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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Höhenpositionsdetektor
zum Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche
eines Werkstücks, wie zum Beispiel eines Halbleiterwafers,
das auf einem Einspanntisch gehalten wird, der in einer Bearbeitungsvorrichtung,
wie zum Beispiel einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung, vorgesehen
ist.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Bei
einem Halbleiterbauelement-Herstellungsverfahren ist eine Oberfläche
eines Halbleiterwafers mit einer annähernd runden, scheibenartigen Form
mit mehreren Bereichen versehen, die durch geplante Trennlinien,
die Straßen genannt werden und in einem Gittermuster angeordnet
sind, abgegrenzt sind, und sind Bauelemente, wie zum Beispiel ICs
(integrierte Schaltungen) und LSIs, in den so abgegrenzten Bereichen
ausgebildet. Dann wird der Halbleiterwafer entlang der Straßen
geschnitten, wodurch die Bereiche mit den darin ausgebildeten Bauelementen
voneinander abgetrennt werden, so dass die einzelnen Bauelemente
hergestellt werden. In ähnlicher Weise wird ein Wafer für
optische Bauelemente, bei dem ein Galliumnitrid-Verbundhalbleiter und
dergleichen geschichtet auf einer Oberfläche eines Saphirsubstrats
ausgebildet sind, entlang geplanter Trennlinien in einzelne optische
Bauelemente, wie zum Beispiel lichtemittierende Dioden und Laserdioden, geschnitten,
die zur Verwendung in elektrischen Vorrichtungen weit verbreitet
sind.
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Als
ein Verfahren zum Teilen des Halbleiterwafers, des Wafers für
optische Bauelemente oder dergleichen entlang der darin ausgebildeten
Straßen wurde ein Laserstrahlbearbeitungsverfahren versucht,
bei dem die Bestrahlung des Wafers mit einem gepulsten Laserstrahl
durch Verwendung eines gepulsten Laserstrahls, für den
der Wafer durchlässig ist, und durch Positionieren eines
Lichtverdichtungspunkts im Inneren der zu trennenden Bereiche durchgeführt
wird. Bei dem Trennverfahren unter Verwendung des Laserstrahlbearbeitungsverfahrens
wird ein Wafer von einer Seite davon aus mit einem gepulsten Laserstrahl
bestrahlt, für den der Wafer durchlässig ist und
der eine Wellenlänge von zum Beispiel 1064 nm aufweist,
während der Lichtverdichtungspunkt im Inneren des Wafers
positioniert wird, so dass kontinuierlich eine denaturierte Schicht im
Inneren des Wafers entlang der Straßen ausgebildet wird,
und wird das Werkstück durch Ausüben einer äußeren
Kraft entlang der geplanten Trennlinien, deren Festigkeit durch
die Bildung der denaturierten Schicht vermindert ist, getrennt (siehe
zum Beispiel das
japanische Patent
Nr. 3408805 ).
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Jedoch
kann, wenn das plattenartige Werkstück, wie zum Beispiel
ein Halbleiterwafer, eine Welligkeit und eine Verteilung seiner
Dicke aufweist, wegen eines mit dem Brechungsindex des Werkstücks verbundenen
Einflusses die denaturierte Schicht nicht gleichmäßig
bei einer vorgegebenen Tiefe durch die Bestrahlung mit einem Laserstrahl
ausgebildet werden. Deshalb ist es, um die denaturierte Schicht
gleichmäßig bei einer vorgegebenen Tiefe im Inneren
des Halbleiterwafers oder dergleichen auszubilden, notwendig, vorläufig
die Vorsprungs-und-Eintiefungs-Form des mit dem Laserstrahl zu bestrahlenden
Bereichs zu erfassen und zu bewirken, dass das Laserstrahlbestrahlungsmittel der Vorsprungs-und-Eintiefungs-Form
zu dem Zeitpunkt der Bearbeitung folgt.
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Um
das oben geschilderte Problem zu lösen, hat die gegenwärtige
Anmelderin eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen,
die ein Höhenpositionserfassungsmittel aufweist, durch
das eine Oberseitenoberfläche (obere Oberfläche)
eines auf einem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks mit
einem sichtbaren Laserstrahl bestrahlt wird und, basierend auf der
Lichtmenge, die dem Bereich der Reflektion durch die Oberseitenoberfläche
(obere Oberfläche) des Werkstücks entspricht,
die Höhenposition der Oberseitenoberfläche (oberen
Oberfläche) des Werkstücks erfasst wird (siehe
zum Beispiel das offengelegte
japanische
Patent Nr. 2007-152355 ).
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Bei
dem in der gerade erwähnten offengelegten Patentveröffentlichung
offenbarten Höhenpositionserfassungsmittel wird, falls
der Wafer als das Werkstück aus Silizium gebildet ist,
der sichtbare Laserstrahl nicht durch das Werkstück transmittiert
und kann deshalb die Lichtmenge, die dem Bereich der Reflektion
durch die Oberseitenoberfläche (obere Oberfläche)
des Werkstücks entspricht, genau gemessen werden. Jedoch
wird, falls der Wafer aus Saphir oder Quarz gebildet ist, die eine
Transparenz für den Laserstrahl aufweisen, der Laserstrahl
nicht nur durch die Oberseitenoberfläche (obere Oberfläche) des
Werkstücks, sondern auch durch die Rückseitenoberfläche
(untere Oberfläche) des Werkstücks reflektiert,
so dass es unmöglich ist, nur die Menge des Lichts zu messen,
das durch die Oberseitenoberfläche (obere Oberfläche)
des Werkstücks reflektiert wird. Deshalb ist es unmöglich,
mit dem in der offengelegten Patentveröffentlichung offenbarten
Höhenpositionserfassungsmittel die Höhenposition
eines Werkstücks zu erfassen, das aus einem Material gebildet
ist, das eine transparente Eigenschaft aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Höhenpositionsdetektor zum
sicheren Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche
eines durch einen Einspanntisch gehaltenen Werkstücks,
sogar falls das Werkstück aus einem Material mit einer
transparenten Eigenschaft gebildet ist, bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Höhenpositionsdetektor
für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück
zum Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche eines
auf einem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks bereitgestellt,
der beinhaltet: ein Laserstrahloszillationsmittel zum Oszillieren
eines Laserstrahls; ein Ringfleckerzeugungsmittel, durch das ein
Fleck des durch das Laserstrahloszillationsmittel oszillierten Laserstrahls
in eine Ringform gebracht wird; einen ersten Strahlteiler, durch
den der Laserstrahl mit dem durch das Ringfleckerzeugungsmittel
in die Ringform gebrachten Fleck in einen ersten Weg geführt
wird; einen Lichtverdichter, durch den der in den ersten Weg geführte
Laserstrahl so verdichtet wird, dass das auf dem Einspanntisch gehaltene
Werkstück durch ihn bestrahlt wird; eine Lochblendenmaske,
die in einem zweiten Weg angeordnet ist, in den durch das auf dem
Einspanntisch gehaltene Werkstück reflektiertes Licht durch
den ersten Strahlteiler geteilt wird; einen zweiten Strahlteiler,
durch den das reflektierte Licht, das durch die Lochblendenmaske getreten
ist, in einen dritten und einen vierten Weg geteilt wird; ein erstes
Lichtempfangselement zum Empfangen des durch den zweiten Strahlteiler
in den dritten Weg geteilten reflektierten Lichts; ein zweites Lichtempfangselement
zum Empfangen des durch den zweiten Strahlteiler in den vierten
Weg geteilten reflektierten Lichts; ein Lichtempfangsbereichseinschränkungsmittel,
das in dem vierten Weg angeordnet ist und einen Empfangsbereich
des reflektierten Lichts einschränkt, in dem das reflektierte
Licht durch das zweite Lichtempfangselement empfangen wird; und
ein Steuermittel, durch das die Höhenposition der oberen
Oberfläche des auf dem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks
basierend auf dem Verhältnis zwischen der durch das erste
Lichtempfangselement empfangenen Lichtmenge und der durch das zweite Lichtempfangselement
empfangenen Lichtmenge bestimmt wird.
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Das
Ringfleckerzeugungsmittel beinhaltet ein Paar konischer Linsen,
die hintereinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang des Laserstrahls
angeordnet sind.
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Der
Höhenpositionsdetektor für ein auf einem Einspanntisch
gehaltenes Werkstück gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie oben beschrieben aufgebaut, der durch das Laserstrahloszillationsmittel
oszillierte Laserstrahl mit einer runden Fleckform wird durch das
Ringfleckerzeugungsmittel in einen Laserstrahl mit einer ringförmigen
Fleckform umgewandelt und das Werkstück wird mit dem Laserstrahl, der
die ringförmige Fleckform aufweist, bestrahlt. Deshalb
wird der Laserstrahl mit der ringförmigen Fleckform, mit
dem das Werkstück bestrahlt wird, durch die obere Oberfläche
des Werkstücks reflektiert, während er die ringförmige
Fleckform aufweist, und wird, falls das Werkstück eine
transparente Eigenschaft aufweist, der Laserstrahl auch durch die untere
Oberfläche des Werkstücks reflektiert, während
er eine ringförmige Fleckform aufweist. Dann wird das zweite
reflektierte Licht mit der ringförmigen Fleckform, das
durch die untere Oberfläche des Werkstücks reflektiert
wurde, durch die Lochblendenmaske abgefangen und die Menge an empfangenem Licht
basierend auf dem ersten reflektierten Licht mit der ringförmigen
Fleckform, das durch die obere Oberfläche des Werkstücks
reflektiert wurde und durch das Nadelloch in der Lochblendenmaske
getreten ist, erfasst, so dass die Position der oberen Oberfläche
des Werkstücks genau erfasst werden kann, sogar falls das
Werkstück eine transparente Eigenschaft aufweist.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung und die Art und Weise, wie diese realisiert werden können,
werden offenkundiger werden und die Erfindung selbst wird am besten
verstanden werden, indem die folgende Beschreibung und die angefügten
Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, studiert
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung,
die mit einem Höhenpositionsdetektor für ein auf
einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück ausgestattet ist,
der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut
ist;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Höhenpositionsdetektors
für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück,
der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut
ist, zeigt;
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3 veranschaulicht
den Zustand, in dem ein Laserstrahl mit einer runden Fleckform durch
ein Ringfleckerzeugungsmittel, das einen Teil des in 2 gezeigten
Höhenpositionsdetektors bildet, in eine ringförmige
Fleckform gebracht wird;
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4 veranschaulicht
den Zustand, in dem ein auf dem Einspanntisch gehaltenes Werkstück durch
den in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektor mit
einem Laserstrahl bestrahlt wird;
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5 veranschaulicht
den Zustand, in dem ein Teil des durch einen ersten Strahlteiler,
der einen Teil des in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet,
geteilten reflektierten Lichts durch eine Lochblendenmaske abgefangen
wird, während ein anderer Teil durch die Lochblendenmaske
hindurch tritt;
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6A und 6B veranschaulichen
den Zustand, in dem auf dem Einspanntisch gehaltene Werkstücke
mit verschiedenen Dicken einzeln durch den in 2 gezeigten
Höhenpositionsdetektor mit einem Laserstrahl bestrahlt
werden;
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7 ist
ein Steuerdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis
einer von einem ersten Lichtempfangselement, das einen Teil des
in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet, ausgegebenen
Spannung (V1) zu einer von einem zweiten Lichtempfangselement, das
einen Teil des Detektors bildet, ausgegebenen Spannung (V2) und dem
Abstand von einem Lichtverdichter zu der oberen Oberfläche
des Werkstücks zeigt;
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8 ist
ein Blockdiagramm, das ein Steuermittel zeigt, das einen Teil des
in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers als ein Werkstück;
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10A und 10B veranschaulichen Relationen
des in 9 gezeigten Halbleiterwafers mit Koordinatenpositionen
in dem Zustand, in dem dieser auf dem Einspanntisch der in 1 gezeigten Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
in einer vorgegebenen Position gehalten wird;
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11 veranschaulicht
einen Höhenpositionserfassungsschritt, der durch den in
der in 1 gezeigten Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
vorgesehenen Höhenpositionsdetektor durchgeführt wird;
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12A und 12B veranschaulichen
einen Bearbeitungsschritt, in dem eine denaturierte Schicht in dem
in 9 gezeigten Halbleiterwafer durch die in 1 gezeigte
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung ausgebildet wird; und
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13 veranschaulicht
einen Bearbeitungsschritt für den Fall, dass das Werkstück
eine große Dicke aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform eines
Höhenpositionsdetektors für ein auf einem Einspanntisch
gehaltenes Werkstück, der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen ausführlicher beschrieben. 1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
als einer Bearbeitungsvorrichtung, die mit einem Höhenpositionsdetektor
für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück
ausgestattet ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist. Die in 1 gezeigte Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
beinhaltet: eine ortsfeste Basis 2; einen Einspanntischmechanismus 3 zum
Halten eines Werkstücks, der so auf der ortsfesten Basis 2 angeordnet
ist, dass er in einer durch Pfeil X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung
bewegbar ist; einen Laserstrahlbestrahlungseinheits-Haltemechanismus 4,
der so auf der ortsfesten Basis 2 angeordnet ist, dass
er in einer durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
bewegbar ist, die senkrecht zu der durch Pfeil X angezeigten Richtung
(X-Achsenrichtung) ist; und eine Laserstrahlbestrahlungseinheit 5,
die so auf dem Laserstrahlbestrahlungseinheits-Haltemechanismus 4 angeordnet ist,
dass sie in einer durch Pfeil Z angezeigten Richtung (Z-Achsenrichtung)
bewegbar ist.
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Der
Einspanntischmechanismus 3 beinhaltet: ein Paar von Führungsschienen 31, 31,
die auf der ortsfesten Basis 2 parallel zueinander entlang
der durch Pfeil X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung
angeordnet sind; einen ersten Schiebeblock 32, der so auf
den Führungsschienen 31, 31 angeordnet ist,
dass er in der durch Pfeil X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung
(X-Achsenrichtung) bewegbar ist; einen zweiten Schiebeblock 33,
der so auf dem ersten Schiebeblock 32 angeordnet ist, dass
er in der durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
bewegbar ist; einen Abdecktisch 35, der auf dem zweiten
Schiebeblock 33 durch ein hohles zylindrisches Element 34 gehalten
wird; und einen Einspanntisch 36 als ein Werkstückhaltemittel. Der
Einspanntisch 36 weist eine aus einem porösen Material
gebildete Ansaugeinspannvorrichtung 361 auf und ein Werkstück,
wie zum Beispiel ein runder, scheibenartiger Halbleiterwafer, wird
auf der Ansaugeinspannvorrichtung 361 durch ein Ansaugmittel (nicht
gezeigt) gehalten. Der so aufgebaute Einspanntisch 36 wird
durch einen in dem hohlen zylindrischen Element 34 angeordneten
Pulsmotor (nicht gezeigt) gedreht. Im Übrigen ist der Einspanntisch 36 mit
Klammern 362 zum Befestigen eines ringförmigen
Rahmens, der später beschrieben wird, ausgestattet.
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Der
erste Schiebeblock 32 ist an seiner unteren Oberfläche
mit einem Paar von geführten Kerben 321, 321 versehen,
in die das Paar von Führungsschienen 31, 31 eingepasst
wird, und auf seiner oberen Oberfläche mit einem Paar von
Führungsschienen 322, 322 versehen, die
parallel zueinander entlang der durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung
ausgebildet sind. Der so aufgebaute erste Schiebeblock 32 ist
in der durch Pfeil X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung
entlang des Paars von Führungsschienen 31, 31 bewegbar,
wobei seine geführten Kerben 321, 321 über
das Paar von Führungsschienen 31, 31 gepasst
sind. Der Einspanntischmechanismus 3 der in der Figur gezeigten
Ausführungsform ist mit einem Bearbeitungszuführmittel 37 ausgestattet,
durch das der erste Schiebeblock 32 in der durch Pfeil
X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung entlang des Paars
von Führungsschienen 31, 31 bewegt wird.
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Das
Bearbeitungszuführmittel 37 beinhaltet einen männlichen
Schraubenstab 371, der parallel zu und zwischen dem Paar
von Führungsschienen 31 und 31 angeordnet
ist, und eine Antriebsquelle, wie zum Beispiel einen Pulsmotor 372,
zum Antreiben des männlichen Schraubenstabs 371,
so dass dieser sich dreht. Ein Ende des männlichen Schraubenstabs 371 wird
drehbar auf einem an der ortsfesten Basis 2 befestigten
Lagerblock 373 gehalten und das andere Ende des männlichen
Schraubenstabs 371 ist in leistungsübertragender
Weise mit einem Ausgabeschaft des Pulsmotors 372 verbunden.
Im Übrigen ist der männliche Schraubenstab 371 in
Schraubeneingriff mit einem durchgehenden weiblichen Schraubenloch,
das in einem weiblichen Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet
ist, der hervorstehend an einer unteren Oberfläche eines
zentralen Teils des ersten Schiebeblocks 32 vorgesehen
ist. Deshalb wird, wenn der männliche Schraubenstab 371 durch den
Pulsmotor 372 so angetrieben wird, dass er sich normal
und umgekehrt dreht, der erste Schiebeblock 32 in der durch
Pfeil X angezeigten Bearbeitungszuführrichtung (X-Achsenrichtung)
entlang der Führungsschienen 31, 31 bewegt.
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Die
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung der in der Figur gezeigten Ausführungsform
ist mit einem X-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 374 zum
Erfassen der Position des Einspanntischs 36 in der X-Achsenrichtung
versehen. Das X-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 374 beinhaltet
eine entlang der Führungsschiene 31 angeordnete
lineare Skala 374a und einen Lesekopf 374b, der
auf dem ersten Schiebeblock 32 angeordnet ist und zusammen
mit dem ersten Schiebeblock 32 entlang der linearen Skala 374a bewegt
wird. Der Lesekopf 374b des X-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittels 374 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform sendet ein Pulssignal,
das einen Puls pro 1 μm enthält, zu einem Steuermittel,
das später beschrieben wird. Das später beschriebene
Steuermittel zählt die Pulse in dem darin eingegebenen
Pulssignal, wodurch es die Position des Einspanntischs 36 in
der X-Achsenrichtung erfasst.
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Der
zweite Schiebeblock 33 ist an seiner unteren Oberfläche
mit einem Paar von geführten Kerben 331, 331 versehen,
in die das auf der oberen Oberfläche des ersten Schiebeblocks 32 vorgesehene
Paar von Führungsschienen 322, 322 eingepasst wird,
und ist in der durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung
(Y-Achsenrichtung) bewegbar, wobei seine geführten Kerben 331, 331 über
das Paar von Führungsschienen 322, 322 gepasst
sind. Der Einspanntischmechanismus 3 der in der Figur gezeigten
Ausführungsform ist mit einem ersten Teilungszuführmittel 38 zum
Bewegen des zweiten Schiebeblocks 33 in der durch Pfeil
Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
entlang des auf dem ersten Schiebeblock 32 vorgesehenen Paars
von Führungsschienen 322, 322 versehen. Das
erste Teilungszuführmittel 38 beinhaltet einen männlichen
Schraubenstab 381, der parallel zu und zwischen dem Paar
von Führungsschienen 322 und 322 angeordnet
ist, und eine Antriebsquelle, wie zum Beispiel ein Pulsmotor 382,
zum Antreiben des männlichen Schraubenstabs 381,
so dass dieser sich dreht.
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Ein
Ende des männlichen Schraubenstabs 381 wird drehbar
auf einem an der oberen Oberfläche des ersten Schiebeblocks 32 befestigten
Lagerblock 383 gehalten und das andere Ende des männlichen
Schraubenstabs 381 ist in leistungsübertragender
Weise mit einem Ausgabeschaft des Pulsmotors 382 verbunden.
Im Übrigen ist der männliche Schraubenstab 381 in
Schraubeneingriff mit einem durchgehenden weiblichen Schraubenloch,
das in einem weiblichen Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet
ist, der hervorstehend auf einer unteren Oberfläche eines
zentralen Teils des zweiten Schiebeblocks 33 vorgesehen
ist. Deshalb wird, wenn der männliche Schraubenstab 381 durch
den Pulsmotor 382 so angetrieben wird, dass er sich normal
und umgekehrt dreht, der zweite Schiebeblock 33 in der durch
Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
entlang der Führungsschienen 322, 322 bewegt.
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Die
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung der in der Figur gezeigten Ausführungsform
ist mit einem Y-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 384 zum
Erfassen der Position des zweiten Schiebeblocks 33 in der
Y-Achsenrichtung versehen. Das Y-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 384 beinhaltet
eine entlang der Führungsschiene 322 angeordnete
lineare Skala 384a und einen Lesekopf 384b, der
auf dem zweiten Schiebeblock 33 angeordnet ist und zusammen
mit dem zweiten Schiebeblock 33 entlang der linearen Skala 384a bewegt
wird. Der Lesekopf 384b des Y-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittels 384 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform sendet ein Pulssignal,
das einen Puls pro 1 μm enthält, zu dem Steuermittel,
das später beschrieben wird. Das später beschriebene
Steuermittel zählt die Pulse in dem darin eingegebenen
Pulssignal, wodurch es die Position des Einspanntischs 36 in
der Y-Achsenrichtung erfasst.
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Der
Laserstrahlbestrahlungseinheits-Haltemechanismus 4 beinhaltet
ein Paar von Führungsschienen 41, 41,
die auf der ortsfesten Basis 2 parallel zueinander entlang
der durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
angeordnet sind, und eine bewegbare Haltebasis 42, die
so auf den Führungsschienen 41, 41 angeordnet
ist, dass sie in der durch Pfeil Y angezeigten Richtung bewegbar
ist. Die bewegbare Haltebasis 42 beinhaltet einen bewegbaren
Halteteil 421, der bewegbar auf den Führungsschienen 41, 41 angeordnet ist,
und einen an dem bewegbaren Halteteil 421 angebrachten
Anbringungsteil 422. Der Anbringungsteil 422 ist auf
seiner Seitenoberfläche mit einem Paar von Führungsschienen 423, 423 versehen,
die sich in der durch Pfeil Z angezeigten Richtung erstrecken und parallel
zueinander sind. Der Laserstrahlbestrahlungseinheits-Haltemechanismus 4 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform ist mit einem zweiten Teilungszuführmittel 43 zum
Bewegen der bewegbaren Haltebasis 42 in der durch Pfeil
Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
entlang des Paars von Führungsschienen 41, 41 versehen.
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Das
zweite Teilungszuführmittel 43 beinhaltet einen
männlichen Schraubenstab 431, der parallel zu
und zwischen dem Paar von Führungsschienen 41, 41 angeordnet
ist, und eine Antriebsquelle, wie zum Beispiel ein Pulsmotor 432,
zum Antreiben des männlichen Schraubenstabs 431,
so dass dieser sich dreht. Ein Ende des männlichen Schraubenstabs 431 wird
drehbar auf einem an der ortsfesten Basis 2 befestigten
Lagerblock (nicht gezeigt) gehalten und das andere Ende des männlichen
Schraubenstabs 431 ist in leistungsübertragender
Weise mit einem Ausgabeschaft des Pulsmotors 432 verbunden.
Im Übrigen ist der männliche Schraubenstab 431 in
Schraubeneingriff mit einem weiblichen Schraubenloch, das in einem
weiblichen Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der hervorstehend
auf einer unteren Oberfläche eines zentralen Teils des
beweglichen Halteteils 421, der einen Teil der beweglichen
Haltebasis 42 bildet, vorgesehen ist. Deshalb wird, wenn der
männliche Schraubenstab 431 durch den Pulsmotor 432 so
angetrieben wird, dass er sich normal und umgekehrt dreht, die bewegbare
Haltebasis 42 in der durch Pfeil Y angezeigten Teilungszuführrichtung (Y-Achsenrichtung)
entlang der Führungsschienen 41, 41 bewegt.
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Die
Laserstrahlbestrahlungseinheit 5 beinhaltet einen Einheitshalter 51 und
ein an dem Einheitshalter 51 angebrachtes Laserstrahlbestrahlungsmittel 52.
Der Einheitshalter 51 ist mit einem Paar von geführten
Kerben 511, 511 versehen, in die das an dem Anbringungsteil 422 vorgesehene
Paar von Führungsschienen 423, 423 schiebbar
eingepasst wird, und wird so gehalten, dass er in der durch Pfeil
Z angezeigten Richtung (Z-Achsenrichtung) bewegbar ist, wobei seine
geführten Kerben 511, 511 über
die Führungsschienen 423, 423 gepasst
sind.
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Die
Laserstrahlbestrahlungseinheit 5 weist ein Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittel 53 zum
Bewegen des Einheitshalters 51 in einer durch Pfeil Z angezeigten
Fokusanpassrichtung (Z-Achsenrichtung) entlang des Paars von Führungsschienen 423, 423 auf.
Das Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittel 53 beinhaltet
einen männlichen Schraubenstab (nicht gezeigt), der zwischen dem
Paar von Führungsschienen 423, 423 angeordnet
ist, und eine Antriebsquelle, wie zum Beispiel ein Pulsmotor 532,
zum Antreiben des männlichen Schraubenstabs, so dass dieser
sich dreht. Wenn der männliche Schraubenstab (nicht gezeigt)
durch den Pulsmotor 532 so angetrieben wird, dass er sich
normal und umgekehrt dreht, werden der Einheitshalter 51 und
das Laserstrahlbestrahlungsmittel 52 in der durch Pfeil
Z angezeigten Fokuspositionsanpassrichtung (Z-Achsenrichtung) entlang
der Führungsschienen 423, 423 bewegt.
Im Übrigen wird bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform
das Laserstrahlbestrahlungsmittel 52 nach oben bewegt,
wenn der Pulsmotor 532 so angetrieben wird, dass er sich
normal dreht, und das Laserstrahlbestrahlungsmittel 52 nach
unten bewegt, wenn der Pulsmotor 532 so angetrieben wird,
dass er sich umgekehrt dreht.
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Die
Laserstrahlbestrahlungseinheit 5 weist ein Z-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 55 zum
Erfassen der Position des Laserstrahlbestrahlungsmittels 52 in
der Z-Achsenrichtung auf. Das Z-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 55 beinhaltet
eine parallel zu den Führungsschienen 423, 423 angeordnete
lineare Skala 551 und einen Lesekopf 552, der
an dem Einheitshalter 51 angebracht ist und zusammen mit
dem Einheitshalter 51 entlang der linearen Skala 551 bewegt
wird. Der Lesekopf 552 in dem Z-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 55 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform sendet ein Pulssignal,
das einen Puls pro 1 μm enthält, zu dem Steuermittel,
das später beschrieben wird.
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Das
Laserstrahlbestrahlungsmittel 52 beinhaltet ein hohles
zylindrisches Gehäuse 521, das im Wesentlichen
horizontal angeordnet ist. Wie in 2 gezeigt,
sind in dem Gehäuse 521 ein Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 und
ein Lichtverdichter 7, durch den ein auf dem Einspanntisch 36 gehaltenes
Werkstück mit einem durch das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 oszillierten Bearbeitungspulslaserstrahl
bestrahlt wird, vorgesehen. Das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 oszilliert
einen Bearbeitungspulslaserstrahl LB1, der eine solche Wellenlänge
aufweist, dass der Wafer, der als ein Werkstück dient,
für ihn durchlässig ist. Als das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 kann
zum Beispiel ein YVO4-Pulslaseroszillator oder ein YAG-Pulslaseroszillator
zum Oszillieren eines Bearbeitungspulslaserstrahls LB1 mit einer Wellenlänge
von 1064 nm verwendet werden. Der Lichtverdichter 7 beinhaltet
einen Ablenkspiegel 71, durch den die Richtung des durch
das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 oszillierten
Bearbeitungspulslaserstrahls LB1 in Richtung auf die untere Seite
in 2 abgelenkt wird, und eine Verdichterlinse 72 zum
Verdichten des durch den Ablenkspiegel 71 abgelenkten Bearbeitungspulslaserstrahls LB1.
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Mit
erneutem Bezug auf 2 weist die Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
der in der Figur gezeigten Ausführungsform einen Höhenpositionsdetektor 8 zum
Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche
des auf dem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks auf. Der Höhenpositionsdetektor 8 beinhaltet:
ein Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 zum
Oszillieren eines Prüfungslaserstrahls; einen dichroitischen
Halbspiegel 81, der zwischen dem Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 und dem
Lichtverdichter 7 angeordnet ist und durch den der durch
das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszillierte
Prüfungslaserstrahl in Richtung auf den Lichtverdichter 7 geteilt
wird; ein Ringfleckerzeugungsmittel 82, das zwischen dem
dichroitischen Halbspiegel 81 und dem Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 angeordnet
ist und durch das die Fleckform (Querschnittsform) des durch das
Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszillierten
Prüfungslaserstrahls in eine Ringform gebracht wird; und
einen ersten Strahlteiler 83, der zwischen dem Ringfleckerzeugungsmittel 82 und
dem dichroitischen Halbspiegel 81 angeordnet ist und durch
den der Prüfungslaserstrahl, dessen Fleckform (Querschnittsform) durch
das Ringfleckerzeugungsmittel 82 in die Ringform gebracht
wurde, in einen ersten Weg 83a geführt wird, der
in Richtung auf den dichroitischen Halbspiegel 81 gerichtet
ist.
-
Als
das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 kann
zum Beispiel ein He-Ne-Pulslaseroszillator zum Oszillieren eines
Prüfungslaserstrahls LB2a verwendet werden, der eine Frequenz
aufweist, die von der Frequenz des durch das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 oszillierten
Bearbeitungspulslaserstrahls unterschiedlich ist, und der zum Beispiel
eine Wellenlänge von 635 nm aufweist. Der dichroitische
Halbspiegel 81 transmittiert den Bearbeitungspulslaserstrahl
LB1, aber reflektiert den durch das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszillierten
Prüfungslaserstrahl in Richtung auf den Lichtverdichter 7.
Das Ringfleckerzeugungsmittel 82 der in der Figur gezeigten
Ausführungsform beinhaltet eine erste konische Linse 821 und
eine zweite konische Linse 822, die hintereinander mit
einem vorgegebenen Abstand entlang des Prüfungslaserstrahls
LB2a angeordnet sind. Im Übrigen können, während
die erste konische Linse 821 und die zweite konische Linse 822 in
der in der Figur gezeigten Ausführungsform so angeordnet
sind, dass ihre Scheitelpunkte einander gegenüber liegen,
die Linsen so angeordnet sein, dass ihre hinteren Oberflächen
einander gegenüber liegen oder dass sie in derselben Richtung
ausgerichtet sind.
-
Das
so aufgebaute Ringfleckerzeugungsmittel 82 funktioniert
so, dass der durch das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszillierte
Prüfungslaserstrahl LB2a mit der runden Fleckform in einen
Laserstrahl LB2b umgewandelt wird, der eine ringförmige
Fleckform aufweist. Im Übrigen kann das Ringfleckerzeugungselement 82 ein
mit einem ringförmigen Loch versehenes Maskenelement sein.
Der erste Strahlteiler 83 funktioniert so, dass der Laserstrahl LB2b,
dessen Fleckform durch das Ringfleckerzeugungsmittel 82 in
eine Ringform gebracht wurde, in den ersten Weg 83a geführt
wird, der in Richtung auf den dichroitischen Halbspiegel 81 gerichtet
ist, und das durch den dichroitischen Halbspiegel 81 geteilte reflektierte
Licht (später beschrieben) in einen zweiten Weg 83b geführt
wird.
-
Das
Höhenpositionserfassungsmittel 8 beinhaltet: eine
Lochblendenmaske 84 mit einem Nadelloch 841, die
in dem zweiten Weg 83b angeordnet und geeignet ist, das
Hindurchtreten des reflektierten Lichts mit einem Durchmesser, der
größer als ein vorgegebener Durchmesser ist, einzuschränken;
einen zweiten Strahlteiler 85, durch den das durch die Lochblendenmaske 84 getretene
reflektierte Licht in einen dritten Weg 85a und einen vierten
Weg 85b geteilt wird; eine Verdichterlinse 86 zum
Verdichten von 100% des durch den zweiter Strahlteiler 85 in
den dritten Weg 85a geteilten reflektierten Lichts; und
ein erstes Lichtempfangselement 87 zum Empfangen des durch
die Verdichterlinse 86 verdichteten reflektierten Lichts.
Das erste Lichtempfangselement 87 sendet ein Spannungssignal,
das der Menge des empfangenen Lichts entspricht, zu dem Steuermittel, das
später beschrieben wird. Im Übrigen weist das
in der Lochblendenmaske 84 ausgebildete Nadelloch 841 zum
Beispiel einen auf 1 mm festgelegten Durchmesser auf.
-
Zusätzlich
beinhaltet das Höhenpositionserfassungsmittel 8 ein
zweites Lichtempfangselement 88 zum Empfangen des durch
den zweiten Strahlteiler 85 in den vierten Weg 85b geteilten
reflektierten Lichts und ein Lichtempfangsbereichseinschränkungsmittel 89 zum
Einschränken des Empfangsbereichs für das durch
das zweite Lichtempfangselement 88 empfangene reflektierte
Licht. Das Lichtempfangsbereichseinschränkungsmittel 89 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform beinhaltet eine
zylindrische Linse 891 zum Verdichten des durch den zweiten
Strahlteiler 85 in den vierten Weg 85b geteilten
reflektierten Lichts in eine eindimensionale Form und eine eindimensionale
Maske 892, durch die das durch die zylindrische Linse 891 in
die eindimensionale Form verdichtete reflektierte Licht auf eine
Einheitslänge eingeschränkt wird. Das zweite Lichtempfangselement 88 zum
Empfangen des durch die eindimensionale Maske 892 getretenen
reflektierten Lichts sendet ein Spannungssignal, das der Menge des
empfangenen Lichts entspricht, zu dem Steuermittel, das später
beschrieben wird.
-
Das
Höhenpositionserfassungsmittel 8 ist so aufgebaut
und sein Betrieb wird nachfolgend beschrieben. Wie in 3 gezeigt,
wird der durch das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszillierte Laserstrahl
LB2a mit einer runden Fleckform S1 durch das Ringfleckerzeugungsmittel 82 in
den Prüfungslaserstrahl LB2b mit einer ringförmigen
Fleckform S2 umgewandelt. Speziell funktioniert das Ringfleckerzeugungsmittel 82 so,
dass der Laserstrahl LB2a mit einem Durchmesser von 2 mm in den
ringförmigen Laserstrahl LB2b mit zum Beispiel einem äußeren
Durchmesser (D1) von 10 mm und einem inneren Durchmesser (D2) von
8 mm aufgeweitet wird und gleichzeitig als ein paralleler Strahl ausgebildet wird.
Wie in 2 gezeigt, wird der durch das Ringfleckerzeugungsmittel 82 in
die ringförmige Fleckform S2 gebrachte Prüfungslaserstrahl
LB2b durch den ersten Strahlteiler 83 in den ersten Weg 83a geführt,
erreicht er den dichroitischen Halbspiegel 81 und wird
er durch den dichroitischen Halbspiegel 81 in Richtung
auf den Lichtverdichter 7 reflektiert. Der in Richtung
auf den Lichtverdichter 7 reflektierte Prüfungslaserstrahl
LB2b wird durch den Ablenkspiegel 71 so, wie der Bearbeitungspulslaserstrahl
LB1, in Richtung auf die untere Seite in 2 abgelenkt
und durch die Verdichterlinse 72 verdichtet.
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Falls
die obere Oberfläche des auf dem Einspanntisch 36 gehaltenen
Werkstücks W mit dem wie oben beschrieben in die ringförmige
Fleckform S2 gebrachten Prüfungslaserstrahl LB2b bestrahlt
wird, wird das Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittel 53 so
betätigt, dass sich der Lichtverdichtungspunkt Pb auf der
stromaufwärtigen Seite (oberen Seite) in der Laserstrahlbestrahlungsrichtung
relativ zu der oberen Oberfläche des Werkstücks
W befindet, wie in 4 gezeigt ist. Folglich wird
der in die ringförmige Fleckform S2 gebrachte Prüfungslaserstrahl L82b
auf die obere Oberfläche des auf dem Einspanntisch 36 gehaltenen
Werkstücks W mit einer ringförmigen Fleckform
S3 gestrahlt und mit der Größe der ringförmigen
Fleckform S3 reflektiert (erstes reflektiertes Licht). In diesem
Fall wird, falls das Werkstück W aus Saphir oder Quarz
gebildet ist, die eine transparente Eigenschaft aufweisen, der Prüfungslaserstrahl
LB2b durch das Werkstück W transmittiert, so dass er die
untere Oberfläche des Werkstücks W erreicht, und
mit der Größe einer ringförmigen Fleckform
S4 reflektiert (zweites reflektiertes Licht).
-
Das
erste reflektierte Licht mit der ringförmigen Fleckform
S3, das so durch die obere Oberfläche des Werkstücks
W reflektiert wird, und das zweite reflektierte Licht mit der ringförmigen
Fleckform S4, das so durch die untere Oberfläche des Werkstücks
W reflektiert wird, erreichen den ersten Strahlteiler 83 durch
die Verdichterlinse 72, den Ablenkspiegel 71 und
den dichroitischen Halbspiegel 81. Wie in 5 gezeigt,
werden das erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen
Fleckform S3 und das zweite reflektierte Licht LB2d mit der ringförmigen
Fleckform S4, die den ersten Strahlteiler 83 erreichen,
durch den ersten Strahlteiler 83 in den zweiten Weg 83b geteilt, so
dass sie die Lochblendenmaske 84 erreichen. Das in der
Lochblendenmaske 84 ausgebildete Nadelloch 841 der
in der Figur gezeigten Ausführungsform weist einen auf
zum Beispiel 1 mm festgelegten Durchmesser auf, so dass es dem ersten
reflektierten Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform
S3 ermöglicht wird, durch das Nadelloch 841 hindurchzutreten, während
das zweite reflektierte Licht LB2d mit der ringförmigen
Fleckform S4 durch die Lochblendenmaske 84 abgefangen wird.
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Im Übrigen
wird der Durchmesser des in der Lochblendenmaske 84 ausgebildeten
Nadellochs 841 festgelegt, indem die Dicke des Werkstücks
W, die Position des Lichtverdichtungspunkts Pb und dergleichen berücksichtigt
werden, so dass es dem ersten reflektierten Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform
S3 ermöglicht wird, durch das Nadelloch 841 hindurchzutreten,
während das zweite reflektierte Licht LB2d mit der ringförmigen
Fleckform S4 durch die Lochblendenmaske 84 abgefangen wird. Daher
wird das zweite reflektierte Licht LB2d mit der ringförmigen
Fleckform S4, das durch die untere Oberfläche des Werkstücks
W reflektiert wurde, durch die Lochblendenmaske 84 abgefangen
und es nur dem ersten reflektierten Licht LB2c mit der ringförmigen
Fleckform S3, das durch die obere Oberfläche des Werkstücks
W reflektiert wurde, ermöglicht, durch das Nadelloch 841 in
der Lochblendenmaske 84 hindurchzutreten.
-
Das
erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform
S3, das durch die obere Oberfläche des Werkstücks
W reflektiert wurde und dem es ermöglicht wurde, durch
das Nadelloch 841 der Lochblendenmaske 84, wie
oben erläutert, hindurchzutreten, wird durch den zweiten
Strahlteiler 85 in den dritten Weg 85a und den
vierten Weg 85b geteilt, wie in 2 gezeigt
ist. Das in den dritten Weg 85a geteilte erste reflektierte
Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform S3 wird vollständig
(100%) durch die Verdichterlinse 86 verdichtet und durch
das erste Lichtempfangselement 87 empfangen. Dann sendet
das erste Lichtempfangselement 87 ein Spannungssignal,
das der Menge des empfangenen Lichts entspricht, zu dem Steuermittel,
das später beschrieben wird. Andererseits wird das in den
vierten Weg 85b dispergierte zweite reflektierte Licht
LB2d mit der ringförmigen Fleckform S4 durch die zylindrische
Linse 891 des Lichtempfangsbereichseinschränkungsmittel 89 in
eine eindimensionale Form verdichtet, durch die eindimensionale
Maske 892 auf eine vorgegebene Einheitslänge beschränkt
und durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangen.
Dann sendet das zweite Lichtempfangselement 88 ein Spannungssignal,
das der Menge des empfangenen Lichts entspricht, zu dem Steuermittel,
das später beschrieben wird.
-
Nun
werden die Mengen des ersten reflektierten Lichts LB2c mit der ringförmigen
Fleckform S3, die jeweils von dem ersten Lichtempfangselement 87 und
dem zweiten Lichtempfangselement 88 empfangen werden, beschrieben.
Das erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen
Fleckform S3, das durch das erste Lichtempfangselement 87 empfangen
wird, weist eine konstante Menge auf, da es vollständig
(100%) von der Verdichterlinse 86 empfangen wird, so dass
die von dem ersten Lichtempfangselement 87 ausgegebene
Spannung (V1) konstant ist (zum Beispiel 10 V). Andererseits wird
das erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform
S3, das von dem zweiten Lichtempfangselement 88 empfangen
wird, durch die zylindrische Linse 891 in eine eindimensionale
Form verdichtet und durch die eindimensionale Maske 892 auf
eine vorgegebene Einheitslänge beschränkt, bevor
es von dem zweiten Lichtempfangselement 88 empfangen wird.
Deshalb variiert die Menge des von dem zweiten Lichtempfangselement 88 empfangenen
Lichts abhängig von dem Abstand von der Verdichterlinse 72 des
Lichtverdichters 7 zu der oberen Oberfläche des
Werkstücks W, und somit von der Höhenposition (Dicke)
des Werkstücks W, falls die obere Oberfläche des
Werkstücks W mit dem Prüfungslaserstrahl LB2b,
wie in 4 gezeigt, bestrahlt wird. Dementsprechend variiert
die von dem zweiten Lichtempfangselement 88 ausgegebene
Spannung (V2) abhängig von der Höhenposition der
oberen Oberfläche des Werkstücks W, die mit dem
Prüfungslaserstrahl LB2b bestrahlt wird.
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Zum
Beispiel wird, wenn die Höhenposition des Werkstücks
W höher ist (die Dicke des Werkstücks W größer
ist) und der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu
der oberen Oberfläche des Werkstücks W kleiner
ist, wie in 6A gezeigt ist, der Prüfungslaserstrahl
LB2b mit der Form des ringförmigen Flecks S3a reflektiert,
mit dem die obere Oberfläche des Werkstücks W
bestrahlt wird. Das reflektierte Licht wird durch den zweiten Strahlteiler 85 wie
oben erläutert in den dritten Weg 85a und den
vierten Weg 85b geteilt; in diesem Fall wird das in den
dritten Weg 85a geteilte reflektierte Licht mit dem ringförmigen Fleck
S3a vollständig (100%) durch die Verdichterlinse 86 verdichtet,
so dass die gesamte Menge des reflektierten Lichts durch das erste
Lichtempfangselement 87 empfangen wird. Andererseits wird
das durch den zweiten Strahlteiler 85 in den vierten Weg 85b geteilte
reflektierte Licht mit dem ringförmigen Fleck S3a durch
die zylindrische Linse 891 in eine eindimensionale Form
verdichtet, so dass es im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig
ist. Das somit in eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform
verdichtete reflektierte Licht wird durch die eindimensionale Maske 892 auf
eine vorgegebene Einheitslänge beschränkt, so
dass ein Teil des in den vierten Weg 85b geteilten reflektierten
Lichts durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangen
wird. Deshalb ist die Menge des durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangenen
reflektierten Lichts kleiner als die Menge des durch das erste Lichtempfangselement 87 empfangenen
Lichts.
-
Wenn
die Höhenposition des Werkstücks W niedriger ist
(die Dicke des Werkstücks W kleiner ist) und der Abstand
(H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche
des Werkstücks W größer ist, wie in 6B gezeigt
ist, wird der Prüfungslaserstrahl LB2b mit der Form des
ringförmigen Flecks S3b reflektiert, mit dem die obere
Oberfläche des Werkstücks W bestrahlt wird. Dieser
ringförmige Fleck S3b ist größer als
der oben beschriebene ringförmige Fleck S3a. Das reflektierte
Licht mit dem ringförmigen Fleck S3b wird durch den zweiten Strahlteiler 85 wie
oben erläutert in den dritten Weg 85a und den
vierten Weg 85b geteilt; in diesem Fall wird das in den
dritten Weg 85a geteilte reflektierte Licht in dem ringförmigen
Bereich S3b vollständig (100%) durch die Verdichterlinse 86 verdichtet,
so dass die gesamte Menge des reflektierten Lichts von dem ersten
Lichtempfangselement 87 empfangen wird.
-
Andererseits
wird das durch den zweiten Strahlteiler 85 in den vierten
Weg 85b geteilte reflektierte Licht mit dem ringförmigen
Fleck S3b durch die zylindrische Linse 891 in eine eindimensionale
Form verdichtet, so dass es im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig
ist. Die Länge der Hauptkante der im Wesentlichen rechteckigen
Form ist größer als die in dem Fall des ringförmigen
Flecks S3a, da der ringförmige Fleck S3b des reflektierten
Lichts größer als der ringförmige Fleck
S3a ist. Das reflektierte Licht, das so verdichtet wurde, dass es
im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wird durch
die eindimensionale Maske 892 auf eine vorgegebene Länge
geschnitten, und ein Teil des verdichteten reflektierten Lichts
wird durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangen.
Deshalb ist die Menge des durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangenen
Lichts kleiner als die in dem in 6A gezeigten
Fall. Daher ist die Menge des durch das zweite Lichtempfangselement 88 empfangenen
reflektierten Lichts größer, wenn der Abstand
(H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche
des Werkstücks W kleiner ist, und somit, wenn die Höhenposition
des Werkstücks W höher ist (die Dicke des Werkstücks
W größer ist), und ist die Menge des durch das
zweite Lichtempfangselement 88 empfangenen reflektierten
Lichts kleiner, wenn der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu
der oberen Oberfläche des Werkstücks W größer
ist, und somit, wenn die Höhenposition der oberen Oberfläche
des Werkstücks W niedriger ist (die Dicke des Werkstücks
W kleiner ist).
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Nun
wird die Beziehung zwischen dem Verhältnis der von dem
ersten Lichtempfangselement 87 ausgegebenen Spannung (V1)
zu der von dem zweiten Lichtempfangselement 88 ausgegebenen
Spannung (V2) und dem Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu
der oberen Oberfläche des Werkstücks W, und somit
der Höhenposition des Werkstücks W, mit Bezug
auf das in 7 gezeigte Steuerdiagramm beschrieben.
Im Übrigen stellt die Abszissenachse in 7 den
Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche
des Werkstücks W und die Ordinatenachse das Verhältnis
(V1/V2) der von dem ersten Lichtempfangselement 87 ausgegebenen Spannung
(V1) zu der von dem zweiten Lichtempfangselement 88 ausgegebenen
Spannung (V2) dar. In dem in 7 gezeigten
Beispiel ist eine solche Einstellung gewählt, dass das
Spannungsverhältnis (V1/V2) "1" beträgt, wenn
der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen
Oberfläche des Werkstücks W 30,0 mm beträgt
und dass das Spannungsverhältnis (V1/V2) "10" beträgt,
wenn der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der
oberen Oberfläche des Werkstücks W 30,6 mm beträgt.
Deshalb kann der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu
der oberen Oberfläche des Werkstücks W durch Bestimmen
des Verhältnisses (V1/V2) der von dem ersten Lichtempfangselement 87 ausgegebenen Spannung
(V1) zu der von dem zweiten Lichtempfangselement 88 ausgegebenen
Spannung (V2) und Zuordnen des Spannungsverhältnisses (V1/V2)
mit dem in 7 gezeigten Steuerdiagramm bestimmt werden.
Im Übrigen ist das in 7 gezeigte
Steuerdiagramm in einem Speicher des Steuermittels gespeichert,
das später beschrieben wird.
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Bei
der Verwendung des wie oben aufgebauten Höhenpositionserfassungsmittels 8 wird
der Prüfungslaserstrahl LB2a mit der runden Fleckform S1, der
durch das Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 oszilliert
wird, durch das Ringfleckerzeugungsmittel 82 in den Prüfungslaserstrahl
LB2b mit der ringförmigen Fleckform S2 umgewandelt und
das Werkstück W mit dem Prüfungslaserstrahl LB2b
mit der ringförmigen Fleckform S2 bestrahlt. Deshalb wird, wie
in 4 gezeigt, der Prüfungslaserstrahl LB2
mit der ringförmigen Fleckform S2, mit dem das Werkstück
W bestrahlt wird, mit der ringförmigen Fleckform S3 durch
die obere Oberfläche des Werkstücks W reflektiert;
zusätzlich wird, wenn das Werkstück W eine transparente
Eigenschaft aufweist, der Prüfungslaserstrahl LB2b durch
die untere Oberfläche des Werkstücks W mit der
ringförmigen Fleckform S4 reflektiert. Das durch die untere
Oberfläche des Werkstücks W reflektierte zweite
reflektierte Licht LB2b mit der ringförmigen Fleckform
S4 wird durch die Lochblendenmaske 84 abgefangen und die
Menge des empfangenen Lichts wird basierend auf dem ersten reflektierten
Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform S3, das durch
die obere Oberfläche des Werkstücks W reflektiert
wurde und durch das Nadelloch 841 in der Lochblendenmaske 84 hindurchgetreten
ist, erfasst. Deshalb kann die Höhenposition der oberen
Oberfläche des Werkstücks W genau erfasst werden,
sogar wenn das Werkstück W eine transparente Eigenschaft
aufweist.
-
Mit
erneutem Bezug auf 1 ist an einem Spitzenteil des
Gehäuses 521, das einen Teil des Laserstrahlbestrahlungsmittels 52 bildet,
ein Bildaufnahmemittel 9 zum Erfassen eines einer Laserstrahlbearbeitung
durch Verwendung des Laserstrahlbestrahlungsmittels 52 zu
unterziehenden Bearbeitungsbereichs angeordnet. Das Bildaufnahmemittel 9 beinhaltet
nicht nur eine gewöhnliche Bildaufnahmeeinrichtung (CCD)
zum Aufnehmen eines Bilds durch Verwendung eines sichtbaren Strahls,
sondern auch ein IR(Infrarot)-Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen des
Werkstücks mit infraroten Strahlen, ein optisches System
zum Einfangen der von dem IR-Bestrahlungsmittel abgestrahlten infraroten
Strahlen und eine Bildaufnahmeeinrichtung (IR-CCD) zum Ausgeben
eines elektrischen Signals, das den durch das optische System eingefangenen
infraroten Strahlen entspricht, und sendet ein Bildsignal, das dem
so aufgenommenen Bild entspricht, zu dem Steuermittel, das später
beschrieben wird.
-
Die
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung der in den Figuren gezeigten
Ausführungsform weist das in 8 gezeigte
Steuermittel 10 auf. Das Steuermittel 10 besteht
aus einem Computer, der einen Prozessor (CPU) 101 zum Durchführen
von Rechenprozessen gemäß einem Steuerprogramm,
einen Festspeicher (ROM) 102 zum Speichern des Steuerprogramms
oder dergleichen, einen lesbaren und schreibbaren Arbeitsspeicher
(RAM) 103 zum Speichern der Ergebnisse der Rechenprozesse
oder dergleichen, eine Eingabeschnittstelle 104 und eine Ausgabeschnittstelle 105 beinhaltet.
Die Eingabeschnittstelle 104 des Steuermittels 10 wird
mit Erfassungssignalen von dem X-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 374,
dem Y-Achsenrichtungspositions-Erfassungsmittel 384, dem
Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittel 53, dem ersten Lichtempfangselement 87,
dem zweiten Lichtempfangselement 88, dem Bildaufnahmemittel 9 und
so weiter versorgt. Außerdem werden Steuersignale von der
Ausgabeschnittstelle 105 des Steuermittels 10 zu
dem Pulsmotor 372, dem Pulsmotor 382, dem Pulsmotor 432,
dem Pulsmotor 532, dem Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6,
dem Prüfungslaserstrahl-Oszillationsmittel 80 und
so weiter ausgegeben. Im Übrigen beinhaltet der Arbeitsspeicher
(RAM) 103 einen ersten Speicherbereich 103a zum
Speichern des in 7 gezeigten Steuerdiagramms,
einen zweiten Speicherbereich 103b zum Speichern von Designdaten
für das Werkstück, das später beschrieben
wird, einen dritten Speicherbereich 103c zum Speichern
der Höhenpositionen für den Wafer 10 für
optische Bauelemente, der später beschrieben wird, und
andere Speicherbereiche.
-
Die
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung der in den Figuren gezeigten
Ausführungsform ist wie oben erläutert aufgebaut
und ihr Betrieb wird nachfolgend beschrieben. 9 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Wafers 20 für
optische Bauelemente als das einer Laserstrahlbearbeitung zu unterziehende
Werkstück. Der in 9 gezeigte
Wafer 20 für optische Bauelemente weist einen
Saphirwafer auf, bei dem mehrere Bereiche durch mehrere Straßen
(geplante Trennlinien) 201, die auf einer Oberseitenoberfläche 20a in
einem Gittermuster angeordnet sind, abgegrenzt sind, und optische
Bauelemente 202, wie zum Beispiel lichtemittierende Dioden,
Laserdioden oder dergleichen sind in den so abgegrenzten Bereichen
ausgebildet.
-
Nun
wird eine Beschreibung eines Laserbearbeitungsvorgangs gegeben,
bei dem der Wafer 20 für optische Bauelemente
unter Verwendung der oben beschriebenen Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
entlang der geplanten Trennlinien 201 mit einem Laserstrahl
bestrahlt wird, wodurch in dem Inneren des Wafers 20 für
optische Bauelemente eine denaturierte Schicht entlang der Straßen 201 gebildet wird.
Im Übrigen wäre es, wenn eine Verteilung der Dicke
des Wafers 20 für optische Bauelemente vorliegt,
bei der Ausbildung der denaturierten Schicht im Inneren des Wafers 20 für
optische Bauelemente wegen eines mit dem Brechungsindex des Wafers
zusammenhängenden Problems unmöglich, die denaturierte
Schicht gleichmäßig bei einer vorgegebenen Tiefe
auszubilden, wie oben bereits erläutert wurde. In Anbetracht
dessen wird vor der Laserstrahlbearbeitung die Höhenposition
des auf dem Einspanntisch 36 gehaltenen Wafers 20 für
optische Bauelemente durch Verwendung des oben beschriebenen Höhenpositionsdetektors 8 gemessen.
Speziell wird zuerst der Wafer 20 für optische
Bauelemente mit seiner Rückseitenoberfläche 20b nach
oben gerichtet auf dem Einspanntisch 36 der in 1 gezeigten Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung
platziert und auf dem Einspanntisch 36 durch Ansaugen gehalten. Der
Einspanntisch 36 mit dem darauf durch Ansaugen gehaltenen
Wafer 20 für optische Bauelemente wird durch das
Bearbeitungszuführmittel 37 in eine Position genau
unterhalb des Bildaufnahmemittels 9 gebracht.
-
Nachdem
der Einspanntisch 36 in die Position genau unterhalb des
Bildaufnahmemittels 9 gebracht wurde, wird ein Ausrichtungsvorgang
zum Erfassen eines einer Laserstrahlbearbeitung zu unterziehenden
Bearbeitungsbereichs des Wafers 20 für optische
Bauelemente durch Verwendung des Bildaufnahmemittels 9 und
des Steuermittels 10 durchgeführt. Speziell führen
das Bildaufnahmemittel 9 und das Steuermittel 10 eine
Ausrichtung durch Durchführen einer Bildverarbeitung, wie
zum Beispiel eines Musterabgleichs, zum Positionsabgleich zwischen
der in dem Wafer 20 für optische Bauelemente ausgebildeten
Straße 201 in einer vorgegebenen Richtung und
dem Lichtverdichter 7 des Höhenpositionsdetektors 8 zum
Erfassen der Höhe des Wafers 20 für optische
Bauelemente entlang der Straße 201 durch. Zusätzlich
wird eine Ausrichtung auf ähnliche Weise auch mit Bezug
auf die Straße 201 durchgeführt, die
in dem Wafer 20 für optische Bauelemente in einer
Richtung senkrecht zu der vorgegebenen Richtung ausgebildet ist.
In diesem Fall befindet sich die Oberseitenoberfläche 20a,
die mit den Straßen 201 des Wafers 20 für
optische Bauelemente versehen ist, auf der unteren Seite. Jedoch
kann, da das Bildaufnahmemittel 9 ein Bildaufnahmemittel
aufweist, das aus dem IR-Bestrahlungsmittel, dem optischen System
zum Einfangen der infraroten Strahlen, der Bildaufnahmeeinrichtung
(IR-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals, das den so eingefangenen
infraroten Strahlen entspricht, und so weiter besteht, das Bild
der Straßen 201 auf eine durchsichtige Weise von
der Seite der Rückseitenoberfläche 20b aus
aufgenommen werden.
-
Nachdem
die Ausrichtung wie oben beschrieben durchgeführt wurde,
ist der Wafer 20 für optische Bauelemente auf
dem Einspanntisch 36 in der in 10A gezeigten
Koordinatenposition angeordnet. Im Übrigen zeigt 10B den Zustand, der erhalten wird, wenn der Einspanntisch 36,
und somit der Wafer 20 für optische Bauelemente,
um 90 Grad von dem in 10A gezeigten
Zustand gedreht wird.
-
Im Übrigen
werden Zuführanfangspositions-Koordinatenwerte (A1, A2,
A3...An) und Zuführendpositions-Koordinatenwerte (B1, B2,
B3...Bn) und Zuführanfangspositions-Koordinatenwerte (C1, C2,
C3...Cn) und Zuführendpositions-Koordinatenwerte (D1, D2,
D3...Dn) der in dem Wafer 20 für optische Bauelemente
ausgebildeten Straßen 201 in dem Anordnungszustand
der in 10A und 10B gezeigten
Koordinatenpositionen in dem zweiten Speicherbereich 103b in
dem Arbeitsspeicher (RAM) 103 gespeichert.
-
Nachdem
die in dem auf dem Einspanntisch 36 gehaltenen Wafer 20 für
optische Bauelemente ausgebildeten Straßen 201 erfasst
wurden und die Ausrichtung für die Höhenpositionserfassung
wie oben erläutert durchgeführt wurde, wird der
Einspanntisch 36 so bewegt, dass die Straße 201 an
der obersten Position in 10A in
eine Position genau unterhalb des Lichtverdichters 7 gebracht
wird. Dann wird, wie weiter in 11 gezeigt
ist, der Zuführanfangspositions-Koordinatenwert (A1) (siehe 10A), der ein Ende (das linke Ende in 11) der
Straße 201 darstellt, in die Position genau unterhalb
des Lichtverdichters 7 gebracht. Nachfolgend wird das Höhenpositionserfassungsmittel 8 betätigt und
der Einspanntisch 36 in der durch Pfeil X1 in 11 angezeigten
Richtung zu dem Zuführendpositions- Koordinatenwert (B1)
bewegt (Höhenpositionserfassungsschritt). Als Folge kann
die Höhenposition (der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der
oberen Oberfläche des Werkstücks W) an der Straße 201 an
der obersten Position in 10A des Wafers 20 für
optische Bauelemente wie oben beschrieben erfasst werden. Die so
erfasste Höhenposition (der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der
oberen Oberfläche des Werkstücks W) wird in dem
dritten Speicherbereich 103c in dem Arbeitsspeicher (RAM) 103 entsprechend
den in dem zweiten Speicherbereich 103b gespeicherten Koordinatenwerten
gespeichert. Der Höhenpositionserfassungsschritt wird auf
diese Weise entlang all der in dem Wafer 20 für
optische Bauelemente ausgebildeten Straßen 201 durchgeführt
und die Höhenpositionen an den Straßen 201 werden
in dem dritten Speicherbereich 103c in dem Arbeitsspeicher
(RAM) 103 gespeichert.
-
Nachdem
der Höhenpositionserfassungsschritt entlang all der in
dem Wafer 20 für optische Bauelemente ausgebildeten
Straßen 201 auf diese Weise durchgeführt
wurde, wird eine Laserbearbeitung zum Ausbilden einer denaturierten
Schicht im Inneren des Wafers 20 für optische
Bauelemente entlang der Straßen 201 durchgeführt.
Beim Durchführen der Laserstrahlbearbeitung wird zuerst
der Einspanntisch 36 so bewegt, dass die Straße 201 an
der obersten Position in 10A in
eine Position genau unterhalb des Lichtverdichters 7 gebracht
wird. Dann wird, wie weiter in 12A gezeigt
ist, der Zuführanfangspositions-Koordinatenwert (A1) (siehe 10A), der ein Ende (das linke Ende in 12A) der Straße 201 darstellt,
in die Position genau unterhalb des Lichtverdichters 7 gebracht.
Das Steuermittel 10 betätigt das Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittel 53 so,
dass der Lichtverdichtungspunkt Pa des durch den Lichtverdichter 7 gestrahlten Bearbeitungspulslaserstrahls
LB1 auf eine Position einer vorgegebenen Tiefe von der Rückseitenoberfläche 20b (obere
Oberfläche) des Wafers 20 für optische
Bauelemente aus angepasst wird. Als Nächstes betätigt
das Steuermittel 10 das Bearbeitungspulslaserstrahl-Oszillationsmittel 6 so,
dass der Einspanntisch 36 in der durch Pfeil X1 angezeigten
Richtung mit einer vorgegebenen Bearbeitungszuführrate
bewegt wird, während eine Bestrahlung mit dem Bearbeitungspulslaserstrahl
LB1 durch den Lichtverdichter 7 durchgeführt wird
(Bearbeitungsschritt).
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Danach
wird, wenn die Bestrahlungsposition des Lichtverdichters 7 das
andere Ende (das rechte Ende in 12B)
der Straße 201 erreicht hat, die Bestrahlung mit
dem Pulslaserstrahl gestoppt und die Bewegung des Einspanntischs 36 angehalten.
Bei diesem Bearbeitungsschritt steuert das Steuermittel 10 den
Pulsmotor 532 des Lichtverdichtungspunktspositions-Anpassmittels 53 basierend
auf der Höhenposition, die dem X-Koordinatenwert an der
Straße 201 des Wafers 20 für
optische Bauelemente entspricht und die in dem dritten Speicherbereich 103c in
dem Arbeitsspeicher (RAM) 103 gespeichert ist, wodurch
der Lichtverdichter 7 in der vertikalen Richtung entsprechend
der Höhenposition an der Straße 201 des
Wafers 20 für optische Bauelemente bewegt wird,
wie in 12B gezeigt ist. Als Folge wird
im Inneren des Wafers 20 für optische Bauelemente
die denaturierte Schicht 210 an der Position einer vorgegebenen
Tiefe von der Rückseitenoberfläche 20b (obere
Oberfläche) aus und parallel zu der Rückseitenoberfläche 20b (obere
Oberfläche) ausgebildet, wie in 12B gezeigt
ist.
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Im Übrigen
sind die Bearbeitungsbedingungen bei dem oben beschriebenen Bearbeitungsschritt
zum Beispiel wie folgt festgelegt:
Laser: YVO4-Pulslaser
Wellenlänge:
1064 nm
Wiederholungsfrequenz: 100 kHz
Pulsausgabe: 2,5 μJ
Durchmesser
des verdichteten Flecks: φ1 μm
Bearbeitungszuführrate:
100 mm/Sek.
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Im Übrigen
werden, falls der Wafer 20 für optische Bauelemente
eine große Dicke aufweist, vorzugsweise mehrere denaturierte
Schichten 210a, 210b und 210c ausgebildet,
wie in 13 gezeigt ist, indem der oben
beschriebene Bearbeitungsschritt wiederholt wird, während
schrittweise der Lichtverdichtungspunkt Pa geändert wird.
Die Bildung der denaturierten Schichten 210a, 210b und 210c wird
vorzugsweise durchgeführt, indem der Lichtverdichtungspunkt
des Laserstrahls schrittweise in der Reihenfolge von 210a zu 210b zu 210c verschoben
wird.
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Nachdem
der oben beschriebene Bearbeitungsschritt entlang all der sich in
der vorgegebenen Richtung des Wafers 20 für optische
Bauelemente erstreckenden Straßen 201 auf die
oben beschriebene Weise durchgeführt wurde, wird der Einspanntisch 36 um
90 Grad gedreht und der Bearbeitungsschritt entlang jeder der Straßen
durchgeführt, die sich in der Richtung senkrecht zu der
vorgegebenen Richtung erstrecken. Nachdem der Bearbeitungsschritt somit
entlang all der in dem Wafer 20 für optische Bauelemente
ausgebildeten Straßen 201 durchgeführt
wurde, wird der Einspanntisch 36 mit dem darauf gehaltenen
Wafer 20 für optische Bauelemente in die Position
zurückgebracht, in welcher der Wafer 20 für
optische Bauelemente zuerst durch Ansaugen gehalten wurde, und wird
dort das Halten des Wafers 20 für optische Bauelemente
durch Ansaugen aufgehoben. Dann wird der Wafer 20 für
optische Bauelemente durch ein Zuführmittel (nicht gezeigt)
einem Teilungsschritt zugeführt.
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Während
oben ein Beispiel gezeigt wurde, bei dem der auf der vorliegenden
Erfindung basierende Höhenpositionsdetektor für
ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück auf eine
Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung angewendet wird, ist die Erfindung
auf verschiedene Bearbeitungsvorrichtungen zum Bearbeiten eines
auf einem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks anwendbar.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der
Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche
definiert und alle Veränderungen und Abwandlungen, die
innerhalb der Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche liegen,
werden somit durch die Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 3408805 [0003]
- - JP 2007-152355 [0005]