DE102015216775A1

DE102015216775A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015216775A1
Application number: DE102015216775.5A
Authority: DE
Inventors: Keiji Nomaru; Koichi Katayama
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN105397284A; US20160067823A1; JP2016052672A; KR20160028968A; US9802270B2; TW201611934A

Abstract

Hierin ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart. Eine Laserstrahlbestrahleinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet: einen Pulslaseroszillator, der dafür ausgelegt ist, einen gepulsten Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz zu oszillieren; einen ersten und einen zweiten Kondensor, die dafür ausgelegt sind, den durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahl zu sammeln; und eine zwischen dem Pulslaseroszillator und dem ersten und dem zweiten Kondensor angeordnete Strahlteilereinheit zum Aufteilen des durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahls und Richten der resultierenden Strahlen abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor. Die Strahlteilereinheit beinhaltet einen photoelastischen Modulator, der ein Piezoelement und einen synthetischen Quarz aufweist, die in einem Stück ausgebildet sind, und den Laserstrahl so moduliert, dass eine Polarisationsebene des Laserstrahls abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes übereinstimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Laserbearbeiten eines Werkstücks, wie z. B. eines Halbleiterwafers.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei einem Halbleiterbauelement-Herstellverfahren wird die Oberfläche eines annähernd scheibenförmigen Halbleiterwafers durch vorgesehene Trennlinien, die in einem Gittermuster ausgebildet sind, in mehrere Bereiche abgeteilt, wobei ein Bauelement, wie z. B. eine IC oder LSI, in jedem der abgeteilten Bereiche ausgebildet wird. Anschließend wird ein Halbleiterwafer entlang vorgesehener Trennlinien geschnitten, wodurch der Wafer in Bereiche geteilt wird, von denen jeder ein darin ausgebildetes Bauelement aufweist, und einzelne Bauelementchips hergestellt werden. Ein Optikbauelementwafer, der Lichtempfangselemente, wie z. B. Fotodioden, oder Lichtemissionselemente, wie z. B. Laserdioden, die auf die Oberfläche eines Saphirsubstrats geschichtet sind, aufweist, wird in ähnlicher Weise entlang vorgesehener Trennlinien geschnitten, wodurch der Wafer in einzelne optische Bauelemente, wie z. B. Fotodioden oder Laserdioden, zur Anwendung in einem breiten Bereich elektronischer Geräte geteilt wird.
Um einen Wafer, wie z. B. einen Halbleiterwafer oder einen Optikbauelementwafer, wie oben beschrieben entlang vorgesehener Trennlinien zu teilen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das laserbearbeitete Nuten ausbildet, indem ein gepulster Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die von dem Wafer absorbiert wird, entlang vorgesehener Trennlinien abgestrahlt wird und der Wafer entlang der vorgesehenen Trennlinien, an denen die laserbearbeiteten Nuten ausgebildet wurden, gebrochen wird. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Durchführen einer solchen Laserbearbeitung beinhaltet einen Einspanntisch, ein Laserstrahlbestrahlmittel und ein Bearbeitungszuführmittel. Der Einspanntisch hält ein Werkstück. Das Laserstrahlbestrahlmittel laserbearbeitet das durch den Einspanntisch gehaltene Werkstück. Das Bearbeitungszuführmittel bewegt den Einspanntisch und das Laserstrahlbestrahlmittel relativ in der Bearbeitungszuführrichtung. Außerdem beinhaltet das Laserstrahlbestrahlmittel ein Laserstrahloszillationsmittel und einen Kondensor. Das Laserstrahloszillationsmittel oszilliert einen Laserstrahl. Der Kondensor beinhaltet eine Kondensorlinse, die dafür ausgelegt ist, den durch das Laserstrahloszillationsmittel oszillierten Laserstrahl zu sammeln und den Strahl auf das durch den Einspanntisch gehaltene Werkstück abzustrahlen.
Ferner wurde eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, die zwei Arten von Laserbearbeitung ermöglicht, indem ein durch ein Laserstrahloszillationsmittel oszillierter, gepulster Laserstrahl durch Verwendung eines Polarisationsstrahlteilers in zwei Wege aufgeteilt wird (z. B. das offengelegte japanische Patent Nr. 2008-114239 ).
Zusammenfassung der Erfindung
Jedoch führt das Aufteilen eines gepulsten Laserstrahls in zwei Wege durch Verwendung eines Polarisationsstrahlteilers zu einer Halbierung der Leistungsdichte für jeden gepulsten Laserstrahl, wodurch eine geeignete Bearbeitung wegen einer unzureichenden Ausgabe verhindert wird.
Um ein solches Problem zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das einen gepulsten Laserstrahl bei jedem Puls synchron zu der Wiederholungsfrequenz des gepulsten Laserstrahls unter Verwendung eines elektrooptischen Modulators (EOM) oder eines akustooptischen Modulators (AOM) aufteilt. Jedoch leidet sowohl der EOM als auch der AOM unter einer Verringerung der Ausgabe um 15 bis 30% wegen des niedrigen Transmissionsgrads. Überdies transmittieren der EOM und der AOM einen Laserstrahl mit einer relativ hohen Dichte. Der Grund dafür ist, dass es erforderlich ist, den Strahldurchmesser wegen eines kleinen effektiven Durchmessers von einigen Millimetern zum Empfangen eines Laserstrahls zu verringern. Dies führt zu einer Abweichung des Brennpunkts wegen eines thermischen Linseneffekts und ruft erheblichen Schaden hervor, wodurch sich eine kurze Lebensdauer des Kondensors ergibt.
In Anbetracht des Vorhergehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Bearbeitung ohne Verringerung der Leistungsdichte jedes gepulsten Laserstrahls ermöglicht, sogar wenn der gepulste Laserstrahl in zwei Wege aufgeteilt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Einspanntisch und ein Laserstrahlbestrahlmittel beinhaltet. Der Einspanntisch hält ein Werkstück. Das Laserstrahlbestrahlmittel bestrahlt das durch den Einspanntisch gehaltene Werkstück mit einem Laserstrahl. Das Laserstrahlbestrahlmittel beinhaltet einen Pulslaseroszillator, einen ersten und einen zweiten Kondensor und ein Strahlteilermittel. Der Pulslaseroszillator oszilliert einen gepulsten Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz. Der erste und der zweite Kondensor sammeln den durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahl. Das Strahlteilermittel ist zwischen dem Pulslaseroszillator und dem ersten und dem zweiten Kondensor angeordnet und teilt den durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahl auf und führt die resultierenden Strahlen abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor. Das Strahlteilermittel beinhaltet einen photoelastischen Modulator, der ein Piezoelement und einen synthetischen Quarz aufweist, die in einem Stück ausgebildet sind. Der photoelastische Modulator moduliert den Laserstrahl so, dass eine Polarisationsebene des Laserstrahls abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes übereinstimmt.
Vorzugsweise beinhaltet das Strahlteilermittel von einer Seite des Pulslaseroszillators in Richtung auf eine Seite des ersten und des zweiten Kondensors eine erste λ/2-Platte, einen photoelastischen Modulator, eine zweite λ/2-Platte und einen Polarisationsstrahlteiler. Wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, ergibt sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser aus der folgenden Formel:
Vorzugsweise beträgt die Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 50 kHz. Wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, ergibt sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser des Pulslaseroszillators als f_Laser = 200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1,6 kHz, 320 Hz und 64 Hz.
Vorzugsweise beinhaltet das Strahlteilermittel von der Seite des Pulslaseroszillators in Richtung auf die Seite des ersten und des zweiten Kondensors eine λ/4-Platte, einen photoelastischen Modulator, eine λ/2-Platte und einen Polarisationsstrahlteiler. Wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, ergibt sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser aus der folgenden Formel:
Vorzugsweise beträgt die Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 50 kHz. Wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, ergibt sich die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators als f_Laser = 100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz und 32 Hz.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Strahlteilermittel, das dafür ausgelegt ist, einen gepulsten Laserstrahl aufzuteilen und die resultierenden Strahlen abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor zu richten, einen photoelastischen Modulator, der ein Piezoelement und einen synthetischen Quarz aufweist, die in einem Stück ausgebildet sind. Der photoelastische Modulator moduliert den Laserstrahl so, dass die Polarisationsebene abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes übereinstimmt. Dies gewährleistet, dass ein gepulster Laserstrahl bei jedem Puls abwechselnd synchron zu der Wiederholungsfrequenz des durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahls moduliert wird, wodurch eine Verringerung der Energiedichte jedes Pulses auf die Hälfte verhindert wird. Dies ermöglicht es, ein Werkstück gleichzeitig und geeignet unter Verwendung gepulster Laserstrahlen zu bearbeiten, die durch das Strahlteilermittel aufgeteilt und abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor gerichtet werden.
Ferner weist der synthetische Quarz, der den photoelastischen Modulator bildet, einen hohen Transmissionsgrad auf und verringert sich die Ausgabe des photoelastischen Modulators daher nicht wie bei dem elektrooptischen Modulator (EOM) und dem akustooptischen Modulator (AOM) um 15 bis 30%. Überdies ist der effektive Durchmesser zum Empfangen eines Laserstrahls groß oder beträgt dieser annähernd 16 mm, wodurch die Transmission eines Laserstrahls mit einer relativ geringen Dichte ermöglicht wird. Dies verhindert einen thermischen Linseneffekt, so dass die Probleme einer Abweichung des Brennpunkts und einer kurzen Lebensdauer des Kondensors beseitigt werden.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, diese zu verwirklichen, 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 Laserbearbeitungsvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 ist ein Blockaufbaudiagramm eines Laserstrahlbestrahlmittels, das in der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet ist; und
3 ist ein Blockaufbaudiagramm, das eine weitere Ausführungsform des Laserstrahlbestrahlmittels veranschaulicht, das in der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen eines Waferbearbeitungsverfahrens und einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die in 1 veranschaulichte Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beinhaltet eine ortsfeste Basis 2, einen Einspanntischmechanismus 3 und eine Laserstrahlbestrahleinheit 4, die an der ortsfesten Basis 2 angeordnet ist und als ein Laserstrahlbestrahlmittel dient. Der Einspanntischmechanismus 3 hält ein Werkstück, das an der ortsfesten Basis 2 angeordnet ist, in einer in der durch einen Pfeil X gezeigten Bearbeitungszuführrichtung (X-Achsen-Richtung) beweglichen Weise an der ortsfesten Basis 2.
Der Einspanntischmechanismus 3 beinhaltet ein Paar von Führungsschienen 31, einen ersten und einen zweiten Schiebeblock 32 und 33, einen Haltetisch 35 und einen Einspanntisch 36. Die Führungsschienen 31 sind so an der ortsfesten Basis 2 angeordnet, dass sie entlang der X-Achsen-Richtung parallel zueinander sind. Der erste Schiebeblock 32 ist in einer in der X-Achsen-Richtung beweglichen Weise an den Führungsschienen 31 angeordnet. Der zweite Schiebeblock 33 ist in einer in der Einteilungszuführrichtung (Y-Achsen-Richtung) senkrecht zu der X-Achsen-Richtung beweglichen Weise an dem ersten Schiebeblock 32 angeordnet. Der Haltetisch 35 wird an dem zweiten Schiebeblock 33 durch ein zylindrisches Element 34 gehalten. Der Einspanntisch 36 dient als Einspanntisch. Der Einspanntisch 36 beinhaltet eine Ansaugeinspanneinrichtung 361, die mit einem porösen Material ausgebildet ist. Ein Werkstück, wie z. B. ein kreisförmiger Halbleiterwafer, wird an der Haltefläche, d. h. der oberen Fläche, der Ansaugeinspanneinrichtung 361 durch ein nicht gezeigtes Ansaugmittel gehalten. Der wie oben beschrieben aufgebaute Einspanntisch 36 wird durch einen nicht gezeigten Pulsmotor gedreht, der innerhalb des zylindrischen Elements 34 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass eine Klemme 362 an dem Einspanntisch 36 zum Befestigen eines ringförmigen Rahmens, der das Werkstück, wie z. B. einen Halbleiterwafer, durch ein Schutzband hält, angeordnet ist.
Der erste Schiebeblock 32 weist an der unteren Fläche ein Paar geführter Nuten 321, die auf das Paar von Führungsschienen 31 passen, und an der oberen Fläche ein Paar von Führungsschienen 322, die parallel entlang der Y-Achsen-Richtung ausgebildet sind, auf. Der wie oben beschrieben aufgebaute erste Schiebeblock 32 kann sich entlang des Paars von Führungsschienen 31 in der X-Achsen-Richtung bewegen, da die geführten Nuten 321 auf das Paar von Führungsschienen 31 passen. Der Einspanntischmechanismus 3 beinhaltet ein Bearbeitungszuführmittel 37, das dafür ausgelegt ist, den ersten Schiebeblock 32 entlang des Paars von Führungsschienen 31 in der X-Achsen-Richtung zu bewegen. Das Bearbeitungszuführmittel 37 beinhaltet einen Außengewindestab 371 und eine Antriebsquelle, wie z. B. einen Pulsmotor 372. Der Außengewindestab 371 ist parallel zu dem Paar von Führungsschienen 31 und zwischen diesen angeordnet. Der Pulsmotor 372 dreht den Außengewindestab 371 und treibt diesen an. Das eine Ende des Außengewindestabs 371 wird in einer frei drehbaren Weise durch einen Lagerblock 373 gehalten, der an der ortsfesten Basis 2 befestigt ist, und das andere Ende des Außengewindestabs 371 ist zur Leistungsübertragung an den Ausgabeschaft des Pulsmotors 372 gekoppelt. Es ist anzumerken, dass der Außengewindestab 371 in eine Durchgangsöffnung mit Innengewinde geschraubt ist, die in einem Innengewindeblock, der nicht gezeigt ist, ausgebildet ist. Der Innengewindeblock ist so vorgesehen, dass er an der unteren Fläche des mittleren Abschnitts des ersten Schiebeblocks 32 hervorsteht. Deshalb bewegt sich der erste Schiebeblock 32 entlang der Führungsschienen 31 in der X-Achsen-Richtung, wenn der Außengewindestab 371 durch den Pulsmotor 372 in der normalen und der umgekehrten Richtung gedreht wird.
Der zweite Schiebeblock 33 weist an der unteren Fläche ein Paar geführter Nuten 331 auf, die auf das Paar von Führungsschienen 322 passen, die an der oberen Fläche des ersten Schiebeblocks 32 vorgesehen sind. Da die geführten Nuten 331 auf das Paar von Führungsschienen 322 passen, kann sich der zweite Schiebeblock 33 in der Y-Achsen-Richtung bewegen. Der Einspanntischmechanismus 3 beinhaltet ein Einteilungszuführmittel 38, das dafür ausgelegt ist, den zweiten Schiebeblock 33 entlang des an dem ersten Schiebeblock 32 vorgesehenen Paars von Führungsschienen 322 in der Y-Achsen-Richtung zu bewegen. Das Einteilungszuführmittel 38 beinhaltet einen Außengewindestab 381 und eine Antriebsquelle, wie z. B. einen Pulsmotor 382. Der Außengewindestab 381 ist parallel zu dem Paar von Führungsschienen 322 und zwischen diesen angeordnet. Der Pulsmotor 382 dreht den Außengewindestab 381 und treibt diesen an. Das eine Ende des Außengewindestabs 381 wird in einer frei drehbaren Weise durch einen Lagerblock 383 gehalten, der an der oberen Fläche des ersten Schiebeblocks 32 befestigt ist, und das andere Ende des Außengewindestabs 381 ist zur Leistungsübertragung an den Ausgabeschaft des Pulsmotors 382 gekoppelt. Es ist anzumerken, dass der Außengewindestab 381 in eine Durchgangsöffnung mit Innengewinde geschraubt ist, die in einem Innengewindeblock, der nicht gezeigt ist, ausgebildet ist. Der Innengewindeblock ist so vorgesehen, dass er an der unteren Fläche des mittleren Abschnitts des zweiten Schiebeblocks 33 hervorsteht. Deshalb bewegt sich der zweite Schiebeblock 33 entlang der Führungsschienen 322 in der Y-Achsen-Richtung, wenn der Außengewindestab 381 durch den Pulsmotor 382 in der normalen und der umgekehrten Richtung gedreht wird.
Die Laserstrahlbestrahleinheit 4 beinhaltet ein Halteelement 41, ein Gehäuse 42, ein Laserstrahlbestrahlmittel 5 und ein Abbildemittel 6. Das Halteelement 41 ist an der ortsfesten Basis 2 angeordnet. Das Gehäuse 42 wird durch das Halteelement 41 gehalten und erstreckt sich im Wesentlichen horizontal. Das Laserstrahlbestrahlmittel 5 ist an dem Gehäuse 42 angeordnet. Das Abbildemittel 6 ist an dem vorderen Endabschnitt des Gehäuses 42 zum Erfassen eines Bereichs, der laserbearbeitet werden soll, angeordnet. Es ist anzumerken, dass das Abbildemittel 6 bei der veranschaulichten Ausführungsform zusätzlich zu einem normalen Abbildelement (CCD), das dafür ausgelegt ist, ein Bild unter Verwendung sichtbaren Lichts einzufangen, ein Infrarotbeleuchtungsmittel, eine Optik, ein weiteres Abbildeelement (Infrarot-CCD) und so weiter beinhaltet. Das Infrarotbeleuchtungsmittel strahlt infrarotes Licht auf ein Werkstück ab. Die Optik fängt durch das Infrarotbeleuchtungsmittel abgestrahltes infrarotes Licht ein. Das Abbildeelement (Infrarot-CCD) gibt ein elektrisches Signal aus, das proportional zu dem durch die Optik eingefangenen infraroten Licht ist. Das Abbildemittel 6 überträgt das Signal des eingefangenen Bilds zu einem Steuermittel, das nicht gezeigt ist.
Das Laserstrahlbestrahlmittel 5 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Das in 2 veranschaulichte Laserstrahlbestrahlmittel 5 beinhaltet einen Pulslaseroszillator 51, einen ersten und einen zweiten Kondensor 52a und 52b und ein Strahlteilermittel 53. Der Pulslaseroszillator 51 oszilliert einen gepulsten Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz. Der erste und der zweite Kondensor 52a und 52b sammeln den durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierte gepulsten Laserstrahl und strahlen den gepulsten Laserstrahl auf ein durch den Einspanntisch 36 gehaltenes Werkstück W ab. Das Strahlteilermittel 53 ist zwischen dem Pulslaseroszillator 51 und dem ersten und dem zweiten Kondensor 52a und 52b angeordnet und teilt den durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierten gepulsten Laserstrahl auf und richtet die resultierenden Strahlen abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor 52a und 52b. Bei der vorliegenden Ausführungsform oszilliert der Pulslaseroszillator 51 gepulste Laserstrahlen LB mit Wiederholungfrequenzen von 200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1,6 kHz, 320 Hz und 64 Hz aus dem Grund, der später beschrieben wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das Strahlteilermittel 53 von der Seite des Pulslaseroszillators 51 in Richtung auf die Seite des ersten und des zweiten Kondensors 52a und 52b eine erste λ/2-Platte 531, einen photoelastischen Modulator 532, eine zweite λ/2-Platte 533 und einen Polarisationsstrahlteiler 534. Die erste λ/2-Platte 531 dreht die Polarisationsebene des durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierten gepulsten Laserstrahls LB, wodurch die Polarisationsebene so eingestellt wird, dass der gepulste Laserstrahl LB mit einem geeigneten Winkel auf den photoelastischen Modulator 532 einfällt. Es ist anzumerken, dass die erste λ/2–Platte 531 durch einen Aktuator 531a, wie z. B. einen Pulsmotor, gedreht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der photoelastische Modulator 532 ein Piezoelement 532a und einen synthetischen Quarz 532b auf, die in einem Stück ausgebildet sind. Der photoelastische Modulator 532 moduliert den durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierten gepulsten Laserstrahl so, dass die Polarisationsebene abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement 532a eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 532b übereinstimmt. Bei dem photoelastischen Modulator 532 der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 532b 50 kHz. Als Folge dessen wird von einer Hochfrequenz-Leistungsversorgungseinrichtung 532c eine Hochfrequenzspannung mit 50 kHz an das Piezoelement 532a angelegt. Deshalb moduliert der photoelastische Modulator 532 den gepulsten Laserstrahl LB abwechselnd bei jedem Puls synchron zu der Wiederholungsfrequenz des durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierten gepulsten Laserstrahls LB (moduliert dieser den gepulsten Laserstrahl LB abwechselnd in S- und P-Wellen relativ zu dem Polarisationsstrahlteiler 534).
Die zweite λ/2-Platte 533 dreht die Polarisationsebene des gepulsten Laserstrahls LB, der durch den photoelastischen Modulator 532 so moduliert wurde, dass die Polarisationsebene abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, wodurch die Polarisationsebene so eingestellt wird, dass der gepulste Laserstrahl LB mit einem geeigneten Winkel auf den Polarisationsstrahlteiler 534 einfällt. Es ist anzumerken, dass die zweite λ/2-Platte 533 durch einen Aktuator 533a, wie z. B. einen Pulsmotor, gedreht wird.
Der Polarisationsstrahlteiler 534 teilt den durch die zweite λ/2-Platte 533 einfallenden gepulsten Laserstrahl LB in gepulste Laserstrahlen LB1 und LB2 auf und richtet den gepulsten Laserstrahl LB1 in Richtung auf den ersten Kondensor 52a und den gepulsten Laserstrahl LB2 in Richtung auf den zweiten Kondensor 52b. Der gepulste Laserstrahl LB1 besteht aus S-Wellen und der gepulste Laserstrahl LB2 besteht aus P-Wellen.
Der erste Kondensor 52a beinhaltet eine Kondensorlinse 521a. Die Kondensorlinse 521a sammelt den gepulsten Laserstrahl LB1, der durch den Polarisationsstrahlteiler 534 abgeteilt wurde und aus S-Wellen besteht, und strahlt den gepulsten Laserstrahl LB1 auf das durch den Einspanntisch 36 gehaltene Werkstück W ab. Andererseits beinhaltet der zweite Kondensor 52b einen Richtungsänderungsspiegel 522b und eine Kondensorlinse 521b. Der Richtungsänderungsspiegel 522b ändert die Richtung des gepulsten Laserstrahls LB2, der durch den Polarisationsstrahlteiler 534 abgeteilt wurde und aus P-Wellen besteht, und richtet dien gepulsten Laserstrahl LB2 in Richtung auf die Haltefläche des Einspanntischs 36. Die Kondensorlinse 521b sammelt den gepulsten Laserstrahl LB2, dessen Richtung durch den Richtungsänderungsspiegel 522b geändert wurde, und strahlt den gepulsten Laserstrahl LB2 auf das durch den Einspanntisch 36 gehaltene Werkstück W ab. Es ist anzumerken, dass der zweite Kondensor 52b bei der veranschaulichten Ausführungsform mit einem Abstand von dem ersten Kondensor 52a in der Y-Achsen-Richtung angeordnet ist und der zweite Kondensor 52b durch ein Bewegungsmittel 523 zum Bewegen in der Y-Achsen-Richtung eingestellt werden kann. Der erste und der zweite Kondensor 52a und 52b, die wie oben beschrieben aufgebaut sind, sind an der Spitze des Gehäuses 42 angebracht, wie in 1 veranschaulicht ist.
Das Laserstrahlbestrahlmittel 5 ist wie oben beschrieben aufgebaut und die Einstellung der Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators 51 wird beschrieben. Wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators 532 mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators 51 mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, kann die Wiederholungsfrequenz durch die unten gezeigte Formel 1 ermittelt werden: [Formel 1]
Die Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 532b, der den photoelastischen Modulator 532 bildet, beträgt 50 kHz. Wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, ergibt sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser des Pulslaseroszillators 51 als f_Laser = 200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1,6 kHz, 320 Hz und 64 Hz.
Das Strahlteilermittel 53 des wie oben beschrieben aufgebauten Laserstrahlbestrahlmittels 5 moduliert den durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierte gepulsten Laserstrahl so, dass die Polarisationsebene abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement 532a des photoelastischen Modulators 532, der das Piezoelement 532a und den synthetischen Quarz 532b aufweist, die in einem Stück ausgebildet sind, eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 532b übereinstimmt. Dies gewährleistet, dass ein gepulster Laserstrahl abwechselnd bei jedem Puls synchron zu der Wiederholungsfrequenz des durch den Pulslaseroszillator 51 oszillierten gepulsten Laserstrahls moduliert wird (der gepulste Laserstrahl abwechselnd in S- und P-Wellen relativ zu dem Polarisationsstrahlteiler 534 moduliert wird), wodurch eine Verringerung der Energiedichte jedes Pulses auf die Hälfte verhindert wird. Dies ermöglicht es, ein Werkstück gleichzeitig und geeignet unter Verwendung der gepulsten Laserstrahlen LB1 und LB2 zu bearbeiten, wobei der gepulste Laserstrahl LB1 aus S-Wellen besteht und der gepulste Laserstrahl LB2 aus P-Wellen besteht, und die Laserstrahlen durch den Polarisationsstrahlteiler 534 des Strahlteilermittels 53 abgeteilt und abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor 52a und 52b gerichtet werden.
Ferner weist der synthetische Quarz 532b, der den photoelastischen Modulator 532 bildet, einen hohen Transmissionsgrad auf und verringert sich die Ausgabe des photoelastischen Modulators 532 daher nicht wie bei einem elektrooptischen Modulator (EOM) und einem akustooptischen Modulator (AOM) um 15 bis 30%. Außerdem ist der effektive Durchmesser zum Empfangen eines Laserstrahls groß oder beträgt dieser annähernd 16 mm, wodurch die Transmission eines Laserstrahls mit einer relativ geringen Dichte ermöglich wird. Dies verhindert einen thermischen Linseneffekt, wodurch die Probleme einer Abweichung des Brennpunkts und einer kurzen Lebensdauer des Kondensors beseitigt werden.
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform des Laserstrahlbestrahlmittels unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Das in 3 veranschaulichte Laserstrahlbestrahlmittel 50 beinhaltet eine λ/4-Platte 535 anstelle der ersten λ/2-Platte 531, die das Strahlteilermittel 53 des Laserstrahlbestrahlmittels 5 bildet, wobei die λ/4-Platte 535 durch einen Aktuator 535a, wie z. B. einen Pulsmotor, gedreht wird. Andere Komponenten sind im Wesentlichen die gleichen. Deshalb werden die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und wird deren Beschreibung weggelassen.
Die λ/4-Platte 535, die das Strahlteilermittel 530 des in 3 veranschaulichten Laserstrahlbestrahlmittels 50 bildet, ändert den linear polarisierten gepulsten Laserstrahl LB, der durch den Pulslaseroszillator 51 oszilliert wurde, auf eine zirkulare Polarisation. Der gepulste Laserstrahl LB, der wie oben beschrieben auf eine zirkulare Polarisation geändert wurde, wird wie bei dem Strahlteilermittel 53 des Laserstrahlbestrahlmittels 5 zu dem synthetischen Quarz 532b des photoelastischen Modulators 532 geführt. Der gepulste Laserstrahl LB wird aufgeteilt, wodurch bewirkt wird, dass die resultierenden Strahlen wie bei dem Strahlteilermittel 53 des Laserstrahlbestrahlmittels 5 abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor 52a und 52b gerichtet werden.
Nachfolgend wird die Einstellung der Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators 51, der das Laserstrahlbestrahlmittel 50 in der in 3 veranschaulichten Ausführungsform bildet, beschrieben. Wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators 532 mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators 51 mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, kann die Wiederholungsfrequenz f_Laser des Pulslaseroszillators 51 durch die unten gezeigte Formel 2 ermittelt werden: [Formel 2]
Die Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes 532b, der den photoelastischen Modulator 532 bildet, beträgt 50 kHz. Wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, wird die Wiederholungsfrequenz f_Laser des Pulslaseroszillators 51 als f_Laser = 100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz und 32 Hz bestimmt.
Deshalb oszilliert der Pulslaseroszillator 51, der das Laserstrahlbestrahlmittel 50 in der in 3 veranschaulichten Ausführungsform bildet, die gepulsten Laserstrahlen LB mit Wiederholungsfrequenzen von 100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz und 32 Hz. Das wie oben beschrieben aufgebaute Laserstrahlbestrahlmittel 50 bietet die gleichen vorteilhaften Effekte wie das in 2 veranschaulichte Laserstrahlbestrahlmittel 5.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert und alle Änderungen und Abwandlungen, die innerhalb der Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche liegen, werden deshalb durch die Erfindung umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-114239 [0004]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, die umfasst: einen Einspanntisch, der zum Halten eines Werkstücks betrieben werden kann; und ein Laserstrahlbestrahlmittel, das zum Bestrahlen des durch den Einspanntisch gehaltenen Werkstücks mit einem Laserstrahl betrieben werden kann, wobei das Laserstrahlbestrahlmittel beinhaltet: einen Pulslaseroszillator, der dafür ausgelegt ist, einen gepulsten Laserstrahl mit einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz zu oszillieren, einen ersten und einen zweiten Kondensor, die dafür ausgelegt sind, den durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahl zu sammeln, und ein zwischen dem Pulslaseroszillator und dem ersten und dem zweiten Kondensor angeordnetes Strahlteilermittel zum Aufteilen des durch den Pulslaseroszillator oszillierten gepulsten Laserstrahls und Richten der resultierenden Strahlen abwechselnd in Richtung auf den ersten und den zweiten Kondensor, wobei das Strahlteilermittel einen photoelastischen Modulator beinhaltet, der ein Piezoelement und einen synthetischen Quarz aufweist, die in einem Stück ausgebildet sind, und den Laserstrahl so moduliert, dass eine Polarisationsebene des Laserstrahls abwechselnd bei 0 und 90 Grad liegt, indem an das Piezoelement eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die mit der Eigenfrequenz des synthetischen Quarzes übereinstimmt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Strahlteilermittel von einer Seite des Pulslaseroszillators in Richtung auf eine Seite des ersten und des zweiten Kondensors beinhaltet: eine erste λ/2-Platte, einen photoelastischen Modulator, eine zweite λ/2-Platte, und einen Polarisationsstrahlteiler, und bei der, wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser aus der folgenden Formel ergibt:
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Eigenfrequenz eines synthetischen Quarzes 50 kHz beträgt und bei der, wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators als f_Laser = 200 kHz, 40 kHz, 8 kHz, 1,6 kHz, 320 Hz und 64 Hz bestimmt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Strahlteilermittel von einer Seite des Pulslaseroszillators in Richtung auf eine Seite des ersten und des zweiten Kondensors beinhaltet: eine λ/4-Platte, einen photoelastischen Modulator, eine λ/2-Platte, und einen Polarisationsstrahlteiler, und bei der, wenn die Frequenz des photoelastischen Modulators mit f_PEM, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators mit f_Laser und eine natürliche Zahl mit m bezeichnet wird, sich die Wiederholungsfrequenz f_Laser aus der folgenden Formel ergibt:
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Eigenfrequenz eines synthetischen Quarzes 50 kHz beträgt und bei der, wenn f_PEM = 50 kHz und m = 0, 1, 2, 3, 4 und so weiter eingesetzt werden, die Wiederholungsfrequenz des Pulslaseroszillators als f_Laser = 100 kHz, 20 kHz, 4 kHz, 800 Hz, 160 Hz und 32 Hz bestimmt wird.