH08132266 A JP H08132266A
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JP
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laser beam
laser
stage
workpiece
spot
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JP6276201A
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Ikuo Hikima
郁雄 引間
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザビームを用いて被加工物を加工するレ
ーザ加工装置において、被加工物上で照射位置を高速に
走査する。 【構成】 レーザ光源1から集光レンズ7に入射するレ
ーザビームLBの入射角を連続的に変化させることがで
きるガルバノメータスキャナ6を集光レンズ7の前に設
け、被加工物8が載置されるXYステージ9の移動とガ
ルバノメータスキャナ6によるX方向への1次元の走査
とにより被加工物8上で照射位置を2次元的に走査し、
照射位置が加工点に達したときにレーザ光源1を発光さ
せて被加工物8をレーザビームLBで加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームを用いて
被加工物を加工するレーザ加工装置に関し、特にレーザ
ビームを集光して半導体デバイス等のパターンの切断を
行うリペア装置等に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、半導体デバイスの所定のパター
ンを切断する際に使用されるリペア装置、又はレーザビ
ームを用いるアニール装置等のレーザ加工装置において
は、所定の大きさに集光されるレーザビームが被加工物
に照射される。そのレーザビームは被加工物上の任意の
加工点に対して高速に移動する必要がある。
【0003】図4は、従来のレーザ加工装置の一例の概
略構成を示し、この図4において、レーザ光源1から射
出されたレーザビームLBはNDフィルタ等からなる光
量調整部2で光量が調節され、ダイクロイックミラー3
に入射する。レーザビームLBはダイクロイックミラー
3で反射され、その反射ビームは集光レンズ7に入射す
る。集光レンズ7にて集光されたレーザビームLBは被
加工物8上にスポット照射される。
【0004】被加工物8が載置されるXYステージ9
は、制御系12により加工位置データに基づき駆動され
る。XYステージ9の位置は不図示のレーザ干渉計を介
して常に制御系12でモニターされ、被加工物8が所定
の位置に来たとき、制御系12からのトリガー信号によ
りレーザ光源1からレーザビームLBが被加工物8に照
射される。これにより、被加工物8上の所定のパターン
の切断が行われる。
【0005】被加工物8に照射されるレーザビームLB
の光量は、XYステージ9上の光量検出器11を介して
制御系12でモニターされる。加工が行われる前に、被
加工物8に対して適正光量となるように光量調整部2で
レーザビームLBの光量が調整される。また、ハロゲン
ランプ等の光源13からの加工点観察用の照明光AL
は、一部がハーフミラー14に反射され、反射された照
明光ALはダイクロイックミラー3を透過して集光レン
ズ7に入射し、集光レンズ7で集光された照明光ALは
被加工物8上に照射される。被加工物8で反射された照
明光ALは、集光レンズ7及びダイクロイックミラー3
を透過してハーフミラー14に戻り、ハーフミラー14
を透過した照明光ALが2次元CCDよりなる撮像素子
15に入射する。照明光ALのもとで、被加工物8上の
照明領域内の像が、集光レンズ7を介して撮像素子15
上に結像される。撮像素子15からの撮像信号に基づい
て被加工物8の像がテレビモニタ16に映し出され、そ
の像により加工点付近の様子等が観察できるようになっ
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の技
術においては、レーザビームLBの照射位置は集光レン
ズ7の照明領域内の一定の位置に固定されていた。その
ため、被加工物8上でレーザビームLBの照射位置を移
動させるために、被加工物8が載置されるXYステージ
9を駆動することにより被加工物8を所定の位置に移動
させていた。その位置決め後に、光源1を発光させて被
加工物8の加工を行っていた。しかしながら、被加工物
8が載置されるXYステージ9は重量負荷が大きく、高
速で駆動できないため、加工時間が長くなるという不都
合があった。
【0007】本発明は斯かる点に鑑み、高速に被加工物
をレーザビームで加工できるレーザ加工装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ加工
装置は、レーザビーム(LB)を発生する光源(1)
と、そのレーザビーム(LB)を被加工物(8)上に集
光する集光レンズ(7)と、その被加工物(8)を2次
元的に位置決めするステージ(9)と、を有するレーザ
加工装置において、その光源(1)とその集光レンズ
(7)との間に、そのレーザビーム(LB)のその集光
レンズ(7)に対する入射角を変化させる走査手段
(6)を設け、そのステージ(9)の移動及びその走査
手段(6)による走査とを組み合わせて、その被加工物
(8)上でそのレーザビーム(LB)の集光スポットの
位置を2次元的に制御するものである。
【0009】この場合、その走査手段の一例は、ガルバ
ノメータスキャナ(6)である。また、その走査手段
(6)によるそのレーザビーム(LB)の入射角の変化
量と、そのレーザビーム(LB)のその被加工物(8)
上での集光スポットの位置との関係を求めるビーム位置
検出手段(9,10,17,18)を有することが好ま
しい。
【0010】
【作用】斯かる本発明のレーザ加工装置によれば、走査
手段(6)により集光レンズ(7)に入射するレーザビ
ーム(LB)の入射角が変化すると、集光レンズ(7)
から射出されるレーザビームの位置(像高)が変化す
る。そこで、ステージ(9)の移動と走査手段(6)に
よる走査とを組み合わせて集光スポットの2次元的な位
置が制御される。従って、駆動負荷が小さく、高速で走
査することができるレーザビーム(LB)の走査手段
(6)が組み合わされているため、駆動負荷が大きいス
テージ(9)だけの移動による従来の走査方法に比べて
高速に集光スポットの位置を変えることができ、加工速
度が向上する。また、例えば走査手段(6)による走査
を1次元の走査に限定した場合には、走査手段(6)及
びステージ(9)の制御が容易である。
【0011】また、走査手段が、ガルバノメータスキャ
ナ(6)である場合には、集光レンズ(7)に対する入
射角はガルバノメータスキャナ(6)の回転角に対応し
て変化し、射出されるレーザビームが1次元的に走査さ
れる。従って、構造的に簡単であるばかりでなく、ステ
ージ(9)と組み合わせたときの制御が容易である。ま
た、走査手段(6)によるレーザビーム(LB)の入射
角の変化量と、レーザビーム(LB)の被加工物(8)
上での集光スポットの位置との関係を求めるビーム位置
検出手段(9,10,17,18)を有する場合には、
そのビーム位置検出手段により求めた関係に基づきレー
ザビーム(LB)の入射角の変化量を制御することによ
り被加工物(8)上での集光スポットの位置を正確に制
御できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明によるレーザ加工装置の一実施
例につき、図1〜図3を参照して説明する。本実施例
は、レーザビームの光路中にガルバノメータスキャナを
配し、被加工物に対し集光レンズの照明領域内で1次元
的に照射スポットを走査するもので、図1〜図3におい
て図4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。
【0013】図1は、本例のレーザ加工装置の概略構成
を示し、この図1において、レーザ光源1としては、N
d:YLFレーザ光源、Nd:YAGレーザ光源、又は
アルゴンレーザ光源等が使用される。レーザ光源1がN
d:YLFレーザ光源である場合、レーザビームLBと
しては例えば波長1047nmのレーザ光が使用され
る。一方、観察用の光源13からの照明光ALとしては
近赤外光又は可視光が使用される。そして、ダイクロイ
ックミラー3はレーザビームLBを反射して、照明光A
Lを透過される特性を有する。そして、本例では、ダイ
クロイックミラー3と集光レンズ7との間に、偏光ビー
ムスプリッタ4、レーザビームLBの波長を基準とした
1/4波長板5、及びレーザビームLB及び照明光AL
の照射位置を1次元的に変えるガルバノメータスキャナ
(即ち、所謂ガルバノミラー)6を配し、XYステージ
9上にスポット位置検出マーク10を設けてある。更
に、ビームスプリッタ4を透過するスポット位置検出マ
ーク10からの反射ビームの光量を検出する光量検出器
17を設け、この光量検出器17の検出信号を制御系1
8に供給している。その他は図4と同様である。
【0014】図1において、レーザ光源1から射出され
たレーザビームLBは光量調整部2及びダイクロイック
ミラー3を経てビームスプリッタ4に入射する。入射す
るレーザビームLBはビームスプリッタ4に対してS偏
光となる直線偏光であり、レーザビームLBはビームス
プリッタ4で反射され、1/4波長板5により円偏光と
なり、ガルバノメータスキャナ6に入射する。ガルバノ
メータスキャナ6は、集光レンズ7の前側焦点付近に配
置され、ガルバノメータスキャナ6により、レーザビー
ムLBの集光レンズ7の光軸AXに対する傾斜角θ(即
ち、入射角)を連続的に変えることにより、集光レンズ
7から射出されるレーザビームLBの照射位置(像高)
を連続的に変化させる。これにより、レーザビームLB
の集光スポットが被加工物8上を走査する。但し、通常
レーザ光源1は消灯しており、レーザビームLBの照射
位置が所望の加工点に達した時点でレーザ光源1が発光
するようになっている。制御系18がガルバノメータス
キャナ6及びXYステージ9の動作を制御して、照射ス
ポットの位置を制御する。
【0015】なお、集光レンズ7の光軸AXに平行にZ
軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に平行にX
軸を、図1の紙面に垂直にY軸を取る。この場合、ガル
バノメータスキャナ6によるレーザビームの照射スポッ
トの走査方向がX方向となっている。被加工物8が載置
されるXYステージ9上には、レーザビームLBに対す
る反射率の高いスポット位置検出マーク10が設けられ
ており、次に説明するようにこのスポット位置検出マー
ク10を用いてガルバノメータスキャナ6によるレーザ
スポットの移動量とガルバノメータスキャナ6の回転角
との関係が求められる。
【0016】即ち、制御系18の指令によりレーザビー
ムLBの照射スポットをある位置で固定した状態で、X
Yステージ9を移動させて、スポット位置検出マーク1
0がレーザビームLBを横切るようにする。スポット位
置検出マーク10からの反射ビームは、集光レンズ7及
びガルバノメータスキャナ6を経由して1/4波長板5
に入射する。円偏光である反射ビームは1/4波長板5
によりビームスプリッタ4に対してP偏光の直線偏光と
なり、ビームスプリッタ4を透過して光量検出器17に
入射し、光量検出器17で反射ビームの光量が計測され
る。計測された情報は制御系18に供給され、その計測
値及びそのときのXYステージ9の移動座標とに基づい
て、ガルバノメータスキャナ6によるレーザビームLB
の照射スポット移動量とガルバノメータスキャナ6の回
転角、即ち集光レンズ7に対するレーザビームLBの入
射角との関係が制御系18により求められる。なお、ガ
ルバノメータスキャナ6は制御系18から供給される計
数データ(以下、「駆動カウント値」と呼ぶ)に応じた
回転角に設定されるので、制御系18ではその駆動カウ
ント値と照射スポットの光軸AXからの移動量との関係
を求めて記憶する。
【0017】XYステージ9に載置された被加工物8の
加工状況を観察する照明系においては、ハロゲンランプ
等の光源13からの広帯域の照明光ALがハーフミラー
14を介してダイクロイックミラー3に向かい、ダイク
ロイックミラー3を透過した照明光ALのほぼ1/2の
光量が、偏光ビームスプリッタ4で反射されて1/4波
長板5に入射する。
【0018】1/4波長板5は、レーザビームLBの波
長に対応する波長板であり、且つ照明光ALは広帯域で
あるため、大部分の照明光ALは1/4波長板5を透過
しても完全な円偏光になることなくガルバノメータスキ
ャナ6に入射し、ガルバノメータスキャナ6でレーザビ
ームLB同様にその光路が変えられ、集光レンズ7に入
射する。集光レンズ7で集光された照明光ALは、被加
工物8上でレーザビームLBの照射スポットを含む領域
に照射される。被加工物8で反射された照明光ALは、
集光レンズ7、及びガルバノメータスキャナ6を経て1
/4波長板5に戻される。反射された照明光ALは、1
/4波長板5で完全な直線偏光に戻されることなくビー
ムスプリッタ4に入射し、ほぼ1/2の光量がビームス
プリッタ4で反射され、その後ダイクロイックミラー3
を透過してハーフミラー14に戻る。そして戻された照
明光ALはその1/2がハーフミラー14を透過して2
次元CCDよりなる撮像素子15に入射し、撮像素子1
5で撮像信号に変換される。撮像信号はテレビモニタ1
6に供給され、撮像素子15からの撮像信号に基づき被
加工物8上の照明領域の像がテレビモニタ16に映し出
される。即ち、集光レンズ7は照明光ALに対しては対
物レンズとして作用する。
【0019】次に、本例のレーザ加工装置の加工動作に
ついて図2を参照して説明する。図2は、本例における
被加工物10上でのレーザビームLBの照射スポット
(以下、「加工レーザスポット」という)の軌跡の一例
を示す図であり、XYステージ9のY方向への移動とガ
ルバノメータスキャナー6によるX方向への走査とによ
り加工レーザスポットを制御して加工が行われる。この
図2において、実線の矢印21はXYステージ9の動き
を示し、Y1 〜Y4 はそれぞれ加工レーザスポットのあ
る位置のY方向の座標を示す。また、点線の矢印22は
加工レーザスポットの軌跡を示すもので、P1 〜P14
それぞれ加工点を示す。
【0020】図2(a)は、Y方向の各位置において複
数の走査点がある例を示し、この図2(a)において、
XYステージ9を先ず位置Y1 で停止させ、ガルバノメ
ータスキャナー6でレーザ照射位置を走査して加工点P
1 〜P3 でレーザ光源1を発光させて加工を行い、次に
XYステージを位置Y2 で停止させ、同様に加工点P 4
〜P7 を加工し、次にXYステージを位置Y3 で停止
し、加工点P8 〜P10を加工する。最後にXYステージ
を位置Y4 で停止し、加工点P11〜P14を加工する。X
Yステージ9が位置Y1 ,Y2 ,Y3 ,Y4 で停止する
前に、即ち、XYステージ9の移動中にガルバノメータ
スキャナー6をそれぞれ加工する最初の加工点P1 ,P
4 ,P8 ,P11に位置決めしておき、加工時間の短縮を
はかっている。
【0021】例えば図2(a)において加工点P3 及び
4 のX座標をそれぞれX3 及びX 4 とすると、XYス
テージ9が位置Y1 からY2 へ移動を開始すると同時に
ガルバノメータスキャナ6により位置X3 からX4 への
X方向の走査を開始し、XYステージ9が位置Y2 に到
着する前に、即ち、XYステージ9のY座標がYM で、
レーザビームLBの照射位置が中間点PM に達するとガ
ルバノメータスキャナ6によるX方向への走査が終了し
ている。
【0022】図2(b)は、Y方向の各位置においてそ
れぞれ走査点が1箇所しかない例を示し、この図2
(b)においてXYステージ9のY方向の各位置にはそ
れぞれ1箇所ずつの加工点P15〜P18があるだけで、こ
の場合には、XYステージ9を殆ど止めることなく加工
することができる。次に、ガルバノメータスキャナ6に
よる加工レーザスポットの移動量とガルバノメータスキ
ャナ6の駆動カウント値との関係を求める方法について
図3を参照して説明する。
【0023】図3(a)は、図1のXYステージ9の一
部を拡大した断面図を示し、この図3(a)に示すよう
に加工レーザスポット25をある位置で固定させ、XY
ステージ9をX方向に移動させてスポット位置検出マー
ク10をレーザビームLBに対して走査する。スポット
位置検出マーク10で反射した反射ビームは図1の光量
検出器17に入射する。
【0024】図3(b)は、光量検出器17に入射する
光量IとXYステージ9のX方向の座標値との関係を示
す図で、横軸はX座標、縦軸は光量Iを表す。この図3
(b)に示されるように、光量を示す曲線26はX座標
がx1 を中心とする凸状の曲線となり、その中点のX座
標x1 が加工レーザスポット25のX座標となる。以上
のような方法でガルバノメータスキャナ6の回転角(駆
動カウント値)を変更して加工レーザスポットの位置を
移動させ、そのときのガルバノメータスキャナ6による
スポットの移動量とガルバノメータスキャナ6の駆動カ
ウント値とを測定する。そしてこれを走査範囲(−M〜
+M)内の複数の加工レーザスポットにおいて測定を行
い両者の関係を求める。
【0025】図3(c)は、ガルバノメータスキャナ6
による加工レーザスポットの移動量とガルバノメータス
キャナ6の駆動カウント値との関係を表す図を示し、横
軸は加工レーザスポットの所定位置からの移動量ΔX、
縦軸はガルバノメータスキャナ6の駆動カウント値Sを
表す。この図3(c)において、曲線27は上記方法に
より測定された複数のポイント同士をつないで曲線で表
したものであり、その両端付近を除き、スポット移動量
が−Mのとき駆動カウント値が0、スポット移動量が+
Mのとき駆動カウント値がS1 のほぼ1次の直線で表わ
される。このガルバノメータスキャナ6によるスポット
移動量と駆動カウント値との関係は制御系18に供給さ
れ、それに基づいて制御系18によりガルバノメータス
キャナ6が制御される。また、制御系18により、この
曲線27に基づいて、レンズ収差等による駆動カウント
値とスポット移動量との非線形性が補正され、制御系1
8の制御により正確な加工が行われる。
【0026】以上のような構成を有する本例のレーザ加
工装置によれば、駆動負荷が小さいビーム走査機構を加
えることにより加工用のレーザビームLBを高速に走査
できる。従って高速に加工を行うことができる。また、
XYステージ9がY方向の移動により次のY方向の位置
に達する前にガルバノメータスキャナ6によるX方向の
走査が終了しているため、加工速度が向上する。更に、
1次元の走査に限定しているため、加工制御が容易であ
る。また、レンズの収差等による影響を考慮して、走査
範囲内で加工レーザスポットの位置補正を行うため、高
精度で加工することができる。
【0027】なお、上述実施例では、ガルバノメータス
キャナ6によりレーザビームLBの照射スポットを1次
元的に走査しているが、2次元的に走査してもよい。ま
た、ガルバノメータスキャナ6の代わりに、例えば回転
駆動されるポリゴンミラー等を使用してもよい。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。
【0028】
【発明の効果】本発明のレーザ加工装置によれば、駆動
負荷が大きいステージ(XYステージ)の移動に代えて
駆動負荷が小さいレーザビームの走査手段(ガルバノメ
ータスキャナ)を加えることによりレーザビームを高速
で走査することができる。従って、高速でレーザ加工を
行うことができる。更に、走査手段が集光レンズと光源
との間に配置されているため、集光レンズから射出され
たレーザビームを偏向させるよりも光学系が小型化でき
る利点がある。
【0029】また、走査手段が、ガルバノメータスキャ
ナである場合には、構造的に簡単であるばかりでなく応
答速度が速い。更に、1次元の走査に限定した場合に
は、加工制御が容易である。また、走査手段によるレー
ザビームの入射角の変化量と、レーザビームの被加工物
上での集光スポットの位置との関係を求めるビーム位置
検出手段を有する場合には、ビーム位置検出手段により
求めた関係に基づきレーザビームの入射角の変化量を制
御することにより、集光レンズの収差等が存在しても被
加工物上での集光スポットの位置を正確に制御すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザ加工装置の一実施例を示す
概略構成図である。
【図2】(a)はX方向に複数の加工点がある場合のレ
ーザ加工装置によるレーザスポットの軌跡の例を示す
図、(b)はそれぞれX方向に1箇所だけの加工点があ
る場合のレーザスポットの軌跡を示す図である。
【図3】(a)は図1のレーザ加工装置のXYステージ
9の一部の拡大断面図、(b)は位置検出マーク10か
らの反射光量とXYステージ9のX方向の位置との関係
を示す図、(c)は加工レーザスポットの移動量とガル
バノメータスキャナーの駆動カウント値との関係を示す
図である。
【図4】従来のレーザ加工装置の一例を示す概略構成図
である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 LB レーザビーム 2 光量調整部 3 ダイクロイックミラー 4 偏光ビームスプリッタ 5 1/4波長板 6 ガルバノメータスキャナ 7 集光レンズ 8 被加工物 9 XYステージ 10 スポット位置検出マーク 11 光量検出器 13 照明用の光源 AL 照明光 14 ハーフミラー 15 撮像素子 16 テレビモニタ 17 光量検出器 18 制御系

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビームを発生する光源と、前記レ
    ーザビームを被加工物上に集光する集光レンズと、前記
    被加工物を2次元的に位置決めするステージと、を有す
    るレーザ加工装置において、 前記光源と前記集光レンズとの間に、前記レーザビーム
    の前記集光レンズに対する入射角を変化させる走査手段
    を設け、前記ステージの移動及び前記走査手段による走
    査とを組み合わせて、前記被加工物上で前記レーザビー
    ムの集光スポットの位置を2次元的に制御することを特
    徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 前記走査手段は、ガルバノメータスキャ
    ナであることを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装
    置。
  3. 【請求項3】 前記走査手段による前記レーザビームの
    入射角の変化量と、前記レーザビームの前記被加工物上
    での集光スポットの位置との関係を求めるビーム位置検
    出手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の
    レーザ加工装置。
JP6276201A 1994-11-10 1994-11-10 レーザ加工装置 Withdrawn JPH08132266A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207914A (ja) * 2010-06-14 2010-09-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ加工制御装置及びレーザ加工制御方法
KR101483350B1 (ko) * 2010-05-10 2015-01-16 프레시텍 옵트로닉 게엠베하 작업 거리의 현장 측정을 이용한 재료 가공 장치
JP2016032832A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 株式会社キーエンス レーザ加工装置

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