JP5133709B2

JP5133709B2 - レーザリペア装置

Info

Publication number: JP5133709B2
Application number: JP2008000706A
Authority: JP
Inventors: 勝松本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: JP2009160610A

Description

本発明は、レーザリペア装置に関するものである。

従来、レーザ発振器と加工ヘッドとを光ファイバによって接続したレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このレーザ加工装置は、装置の外部に固定されたレーザ発振器と加工対象物上をＸＹの２次元方向に移動可能な可動式の加工ヘッドとを備え、レーザ発振器と加工ヘッドとの間を光ファイバで連結している。また、このレーザ加工装置は加工ヘッドを移動させるために、加工ヘッドのＸＹ方向のストロークに応じた長い光ファイバを使用している。

特開２００２−１７２４８０号公報

しかしながら、従来のレーザ加工装置では、光ファイバにより分離された一方の加工ヘッドのみを移動させるため、加工ヘッドの移動に伴い光ファイバの変形が繰り返される。光ファイバは、変形が繰り返されると耐久性が低下し、光ファイバの芯線に亀裂が入って均一な強度分布のレーザ光による被加工部材の加工を行うことができないという不都合がある。また、光ファイバが変形しながら移動すると、光ファイバ内の反射条件が変わるため、光ファイバ内を伝送されるレーザ光の品質が変わり、均一な強度分布のレーザ光による被加工部材の加工を行うことができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、加工ヘッドの移動に伴う光ファイバの変形を防止して、均一な強度分布を有するレーザ光を被加工部材に照射することができるレーザリペア装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、門型のフレームと、レーザ光を発生するレーザ光源と、被加工部材に対向して配置される対物レンズを有し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記対物レンズを介して前記被加工部材に照射する加工ヘッドと、前記レーザ光源と前記加工ヘッドとの間に接続され、内部を伝送するレーザ光の強度分布が均一となる反射条件を満たす曲げ部分を有し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工ヘッドに導光する光ファイバと、前記曲げ部分と前記加工ヘッドの間に設けられ、前記光ファイバの出射側を前記加工ヘッドの光軸に一致させ、且つ前記出射側が直線的になるように固定する第１のファイバ固定部材と、前記曲げ部分に設けられ、曲げの曲率が変わらないように固定する第２のファイバ固定部材と、前記フレーム上で、前記レーザ光源、前記加工ヘッドおよび前記各固定部材により固定された前記光ファイバを前記フレームの水平部に沿って一体的に移動させる移動機構とを備えるレーザリペア装置を提供する。

本発明によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が光ファイバを介して導光されて加工ヘッドに入射され、加工ヘッドに対向して配置されている被加工部材に対して照射される。レーザ光は、光ファイバを通過することによって均一な強度分布となるように調整された後に被加工部材に照射され、被加工部材を精度よく加工することができる。

この場合において、移動機構の作動により加工ヘッドが被加工部材に対して移動させられても、加工ヘッドと一体的にレーザ光源および光ファイバが一体的に移動させられるので、光ファイバが変位することがなく、そのままの形態を保ったまま移動させられる。したがって、出射されるレーザ光が変動することがなく、均一な強度分布のレーザ光を被加工部材に照射し続けることができる。

本発明の参考例としての発明においては、前記加工ヘッドが、被加工部材を顕微鏡観察するための対物レンズ、落射照明光源および撮像素子を備えることとしてもよい。
このようにすることで、落射照明光源から出射された照明光を対物レンズを介して被加工部材に照射し、被加工部材から戻る反射光を対物レンズによって集光し、撮像素子によって撮影することができる。したがって、加工ヘッドによって被加工部材の表面状態を観察しながら、精度よく加工することができる。

また、上記参考例としての発明においては、前記光ファイバが、前記レーザ光源と前記加工ヘッドとの間において、１回以上巻かれていることとしてもよい。
このようにすることで、１回以上巻かれた光ファイバによって、レーザ光の均一化の効果が増大させられ、より均一な強度分布のレーザ光を用いて被加工部材を加工することができる。

本発明によれば、加工ヘッドの移動に伴う光ファイバの変形を防止して、均一な強度分布を有するレーザ光を被加工部材に照射することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るレーザリペア装置１について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザリペア装置１は、大型の液晶基板Ａの配線パターン部等の微小領域をレーザ加工する装置であって、図１および図２に示されるように、液晶基板Ａを水平な平面状態を保ったまま浮上させる浮上プレート２と、該浮上プレート２の側方において液晶基板Ａの一側縁部を吸着してＸ方向に搬送する吸着搬送ステージ３と、浮上プレート２の上方にＹ方向に掛け渡される門型の顕微鏡ステージ（移動機構）４と、該顕微鏡ステージ４によって、Ｙ方向に移動させられる加工ヘッド５、レーザ電源６、レーザ光源７および光ファイバ８とを備えている。

加工ヘッド５は、図３に示されるように、液晶基板Ａの上面に対して微小隙間をあけて対向配置される対物レンズ９と、該対物レンズ９を介して液晶基板Ａに照明光を照射する落射照明光源１０と、光ファイバ８を介して導光されてきたレーザ光を集光する結像レンズ１１と、対物レンズ９の前側焦点位置を制御するオートフォーカスユニット１２と、液晶基板Ａから戻る照明光を透過させるとともにレーザ光源７からのレーザ光を反射するダイクロイックミラー１３と、該ダイクロイックミラー１３を透過した照明光の反射光を撮影するＣＣＤのような撮像素子１４とを備えている。図中、符号１５は、レーザ電源６の電源ケーブル、符号１６は加工ヘッド５への制御信号ケーブル、符号１７は撮像素子の映像信号ケーブルであり、これらは耐久性が高く、可動ケーブルとすることができる。

なお、対物レンズ９は図示しない電動レボルバユニットによって低倍率から高倍率までの対物レンズ９を遠隔操作によって交換することができるようになっている。電動レボルバユニットには液晶基板Ａを観察するための可視光用対物レンズ９と、液晶基板Ａのレジストパターンを加工するための紫外用対物レンズ９が装着され、レーザ加工を行う場合には紫外用対物レンズ９に切り替えてレーザ加工を行うことができるようになっている。

前記顕微鏡ステージ４は、加工ヘッド５を取り付けるヘッド取付部１８と、レーザ電源６およびレーザ光源７を取り付けるレーザユニット取付部１９とを備えている。ヘッド取付部１８は、門型の顕微鏡ステージ４を構成する水平ビーム２０の側方に片持ち梁状に設けられ、図示しないリニアガイドレールとリニアモータによりＹ方向に移動可能に設けられており、先端に、対物レンズ９を鉛直下方に向けて加工ヘッド５を取り付けるようになっている。

レーザユニット取付部１９は、水平ビーム２０の上面に設けられたレール２１に沿ってＹ方向にスライド可能に支持されたスライダであり、水平ビーム２０の鉛直上方に、比較的重量の大きなレーザ電源６およびレーザ光源７を配置するようになっている。
これらヘッド取付部１８およびレーザユニット取付部１９は相互に固定されることにより一体的にＹ方向に移動させられるようになっている。

また、本実施形態においては、光ファイバ８は、入射側と出射側がレーザ光源７の光軸と加工ヘッド５の光軸に一致するように直線的に、ファイバ固定部材２２によってレーザユニット取付部１９に固定されている。ここで、ファイバ固定部材２２により固定された光ファイバ８の中間部分は、内部を伝送するレーザ光の強度分布が均一となる反射条件を満たすよう折り曲げられている。

これにより、ヘッド取付部１８が駆動されると、ヘッド取付部１８およびレーザユニット取付部１９が一体的にＹ方向に駆動される結果、加工ヘッド５、レーザ電源６、レーザ光源７および光ファイバ８が一体的にＹ方向に移動させられる。すなわち、加工ヘッド５が移動させられても、光ファイバ８が変形することがなく、一定の形態を維持したまま移動させられるようになっている。

ここで、加工ヘッド５の移動により光ファイバ８の折り曲げ部分が振動して揺れる場合には、曲げの曲率が変わらないように折り曲げ部分もファイバ固定部材２２によってレーザユニット取付部１９に固定することが好ましい。

このように構成された本実施形態に係るレーザリペア装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るレーザリペア装置１を用いて液晶基板Ａの顕微鏡検査およびレーザ加工を行うには、図示しない搬送ロボット等によって液晶基板Ａを浮上プレート２上に載置して浮上させた状態で、基板整列機構２３によって位置決めする。位置決め後、吸着搬送ステージ３を上昇させて吸着部３ａによって液晶基板Ａを吸着し、吸着搬送ステージ３のリニアモータを駆動させ、リニアガイドレールに沿ってＸ方向に搬送する。
サーバからの液晶基板Ａの欠陥位置情報により、加工ヘッド５をＹ方向に、吸着搬送ステージ３をＸ方向に移動させて、顕微鏡検査やレーザ加工を行うことにより、液晶基板Ａのほぼ全面にわたって顕微鏡検査およびレーザ加工を施すことができる。

液晶基板Ａの顕微鏡検査を行うには、所定の倍率の可視光用対物レンズ９に切り替えて加工ヘッド５に備えられた落射照明光源１０から照明光を出射させ、ハーフミラー２４および対物レンズ９を介して液晶基板Ａに照射する。液晶基板Ａにおいて反射して戻る反射光は、対物レンズ９、ハーフミラー２４およびダイクロイックミラー１３を透過して撮像素子１４により撮影され、図示しないモニタに表示される。このモニタに写し出された欠陥画像を、オペレータが目視観察して修正する欠陥か修正しなくてもよい欠陥かを判断する。修正が必要と判断された場合には、欠陥が対物レンズ９の視界中心位置に来るように調整した後、レーザ光源７に設けられているスリット照明光源を点灯させ、欠陥の形状に合うように図示しないスリットの開口を調整してレーザ光の照射領域を設定する。

レーザ光の照射領域を設定した後には、紫外用対物レンズ（レーザ加工用対物レンズ）９に切り替えて、レーザ光源７からレーザ光を出射させる。レーザ光は、光ファイバ８を介して、加工ヘッド５に導かれ、結像レンズ１１で集光し、ダイクロイックミラー１３で反射し、対物レンズ９を介して液晶基板Ａに照射される。レーザ光は光ファイバ８を介して導光される間に、直線部分と折り曲げ部分で反射を繰り返し、その強度分布を均一化されるので、均一な強度分布のレーザ光を用いてレーザ加工を行うことにより、液晶基板Ａを高精度に加工することができる。

この場合において、本実施形態に係るレーザリペア装置１によれば、加工ヘッド５とレーザ光源とを分離させて顕微鏡ステージ４の水平ビーム２０に沿って一体に移動させることにより、加工ヘッド５が移動しても、レーザ光源７と光ファイバ８も一緒に移動するので、光ファイバ８が変形することなく、光ファイバ８内の反射条件が常に一定に保たれ、液晶基板Ａに照射されるレーザ光の強度分布が安定するという利点がある。その結果、常に均一な強度分布のレーザ光を照射して、高精度のレーザ加工を継続することができる。
また、損傷し易い光ファイバ８を変形させずに済むので、繰り返し使用による光ファイバ８の劣化を防止することができるという利点もある。

また、本実施形態においては、比較的軽量の加工ヘッド５のみを片持ち梁状のヘッド取付部１８に取り付け、比較的重量の大きなレーザ電源６およびレーザ光源７を門型の水平ビーム２０の鉛直上方に配置することとしたので、加工ヘッド５の移動時に、ヘッド取付部１８に加わる負荷を最小限に抑えることができる。したがって、加工ヘッド５の高精度の移動を可能にして、さらに精度よくレーザ加工を行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、強度分布が均一化されるように光ファイバ８を湾曲させて接続する場合について説明したが、図４に示されるように、光ファイバ８を１回以上巻いて、巻数と巻径を調整することで、レーザ光の強度分布を均一化させてもよい。このように光ファイバ８を巻くことで、光ファイバ８内でのレーザ光の反射を複雑にすることによりレーザ光の強度分布をさらに均一にする効果がある。図４は光ファイバ８を３回巻いた例である。この場合、加工ヘッド５とレーザ光源７の移動により、巻いた光ファイバ８がずれないように、また、巻径が変わらないようにファイバ固定部材２２によってレーザユニット取付部１９に固定する。また、光ファイバ８の両端がレーザ光源７の光軸と加工ヘッドの光軸と一致するようにファイバ固定部材２２によってレーザユニット取付部１９に固定する。

また、本実施形態においては、液晶基板Ａを浮上プレート２によって浮上させ、吸着搬送ステージ３によってＸ方向に移動させ、加工ヘッド５を顕微鏡ステージ４によってＹ方向に移動させることで液晶基板Ａのほぼ全面にわたる顕微鏡検査とレーザ加工とを行うこととしたが、これに代えて、液晶基板Ａを固定し、ＸＹ２方向に移動可能な顕微鏡ステージを採用することにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るレーザリペア装置を示す平面図である。図１のレーザリペア装置の正面図である。図１のレーザリペア装置の加工ヘッドの内部構造を示す模式図である。図１のレーザリペア装置の変形例を示すレーザ光源、加工ヘッドおよび光ファイバの配置を説明する正面図である。

符号の説明

Ａ液晶基板（被加工部材）
１レーザリペア装置
４顕微鏡ステージ（移動機構）
５加工ヘッド
７レーザ光源
８光ファイバ
９対物レンズ
１０落射照明光源
１４撮像素子

Claims

門型のフレームと、
レーザ光を発生するレーザ光源と、
被加工部材に対向して配置される対物レンズを有し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記対物レンズを介して前記被加工部材に照射する加工ヘッドと、
前記レーザ光源と前記加工ヘッドとの間に接続され、内部を伝送するレーザ光の強度分布が均一となる反射条件を満たす曲げ部分を有し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工ヘッドに導光する光ファイバと、
前記曲げ部分と前記加工ヘッドの間に設けられ、前記光ファイバの出射側を前記加工ヘッドの光軸に一致させ、且つ前記出射側が直線的になるように固定する第１のファイバ固定部材と、
前記曲げ部分に設けられ、曲げの曲率が変わらないように固定する第２のファイバ固定部材と、
前記フレーム上で、前記レーザ光源、前記加工ヘッドおよび前記各固定部材により固定された前記光ファイバを前記フレームの水平部に沿って一体的に移動させる移動機構と
を備えるレーザリペア装置。