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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserstrahlanwendungsmechanismus (engl.: laser beam applying mechanism) und eine Laserbearbeitungsvorrichtung (engl.: laser processing apparatus), die bei hohen Geschwindigkeiten die Leistung eines Laserstrahls steuern können, der mittels eines Laserstrahloszillators oszilliert wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Bei einem Halbleitereinrichtungsherstellvorgang werden eine Vielzahl an sich schneidenden Trennlinien, die Straßen genannt werden, an der Vorderseite eines im Wesentlichen diskförmigen Halbleiterwafers ausgebildet, um dadurch eine Vielzahl an Regionen zu unterteilen, an welchen beispielsweise ICs und LSIs jeweils ausgebildet werden. Der Halbleiterwafer wird entlang der Straßen geschnitten, um dadurch die Regionen, in welchen die Einrichtungen ausgebildet werden, voneinander zu trennen, wodurch die individuellen Halbleitereinrichtungen erhalten werden.
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Das Schneiden des Halbleiterwafers entlang der Straßen wird normalerweise durch Verwenden einer Schneidvorrichtung; genannt Trennsäge, durchgeführt. Diese Schneidvorrichtung umfasst einen Spanntisch zum Halten des Halbleiterwafers als ein Werkstück, eine Schneideinrichtung zum Schneiden des Halbleiterwafers, der von dem Spanntisch gehalten wird, und eine Bewegungseinrichtung zum relativen Bewegen des Spanntisches und der Schneideinrichtung. Die Schneideinrichtung umfasst eine Spindel, die ausgebildet ist, um mit hohen Geschwindigkeiten rotiert zu werden, und ein Schneidmesser, das an der Spindel angeordnet ist. Das Schneidmesser umfasst eine diskförmige Basis und einen ringförmigen Schneidrand, der an einer Seitenoberfläche der Basis entlang des äußeren Umfangs davon angeordnet ist. Der Schneidrand (engt.: cutting edge) wird durch Befestigen von Diamantschleifkörnern mit einer Korngröße von ungefähr 3 μm an der Basis durch Galvanoformung ausgebildet, sodass die Dicke des Schneidrandes beispielsweise ungefähr 20 μm beträgt.
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In den letzten Jahren wurde ein Halbleiterwafer, der dazu gedacht ist, um die Bearbeitungsleistung von Schaltkreisen, wie beispielsweise ICs und LSIs zu verbessern, im täglichen Gebrauch eingeführt. Dieser Halbleiterwafer umfasst ein Halbleitersubstrat, wie beispielsweise einen Silikonwafer, und eine Isolatorfolie mit niedriger Permitivität bzw. niedriger Dielektrizitätskonstante (Niedrig-k Folie), die an der Vorderkante des Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Beispielsweise der Niedrig-k Folie umfassen eine anorganische Folie aus SiOF, BSG (SiOB), etc. und eine organische Folie, wie eine Polymerfolie aus Polyimid, Parylen, etc. Jedoch wird die Niedrig-k Folie als eine Multischichtfolie (5 bis 15 Schichten) aus Glimmer (engl.: mica) ausgebildet und ist sehr spröde. Demgemäß tritt, wenn dieser Halbleiterwafer entlang der Straßen durch Verwenden des Schneidmesser geschnitten wird, ein Problem auf, dass die Niedrig-k Folie getrennt werden kann und diese Trennung kann die Schaltkreise erreichen, um einen schweren Fehler bei den Halbleiterchips zu erwirken. Um dieses Problem zu lösen, offenbart die
JP 2003-320466 eine Bearbeitungsvorrichtung zum Anwenden eines Laserstrahls an der Niedrig-k Folie entlang der Straßen, um die Niedrig-k Folie an den Straßen zu entfernen und als nächstes die Straßen dort zu schneiden, wo die Niedrig-k Folie entfernt wurde, indem ein Schneidmesser verwendet wird.
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Jedoch besteht bei einem Halbleiterwafer mit einer Konfiguration, bei der eine Vielzahl an Testmaterialmustern, die als Testelementgruppe (TEG) bezeichnet werden, zum Testen der Funktion der Schaltkreise teilweise an der Niedrig-k Folie in den Straßen vorgesehen ist, ein Problem, dass der Laserstrahl zum Entfernen der Niedrig-k Folie durch die Materialmuster aus Kupfer, Aluminium, etc. blockiert wird, sodass die Niedrig-k Folie nicht problemlos entfernt werden kann. In dem Fall, dass die Leistung des Laserstrahls, die an den Straßen angelegt werden soll, bis zu so einem Grad hin erhöht wird, dass die Materialmuster entfernt werden können, tritt ein neues Problem auf, dass das Halbleitersubstrat, das die Straßen ausbildet, wo nur die Niedrig-k Folie vorhanden ist, von dem Laserstrahl beschädigt werden kann, was die Verteilung von Schutt und kleineren Trümmern erwirkt und dieser Schutt kann sich auf Bondingpads oder dergleichen ablagern, die mit den Schaltkreisen verbunden sind, was zu einer Verschlechterung der Qualität der Halbleiterchips führt.
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Um solch ein Problem zu lösen, offenbart die
JP 2005-118832 ein Laserbearbeitungsverfahren zum Anlegen eines Laserstrahls an einen Bereich, in dem die Metallmuster ausgebildet sind, und an einen Bereich mit Niedrig-k Folie bei unterschiedlichen Bearbeitungszuständen, wodurch die Metallmuster und die Niedrig-k Folie entfernt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch ist es schwierig die Leistung des Laserstrahls einzustellen, der von einem Laserstrahloszillator als Antwort auf eine Zuführgeschwindigkeit oszilliert wird, sodass es schwierig ist den Bereich, in dem die Metallmuster ausgebildet sind, zuverlässig zu entfernen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserstrahlanwendungsmechanismus und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei hohen Geschwindigkeiten die Leistung des Laserstrahls steuern können, der von einem Laserstrahloszillator oszilliert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserstrahlanwendungsmechanismus zur Verfügung gestellt, umfassend einen Laserstrahloszillator zum Oszillieren eines Laserstrahls; eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Laserstrahls, der von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird; und eine Leistungseinstelleinrichtung, die zwischen dem Laserstrahloszillator und der Fokussierlinse vorgesehen ist, um die Leistung des Laserstrahls einzustellen, der von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird; wobei die Leistungseinstelleinrichtung, umfasst eine Halbwellenplatte (engt.: half-wafe plate), um die Polarisierungsebene des Laserstrahls des linear polarisierten Lichts, das von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird, um 45° zu rotieren; ein Prisma, das an der Austrittsseite bzw. Entstehungsseite (engl.: emergence side) der Halbwellenplatte vorgesehen ist mit einer ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie (engl.: polarization beam splitter film) und einer zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie zum Reflektieren einer S-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden Laserstrahls und zum Übertragen einer P-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden Laserstrahls; eine Strahlenganglängeneinstelleinrichtung, umfassend einen ersten Spiegel mit einer Spiegeloberfläche, die der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie gegenüberliegt, um die P-polarisierte Lichtkomponente zu reflektieren, die durch die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wurde, und einen piezoelektrischen Aktuator, der an dem ersten Spiegel angeordnet ist, um die Beabstandung zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie gemäß einer angelegten Spannung einzustellen, wodurch ein erster Phasenunterschied (α) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die an der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels reflektiert wurde, erzeugt wird; eine Synthetisierungseinrichtung (engl.: synthesizing means) für polarisierte Lichtkomponenten, umfassend einen zweiten Spiegel mit einer Spiegeloberfläche, die der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie mit einem vorgegebenen Abstand, der dazwischen festgelegt ist, zum Reflektieren der P-polarisierten Lichtkomponente gegenüberliegt, die an der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels reflektiert wurde und als nächstes durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wird, wodurch ein zweiter Phasenunterschied (β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie und anschließend an der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wurde und anschließend an der Spiegeloberfläche des zweiten Spiegels reflektiert wurde, erzeugt wird; eine Strahlteileinrichtung mit einer dritten Polarisierungsstrahlteilerfolie zum Teilen des Laserstrahls, der von der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten erhalten wurde, in einen Strahlengang, der auf die Fokussierlinse gerichtet ist, und einen Strahlengang, der auf einen Strahldämpfer (engl.: beam damper) gerichtet ist; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator der Strahlenganglängeneinstelleinrichtung angelegt wird, um dadurch den Abstand zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie einzustellen, wodurch ein dritter Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der von der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten erhalten wird, in dem Bereich von 0° bis 180° gesteuert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, umfassend einen Spanntisch mit einer Halteoberfläche zum Halten eines Werkstücks; einen Laserstrahlanwendungsmechanismus zum Anwenden eines Laserstrahls an dem Werkstück, das an dem Spanntisch gehalten wird; eine Zuführeinrichtung zum relativen Zuführen des Spanntisches und des Laserstrahlanwendungsmechanismus in einer Zuführrichtung; und eine Indiziereinrichtung zum relativen Indizieren des Spanntisches und des Laserstrahlanwendungsmechanismus in einer Indiziereinrichtung, die senkrecht zu der Zuführrichtung ist; wobei der Laserstrahlanwendungsmechanismus, umfasst: einen Laserstrahloszillator zum Oszillieren eines Laserstrahls; eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Laserstrahls, der von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird; und eine Leistungseinstelleinrichtung, die zwischen dem Laserstrahloszillator und der Fokussierlinse vorgesehen ist, um die Leistung des Laserstrahls einzustellen, der von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird; wobei die Leistungseinstelleinrichtung, umfasst eine Halbwellenplatte (engl.: half-wafe plate), um die Polarisierungsebene des Laserstrahls des linear polarisierten Lichts, das von dem Laserstrahloszillator oszilliert wird, um 45° zu rotieren; ein Prisma, das an der Austrittsseite bzw. Entstehungsseite (engl.: emergence side) der Halbwellenplatte vorgesehen ist mit einer ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie (engl.: polarization beam splitter film) und einer zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie zum Reflektieren einer S-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden Laserstrahls und zum Übertragen einer P-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden Laserstrahls; eine Strahlenganglängeneinstelleinrichtung, umfassend einen ersten Spiegel mit einer Spiegeloberfläche, die der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie gegenüberliegt, um die P-polarisierte Lichtkomponente zu reflektieren, die durch die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wurde, und einen piezoelektrischen Aktuator, der an dem ersten Spiegel angeordnet ist, um die Beabstandung zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie gemäß einer angelegten Spannung einzustellen, wodurch ein erster Phasenunterschied (α) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die an der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels reflektiert wurde, erzeugt wird; eine Synthetisierungseinrichtung (engl.: synthesizing means) für polarisierte Lichtkomponenten, umfassend einen zweiten Spiegel mit einer Spiegeloberfläche, die der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie mit einem vorgegebenen Abstand, der dazwischen festgelegt ist, zum Reflektieren der P-polarisierten Lichtkomponente gegenüberliegt, die an der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels reflektiert wurde und als nächstes durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wird, wodurch ein zweiter Phasenunterschied (β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie und anschließend an der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie übertragen wurde und anschließend an der Spiegeloberfläche des zweiten Spiegels reflektiert wurde, erzeugt wird; eine Strahlteileinrichtung mit einer dritten Polarisierungsstrahlteilerfolie zum Teilen des Laserstrahls, der von der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten erhalten wurde, in einen Strahlengang, der auf die Fokussierlinse gerichtet ist, und einen Strahlengang, der auf einen Strahldämpfer (engl.: beam damper) gerichtet ist; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator der Strahlenganglängeneinstelleinrichtung angelegt wird, um dadurch den Abstand zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie einzustellen, wodurch ein dritter Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der von der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten erhalten wird, in dem Bereich von 0° bis 180° gesteuert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator angelegt wird, der die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung der Leistungseinstelleinrichtung in dem Laserstrahlanwendemechanismus darstellt, gesteuert, um dadurch den Abstand zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie einzustellen, wodurch der dritte Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der von der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten erhalten wird, in dem Bereich von 0° bis 180° gesteuert wird. Im Ergebnis kann die Leistung des Laserstrahls, die über die Fokussierlinse angelegt wird, eingestellt werden. Ferner dehnt sich der piezoelektrische Aktuator zum Einstellen des Abstandes zwischen der Spiegeloberfläche des ersten Spiegels und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie gemäß der angelegten Spannung aus und ein Versatz von einigen um kann erhalten werden, sodass eine Hochgeschwindigkeitssteuerung erhalten werden kann. Demgemäß kann die Leistung des Laserstrahls, die von der Fokussierlinse an das Werkstück angelegt wird, als Antwort auf eine Zuführgeschwindigkeit beim Zuführen des Werkstücks in der Laserbearbeitungsvorrichtung eingestellt werden.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art der Umsetzung von diesen wird deutlicher aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, ersichtlich.
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KUZRE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Laserstrahlanwendungsmechanismus zeigt, der in der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, umfasst ist;
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Laserstrahlanwendungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm der Steuereinrichtung, die in der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, umfasst ist;
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers als ein Werkstück;
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6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des in 5 gezeigten Halbleiterwafers; und
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7A und 7B sind Schnittansichten zum Darstellen eines Laserstrahlanlegeschritts, der an dem in 5 und 6 gezeigten Halbleiterwafer durch Verwenden der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, durchzuführen ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSOFRMEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Laserstrahlanwendungsmechanismus und der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit einem Laserstrahlanwendungsmechanismus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, umfasst eine stationäre Basis 2, einen Spanntischmechanismus 3 zum Halten eines Werkstücks, wobei der Spanntischmechanismus 3 an der stationären Basis 2 vorgesehen ist, um in einer Zuführrichtung (X-Richtung), die von einem Pfeil X gezeigt ist, beweglich zu sein, einen Laserstrahlanwendungseinheitsabstützmechanismus 4, der an der stationären Basis 2 vorgesehen ist, um in einer Indizierrichtung (Y-Richtung) beweglich zu sein, die von einem Pfeil Y, der senkrecht zu der X-Richtung ist, gezeigt ist, und eine Laserstrahlanwendungseinheit 5, die an dem Laserstrahlanwendungseinheitsabstützmechanismus 4 vorgesehen ist, um in einer Fokussierungspositionseinstellrichtung (Z-Richtung), die mit einem Pfeil Z gezeigt ist, beweglich zu sein.
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Der Spanntischmechanismus 3 umfasst ein Paar an Führungsschienen 31, das an der stationären Basis 2 vorgesehen ist und sich parallel zueinander in der X-Richtung erstreckt, einen ersten Gleitblock 32, der an den Führungsschienen 31 vorgesehen ist, um in der X-Richtung beweglich zu sein, einen zweiten Gleitblock 33, der an dem ersten Gleitblock 32 vorgesehen ist, um in der Y-Richtung beweglich zu sein, einen Abstütztisch 35, der von einem zylindrischen Element 34 abgestützt wird, das auf dem zweiten Gleitblock 33 steht, und einen Spanntisch 36 als eine Werkstückhalteeinrichtung. Der Spanntisch 36 weist eine Vakuumspannvorrichtung 361 auf, die aus einem porösen Material ausgebildet ist. Ein Werkstück, wie beispielsweise ein diskförmiger Halbleiterwafer, ist ausgebildet, um durch Unterdruck an der oberen Oberfläche der Vakuumspannvorrichtung 361 als einer Halteoberfläche durch Betätigen einer Unterdruckeinrichtung (nicht gezeigt) gehalten zu werden. Der Spanntisch 36 kann mittels eines Schrittmotors (nicht gezeigt), der in dem zylindrischen Element 34 vorgesehen ist, rotiert werden. Ferner ist der Spanntisch 36 mit Klemmen 362 zum Befestigen eines ringförmigen Rahmens, der das Werkstück, wie beispielsweise einen Halbleiterwafer, mittels eines Schutztapes abstützt, versehen.
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Die untere Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 ist mit einem Paar an Führungsnuten 321 zum gleitbaren Eingreifen in das Paar an Führungsschienen 31, das oben erwähnt wurde, ausgebildet. Ein Paar an Führungsschienen 322 ist an der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 vorgesehen, um sich parallel zueinander in der Y-Richtung zu erstrecken. Demgemäß ist der erste Gleitblock 32 in der X-Richtung entlang der Führungsschienen 31 durch den Gleiteingriff der geführten Nuten 321 in die Führungsschienen 31 beweglich. Der Spanntischmechanismus 3 umfasst ferner eine Zuführeinrichtung 37 zum Bewegen des ersten Gleitblocks 32 in der X-Richtung entlang der Führungsschienen 31. Die Zuführeinrichtung 37 umfasst eine mit einem Außengewinde versehene Stange 371, die sich parallel zu den Führungsschienen 31 erstreckt, um dazwischen angeordnet zu sein, und einen Schrittmotor 372 als eine Antriebsquelle zum rotierenden Antreiben der mit einem externen Gewinde versehenen Stange 371. Die mit einem externen Gewinde versehene Stange 371 ist rotierbar an einem Ende davon als einem Lagerblock 373 abgestützt, der an der stationären Basis 2 befestigt ist und ist mit dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Schrittmotors 372 verbunden, um das Drehmoment davon aufzunehmen. Die mit einem Außengewinde versehene Stange 371 steht in Eingriff mit einem Gewindedurchgangsloch, das in einem im Inneren mit einem Gewinde versehenen Block (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der sich von der unteren Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 an einer zentralen Position davon erstreckt. Demgemäß wird der erste Gleitblock 32 in der X-Richtung entlang der Führungsschienen 31 durch Betreiben des Schrittmotors 372, um normal oder umgekehrt die mit dem Außengewinde versehen Stange 371 zu rotieren, bewegt.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Zuführbetragerfassungseinrichtung 374 zum Erfassen des Zuführbetrags des Spanntisches 36. Die Zuführbetragerfassungseinrichtung 374 umfasst eine lineare Skala 374a, die sich entlang von einer der Führungsschienen 31 erstreckt, und einen Lesekopf 374b, der an dem ersten Gleitblock 32 vorgesehen ist, und entlang der linearen Skala 374a gemeinsam mit dem ersten Gleitblock 32 beweglich ist. Der Lesekopf 374b der Zuführbetragerfassungseinrichtung 374 überträgt ein Pulssignal von einem Puls für jeden Mikrometer in dieser bevorzugten Ausführungsform an die Steuereinrichtung, welche im Folgenden beschrieben wird. Die Steuereinrichtung zählt die Anzahl an Pulsen als Pulssignaleingang von dem Lesekopf 374b, um dadurch den Zuführbetrag des Spanntisches 36 zu ermitteln.
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Die untere Oberfläche des zweiten Gleitblocks 33 ist mit einem Paar an geführten Nuten 331 zum Gleiteingriff mit dem Paar an Führungsschienen 322, das an der oberen Oberfläche des ersten Gleitblocks 32, wie oben erwähnt, vorgesehen ist, versehen. Demgemäß ist der zweite Gleitblock 33 in der Y-Richtung entlang der Führungsschienen 322 durch den Gleiteingriff der geführten Nuten 331 in die Führungsschienen 322 beweglich. Der Spanntischmechanismus 3 umfasst ferner eine erste Indiziereinrichtung 38 zum Bewegen des zweiten Gleitblocks 33 in der Y-Richtung entlang der Führungsschienen 322. Die erste Indiziereinrichtung 38 umfasst eine mit einem Außengewinde versehene Stange 381, die sich parallel zu den Führungsschienen 322 erstreckt, um dazwischen angeordnet zu sein, und einen Schrittmotor 382 als eine Antriebsquelle zum rotierenden Antreiben der mit einem externen Gewinde versehenen Stange 381. Die mit einem externen Gewinde versehene Stange 381 wird an einem Ende davon an einem Lagerblock 383 abgestützt, der an der Oberfläche des ersten Gleitblocks 32 befestigt ist, und wird mit dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Pulsmotors 382 verbunden, um das Drehmoment davon aufzunehmen. Die mit einem Außengewinde versehene Stange 381 steht in Eingriff mit einem Gewindedurchgangsloch, das in einem mit einem Innengewinde versehenen Block (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der von der unteren Oberfläche des zweiten Gleitblocks 33 an einem zentralen Abschnitt davon hervorsteht. Demgemäß wird der zweite Gleitblock 31 in der Y-Richtung entlang der Führungsschienen 322 durch Betreiben des Schrittmotors 382 bewegt, um normal oder umgekehrt die mit einem Außengewinde versehene Stange 381 zu rotieren.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Indizierbetrag-Erfassungseinrichtung 384 zum Erfassen des Indizierbetrags des Spanntisches 36. Die Indizierbetragerfassungseinrichtung 384 umfasst eine lineare Skala 384a, die sich entlang einer der Führungsschienen 322 erstreckt, und einen Lesekopf 384b, der an dem zweiten Gleitblock 33 vorgesehen ist und entlang der linearen Skala 384a gemeinsam mit dem zweiten Gleitblock 33 beweglich ist. Der Lesekopf 384b der Indizierbetragerfassungseinrichtung 384 überträgt ein Pulssignal von einem Puls für jeden um in dieser bevorzugten Ausführungsform an die Steuereinrichtung, die später beschrieben wird. Diese Steuereinrichtung zählt die Anzahl an Pulsen als Pulssignaleingang des Lesekopfes 384b, um dadurch den Indizierbetrag des Spanntisches 36 zu ermitteln.
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Der Laserstrahlanwendungseinheitsabstützmechanismus 4 umfasst ein Paar an Führungsschienen 41, das an der stationären Basis 2 vorgesehen ist, um sich parallel zueinander in der Y-Richtung zu erstrecken und eine bewegliche Abstützbasis 42, die an den Führungsschienen 41 vorgesehen ist, um in der Y-Richtung beweglich zu sein. Die bewegliche Abstützbasis 42 umfasst einen horizontalen Abschnitt 421, der gleitbar an den Führungsschienen 41 abgestützt ist, und einen vertikalen Abschnitt 422, der sich vertikal nach oben von der oberen Oberfläche des horizontalen Abschnitts 421 erstreckt. Ferner ist ein Paar an Führungsschienen 423 an einer Seitenoberfläche des vertikalen Abschnitts 422 vorgesehen, um sich parallel zueinander in der Z-Richtung zu erstrecken. Der Laserstrahlanwendungseinheitsabstützmechanismus 4 umfasst ferner eine zweite Indiziereinrichtung 43 zum Bewegen der beweglichen Abstützbasis 42 in der Y-Richtung entlang der Führungsschienen 41. Die zweite Indiziereinrichtung 43 umfasst eine mit einem Außengewinde versehene Stange 431, die sich parallel zu den Führungsschienen 41 erstreckt, um dazwischen angeordnet zu sein, und einen Schrittmotor 432 als eine Antriebsquelle zum rotierenden Antreiben der mit einem Außengewinde versehenen Stange 431. Die mit einem Außengewinde versehene Stange 431 wird rotierbar an einem Ende davon an einem Lagerblock (nicht gezeigt), der an der stationären Basis 2 befestigt ist, abgestützt und ist mit dem anderen Ende mit der Ausgangswelle des Schrittmotors 432 verbunden, um das Drehmoment davon aufzunehmen. Die mit einem Außengewinde versehene Stange 431 steht in Eingriff mit einem Gewindedurchgangsloch, das an einem mit einem Innengewinde versehenen Block (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der von der unteren Oberfläche des horizontalen Abschnitts 421 an einem zentralen Abschnitt davon hervorsteht. Demgemäß wird die bewegliche Abstützbasis 42 in der Y-Richtung entlang der Führungsschienen durch Betätigen des Schrittmotors 432 bewegt, um normal oder umgekehrt die mit einem Außengewinde versehene Stange 431 zu bewegen.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Fokussierposition-Einstelleinrichtung 53 zum Bewegen der Laserstrahlanwendungseinheit 5 entlang der Führungsschienen 423, die an dem vertikalen Abschnitt 422 der beweglichen Abstützbasis 42 in der Z-Richtung vorgesehen ist, d. h., in der senkrechten Richtung zu der Halteoberfläche des Spanntisches 36. Die Fokussierposition-Einstelleinrichtung 53 umfasst eine mit einem Außengewinde versehene Stange (nicht gezeigt), die sich parallel zu den Führungsschienen 423 erstreckt, um dazwischen angeordnet zu sein, und einen Schrittmotor 532 als eine Antriebsquelle zum rotierenden Antreiben dieser mit einem Außengewinde versehenen Stange. Demgemäß wird die Laserstrahlanwendungseinheit 5 in der Z-Richtung entlang der Führungsschienen 423 durch Betätigen des Schrittmotors 532 bewegt, um normal oder umgekehrt diese mit einem Außengewinde versehene Stange zu rotieren. In dieser bevorzugten Ausführungsform, wenn der Pulsmotor 532 normal betrieben wird, wird die Laserstrahlanwendungseinheit 5 nach oben bewegt, wohingegen, wenn der Pulsmotor 532 umgekehrt betrieben wird, die Laserstrahlanwendungseinheit 5 nach unten bewegt wird.
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Die Laserstrahlanwendungseinheit 5 umfasst einen Halter 51 und ein zylindrisches Gehäuse 52, das an dem Halter 51 angeordnet ist. Der Halter 51 ist mit einem Paar an Führungsnuten 511 für den gleitenden Eingriff mit dem Paar an Führungsschienen 423 versehen, das an der vertikalen Position 422 der beweglichen Abstützbasis 42 vorgesehen ist. Demgemäß wird der Halter 51 an der beweglichen Abstützbasis 42 abgestützt, um in der Z-Richtung entlang der Führungsschienen 423 durch den Gleiteingriff der geführten Nuten 511 mit den Führungsschienen 423 beweglich zu sein. Das Gehäuse 52, das an dem Halter 51 angeordnet ist, ist mit einem Laserstrahlanwendungsmechanismus zum Anwenden/Anlegen eines Laserstrahls an das Werkstück, das an dem Spanntisch 36 gehalten wird, versehen. Eine erste bevorzugte Ausführungsform des Laserstrahlanwendungsmechanismus wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Bezugnehmend auf 2 wird schematisch ein Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Der Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 umfasst eine Oszilliereinrichtung für einen gepulsten Laserstrahl 61 zum Oszillieren eines gepulsten Laserstahls, eine Fokussiereinrichtung 62 zum Fokussieren des Laserstrahls, der von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wurde und zum Anlegen dieses gepulsten Laserstrahls an das Werkstück, das an dem Spanntisch 36 gehalten wird, und eine Leistungseinstelleinrichtung 63, die zwischen der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl und der Fokussiereinrichtung 62 vorgesehen ist, um die Leistung des gepulsten Laserstrahls einzustellen, der von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wird. Die Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl umfasst einen Oszillator 611 für den gepulsten Laserstrahl, der durch einen YAG-Laseroszillator oder einen YVO4-Laseroszillator vorgesehen wird und eine Wiederholungsfrequenzeinstelleinrichtung 612, die mit dem Oszillator für den gepulsten Laserstrahl 611 verbunden ist. Beispielsweise oszilliert die Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl einen gepulsten Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 355 nm. Die Fokussiereinrichtung 62 umfasst einen Richtungsveränderungsspiegel 621 zum Verändern der Bewegungsrichtung des gepulsten Laserstrahls, der von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wird und als nächstes in seiner Stärke von der Leistungseinstelleinrichtung 63 in einer Abwärtsrichtung, wenn in 2 betrachtet, eingestellt wird und eine Fokussierlinse 622 zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls, der von dem Richtungsveränderungsspiegel 621 reflektiert wurde. Der gepulste Laserstrahl, der von der Fokussierlinse 622 fokussiert wurde, wird an das Werkstück angelegt, das an der Halteoberfläche des Spanntisches 36 gehalten wird. Die Fokussiereinrichtung 63 ist an dem vorderen Ende des Gehäuses 52, wie in 1 gezeigt, vorgesehen.
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Die Leistungseinstelleinrichtung 63 zum Einstellen der Leistung des gepulsten Laserstrahls, der von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wird, umfasst eine Halbwellenplatte (engl.: half wave plate) 631 zum Rotieren der Polarisierungsebene des gepulsten Laserstrahls mit linear polarisiertem Licht, der von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wurde, um 45°, ein Prisma 632, das an der Austrittsseite (engl.: emergence side) der Halbwellenplatte 631 vorgesehen ist und eine erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a und eine zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b jeweils zum Reflektieren einer S-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden gepulsten Laserstrahls und zum Übertagen einer P-polarisierten Lichtkomponente des einfallenden gepulsten Laserstrahls, eine Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633, die der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a des Prismas 632 gegenüberliegt und eine Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten 636, die der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b des Prismas 632 gegenüberliegt.
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Die Halbwellenplatte 631 wirkt, um die Polarisierungsebene des gepulsten Laserstrahls des linear polarisierten Lichts, das von der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert wurde, um 45° in Bezug auf die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a zu drehen, wodurch die Intensitätsverteilung des Lichts eingestellt wird, sodass die P-polarisierte Lichtkomponente und die S-polarisierte Lichtkomponente eine gleichmäßige Intensität aufweisen. Sowohl die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a als auch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b des Prismas 632 wirken, um die S-polarisierte Lichtkomponente des Laserstrahls des linear polarisierten Lichts, dessen Polarisierungsebene um 45° mittels der Halbwellenplatte 631 rotiert wurde, zu reflektieren und um die P-polarisierte Lichtkomponente dieses Laserstrahls zu übertragen. Die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633 umfasst einen ersten Spiegel 634 mit einer Spiegeloberfläche 634a, die der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a gegenüberliegt, und einen piezoelektrischen Aktuator 635, der an der hinteren Oberfläche des ersten Spiegels 634 angeordnet ist. Der erste Spiegel 634 wirkt, um die P-polarisierte Lichtkomponente zu reflektieren, die mittels der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a des Prismas 632 übertragen wurde. Der piezoelektrische Aktuator 635 wird durch ein piezoelektrisches Element gebildet, das sich gemäß einer angelegten Spannung ausdehnt, und wird von der Steuereinrichtung, die später beschrieben wird, gesteuert.
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Eine Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633, wie oben angeführt ausgebildet, wirkt, um den Abstand (d0) zwischen der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a gemäß einer an den piezoelektrischen Aktuator 635 angelegten Spannung einzustellen, wodurch ein Phasenunterschied (α) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die an der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 reflektiert wurde, zu erzeugen. Die Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten 636 wird durch einen zweiten Spiegel 637 gebildet, der eine Spiegeloberfläche 637a aufweist, die der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b des Prismas 632 mit einem vorgegebenen Abstand (d1) dazwischen gegenüberliegt. Die Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 wirkt, um die P-polarisierte Lichtkomponente, die an der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 reflektiert wurde und anschließend durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b übertragen wurde, zu reflektieren. Die Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten 636, die durch den zweiten Spiegel 637 gebildet wurde, wirkt, um einen Phasenunterschied (β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a reflektiert wurde und anschließend an der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b und anschließend an der zweiten Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 übertragen wurde, zu erzeugen und um die S-polarisierte Lichtkomponente und die P-polarisierte Lichtkomponente zu synthetisieren.
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Die Leistungseinstelleinrichtung 63 umfasst ferner einen Richtungsveränderungsspiegel 638 zum Verändern der Bewegungsrichtung des Laserstrahls, der aus dem Prisma 632 austritt, wobei der Laserstrahl durch Synthetisieren der S-polarisierten Lichtkomponente, die von der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b übertragen wurde und anschließend an der Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 reflektiert wurde, erhalten wurde. Die Leistungseinstelleinrichtung 63 umfasst ferner eine Strahlteileinrichtung 639 zum Teilen des Laserstrahls, der an dem Richtungsveränderungsspiegel 638 reflektiert wurde. Die Strahlteileinrichtung 639 umfasst eine Halbwellenplatte 639a und einen Polarisierungsstrahlteiler 639b, der eine Polarisierungsstrahlteilerfolie aufweist. Die Halbwellenplatte 639a wirkt, um die Polarisierungsebene des Laserstrahls, der aus dem Prisma 632 austritt, um 45° zu rotieren, wodurch die ursprüngliche Polarisierungsebene hergestellt wird. Der Polarisierungsstrahlteiler 639b, der die Polarisierungsstrahlteilerfolie aufweist, wirkt, um die S-polarisierte Lichtkomponente des Laserstrahls zu reflektieren, der aus der Halbwellenplatte 639a austritt, und um diese als nächstes in einen Strahldämpfer 64 einzuführen, während die P-polarisierte Lichtkomponente übertragen wird und anschließend in die Fokussiereinrichtung 62 eingeführt wird. Während die Strahlteileinrichtung 639, die in 2 gezeigt ist, die Halbwellenplatte 639a und den Polarisierungsstrahlteiler 639b mit der Polarisierungsstrahlteilerfolie umfasst, kann die Polarisierungsstrahlteilerfolie des Polarisierungsstrahlteilers 639b um 45° rotiert werden ohne die Halbwellenplatte 639a zu verwenden.
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Es wird nun das Prinzip der Leistungseinstellung mittels der Leistungseinstelleinrichtung 63 des Laseranwendungsmechanismus 6 beschrieben. Ein Phasenunterschied (α + β) wird zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a reflektiert wurde und anschließend an der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b in dem Prisma 632 reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a übertragen wurde, anschließend an der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 reflektiert wurde, anschließend durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b übertragen wurde und anschließend an der Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 reflektiert wurde, erzeugt. Die S-polarisierte Lichtkomponente und die P-polarisierte Lichtkomponente, die folglich den Phasenunterschied (α + β) aufweisen, werden in Richtung der Strahlteileinrichtung 639 ausgegeben. Wenn die S-polarisierte Lichtkomponente und die P-polarisierte Lichtkomponente, die den Phasenunterschied (α + β) in Bezug auf die S-polarisierte Lichtkomponente aufweisen, mittels der Synthetisierungseinrichtung für polarisierte Lichtkomponenten 636 synthetisiert werden, unterscheiden sich die Polarisierungseigenschaften des Laserstrahls gemäß dem Wert des Phasenunterschieds (α + β). D. h., in dem Fall, dass der Phasenunterschied (α + β) gleich 0° ist, fällt nur die P-polarisierte Lichtkomponente auf die Polarisierungsstrahlteilerfolie des Polarisierungsstrahlteilers 639b ein, sodass der gesamte Laserstrahl durch den Polarisierungsstrahlteiler 639b übertragen wird und in die Fokussiereinrichtung 62 eingeführt wird.
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In dem Fall, dass der Phasenunterschied (α + β) 180° beträgt, fällt nur die S-polarisierte Lichtkomponente auf die Polarisierungsstrahlteilerfolie des Polarisierungsstrahlteilers 639b ein, sodass der gesamte Laserstrahl an der Polarisierungsstrahlteilerfolie des Polarisierungsstrahlteilers 639b reflektiert wird und in den Strahlendämpfer 64 eingeführt wird. Wenn der Phasenunterschied (α + β) sich von 0° bis 180° verändert, wird die P-polarisierte Lichtkomponente des Laserstrahls graduell verringert. Demgemäß kann durch Steuern des Phasenunterschieds (α + β) zwischen 0° und 180° der Anteil der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, d. h., die Leistung des Laserstrahls, die durch die Fokussiereinrichtung 62 an das Werkstück angelegt wird, eingestellt werden. Die Steuerung des Phasenunterschieds (α + β) kann durch Steuern der Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator 635 angelegt wird, der die Strahlenganglängeneinstellenrichtung 633 bildet, erreicht werden, um dadurch den Abstand (d0) zwischen der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 und der ersten Polarisierungsstrahlenteilerfolie 632a einzustellen. Wie oben beschrieben wurde, ist der piezoelektrische Aktuator 635, der die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633 bildet, durch ein piezoelektrisches Element ausgebildet, das sich gemäß einer angelegten Spannung ausdehnt, und kann einen Versatz von einigen um und eine Resonanzfrequenz von mehr als 300 kHz erreichen. Folglich weist der piezoelektrische Aktuator 635 ein exzellentes Ansprechverhalten auf und kann bei hohen Geschwindigkeiten gesteuert werden.
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Bezugnehmend als nächstes auf 3 wird schematisch ein Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Laserstrahlanwendungsmechanismus 6, der in 3 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Laserstrahlanwendungsmechanismus 6, der in 2 gezeigt ist, nur durch die Leistungseinstelleinrichtung 63. Insbesondere unterscheidet sich die Leistungseinstelleinrichtung 63, die in 3 gezeigt ist, von der Leistungseinstelleinrichtung 63, die in 2 gezeigt ist, nur in der Form des Prismas 632 und die übrige Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie die, die in 2 gezeigt ist. Demgemäß werden die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Erklärung davon wird an dieser Stelle ausgelassen. Das Prisma 632 der Leistungseinstelleinrichtung 63, die in 3 gezeigt ist, umfasst drei reflektierende Oberflächen 632c, 632d und 632e zusätzlich zu der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a und der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b. Ein Laserstrahl mit linear polarisiertem Licht wird mittels der Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl oszilliert und die Polarisierungsebene des Laserstrahls wird als nächstes um 45° mittels der Halbwellenplatte 631 rotiert. Der Laserstrahl tritt in das Prisma 632 ein, wo die S-polarisierte Lichtkomponente an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a reflektiert wird, anschließend an der reflektierenden Oberfläche 632c reflektiert wird und anschließend an der reflektierenden Oberfläche 632d reflektiert wird, um die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b zu erreichen.
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Auf der anderen Seite wird die P-polarisierte Lichtkomponente des Laserstrahls, die auf das Prisma 632 einfällt, durch die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a übertragen, anschließend an der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 reflektiert, der die Strahlenganglängen-Einstelleinrichtung 633 bildet, anschließend an der reflektierenden Oberfläche 632c reflektiert und anschließend an der reflektierenden Oberfläche 632d reflektiert, um die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b zu erreichen. Die S-polarisierte Lichtkomponente, die die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b erreicht hat, wird an der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b in Richtung der reflektierenden Oberfläche 632e reflektiert. Auf der anderen Seite wird die P-polarisierte Lichtkomponente, die die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b erreicht hat, durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b übertragen und anschließend an der Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 reflektiert. Die P-polarisierte Lichtkomponente wird anschließend mit der S-polarisierten Lichtkomponente synthetisiert, um die reflektierende Oberfläche 632e zu erreichen.
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Der Laserstrahl als die Synthese der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente wird an der reflektierenden Oberfläche 632e reflektiert, um aus dem Prisma 632 in Richtung der Strahlteileinrichtung 639 auszutreten. Ähnlich wie zu der ersten bevorzugten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, wird ein Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der mehrere Male in dem Prisma 632 reflektiert wurde und daraus austritt, erzeugt. D. h., der Phasenunterschied (α + β) wird zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente, die an der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a, den reflektierenden Oberflächen 632c und 632d und der zweiten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b reflektiert wurde, und der P-polarisierten Lichtkomponente, die durch die erste Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a übertragen wurde, anschließend an der Spiegeloberfläche 634a des ersten Spiegels 634 und den reflektierenden Oberflächen 632c und 632d reflektiert wurde, anschließend durch die zweite Polarisierungsstrahlteilerfolie 632b übertragen wurde und anschließend an der Spiegeloberfläche 637a des zweiten Spiegels 637 übertragen wurde, erzeugt.
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Nochmals bezugnehmend auf 1 wird die Bildeinrichtung 7 an dem vorderen Endabschnitt des Gehäuses 52, das die Laserstrahlanwendungseinheit 5 bildet, vorgesehen. Die Bildeinrichtung 7 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Werkstücks, ein optisches System zum Aufnehmen eines Bereichs, der von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, und eine Bildeinrichtung (CCD) zum Abbilden des Bereichs, der von dem optischen System aufgenommen wurde. Ein Bildsignalausgang von der Bildeinrichtung 7 wird an die Steuereinrichtung, die später beschrieben wird, übertragen.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 8, die in 4 gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 8 wird durch einen Mikrocomputer gebildet und sie umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 81 zum Durchführen einer betrieblichen Verarbeitung gemäß einem Steuerprogramm, einen Festwertspeicher (read only memory; ROM) 82, der vorläufig das Steuerprogramm speichert, einen Arbeitsspeicher (random access memory; RAM) 83 zum Speichern der Ergebnisse der Berechnung, etc., eine Eingangsschnittstelle 84 und eine Ausgangsschnittstelle 85. Erfassungssignale der Zuführbetragserfassungseinrichtung 374, der Indizierbetragserfassungseinrichtung 384 und der Bildeinrichtung 7 werden in die Eingangsschnittstelle 84 der Steuereinrichtung 8 eingegeben. Informationen über das Werkstück oder dergleichen werden auch von der Eingangseinrichtung 9 eingegeben. Auf der anderen Seite werden Steuersignale aus der Ausgangsschnittstelle 85 der Steuereinrichtung 8 an den Schrittmotor 372 der Zuführeinrichtung 37, den Schrittmotor 382 der ersten Indiziereinrichtung 38, den Schrittmotor 432 der zweiten Indiziereinrichtung 43, den Schrittmotor 532 der Fokussierposition-Einstelleinrichtung 53, die Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl des Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 und den piezoelektrischen Aktuator 635, der die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633 der Leistungseinstelleinrichtung 63 bildet, ausgegeben.
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Der Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, die wie oben dargestellt, ausgebildet ist, wird nun beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers 10, der mittels der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu bearbeiten ist und 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Halbleiterwafers 10, der entlang einer Straße 111, die in 5 gezeigt ist, geschnitten ist. Der Halbleiterwafer 10, der in den 5 und 6 gezeigt ist, ist aus einem Halbleitersubstrat 11, wie beispielsweise einem Silikonwafer, ausgebildet. Eine Vielzahl an sich schneidenden Straßen (Trennlinien) 111 ist an der Vorderseite 11a des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet, wodurch eine Vielzahl an rechteckförmigen Bereichen unterteilt wird, wobei eine Vielzahl an Einrichtungen 111, wie beispielsweise ICs und LSIs jeweils ausgebildet werden. Ferner ist eine Isolatorfolie mit niedriger Dielektrizitätskonstante 113 an der Vorderseite 11a des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet und eine Vielzahl an Testmetallmustern 114, genannt Testelementgruppe (TEG) zum Testen der Funktion der Einrichtungen 112 wird teilweise in den Straßen 111 vorgesehen. Koordinatenwerte beim Gestalten jeder Straße 111 und jedes Metallmusters 114 des Halbleiterwafers 10 werden von der Eingangseinrichtung 9 in die Steuereinrichtung 8 eingegeben. Die Koordinatenwerte, die in die Steuereinrichtung 8 eingegeben wurden, werden in dem Arbeitsspeicher (RAM) 83 gespeichert.
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Nun wird ein Verfahren zum Anwenden eines Laserstrahls an dem Halbleiterwafer 10 entlang der Straßen 111 beschrieben, um dadurch die Isolatorfolie mit niedriger Dielektrizitätskonstante 113 und die Metallmuster 114 in den Straßen 111 zu entfernen. Der Halbleiterwafer 10 wird auf dem Vakuumspanntisch 361 des Spanntisches 36, der den Spanntischmechanismus 3 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 bildet, wie in 1 gezeigt, in dem Zustand angeordnet, in dem der Halbleiterwafer 10 nach oben ausgerichtet ist. In diesem Zustand wird die Ansaugeinrichtung (nicht gezeigt) betrieben, um dadurch den Halbleiterwafer 10 auf dem Vakuumspanntisch 361 unter Unterdruck zu halten. Nach dem Halten des Halbleiterwafers auf dem Spanntisch 36 unter Unterdruck, wie oben erwähnt, betreibt die Steuereinrichtung 8 die Zuführeinrichtung 37, um den Spanntisch 36, der den Halbleiterwafer 10 durch Unterdruck hält, hin zu einer Position unmittelbar unterhalb der Bildeinrichtung 7 zu bewegen.
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In dem Zustand, in dem der Spanntisch 36 unmittelbar unterhalb der Bildeinrichtung 7 positioniert wird, betätigt die Steuereinrichtung 8 die Bildeinrichtung 7, um einen Ausrichtbetrieb zum Erfassen eines Bereichs des Halbleiterwafers 10, der mittels des Lasers zu bearbeiten ist, durchzuführen. Insbesondere führen die Bildeinrichtung 7 und die Steuereinrichtung 8 eine Bildverarbeitung, wie ein Ausrichten von Mustern zum Durchführen der Ausrichtung der Straßen 111, die sich in einer ersten Richtung des Halbleiterwafers 10 erstrecken und der Fokussiereinrichtung 62 des Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 zum Anlegen des Laserstrahls entlang der Straßen 111 durch, wodurch die Ausrichtung einer Laserstrahlanwendungsposition durchgeführt wird. Die Bildeinrichtung 7 und die Steuereinrichtung 8 führen auf ähnliche Weise den Ausrichtungsbetrieb für die anderen Straßen 111 durch, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der oben erwähnten ersten Richtung auf dem Halbleiterwafer 10 erstrecken.
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Nach dem Durchführen des Ausrichtbetriebs, um all die Straßen 111 zu erfassen, die an dem Halbleiterwafer 10 ausgebildet sind, der auf dem Spanntisch 36 gehalten wird, betreibt die Steuereinrichtung 8 die Zuführeinrichtung 37, um den Spanntisch 36 hin zu einer Position zu bewegen, an der ein Ende (linkes Ende, wenn in 7A betrachtet) von einer vorgegebenen der Straßen 111, die sich in der ersten Richtung erstreckt, unmittelbar unterhalb der Fokussiereinrichtung 662 des Laserstrahlanwendungsmechanismus 6, wie in 7A gezeigt, angeordnet wird. Anschließend gibt die Steuereinrichtung 8 ein Steuersignal an die Oszilliereinrichtung 61 für den gepulsten Laserstrahl aus, um einen gepulsten Laserstrahl mit einer Absorptionswellenlänge (beispielsweise 355 nm) an die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und an die Metallmuster 114 mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz (beispielsweise 30 kHz) von der Fokussiereinrichtung 62 an den Halbleiterwafer 10 anzulegen und der Spanntisch 36 wird in der mittels eines Pfeils X1 in der in 7a gezeigten Richtung mit einer vorgegebenen Zuführgeschwindigkeit (200 mm/s beispielsweise) (Laserstrahlanwendungsschritt) bewegt. Bei diesem Laserstrahlanwendungsschritt gibt die Steuereinrichtung 8 ein Erfassungssignal der Zuführbetragserfassungseinrichtung 374 ein und steuert die Leistung des Laserstrahls, die von der Fokussiereinrichtung 62 anzulegen ist, jedes Mal wenn die Koordinatenwerte der Metallmuster 114, die in dem Arbeitsspeicher (RAM) 83 gespeichert sind, mit denen der Position unmittelbar unterhalb der Fokussiereinrichtung 62 übereinstimmen. Der Durchmesser der fokussierten Stelle des gepulsten Laserstrahls, der von der Fokussiereinrichtung 62 zu fokussieren ist, wird beispielsweise auf 9,2 μm eingestellt.
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Bei dem Laserstrahlanwendungsschritt, der oben erwähnt wurde, wird der gepulste Laserstrahl, der eine Leistung aufweist, die in der Lage ist die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu entfernen, an einen Bereich angelegt, in dem die Metallmuster (engl.: metal patterns) 114 nicht vorhanden sind und der gepulste Laserstrahl der eine Leistung aufweist, die in der Lage ist, sowohl die Metallmuster 114 als auch die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu entfernen, wird an einen Bereich angelegt, in dem die Metallmuster 114 vorhanden sind. Beispielsweise steuert bei der Bearbeitung des Bereichs, in dem die Metallmuster 114 vorhanden sind, die Steuereinrichtung 8 die Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator 635 angelegt wird, der die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633 der Leistungseinstelleinrichtung 63 in dem Laserstrahlanlegemechanismus 6 ausbildet, sodass der Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der aus dem Prisma 632 austritt, gleich 0° ist. Im Ergebnis wird der Laserstrahl, der aus dem Prisma 632 in Richtung des Polarisierungsstrahlteilers 639b austritt, der die Polarisierungsstrahlteilerfolie aufweist, nur zu der P-polarisierten Lichtkomponente, sodass der gesamte Laserstrahl durch den Polarisierungsstrahlteiler 639b übertagen wird, um die Fokussiereinrichtung 62 zu erreichen. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung des Laserstrahls, der in die Fokussiereinrichtung 62 eingeführt wird, auf beispielsweise 3W eingestellt.
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Auf der anderen Seite wird bei der Bearbeitung des Bereichs, in dem die Metallmuster 114 nicht vorhanden sind, der gepulste Laserstrahl mit einer Leistung (beispielsweise 1W), die in der Lage ist, nur die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu entfernen, angelegt. D. h., die Steuereinrichtung 8 steuert die Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator 635 anzulegen ist, der die Strahlenganglängeneinstelleinrichtung 633 der Leistungseinstelleinrichtung 63 in dem Laserstrahlanwendungsmechanismus 6 darstellt, sodass der Phasenunterschied (α + β) zwischen der S-polarisierten Lichtkomponente und der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, der aus dem Prisma 632 austritt, beispielsweise 120° wird. Im Ergebnis wird die Leistung der P-polarisierten Lichtkomponente des Laserstrahls, die in die Polarisierungsstrahlteilerfolie des Polarisierungsstrahlteilers 639b eintritt, beispielsweise gleich 1W (der Anteil der P-polarisierten Lichtkomponente zu dem gesamten Laserstrahl beträgt 1/3 im Hinblick auf die Leistung). Demgemäß werden 2/3 des Laserstrahls, der aus dem Prisma 632 in Richtung des Polarisierungsstrahlteilers 639b austritt, gleich der S-polarisierten Lichtkomponente und 1/3 dieses Laserstrahls wird zu der P-polarisierten Lichtkomponente. Im Ergebnis wird die S-polarisierte Lichtkomponente, die 2/3 der Leistung des Laserstrahls aufweist, der aus dem Prisma 632 austritt, von dem Polarisierungsstrahlteiler 639b reflektiert, um den Strahldämpfer 64 zu erreichen, wohingegen die P-polarisierte Lichtkomponente, die 1/3 der Leistung des Laserstrahls aufweist, der aus dem Prisma 632 austritt, durch den Polarisierungsstrahlteiler 639b übertragen wird, um die Fokussiereinrichtung 62 zu erreichen. Beispielsweise wird der gepulste Laserstrahl mit einer Leistung von 1W an den Halbleiterwafer als einem Werkstück angelegt.
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Wenn der Laserstrahlanwendungsschritt wie oben durchgeführt wird und das andere Ende (das rechte Ende wenn in 7B betrachtet) der vorgegebenen Straße 111 die Position unmittelbar unterhalb der Fokussiereinrichtung 62 erreicht, wie in 7B gezeigt, wird die Anwendung des gepulsten Laserstrahls angehalten. Im Ergebnis werden die Metallmuster 114 und die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante entlang der vorgegebenen Straße 111 an dem Halbleiterwafer 10, wie in 7B gezeigt, entfernt. Wie oben beschrieben, wird in dem Laserstrahlanwendungsschritt die Leistung des Laserstrahls, die an den Bereich anzulegen ist, in dem die Metallmuster 114 vorhanden sind, beispielsweise auf 3W eingestellt und die Leistung des Laserstrahls, die an den Bereich anzulegen ist, in dem die Metallmuster 114 nicht vorhanden sind, wird auf beispielsweise 1W eingestellt. Demgemäß können in dem Bereich, in dem die Metallmuster 114 vorhanden sind, sowohl die Metallmuster 114 als auch die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante zuverlässig entfernt werden, wohingegen in dem Bereich, in welchem die Metallmuster 114 nicht vorhanden sind, nur die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante entfernt werden kann. Wie oben beschrieben, kann die Steuerung der Leistung des Laserstrahls, die an den Halbleiterwafer als ein Werkstück anzulegen ist, durch Steuern der Spannung, die an den piezoelektrischen Aktuator 635 angelegt wird, der die Strahlenganglängen-Einstelleinrichtung 633 bildet, erreicht werden, um dadurch den Abstand (d0) zwischen der Spiegeloberfläche 634a und dem ersten Spiegel 634 und der ersten Polarisierungsstrahlteilerfolie 632a einzustellen. Demgemäß kann eine Hochgeschwindigkeitssteuerung erreicht werden, um dabei die Leistung des Laserstrahls als Antwort auf die Zuführgeschwindigkeit zu steuern.
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Nach dem Durchführen des Laserstrahlanwendungsschritts entlang der vorgegebenen Straße 111, die sich in der ersten Richtung erstreckt, wie oben erwähnt, betätigt die Steuereinrichtung 8 die erste Indiziereinrichtung 38, um den Spanntisch 36 oder den Halbleiterwafer 10, der auf dem Spanntisch 36 gehalten wird, in der Y-Richtung um die Schrittweite der Straßen 111 (Indizierschritt) zu indizieren und der Laserstrahlanlegeschritt wird auf ähnliche Weise entlang der nächsten Straße 111 durchgeführt, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Nach dem Durchführen des Laserstrahlanlegeschritts entlang aller der Straßen 111, die sich in der ersten Richtung erstrecken, wird der Spanntisch 36 um 90° rotiert, um auf ähnliche Weise den Laserstrahlanwendungsschritt entlang der anderen Straßen 111 durchzuführen, die sich in der zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken, wodurch die Metallmuster 114 und die Isolatorfolie 113 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, die in allen den Querstraßen 111 an dem Halbleiterwafer 10 ausgebildet sind, entfernt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche festgelegt und alle Veränderungen und Modifikationen sowie sie innerhalb den Äquivalenzbereich des Schutzumfangs der Ansprüche fallen, sind daher von der Erfindung miteingeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-320466 [0004]
- JP 2005-118832 [0006]
