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JP5153205B2 - Laser marking device - Google Patents

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JP5153205B2
JP5153205B2 JP2007123923A JP2007123923A JP5153205B2 JP 5153205 B2 JP5153205 B2 JP 5153205B2 JP 2007123923 A JP2007123923 A JP 2007123923A JP 2007123923 A JP2007123923 A JP 2007123923A JP 5153205 B2 JP5153205 B2 JP 5153205B2
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Description

本発明は、スキャニング方式のレーザマーキング技術に係り、特に通常マーキングと縮小マーキングとを選択的または同時に行えるレーザマーキング装置に関する。   The present invention relates to a scanning-type laser marking technique, and more particularly to a laser marking apparatus capable of selectively or simultaneously performing normal marking and reduced marking.

スキャニング式のレーザマーキングは、被加工物に高密度に集光されたレーザ光を照射し、該レーザ光をスキャン・ミラーで振って、被加工物表面上でレーザビームのスポットをスキャニングし、ビームスポットの当たった被加工物表面の微小部分をレーザエネルギーで瞬間的に改質(溶融、蒸発、変色等)させながら、文字、図形、記号等の所望のパターンを描画するようにしてマーキング(刻印または印字)する技術である。   Scanning laser marking irradiates a workpiece with a laser beam condensed at a high density, shakes the laser beam with a scanning mirror, scans the spot of the laser beam on the surface of the workpiece, Marking (marking) by drawing a desired pattern such as letters, figures, symbols, etc. while instantaneously modifying (melting, evaporating, discoloring, etc.) a minute portion of the surface of the workpiece that has been spotted with laser energy Or printing).

スキャニング式のレーザマーキング装置は、従来よりLSI等の電子部品向けのマーキングに多用されているが、最近ではCSP(Chip Size Package)等の超小型化半導体パッケージに対するマーキングも要請されている。   Scanning laser marking devices have been widely used for marking for electronic parts such as LSIs, but recently, marking for ultra-small semiconductor packages such as CSP (Chip Size Package) is also required.

CSPにおいては、パッケージ裏面にロット番号等の生産管理情報を通常サイズでマーキングする場合と、パッケージおもて面にID等の製品情報を微小サイズでマーキングする場合の2種類のアプリケーションがある。ここで、パッケージ裏面のマーキング加工は、チップ(シリコン基板)裏面の略全面(たとえば数mm四方)をマーキングエリアに使えるので、従来一般の電子部品向けレーザマーキング装置で十分に対応できる。しかしながら、パッケージおもて面のマーキング加工は、チップ主面の一部または片隅にたとえば100μm四方のサイズで微細マーキングを施すもので、従来一般のレーザマーキング装置では所要の分解能(10μm以下)が得られないため、微細マーキングに特化した高分解能タイプの特殊レーザマーキング装置が用いられている。   In the CSP, there are two types of applications: marking the production management information such as a lot number on the back side of the package with a normal size, and marking the product information such as an ID on the front side of the package with a very small size. Here, since the marking process on the back surface of the package can use almost the entire surface (for example, several mm square) of the back surface of the chip (silicon substrate) as a marking area, it can be sufficiently handled by a conventional general laser marking device for electronic components. However, the marking process on the front surface of the package is performed by finely marking a part or one corner of the chip main surface with a size of, for example, 100 μm square, and a conventional laser marking apparatus can obtain a required resolution (10 μm or less). Therefore, a high-resolution type special laser marking device specialized for fine marking is used.

上記のように、従来は、一例としてCSPの両面マーキングに、2種類のレーザマーキング装置を必要としている。   As described above, conventionally, two types of laser marking devices are required for CSP double-side marking as an example.

本発明は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたもので、通常マーキングと縮小(微細)マーキングとを一台で兼用して行えるレーザマーキング装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances of the prior art, and an object of the present invention is to provide a laser marking apparatus that can perform both normal marking and reduced (fine) marking with a single unit.

上記の目的を達成するために、本発明の第1のレーザマーキング装置は、被加工物にスキャニング方式でレーザ光を照射して所望のパターンをマーキングするレーザマーキング装置であって、被加工物を所定位置で支持するステージと、マーキング用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部からの前記レーザ光を前記ステージ上の前記被加工物に向けて反射するスキャン・ミラーと、前記スキャン・ミラーからの前記レーザ光を所定の焦点距離の位置に集光させる集光レンズとを有し、前記スキャン・ミラーを回転変位させて前記レーザ光の前記被加工物上の照射位置を光学的に走査するレーザ走査部と、前記レーザ走査部と前記ステージとの間の距離間隔を一定に保ったまま両者間のレーザ光路に割り込む第1の位置と、前記レーザ光路から退避する第2の位置との間で移動可能に設けられる縮小光学系とを有し、前記縮小光学系が前記第2の位置に配置されているときは、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記被加工物上に直接集光して、所望のパターンが縮小せずにマーキングされ、前記縮小光学系が前記第1の位置に配置されているときは、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記縮小光学系内でいったん焦点を結んでから前記被加工物上に再び集光して、所望のパターンが所望の縮小率で縮小してマーキングされる。
In order to achieve the above object, a first laser marking apparatus of the present invention is a laser marking apparatus that marks a desired pattern by irradiating a workpiece with a laser beam by a scanning method. A stage supported at a predetermined position, a laser oscillation unit that oscillates and outputs a marking laser beam, a scan mirror that reflects the laser beam from the laser oscillation unit toward the workpiece on the stage, and A condensing lens that condenses the laser light from the scan mirror at a position of a predetermined focal length, and rotationally displaces the scan mirror to change the irradiation position of the laser light on the workpiece. a laser scanning unit for optically scanning a first position to interrupt the laser beam path between the two while maintaining the distance interval at a constant between said laser scanning unit stage The possess movably and reduction optical system provided between a second position retracted from the laser beam path, it said reduced when the optical system is disposed in the second position, the laser scanning unit When the laser beam exiting the laser beam is directly focused on the workpiece and a desired pattern is marked without being reduced, and the reduction optical system is disposed at the first position, the laser The laser beam emitted from the scanning unit is once focused in the reduction optical system and then condensed again on the workpiece, and a desired pattern is reduced and marked with a desired reduction rate.

上記の装置構成においては、パターンを所望の縮小率で縮小するための縮小光学系が、レーザ走査部とステージとの間の距離間隔を一定に保ったまま両者間のレーザ光路に割り込む第1の位置と、前記レーザ光路から退避する第2の位置との間で移動可能に設けられる。
通常マーキングを行う場合は、縮小光学系を第2の位置に退避させておく。この場合、レーザ走査部より出射されたレーザ光がそのまま空中を直進してレーザ走査部の集光レンズの焦点距離で定まる焦点位置つまりステージ上の被加工物の加工点に集光し、その照射位置に通常または標準サイズのマーキングドットを形成する。レーザ走査部のスキャニング動作により被加工物の表面でマーキングドットを繋いで所望のパターンを通常サイズで形成することができる。
In the above-described apparatus configuration, the reduction optical system for reducing the pattern at a desired reduction ratio interrupts the laser light path between the two while keeping the distance between the laser scanning unit and the stage constant. It is provided to be movable between a position and a second position retracted from the laser beam path.
When performing normal marking, the reduction optical system is retracted to the second position. In this case, the laser beam emitted from the laser scanning unit travels straight in the air and is condensed at the focal point determined by the focal length of the condensing lens of the laser scanning unit, that is, the processing point of the workpiece on the stage. A normal or standard size marking dot is formed at the position. By scanning operation of the laser scanning unit, a desired pattern can be formed in a normal size by connecting marking dots on the surface of the workpiece.

微細マーキングを行う場合は、縮小光学系を第1の位置に移動させてレーザ走査部とステージとの間に挿入する。この場合は、レーザ走査部より通常マーキングのときと同一の条件で出射されたレーザ光が縮小光学系を経由し、縮小光学系内でいったん焦点を結んでからステージ上の被加工物の加工点に再び集光し、その照射位置に縮小または微細サイズのマーキングドットを形成する。レーザ走査部のスキャニング動作により被加工物の表面でマーキングドットを繋いで所望のパターンを微細サイズで形成することができる。
When performing fine marking, the reduction optical system is moved to the first position and inserted between the laser scanning unit and the stage. In this case, the laser beam emitted from the laser scanning unit under the same conditions as in normal marking passes through the reduction optical system, and once focused in the reduction optical system, the processing point of the workpiece on the stage Then, the light is condensed again, and a marking dot of reduced size or fine size is formed at the irradiation position. By scanning operation of the laser scanning unit, a desired pattern can be formed in a fine size by connecting marking dots on the surface of the workpiece.

このように、レーザ走査部とステージ間の距離間隔を一定に保ったまま、両者の間の光路に縮小光学系を出し入れするだけで、ソフトウェアの変更や制御系の調整等も要することなく一台で通常マーキングと縮小(微細)マーキングとを選択的に行うことができる。   In this way, one unit can be used without changing software or adjusting the control system by simply putting the reduction optical system in and out of the optical path between the laser scanning unit and the stage while keeping the distance between the laser scanning unit and the stage constant. Thus, normal marking and reduced (fine) marking can be selectively performed.

好適な一態様として、縮小光学系を支持または収容するユニット本体と、前記縮小光学系を前記第1の位置と前記第2の位置との間で移動させるために、前記ユニット本体を移動させる移動機構と、前記移動機構の動作を制御するための制御系とが設けられる。かかる構成によれば、上記のような縮小光学系の進退移動動作および位置合わせ動作の精度・再現性・操作性を高めることができる。
As a preferred aspect, a unit main body that supports or accommodates the reduction optical system, and a movement that moves the unit main body to move the reduction optical system between the first position and the second position. A mechanism and a control system for controlling the operation of the moving mechanism are provided. According to such a configuration, it is possible to improve the accuracy, reproducibility, and operability of the forward / backward movement operation and the alignment operation of the reduction optical system as described above.

本発明の第2のレーザマーキング装置は、被加工物にスキャニング方式でレーザ光を照射して所望のパターンをマーキングするレーザマーキング装置であって、被加工物を所定位置で支持するステージと、マーキング用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部からの前記レーザ光を前記ステージ上の前記被加工物に向けて反射するスキャン・ミラーと、前記スキャン・ミラーからの前記レーザ光を所定の焦点距離の位置に集光させる集光レンズとを有し、前記スキャン・ミラーを回転変位させて前記レーザ光の前記被加工物上の照射位置を光学的に走査するレーザ走査部と、前記レーザ走査部の走査可能な最大マーキング範囲の一部の領域のみに限定して介在するように前記レーザ走査部と前記ステージとの間に配置される縮小光学系とを有し、前記最大マーキング範囲のうちの前記縮小光学系が介在しない領域では、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記被加工物上に直接集光して、所望のパターンが縮小せずにマーキングされ、前記最大マーキング範囲のうちの前記縮小光学系が介在する領域では、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記縮小光学系内でいったん焦点を結んでから前記被加工物上に再び集光して、所望のパターンが所望の縮小率で縮小してマーキングされる。
A second laser marking apparatus of the present invention is a laser marking apparatus that marks a desired pattern by irradiating a workpiece with a laser beam by a scanning method, a stage for supporting the workpiece at a predetermined position, and a marking A laser oscillation unit that oscillates and outputs a laser beam for use, a scan mirror that reflects the laser beam from the laser oscillation unit toward the workpiece on the stage, and the laser beam from the scan mirror And a condensing lens that condenses the laser beam at a predetermined focal length , and a laser scanning unit that optically scans an irradiation position of the laser beam on the workpiece by rotationally displacing the scan mirror The laser scanning unit is disposed between the laser scanning unit and the stage so as to be interposed only in a part of the maximum marking range that can be scanned by the laser scanning unit. In the region where the reduction optical system is not interposed in the maximum marking range, the laser beam emitted from the laser scanning unit is directly condensed on the workpiece to be desired. In the area where the reduction optical system is interposed in the maximum marking range, the laser beam emitted from the laser scanning unit is once focused in the reduction optical system. The light is condensed again on the workpiece, and a desired pattern is reduced and marked with a desired reduction ratio.

上記の装置構成においては、最大マーキング範囲のうちの縮小光学系が介在しない領域では、レーザ走査部から出射されたレーザ光が縮小光学系を避けて空中を直進して集光レンズの焦点距離で定まる焦点位置つまりステージ上の加工点に直接集光して、通常サイズのマーキングドットないし所望のパターンを形成する。また、最大マーキング範囲のうちの縮小光学系が介在する領域では、レーザ走査部から出射されたレーザ光が縮小光学系を経由し、縮小光学系内でいったん焦点を結んでからステージ上の別の加工点に再び集光して、微細サイズのマーキングドットないし所望のパターンを形成する。かかるマーキング領域分割機能によれば、マーキング領域を選択することで、通常マーキングまたは微細マーキングのいずれも選択可能であり、通常マーキングと微細マーキングを混在させて同時に実施することも可能である。 In the above apparatus configuration, in the region where the reduction optical system is not interposed in the maximum marking range, the laser light emitted from the laser scanning unit travels straight in the air avoiding the reduction optical system, and at the focal length of the condenser lens. Directly focusing on a fixed focal position, that is , a processing point on the stage, a normal size marking dot or a desired pattern is formed. In the region where the reduction optical system is interposed in the maximum marking range, the laser beam emitted from the laser scanning section passes through the reduction optical system, and once focused in the reduction optical system, another laser beam on the stage The light is condensed again at the processing point to form fine-sized marking dots or a desired pattern. According to such a marking area dividing function, either normal marking or fine marking can be selected by selecting a marking area, and normal marking and fine marking can be mixed and performed simultaneously.

本発明の好適な一態様によれば、縮小光学系が、所定の相対位置関係で配置される複数の折り返しミラーを有し、前記レーザ走査部からの前記レーザ光を前記複数の折り返しミラーで順次折り返して前記走査部と前記ステージ間のレーザ光路長を所定の距離だけ伸長させる反射光学系と、一定の縮小倍率を有し、前記反射光学系からの前記レーザ光を前記被加工物上に縮小集光させる縮小レンズ光学系とを有する。   According to a preferred aspect of the present invention, the reduction optical system has a plurality of folding mirrors arranged in a predetermined relative positional relationship, and sequentially applies the laser light from the laser scanning unit to the plurality of folding mirrors. A reflection optical system that folds back and extends the laser optical path length between the scanning unit and the stage by a predetermined distance, and has a constant reduction magnification, and reduces the laser light from the reflection optical system onto the workpiece. And a reduction lens optical system for focusing.

この場合、より好ましくは、反射光学系が第1、第2、第3および第4の折り返しミラーを含み、第1の折り返しミラーがレーザ走査部より略鉛直方向に直進してくるレーザ光を第2の折り返しミラーに向けて略水平方向に反射させ、第2の折り返しミラーが第1の折り返しミラーより略水平方向に直進してくるレーザ光を第3の折り返しミラーに向けて略鉛直方向に反射させ、第3の折り返しミラーが第2の折り返しミラーより略鉛直方向に直進してくるレーザ光を第4の折り返しミラーに向けて略水平方向に反射させ、第4の折り返しミラーが第3の折り返しミラーより略水平方向に直進してくるレーザ光を縮小レンズ光学系に向けて略鉛直方向に反射させる。かかる構成によれば、反射光学系内のレーザ光路が鉛直面内で長方形の形をとり、レーザ走査部によるレーザビームのスキャニング動作に対してレーザ光路長を最も効率よく一定に保つことができる。   In this case, more preferably, the reflection optical system includes first, second, third, and fourth folding mirrors, and the first folding mirrors emit laser light that travels straight in a substantially vertical direction from the laser scanning unit. Reflected in the substantially horizontal direction toward the second folding mirror, and the second folding mirror reflected in the substantially vertical direction toward the third folding mirror the laser light traveling straight in the substantially horizontal direction from the first folding mirror. And the third folding mirror reflects the laser beam traveling straight in the substantially vertical direction from the second folding mirror toward the fourth folding mirror in the substantially horizontal direction, and the fourth folding mirror performs the third folding mirror. Laser light that travels straight in a substantially horizontal direction from the mirror is reflected in a substantially vertical direction toward the reduction lens optical system. According to such a configuration, the laser light path in the reflection optical system takes a rectangular shape in the vertical plane, and the laser light path length can be kept most efficiently and constant with respect to the scanning operation of the laser beam by the laser scanning unit.

また、好ましい一態様によれば、縮小光学系に、レーザ光の光路長を調節するための光路長調節部が備えられる。この光路長調節部は、好ましい一態様として、一部または全部の折り返しミラーの位置を水平方向で調節するためのミラー水平位置調節部によって構成される。   According to a preferred aspect, the reduction optical system is provided with an optical path length adjusting unit for adjusting the optical path length of the laser light. This optical path length adjustment part is comprised by the mirror horizontal position adjustment part for adjusting the position of the one part or all part folding mirror in a horizontal direction as one preferable aspect.

また、好適な一態様によれば、縮小光学系に減光フィルタたとえばNDフィルタが設けられる。この減光フィルタでレーザ光の光量を減衰させることで、被加工物の表面に微細サイズでレーザ光が縮小集光しても、レーザエネルギーを通常マーキングのときと同程度の適量に調節することができる。   According to a preferred aspect, the reduction optical system is provided with a neutral density filter such as an ND filter. By attenuating the amount of laser light with this neutral density filter, the laser energy can be adjusted to an appropriate amount equivalent to that for normal marking even if the laser light is reduced and focused on the surface of the workpiece. Can do.

また、好ましい一態様として、縮小レンズ光学系は顕微鏡レンズで構成されてよい。ステージは、水平面内で被加工物を任意の方向に移動させ、かつ位置決めするためのXYステージ機構を含む構成が好ましい。レーザ光としては、350nm〜550nmの波長が好適に用いられ、具体的にはND:もしくはNd:YV04の第二高調波もしくは第三高調波が好適に用いられる。スキャン・ミラーにはガルバノメータ・ミラーが好適に用いられ、レーザ走査部の集光レンズにはfθレンズが好適に用いられる。   As a preferred embodiment, the reduction lens optical system may be configured by a microscope lens. The stage preferably includes an XY stage mechanism for moving and positioning a workpiece in an arbitrary direction within a horizontal plane. As the laser light, a wavelength of 350 nm to 550 nm is preferably used, and specifically, a second harmonic or a third harmonic of ND: or Nd: YV04 is preferably used. A galvanometer mirror is preferably used as the scan mirror, and an fθ lens is preferably used as the condensing lens of the laser scanning unit.

本発明のレーザマーキング装置によれば、上記のような構成と作用により、通常マーキングと縮小(微細)マーキングとを一台で兼用して簡便かつ効率よく行うことができる。   According to the laser marking apparatus of the present invention, the normal marking and the reduced (fine) marking can be combined and performed with one unit easily and efficiently by the configuration and operation as described above.

以下、添付図を参照して本発明の好適な一実施形態を説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1〜図4に、第1の実施形態におけるスキャニング式レーザマーキング装置の構成を示す。これらの図のうち、図1および図3は装置全体のシステム構成を示し、図2および図4は装置内の主要な光学系の構成を示す。   1 to 4 show the configuration of a scanning laser marking device according to the first embodiment. Of these figures, FIGS. 1 and 3 show the system configuration of the entire apparatus, and FIGS. 2 and 4 show the configuration of the main optical system in the apparatus.

このレーザマーキング装置は、制御電源ユニット10、レーザ発振ユニット12、スキャニング・ヘッド14、操作盤16、加工台18、用力室20等の一般的な装置構成に加えて、微細マーキング用の縮小光学ユニット32を備えている。   This laser marking apparatus includes a reduction optical unit for fine marking in addition to general apparatus configurations such as a control power supply unit 10, a laser oscillation unit 12, a scanning head 14, an operation panel 16, a processing table 18, a power chamber 20, and the like. 32.

このレーザマーキング装置の基本構成において、制御電源ユニット10には主に制御基板(図示せず)等が内蔵されており、その周りに操作盤(たとえばキーボード)16およびディスプレイ22が設けられる。レーザ発振ユニット12には、たとえばQスイッチパルス型のレーザ発振器24および励起部(図示せず)等が内蔵されている。スキャニング・ヘッド14は、互いに直交して配置される一対(X,Y)のガルバノメータ・ミラー26X,26Yおよびfθレンズ(歪曲特性を有する集光レンズ)28を収容または装備しており、レーザ発振ユニット12の出射口に一体的に結合されている。スキャニング・ヘッド14の出射口と対向してその直下の加工台18には、水平面内でXY方向に移動および位置決め可能なXYステージ30が設けられている。被加工物WはXYステージ30の上に載置される。用力室20には、電力系の部品・回路基板やチラー装置(図示せず)等が収容される。   In the basic configuration of this laser marking apparatus, the control power supply unit 10 mainly includes a control board (not shown) and the like, and an operation panel (for example, a keyboard) 16 and a display 22 are provided around it. The laser oscillation unit 12 incorporates, for example, a Q switch pulse type laser oscillator 24 and an excitation unit (not shown). The scanning head 14 contains or is equipped with a pair of (X, Y) galvanometer mirrors 26X, 26Y and an fθ lens (a condensing lens having distortion characteristics) 28 arranged orthogonal to each other, and a laser oscillation unit Twelve exits are integrally coupled. An XY stage 30 that can be moved and positioned in the XY direction in a horizontal plane is provided on the processing table 18 directly opposite to the exit of the scanning head 14. The workpiece W is placed on the XY stage 30. The utility chamber 20 accommodates power system components, circuit boards, chiller devices (not shown), and the like.

縮小光学ユニット32は、加工台18の近傍たとえばレーザ発振ユニット12の下で、水平方向に移動可能に設置されている。縮小光学ユニット32の具体的な構成および作用については後に詳細に説明する。   The reduction optical unit 32 is installed in the vicinity of the processing table 18, for example, under the laser oscillation unit 12, so as to be movable in the horizontal direction. The specific configuration and operation of the reduction optical unit 32 will be described in detail later.

このレーザマーキング装置において通常マーキングを行うとき、すなわちXYステージ30上の被加工物Wにたとえば1mm以上の通常サイズでパターンをマーキングするときは、図1および図2に示すように、縮小光学ユニット32をXYステージ30の上に架からない側方の原位置(復動位置)に退避させておく。   When normal marking is performed in this laser marking apparatus, that is, when a pattern is marked on the workpiece W on the XY stage 30 with a normal size of, for example, 1 mm or more, as shown in FIGS. Is retracted to the side original position (return position) that is not placed on the XY stage 30.

この場合、レーザ発振器24より発振出力されたパルスレーザ光LBは、スキャニング・ヘッド14内でガルバノメータ・ミラー26X,26Yの各回転角(振れ角)に応じた反射角で順次反射してからfθレンズ28を通って略垂直下方に出射され、そのまま空中を直進してXYステージ30上の被加工物Wの表面に集光し、照射位置(焦点位置)にたとえば50μm程度のドットサイズで1個のマーキングドットを形成する。両ガルバノメータ・ミラー26X,26Yの回転角を制御しながら上記のようなパルス単位のレーザマーキングを多数回繰り返すことで、マーキングドットを線状につないで1mm以上の所望のサイズで所望のパターンを形成することができる。   In this case, the pulse laser beam LB oscillated and output from the laser oscillator 24 is sequentially reflected in the scanning head 14 at a reflection angle corresponding to each rotation angle (swing angle) of the galvanometer mirrors 26X and 26Y, and then the fθ lens. 28 is emitted substantially vertically downward, travels straight in the air as it is, and is collected on the surface of the workpiece W on the XY stage 30, and one irradiation dot (focus position) with a dot size of, for example, about 50 μm. Marking dots are formed. By repeating laser marking in units of pulses as described above many times while controlling the rotation angle of both galvanometer mirrors 26X and 26Y, a desired pattern is formed in a desired size of 1 mm or more by connecting the marking dots in a line. can do.

このレーザマーキング装置において微細マーキングを行うとき、すなわちXYステージ30上の被加工物Wにたとえば100μm以下の微小サイズでパターンをマーキングするときは、図3および図4に示すように縮小光学ユニット32を原位置から前方に移動(前進)させてスキャニング・ヘッド14とXYステージ30との間に位置(介在)させる。ここで、スキャニング・ヘッド14とXYステージ30間の距離間隔は通常マーキングのときと同じでよく、変更する必要はない。なお、縮小光学ユニット32を原位置(復動位置)と往動位置との間で進退移動させるために、制御系の制御の下で動作するたとえばロボットハンド34あるいはガイドレール付きのリニアアクチエータ等を用いてよい。   When performing fine marking in this laser marking apparatus, that is, when marking a pattern with a minute size of, for example, 100 μm or less on the workpiece W on the XY stage 30, the reduction optical unit 32 is provided as shown in FIGS. It is moved (advanced) forward from the original position to be positioned (intervened) between the scanning head 14 and the XY stage 30. Here, the distance between the scanning head 14 and the XY stage 30 may be the same as that in the normal marking, and need not be changed. In order to move the reduction optical unit 32 forward and backward between the original position (reverse movement position) and the forward movement position, for example, a robot hand 34 or a linear actuator with a guide rail that operates under the control of the control system. May be used.

微細マーキングのモードにおいて、レーザ発振器24より発振出力されたパルスレーザ光LBは、通常マーキングモードのときと全く同様にスキャニング・ヘッド14内でガルバノメータ・ミラー26X,26Yの各回転角(振れ角)に応じた反射角で順次反射してからfθレンズ28を通って略垂直下方に出射される。しかし、スキャニング・ヘッド14を出たパルスレーザ光LBは、縮小光学ユニット32の中に入り、ユニット内部で後述する反射光学系の光路を通ってから、ユニット下端の出射部(縮小レンズ光学系)42より鉛直下方に出て、XYステージ30上の被加工物Wの表面に集光し、照射位置(焦点位置)にたとえば5μm程度のドットサイズで1個のマーキングドットを形成する。この場合も、両ガルバノメータ・ミラー26X,26Yの回転角を制御しながら上記のようなパルス単位のレーザマーキングを多数回繰り返すことにより、微細なマーキングドットを線状につないで、100μm以下のサイズでも所望のパターンを高精細に描画することができる。   In the fine marking mode, the pulsed laser beam LB oscillated and output from the laser oscillator 24 is rotated at each rotation angle (running angle) of the galvanometer mirrors 26X and 26Y in the scanning head 14 in the same manner as in the normal marking mode. The light is sequentially reflected at a corresponding reflection angle and then emitted through the fθ lens 28 substantially vertically downward. However, the pulse laser beam LB exiting the scanning head 14 enters the reduction optical unit 32, passes through the optical path of a reflection optical system to be described later inside the unit, and then exits at the lower end of the unit (reduction lens optical system). 42 exits vertically below and is focused on the surface of the workpiece W on the XY stage 30 to form one marking dot with a dot size of, for example, about 5 μm at the irradiation position (focal position). Also in this case, by repeating the laser marking in units of pulses as described above many times while controlling the rotation angle of both the galvanometer mirrors 26X and 26Y, the fine marking dots are connected in a linear shape, even with a size of 100 μm or less. A desired pattern can be drawn with high definition.

このように、このレーザマーキング装置では、スキャニング・ヘッド14とXYステージ30間の距離間隔(つまりfθレンズ28からXYステージ30までのワーキング・ディスタンス)を一定に保ったまま、縮小光学ユニット32の配置位置(復動位置/往動位置)を切り替えるだけで、ソフトウェアの変更や制御系の調整等も要することなく、一台で1mm以上の通常サイズに適した通常マーキングのモードと100μm以下の微細サイズに適した微細マーキングとを選択的に自由自在に実施することができる。   As described above, in this laser marking apparatus, the arrangement of the reduction optical unit 32 is maintained while keeping the distance between the scanning head 14 and the XY stage 30 (that is, the working distance from the fθ lens 28 to the XY stage 30) constant. Just by switching the position (reverse / forward position), there is no need to change the software or adjust the control system, and the normal marking mode suitable for the normal size of 1 mm or more and the fine size of 100 μm or less with one unit. It is possible to freely and selectively carry out fine marking suitable for the above.

したがって、任意の被加工物Wに、通常マーキングおよび微細マーキングのいずれか一方を施すことはもちろん、双方のマーキングを混在させることも容易に行える。混在型の場合は、XYステージ30により被加工物W上のマーキング位置をシフトさせる機能を好適に用いることができる。   Therefore, any one of the normal marking and the fine marking can be applied to an arbitrary workpiece W, and both the markings can be easily mixed. In the case of the mixed type, the function of shifting the marking position on the workpiece W by the XY stage 30 can be suitably used.

また、たとえば、CSP向けの両面マーキングのアプリケーションにおいては、XYステージ30上に被加工物Wとしてシリコンウエハを載置して、ウエハ状態でマーキング加工を行ってよい。この場合、CSPのチップ裏面に通常マーキングを施すときは、基板裏面を上にしてシリコンウエハWをXYステージ30上に載置し、縮小光学ユニット32を原位置(復動位置)に退避させる。そして、チップ単位でXYステージ30によるステップ移動を繰り返すステップアンドリピート方式で各チップの裏面にロット番号等のパターンを通常サイズでマーキングすればよい。また、CSPのチップ主面に微細マーキングを施すときは、基板主面(回路パターン面)を上にしてシリコンウエハWをXYステージ30上に載置し、縮小光学ユニット32を往動位置へ移動させてスキャニング・ヘッド14とXYステージ30との間に挿入する。そして、ステップアンドリピート方式で各チップ主面の片隅にID等のパターンを微細サイズでマーキングすることができる。   For example, in a double-side marking application for CSP, a silicon wafer may be placed on the XY stage 30 as the workpiece W, and marking may be performed in the wafer state. In this case, when normal marking is performed on the back surface of the CSP chip, the silicon wafer W is placed on the XY stage 30 with the back surface of the substrate facing up, and the reduction optical unit 32 is retracted to the original position (return position). Then, a pattern such as a lot number may be marked with a normal size on the back surface of each chip by a step-and-repeat method in which step movement by the XY stage 30 is repeated for each chip. Further, when fine marking is performed on the CSP chip main surface, the silicon wafer W is placed on the XY stage 30 with the substrate main surface (circuit pattern surface) facing up, and the reduction optical unit 32 is moved to the forward movement position. And inserted between the scanning head 14 and the XY stage 30. Then, a pattern such as an ID can be marked in a fine size at one corner of each chip main surface by the step-and-repeat method.

なお、レーザ発振器24より発振出力されるレーザ光は、固体レーザの基本波または高調波のいずれであってもよく、またパルスレーザ光に限らず、連続発振のレーザ光であってもよい。あるいは、レーザ発振器24をたとえば半導体レーザ等の他種類のレーザで代用することも可能である。特に、CSP等のシリコン基板向けのレーザ光は、シリコンウエハ(またはチップ)による吸収率に優れ、所望の光学系の作製が容易な350nm〜550nmの波長を有するのが望ましい。具体的には、ND:YAGまたはNd:YV04の第二高調波または第三高調波を好適に使用できる。   The laser beam oscillated and output from the laser oscillator 24 may be either a fundamental wave or a harmonic wave of a solid-state laser, and is not limited to a pulsed laser beam but may be a continuous wave laser beam. Alternatively, the laser oscillator 24 can be replaced with another type of laser such as a semiconductor laser. In particular, it is desirable that laser light for a silicon substrate such as CSP has a wavelength of 350 nm to 550 nm, which is excellent in absorption rate by a silicon wafer (or chip) and can easily produce a desired optical system. Specifically, the second harmonic or the third harmonic of ND: YAG or Nd: YV04 can be preferably used.

図5に、縮小光学ユニット32の具体的構成例を示す。この構成例の縮小光学ユニット32は、剛性の筐体またはユニット本体36を有し、この筐体36の中に光路伸長用の反射光学系38、レーザ光量減衰用の減光フィルタ40および縮小集光用の縮小レンズ光学系42をそれぞれ所定位置に配設している。   FIG. 5 shows a specific configuration example of the reduction optical unit 32. The reduction optical unit 32 of this configuration example has a rigid housing or unit main body 36. In this housing 36, a reflection optical system 38 for extending the optical path, a light reduction filter 40 for attenuating the laser light amount, and a reduction collection. The optical reduction lens optical system 42 is disposed at a predetermined position.

反射光学系38は、4枚の折り返しミラー44,46,48,50で構成されている。ここで、第1の折り返しミラー44は、水平軸または鉛直軸に対して45°の傾きで反射面を斜め上方に向けてスキャニング・ヘッド14の出射部(fθレンズ28)の直下に配置されている。   The reflection optical system 38 includes four folding mirrors 44, 46, 48, and 50. Here, the first folding mirror 44 is disposed immediately below the emitting portion (fθ lens 28) of the scanning head 14 with the reflecting surface inclined obliquely upward with an inclination of 45 ° with respect to the horizontal axis or the vertical axis. Yes.

第2の折り返しミラー46は、第1の折り返しミラー44から水平方向に所定の距離間隔(Da)を隔てて、第1の折り返しミラー44の反射面と水平方向で対向するように、水平軸または鉛直軸に対して45°の傾きで反射面を斜め下方に向けて配置されている。   The second folding mirror 46 is spaced apart from the first folding mirror 44 by a predetermined distance (Da) in the horizontal direction so as to oppose the reflecting surface of the first folding mirror 44 in the horizontal direction. The reflecting surface is arranged obliquely downward with an inclination of 45 ° with respect to the vertical axis.

第3の折り返しミラー48は、第2の折り返しミラー46から鉛直方向に所定の距離間隔(Db)を隔てて、第2の折り返しミラー46の反射面と鉛直方向で対向するように、水平軸または鉛直軸に対して45°の傾きで反射面を斜め上方に向けて配置されている。   The third folding mirror 48 is spaced apart from the second folding mirror 46 by a predetermined distance (Db) in the vertical direction so as to face the reflecting surface of the second folding mirror 46 in the vertical direction. The reflecting surface is arranged obliquely upward with an inclination of 45 ° with respect to the vertical axis.

第4の折り返しミラー50は、第3の折り返しミラー48から水平方向に所定の距離間隔(Dc)を隔てて、第3の折り返しミラー48の反射面と水平方向で対向するように、水平軸または鉛直軸に対して45°の傾きで反射面を斜め下方に向けて配置されている。   The fourth folding mirror 50 is separated from the third folding mirror 48 by a predetermined distance interval (Dc) in the horizontal direction so as to face the reflecting surface of the third folding mirror 48 in the horizontal direction or The reflecting surface is arranged obliquely downward with an inclination of 45 ° with respect to the vertical axis.

通常は、第4の折り返しミラー50が第1の折り返しミラー44の真下の位置にきて、Da=Dc、Db=Ddの関係が成立する。ここで、Ddは第1の折り返しミラー44と第4の折り返しミラー50間の距離間隔を表わす。   Normally, the fourth folding mirror 50 comes to a position directly below the first folding mirror 44, and the relationship of Da = Dc and Db = Dd is established. Here, Dd represents a distance interval between the first folding mirror 44 and the fourth folding mirror 50.

減光フィルタ40は、たとえばNDフィルタからなり、反射光学系38周りのレーザ光路上であれば任意の位置に配置可能であるが、好適には第1の折り返しミラー44と第2の折り返しミラー46との間に配置される。   The neutral density filter 40 is composed of, for example, an ND filter, and can be disposed at any position as long as it is on the laser optical path around the reflective optical system 38, but preferably the first folding mirror 44 and the second folding mirror 46. Between.

縮小レンズ光学系42は、好適には、複数枚のレンズ52を組み合わせた一定の縮小倍率を有する顕微鏡レンズからなり、最終段(第4)の折り返しミラー50から鉛直方向に所定の距離間隔を隔てて、該ミラー50の反射面と鉛直方向で対向するように、光軸を鉛直に合わせてユニット下端の出射部に取り付けられる。   The reduction lens optical system 42 is preferably a microscope lens having a constant reduction magnification obtained by combining a plurality of lenses 52, and is separated from the final stage (fourth) folding mirror 50 by a predetermined distance in the vertical direction. Thus, the optical axis is vertically aligned so as to face the reflecting surface of the mirror 50 in the vertical direction, and the mirror 50 is attached to the emission portion at the lower end of the unit.

この縮小光学ユニット32において、上方のスキャニング・ヘッド14よりXYステージ30上の被加工物Wに向けて出射されてくるレーザ光LBは、ユニット本体36の上面に設けられた開口(レーザ導入口)36aからユニットの中に入る。   In the reduction optical unit 32, the laser beam LB emitted from the upper scanning head 14 toward the workpiece W on the XY stage 30 is an opening (laser introduction port) provided on the upper surface of the unit body 36. Enter the unit from 36a.

ユニット32内で、第1の折り返しミラー44は、スキャニング・ヘッド14のfθレンズ28より略鉛直方向に直進してくるレーザ光LBを第2の折り返しミラー46に向けて水平方向に反射させる。   In the unit 32, the first folding mirror 44 reflects the laser beam LB, which travels straight in the substantially vertical direction from the fθ lens 28 of the scanning head 14, toward the second folding mirror 46 in the horizontal direction.

第2の折り返しミラー46は、第1の折り返しミラー44より水平方向に直進してくるレーザ光LBを第3の折り返しミラー48に向けて鉛直方向に反射させる。なお、第1の折り返しミラー44と第2の折り返しミラー46との間の光路でレーザ光LBはNDレンズ42を通り、ここで光量をたとえば1/10程度まで減衰させる。   The second folding mirror 46 reflects the laser beam LB, which travels straight in the horizontal direction from the first folding mirror 44, toward the third folding mirror 48 in the vertical direction. Note that the laser beam LB passes through the ND lens 42 in the optical path between the first folding mirror 44 and the second folding mirror 46, and the amount of light is attenuated to about 1/10, for example.

第3の折り返しミラー48は、第2の折り返しミラー46より鉛直方向に直進してくるレーザ光LBを第4の折り返しミラー50に向けて水平方向に反射させる。第4の折り返しミラー50は、第3の折り返しミラー48より水平方向に直進してくるレーザ光LBを縮小レンズ光学系40に向けて鉛直方向に反射させる。   The third folding mirror 48 reflects the laser light LB that travels straight in the vertical direction from the second folding mirror 46 toward the fourth folding mirror 50 in the horizontal direction. The fourth folding mirror 50 reflects the laser beam LB, which travels straight in the horizontal direction from the third folding mirror 48, toward the reduction lens optical system 40 in the vertical direction.

縮小レンズ光学系42は、第4の折り返しミラー50より鉛直方向に直進して入射してくるレーザ光LBを所定の縮小倍率(たとえば1/20)で絞って被加工物W上に縮小集光させる。   The reduction lens optical system 42 reduces the condensed laser beam LB on the workpiece W by narrowing the laser beam LB, which is linearly incident from the fourth folding mirror 50 and incident at a predetermined reduction magnification (for example, 1/20). Let

被加工物W上の集光点はμmオーダの微小面積であるが、減光フィルタ40によりレーザ光LBのパワーを適度に減衰させているので、通常マーキングのときと殆ど変わらないレーザエネルギーで微細なマーキングドットが形成される。このことにより、微細マーキングのために、制御電源ユニット10ないしレーザ発振ユニット12側でレーザ発振の出力を下げる調整を行わなくて済む。すなわち、レーザ発振器24のレーザ発振動作に最適な励起電力を維持・選択することができる。   Although the condensing point on the workpiece W is a micro area on the order of μm, the power of the laser beam LB is moderately attenuated by the neutral density filter 40, so that it is fine with a laser energy that is almost the same as that in normal marking. Marking dots are formed. This eliminates the need for adjustment to lower the laser oscillation output on the control power supply unit 10 or laser oscillation unit 12 side for fine marking. That is, the optimum excitation power for the laser oscillation operation of the laser oscillator 24 can be maintained and selected.

なお、反射光学系38においては、各折り返しミラー44〜50で若干の透過光(漏れ光)が生じることもある。その中で、第1の折り返しミラー44から出る漏れ光MBは、直下の第4の折り返しミラー50に裏面から入射して縮小レンズ光学系42に入る可能性がある。その場合は、図示のように、第1の折り返しミラー44と第4の折り返しミラー50との間に遮光板54を配置することで、漏れ光MBの混入を完全に断ち切ることができる。   In the reflection optical system 38, some transmitted light (leakage light) may be generated by the folding mirrors 44-50. Among them, the leaked light MB emitted from the first folding mirror 44 may enter the fourth folding mirror 50 directly below from the back surface and enter the reduction lens optical system 42. In that case, as shown in the figure, by arranging the light shielding plate 54 between the first folding mirror 44 and the fourth folding mirror 50, the mixing of the leaked light MB can be completely cut off.

上記のように、微細マーキングが行われるときも、通常マーキングのときと同一の条件で、スキャニング・ヘッド14よりXYステージ30上の被加工物Wに向けてレーザ光LBが出射される。しかし、レーザ光LBが縮小光学ユニット32内の反射光学系38および縮小レンズ光学系42を通過または経由させられることで、XYステージ30上の被加工物Wの表面には通常マーキングのときと同一の焦点位置にレーザ光LBがビーム径を所定の縮小率に縮小させて集光し、それによって微細サイズのマーキングドットないしパターンが形成されるようになっている。   As described above, even when fine marking is performed, the laser beam LB is emitted from the scanning head 14 toward the workpiece W on the XY stage 30 under the same conditions as in normal marking. However, since the laser beam LB passes or passes through the reflection optical system 38 and the reduction lens optical system 42 in the reduction optical unit 32, the surface of the workpiece W on the XY stage 30 is the same as that for normal marking. The laser beam LB is condensed by reducing the beam diameter to a predetermined reduction ratio at the focal position, thereby forming fine-sized marking dots or patterns.

ここで、反射光学系38においては、スキャニング・ヘッド14より出射されてくるレーザ光LBのビーム径や縮小レンズ光学系42の縮小倍率等に合わせて、微細マーキングの焦点位置を通常マーキングの焦点位置に一致させるように、レーザ光路長を設定する。このレーザ光路長の設定・調整のための光路長調節部56として、この実施形態では、第2および第3の折り返しミラー46,48の位置を水平方向で変位または微調整する手段を備えている。   Here, in the reflective optical system 38, the focal position of the fine marking is set to the focal position of the normal marking in accordance with the beam diameter of the laser beam LB emitted from the scanning head 14, the reduction magnification of the reducing lens optical system 42, and the like. The optical path length of the laser is set so as to match. In this embodiment, the optical path length adjusting unit 56 for setting / adjusting the laser optical path length is provided with means for displacing or finely adjusting the positions of the second and third folding mirrors 46 and 48 in the horizontal direction. .

図6は、反射光学系38内の各折り返しミラー44〜50で曲折しているレーザ光路を全て鉛直方向にまっすぐ繋いで一本化した光学的に等価な展開図である。図中、反射光学系38の各折り返しミラー44〜50を省いている。この鉛直展開図から明瞭にわかるように、スキャニング・ヘッド14より出射されたレーザ光LBは、fθレンズ28の焦点距離で定まる反射光学系38内の光路上の位置S1にいったん焦点(第1焦点)を結ぶものの、そこに物体は無いので、その先から一定の拡がり角で光路上を伝播して縮小レンズ光学系42に入射し、縮小レンズ光学系42の焦点距離で定まる位置つまりXYステージ30上の被加工物Wの加工点S2に焦点(第2焦点)を結ぶ。 FIG. 6 is an optically equivalent development view in which all the laser light paths bent by the respective folding mirrors 44 to 50 in the reflection optical system 38 are straightly connected in the vertical direction. In the drawing, the folding mirrors 44 to 50 of the reflection optical system 38 are omitted. As can be clearly seen from this vertical development view, the laser beam LB emitted from the scanning head 14 is once focused on the position S 1 on the optical path in the reflection optical system 38 determined by the focal length of the fθ lens 28 (first). However, since there is no object there, it propagates on the optical path at a certain divergence angle and enters the demagnifying lens optical system 42, which is determined by the focal length of the demagnifying lens optical system 42, that is, the XY stage. A focal point (second focal point) is formed at the machining point S 2 of the workpiece W on the workpiece 30.

光学的には、上記第1焦点位置S1が通常マーキングにおける単一の焦点位置つまりXYステージ30上の被加工物Wの加工点SCの位置に対応している。上記第1焦点位置S1と第2焦点位置仮焦点位置S2との間の光学的な伸長距離間隔DHを与えるように、反射光学系38内の光路長または各折り返しミラー44〜50の配置位置が設定される。 Optically, the first focal position S 1 corresponds to a single focal position in normal marking, that is, the position of the processing point S C of the workpiece W on the XY stage 30. The optical path length in the reflecting optical system 38 or the arrangement of the folding mirrors 44 to 50 so as to give an optical extension distance interval DH between the first focal position S 1 and the second focal position temporary focal position S 2. The position is set.

図7および図8に、本発明の第2の実施形態におけるレーザマーキング装置の要部の構成を示す。図中、上記した第1実施形態の装置構成と実質的に同一の構成または機能を有する部分には同一の符号を付している。   7 and 8 show the configuration of the main part of the laser marking device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, parts having substantially the same configuration or function as the apparatus configuration of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.

この第2の実施形態は、上記した縮小光学ユニット32に相当する縮小光学系をスキャニング・ヘッド14とXYステージ30との間に定常的に固定して配置する構成を特徴とする。ただし、図8にわかりやすく示すように、平面視でスキャニング・ヘッド14の走査可能な最大マーキング範囲MEの一部の領域Eaのみに限定的に介在するように縮小光学系32を配置する。   The second embodiment is characterized in that a reduction optical system corresponding to the reduction optical unit 32 described above is regularly fixed and arranged between the scanning head 14 and the XY stage 30. However, as clearly shown in FIG. 8, the reduction optical system 32 is disposed so as to be limitedly interposed only in a partial area Ea of the maximum marking range ME that can be scanned by the scanning head 14 in plan view.

かかる構成においては、最大マーキング範囲MAのうちの縮小光学系32が介在しない通常マーキング領域Ebでは、スキャニング・ヘッド14を出たレーザ光LBが縮小光学系32を避けて空中を鉛直下方に直進してXYステージ30上の被加工物Wの一加工点SCに直接集光して、通常サイズのマーキングドットないし所望のパターンを形成する。また、最大マーキング範囲のうちの縮小光学系が介在する微細マーキング領域Eaでは、スキャニング・ヘッド14を出たレーザ光LBが上記した第1実施形態と同様に縮小光学系32(反射光学系38、NDフィルタ40、縮小レンズ光学系42)を経由して同一の被加工物Wの別の加工点S2に集光して、微細サイズのマーキングドットないし所望のパターンを形成する。 In such a configuration, in the normal marking region Eb where the reduction optical system 32 is not interposed in the maximum marking range MA, the laser beam LB emitted from the scanning head 14 travels straight down in the air vertically avoiding the reduction optical system 32. Then, the light is directly focused on one processing point S C of the workpiece W on the XY stage 30 to form a normal size marking dot or a desired pattern. Further, in the fine marking region Ea in which the reduction optical system is interposed in the maximum marking range, the laser beam LB emitted from the scanning head 14 is reduced by the reduction optical system 32 (reflection optical system 38, reflection optical system 38, as in the first embodiment). Light is condensed on another processing point S2 of the same workpiece W via the ND filter 40 and the reduction lens optical system 42) to form fine-sized marking dots or a desired pattern.

上記のようなマーキング領域分割機能により、所与の被加工物Wに対して、通常マーキング領域Ebを利用して通常マーキングのみを施すことも、微細マーキング領域Eaを利用して微細マーキングのみを施すことも可能であり、通常マーキング領域Ebおよび微細マーキング領域Eaの双方を利用して時分割方式で同時に通常マーキングおよび微細マーキングを施すことも可能である。   With the marking region dividing function as described above, only normal marking is performed on a given workpiece W using the normal marking region Eb, or only fine marking is performed using the fine marking region Ea. It is also possible to perform both normal marking and fine marking simultaneously in a time-sharing manner using both the normal marking area Eb and the fine marking area Ea.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは決してなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the technical idea.

たとえば、縮小光学系または縮小光学ユニット32においては、反射光学系38を上記実施形態のように4枚の折り返しミラー44,46,48,50を所定の向きで45°に傾けて長方形の各頂点に配置する構成が最も効率的で光路長の安定したレーザ光路を形成することができる。この点に関し、図示省略するが、効率性または安定性の低下を伴うものの、反射光学系38を3枚あるいは5枚以上の折り返しミラーで構成することも可能である。また、縮小倍率の低下を伴うが、縮小レンズ光学系42を単レンズの集光レンズで簡略化することも可能である。   For example, in the reduction optical system or the reduction optical unit 32, the reflection optical system 38 is tilted to 45 ° in a predetermined direction by turning the four folding mirrors 44, 46, 48, and 50 as in the above-described embodiment. It is possible to form a laser beam path with the most efficient configuration and stable optical path length. In this regard, although not shown in the figure, the reflection optical system 38 can be configured by three or five or more folding mirrors, although it is accompanied by a decrease in efficiency or stability. Although the reduction magnification is reduced, the reduction lens optical system 42 can be simplified with a single lens.

また、本発明のレーザマーキング装置を、たとえば金属薄膜剥離加工等の微細加工に適用または応用することも可能である。   The laser marking device of the present invention can also be applied or applied to fine processing such as metal thin film peeling processing.

本発明の第1の実施形態におけるレーザマーキング装置の全体構成(通常マーキングモード)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure (normal marking mode) of the laser marking apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 図1のレーザマーキング装置における光学系の構成を示す略側面図である。It is a schematic side view which shows the structure of the optical system in the laser marking apparatus of FIG. 上記第1の実施形態におけるレーザマーキング装置の全体構成(微細マーキングモード)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure (fine marking mode) of the laser marking apparatus in the said 1st Embodiment. 図3のレーザマーキング装置における光学系の構成を示す略側面図である。It is a schematic side view which shows the structure of the optical system in the laser marking apparatus of FIG. 上記実施形態における縮小光学ユニットの具体的構成例を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the specific structural example of the reduction optical unit in the said embodiment. 上記実施形態における縮小光学ユニット内の反射光学系のレーザ光路を鉛直方向に展開した光学的等価図である。It is the optical equivalent figure which expand | deployed the laser beam path of the reflective optical system in the reduction optical unit in the said embodiment to the perpendicular direction. 第2の実施形態におけるレーザマーキング装置の要部の構成を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the principal part of the laser marking apparatus in 2nd Embodiment. 上記第2の実施形態における最大マーキング範囲内の通常マーキング領域/微細マーキング領域の区分けを平面視で示す図である。It is a figure which shows the division of the normal marking area | region / fine marking area | region within the maximum marking range in the said 2nd Embodiment by planar view.

符号の説明Explanation of symbols

10 制御電源ユニット
12 レーザ発振ユニット
14 スキャニング・ヘッド
18 加工台
24 レーザ発振器
26X,26Y ガルバノメータ・ミラー
28 fθレンズ
30 XYステージ
32 縮小光学ユニット
34 ロボットアーム(アクチエータ)
38 反射光学系
40 減光フィルタ
42 縮小レンズ光学系
44,46,48,50 折り返しミラー
56 光路長調節部
10 Control power supply unit 12 Laser oscillation unit
14 Scanning head 18 Processing base 24 Laser oscillator 26X, 26Y Galvanometer mirror 28 fθ lens 30 XY stage 32 Reduction optical unit 34 Robot arm (actuator)
38 Reflecting optical system 40 Neutralizing filter 42 Reduction lens optical system 44, 46, 48, 50 Folding mirror 56 Optical path length adjustment unit

Claims (13)

被加工物にスキャニング方式でレーザ光を照射して所望のパターンをマーキングするレーザマーキング装置であって、
被加工物を所定位置で支持するステージと、
マーキング用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部からの前記レーザ光を前記ステージ上の前記被加工物に向けて反射するスキャン・ミラーと、前記スキャン・ミラーからの前記レーザ光を所定の焦点距離の位置に集光させる集光レンズとを有し、前記スキャン・ミラーを回転変位させて前記レーザ光の前記被加工物上の照射位置を光学的に走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部と前記ステージとの間の距離間隔を一定に保ったまま両者間のレーザ光路に割り込む第1の位置と、前記レーザ光路から退避する第2の位置との間で移動可能に設けられる縮小光学系と
を有し、
前記縮小光学系が前記第2の位置に配置されているときは、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記被加工物上に直接集光して、所望のパターンが縮小せずにマーキングされ、
前記縮小光学系が前記第1の位置に配置されているときは、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記縮小光学系内でいったん焦点を結んでから前記被加工物上に再び集光して、所望のパターンが所望の縮小率で縮小してマーキングされる、
レーザマーキング装置。
A laser marking device for marking a desired pattern by irradiating a workpiece with a laser beam by a scanning method,
A stage for supporting a work piece at a predetermined position;
A laser oscillation unit that oscillates and outputs a laser beam for marking;
A scan mirror that reflects the laser light from the laser oscillating toward the workpiece on the stage, and a light condensing that condenses the laser light from the scan mirror at a predetermined focal length. A laser scanning unit that optically scans an irradiation position of the laser beam on the workpiece by rotating and displacing the scan mirror;
Provided movably between a first position that interrupts the laser beam path between the laser scanning unit and the stage while maintaining a constant distance between the laser scanning unit and the stage, and a second position that retracts from the laser beam path reducing possess an optical system, which is,
When the reduction optical system is arranged at the second position, the laser beam emitted from the laser scanning unit is directly condensed on the workpiece, and the desired pattern is not reduced. And
When the reduction optical system is disposed at the first position, the laser light emitted from the laser scanning unit is once focused on the workpiece after being focused in the reduction optical system. Then, a desired pattern is marked by being reduced at a desired reduction rate.
Laser marking device.
前記縮小光学系を支持または収容するユニット本体と、
前記縮小光学系を前記第1の位置と前記第2の位置との間で移動させるために、前記ユニット本体を移動させる移動機構と、
前記移動機構の動作を制御するための制御系と
を有する請求項1に記載のレーザマーキング装置。
A unit main body for supporting or housing the reduction optical system;
A moving mechanism for moving the unit main body to move the reduction optical system between the first position and the second position;
The laser marking device according to claim 1, further comprising a control system for controlling the operation of the moving mechanism .
被加工物にスキャニング方式でレーザ光を照射して所望のパターンをマーキングするレーザマーキング装置であって、
被加工物を所定位置で支持するステージと、
マーキング用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部からの前記レーザ光を前記ステージ上の前記被加工物に向けて反射するスキャン・ミラーと、前記スキャン・ミラーからの前記レーザ光を所定の焦点距離の位置に集光させる集光レンズとを有し、前記スキャン・ミラーを回転変位させて前記レーザ光の前記被加工物上の照射位置を光学的に走査するレーザ走査部と、
前記レーザ走査部の走査可能な最大マーキング範囲の一部の領域のみに限定して介在するように前記レーザ走査部と前記ステージとの間に配置される縮小光学系と
を有し、
前記最大マーキング範囲のうちの前記縮小光学系が介在しない領域では、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記被加工物上に直接集光して、所望のパターンが縮小せずにマーキングされ、
前記最大マーキング範囲のうちの前記縮小光学系が介在する領域では、前記レーザ走査部を出た前記レーザ光が前記縮小光学系内でいったん焦点を結んでから前記被加工物上に再び集光して、所望のパターンが所望の縮小率で縮小してマーキングされる、
レーザマーキング装置。
A laser marking device for marking a desired pattern by irradiating a workpiece with a laser beam by a scanning method,
A stage for supporting a work piece at a predetermined position;
A laser oscillation unit that oscillates and outputs a laser beam for marking;
A scan mirror that reflects the laser light from the laser oscillating toward the workpiece on the stage, and a light condensing that condenses the laser light from the scan mirror at a predetermined focal length. A laser scanning unit that optically scans an irradiation position of the laser beam on the workpiece by rotating and displacing the scan mirror;
A reduction optical system disposed between the laser scanning unit and the stage so as to be interposed only in a partial region of the maximum marking range that can be scanned by the laser scanning unit,
In the area of the maximum marking range where the reduction optical system is not interposed, the laser beam emitted from the laser scanning unit is directly focused on the workpiece, and a desired pattern is marked without being reduced. ,
In the region where the reduction optical system is interposed in the maximum marking range, the laser beam emitted from the laser scanning unit is once focused on the workpiece after being focused in the reduction optical system. The desired pattern is marked by being reduced at a desired reduction rate.
Laser marking device.
前記縮小光学系が、
所定の相対位置関係で配置される複数の折り返しミラーを有し、前記レーザ走査部からの前記レーザ光を前記複数の折り返しミラーで順次折り返して前記走査部と前記ステージ間のレーザ光路長を所定の距離だけ伸長させる反射光学系と、
一定の縮小倍率を有し、前記反射光学系からの前記レーザ光を前記被加工物上に縮小集光させる縮小レンズ光学系と
を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。
The reduction optical system is
A plurality of folding mirrors arranged in a predetermined relative positional relationship, wherein the laser light from the laser scanning unit is sequentially folded by the plurality of folding mirrors, and a laser beam path length between the scanning unit and the stage is set to a predetermined value; A reflective optical system that extends by a distance;
The laser according to claim 1 , further comprising: a reduction lens optical system that has a constant reduction magnification and that reduces and condenses the laser light from the reflection optical system on the workpiece. Marking device.
前記反射光学系が第1、第2、第3および第4の折り返しミラーを含み、
前記第1の折り返しミラーが、前記レーザ走査部より略鉛直方向に直進してくる前記レーザ光を前記第2の折り返しミラーに向けて略水平方向に反射させ、
前記第2の折り返しミラーが、前記第1の折り返しミラーより略水平方向に直進してくる前記レーザ光を前記第3の折り返しミラーに向けて略鉛直方向に反射させ、
前記第3の折り返しミラーが、前記第2の折り返しミラーより略鉛直方向に直進してくる前記レーザ光を前記第4の折り返しミラーに向けて略水平方向に反射させ、
前記第4の折り返しミラーが、前記第3の折り返しミラーより略水平方向に直進してくる前記レーザ光を前記縮小レンズ光学系に向けて略鉛直方向に反射させる
請求項4に記載のレーザマーキング装置。
The reflective optical system includes first, second, third and fourth folding mirrors;
The first folding mirror reflects the laser light that travels straight in a substantially vertical direction from the laser scanning unit toward the second folding mirror in a substantially horizontal direction;
The second folding mirror reflects the laser beam traveling straight in a substantially horizontal direction from the first folding mirror in a substantially vertical direction toward the third folding mirror;
The third folding mirror reflects the laser light traveling in a substantially vertical direction from the second folding mirror in a substantially horizontal direction toward the fourth folding mirror;
The fourth folding mirror reflects the laser light traveling straight in a substantially horizontal direction from the third folding mirror in a substantially vertical direction toward the reduction lens optical system ;
The laser marking device according to claim 4.
前記縮小光学系が、前記レーザ光の光路長を調節するための光路長調節部を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to claim 1 , wherein the reduction optical system includes an optical path length adjusting unit for adjusting an optical path length of the laser light. 前記光路長調節部が、一部または全部の前記折り返しミラーの位置を水平方向で調節するためのミラー水平位置調節部を有する請求項6に記載のレーザマーキング装置。 The optical path length adjustment unit has a mirror horizontal position adjusting section for adjusting portion or the position of the folding mirror in a total of horizontal, laser marking device according to claim 6. 前記縮小光学系が、前記レーザ光の光量を減衰させるための減光フィルタを有する請求項1〜7のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The reduction optical system has a neutral density filter for attenuating the light intensity of the laser beam, the laser marking device according to any one of claims 1 to 7. 前記縮小レンズ光学系が顕微鏡レンズを有する請求項4〜8のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to any one of claims 4 to 8 , wherein the reduction lens optical system includes a microscope lens. 前記ステージが、水平面内で前記被加工物を任意の方向に移動させ、かつ位置決めするためのXYステージ機構を含む請求項1〜9のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the stage includes an XY stage mechanism for moving and positioning the workpiece in an arbitrary direction within a horizontal plane. 前記レーザ光の波長が350nm〜550nmである請求項1〜10のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to any one of claims 1 to 10 , wherein a wavelength of the laser light is 350 nm to 550 nm. 前記スキャン・ミラーがガルバノメータ・ミラーである請求項1〜11のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to claim 1 , wherein the scan mirror is a galvanometer mirror. 前記走査部の集光レンズがfθレンズである請求項1〜12のいずれか一項に記載のレーザマーキング装置。 The laser marking device according to claim 1 , wherein the condensing lens of the scanning unit is an fθ lens.
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