JPH03123312A - 可変ビーム径装置及びそれを使用したレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えば半導体メモリの生産において、不良セ
ルの救済に使用されるレーザ加工機に適用され、光ビー
ムの径を変更することができる可変ビーム径装置、及び
それを使用したレーザ加工機に関する。

「従来の技術」 半導体メモリの生産において、良品率を上げるため、各
チップごとに複数の予備セル列を用意しておき、不良セ
ルが発見されると、その不良セルの列を選択するアドレ
スにより、予備セル列の１つが選択されるように、その
予備セル列に対するアドレスデコーダの複数の入力線を
前記アドレスに応じて選択的にレーザ光により切断して
、接地状態からオープン状態にすることが行われている
。

この場合予備セル列のデコーダの入力線が同一チップで
もデコーダにより、材料が異なったり、線幅が異なるこ
とがある。その場合、切断する入力線の材料や線幅に応
じてレーザ光のビーム径を適切なものにしたい要望があ
る。しかし、従来においては、ビーム径の調整装置を実
時間で制御して使用することができなかったため、前記
入力線の切断において実時間でビーム径を変更すること
は行われていなかった。

つまり従来の可変ビーム径装置は第８図Ａに示すように
、レーザ光１ｆｆｌｌｌからの出射レーザ光１２に対し
、４群の組レンズ１３，１４，１５．１６が順次挿入さ
れ、その中の二つの組みレンズ１３及び１５が連動して
レーザ光１２の光軸に沿って、連続的に位置を変化させ
ることができるようにして可変ビーム径装置１７が構成
されていた。つまり組みレンズ１３及び１５は機械的に
摺動動作により移動可能とされ、例えば第８図Ｂ−Ｅに
示すように、組みレンズ１３．１５を組みレンズ１６に
近ずけるに従ってレーザ光１２のビーム径が小さくなる
。

「発明が解決しようとする課題」 この従来の可変ビーム径装置１７は移動組みレンズ１３
．１５のモジエールとその案内体との間に機械的なガタ
が必ず存在するため、組みレンズ１３．１５の移動ごと
に組みレンズ１３．１５がレーザ光１２の光軸に対して
偏心し、光軸ずれの再調整をビーム径を変更するごとに
行う必要があった。このためビーム径の変更を自動化す
ることが困難であり、かつ光軸再調整を含めてビーム径
の変更に長い時間がかかる欠点があった。

従来の可変ビーム径装置はこのようなものであったたた
め、先きに述べた不良メモリ救済のための、レーザ切断
機などのレーザ加工機において、レーザ加工中にレーザ
加工面積、つまりレーザ光のビーム径を変更することは
行われていなかった。

「課題を解決するための手段」 この発明の可変ビーム径装置によれば平行光線通路に沿
って倍率が異なる複数のビーム径変換器が配され、これ
らビーム径変換器はそれぞれ平行光線通路とほぼ直角方
向に移動自在とされ、平行光線通路の光軸と変換器の光
軸とを一致させた位置と、平行光線通路から外れた位置
とをとることができるようにされている。

このビーム径変換器の移動制御のため、各ビーム径変換
器は、平行光線通路と直角方向に往復移動可能とされた
複数のステージに１つずつ搭載され、これら各ステージ
は各別の駆動手段により移動させられ、これら駆動手段
は、制御部により外部からの指令信号に応じて選択的に
動作させられる。

このようにして平行光線通路に１つ乃至複数のビーム径
変換器を切替え位置させることにより、ビーム径を変更
することができ、その場合ビーム径変換器を光軸に沿っ
て摺動させるのではなく、直線移動又は回動移動により
ビーム径変換器を平行光線通路に挿脱させるため、光軸
ずれが生じないようにすることが容易である。また外部
からの指令信号により、各ビーム径変換器を選択的に平
行光線通路に対して自動的に挿脱することができる。

この発明の可変ビーム径装置の他の構成によれば、平行
光線通路と直角方向にずらされて倍率が異なる複数のビ
ーム径変換器が設けられ、迂回路選択手段により、ビー
ム径変換器の１つを選択してそれに平行光線通路を迂回
通過させることができる。ビーム径変換器の選択を変更
することによリビーム径を変化させることができる。迂
回路選択手段としては反射鏡やプリズムなどを、平行光
線通路や選択するビーム径変換器の光軸などに挿脱して
、迂回路の形成、その解除をするようにすることができ
る。

この発明のレーザ加工機によればレーザ発振器からのレ
ーザ光は平行光としてビーム径変換部に入射され、その
ビーム径変換部は入射されたレーザ光の通路と、倍率が
異なる複数のビーム径変換器とを選択的に相対的に移動
させて、少くとも１つの選択したビーム径変換器にレー
ザ光を通過させてビーム径の異なるレーザ光を出射する
ようにされている。このビーム径変換部より出射される
レーザ光が被加工物に照射される。

「実施例」 第１図にこの発明の可変ビーム径装置の実施例を示す、
レーザ光などの平行光とされた平行光線通路２１に沿っ
て倍率が異なる複数のビーム径変換器２２．〜２２．が
配される。これらビーム径変換器２２１〜２２７はそれ
ぞれ平行光線通路２１に対して直角に往復移動して、平
行光線通路２１の光軸と、ビーム径変換器の光軸とを一
致させた位置と、平行光線通路２１から外れた位置とを
とることができるようにされる。第１図ではビーム径変
換器２２．が平行光線通路２１内に挿入されて、ビーム
径変換機２２３の光軸と平行光線通路２１の光軸とを一
致させ、その他のビーム径変換器は平行光線通路２１か
ら外された場合である。

例えば第２図Ａに示すように平行光線通路２１に入射さ
れたビーム径がｒｏの入射平行光線２３は、平行光線通
路２１に挿入されたビーム径変換器２２．によりビーム
径がｒ、の出射平行光線２４としてビーム径変換されて
出射する。第２図Ｂに示すように平行光線通路２１に、
ビーム径変換器２２、の代りにビーム径変換器２２□が
挿入されると、入射平行光線２３はビーム径がｒ、の出
射平行光線２４となり、ビーム径が変更される。ビーム
径変換器２２１　と２２．とを同時に平行光線通路２１
に挿入すればその両ビーム径変換器２２．。

２２□の各倍率を掛けた倍率で入射平行光線２３のビー
ム径が変換される。このようにして平行光線通路２１上
の任意の地点で異なった又は同一の倍率のビーム径変換
器を１つ乃至複数個挿入すれば、ビーム径変換器の挿入
位置にかかわらず、平行光線通路２１の終端では発散も
しくは集光等を伴なわない、可変ビーム径の平行光線が
得られる。

第１図に示すようにビーム径変換器２２１〜２２ｆｉに
対し、それぞれ駆動部２５１〜２５７が設けられ駆動部
２５１〜２５７はそれぞれビーム径変換器２１＋〜２２
．％の対応するものを、平行光線通路２１に対して、直
角方向に、直線運動又は回動運動により、挿入したり、
外したり往復移動させることができる。外部よりの指令
信号２６により制御部２７は駆動部２５．〜２５７を選
択的に制御して、ビーム径変換器２１１〜２２７の対応
するものを、平行光線通路２１に対して挿入したり、外
したりする。駆動部２５１〜２５１としては、モータ駆
動、ソレノイド駆動、空気圧駆動などを用いることがで
き、駆動部にはこれらに対するドライバも含まれている
。

第３図乃至第５図にモータ駆動の具体例を示す。

ビーム径変換器２１＋〜２２４はそれぞれステージ２８
．〜２８４上に取付けられている。ステージ２８．〜２
８４はそれぞれ固定台２９．〜２９４上に移動自在に（
つまり平行光線通路２１に対し直角に移動自在に）取付
けられている。第５図に示すようにステージ２８１が固
定台２９．の垂直板３１の上面のレール３２を挟み、か
つ、ステージ２８１の側板３３が垂直板３１の側面のレ
ール３４を挟み、これらレール３２．３４によりステー
ジ２８．は固定台２９１上に移動自在に案内保持される
。第４図に示すように固定台２９．の背部の台部３５上
にモータ３６１が取付けられ、第４図、第５図に示すよ
うに、台部ａ５に、垂直板３１及び側板３３間において
レール３２と平行に延長したボールネジ３７が回動自在
に保持され、モータ３６１の回転がベルト３８によりボ
ールネジ３７に伝達される。ボールネジ３７がステージ
２Ｂ、の側板３３に固定した雌ねじ３９に螺入されてい
る。従ってモータ３６１の正、逆回転に応じてステージ
２８１が前、後移動する。ステージ２８．の移動位置を
検出するための光センサ４１゜４２．４３が設けられ、
光センサ４１．４２．４３の各発光素子と受光素子との
間を通過する遮光板４４がステージ２８．に取付けられ
ている。これら光センサ４１，４２．４３の出力が制御
部２７（第１図）へ供給され、このセンサ出力に応じて
ビーム径変換器に対する平行光線通路２１への挿入時、
及びこれよりの離脱時の位置決め制御を行う。このセン
サとしては光センサに限らず、他の形式のセンサでもよ
い。

第３図に示すように、各ステージ２８□〜２８４に対応
してその制御用モータ３６．〜３６４がそれぞれ設けら
れ、また各ステージ２８１〜２８４の固定台２９１〜２
９４への取付けも、第４図、第５図と同様である０例え
ば外部のＣＰＵから現在平行光線通路２１内に設定され
ているビーム径変換器の指定と、その復帰を示す指令が
制御部２７に入力され、制御部２７はその指定されたビ
ーム径変換器に対するモータを逆転させて、そのビーム
径変換器を平行光線通路２１から外す。次にＣＰＵから
新たに設定するビーム径変換器の指定と、その設定を示
す指令が制御部２７に入力され、制御部２７はその指定
されたビーム径変換器に対するモータを正転させて、そ
のビーム径変換器を平行光線通路２１内に設定する。モ
ータ３６１〜３６４としてパルスモークを使用する時は
、駆動パルス数により位置決め制御することができるか
ら位置検出用の光センサ４１，４２．４３を省略できる
。

第６図はこの発明の可変ビーム径装置の他の実施例を示
す。平行光線通路２１にビーム径変換器２２１が挿入さ
れている状態で、ビーム径変換器２２、の前後において
平行光線通路２１に反射鏡４５．４６を挿入し、その反
射鏡４５により直角に折曲げられた平行光線通路２１を
反射鏡４７でもとの通路と平行に折曲げて他のビーム径
変換器２２□を通過させ、その通過した通路を反射鏡４
８により折曲げて反射鏡４６に入射させ、もとの平行光
線通路２１に戻す。つまり反射鏡４５〜４８の設定によ
り、平行光線通路２１に対して直角方向にずらされて配
されたビーム径変換器２２□を迂回通過させてビーム径
を変更することができる。

同様にこの状態から反射鏡４７を省略して、反射鏡４９
，５１．５２を設定することにより、平行、光線通路２
１を更に他のビーム径変換器２２３を迂回通過させて、
更に他のビーム径に変換することができる０反射鏡４５
〜５２の代りにプリズムを用いてもよい。ビーム径変換
器を更に増加し、そのビーム径変換器に対して平行光線
通路２１を選択的に迂回通過させるようにすることもで
きる。

この第６図の場合も、反射鏡やプリズムを連続的に移動
させるものでなく、予め決められた位置に配置したり、
これより外したりすればよいから、光軸のずれが生じな
いようにすることは容易である。

第７図にこの発明のレーザ加工機の実施例を示す。例え
ばＱスイッチ付ＹＡＧレーザよりなるレーザ発振器６１
からのレーザ光は必要に応じて光可変減衰器６２を通じ
てビーム径変換部６３に平行光線として入射される。ビ
ーム径変換部６３はその入射されたレーザ光の通路と、
倍率が異なる複数のビーム径変換器とを選択的に相対的
に移動させて、少くとも１つの選択したビーム径変換器
にレーザ光を通過させてビーム径の異なるレーザ光を出
射するものであり、例えば第１図又は第６図に示したも
のと同様の可変ビーム径装置を使用することができる。

ビーム径変換部６３の出射レーザ光６４は必要に応じて
ミラー６５で反射されて、対Ｔｈレンズ６６に入射され
、対物レンズ６６で平行光は被加工物６７の加工点に集
光照射される。

制御部６８は被加工物６７の加工点、っまりレーザ光の
照射点の位置に応じて、ステージ部を駆動して被加工物
６７をＹ方向に移動させ、ミラー６５と対物レンズ６６
とを同時にχ方向に移動させて位置設定し、また被加工
物に応じてビーム径変換部６３を制御して出射レーザ光
６４のビーム径を変更する０例えば前記不良セルの救済
においてはデコーダ入力線の線幅が大きい場合は出射し
−ザ光６４のビーム径を大きくし、かつこの例では光可
変減衰器６２も制御して出射レーザ光６４のパワーも大
きくして単位面積当りのレーザパワの低下を防いでいる
。なお、被加工点（レーザ光照射点）の位置決めは被加
工物をＸ、Ｙ方向に移動して行ってもよいし、レーザ光
をＸ、Ｙ方向に移動してもよい。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明の可変ビーム径装置によれば
、レンズを機械的に摺動して調整するものではなく、予
め決められた位置にビーム径変換器又は反射手段を配置
したり、これより取り除いたりするものであるから、光
軸合せが不要なように構成することが容易であり、従っ
てビーム径の変更を自動化することができ、かつ短時間
でビーム径を変更することができる。

またこの発明のレーザ加工機によればこの発明の可変ビ
ーム径装置を使用するため、レーザ加工中に実時間で、
レーザビーム径、つまり加工面積を変更することができ
、例えば切断しようとする線の幅や材料が１つの被加工
物中において異っていても、その線幅や材料に適したレ
ーザ光のビーム径に変更しながら加工することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の可変ビーム径装置の一例を示す路線
図、第２図はそのビーム径の変更の様子を示す図、第３
図はその具体的装置の斜視図、第４図はそのビーム径変
換器を外した状態のステージ２８３部分の側面図、第５
図は第４図の左側面図、第６図はこの発明の可変ビーム
径装置の他の例を示す路線図、第７図はこの発明のレー
ザ加工機の一例を示すブロック図、第８図は従来の可変
ビーム径装置を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行光線通路に沿って倍率が異なる複数のビーム
   径変換器が配され、 これらビーム径変換器はそれぞれ上記平行光線通路とほ
   ぼ直角方向に移動自在とされ、上記平行光線通路の光軸
   と変換器の光軸とを一致させた位置と、上記平行光線通
   路から外れた位置とをとることができるようにされてい
   る可変ビーム径装置。
2. （２）上記各ビーム径変換器がそれぞれ搭載され、上記
   平行光線通路と直角方向に往復移動可能とされた複数の
   ステージと、 その各ステージをそれぞれ移動させる複数の駆動手段と
   、 その複数の駆動手段を外部からの指令信号に応じて選択
   的に動作させる制御部と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の可変ビーム
   径装置。
3. （３）平行光線通路と直角方向にずらされて倍率が異な
   る複数のビーム径変換器が配され、 これらビーム径変換器の１つを選択してこれに上記平行
   光線通路を迂回通過させる迂回路選択手段を設けた可変
   ビーム径装置。
4. （４）レーザ発振器と、 レーザ発振器よりのレーザ光が入射され、 そのレーザ光通路と、倍率が異なる複数のビーム径変換
   器とを選択的に相対的に移動させて、少くとも１つの選
   択したビーム径変換器にレーザ光を通過させてビーム径
   の異なるレーザ光を出射するビーム径変換部と、 そのビーム径変換部よりの出射レーザ光を被加工物に照
   射する手段と、 を有するレーザ加工機。