JPH10156561A - レーザマーキング方法および装置および液晶素子の駆動方法 - Google Patents

レーザマーキング方法および装置および液晶素子の駆動方法

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JPH10156561A
JPH10156561A JP8319833A JP31983396A JPH10156561A JP H10156561 A JPH10156561 A JP H10156561A JP 8319833 A JP8319833 A JP 8319833A JP 31983396 A JP31983396 A JP 31983396A JP H10156561 A JPH10156561 A JP H10156561A
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liquid crystal
crystal mask
marking
laser beam
temperature
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JP8319833A
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Teiichiro Chiba
貞一郎 千葉
Takeshi Okubo
毅 大久保
Yukihiko Sugimoto
幸彦 杉本
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks

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Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶素子の応答速度を向上させてレーザマーキ
ング作業の効率を向上させる。 【解決手段】所要の刻印パターンが表示された液晶マス
ク上にレーザビームを走査させ、該液晶マスクを通過し
たレーザビームによって被加工物をマーキングするレー
ザマーキング方法において、前記液晶マスクを室温より
高い所定の高温状態に維持し、該高温状態でレーザビー
ムによるマーキング動作を行わせるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は所要の刻印パター
ンが表示された液晶マスク上にレーザビームを走査さ
せ、該液晶マスクを通過したレーザビームによってIC
などの被加工物に前記刻印パターンをマーキングするレ
ーザマーキング方法及び装置に関し、特に前記液晶マス
クの応答速度を向上させるための改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】】半導
体製造過程において、製造した半導体装置に製品の番号
や識別記号などのマークを刻印する技術として、レーザ
マーカが着目されている。
【0003】このレーザマーカにおいては、所要の刻印
パターンが表示された液晶マスク上にレーザビームを走
査させ、該液晶マスクを通過したレーザビームによって
ICなどの被加工物上に前記刻印パターンをマーキング
する。
【0004】従来、液晶マスクを駆動する際には、液晶
マスク回路基板の液晶自体の温度特性、回路基板上の周
辺回路の温度特性などを考慮して、液晶の動作周囲温度
を室温程度に設定するようにしていた。
【0005】このように従来技術では、液晶マスクを室
温程度の動作温度範囲で駆動するようにしていたので、
液晶素子の応答速度が今一つ向上せず、このため、刻印
パターンの切替えの際に時間がかかり、レーザマーキン
グの作業効率が今一つ向上しないという問題があった。
即ち、液晶素子を室温程度の動作温度範囲で駆動した場
合は、高温下に比べ液晶素子の粘度が上がって応答速度
の低下をもたらしていた。
【0006】なお、昨今、耐熱特性に優れた液晶素子、
周辺回路が提案されており、液晶マスクの動作温度範囲
を室温以上に上げても、問題のない環境が整いつつあ
る。
【0007】次に、図8は、5つの異なる温度下での液
晶駆動電圧Vと液晶透過率との関係を示すもので、従来
は、液晶マスクを駆動する際、液晶駆動電圧(オン電
圧)Vを40V程度の電圧Vaに設定するようにしてい
た。この図8からも判るように、Va程度の駆動電圧で
は、液晶温度が変化するに対応して液晶透過率が大きく
変化する。この為、従来技術では、温度変化に応じて駆
動電圧V自体を増減調整することによって、液晶透過率
をできるだけ一定に保持するようにしていた。
【0008】しかし、このような従来技術による手法で
は、液晶透過率の一定制御にも限界があり、温度変化が
酷な状況下では使用することができない。また、この従
来技術では、透過率一定制御のための回路が余分に必要
になり、コスト及びスペース面でも不利である。
【0009】またこの発明では、温度変化が厳しい状況
下でも、常に透過率を一定にすることができる液晶素子
の駆動方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明で
は、所要の刻印パターンが表示された液晶マスク上にレ
ーザビームを走査させ、該液晶マスクを通過したレーザ
ビームによって被加工物をマーキングするレーザマーキ
ング装置において、前記液晶マスクを室温より高い所定
の高温状態に維持する温度制御手段と、前記高温状態で
レーザビームによるマーキング動作を行わせる制御手段
とを具えるようにした。
【0011】かかる発明によれば、液晶マスクを室温よ
り高い所定の高温状態に維持してレーザマーキング動作
を行わせるようにしたので、液晶の応答速度が向上し、
これにより刻印パターンの切替えの際の時間が短縮さ
れ、レーザマーキング作業の効率を向上させることがで
きる。また、室温よりもかなり高い高温下に液晶マスク
を維持するようにしたので、外部環境温度(室温)の変
化の影響を受けずに、レーザマーキング作業をなし得、
これにより温度変化を受ける程度の電圧に液晶駆動電圧
を設定した場合でも、液晶透過率に大きな悪影響を与え
ない。
【0012】またこの発明では、液晶を高温状態に維持
するための熱源として、レーザマーカに必須のレーザビ
ーム自体を利用するようにした。
【0013】このためこの発明によれば、他の液晶温度
上昇のための熱源を別に用意する必要がなくなり、エネ
ルギーの有効利用ができると共に、低コスト、省スペー
ス化を図ることができる。また、熱集中性の良いレーザ
ビームを利用するようにしたので、液晶マスクの表示領
域のみの温度上に寄与し、周囲部品への熱の影響を少な
くすることができる。
【0014】またこの発明では、液晶の温度が変化して
もオン透過率が殆ど変化しない範囲に駆動電圧を設定
し、この設定した駆動電圧によって液晶素子を駆動する
ようにしている。
【0015】このため、この発明によれば液晶自体の温
度変化あるいは周囲環境温度の変化に対して液晶透過率
の変化が最小限に抑えられ、温度変化が厳しい状況下で
も刻印品質を均一にすることが可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を添付図面
に従って詳細に説明する。
【0017】図2は、液晶素子の温度と応答時間との関
係を示すもので、この図2からも判るように、液晶素子
の応答時間は室温付近から温度が上昇するに伴って徐々
に小さくなり、所定の温度(この場合は80゜C付近)
以上では最小値付近に固定される。本装置では、液晶の
この温度特性を考慮し、常に値Tcより小さな応答時間
を得るべく、液晶の動作温度範囲を80゜C〜120゜
C程度に高温状態に設定するようにする。
【0018】図3は、液晶素子の温度とオフからオンへ
の応答時間との関係および液晶素子の温度とオンからオ
フへの応答時間との関係を示す実験結果であり、オンか
らオフへの応答時間のほうが温度依存性が高いことが判
る。
【0019】図4はこの発明に係るレーザマーキング装
置の全体的な概略的構成を示すものである。
【0020】図4において、YAGレーザなどのレーザ発
振器1から発振されたレーザ光は、光学レンズ2によっ
て整形された後、X方向偏向器としてのポリゴンミラー
3を介して液晶マスク4に入射される。ポリゴンミラー
3は、この場合、モータ5の回転によってレーザビーム
を液晶マスク4のパターン表示領域6上を図示X方向に
走査するよう機能し、レーザビームが多面体ミラーの1
面で反射されることによりパターン表示領域上を1主走
査する。
【0021】液晶マスク4は、高熱に対する耐久性のあ
る高分子液晶マスクであり、パターン表示領域の周囲に
は液晶を駆動するための各種周辺回路(図示せず)が配
置されている。この場合はパターン表示領域6は、電圧
無印加のときにレーザ光散乱状態となり、電圧印加の際
にレーザ光透過状態となる。
【0022】図5(b)は、液晶マスク4のパターン表示
領域6を示すもので、また図5(a)は、マーカコントロ
ーラ10内の図示しないメモリに記憶された刻印パター
ンを示すものである。すなわち、マーカコントローラ1
0内のメモリには、例えば縦128ドット×横256ド
ットで構成される刻印パターンが記憶されるようになっ
ており、また、液晶マスク4のパターン表示領域6は例
えば8×256ドットのライン状の表示エリアで構成さ
れている。したがって、マーカコントローラ10内のメ
モリに記憶された刻印パターンは縦に16分割され、該
分割された各刻印パターンを所定の順番に順次切り換え
て液晶マスク4のパターン表示領域6に表示することに
より、図5(a)に示す表示パターンのマーキングを行
う。
【0023】すなわちこの場合には、液晶マスク4のパ
ターン表示領域6は、ポリゴンミラー3によって走査さ
れるレーザビームの1主走査に対応する幅(縦方向)し
か有しておらず、レーザビームの副走査は行われない。
したがって、この実施例の液晶マスク4によれば、マー
キング中はパターン表示領域6に対して常にレーザビー
ムが照射されていることになるので、パターン表示領域
6がレーザビームの複数の主走査に対応する幅を有する
液晶マスクに比べ、パターン表示領域6を高温に維持す
る面で明らかに有利である。
【0024】次に、図4において、液晶マスク4を通過
したレーザ光は、Y方向偏向器としてのミラー7、レン
ズ8、X方向偏向器である移動テーブル付きのレンズ9
を介してIC等の被加工物11に照射され、これにより
液晶マスク4のパターン表示領域6上に表示された刻印
パターンが被加工物11に刻印される。Y方向偏向器と
してのミラー7はモータ12によって回転駆動されるこ
とによりレーザ光をY方向に偏向し、またX方向偏向器
であるレンズ9はモータ13による移動テーブル14の
移動によってレーザ光をX方向に偏向する。これらミラ
ー7及びレンズ8はレーザビームの被加工物11に対す
る位置合わせの為に設けられている。
【0025】マーカコントローラ10は、ポリゴンミラ
ー用モータ5、モータ12およびモータ13の駆動制御
を行うと共に、レーザ発振器1によるレーザ発振を制御
する。さらに、マーカコントローラ10は、液晶マスク
4上の刻印パターンの表示切り換え制御を実行する。
【0026】IC等の被加工物11は搬送装置15のス
テージ16上に載置されており、駆動モータの17の回
転によって搬送されるようになっている。この場合、搬
送装置15は、搬送コントローラ18によって制御され
ている。
【0027】図6は液晶マスク4の温度制御系の構成を
示すもので、この実施例では液晶マスク4のパターン表
示領域6を高温にするための熱源としては、レーザマー
キング用に使うレーザ発振器1を兼用するようにしてい
る。すなわち、エネルギー集中性の良いレーザビームを
熱源として一定速度での走査を行うことにより、図7に
示すように、パターン表示領域6のみを高温状態にする
とともに(周辺部品への熱影響が少ない)、パターン表
示領域6全体を均一な温度で温度制御することができ
る。
【0028】液晶マスク4の近傍には、パターン表示領
域6の温度を測定するための温度センサ20と、パター
ン表示領域を冷却するための冷却ファン21が配設され
ている。温度センサ20の検出値は温度コントローラ2
4に入力されており、温度コントローラ24はこの検出
値を図4のマーカコントローラ10に出力する。22
は、リレー、23は交流電源である。なお、図6のレー
ザビームの経路途中に配設されているシャッタ25は、
レーザビームを液晶マスク4に照射して液晶マスク4の
温度を上昇させるためのプリヒート動作を行う際、レー
ザビームが被加工物11に照射されないようにレーザビ
ームを遮断するためのものである。
【0029】次に、図8は5つの異なる温度下(k,k-2
0,k-40,k-60,k-80゜C)での液晶素子の駆動電圧Vと液
晶透過率の関係を示すもので、この実施例では液晶の温
度が変化してもオン透過率が殆ど変化しない程度の高い
電圧Vbに液晶駆動電圧を設定し、この設定した駆動電
圧Vbによって液晶素子を駆動する。すなわち、ΔT1を
Vaでの液晶透過率のばらつき幅とし、ΔT0を電圧Vb
での液晶透過率のばらつき幅とすると、ΔT0<ΔT1が
成り立つ領域に液晶のオン電圧を設定するようにする。
【0030】図9は、6つの異なる液晶温度下(25゜
C、60゜C、80゜C、100゜C110゜C、12
0゜C)での、液晶素子の駆動電圧Vと液晶透過率の関
係を示す実験結果であり、この実験結果によればVb
は、50V〜70V程度の値に設定する。
【0031】このように本実施例によれば、液晶の温度
が変化してもオン透過率が殆ど変化しない程度の高い電
圧Vbに液晶駆動電圧を設定するようにしているので、
液晶自体の温度変化あるいは周囲環境温度の変化に対し
て液晶透過率の変化を最小限に抑えることができ、温度
変化が厳しい状況下でも刻印品質を均一にすることがで
きる。
【0032】以下、図1のタイムチャート、図10およ
び図11のフローチャートに従ってレーザマーキングの
際の液晶の温度制御に関して説明する。なお、図10
は、レーザマーキングを行う際の温度制御を全体的に示
すもので、図11は被加工物11に対してレーザマーキ
ング動作を実際に行っている最中での温度制御を示すも
のである。
【0033】まず、オペレータは、レーザマーキング動
作を行うに先立ち、ランプを点灯するとともに、自動運
転モードを選択する(ステップ100、110)。自動
運転モードとは、レーザマーカが自動的に運転するモー
ドである。
【0034】自動運転モードが選択されると、マーカコ
ントローラ10は図6に示したメカシャッタ25を閉に
してレーザ発振器1から発振されたレーザビームが搬送
装置15上の被加工物11に到達しないようにする(ス
テップ120、130)。
【0035】次に、マーカコントローラ10は、オペレ
ータによって設定されたプレヒート用の刻印条件データ
をロードし(ステップ140)、このロードした条件に
従ってレーザ発振器1およびポリゴンミラー用モータ5
を駆動制御してレーザビームを液晶マスク4のパターン
表示領域6に照射することによりパターン表示領域6の
温度を所定の高温温度Tua(図1参照、この場合は11
0゜C)まで上昇させるプリヒート動作を実行する(ス
テップ150、図1のプリヒート期間)。なお、プリヒ
ート動作の際、液晶マスク4のパターン表示領域6は、
レーザビームを透過させない非透過状態にする。このよ
うなプリヒート動作によって液晶温度は徐々に上昇して
いくことになる。
【0036】温度制御コントローラ24は、温度センサ
20の検出値によって液晶温度が110゜C以上になっ
たことを検出すると、プリヒート終了信号をマーカコン
トローラ10に出力する(ステップ160)。これによ
り、マーカコントローラ10はレーザビームを停止さ
せ、さらに前記メカシャッタ25を開にする(ステップ
170、180)。そして、マーカコントローラ10
は、搬送コントローラ18に対してマーカ待機中信号を
送出する(ステップ190)。このマーカ待機中信号
は、レーザマーカ側がいつでもマーキング可能な状態で
あることを示しており、かつ搬送コントローラ18側か
らのマーキング要求を受け付けることができることを示
している。
【0037】なお、このような搬送コントローラ18側
からのマーキング要求信号の入力待ちの際、温度制御コ
ントローラ24は温度センサ20の検出値によって液晶
温度をモニタしており、搬送コントローラ18側からの
マーキング要求信号の入力が遅れるなどして液晶温度が
下限値Td(図1参照、この場合は80゜C)以下にな
った場合には、温度下限警報信号をオンにする(ステッ
プ210)。温度下限警報信号がオンになると、マーカ
コントローラ10はマーカ待機中信号をオフにした後
(ステップ240)、手順をステップ120に移行させ
て再度プリヒート動作を実行させる。
【0038】一方、搬送コントローラ18からのマーキ
ング要求が入力されると、マーカコントローラ10は、
レーザ発振器1の発振制御、液晶マスク4上の刻印パタ
ーンの表示切り換え制御、ポリゴンミラー用モータ5、
モータ12およびモータ13の駆動制御を行うことによ
り、レーザマーキング動作を実行する(ステップ22
0)。このレーザマーキング動作の最中にも、温度コン
トローラ24から温度下限警報信号が入力されると(ス
テップ230、通常状態では発生しない)、マーカコン
トローラ10はマーカ待機中信号をオフにした後(ステ
ップ240)、手順をステップ120に移行させて再度
プリヒート動作を実行させる。
【0039】また、レーザマーキング中に、液晶温度が
所定の上限値Tub(図1参照、この場合は115゜C)
を超えた場合は(図2ステップ300)、温度コントロ
ーラ24は、液晶温度が上記上限値Tubを下回るまで冷
却ファン21を駆動する(ステップ310)。なお、前
述したように、レーザマーキング中に液晶温度が下限値
Tdを下回った場合、温度制御コントローラ24は温度
下限警報信号をオンにし、この結果マーカコントローラ
10によってマーカ待機中信号がオフにされる(ステッ
プ320〜340)。
【0040】なお、実施例では、液晶マスクを高温にす
るための熱源として、レーザマーキング用のレーザ発振
器を利用するようにしたが、他の熱源を用いるようにし
てもよい。
【0041】また、実施例では、液晶マスクのパターン
表示領域は、レーザ1主走査分に対応する幅を有するも
のとしたが、数本分の主走査線に対応する幅を有するも
のを採用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザマーキングを行う際の温度制御を示すタ
イムチャート。
【図2】液晶温度と液晶応答時間の関係を示すグラフ。
【図3】液晶温度と液晶応答時間の実験結果を示すグラ
フ。
【図4】レーザマーキング装置の全体的構成を示す図。
【図5】液晶マスクのパターン表示領域サイズと全刻印
パターンサイズの関係を示す図。
【図6】液晶マスクの温度制御系の構成を示す図。
【図7】液晶マスクのパターン表示領域の温度分布を示
す図。
【図8】液晶駆動電圧と液晶透過率の関係を液晶温度を
パラメータとして示した図。
【図9】液晶駆動電圧と液晶透過率の関係を液晶温度を
パラメータとして示した実験結果を示す図。
【図10】レーザマーキングを行う際の温度制御を全体
的に示すフローチャート。
【図11】レーザマーキング動作を実際に行っている最
中での温度制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…レーザ発振器 2…光学レンズ 3…ポリゴンミラー 4…液晶マスク 6…パターン表示領域 7…Y方向偏向器 9…レンズ 10…マーカコントローラ 11…被加工物 15…搬送装置 16…移動ステージ 18…搬送コントローラ 20…温度センサ 21…冷却ファン 22…リレー 23…電源 24…温度コントローラ 25…メカシャッタ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所要の刻印パターンが表示された液晶マス
    ク上にレーザビームを走査させ、該液晶マスクを通過し
    たレーザビームによって被加工物をマーキングするレー
    ザマーキング方法において、 前記液晶マスクを室温より高い所定の高温状態に維持
    し、該高温状態でレーザビームによるマーキング動作を
    行わせるようにしたレーザマーキング方法。
  2. 【請求項2】マーキング動作に先立ち液晶マスクにレー
    ザビームを照射するプリヒート動作を行うことにより、
    前記液晶マスクを高温状態にするようにしたことを特徴
    とする請求項1記載のレーザマーキング方法。
  3. 【請求項3】所要の刻印パターンが表示された液晶マス
    ク上にレーザビームを走査させ、該液晶マスクを通過し
    たレーザビームによって被加工物をマーキングするレー
    ザマーキング装置において、 前記液晶マスクを室温より高い所定の高温状態に維持す
    る温度制御手段と、 前記高温状態でレーザビームによるマーキング動作を行
    わせる制御手段と、 を具えるレーザマーキング装置。
  4. 【請求項4】前記温度制御手段は、 マーキング動作に先立ち液晶マスクにレーザビームを照
    射して液晶マスクを前記高温状態にするプリヒート動作
    を行うプリヒート制御手段を具える請求項3記載のレー
    ザマーキング装置。
  5. 【請求項5】前記プリヒート制御手段は、マーキング動
    作とマーキング動作の間の時間に、液晶マスクが高温状
    態における所定の下限温度を下回ると、前記プリヒート
    動作を行うものである請求項4記載のレーザマーキング
    装置。
  6. 【請求項6】前記温度制御手段は、 前記液晶マスクを冷却する液晶マスク冷却手段と、 マーキング動作中、液晶マスクが高温状態における所定
    の上限温度を超えると、液晶マスクがこの上限温度を下
    回るまで前記液晶マスク冷却手段を駆動する冷却制御手
    段と、 を更に有する請求項5記載のレーザマーキング装置。
  7. 【請求項7】前記液晶マスク冷却手段は、液晶マスクに
    対して送風する冷却ファンである請求項6記載のレーザ
    マーキング装置。
  8. 【請求項8】前記液晶マスクは、レーザビームの1主走
    査分に対応する表示領域を有するものであり、 複数の主走査分の刻印パターンを1主走査分単位に分割
    し、該分割した刻印パターンを順次切り換えて前記液晶
    マスクに表示させる切替え表示制御手段を具える請求項
    3記載のレーザマーキング装置。
  9. 【請求項9】液晶の温度が変化してもオン透過率が殆ど
    変化しない範囲に駆動電圧を設定し、この設定した駆動
    電圧によって液晶素子を駆動するようにした液晶素子の
    駆動方法。
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