DE102009001205A1

DE102009001205A1 - Verfahren zum Lasermarkieren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009001205A1
Application number: DE102009001205A
Authority: DE
Inventors: Gert Dr.-Ing. Teschauer; Matthias Weissbeck
Original assignee: Gordon Verwaltung GmbH
Current assignee: Gordon Verwaltung GmbH
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-04-01
Also published as: EP2349633A2; DE202008013199U1; WO2010037724A2; WO2010037724A3; US20110181680A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lasermarkieren von Werkstücken, die in wenigstens einer Dimension größer sind als das Beschriftungsfeld von Laser-Beschriftungseinrichtungen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Markieren von lang gestreckten Werkstücken wie beispielsweise Halbleitersäulen für die Waferfertigung. Das Werkstück wird in der Weise in der Laser-Beschriftungseinrichtung positioniert, dass die Anfangskoordinaten einer vorzunehmenden Markierung innerhalb des Beschriftungsfeldes der Laser-Beschriftungseinrichtung liegen, der Laserstrahl mittels einer Strahlführungseinheit im Beschriftungsfeld geführt wird und in wenigstens einer Dimension eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld erfolgt, welche die Strahlführung additiv überlagert und der Strahlablenkung in der gleichen Dimension entgegengesetzt gerichtet ist, die Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld sowie die Strahlführung mit dem Erreichen der Endkoordinaten der vorzunehmenden Markierung angehalten werden und das Werkstück aus der Laser-Beschriftungseinrichtung entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lasermarkieren von Werkstücken, die in wenigstens einer Dimension größer sind als das Beschriftungsfeld von Laser-Beschriftungseinrichtungen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Markieren von lang gestreckten Werkstücken wie beispielsweise Halbleitersäulen für die Waferfertigung. Zur Qualifizierung der Qualitätssicherung in der Fertigung solcher Halbleitersäulen werden diese auf einer Längsseite mit einem Barcode und einem Prüfcode versehen. Die Markierung erfolgt mittels Laserbeschriftung in der Weise, dass nach dem Sägen der Wafer, deren Dicken zwischen 120 und 210 μm liegen, der Barcode an der Waferkante lesbar ist und mittels des Prüfcodes Rückschlüsse auf die ehemalige Lage des Wafers in der Säulenlänge gezogen werden können.
Es ist bekannt, die Codierung von Halbleitersäulen mittels Laserbeschriftung auszuführen. Allerdings überdecken die Bearbeitungsfelder der bekannten Lösungen aufgrund der verwendeten Strahlquellen und Objektive, die u. a. hinsichtlich ihrer Parameter Strahlqualität M² einerseits und Brennweite f andererseits aufeinander abgestimmt sind, nicht die gesamte Länge der Säulen, so dass die Markierung abschnittsweise erfolgt. Hierfür ist ein hoher Aufwand zur Einhaltung der erforderlichen Präzision der beweglichen Komponenten erforderlich, um fehlerhafte Übergänge zwischen den Bearbeitungsfeldern mit der Folge der Unlesbarkeit der Codierung zu vermeiden. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2008 013 199.5 weist einen Weg, Halbleitersäulen von bis zu 500 mm Länge in der anwendungsseitig geforderten Weise zu markieren, ohne mehrfach anzusetzen. Dazu besteht eine Laserbeschriftungseinrichtung aus einer Laserquelle, Strahlführung und Objektiv. Weiter sind eine Transportvorrichtung und eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, wobei die Strahlqualität M² der Laserquelle höchstens 1,2 beträgt und ein Objektiv mit einer Brennweite f $ 810 mm verwendet wird. Es ist eine Lagekorrekturvorrichtung vorgesehen und die Laserbeschriftungseinrichtung verfügt über eine Längenmesseinrichtung.
Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, die unterbrechensfreie Codierung auch solcher Werkstücke mittels Lasermarkierung zu ermöglichen, die größer sind als das Beschriftungsfeld der Laser-Beschriftungseinrichtung.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Lasermarkieren gemäß Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 4. Das Werkstück wird in der Weise in der Laser-Beschriftungseinrichtung positioniert, dass die Anfangskoordinaten einer vorzunehmenden Markierung innerhalb des Beschriftungsfeldes der Laser-Beschriftungseinrichtung liegen, der Laserstrahl mittels einer Strahlführungseinheit im Beschriftungsfeld geführt wird und in wenigstens einer Dimension eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld erfolgt, welche die Strahlführung additiv überlagert und der Strahlablenkung in der gleichen Dimension entgegengesetzt gerichtet ist, die Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld sowie die Strahlführung mit dem Erreichen der Endkoordinaten der vorzunehmenden Markierung angehalten werden und das Werkstück aus der Laser-Beschriftungseinrichtung entnommen wird. Vorteilhaft weitergebildet ist das erfindungsgemäße Verfahren, indem wenigstens ein weiterer Markierungsvorgang vor der Entnahme des Werkstücks erfolgt, dessen Anfangskoordinaten die Endkoordinaten des vorherigen Markierungsvorgangs sind, wobei die Richtung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld entgegengesetzt ist zur Richtung der Relativbewegung des vorherigen Markierungsvorgangs. Auf diese Weise können Qualität und Intensität der Markierung erhöht werden. Darüber hinaus kann die Anfangskoordinate eines Folgemarkierungsvorgangs in der zur Dimension der Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld orthogonalen Dimension derart verändert werden, dass eine Änderung der Markierungsspur erfolgt, so dass die Markierung in mehreren Spuren ohne Unterbrechung erfolgen kann. Während des Spurwechsels kann die Laserstrahlemission selbst unterbrochen sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer wenigstens eine Laserquelle, eine Strahlführungseinheit und ein Objektiv umfassenden Laser-Beschriftungseinrichtung, einer Werkstücktransportvorrichtung und einer Steuerungseinrichtung, die mit der Strahlführungseinheit verbunden ist und über eine Koordinaten-Istwert-Erfassungsanordnung verfügt. Wenigstens die Werkstücktransportvorrichtung oder die Strahlführungseinheit ist bezüglich der jeweils anderen Einrichtung mittels an die Steuerungseinrichtung angeschlossener steuerbarer Antriebe bewegbar ausgebildet. Die Steuerungseinrichtung überlagert die Funktion der Strahlführung im Beschriftungsfeld mit der Funktion der Relativbewegung zwischen Werkstücktransportvorrichtung und Strahlführungseinheit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft ausgebildet, indem die Strahlführungseinheit als wenigstens ein an die Strahlquelle angeschlossener Scanner ausgebildet ist. Eine andere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Strahlführungseinheit als wenigstens eine über eine fliegende Optik an die Strahlquelle angeschlossene Schneiddüse ausgebildet ist. Die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Werkstück und Beschriftungsfeld ist üblicherweise klein gegenüber der Geschwindigkeit der Strahlführung innerhalb des Beschriftungsfeldes, so dass die Massenträgheit aus der Relativbewegung lediglich an den Spurenden zu berücksichtigen ist. Hierfür geeignete Maßnahmen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, beispielsweise indem ab einem angemessenen Abstand vor jedem Spurende die Verfahrgeschwindigkeit langsam verringert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Markierungseinrichtung in Draufsicht und
2 das Prinzip der Markierung.
Eine erfindungsgemäße Markierungseinrichtung für lange Halbleitersäulen zur Waferfertigung für Photovoltaikzellen umfasst gemäß 1 eine Laserbeschriftungseinrichtung 1 mit einer Laserquelle 11, deren Strahlausgang über einen Scanner 12 und ein nicht dargestelltes Objektiv erfolgt. Die Laserbeschriftungseinrichtung 1 ist an einen Steuerrechner 3 angeschlossen, der eingangsseitig mit einer Koordinaten-Istwert-Erfassungsanordnung 22 verbunden ist. Die Koordinaten-Istwert-Erfassungsanordnung 22 ist nahe des Scanners 12 angeordnet, kann aber anstatt an dieser an jeder anderen geeigneten Stelle angeordnet sein. Der Scanner 12 wird mit Steuersignalen des Rechners 3 beaufschlagt, so dass die Strahlführung innerhalb eines Beschriftungsfeldes 13 erfolgt. Die Strahlführung erfolgt in bekannter Weise durch Verstellung der Scannerspiegel. Die Zuführung der Halbleitersäule 4 erfolgt mittels einer Transportvorrichtung 2, die über zwei Antriebe 5X und 5Y in zwei Dimensionen positionierbar ist. Die Antriebe 5X und 5Y werden vom Steuerrechner 3 mit Stellsignalen beaufschlagt, so dass Weglänge und Verfahrgeschwindigkeit in beiden Achsen geregelt werden. Die derart realisierte Relativbewegung zwischen der Halbleitersäule 4 und dem Scanner 12 ermöglicht die Markierung einer lediglich durch die räumlichen Verhältnisse der Fertigungsstrecke, nicht jedoch durch die Laser-Beschriftungseinrichtung 1 begrenzten Fläche. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Fläche die gesamte obere, d. h. dem Strahlaustritt zugewandte Seite der Halbleitersäule 4 oder ein beliebig gewählter Ausschnitt daraus, indem die Halbleitersäule 4 mehrmals in Längsrichtung unter dem Scanner 12 hin und her bewegt wird, wobei an jedem Umkehrpunkt in X-Richtung ein Versatz um eine Spur in Y-Richtung erfolgen kann. Ein solcher Spurwechsel dient beispielsweise der Verbreiterung der zuletzt geschriebenen Markierungen oder zum Schreiben weiterer Markierungen. Erfolgt kein Versatz in Y-Richtung, wird die zuletzt geschriebene Markierung durch eine weitere Relativbewegung in X-Richtung beispielsweise vertieft oder konturiert. Die Weg- und Geschwindigkeitssignale für die Antriebe 5X und 5Y werden den Scannersteuersignalen überlagert, so dass die Markierung der Halbleitersäule über die gesamte Fläche fehler- und unterbrechungsfrei, d. h. in einem Zuge erfolgt.
Mittels der vorstehend beschriebenen Markierungseinrichtung werden Halbleitersäulen 4 auf einer Längsseite mit einer Codierung gemäß 2 versehen. Die Codierung umfasst einen parallel zur Längskante aufgebrachten Barcode 41 sowie einen Prüfcode 42, der über die Längsseite der Halbleitersäule 4 hinweg von nahe der Barcode-Spur bis nahe der Gegenkante schmaler werdend einen V-Code bildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass die Codierung gemäß 2 in einem Zug auf die Halbleitersäule 4 aufgebracht wird. Die einzelnen Linien des Barcodes 41 und des Prüfcodes 42 werden durchgängig und ohne Ansetzen erzeugt, wodurch neben einer Verbesserung der Markierungsqualität die Effizienz der Markierung durch Verkürzung der hierfür erforderlichen Zeit erhöht wird. Neben der Verwendung eines Scanners 12 ist ebenso der Einsatz mehrerer Scanner parallel oder einer oder mehrerer Schneiddüsen, die ggf. mit einer fliegenden Optik ausgestattet sind, von der Erfindung umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202008013199 U [0002]

Claims

Verfahren zum Lasermarkieren von Werkstücken, die in wenigstens einer Dimension größer sind als das Beschriftungsfeld (13) einer Laser-Beschriftungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (4) in der Weise in der Laser-Beschriftungseinrichtung (1) positioniert wird, dass die Anfangskoordinaten einer vorzunehmenden Markierung innerhalb des Beschriftungsfeldes (13) der Laser-Beschriftungseinrichtung (1) liegen, der Laserstrahl mittels einer Strahlführungseinheit (12) im Beschriftungsfeld (13) geführt wird und in wenigstens einer Dimension eine Relativbewegung zwischen Werkstück (4) und Beschriftungsfeld (13) erfolgt, welche die Strahlführungseinheit (12) überlagert und der Strahlablenkung in der gleichen Dimension entgegengesetzt gerichtet ist, die Relativbewegung zwischen Werkstück (4) und Beschriftungsfeld (13) sowie die Strahlführungseinheit (12) mit dem Erreichen der Endkoordinaten der vorzunehmenden Markierung angehalten werden und das Werkstück (4) aus der Laser-Beschriftungseinrichtung (1) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Markierungsvorgang vor der Entnahme des Werkstücks (4) erfolgt, dessen Anfangskoordinaten die Endkoordinaten des vorherigen Markierungsvorgangs sind, wobei die Richtung der Relativbewegung zwischen Werkstück (4) und Beschriftungsfeld (13) entgegengesetzt ist zur Richtung der Relativbewegung des vorherigen Markierungsvorgangs.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangskoordinate eines Folgemarkierungsvorgangs in der zur Dimension der Relativbewegung zwischen Werkstück (4) und Beschriftungsfeld (13) orthogonalen Dimension derart verändert wird, dass eine Änderung der Markierungsspur erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer wenigstens eine Laserquelle (11), eine Strahlführungseinheit (12) und ein Objektiv umfassenden Laser-Beschriftungseinrichtung (1), einer Werkstücktransportvorrichtung (2) und einer Steuerungseinrichtung (3), die mit der Strahlführungseinheit (12) verbunden ist und über eine Koordinaten-Istwert-Erfassungsanordnung (22) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Werkstücktransportvorrichtung (2) oder die Strahlführungseinheit (12) bezüglich der jeweils anderen Einrichtung mittels an die Steuerungseinrichtung (3) angeschlossener steuerbarer Antriebe (5X, 5Y) bewegbar ausgebildet ist und die Steuerungseinrichtung (3) die Funktion der Strahlführung im Beschriftungsfeld (13) mit der Funktion der Relativbewegung zwischen Werkstücktransportvorrichtung (2) und Strahlführungseinheit (12) überlagert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinheit (12) als wenigstens ein an die Strahlquelle (11) angeschlossener Scanner ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinheit (12) als wenigstens eine über eine fliegende Optik an die Strahlquelle (11) angeschlossene Schneiddüse ausgebildet ist.