DE102008046386B4

DE102008046386B4 - Höhenpositionsdetektor für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück

Info

Publication number: DE102008046386B4
Application number: DE102008046386.8A
Authority: DE
Inventors: Taiki Sawabe; Keiji Nomaru
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: US20090066969A1; TW200911431A; CN101388354B; CN101388354A; JP2009070920A; US7564570B2; DE102008046386A1; JP4814187B2; TWI383854B

Abstract

Höhenpositionsdetektor (8) für ein auf einem Einspanntisch (36) gehaltenes Werkstück (W) zum Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche eines auf einem Einspanntisch (36) gehaltenen Werkstücks (W), wobei der Höhenpositionsdetektor umfasst:ein Prüfungslaserstrahloszillationsmittel (80) zum Oszillieren eines Prüfungslaserstrahls (LB2a);ein Ringfleckerzeugungsmittel (82), durch das ein Fleck (S1) des durch das Prüfungslaserstrahloszillationsmittel (80) oszillierten Prüfungslaserstrahls in eine Ringform (S2) gebracht wird;einen Strahlteiler (83), durch den der Prüfungslaserstrahl (LB2b) mit dem durch das Ringfleckerzeugungsmittel (82) in die Ringform (S2) gebrachten Fleck in einen ersten Weg (83a) geführt wird;einen Lichtverdichter (7), durch den der in den ersten Weg (83a) geführte Prüfungslaserstrahl (LB2b) so verdichtet wird, dass das auf dem Einspanntisch (36) gehaltene Werkstück (W) durch ihn bestrahlt wird;eine Lochblendenmaske (84), die in einem zweiten Weg (83b) angeordnet ist, in den der durch das auf dem Einspanntisch (36) gehaltene Werkstück (W) reflektierte Prüfungslaserstrahl durch den Strahlteiler (83) geteilt wird;einen konischen Spiegel (85), durch den reflektiertes Licht (LB2c) mit einer ringförmigen Fleckform (S3), das durch die Lochblendenmaske (84) getreten ist, in eine lineare Fleckform umgewandelt wird;einen Positionsdetektor (86) zum Erfassen der Position des durch den konischen Spiegel (85) in die lineare Fleckform umgewandelten reflektierten Lichts; undein Steuermittel, durch das die Höhenposition der oberen Oberfläche des auf dem Einspanntisch (36) gehaltenen Werkstücks (W) basierend auf der durch den Positionsdetektor (86) erfassten Position des reflektierten Lichts bestimmt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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.
Beschreibung des Stands der Technik
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.
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 JP 3 408 805 B2 ).
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 ein Laserstrahlbestrahlungsmittel der Vorsprungs-und-Eintiefungs-Form zu dem Zeitpunkt der Bearbeitung folgt.
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 JP 2007 - 152 355 A ).
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.
Des Weiteren offenbart JP 2006 - 184 777 A einen Fokusdetektor, der in der Lage ist, das von der hinteren Fläche eines transparenten Substrats erzeugte Lichtrauschen sicher zu entfernen. Zudem schlägt JP 2001 - 059 712 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer stereoskopischen Form vor, die imstande sind, die Form einer Unebenheit einer Oberfläche eines zu erfassenden, mit einer transparenten Fläche ausgebildeten Objekts oder eine Höhe eines Vorsprungs oder Ähnliches zu erfassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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 Höhenpositionsdetektor beinhaltet: ein Prüfungslaserstrahloszillationsmittel zum Oszillieren eines Prüfungslaserstrahls; ein Ringfleckerzeugungsmittel, durch das ein Fleck des durch das Prüfungslaserstrahloszillationsmittel oszillierten Prüfungslaserstrahls in eine Ringform gebracht wird; einen Strahlteiler, durch den der Prüfungslaserstrahl 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 Prüfungslaserstrahl 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 der durch das auf dem Einspanntisch gehaltene Werkstück reflektierte Prüfungslaserstrahl durch den Strahlteiler geteilt wird; einen konischen Spiegel, durch den reflektiertes Licht mit einer ringförmigen Fleckform, das durch die Lochblendenmaske getreten ist, in eine lineare Fleckform umgewandelt wird; einen Positionsdetektor zum Erfassen der Position des durch den konischen Spiegel in die lineare Fleckform umgewandelten reflektierten Lichts; und ein Steuermittel, durch das die Höhenposition der oberen Oberfläche des auf dem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks basierend auf der durch den Positionsdetektor erfassten Position des reflektierten Lichts bestimmt wird.
Das Ringfleckerzeugungsmittel beinhaltet ein Paar konischer Linsen, die hintereinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang des Prüfungslaserstrahls angeordnet sind.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

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;
2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Höhenpositionsdetektors für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zeigt;
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;
4 veranschaulicht den Zustand, in dem ein auf dem Einspanntisch gehaltenes Werkstück durch den in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektor mit einem Laserstrahl bestrahlt wird;
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;
6 veranschaulicht den Zustand, in dem die Position des linear geformten Flecks des durch den konischen Spiegel, der einen Teil des in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet, reflektierten Laserlichts gemäß der Größe des ringförmigen Flecks geändert wird;
7A und 7B 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;
8 ist ein Steuerdiagramm, das die Beziehung zwischen einem von einem Positionsdetektor, der einen Teil des in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet, ausgegebenen Positionssignal und dem Abstand von einem Lichtverdichter zu der oberen Oberfläche des Werkstücks zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuermittel zeigt, das einen Teil des in 2 gezeigten Höhenpositionsdetektors bildet;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers als ein Werkstück;
11A und 11B veranschaulichen Relationen des in 10 gezeigten Halbleiterwafers mit Koordinatenpositionen in dem Zustand, in dem dieser auf dem Einspanntisch der in 1 gezeigten Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung in einer vorgegebenen Position gehalten wird;
12 veranschaulicht einen Höhenpositionserfassungsschritt, der durch den in der in 1 gezeigten Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung vorgesehenen Höhenpositionsdetektor durchgeführt wird;
13A und 13B veranschaulichen einen Bearbeitungsschritt, in dem eine denaturierte Schicht in dem in 10 gezeigten Halbleiterwafer durch die in 1 gezeigte Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung ausgebildet wird; und
14 veranschaulicht einen Bearbeitungsschritt für den Fall, dass das Werkstück eine große Dicke aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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.
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.
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.
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.
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 um 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.
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 einen Pulsmotor 382, zum Antreiben des männlichen Schraubenstabs 381, so dass dieser sich dreht.
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.
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.
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.
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 einen 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.
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.
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 einen 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.
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.
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.
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 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 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, die in dem zweiten Weg 83b angeordnet und mit einem Nadelloch 841 zum Einschränken des Hindurchtretens des reflektierten Lichts mit einem Durchmesser, der nicht kleiner als ein vorgegebener Durchmesser ist, versehen ist, einen konischen Spiegel 85, durch den das reflektierte Licht mit der ringförmigen Fleckform, das durch die Lochblendenmaske 84 getreten ist, in eine lineare Fleckform umgewandelt wird und einen Positionsdetektor 86 zum Erfassen der Position des durch den konischen Spiegel 85 in die lineare Fleckform umgewandelten reflektierten Lichts. Das in der Lochblendenmaske 84 ausgebildete Nadelloch 841 weist zum Beispiel einen auf 1 mm festgelegten Durchmesser auf. Als der Positionsdetektor 86 kann zum Beispiel ein positionsempfindlicher Detektor (PSD), ein CCD-Liniensensor oder dergleichen verwendet werden, und ein Erfassungssignal wird von diesem zu dem Steuermittel gesendet, 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 Prüfungslaserstrahl 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 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.
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 LB2b 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 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 Strahlteiler 83 erreichen, durch den 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.
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 das, wie oben beschrieben, durch das Nadelloch 841 in der Lochblendenmaske 84 hindurchgetreten ist, wird durch den konischen Spiegel 85 in eine lineare Fleckform umgewandelt und in Richtung auf einen Positionsdetektor 86 reflektiert. Nun wird die Position des linear geformten Flecks, in der das erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform S3, das durch das Nadelloch 841 in der Lochblendenmaske 84 getreten ist und auf den konischen Spiegel 85 einfällt, durch den konischen Spiegel 85 reflektiert wird, mit Bezug auf 6 beschrieben.
Bei dem ersten reflektierten Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform S3, das durch das Nadelloch 841 in der Lochblendenmaske 84 getreten ist, wird die ringförmige Fleckform S3a mit einem kleineren Durchmesser durch einen Spitzenteil (einen linken Endteil, in 6) des konischen Spiegels 85, wie in 6 gezeigt, reflektiert, so dass es in einer linearen Fleckform auf den Positionsdetektor 86 gestrahlt wird. Andererseits wird eine ringförmige Fleckform S3b mit einem größeren Durchmesser durch einen hinteren Endteil (einen rechten Endteil in 6) des konischen Spiegels 85 reflektiert, so dass der Positionsdetektor 86 mit einer linearen Fleckform bestrahlt wird. Daher wird das erste reflektierte Licht LB2c mit der ringförmigen Fleckform S3, das durch den Spiegel 85 reflektiert wird, an unterschiedliche Positionen auf dem Positionsdetektor 86 gemäß der Durchmessergröße des ringförmigen Flecks gestrahlt. Im Übrigen variiert die Durchmessergröße des ringförmigen Flecks des ersten reflektierten Lichts LB2c abhängig von der Höhenposition der Bestrahlung des Werkstücks W mit dem Prüfungslaserstrahl LB2b.
Zum Beispiel wird, wenn die Höhenposition des Werkstücks W hoch ist (die Dicke des Werkstücks W groß ist) und der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W klein ist, wie in 7A gezeigt ist, der Prüfungslaserstrahl LB2b mit der Form des ringförmigen Flecks S3a zu dem Zeitpunkt der Bestrahlung der oberen Oberfläche des Werkstücks W damit reflektiert. Der Durchmesser des ringförmigen Flecks S3a ist klein. Andererseits wird, wenn die Höhenposition des Werkstücks W niedrig ist (die Dicke des Werkstücks W klein ist) und der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W groß ist, wie in 7B gezeigt ist, der Prüfungslaserstrahl LB2b mit der Form des ringförmigen Flecks S3b zu dem Zeitpunkt der Bestrahlung der oberen Oberfläche des Werkstücks W damit reflektiert. Der ringförmige Fleck S3b weist einen größeren Durchmesser als der ringförmige Fleck S3a auf. Daher weist der ringförmige Fleck des durch die obere Oberfläche des Werkstücks W reflektierten ersten reflektierten Lichts LB2c einen kleineren Durchmesser auf, wenn der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W kleiner ist, und weist er einen größeren Durchmesser auf, wenn der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W größer ist. Deshalb kann, wenn es dem durch die obere Oberfläche des Werkstücks reflektierten ersten reflektierten Licht LB2c ermöglicht wird, durch das Nadelloch 841 in der Lochblendenmaske 84 hindurchzutreten, wie in 6 gezeigt ist, und dieses dann durch den konischen Spiegel 85 in den linear geformten Fleck umgewandelt wird, bevor es auf den Positionsdetektor 86 gestrahlt wird, die Höhenposition der oberen Oberfläche des Werkstücks W basierend auf der Position des linear geformten Flecks, der auf den Positionsdetektor 86 gestrahlt wird, bestimmt werden.
Nun wird die Beziehung zwischen einem von dem Positionsdetektor 86 entsprechend der Position des auf den Positionsdetektor 86 gestrahlten linear geformten Flecks ausgegebenen Positionssignal und dem Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W, das heißt der Höhenposition des Werkstücks W, mit Bezug auf das in 8 gezeigte Steuerdiagramm beschrieben. Im Übrigen stellt die Abszissenachse in 8 den Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W und die Ordinatenachse das von dem Positionsdetektor 86 ausgegebene Positionssignal dar. In dem in 8 gezeigten Beispiel ist eine solche Einstellung gewählt, dass das von dem Positionsdetektor 86 ausgegebene Positionssignal „1“ beträgt, wenn der Abstand (H) von der Verdichterlinse 72 zu der oberen Oberfläche des Werkstücks W 30,0 mm beträgt und dass das von dem Positionsdetektor 86 ausgegebene Positionssignal „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 Zuordnen des von dem Positionsdetektor 86 ausgegebenen Positionssignals mit dem in 8 gezeigten Steuerdiagramm bestimmt werden. Im Übrigen ist das in 8 gezeigte Steuerdiagramm in einem Speicher des Steuermittels gespeichert, das später beschrieben wird.
Alternativ kann, wie in DE 10 2008 045 716 A1 beschrieben wird, eine Höhenpositionserfassung der oberen Oberfläche eines auf einem Einspanntisch gehaltenen Werkstücks auch mit Hilfe eines zweiten Strahlteilers und eines ersten und zweiten Lichtempfangselements anstelle eines konischen Spiegels und eines Positionsdetektors durchgeführt werden. In diesem Fall kann der Abstand von der Verdichterlinse zu der oberen Oberfläche des Werkstücks durch Bestimmen des Verhältnisses der von dem ersten Lichtempfangselement ausgegebenen Spannung (V1) zu der von dem zweiten Lichtempfangselement ausgegebenen Spannung (V2) und Zuordnen des Spannungsverhältnisses (V1/V2) mit einem zu 8 ähnlichen Steuerdiagramm bestimmt werden, bei dem auf der Abszissenachse der Abstand von der Verdichterlinse zu der oberen Oberfläche des Werkstücks und auf der Ordinatenachse das Spannungsverhältnis (V1/V2) aufgetragen ist.
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, 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 Infrarot(IR)-Bestrahlungsmittel zum Bestrahlen des Werkstücks mit infraroten Strahlen, ein optisches System zum Einfangen der von dem IR-Bestrahlungsmittel abgestrahlten infraroten Strahlen, eine Bildaufnahmeeinrichtung (IR-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals, das den durch das optische System eingefangenen infraroten Strahlen entspricht, und so weiter 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 9 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 und so weiter, einen lesbaren und schreibbaren Arbeitsspeicher (RAM) 103 zum Speichern der Ergebnisse der Rechenprozesse und so weiter, 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 Positionsdetektor 86, 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 8 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.
Falls, wie in der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung „Höhenpositionsdetektor für ein auf einem Einspanntisch gehaltenes Werkstück“ der gleichen Anmelderin mit Anmeldedatum 4. September 2008 beschrieben wird, die Höhenpositionserfassung mit Hilfe eines zweiten Strahlteilers und eines ersten und zweiten Lichtempfangselements anstelle eines konischen Spiegels und eines Positionsdetektors durchgeführt wird, so wird die Eingabeschnittstelle des Steuermittels mit Erfassungssignalen von dem ersten und dem zweiten Lichtempfangselement versorgt.
Die Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist wie oben erläutert aufgebaut und ihr Betrieb wird nachfolgend beschrieben. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wafers 20 für optische Bauelemente als das einer Laserstrahlbearbeitung zu unterziehende Werkstück. Der in 10 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 in einer vorgegebenen Richtung ausgebildeten Straße 201 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 11A gezeigten Koordinatenposition angeordnet. Im Übrigen zeigt 11B den Zustand, der erhalten wird, wenn der Einspanntisch 36, und somit der Wafer 20 für optische Bauelemente, um 90 Grad von dem in 11A 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 11A und 11B 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 11A in eine Position genau unterhalb des Lichtverdichters 7 gebracht wird. Dann wird, wie weiter in 12 gezeigt ist, der Zuführanfangspositions-Koordinatenwert (A1) (siehe 11A), der ein Ende (das linke Ende in 12) 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 12 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 11A 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 11A in eine Position genau unterhalb des Lichtverdichters 7 gebracht wird. Dann wird, wie weiter in 13A gezeigt ist, der Zuführanfangspositions-Koordinatenwert (A1) (siehe 11A), der ein Ende (das linke Ende in 13A) 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 (oberen 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).
Danach wird, wenn die Bestrahlungsposition des Lichtverdichters 7 das andere Ende (das rechte Ende in 13B) 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 13B 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 (oberen Oberfläche) aus und parallel zu der Rückseitenoberfläche 20b (oberen Oberfläche) ausgebildet, wie in 13B gezeigt ist.
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 um
Bearbeitungszuführrate: 100 mm/Sek.

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 14 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.
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.
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.

Claims

Höhenpositionsdetektor (8) für ein auf einem Einspanntisch (36) gehaltenes Werkstück (W) zum Erfassen der Höhenposition einer oberen Oberfläche eines auf einem Einspanntisch (36) gehaltenen Werkstücks (W), wobei der Höhenpositionsdetektor umfasst: ein Prüfungslaserstrahloszillationsmittel (80) zum Oszillieren eines Prüfungslaserstrahls (LB2a); ein Ringfleckerzeugungsmittel (82), durch das ein Fleck (S1) des durch das Prüfungslaserstrahloszillationsmittel (80) oszillierten Prüfungslaserstrahls in eine Ringform (S2) gebracht wird; einen Strahlteiler (83), durch den der Prüfungslaserstrahl (LB2b) mit dem durch das Ringfleckerzeugungsmittel (82) in die Ringform (S2) gebrachten Fleck in einen ersten Weg (83a) geführt wird; einen Lichtverdichter (7), durch den der in den ersten Weg (83a) geführte Prüfungslaserstrahl (LB2b) so verdichtet wird, dass das auf dem Einspanntisch (36) gehaltene Werkstück (W) durch ihn bestrahlt wird; eine Lochblendenmaske (84), die in einem zweiten Weg (83b) angeordnet ist, in den der durch das auf dem Einspanntisch (36) gehaltene Werkstück (W) reflektierte Prüfungslaserstrahl durch den Strahlteiler (83) geteilt wird; einen konischen Spiegel (85), durch den reflektiertes Licht (LB2c) mit einer ringförmigen Fleckform (S3), das durch die Lochblendenmaske (84) getreten ist, in eine lineare Fleckform umgewandelt wird; einen Positionsdetektor (86) zum Erfassen der Position des durch den konischen Spiegel (85) in die lineare Fleckform umgewandelten reflektierten Lichts; und ein Steuermittel, durch das die Höhenposition der oberen Oberfläche des auf dem Einspanntisch (36) gehaltenen Werkstücks (W) basierend auf der durch den Positionsdetektor (86) erfassten Position des reflektierten Lichts bestimmt wird.
Höhenpositionsdetektor (8) für ein auf einem Einspanntisch (36) gehaltenes Werkstück (W) nach Anspruch 1, bei dem das Ringfleckerzeugungsmittel (82) ein Paar konischer Linsen (821, 822) beinhaltet, die hintereinander mit einem vorgegebenen Abstand entlang des Prüfungslaserstrahls angeordnet sind.