WO1998023406A1

WO1998023406A1 - Procede et dispositif pour le marquage au laser et procede d'activation pour element a cristaux liquides

Info

Publication number: WO1998023406A1
Application number: PCT/JP1997/004337
Authority: WO
Inventors: Teiichiro Chiba; Tsuyoshi Okubo; Yukihiko Sugimoto
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1998-06-04
Also published as: US6184917B1; JPH10156561A

Description

明細書

レーザマ—キング方法および装置および液晶素子の駆動方法

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 I C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。

背景技術

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、レ一ザマーカが着目されている。

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一ザビームによって I C などの被加ェ物上に前記刻印パターンをマ一キングする。

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。

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遅く、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。

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、問題のなレ、環境が整いつつある。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、液晶温度の変化に対応して液晶透過率が大きく変化する領域の電圧値 Vaに設定するようにしていた。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。

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。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、液晶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とともに、外部環境温度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るレーザマーキング方法および装置を提供することを目的とする。

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。

発明の開示

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一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ェ物をマ一キングするレーザマ一キング装置において、前記液晶マスクを室温より高レ、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。

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一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、レ一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 —ザマ一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レ、。

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、レーザマー力に必須のレーザビーム自体を利用するようにした。

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。

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。

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。

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 ：レ一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

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

た実験結果を示す図。

図 1 0 ：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ヤ一 h o

図 1 1 ：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ヤ一ト。

発明を実施するための最良の形態

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。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 8 0 ° 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 8 0 ° C〜 1 2 0 ° C程度に高温状態に設定するようにする。

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る。

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。

図 4において、 YAGレーザなどのレーザ発振器 1から発振されたレ一ザ光は、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―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 ライン分主走査する。

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。

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、マ一力コント口一ラ 1 0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、マ一力コントローラ 1 0内のメモリには、例えば縦 1 2 8 ドット X横 2 5 6 ドッ卜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 X 2 5 6 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 1 0内のメモリに記憶された刻印パターンは縦に 1 6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。

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、ポリゴンミラ一 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一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。

次に、図 4において、液晶マスク 4を通過したレ一ザ光は、 Y方向偏向器としてのミラ一 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 I C等の被加工物 1 1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 1 1に刻印される。 Y方向偏向器としてのミラー 7はモータ 1 2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 1 3による移動テープノレ 1 4の移動によってレ一ザ光を X方向に偏向する。これらミラ一 7及びレンズ 8はレーザビームの被加工物 1 1に対する位置合わせの為に設けられている。マーカコントロ一ラ 1 0は、ポリゴンミラー用モータ 5、モータ 1 2およびモータ 1 3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 1 0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。

I C等の被加工物 1 1は搬送装置 1 5のステージ 1 6上に載置されており、駆動モータの 1 7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 1 5は、搬送コントロ一ラ 1 8によって制御されている。

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。

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 2 0と、パターン表示領域を冷却するための冷却ファン 2 1が配設されている。温度センサ 2 0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 2 4はこの検出値を図 4のマ一カコントロ一ラ 1 0に出力する。 2 2 は、リレー、 2 3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ツタ 2 5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、レ一ザビームが被加工物 1 1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。

次に、図 8は 5つの異なる温度下（k， k- 20, 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ィ匕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、 Δ Τ 1を Vaでの液晶透過率のばらつき幅とし、 Δ TOを電圧 Vbでの液晶透過率のばらつき幅とすると、 Δ Τ0く Δ Τ 1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。図 9は、 6つの異なる液晶温度下（2 5 ° C、 6 0 ° C、 8 0 ° C、 1 0 0 ° C I 1 0 ° C、 1 2 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、 5 0 V〜7 0 V程度の値に設定する。

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、温度変化が厳しレ、状況下でも刻印品質を均一にすることができる。

以下、図 1のタイムチヤ一ト、図 1 0および図 1 1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 1 0は、レ

—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 1 1は被加工物 1 1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。

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、 1 10) 。自動運転モ一ドとは、レーザマーカが自動的に運転するモ一ドである。

自動運転モードが選択されると、マ一力コントローラ 10は図 6に示したメカシャツタ 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 1 1に到達しないようにする（ステップ 1 20、 130) 。次に、マ一力コントローラ 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つてレーザ発振器 1およびポリゴンミラー用モータ 5を駆動制御してレ一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 1 10° 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。

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 1 10° 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一力コント口ーラ 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ツタ 25を開にする（ステップ 1 70、 180) 。そして、マーカコントローラ 10は、搬送コントロ一ラ 1 8 に対してマーカ待機中信号を送出する（ステップ 190) 。このマ一力待機中信号は、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。

なお、このような搬送コント口一ラ 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 T JP をモニタしており、搬送コントローラ 1 8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 8 0 ° C ) 以下になつた場合には、温度下限警報信号をオンにする（ステップ 2 1 0 ) 。温度下限警報信号がオンになると、マ一力コントローラ 1 0はマーカ待機中信号をオフにした後（ステップ 2 4 0 ) 、手順をステップ 1 2 0に移行させて再度プリヒート動作を実行させる。

一方、搬送コントローラ 1 8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 1 0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、ポリゴンミラ一用モータ 5、モータ 1 2およびモータ 1 3 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 2 2 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 2 4から温度下限警報信号が入力されると（ステップ 2 3 0、通常状態では発生しない）、マー力コントローラ 1 0はマーカ待機中信号をオフにした後（ステップ 2 4 0 ) 、手順をステップ 1 2 0に移行させて再度プリヒート動作を実行させる。

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 1 1 5 ° C ) を超えた場合は（図 2ステップ 3 0 0 ) 、温度コントローラ 2 4は、液晶温度が上記上限値 Tubを下回るまで冷却ファン 2 1を駆動する（ステツプ 3 1 0 ) 。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 2 4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一ラ 1 0によってマーカ待機中信号がオフにされる（ステツプ 3 2 0〜 3 4 0 ) 。

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、レーザマ一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。

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レ、。

産業上の利用可能性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 I Cなどの被加工物に前記刻印バタ

—ンをマーキングするレ一ザマーキング装置において、液晶マスクの応答速度を向上させる。

Claims

請求の範囲

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查させ、該液晶マスクを通過したレーザビームによって被加ェ物をマーキングするレーザマ一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 . 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の範囲第 1項記載のレーザマーキング方法。

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一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 . 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

を具える請求の範囲第 3項記載のレーザマーキング装置。

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の範囲第 4項記載のレーザマーキング装置。

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、

を更に有する請求の範囲第 5項記載のレーザマーキング装置。

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の範囲第 6項記載のレーザマーキング装置。

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の範囲第 3項記載のレーザマーキング装置。

9 . 液晶の温度が変化してもォン透過率が殆ど変化しなレ、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。