DE102018214335A1

DE102018214335A1 - Laserstrahlprofiliereinheit und laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018214335A1
Application number: DE102018214335.8A
Authority: DE
Inventors: Junichi Kuki; Joel Koerwer; Keinosuke Maeda
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US20190061063A1; US10532433B2; KR102480251B1; TWI771474B; JP2019039830A; CN109454324B; KR20190022337A; CN109454324A; JP6955932B2; SG10201807226RA; TW201913049A

Abstract

Eine Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen einer Intensitätsverteilung eines von einem Laseroszillator oszillierten Laserstrahls schließt ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern eines Punktdurchmessers des Laserstrahls, der von dem Laseroszillator oszilliert und durch eine Kondensorlinse fokussiert wird, ein erstes Transmissionsprisma zum Abschwächen des Laserstrahls, ein zweites Transmissionsprisma zum weiteren Abschwächen des durch das erste Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, ein Bilderfassungselement zum Erfassen des durch das zweite Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls und eine Analysator zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls aus Daten des Laserstrahls ein, die durch das Bilderfassungselement erfasst werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen des Profils eines Laserstrahls, der fokussiert worden ist und der auf ein Werkstück aufzubringen ist, und eine Laserbearbeitungsvorrichtung, in der so eine Laserstrahlprofiliereinheit verbaut ist.
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
Im Allgemeinen sind Laserbearbeitungsvorrichtungen zum Aufbringen eines Laserstrahls auf ein Werkstück mit vielfältigen daran ausgebildeten Bauelementen, wie zum Beispiel ein Halbleiterbauelementwafer, bekannt, um in dem Werkstück entlang darauf projizierter Trennlinien laserbearbeitete Nuten oder modifizierte Schichten auszubilden. Bei den bekannten Laserbearbeitungsvorrichtungen wird der Laserstrahl, der bei vielfältigen Bearbeitungsanwendungen verwendet wird, bezüglich seiner vielfältigen Eigenschaften, einschließlich eines Punktdurchmessers, einer Punktform, wie zum Beispiel eine kreisförmige Form, eine elliptische Form oder Ähnliches, und einer Leistungsdichte, auf optimale Bedingungen eingestellt, die von dem Werkstück abhängen.
Optische Elemente, die bei Laseroszillatoren und optischen Systemen verwendet werden, tendieren dazu, dass ihre Eigenschaften aufgrund von altersbedingten Verschlechterungen nach und nach von den eingestellten optimalen Bedingungen abweichen. Aus diesem Grund wurden bis dato Technologien zum Messen von Eigenschaften, die als Profil einschließlich einer Punktform, Intensitätsverteilung und so weiter eines Laserstrahls bekannt sind, vorgeschlagen (siehe zum Beispiel das japanische offengelegte Patent mit der Nummer 2010-249727 und das japanische offengelegte Patent mit der Nummer 2016-41437).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die in dem japanischen offengelegten Patent mit der Nummer 2010-249727 offenbarte Technologie misst das Profil eines Laserstrahls bevor er fokussiert ist und nicht das Profil eines Laserstrahls, der fokussiert worden ist und der auf ein Werkstück aufzubringen ist. Da der Laserstrahl dafür anfällig ist, sich während eines Bewegens auf einem Strahlpfad zu verändern, ist diese Technologie nicht imstande, präzise Informationen über den Laserstrahl zu erhalten, der tatsächlich auf das Werkstück aufgebracht wird. Die in dem japanischen offengelegten Patent mit der Nummer 2016-41437 offenbarte Technologie misst das Profil eines von einem konkaven Spiegel, der einen oszillierten Laserstrahl reflektiert hat, zurückkehrenden Strahls. Folglich überlappen sich der Laserstrahl, bevor er fokussiert wird, und der zurückkehrende zu messende Strahl einander, sodass die Genauigkeit des gemessenen Profils nicht gewährleistet werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserstrahlprofiliereinheit bereitzustellen, die imstande ist, das Profil eines Laserstrahls, der fokussiert worden ist und der auf ein Werkstück aufzubringen ist, präzise zu messen, und eine Laserbearbeitungsvorrichtung, in der so eine Laserstrahlprofiliereinheit verbaut ist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, der von einem in einer Laserbearbeitungsvorrichtung verbauten Laseroszillator oszilliert wird, bereitgestellt, die ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern eines Punktdurchmessers des Laserstrahls, der von dem Laseroszillator oszilliert wird und durch eine Kondensorlinse fokussiert wird, ein erstes Transmissionsprisma zum Abschwächen des Laserstrahls, ein zweites Transmissionsprisma zum weiteren Abschwächen eines durch das erste Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, ein Bilderfassungselement zum Erfassen des durch das zweite Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls und eine Analysator zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls aus Daten des Laserstrahls ein, die durch das Bilderfassungselement erfasst werden.
Mit dieser Anordnung wird der fokussierte Laserstrahl abgeschwächt und vergrößert und ein Bild von diesem wird aufgenommen, ohne den fokussierten Laserstrahl zu einem optischen Bearbeitungssystem zurückzuführen, sodass die Laserstrahlprofiliereinheit eine Intensitätsverteilung und Form eines Punkts des Laserstrahls präzise messen kann, der tatsächlich auf ein durch die Laserbearbeitungsvorrichtung zu bearbeitendes Werkstück aufgebracht wird.
Vorzugsweise dienen das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma als Transmissionsprismenpaar, wobei eines des Transmissionsprismenpaars P-polarisiertes Licht des Laserstrahls mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt und das andere des Transmissionsprismenpaars S-polarisiertes Licht des Laserstrahls mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt, wodurch das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht gleich abschwächen. Mit dieser Anordnung kann die Laserstrahlprofiliereinheit eine Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls präziser messen, indem das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht vorliegen.
Vorzugsweise schließen das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma jeweils ein dreieckiges Prisma mit einer Bodenfläche in Form eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks ein, und der Laserstrahl wird auf eine Seitenfläche des dreieckigen Prismas aufgebracht, die eine der zwei Katheten oder Seiten des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt. Da der Laserstrahl auf die Seitenfläche des dreieckigen Prismas aufgebracht wird, die eine der zwei Katheten des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, trifft bei dieser Anordnung der im Inneren reflektierte Strahl nicht auf den durch die Seitenfläche reflektierten Laserstrahl, selbst wenn ein Teil des Laserstrahls, der durch das Transmissionsprisma übertragen wird, in dem Transmissionsprisma reflektiert wird. Daher wird kein Schatten erzeugt und nur der reflektierte Laserstrahl präzise gemessen.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Laserstrahlbestrahlungseinheit zum Aufbringen eines Laserstrahls auf ein an einem Spanntisch gehaltenes Werkstück, eine Steuerungseinheit zum Steuern von Bedingungen, unter denen die Laserstrahlbestrahlungseinheit den Laserstrahl aufbringt, und eine Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls ein. Die Laserstrahlprofiliereinheit schließt ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern eines Punktdurchmessers eines Laserstrahls, der von einem Laseroszillator oszilliert und durch eine Kondensorlinse fokussiert wird, ein erstes Transmissionsprisma zum Abschwächen des Laserstrahls, ein zweites Transmissionsprisma zum weiteren Abschwächen eines durch das erste Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, einen Lichtdetektor zum Erfassen eines durch das zweite Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, und eine Analysator zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls aus Daten des Laserstrahls ein, die durch den Lichtdetektor erfasst wird.
Bei der obigen Anordnung schließt die Laserstrahlbestrahlungseinheit den Laseroszillator zum Oszillieren des Laserstrahls, die Kondensorlinse zum Fokussieren des Laserstrahls und das optische Vergrößerungssystem zum Führen des Laserstrahls von dem Laseroszillator zu der Kondensorlinse ein, und das optische Vergrößerungssystem formt eine Punktform des Laserstrahls.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der fokussierte Laserstrahl abgeschwächt und vergrößert, und ein Bild von diesem wird aufgenommen, ohne den fokussierten Laserstrahl zu einem optischen Bearbeitungssystem zurückzuführen, sodass die Laserstrahlprofiliereinheit eine Intensitätsverteilung und Form eines Punkts des Laserstrahls präzise messen kann, der tatsächlich auf ein durch die Laserbearbeitungsvorrichtung zu bearbeitendes Werkstück aufgebracht wird.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht, welche die Weise darstellt, in der eine Körpereinheit einer Laserstrahlprofiliereinheit zu einer Messposition unter einem Bestrahlungskopf bewegt worden ist;
3 ist eine schematische Ansicht, welche die Weise darstellt, in der eine Körpereinheit von dem Bestrahlungskopf zu einer zurückgefahrenen Position zurückgefahren worden ist;
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche innere strukturelle Details einer Laserbestrahlungseinrichtung und der Laserstrahlprofiliereinheit darstellt;
5 ist eine Seitenansicht, die innere strukturelle Details der Laserbestrahlungseinrichtung und der Laserstrahlprofiliereinheit darstellt;
6 ist eine Ansicht, die das Layout einer Kondensorlinse, eines Transmissionsprismas und eines optischen Vergrößerungssystems darstellt;
7 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem reflektierten Strahl von einer Seitenfläche eines dreieckigen Transmissionsprismas, die eine der zwei Katheten eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, welches das dreieckige Transmissionsprisma darstellt und auf das ein einfallender Strahl aufgebracht wird, und einem in dem dreieckigen Transmissionsprisma inneren reflektierten Strahl darstellt; und
8 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem reflektierten Strahl von einer Seitenfläche eines dreieckigen Transmissionsprismas, das die Hypotenuse eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, welches das dreieckige Transmissionsprisma darstellt und auf das ein einfallender Strahl aufgebracht wird, und einem in dem dreieckigen Transmissionsprisma inneren reflektierten Strahl darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Die unten beschriebenen Komponenten decken jene ab, die auf einfache Weise durch den Fachmann in Betrachtung gezogen werden können und jene, die im Wesentlichen identisch zu den unten beschriebenen sind. Darüber hinaus können die nachfolgend beschriebenen Anordnungen in geeigneten Kombinationen verwendet werden. Vielfältige Weglassungen, Ersetzungen oder Änderungen der Anordnungen können ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung perspektivisch dar. Wie in 1 dargestellt, schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 einen Spanntisch 10, der zum Halten eines Wafers 100 als Werkstück daran an einer Vorrichtungsbasis 2 angeordnet ist, und eine Laserbestrahlungseinrichtung (Laserstrahlbestrahlungseinheit) 20 zum Aufbringen eines Laserstrahls auf den Wafer 100 ein. Der Wafer 100 ist ein plattenartiges Objekt, wie zum Beispiel ein scheibenförmiger Halbleiterwafer, der aus Silizium als Basismaterial hergestellt ist, ein Wafer mit optischen Elementen, der aus Saphir, SiC (Siliziumcarbid) oder Ähnlichem als Basismaterial hergestellt ist, ein gepacktes Substrat mit Bauelementen, die daran in einem synthetischen Harz eingebettet sind, ein keramisches Substrat oder Ähnliches. Der Wafer 100 weist eine Stirnseite auf, die durch ein Gitter aus daran projizierten Trennlinien in eine Vielzahl von Bereichen aufgeteilt ist, wo Bauelemente 103 ausgebildet werden. Der Wafer 100 wird an einem ringförmigen Rahmen 106 durch ein Haftband 105 unterstützt, das an einer Rückseite des Wafers 100 haftet.
Wenn die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 in Betrieb ist, bringt die Laserbestrahlungseinrichtung 20 entlang der projizierten Trennlinien einen Laserstrahl auf den an dem Spanntisch 10 gehaltenen Wafer 100 auf, um laserbearbeitete Nuten in dem Wafer 100 auszubilden. Die Laserbestrahlungseinrichtung 20 kann entlang der projizierten Trennlinien einen Laserstrahl auf den Wafer 100 aufbringen, um in dem Wafer 100 modifizierte Schichten auszubilden. Die modifizierten Schichten beziehen sich auf Bereiche, wo die Dichte, der Brechungsindex, die mechanische Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften sich von denen anderer Bereiche unterscheiden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 schließt auch einen X-Achsenbewegungsabschnitt (Bearbeitungszuführmechanismus) 30 zum Bewegen des Spanntischs 10 in einer X-Achsenrichtung (Bearbeitungszuführrichtung) und einen Y-Achsenbewegungsabschnitt (Einteilungszuführmechanismus) 40 zum Bewegen des Spanntischs 10 in einer Y-Achsenrichtung (Einteilungszuführrichtung) ein. Der Spanntisch 10 und die Laserbestrahlungseinrichtung 20 sind somit imstande, sich relativ in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung zu bewegen.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 schließt ferner eine Kassettenablage 55, die benachbart zu der Vorrichtungsbasis 2 zum darauf Platzieren einer Kassette 50 angeordnet ist, die eine Vielzahl von Wafern 100 enthält, welche jeweils an ringförmigen Rahmen 106 unterstützt werden, einen Schleuderreiniger 60, der zum Reinigen eines Wafers 100, der durch einen Laserstrahl bearbeitet worden ist, benachbart zu der Vorrichtungsbasis 2 angeordnet ist, und eine Zuführeinrichtung 65 zum Zuführen eines Wafers 100 zu dem Spanntisch 10, dem Schleuderreiniger 60 und der Kassette 50 ein. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 schließt zudem eine Profiliereinheit (eine Laserstrahlprofiliereinheit oder eine Intensitätsverteilungseinheit) 70 zum Messen eines Profils ein, wie zum Beispiel eine Punktform, eine Intensitätsverteilung oder Ähnliches eines durch die Laserbestrahlungseinheit 20 aufgebrachten Laserstrahls.
Der Spanntisch 10 hält an sich einen Wafer 100, wenn der Wafer 100 durch einen Laserstrahl bearbeitet wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform wird der Wafer 100, der durch das Haftband 105 an dem ringförmigen Rahmen 106 unterstützt wird, an dem Spanntisch 10 gehalten. Der Spanntisch 10 weist eine Haltefläche 11 zum Halten des Wafers 100 und des ringförmigen Rahmens 106 unter Saugkraft daran und eine Vielzahl von Klammern 12 auf, die an einer äußeren Umfangsseite der Haltefläche 11 zum sicheren Platzieren des ringförmigen Rahmens 106 an der Haltefläche 11 angeordnet ist.
Die Laserbestrahlungseinheit 20, die an einer aufrechten Wand 3 der Vorrichtungsbasis 2 befestigt ist, bringt auf den an dem Spanntisch 10 gehaltenen Wafer 100 einen Laserstrahl auf. Die Laserbestrahlungseinheit 20 schließt einen Bestrahlungskopf (Strahlkondensor) 21 zum Aufbringen eines Laserstrahls auf den Wafer 100, einen Bilderfassungsabschnitt 22, der entlang der X-Achsenrichtung Seite an Seite mit dem Bestrahlungskopf 21 angeordnet ist, und einen Bestrahlungskörper 23 ein, der von der aufrechten Wand 3 hervorsteht und den Bestrahlungskopf 21 und den Bilderfassungsabschnitt 22 an einem distalen Ende von diesem unterstützt. Der Bilderfassungsabschnitt 22 schließt eine Kamera zum Aufnehmen eines Bilds des Wafers 100, der an dem Spanntisch 10 platziert ist und eines Bilds des Wafers 100 ein, der durch einen Laserstrahl bearbeitet wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform kann der Bilderfassungsabschnitt 22 eine übliche Kamera oder eine Infrarotkamera sein. Innere strukturelle Details des Bestrahlungskopfes 21 und des Bestrahlungskörpers 23 werden weiter unten beschrieben.
Der X-Achsenbewegungsabschnitt 30 schließt eine Kugelspindel 31, die sich in der X-Achsenrichtung erstreckt, ein Paar Führungsschienen 32, von dem jeweils eine auf jeder Seite der Kugelspindel 31 angeordnet ist und sich parallel zu dieser erstreckt, einen Schrittmotor 33, der mit einem Ende der Kugelspindel 31 zum Drehen der Kugelspindel 31 um ihre eigene Achse gekoppelt ist, und eine Schlittenplatte 34 mit einer unteren Fläche ein, die mit den Führungsschienen 32 in Schiebekontakt ist und in sich eine nicht dargestellte Mutter aufweist, die mit der Kugelspindel 31 in Gewindeeingriff ist. Wenn der Schrittmotor 33 aktiviert ist, wird die Kugelspindel 31 um ihre eigene Achse gedreht, was verursacht, dass sich die Mutter der Schlittenplatte 34 in der X-Achsenrichtung bewegt, während die Schlittenplatte 34 durch die Führungsschienen 32 geführt wird. Ein Drehaktuator 35 mit einem darin aufgenommenen nicht dargestellten Schrittmotor ist fest an der Schlittenplatte 34 montiert. Der Drehaktuator 35 ist mit dem Spanntisch 10 gekoppelt und dreht den Spanntisch 10 um einen vorbestimmten Winkel um seine eigene Achse. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform dreht der Drehaktuator 35 basierend auf einem durch den Bilderfassungsabschnitt 22 aufgenommenen Bild des Wafers 100 den Spanntisch 10 und folglich den Wafer 100, sodass die sich schneidenden Gruppen projizierter Trennlinien jeweils in den X- und Y-Achsenrichtungen ausgerichtet sind.
Der Y-Achsenbewegungsabschnitt 40 schließt eine Kugelspindel 41, die sich in der Y-Achsenrichtung erstreckt, ein Paar Führungsschienen 43, von dem jeweils eine auf beiden Seites der Kugelspindel 41 angeordnet ist und sich parallel zu dieser erstreckt, einen Schrittmotor 43, der mit einem Ende der Kugelspindel 41 zum Drehen der Kugelspindel 41 um ihre eigene Achse gekoppelt ist, und eine Schlittenplatte 44 mit einer unteren Fläche ein, die mit den Führungsschienen 42 in Schiebekontakt gehalten wird und in sich eine nicht dargestellte Mutter aufweist, welche mit der Kugelspindel 41 im Gewindeeingriff ist. Der Y-Achsenbewegungsabschnitt 40 ist an der Vorrichtungsbasis 2 montiert. Wenn der Schrittmotor 43 aktiviert ist, wird die Kugelspindel 41 um ihre eigene Achse gedreht, was verursacht, dass die Mutter die Schlittenplatte 44 in der Y-Achsenrichtung bewegt, während die Schlittenplatte 44 durch die Führungsschienen 42 geführt wird. Der X-Achsenbewegungsabschnitt 30 ist an der Schlittenplatte 44 angeordnet. Wenn sich die Schlittenplatte 44 folglich in der Y-Achsenrichtung bewegt, bewegt sich zudem der X-Achsenbewegungsabschnitt 30 in der Y-Achsenrichtung.
Die Kassette 50 enthält eine Vielzahl von Wafern 100, die jeweils durch Haftbänder 105 jeweils an ringförmigen Rahmen 106 unterstützt werden. Die Kassettenablage 55 ist in Bezug auf die Vorrichtungsbasis 2 in Z-Achsenrichtungen vertikal bewegbar. Die Profiliereinheit 70 schließt eine Körpereinheit 71 zum Erfassen eines von dem Bestrahlungskopf 21 aufgebrachten Laserstrahls und eine Analysator 80 zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls ein, der durch die Körpereinheit 71 erfasst wird.
Die Profiliereinheit 70 wird nachfolgend im Detail beschrieben. Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist die Körpereinheit 71 an einer Führungsschiene 4 aufgehängt, die sich von der aufrechten Wand 3 der Vorrichtungsbasis 2 in der Y-Achsenrichtung erstreckt. Die Körpereinheit 71 weist eine sich nach oben erstreckende Unterstützung 71A auf, die mit einer nicht dargestellten Mutter gekoppelt ist, welche mit einer in der Führungsschiene 4 aufgenommenen, nicht dargestellten Kugelspindel im Gewindeeingriff ist. Wenn die Kugelspindel durch einen nicht dargestellten Motor um ihre eigene Achse gedreht wird, verursacht die Mutter, dass sich die Unterstützung 71A und folglich die Körpereinheit 71 entlang der Führungsschiene 4 bewegt. Die Körpereinheit 71 weist zudem einen Lichtdetektor 71B auf, der unter einer Fläche davon angeordnet ist, welche dem Bestrahlungskopf 2 zugewandt ist, wenn die Körpereinheit 71 bei der in 2 dargestellten Position ist. Wenn die Körpereinheit 71 bei der in 2 dargestellten Position ist, kann der Lichtdetektor 71B einen von dem Bestrahlungskopf 21 aufgebrachten Laserstrahl erfassen. Zum Messen eines Profils des Laserstrahls wird die Körpereinheit 71 in der durch den Pfeil Y1 angedeuteten Richtung entlang der Führungsschiene 4 wie in 2 dargestellt bewegt, was den Lichtdetektor 71B bei einer Messposition zwischen dem Bestrahlungskopf 21 und dem Spanntisch 10 positioniert. Zum Bearbeiten des Wafers 100 an dem Spanntisch 10 mit dem Laserstrahl von dem Bestrahlungskopf 21 wird die Körpereinheit 71 in der durch den Pfeil Y2 angedeuteten Richtung entlang der Führungsschiene 4, wie in 3 dargestellt, bewegt, was den Lichtdetektor 71B von der Position unter dem Bestrahlungskopf 21 zu einer zurückgefahrenen Position zurückführt. Die Körpereinheit 71 der Profiliereinheit 70 kann durch einen Hubmechanismus, wie zum Beispiel ein Zylinder, anstatt durch den linearen Bewegungsmechanismus bewegt werden, der, wie oben beschrieben, die Kugelspindel und den Motor einschließt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Mechanismus zum Bewegen der Körpereinheit 71 an der aufrechten Wand 3 der Vorrichtungsbasis 2 befestigt. Jedoch ist der Mechanismus zum Bewegen der Körpereinheit 71 nicht auf so eine Struktur beschränkt, sondern kann zum Beispiel an einer oberen Fläche der Vorrichtungsbasis 2 befestigt sein.
Wie in 5 dargestellt, nimmt der Bestrahlungskörper 23 der Laserbestrahlungseinrichtung 20 in sich einen Laseroszillator 24 zum Oszillieren eines Laserstrahls 200 und ein nicht dargestelltes optisches System zum Übertragen des oszillierten Laserstrahls 200 auf. Der Laseroszillator 24 wird durch eine nicht dargestellte Steuerungseinheit gesteuert, um die Wellenlänge (Frequenz), die Ausgabeleistung und die Wiederholfrequenz eines dadurch zu oszillierenden Laserstrahls in Abhängigkeit des Typs des Wafers 100 und die Art einzustellen, mit welcher der Wafer 100 durch den Laserstrahl zu bearbeiten ist. Der Bestrahlungskopf 21 schießt einen voll reflektierenden Spiegel 25 zum Reflektieren des durch den Laseroszillator 24 oszillierten Laserstrahls 200, um sich in einer Abwärtsrichtung zu bewegen, und eine Kondensorlinse 26 zum Fokussieren des Laserstrahls 200 ein. Die Kondensorlinse 26, die als das optische System dient, auf das oben Bezug genommen wird, schließt einen Linsenkombinationsaufbau einschließlich einer Vielzahl konvexer und konkaver Linsen ein und strahlt einen fokussierten Laserstrahl 201 ab. Der Bestrahlungskopf 21 ist imstande, die Fokusposition des fokussierten Laserstrahls 201 in den Z-Achsenrichtungen, das heißt vertikalen Richtungen, durch Einstellungen, die durch das optische System, das heißt die Kondensorlinse 26, ausgeführt werden, einzustellen und die Form des Punkts des fokussierten Laserstrahls 201 mit einer zylindrischen Linse und einer Maske, die Teil des optischen Systems sind, zu einer gewünschten Form zu korrigieren, wie zum Beispiel eine elliptische Form, eine rechtwinklige Form oder Ähnliches.
Wie in den 4 und 5 dargestellt, schließt die Körpereinheit 71 vier Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 zum Abschwächen und Übertragen des von dem Bestrahlungskopf 21 aufgebrachten Laserstrahls 201, einen Bilderfassungsabschnitt 77 zum Erfassen des übertragenen Laserstrahls 201 und ein optisches Vergrößerungssystem 73 ein, das zwischen dem Transmissionsprisma (erstes Transmissionsprisma) 72 und dem Transmissionsprisma (zweites Transmissionsprisma) 74 angeordnet ist. Das Transmissionsprisma 72 ist in dem Lichtdetektor 71B der Körpereinheit 71 angeordnet.
Wie in 4 dargestellt, schließen die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 jeweils ein dreieckiges Prisma ein, das eine Bodenfläche in Form eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufweist. Das dreieckige Prisma weist eine Seitenfläche 72A, 74A, 75A und 76A ein, die eine der zwei Katheten oder Seiten des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt und auf welche der Laserstrahl 201 aufgebracht wird. Die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 übertragen den Großteil (zum Beispiel 96 %) des auf sie aufgebrachten Laserstrahls durch sie hindurch und reflektieren den Rest davon (in etwa 2 % bis 4 %), wodurch die Energiedichte des Laserstrahls zu einem Ausmaß abgeschwächt wird, dass der Bilderfassungsabschnitt 77 ein Bild des aufgebrachten Laserstrahls aufnehmen kann, ohne dadurch beschädigt zu werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform können die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 die Energiedichte eines zu dem Bilderfassungsabschnitt 77 übertragenen Laserstrahls 206 auf in etwa 1/400000 der Energiedichte des durch die Kondensorlinse 26 fokussierten Laserstrahls 201 abschwächen.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, wird das Transmissionsprisma 72 durch einen Halter 78 so gehalten, dass sich eine Seitenfläche 72B davon, welche die Hypotenuse des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, vertikal erstreckt. Das Transmissionsprisma 72 reflektiert den von dem Bestrahlungskopf 21 vertikal nach unten aufgebrachten Laserstrahl 201 als einen Laserstrahl 202 von der Seitenfläche 72A in einer horizontalen Richtung. Der reflektierte Laserstrahl 202 wird durch das optische Vergrößerungssystem 73 in einem Laserstrahl 203 mit einem erhöhten Punktdurchmesser umgewandelt, und der Laserstrahl 203 wird zu dem Transmissionsprisma 74 übertragen. Wie in den 4 und 5 dargestellt, wird das Transmissionsprisma 74 durch einen Halter 78 gehalten, sodass eine Endfläche 74C davon horizontal liegt. Das Transmissionsprisma 74 reflektiert den Laserstrahl 203 mit einem Winkel von 90° als Laserstrahl 204 in einer horizontalen Ebene von der Seitenfläche 74A. Der reflektierte Laserstrahl 204 wird zu dem Transmissionsprisma 75 übertragen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform dienen das Transmissionsprisma 72 und das Transmissionsprisma 74 aus den folgenden Gründen als Transmissionsprismenpaar. Es ist im Allgemeinen bekannt, dass ein Laserstrahl S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht enthält, das 90° zueinander phasenversetzt ist. Da das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht unterschiedliche Reflexionsvermögen aufweisen, wenn sie durch eine Vielzahl von Transmissionsprismen reflektiert und übertragen werden, ist es wahrscheinlich, dass das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht mit unterschiedlichen Dämpfungsraten abgeschwächt werden. Da sich in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform die Seitenfläche 72B des Transmissionsprismas 72 in vertikaler Richtung erstreckt und sich die Endfläche 74C des Transmissionsprismas 74 in horizontaler Richtung erstreckt, schwächt das Transmissionsprisma 72 ein polarisiertes Licht mit einer höheren Dämpfungsrate ab, wogegen das Transmissionsprisma 74 das andere polarisierte Licht mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt. Daher erzeugen das Transmissionsprisma 72 und das Transmissionsprisma 74, die als Transmissionsprismenpaar wirken, den Laserstrahl 204, indem das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht auf eine ausgewogene Weise gleich stark gedämpft worden sind.
Auf ähnliche Weise wirken auch das Transmissionsprisma (zweites Transmissionsprisma) 75 und das Transmissionsprisma (erstes Transmissionsprisma) 76 als Transmissionsprismenpaar. Wie in 4 dargestellt, wird das Transmissionsprisma 75 durch einen Halter 78 (5) so gehalten, dass eine Endfläche 75C davon horizontal liegt. Das Transmissionsprisma 75 reflektiert den Laserstrahl 204 mit einem Winkel von 90° als einen Laserstrahl 205 von der Seitenfläche 75a in einer horizontalen Ebene. Der reflektierte Laserstrahl 205 wird zu dem Transmissionsprisma 76 übertragen. Das Transmissionsprisma 76 wird durch einen Halter 78 (5) gehalten, sodass sich eine Seitenfläche 76B davon, welche die Hypotenuse des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, in vertikaler Richtung erstreckt. Das Transmissionsprisma 76 reflektiert den Laserstrahl 205 als den Laserstrahl 206 von der Seitenfläche 76A in vertikaler Richtung nach oben. Der reflektierte Laserstrahl 206 wird zu dem Bilderfassungsabschnitt 77 übertragen. Das Übertragungsprisma 75 und das Übertragungsprisma 76, die als Transmissionsprismenpaar wirken, erzeugen den Laserstrahl 206, indem das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht auf eine ausgewogene Weise gleich abgeschwächt worden sind.
Der Bilderfassungsabschnitt 77 weist einen fotoelektrischen Wandler zum Erfassen des Laserstrahls 206 und Erzeugen elektrischer Ladungen basierend auf dem erfassten Laserstrahl 206 auf und kann zum Beispiel ein Charge-Coupled Device (CCD) einschließen. Das optische Vergrößerungssystem 73 dient dazu, den Punktdurchmesser des darauf aufgebrachten Laserstrahls zu vergrößern, und ist als ein Objektivlinsenaufbau einschließlich einer Vielzahl konvexer und konkaver Linsen aufgebaut. Da das optische Vergrößerungssystem 73 einen Laserstrahl mit einem vergrößerten Punktdurchmesser zu dem Bilderfassungsabschnitt 77 überträgt, der ein Bild des Punkts des Laserstrahls aufnimmt, kann der Bilderfassungsabschnitt 77 die Form des Punkts des Laserstrahls genau messen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform ist das optische Vergrößerungssystem 73 zwischen dem Transmissionsprisma 72 und dem Transmissionsprisma 74 angeordnet. Jedoch sind das optische Vergrößerungssystem 73 und die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 nicht auf so ein Layout beschränkt, sondern können insoweit in ihrer Position frei vertauscht werden, wie sie zwischen dem Bestrahlungskopf 21 und der Laserbestrahlungseinheit 20 und dem Bilderfassungsabschnitt 77 positioniert sind.
Wie in 4 dargestellt, schließt die Analysator 80 einen Bildprozessor 81 und eine Datenempfänger 82 ein. Die Datenempfänger 82 empfängt ein durch den Bilderfassungsabschnitt 77 aufgenommenes Bild. Ein durch den Bilderfassungsabschnitt 77 aufgenommenes Bild gibt eine Intensitätsverteilung des abgeschwächten Laserstrahls 206 wieder und kann zum Beispiel eine Helligkeitsverteilung aufweisen, die bei ihrem Mittelpunkt am hellsten ist, wo die Intensität am höchsten ist, und schrittweise in einer Richtung weg von dem Mittelpunkt in Richtung einer Umfangskante davon dunkler wird. Der Bildprozessor 81 wandelt Graustufen des aufgenommenen Bilds in finite diskrete Werte um. Die Analysator 80 analysiert die Intensitätsverteilung, den Punktdurchmesser und die Punktform des Laserstrahls 201, bevor er abgeschwächt wird, das heißt, des von dem Bestrahlungskopf 21 aufgebrachten Laserstrahls 201, basierend auf der Intensitätsverteilung des Laserstrahls 206, die aus den umgewandelten diskreten Werten berechnet wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schwächen die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 und das optische Vergrößerungssystem 73 den Laserstrahl 201 ab und vergrößern seinen Punktdurchmesser, und der Bilderfassungsabschnitt 77 nimmt ein Bild des abgeschwächten und vergrößerten Laserstrahls 206 auf. Daher kann die Profiliereinheit 70 das Profil des Laserstrahls 201, der tatsächlich auf den Wafer 100 aufgebracht wird, präzise messen, ohne den Laserstrahl 201 zu einem optischen Bearbeitungssystem zurückzuführen.
Das Transmissionsprisma 72 und das Transmissionsprisma 74 wirken als Transmissionsprismenpaar, und das Transmissionsprisma 72 dämpft ein polarisiertes Licht (S-polarisiertes Licht) mit einer höheren Dämpfungsrate ab, wogegen das Transmissionsprisma 74 das andere polarisierte Licht (P-polarisiertes Licht) mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt. Daher erzeugen das Transmissionsprisma 72 und das Transmissionsprisma 74 den Laserstrahl 204, indem das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht auf ausgewogene Weise gleich abgeschwächt worden sind. Die Profiliereinheit 70 kann folglich die Intensitätsverteilung des Punkts des Laserstrahls 201 präzise messen, indem das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht vorliegen.
Die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 schließen jeweils ein dreieckiges Prisma ein, das eine Bodenfläche (Endfläche) in Form eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufweist, und der Laserstrahl wird auf die Seitenfläche 72A, 74A, 75A und 76A einschließlich einer der zwei Katheten oder Seiten eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufgebracht und durch diese reflektiert. Selbst wenn ein Teil des Laserstrahls, der durch die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 übertragen wird, in den Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 reflektiert wird, trifft der im Inneren reflektierte Strahl folglich nicht auf den Laserstrahl, der durch die Seitenfläche 72A, 74A, 75A und 76A reflektiert wird. Daher wird kein Geist oder Schatten erzeugt, und nur der reflektierte Laserstrahl wird genau gemessen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform sind die Transmissionsprismen 72, 74, 75 und 76 für genaue Laserstrahlprofilmessungen ausgerichtet. Im Allgemeinen weist ein Transmissionsprisma die Tendenz auf, dass eine Seite davon, die eine große Fläche aufweist, als eine Seite verwendet wird, auf die ein Laserstrahl aufgebracht wird. Im Falle des Transmissionsprismas 72 weist dessen Seitenfläche 72B, welche die Hypotenuse des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks einschließt, die Tendenz auf, als eine Seite verwendet zu werden, auf welche, wie in 8 dargestellt, ein Laserstrahl aufgebracht wird. Das Transmissionsprisma 72 ist so ausgerichtet, dass der Laserstrahl 201 auf die Seitenfläche 72B mit einem Einfallswinkel θ von 45° aufgebracht wird, damit die Seitenfläche 72B den Laserstrahl 201 horizontal reflektiert.
Ein Teil eines übertragenen Laserstrahls 210, der durch das Transmissionsprisma 72 übertragen wird, kann in dem Transmissionsprisma 72 als ein im Inneren reflektierter Strahl 211 reflektiert werden, der sich mit dem durch die Seitenfläche 72B reflektierten Laserstrahl 202 überlappen kann, was einen Scheinstrahl verursacht. Wenn sich der im Inneren reflektierte Strahl 211 mit dem Laserstrahl 202 überlappt, ist es unmöglich, das Profil des übertragenen Laserstrahls 210 präzise zu messen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform weist das Transmissionsprisma 72, wie in 7 dargestellt, die Seitenfläche 72A auf, welche eine der zwei Katheten des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks als eine Seite einschließt, auf die ein Laserstrahl aufgebracht wird. Das Transmissionsprisma 72 ist so ausgerichtet, dass der Laserstrahl 201 mit einem Einfallswinkel θ von 45° auf die Seitenfläche 72A aufgebracht wird, damit die Seitenfläche 72A den Laserstrahl 201 horizontal reflektiert. Mit dem so ausgerichteten Transmissionsprisma 72 wird der im Inneren reflektierte Strahl 211 von dem Transmissionsprisma 72 in einer zu dem durch die Seitenfläche 72A reflektierten Laserstrahl 202 unterschiedlichen Richtung emittiert, selbst wenn ein Teil eines übertragenen Laserstrahls 210, der durch das Transmissionsprisma 72 übertragen wird, in dem Transmissionsprisma 72 als ein im Inneren reflektierter Strahl 211 reflektiert wird. Da sich der im Inneren reflektierte Strahl 211 nicht mit dem Laserstrahl 202 überlappt, wird kein Scheinstrahl erzeugt. Die anderen Transmissionsprismen 74, 75 und 76 sind ebenfalls auf ähnliche Weise ausgerichtet. Folglich kann das Profil des Laserstrahls 201 basierend auf den reflektierten Laserstrahlen 202, 204, 205 und 206 präzise gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Stattdessen können vielfältige Änderungen und Abwandlungen an der Ausführungsform ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel werden bei der obigen Ausführungsform das Transmissionsprismenpaar 72 und 74 und das Transmissionsprismenpaar 75 und 76 eingesetzt, um das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht auf eine ausgewogene Weise gleich zu dämpfen. Jedoch kann die Anzahl an Transmissionsprismenpaaren insoweit verändert werden, wie der zu dem Bilderfassungsabschnitt 77 übertragene Laserstrahl auf eine gewünschte Dämpfungsrate abgeschwächt worden ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, werden folglich durch die Erfindung einbezogen.

Claims

Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, der von einem in einer Laserbearbeitungsvorrichtung verbauten Laseroszillator oszilliert wird, wobei die Laserstrahlprofiliereinheit aufweist: ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern eines Punktdurchmessers des Laserstrahls, der von dem Laseroszillator oszilliert und durch eine Kondensorlinse fokussiert wird; ein erstes Transmissionsprisma zum Abschwächen des Laserstrahls; ein zweites Transmissionsprisma zum weiteren Abschwächen eines durch das erste Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls; ein Bilderfassungselement zum Erfassen des durch das zweite Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls; und ein Analysator zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls aus Daten des durch das Bilderfassungselement erfassten Laserstrahls.
Laserstrahlprofiliereinheit nach Anspruch 1, bei der das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma als Transmissionsprismenpaar dient, wobei eines des Transmissionsprismenpaars P-polarisiertes Licht des Laserstrahls mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt und das andere des Transmissionsprismenpaars S-polarisiertes Licht des Laserstrahls mit einer höheren Dämpfungsrate abschwächt, wodurch das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht gleich abschwächen.
Laserstrahlprofiliereinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Transmissionsprisma und das zweite Transmissionsprisma jeweils ein dreieckiges Prisma mit einer Bodenfläche in Form eines rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufweist und der Laserstrahl auf eine Seitenfläche des dreieckigen Prismas aufgebracht wird, die eine der zwei Katheten des rechtwinkligen gleichseitigen Dreiecks aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung, die aufweist: eine Laserstrahlbestrahlungseinheit zum Aufbringen eines Laserstrahls auf ein an einem Spanntisch gehaltenes Werkstück; eine Steuerungseinheit zum Steuern von Bedingungen, unter denen die Laserstrahlbestrahlungseinheit den Laserstrahl aufbringt; und eine Laserstrahlprofiliereinheit zum Messen einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls; wobei die Laserstrahlprofiliereinheit aufweist: ein optisches Vergrößerungssystem zum Vergrößern eines Punktdurchmessers des Laserstrahls, der von einem Laseroszillator oszilliert und durch eine Kondensorlinse fokussiert wird; ein erstes Transmissionsprisma zum Abschwächen des Laserstrahls, ein zweites Transmissionsprisma zum weiteren Abschwächen eines durch das erste Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, einen Lichtdetektor zum Erfassen des durch das zweite Transmissionsprisma reflektierten Laserstrahls, und einen Analysator zum Analysieren einer Intensitätsverteilung eines Punkts des Laserstrahls aus Daten des durch den Lichtdetektor erfassten Laserstrahls.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Laserstrahlbestrahlungseinheit den Laseroszillator zum Oszillieren des Laserstrahls, die Kondensorlinse zum Fokussieren des Laserstrahls und das optische Vergrößerungssystem zum Führen des Laserstrahls von dem Laseroszillator zu der Kondensorlinse aufweist, und das optische Vergrößerungssystem eine Punktform des Laserstrahls formt.