【発明の詳細な説明】 本発明は、全自動レーザ加工装置に関し、特
に、一個の加工対象物に加工部分が複数個存在し
かつ多種類の加工形状が要求される場合に有効な
システムに係るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fully automatic laser processing device, and particularly to a system that is effective when a single workpiece has a plurality of processing parts and a wide variety of processing shapes are required. It is something.
レーザ加工技術の研究・開発が始められた当初
から、レーザ加工の特長の一つとして、非接触且
つ空気中での加工が可能で加工機の自動省力化が
容易であるといわれ、各種の自動化されたレーザ
加工機が開発されてきた。このような装置は例え
ば、抵抗や周波数の調整を行なうトリマや、シリ
コンウエハやセラミツク基板を加工するスクライ
バや、ルビーの穴あけ加工機、各種溶接機等であ
る。ところで、これらのレーザ加工機で加工する
部分は、被加工物の外形から定められる特定の位
置と大きさをもつた部分か、この特定位置から一
定の繰り返し周期で表われる位置での同様の大き
さをもつた部分であり、その加工部分へレーザ光
が照射される精度も最も厳しいものでも±５ミク
ロン程度のもので十分であつた。このためレーザ
加工機を構成する自動テーブルの機構精度と数値
制御で加工精度を達成することができた。 Since the beginning of research and development of laser processing technology, it has been said that one of the features of laser processing is that it is possible to perform non-contact processing in the air, making it easy to automatically save labor in processing machines, and various types of automation have been developed. Laser processing machines have been developed. Examples of such devices include trimmers that adjust resistance and frequency, scribers that process silicon wafers and ceramic substrates, ruby drilling machines, and various welding machines. By the way, the parts processed by these laser processing machines either have a specific position and size determined from the outer shape of the workpiece, or they have similar sizes at positions that appear at a certain repeating period from this specific position. The laser beam is irradiated to the processed portion with a precision of approximately ±5 microns at the most severe level, which is sufficient. For this reason, we were able to achieve high processing accuracy through mechanical precision and numerical control of the automatic table that makes up the laser processing machine.
また、上述のような被加工物では加工点に対す
る目合せも、加工開始前に一度行なうだけでよく
その後は数値制御により自動的に加工を行なうこ
とができるため、目合せに関する自動化は経済面
からもさほど利点はなくあまり普及していない。
また、一部で採用されている自動目合せも、目合
せ用のパターンに対してレーザ加工の開始前に一
度行なうだけで、各々の加工点に対してその都度
目合せを行なうことはできない。 In addition, for the workpieces mentioned above, alignment to the machining point only needs to be done once before the start of machining, and the process can then be performed automatically using numerical control, so automation of alignment is economical. It does not have many advantages and is not very popular.
Further, automatic alignment, which is adopted in some cases, is only performed once on the alignment pattern before starting laser processing, and cannot be performed on each processing point each time.
ある決つた周期の繰り返しで表われるような加
工位置でない場合、すなわち任意の加工点におけ
る加工の大きさが±５ミクロン程度の誤差が許容
される場合には、従来のような数値制御による方
法が採用でき、位置データを制御部に入力するこ
とにより位置決めが可能である。しかし加工部分
の大きさが５ミクロン以下であり、かつ、加工部
分の極く近傍に加工したくない部分がある場合に
は、従来の数値制御による精度では実現が困難で
ある。 If the machining position is not one that appears in a repeating cycle, that is, if the machining size at any given machining point can have an error of about ±5 microns, conventional numerical control methods are recommended. Positioning is possible by inputting position data to the control unit. However, if the size of the part to be machined is 5 microns or less and there is a part that is not desired to be machined very close to the part to be machined, it is difficult to achieve this with the precision achieved by conventional numerical control.
次に、レーザによる加工形状について考えてみ
る。先に述べたスクライバや、穴あけ加工機、溶
接機等の現在自動化が進んでいるレーザ加工機の
加工対象物は、一度加工条件を設定すると、ほぼ
そのままの加工条件を保つてレーザ加工を行な
う。一方、レーザトリマは、素子の電気的特性を
測定しながらレーザ加工を行ない目標値に到達し
たところで加工を停止するため、加工形状は各部
異なつているが、レーザトリマの加工法は、一定
の集束スポツトを線上に連続的に照射し、この線
の長さを制御しながら調整作業を行なうものであ
るから、レーザが照射され加工される点は常に同
じ形状である。 Next, let's consider the shape processed by laser. Once the processing conditions are set for the workpieces of laser processing machines, which are currently highly automated, such as the aforementioned scribers, drilling machines, and welding machines, laser processing is performed while maintaining almost the same processing conditions. On the other hand, a laser trimmer performs laser processing while measuring the electrical characteristics of the element and stops processing when the target value is reached, so the processing shape is different for each part, but the processing method of a laser trimmer is to focus on a fixed focal spot. Since the laser beam is continuously irradiated onto a line and the adjustment work is performed while controlling the length of the line, the point that is irradiated with the laser and processed is always in the same shape.
ところで、フオトマスク上のパターンや、集積
回路パターンの導電体配線の線幅は、狭いもので
2.5ミクロン程度のものがあり、素子の高密化と
共に益々狭くなつていく傾向にある。また、線と
線の間隙も線幅と同程度である。また、大きいも
のでは100ミクロンかそれ以上のものがある。こ
のような線幅が異なる部分のレーザ加工を一連の
加工過程の中で行なうためには、レーザ加工すべ
き範囲を必要に応じて、その都度調整することが
必要である。このようなレーザ加工法は、従来フ
オトマスク製造時に生じる残留欠陥の修正用加工
機として実用化されている。この場合、目合せ精
度およびレーザ加工範囲の精度を極めて高くする
ことが必要であるため、最終的な目合せ作業や加
工範囲の設定作業は、加工対象物の大きさ、位置
等を顕微鏡で確認しながら作業者の手によつて行
なわれている。このため一点の加工を行なうため
の所要時間は１〜２分で、通常100〜500個所修正
する必要あるため１個のマスクにつき２〜10時間
も要している。 By the way, the line width of the pattern on a photomask or the conductor wiring of an integrated circuit pattern is narrow.
They are around 2.5 microns, and they tend to become narrower as devices become denser. Further, the gap between lines is also approximately the same as the line width. There are also larger ones of 100 microns or more. In order to laser-process portions having different line widths in a series of processing steps, it is necessary to adjust the range to be laser-processed each time as necessary. Such a laser processing method has been put to practical use as a processing machine for correcting residual defects that occur during conventional photomask manufacturing. In this case, it is necessary to have extremely high alignment accuracy and precision of the laser processing range, so the final alignment and processing range setting work involves checking the size, position, etc. of the workpiece using a microscope. This is done manually by the workers. For this reason, the time required to process one point is 1 to 2 minutes, and since 100 to 500 locations usually need to be corrected, it takes 2 to 10 hours per mask.
したがつてフオトマスクやIC素子のように、
加工形状が多様である場合には、上述したように
従来の加工機のもつ機能では自動化は困難である
ことが明白である。 Therefore, like photomasks and IC elements,
When the shapes to be machined are diverse, it is clear that automation is difficult with the functions of conventional processing machines, as described above.
本発明の目的は、従来のレーザ加工機では不可
能であつた多種多様な加工要求を満たす全自動の
レーザ加工システムを提供することにある。本発
明によれば、レーザ装置と、このレーザ装置から
出射されるレーザビームの形状を変化させる可変
スリツトと、可変スリツトの開口像を被加工物に
結像する光学系と、被加工物を載置するXYテー
ブルおよびそのXYテーブルを駆動するドライバ
から成る載物台部と、被加工物の表面を映し出す
テレビカメラとを含むレーザ加工装置において、
被加工物の加工すべき部分の位置を示す位置デー
タとその位置近傍の周辺部パターンデータと加工
範囲を指定する加工形状データとを入力するデー
タ入力手段と、位置データに従つてXYテーブル
を移動させレーザビームの光軸に対して被加工物
を位置決めする手段と、入力手段に入力された加
工形状データに基づいて可変スリツトの開口形状
を変化させる手段と、XYテーブルの位置決めお
よび可変スリツトの開口の設定が終了した後テレ
ビカメラから出力される加工位置周辺パターンの
画像信号と入力手段に入力された周辺部パターン
データとを比較し両者が一致するまでXYテーブ
ルの微調信号をXYテーブルドライバに送る手段
とを含み、微調後前記レーザ装置を制御して自動
レーザ加工を行う全自動レーザ加工装置が得られ
る。 An object of the present invention is to provide a fully automatic laser processing system that satisfies a wide variety of processing requirements that were not possible with conventional laser processing machines. According to the present invention, a laser device, a variable slit that changes the shape of a laser beam emitted from the laser device, an optical system that forms an aperture image of the variable slit on a workpiece, and a workpiece are mounted. In a laser processing device, the laser processing device includes a workpiece stage consisting of an XY table to be placed and a driver for driving the XY table, and a television camera that displays the surface of the workpiece.
A data input means for inputting position data indicating the position of the part to be machined on the workpiece, peripheral pattern data near the position, and machining shape data specifying the machining range, and moving the XY table according to the position data. means for positioning the workpiece with respect to the optical axis of the laser beam; means for changing the aperture shape of the variable slit based on processing shape data input to the input means; and means for positioning the XY table and the aperture of the variable slit. After the settings are completed, compare the image signal of the peripheral pattern of the processing position output from the TV camera with the peripheral pattern data input to the input means, and send the XY table fine adjustment signal to the XY table driver until the two match. A fully automatic laser processing device is obtained, which includes means and which controls the laser device after fine adjustment to perform automatic laser processing.
次に、図を参照しながら本発明の実施例を説明
する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。図において、１は制御部でCPU１１と
ROM１２とRAM１３とＩ／Ｏインターフエイス
１４とからなり、２は入出力装置で、位置データ
入力部（POI）２１とパターン入力部（PAI）２
２と加工形状データ入力部（FDT）２３とレー
ザ発振制御部（LCONT）２４とスリツト形状制
御部（SCONT）２５とビデオ信号入力部
（VIDI）２６とXYテーブル制御部（XYCONT）
２７とからなつている。３はレーザ装置、４は光
学系でXY可変スリツト４１とITVシステム４２
と結合ミラー４３と対物レンズ４４とからなり、
５は載物台部でXYテーブル５１とテーブルドラ
イバ５２とからなり、６は加工対象物である。 FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the control unit and the CPU 11.
It consists of a ROM 12, a RAM 13, and an I/O interface 14, and 2 is an input/output device, which includes a position data input section (POI) 21 and a pattern input section (PAI) 2.
2, processing shape data input section (FDT) 23, laser oscillation control section (LCONT) 24, slit shape control section (SCONT) 25, video signal input section (VIDI) 26, and XY table control section (XYCONT).
It consists of 27. 3 is a laser device, 4 is an optical system with an XY variable slit 41 and an ITV system 42
It consists of a coupling mirror 43 and an objective lens 44,
Reference numeral 5 denotes a workpiece stage, which is composed of an XY table 51 and a table driver 52, and 6 is a workpiece.
この装置の動作をフオトマスクを加工する場合
について説明する。第２図はフオトマスクの平面
図を示したものであるが簡単のためにフオトマス
ク６上の各模様については省略してある。XY座
標系の基準点０からの任意の座標で表わされる位
置７１はその近傍に固有の周辺部パターン７２を
有し、この部分の拡大平面図は第３図ａで表わさ
れる。同図では位置７１の周辺部パターンの固有
の模様が示されており、その模様はガラス基板上
に形成される金属蒸着膜部７４および透明部７５
から構成される。今位置７１及びその近傍の金属
蒸着膜を除去し第３図ｂに示すようなフオトマス
クパターンを作成する場合の位置７１を考える。 The operation of this apparatus will be explained for processing a photomask. Although FIG. 2 shows a plan view of the photomask, each pattern on the photomask 6 is omitted for the sake of simplicity. A position 71 represented by arbitrary coordinates from the reference point 0 of the XY coordinate system has a unique peripheral pattern 72 in its vicinity, and an enlarged plan view of this part is shown in FIG. 3a. In the same figure, a unique pattern of the peripheral pattern at position 71 is shown, and the pattern is formed on the metal vapor deposited film portion 74 and the transparent portion 75 formed on the glass substrate.
It consists of Consider the position 71 where the current position 71 and the metal vapor deposited film in its vicinity are removed to create a photomask pattern as shown in FIG. 3b.
位置７１を示すデータを位置データ入力部２１
から入力する。この位置データは設計値にもとず
くものでXYテーブル５１の座標を決定しフオト
マスク６の位置７１をレーザビームの中心６０に
移動するためのデータである。周辺部パターン７
２を示すデータはパターン入力部２２に入力され
る。この周辺部パターンデータはフオトマスクの
設計値にもとずくデータで実際にテーブル上に載
置されたフオトマスクのIVT４２によつて観測さ
れるパターンと比較してテーブルを微調する移動
情報を与えるための基準データとなる。加工形状
データはレーザ光の照射範囲を示すもので加工す
べき範囲に応じてXYスリツト４１を可変して第
３図ｃに示すＤX、ＤYの開口７３の大きさを指定
するもので、加工形状データ入力部２３から入力
する。以上説明した位置データ、周辺部パターン
データ加工形状データを各々１個ずつ指定すると
１筒所の加工データとなり、複数個所の加工が必
要な場合にはその数だけのデータの組が入力され
る。 The data indicating the position 71 is input to the position data input section 21.
Enter from. This position data is based on design values and is data for determining the coordinates of the XY table 51 and moving the position 71 of the photomask 6 to the center 60 of the laser beam. Peripheral pattern 7
Data indicating 2 is input to the pattern input section 22. This peripheral pattern data is based on the design value of the photomask and is a standard for providing movement information for finely adjusting the table by comparing it with the pattern observed by IVT42 of the photomask actually placed on the table. It becomes data. The machining shape data indicates the irradiation range of the laser beam, and specifies the size of the DX and DY openings 73 shown in FIG. 3c by varying the XY slit 41 according to the range to be machined. Input from the machining shape data input section 23. If one piece each of the position data, peripheral pattern data, and machining shape data described above is designated, it becomes machining data for one cylinder location, and if machining of multiple locations is required, as many sets of data as that number are input.
入力された位置データ、周辺部パターンデータ
形状データはＩ／Ｏインターフエース１４を経
て、CPU１１の指示によりROM１２で決められ
た形式に従つてRAM１３に入力され記憶され
る。加工開始スイツチ（図示せず）を投入し信号
が発生すると、入力された最初の筒所の１組のデ
ータが読み出され、RAM１３の別の部分に収納
される。CPU１１は、この作業の後XYテーブル
５１を所定の位置に移動するよう指示する。この
指示は、Ｉ／Ｏインターフエイス１４を経てXY
テーブル制御部２７に送られ、該制御部２７から
テーブルドライバ５２に駆動信号が送られXYテ
ーブル５１が移動する。同時に、CPU１１の指
示によりＩ／Ｏインターフエイス１４を通して加
工形状データがスリツト形状制御部２５に送ら
れ、光学系４内のXY可変スリツト４１の形状を
設定値に調整する。 The input position data, peripheral pattern data, and shape data are input to the RAM 13 via the I/O interface 14 and stored in accordance with the format determined by the ROM 12 according to instructions from the CPU 11. When a processing start switch (not shown) is turned on and a signal is generated, a set of input data for the first cylinder station is read out and stored in another part of the RAM 13. After this work, the CPU 11 instructs the XY table 51 to be moved to a predetermined position. This instruction is sent via the I/O interface 14 to
A drive signal is sent to the table control section 27, and a drive signal is sent from the control section 27 to the table driver 52 to move the XY table 51. At the same time, according to instructions from the CPU 11, processing shape data is sent to the slit shape control section 25 through the I/O interface 14, and the shape of the XY variable slit 41 in the optical system 4 is adjusted to the set value.
XYテーブル５１が指定の位置データに対応し
て移動しITV４２の一定視野内に第４図に示す周
辺部パターン８が現われる。この周辺部パターン
８ではITV内の正方形視野の中心すなわちレーザ
ビームの当るべき中心６０から加工位置７１がず
れているため視野内の周辺部パターン８が、デー
タとしての周辺部パターン７２とは少し異なる。
このように加工位置７１がレーザビームの中心６
０からずれるのは位置データにもとずき数値制御
によつて位置決めするために生ずるもので単純な
位置決めの限界である。 The XY table 51 moves in accordance with the designated position data, and a peripheral pattern 8 shown in FIG. 4 appears within a fixed field of view of the ITV 42. In this peripheral pattern 8, the processing position 71 is shifted from the center of the square field of view in the ITV, that is, the center 60 where the laser beam should hit, so the peripheral pattern 8 in the field of view is slightly different from the peripheral pattern 72 as data. .
In this way, the processing position 71 is the center 6 of the laser beam.
The deviation from 0 occurs because positioning is performed by numerical control based on position data, and is a limit of simple positioning.
ITVシステム４２を通して入力された周辺部パ
ターン８は、ビデオ信号入力部２６に送られ入力
データたる周辺部パターンデータ７２と比較する
データに直されＩ／Ｏインターフエイス１４を経
てRAM１３に送られる。ここで、CPU１１の指
示により予め入力した周辺部パターンデータ７２
とITVにより映し出された実際のパターン８とを
比較し、その差違を検出し一致するような方向に
XYテーブル５１を移動さすべく、移動命令を出
力する。この信号はXYテーブル制御部２７を通
じてテーブルドライバ５２に送られXYテーブル
５１を微調する。このような手順で、第１の加工
位置の周辺部パターンデータ７２とXYテーブル
５１上の加工対象物６の周辺パターン８が一致し
たとき、レーザ照射命令がCPU１１から出さ
れ、Ｉ／Ｏインターフエイス１４を経てレーザ発
振制御部２４からレーザ装置３に送られXY可変
スリツト４１によつて制限された形状で、パター
ン８の所定の部分にレーザが照射され加工され
る。このようにして第１の指定位置の加工が完了
する。 The peripheral pattern 8 inputted through the ITV system 42 is sent to the video signal input section 26, converted into data to be compared with the peripheral pattern data 72 as input data, and sent to the RAM 13 via the I/O interface 14. Here, the peripheral pattern data 72 input in advance according to instructions from the CPU 11.
and the actual pattern 8 projected by ITV, detect the difference, and move in the direction of matching.
A movement command is output to move the XY table 51. This signal is sent to the table driver 52 through the XY table control section 27 to finely adjust the XY table 51. In this procedure, when the peripheral pattern data 72 of the first processing position matches the peripheral pattern 8 of the workpiece 6 on the XY table 51, a laser irradiation command is issued from the CPU 11, and the I/O interface The pattern 8 is sent from the laser oscillation control unit 24 to the laser device 3 via the laser oscillation controller 14, and is processed by irradiating a laser onto a predetermined portion of the pattern 8 in a shape limited by the XY variable slit 41. In this way, processing at the first specified position is completed.
本装置に使用されているITVシステム４２によ
りＩ／Ｏインターフエイス１４を経てRAM１３
に送られる画像信号は第５図に示す構成により得
られる。図において周辺部パターン８のビデオ信
号８１は、ITVシステム４２からVIDI２６を経
由して、クロツク信号８２と共にＩ／Ｏインター
フエイス１４に送られる。VIDI２６はビデオ信
号入力部で、端子から成り信号処理回路はない。
ビデオ信号５１はＩ／Ｏインターフエイス１４内
のＡ／Ｄコンバータ８３に入力され、ここで、ア
ナログ信号からデイジタル信号に変換され、
RAM１３に送られる。RAMには、ITVシステム
４２からVIDI２６を経て送られてくるクロツク
信号８２も入力され、このクロツク信号８２によ
りビデオ信号８１の走査線毎に同期してRAM１
３に記憶されていく。RAM１３の別の部分には
パターン入力部２２より入力された周辺部パター
ン７２が記憶されており、アドレス信号８４によ
り読み出され比較器８５で比較され、位置合せの
ための信号を得ることができる。 The ITV system 42 used in this device connects the RAM 13 via the I/O interface 14.
The image signal sent to is obtained by the configuration shown in FIG. In the figure, a video signal 81 of peripheral pattern 8 is sent from ITV system 42 via VIDI 26 to I/O interface 14 along with a clock signal 82. VIDI 26 is a video signal input section, consisting of terminals and no signal processing circuit.
The video signal 51 is input to the A/D converter 83 in the I/O interface 14, where it is converted from an analog signal to a digital signal,
Sent to RAM13. A clock signal 82 sent from the ITV system 42 via the VIDI 26 is also input to the RAM.
3 will be remembered. A peripheral pattern 72 input from the pattern input section 22 is stored in another part of the RAM 13, and is read out using an address signal 84 and compared by a comparator 85 to obtain a signal for alignment. .
第１の加工が完了すると同時に第２位置の加工
作業が自動的に開始される。このように繰り返し
加工が入力データにより行なわれ最終位置の加工
後完了する。 As soon as the first machining is completed, the machining operation at the second position is automatically started. In this way, repeated machining is performed based on the input data, and is completed after machining the final position.
この実施例では加工対象物６をフオトマスクと
したがIC、LSIの導電体配線部等もこの発明の加
工対象物として好適である。これらの加工対象物
は模様形状等のパターンが広範囲にわたつて変化
する。したがつて加工範囲もこの変化に適応して
位置、加工形状を変える必要があり、本発明は従
来の自動レーザ加工機が困難としていた精密自動
加工を容易に実現することができる。 In this embodiment, the workpiece 6 is a photomask, but conductor wiring parts of ICs, LSIs, etc. are also suitable as the workpiece of the present invention. The patterns of these workpieces vary over a wide range, such as the shape of the pattern. Therefore, it is necessary to change the position and shape of the machining range to adapt to this change, and the present invention can easily realize precision automatic machining, which has been difficult with conventional automatic laser processing machines.
第１図は本発明の実施例のブロツク図、第２図
はこの実施例を説明するためのフオトマスクの平
面図、第３図はフオトマスクの局部的パターンデ
ータを示す拡大平面図でａは加工位置データと周
辺周パターンデータｂは加工された周辺部パター
ンデータｃは加工位置データと加工形状データ、
第４図はITVに映し出された周辺部パターンと加
工位置を示す平面図、第５図はITVシステムから
画像信号を得るための構成を示す図である。 １……制御部、２……入出力装置、３……レー
ザ装置、４……光学系、５……載物台部、４１…
…スリツト、４２……ITVシステム、５１……
XYテーブル、５２……ドライバ。 Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of a photomask for explaining this embodiment, Fig. 3 is an enlarged plan view showing local pattern data of the photomask, and a indicates the processing position. Data and peripheral pattern data b are processed peripheral pattern data c are processing position data and processing shape data,
FIG. 4 is a plan view showing the peripheral pattern and processing position projected on the ITV, and FIG. 5 is a diagram showing the configuration for obtaining image signals from the ITV system. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Control part, 2... Input/output device, 3... Laser device, 4... Optical system, 5... Stage part, 41...
...Slit, 42...ITV System, 51...
XY table, 52...driver.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP12089478AJPS5548489A (en) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | Full-automatic laser work system |
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|---|---|
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| JPS6226872B2true JPS6226872B2 (en) | 1987-06-11 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12089478AGrantedJPS5548489A (en) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | Full-automatic laser work system |
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