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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Höhenerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Höhe eines Werkstücks, wie zum Beispiel ein Halbleiterwafer oder Ähnliches, der an einem Spanntisch gehalten wird, und eine Laserbearbeitungsvorrichtung, zu der so eine Höhenerfassungsvorrichtung gehört.
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BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
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Wafer mit einer Vielzahl von Bauelementen, wie zum Beispiel integrierte Schaltkreise (ICs), Large Scale Integrated Circuits (LSIs), etc., die in Bereichen ausgebildet sind, welche an einer Seite von diesem durch ein Gitter projizierter Trennlinien abgegrenzt sind, werden durch eine Trennvorrichtung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung oder Ähnliches in einzelne Bauelementchips geteilt, die in elektrischer Ausrüstung, wie zum Beispiel Mobiltelefonen, Personal Computern, etc. verwendet werden.
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Es gibt unterschiedliche Typen von Laserbearbeitungsvorrichtungen, die zum Bearbeiten von Werkstücken zur Verfügung stehen. Bei einem Typ von Laserbearbeitungsvorrichtung wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die durch ein Werkstück absorbierbar ist, auf das Werkstück aufgebracht, während der Brennpunkt des Laserstrahls an einer oberen Fläche des Werkstücks positioniert ist, um dadurch einen Ablationsvorgang an dem Werkstück auszuführen (siehe zum Beispiel das japanische offengelegte Patent mit der Nummer 1998-305420) . Ein anderer Typ von Laserbearbeitungsvorrichtung bringt während eines Positionierens des Brennpunkts eines Laserstrahls im Inneren des Werkstücks den Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die durch ein Werkstück übertragbar ist, auf das Werkstück auf, um modifizierte Schichten in dem Werkstück auszubilden (siehe zum Beispiel das
japanische Patent mit der Nummer 3408805 ). In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Typ einer Laserbearbeitungsvorrichtung wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die durch ein Werkstück übertragbar ist, während eines Positionierens des Brennpunkts oder Fokusbereichs des Laserstrahls im Inneren des Werkstücks auf das Werkstück aufgebracht, um eine Vielzahl abgeschirmter Tunnel in dem Werkstück auszubilden, von denen jeder durch eine Pore, die sich von einer oberen Fläche des Werkstücks zu dessen Rückseite erstreckt, und einen amorphen Körper aufgebaut ist, der die Pore umgibt (siehe zum Beispiel das
japanische offengelegte Patent mit der Nummer 2014-221483 ) .
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Wenn die obere Fläche des Werkstücks Welligkeiten aufweist, kann der Brennpunkt des Laserstrahls nicht an geeigneten Positionen an dem Werkstück platziert werden. Daher wurde durch die vorliegende Anmelderin eine Technologie zum Erfassen der Höhe eines zu bearbeitenden Bereichs eines Werkstücks vorgeschlagen, auf das ein Laserstrahl aufzubringen ist, um dadurch eine Höheninformation zu erzeugen, und den Laserstrahl während eines Positionierens des Brennpunkts des Laserstrahls basierend auf der Höheninformation auf eine ordnungsgemäße Position auf das Werkstück aufzubringen, um das Werkstück zu bearbeiten (siehe zum Beispiel das offengelegte
japanische Patent mit der Nr. 2011-122894 ) .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung mit der in dem offengelegten
japanischen Patent mit der Nummer 2011-122894 offenbarten Erfindung wird die Höhe des zu bearbeitenden Bereichs trotz der Welligkeit an der Oberfläche des Werkstücks erfasst und als Höheninformation gespeichert, und die Position des Brennpunkts des Laserstrahls wird basierend auf der gespeicherten Höheninformation korrigiert, bevor der Laserstrahl auf das Werkstück aufgebracht wird. Wenn das Werkstück durch den Laserstrahl bearbeitet wird, wird der Brennpunkt des Laserstrahls daher bei einer gewünschten angemessenen Position an dem Werkstück platziert, während der Laserstrahl auf das Werkstück aufgebracht wird.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Spektralinterferenzhöhenerfassungsvorrichtung bekannt, welche die Höhe der oberen Fläche eines Werkstücks durch Aufbringen von Licht mit einem bestimmten Wellenlängenband auf die obere Fläche des Werkstücks erfasst, eine Interferenz zwischen reflektiertem Licht und Referenzlicht mit einem Bildsensor erfasst und eine Fourier-Transformation, etc. an der erfassten Interferenz ausführt. Wenn ein Film, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches, auf der oberen Fläche des Werkstücks vorliegt, wird das Licht mit der bestimmten Wellenlänge jedoch nicht ausreichend von der oberen Fläche des Werkstücks reflektiert, mit dem Ergebnis, dass die Höhe der oberen Fläche des Werkstücks nicht ordnungsgemäß erfasst werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Höhenerfassungsvorrichtung, die imstande ist, die Höhe der oberen Fläche eines Werkstücks selbst dann ordnungsgemäß zu erfassen, wenn eine Schicht, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches auf der oberen Fläche des Werkstücks vorliegt, und eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, zu der so eine Höhenerfassungsvorrichtung gehört.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine SpektralinterferenzHöhenerfassungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Spanntisch zum daran Halten eines Werkstücks und eine Höhenerfassungseinheit aufweist, die eingerichtet ist, die Höhe einer oberen Fläche des an dem Spanntisch gehaltenen Werkstücks zu erfassen, in welcher die Höhenerfassungseinheit eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband in einen optischen Pfad, einen Kondensor, der in dem ersten optischen Pfad zum Bündeln von Licht auf das an dem Spanntisch gehaltene Werkstück angeordnet ist, einen Strahlteiler, der zwischen der Lichtquelle und dem Kondensor zum Teilen des Lichts in dem ersten optischen Pfad in einen zweiten optischen Pfad angeordnet ist, einen Spiegel, der in dem zweiten optischen Pfad zum Reflektieren von Licht in den zweiten optischen Pfad und Rückführen von Licht durch den Strahlteiler zu dem ersten optischen Pfad angeordnet ist, um eine optische Pfadbasislänge auszubilden, einen optischen Teiler, der zum Teilen von Interferenzlicht, das aus Licht, welches durch die obere Fläche des an dem Spanntisch gehaltenen Werkstücks reflektiert wird und durch den Kondensor zu dem ersten optischen Pfad zurückgeführt wird, und durch den Spiegel zurückgeführtes Licht erzeugt wird, von dem ersten optischen Pfad in einen dritten optischen Pfad zwischen dem Strahlteiler und der Lichtquelle angeordnet ist, und eine Berechnungseinheit einschließt, die in dem dritten optischen Pfad zum Berechnen der Höhe des Werkstücks basierend auf dem Interferenzlicht angeordnet ist, in welcher die Berechnungseinheit einen Wellenlängenbandteiler zum Teilen des Lichts mit dem Wellenlängenband, das von der Lichtquelle emittiert wird, in Licht mit mindestens zwei Wellenlängenbändern und einen Auswähler zum Wählen von Licht aus einem der zwei Wellenlängenbänder von dem Wellenlängenbandteiler einschließt, und in welcher Interferenzlicht in dem Wellenlängenband, das durch den Auswähler ausgewählt wird, durch einen Bildsensor zum Berechnen der Höhe des Werkstücks erfasst wird.
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Vorzugsweise schließt der Wellenlängenbandteiler einen dichroitischen Spiegel zum durch diesen hindurch Übertragen von Licht mit einem ersten Wellenlängenband, das zu dem von der Lichtquelle emittierten Licht mit dem vorbestimmten Wellenlängenband gehört, und zum Reflektieren von Licht mit einem zweiten Wellenlängenband, das zu dem von der Lichtquelle emittierten Licht mit dem vorbestimmten Wellenlängenband gehört, einen ersten Bandpassfilter, der in einem optischen Pfad für das Licht mit dem ersten Wellenlängenband zum Entfernen von Rauschen von dem Licht mit dem ersten Wellenlängenband angeordnet ist, ein erstes Beugungsgitter zum Streuen von Licht von dem ersten Bandpassfilter mit dem ersten Wellenlängenband, einen zweiten Bandpassfilter, der in einem optischen Pfad für das Licht mit dem zweiten Wellenlängenband zum Entfernen von Rauschen von dem Licht mit dem zweiten Wellenlängenband angeordnet ist, und ein zweites Beugungsgitter zum Streuen von Licht von dem zweiten Bandpassfilter mit dem zweiten Wellenlängenband ein, und in welchem der Auswähler eine Lichtblockierplatte zum Blockieren von entweder dem optischen Pfad für das Licht mit dem ersten Wellenlängenband oder dem optischen Pfad für das Licht mit dem zweiten Wellenlängenband aufweist.
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Vorzugsweise schließt die Berechnungseinheit einen Speicher zum Speichern von Information über die berechnete Höhe des Werkstücks basierend auf Koordinaten des Werkstücks ein.
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Spanntisch zum daran Halten eines Werkstücks, eine Höhenerfassungseinheit, die eingerichtet ist, die Höhe einer oberen Fläche des an dem Spanntisch gehaltenen Werkstücks zu erfassen, einen Laseroszillator zum Oszillieren eines Lasers und Emittieren eines Laserstrahls und ein optisches System zum Führen des von dem Laseroszillator emittierten Laserstrahls zu einem Kondensor einschließt, in welcher die Höhenerfassungseinheit eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband in einen ersten optischen Pfad, einen Kondensor, der in dem ersten optischen Pfad zum Bündeln von Licht auf dem an dem Spanntisch gehaltenen Werkstück angeordnet ist, einen Strahlteiler, der zum Teilen des Lichts in dem ersten optischen Pfad in einen zweiten optischen Pfad zwischen der Lichtquelle und dem Kondensor angeordnet ist, einen Spiegel, der zum Reflektieren von Licht in dem zweiten optischen Pfad und Rückführen von Licht durch den Strahlteiler zu dem ersten optischen Pfad in dem zweiten optischen Pfad angeordnet ist, um eine optische Pfadbasislänge auszubilden, einen optischen Teiler, der zum Teilen von Interferenzlicht, das aus Licht, welches durch die obere Fläche des an dem Spanntisch gehaltenen Werkstücks reflektiert wird und durch den Kondensor zu dem ersten optischen Pfad zurückgeführt wird, und durch den Spiegel zurückgeführtes Licht erzeugt wird, in dem ersten optischen Pfad in einen dritten optischen Pfad zwischen dem Strahlteiler und der Lichtquelle angeordnet ist, und eine Berechnungseinheit einschließt, die in dem dritten optischen Pfad angeordnet ist und eingerichtet ist, die Höhe des Werkstücks basierend auf dem Interferenzlicht zu berechnen; wobei die Berechnungseinheit einen Wellenlängenbandteiler zum Teilen des von der Lichtquelle emittierten Lichts mit dem Wellenlängenband in Licht mit mindestens zwei Wellenlängenbändern, einen Auswähler zum Auswählen von Licht mit einem der zwei Wellenlängenbänder von dem Wellenlängenbandteiler und einen Speicher zum Speichern von Information über die berechnete Höhe des Werkstücks basierend auf Koordinaten des Werkstücks einschließt; und Interferenzlicht mit dem Wellenlängenband, das durch den Auswähler ausgewählt wird, durch einen Bildsensor zum Erfassen der Höhe des Werkstücks erfasst wird; wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung ferner einen Aktuator aufweist, der basierend auf der Information der in dem Speicher gespeicherten berechneten Höhe zum Bewegen des Kondensors zu dem an dem Spanntisch gehaltenen Werkstück und von diesem weg angeordnet ist.
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Vorzugsweise schließt der Wellenlängenbandteiler der Laserbearbeitungsvorrichtung einen dichroitischen Spiegel zum durch diesen hindurch Übertragen von Licht mit einem ersten Wellenlängenband, das zu dem von der Lichtquelle emittierten Licht mit dem Wellenlängenband gehört, und Reflektieren von Licht mit einem zweiten Wellenlängenband, das zu dem von der Lichtquelle emittierten Licht mit dem Wellenlängenband gehört, einen ersten Bandpassfilter, der in einem optischen Pfad für das Licht mit dem ersten Wellenlängenband zum Entfernen von Rauschen von dem Licht mit dem ersten Wellenlängenband angeordnet ist, ein erstes Beugungsgitter zum Streuen von Licht von dem ersten Bandpassfilter mit dem ersten Wellenlängenband, einen zweiten Bandpassfilter, der in einem optischen Pfad für das Licht mit dem zweiten Wellenlängenband zum Entfernen von Rauschen von dem Licht mit dem zweiten Wellenlängenband angeordnet ist, und ein zweites Beugungsgitter zum Streuen von Licht von dem zweiten Bandpassfilter mit dem zweiten Wellenlängenband einschließt, und in welchem der Auswähler eine Lichtblockierplatte zum Blockieren von entweder dem optischen Pfad für das Licht mit dem ersten Wellenlängenband oder dem optischen Pfad für das Licht mit dem zweiten Wellenlängenband einschließt.
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Die Höhenerfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist imstande, die Höhe der oberen Fläche des Werkstücks durch Auswählen von dem Licht von einem der zwei Wellenlängenbänder selbst dann ordnungsgemäß zu erfassen, wenn die obere Fläche des Werkstücks mit einer Schicht, wie zum Beispiel einer Oxidschicht, einer Isolierschicht oder Ähnlichem versehen ist.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung, zu der die Höhenerfassungsvorrichtung gehört, ist imstande, das Werkstück durch Aufbringen des Laserstrahls auf das Werkstück während eines Platzierens eines Brennpunkts des Laserstrahls bei einer angemessenen Position basierend auf der Information der erfassten Höhe wie gewünscht zu bearbeiten.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und der 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.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Blockschaubild einer Höhenerfassungsvorrichtung und einer Laserstrahlaufbringeinheit, welche in die in 1 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung eingebaut sind;
- Die 3A und 3B sind Konzeptdiagramme, die spektrale Interferenzwellenformen darstellen, welche durch die in 2 dargestellte Höhenerfassungsvorrichtung erzeugt werden;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers als ein Werkstück, das durch die in 1 dargestellte Laserbearbeitungsvorrichtung bearbeitet wird;
- Die 5A und 5B sind Draufsichten, welche die Beziehung zwischen Bereichen des in 4 dargestellten Halbleiterwafers und Koordinatenpositionen darstellen, wenn der Halbleiterwafer bei einer vorbestimmten Position an einem Spanntisch gehalten wird;
- 6 ist eine Seitenansicht, die einen Höhenerfassungsschritt darstellt, der durch die Höhenerfassungsvorrichtung ausgeführt wird, welche in der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung eingebaut ist; und
- 7 ist eine Tabelle über eine Höheninformation, welche in einer Speichereinheit einer Steuerungseinheit gespeichert ist, die zu der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung gehört.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend wird eine Höhenerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Höhe der oberen Fläche eines Werkstücks und einer Laserbearbeitungsvorrichtung, zu welcher die Höhenerfassungsvorrichtung in Übereinstimmung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. 1 stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung perspektivisch dar, zu der eine Höhenerfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört. Die in 1 durch 1 gekennzeichnete Laserbearbeitungsvorrichtung schließt eine stationäre Basis 2, einen Haltemechanismus 3 zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei der Haltemechanismus 3 an der stationären Basis 2 für eine Bewegung in Bearbeitungszuführrichtungen, das heißt durch den Pfeil X angezeigte X-Achsenrichtungen, angeordnet ist, ein Laserstrahlaufbringeinheit-Unterstützungsmechanismus 4, der an der stationären Basis 2 für eine Bewegung in Einteilungszuführrichtungen, das heißt Y-Achsenrichtungen, die senkrecht zu den X-Achsenrichtungen durch den Pfeil Y angezeigt werden, angeordnet ist, und eine Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 ein, die an dem Laserstrahlaufbringeinheit-Unterstützungsmechanismus 4 für eine Bewegung in Einstellrichtungen einer Brennpunktposition, das heißt in Z-Achsenrichtungen, die senkrecht zu den X-Achsenrichtungen und Y-Achsenrichtungen durch die Z-Pfeile gezeigt werden, angeordnet ist.
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Der Haltemechanismus 3 schließt ein Paar Führungsschienen 31, das an der stationären Basis 2 angeordnet ist und sich entlang der X-Achsenrichtungen parallel zueinander erstreckt, einen ersten Schlittenblock 32, der für eine Bewegung in den X-Achsenrichtungen verschiebbar an den Führungsschienen 31 angeordnet ist, einen zweiten Schlittenblock 33, der für eine Bewegung in den Y-Achsenrichtungen an dem ersten Schlittenblock 32 verschiebbar angeordnet ist, einen Stütztisch 35, der durch ein hohles zylindrisches Element 34 an dem zweiten Schlittenblock 33 unterstützt wird, und einen Spanntisch 36 ein, der zum Halten des Werkstücks an dem Stütztisch 35 unterstützt wird. Der Spanntisch 36 schließt eine Saugeinspannung 361 ein, die aus einem porösen Material hergestellt ist, und hält das Werkstück, wie zum Beispiel einen kreisförmigen Halbleiterwafer, beispielsweise an einer oberen Haltefläche der Saugeinspannung 361 unter Saugkräften, die durch ein nicht dargestelltes Saugmittel aufgebracht werden. Der Spanntisch 36 ist durch einen nicht dargestellten Schrittmotor, der in dem hohlen zylindrischen Element 34 angeordnet ist, um seine eigene Achse drehbar. Ein Paar Klammern 362 ist zum Sichern eines nicht dargestellten ringförmigen Rahmens, an dem das Werkstück durch ein nicht dargestelltes Schutzband an der Saugeinspannung 361 unterstützt wird, an dem Spanntisch 36 angebracht.
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Der ersten Schlittenblock 32 weist ein Paar Führungsnuten 321 auf, das in dessen unterer Fläche definiert ist, und passt verschiebbar über die Führungsschienen 31 und unterstützt an dessen oberer Fläche ein Paar Führungsschienen 322, das das sich parallel zueinander entlang der Y-Achsenrichtungen erstreckt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt der Haltemechanismus 3 eine Bearbeitungszuführeinheit 37 zum Bewegen des ersten Schlittenblocks 32 in den X-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 31 ein. Die Bearbeitungszuführeinheit 37 schließt einen Außengewindestab 371, der zwischen den Führungsschienen 31 angeordnet ist und sich parallel zu diesem erstreckt, und einen Drehaktuator 372, wie zum Beispiel einen Schrittmotor, einen Servomotor oder Ähnliches, zum Drehen des Außengewindestabs 371 um seine eigene Achse ein. Der Außengewindestab 371 weist ein Ende drehbar an einem Trägerblock 373, der an der stationären Basis 2 befestigt ist, unterstützt und das andere Ende mit der Ausgangswelle des Drehaktuators 372 gekoppelt auf. Der Außengewindestab 373 ist mit einem nicht dargestellten Innengewindedurchgangsloch, das in einem nicht dargestellten Innengewindeblock definiert ist und an einer unteren Fläche eines mittigen Bereichs des ersten Schlittenblocks 32 hervorsteht, im Gewindeeingriff. Wenn der Drehaktuator 372 aktiviert ist, um den Außengewindestab 371 in einer oder der anderen Richtung zu drehen, wird der erste Schlittenblock 32 in der einen oder der anderen der X-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 31 bewegt.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 eine Bearbeitungszuführentfernung-Erfassungseinheit 274 zum Erfassen der Entfernung ein, um welche der Spanntisch 36 während der Bearbeitung zugeführt wird. Die Bearbeitungszuführentfernung-Erfassungseinheit 374 schließt eine lineare Skala 374a, die sich an der stationären Basis 2 entlang einer der Führungsschienen 31 erstreckt, und einen Lesekopf 374b ein, der an dem ersten Schlittenblock 32 angeordnet ist und mit dem ersten Schlittenblock 32 entlang der linearen Skala 374a bewegbar ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform sendet der Lesekopf 374b jedes Mal, wenn sie sich um 1 µm entlang der linearen Skala 374a bewegt, einen Impuls an eine später beschriebene Steuerungseinheit. Die Steuerungseinheit zählt von dem Lesekopf 374b gesendete Impulse, um den Abstand zu erfassen, den der Spanntisch 36 entlang einer der X-Achsenrichtungen für eine Bearbeitung zugeführt wird. Wenn der Drehaktuator 372 einen Schrittmotor einschließt, dann kann die Steuerungseinheit alternativ die Entfernung, die der Spanntisch 36 für eine Bearbeitung zugeführt wird, durch Zählen einer Antriebsimpulsausgabe zu dem Schrittmotor erfassen. Wenn der Drehaktuator 372 einen Servomotor einschließt, kann die Steuerungseinheit ferner die Entfernung, die der Spanntisch 36 für eine Bearbeitung zugeführt wird, durch Zählen von Impulsen erfassen, die von einem nicht dargestellten Drehencoder gesendet werden, der die Drehgeschwindigkeit des Servomotors erfasst.
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Der zweite Schlittenblock 33 weist ein Paar Führungsnuten 331 auf, das in einer unteren Fläche von diesem definiert ist und an der oberen Fläche des ersten Schlittenblocks 32 jeweils verschiebbar über die Führungsschienen 322 passt, sodass der zweite Schlittenblock 33 in den Y-Achsenrichtungen bewegbar ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt der Haltemechanismus 3 eine erste Einteilungszuführeinheit 38 zum Bewegen des zweiten Schlittenblocks 33 in den Y-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 322 an dem ersten Schlittenblock 32 ein. Die erste Einteilungszuführeinheit 38 schließt einen Außengewindestab 381, der sich zwischen den Führungsschienen 322 erstreckt und parallel zu diesen ist, und einen Drehaktuator 382, wie zum Beispiel einen Schrittmotor, einen Servomotor oder Ähnliches, zum Drehen des Außengewindestabs 381 um seine eigene Achse ein. Der Außengewindestab 381 weist ein Ende drehbar an einem Trägerblock 383 unterstützt, der an der oberen Fläche des ersten Schlittenblocks 32 befestigt ist, und das andere Ende mit der Ausgangswelle des Drehaktuators 382 gekoppelt auf. Der Außengewindestab 381 ist mit einem nicht dargestellten Innengewindedurchgangsloch im Gewindeeingriff, das in einem nicht dargestellten Innengewindeblock definiert ist, der an einer unteren Fläche eines mittigen Bereichs des zweiten Schlittenblocks 33 hervorsteht. Wenn der Drehaktuator 382 aktiviert ist, um den Außengewindestab 381 in einer Richtung oder der anderen zu drehen, wird der zweite Schlittenblock 33 in die eine oder die andere der Y-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 322 bewegt.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 eine Einteilungszuführentfernung-Erfassungseinheit 384 zum Erfassen der Entfernung ein, die der zweite Schlittenblock 33, das heißt der Spanntisch 36, weiterbewegt beziehungsweise einteilungszugeführt wird. Die Einteilungszuführabstand-Erfassungseinheit 384 schließt eine lineare Skala 384a, die sich an dem zweiten Schlittenblock 33 entlang einer der Führungsschienen 322 erstreckt, und einen Lesekopf 384b ein, der an dem zweiten Schlittenblock 33 angeordnet ist und mit dem zweiten Schlittenblock 33 entlang der linearen Skala 384a bewegbar ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform sendet der Lesekopf 384b jedes Mal einen Impuls zu der Steuerungseinheit, wenn er sich um einen µm entlang der linearen Skala 384a bewegt. Die Steuerungseinheit zählt von dem Lesekopf 384b ausgesendete Impulse, um die Entfernung zu erfassen, den der Spanntisch 36 entlang einer der Y-Achsenrichtungen einteilungszugeführt wird. Wenn der Drehaktuator 382 einen Schrittmotor einschließt, kann die Steuerungseinheit dann alternativ die Entfernung, die der Spanntisch 36 einteilungszugeführt wird, durch Zählen einer Antriebsimpulsausgabe zu dem Schrittmotor erfassen. Wenn der Drehaktuator 382 einen Servomotor einschließt, kann die Steuerungseinheit dann ferner alternativ die Entfernung, die der Spanntisch 36 einteilungszugeführt wird, durch Zählen von Impulsen erfassen, die von einem nicht dargestellten Drehencoder ausgesendet werden, der die Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors erfasst.
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Der Laserstrahlaufbringeinheit-Unterstützungsmechanismus 4 schließt ein Paar Führungsschienen 41 ein, das an der stationären Basis 2 angeordnet ist und sich entlang der Y-Achsenrichtungen parallel zueinander erstreckt, und eine bewegbare Stützbasis 42, die verschiebbar an den Führungsschienen 41 für eine Bewegung daran entlang in den Y-Achsenrichtungen angeordnet ist. Die bewegbare Stützbasis 42 schließt einen bewegbaren Stütztisch 421, der verschiebbar an den Führungsschienen 41 angeordnet ist, und eine aufrechte Halterung 422 ein, die an dem bewegbaren Stütztisch 421 montiert ist. Die aufrechte Halterung 422 unterstützt an einer vertikalen Seitenfläche von ihr ein Paar Führungsschienen 423, die sich parallel zueinander in den Z-Achsenrichtungen erstrecken. Der Laserstrahlaufbringeinheit-Unterstützungsmechanismus 4 schließt auch eine zweite Einteilungszuführeinheit 43 zum Bewegen der bewegbaren Stützbasis 42 in den Y-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 41 ein. Die zweite Einteilungszuführeinheit 43 schließt einen Außengewindestab 431, der zwischen den Führungsschienen 41 angeordnet ist und sich parallel zu diesen erstreckt, und einen Drehaktuator 432, wie zum Beispiel einen Schrittmotor oder Ähnliches, zum Drehen des Außengewindestabs 431 um seine eigene Achse ein. Der Außengewindestab 431 weist ein Ende drehbar unterstützt an einem nicht dargestellten Trägerblock, der an der stationären Basis 2 befestigt ist, und das andere Ende mit der Ausgangswelle des Drehaktuators 432 gekoppelt auf. Der Außengewindestab 431 ist mit einem nicht dargestellten Innengewindedurchgangsloch im Gewindeeingriff, das in einem nicht dargestellten Innengewindeblock definiert ist, der an einer unteren Fläche eines mittigen Bereichs des bewegbaren Stütztischs 421 hervorsteht. Wenn der Drehaktuator 432 aktiviert ist, um den Außengewindestab 431 in der einen oder anderen Richtung zu drehen, wird die bewegbare Stützbasis 42 in der einen oder der anderen der Y-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 41 bewegt.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform, schießt die Höhenerfassungs- und Laseraufbringeinheit 5 eine Halteeinheit 51 und eine hohle zylindrische Gehäuseeinheit 52 ein, die an der Halteeinheit 51 montiert ist und sich von dieser erstreckt. Die Halteeinheit 51 ist verschiebbar an den Führungsschienen 423 an der aufrechten Halterung 422 für eine Bewegung in den Z-Achsenrichtungen angeordnet. Die Gehäuseeinheit 52, die an der Halteeinheit 51 montiert ist, nimmt darin eine Höhenerfassungseinheit zum Erfassen der Höhe eines Werkstücks, das an dem Spanntisch 36 gehalten wird, und eine Laserstrahlaufbringeinheit zum Aufbringen eines Laserstrahls auf das Werkstück auf, das an dem Spanntisch 36 gehalten wird. Die Höhenerfassungseinheit und die Laserstrahlaufbringeinheit werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Höhenerfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt eine Höhenerfassungseinheit 6 zum Erfassen der Höhe eines Werkstücks und den Spanntisch 36 ein, der an sich einen Halbleiterwafer 10 als Werkstück hält. Die Höhenerfassungseinheit 6 schließt eine Spektralinterferenz-Höhenerfassungseinheit ein, welche die Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 durch Aufbringen von Licht mit einem bestimmten Wellenlängenband auf die obere Fläche des Halbleiterwafers 10, Erfassen einer Interferenz zwischen reflektiertem Licht und Referenzlicht mit einem Bildsensor und Ausführen einer Fouriertransformation, etc. an der erfassten Interferenz erfasst. Die Höhenerfassungseinheit 6 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben.
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Die Höhenerfassungseinheit 6 schließt eine Lichtquelle 61 zum Emittieren von Licht mit einem vorbestimmt breiten Wellenlängenband in einen ersten optischen Pfad 6a, eine Kondensorlinse 65, die in dem ersten optischen Pfad 6a als Lichtkondensor zum Bündeln und Aufbringen des Lichts von der Lichtquelle 61 auf den Halbleiterwafer 10 angeordnet ist, einen ersten optischen Splitter 62 zum Führen des Lichts von der Lichtquelle 61 zu dem ersten optischen Pfad 6a und Führen von Licht, das sich entlang des ersten optischen Pfads 6a zu einem später beschriebenen dritten optischen Pfad 6c zurückbewegt, einen zweiten optischen Teiler 64, der einen Strahlteiler 641 zum Teilen von Licht zu einem zweiten optischen Pfad 6b von dem Licht einschließt, das sich gerade durch den ersten optischen Teiler 62 entlang des ersten optischen Pfads 6a zu dem Halbleiterwafer 10 bewegt, einen Spiegel 67 zum Reflektieren des zu dem zweiten optischen Pfad 6b geführten Lichts zurück zu dem ersten optischen Pfad 6a und eine Berechnungseinheit 7 ein, die in dem dritten optischen Pfad 6c zum Berechnen der Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 basierend auf Interferenzlicht angeordnet ist.
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Die Lichtquelle 61 kann eine lichtemittierende Diode (LED), eine Superlumineszenzdiode (SLD), eine Laserdiode (LD), eine Halogenlichtquelle, eine verstärkte Spontanemissionslichtquelle (ASE) oder ein Superkontinuum einschließen, die Licht mit einem breiten Wellenlängenband, zum Beispiel mit einem Wellenlängenband von 620 bis 870 nm emittiert. Der erste optische Teiler 62 kann eine polarisationsbeibehaltende Faserkupplung, einen polarisationsbeibehaltenden Faserzirkulator, einen monomodalen Faserkoppler beziehungsweise Faserkupplung, einen monomodalen Faserkopplerzirkulator oder Ähnliches einschließen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt der zweite optische Teiler 64 den Strahlteiler 641 und einen Richtungswechselspiegel 642 ein. Der optische Pfad von der Lichtquelle 61 zu dem ersten optischen Teiler 62 und der optische Pfad von dem ersten optischen Teiler 62 zu einer Kollimatorlinse 63 in dem ersten optischen Pfad von dem ersten optischen Teiler 62 zu dem Halbleiterwafer 10 an dem Spanntisch 36 weisen eine optische Faser auf.
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Die Kondensorlinse 65 zum Führen des zu dem ersten optischen Pfad 6a geführten Lichts zu dem an dem Spanntisch 36 gehaltenen Halbleiterwafer 10 und eine Kondensorlinse 66, die zwischen der Kondensorlinse 65 und dem zweiten optischen Teiler 64 angeordnet ist, sind in dem ersten optischen Pfad 6a zwischen dem Strahlteiler 641 und dem Halbleiterwafer 10 angeordnet. Die Kondensorlinse 66 dient dazu, von dem zweiten optischen Teiler 64 geführte parallele Lichtstrahlen in einem Brennpunkt zu bündeln, der in der Kondensorlinse 65 positioniert ist. Die Kondensorlinse 66, die zwischen der Kondensorlinse 65 und dem zweiten optischen Teiler 64 angeordnet ist, ist imstande, das Licht zu bündeln, das durch den Halbleiterwafer 10 an dem Spanntisch 36 reflektiert worden ist und sich durch die Kondensorlinse 65, die Kondensorlinse 66, den zweiten optischen Teiler 64 und die Kollimatorlinse 63 in die optische Faser des ersten optischen Pfads 6a zurückbewegt. Die Kondensorlinse 65 ist in einem Linsengehäuse 651 montiert, das in 2 vertikal durch eine erste Brennpunktpositionseinstelleinheit 650, wie zum Beispiel ein Schwingspulenmotor, ein Linearmotor oder Ähnliches, bewegbar ist, das heißt in den Brennpunktpositionseinstellrichtungen, das heißt Z-Achsenrichtungen, senkrecht zu der Haltefläche des Spanntischs 36. Die erste Brennpunktpositionseinstelleinheit 650 wird durch eine später beschriebene Steuerungseinheit 80 gesteuert.
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Der Spiegel 67 zum Reflektieren paralleler Lichtstrahlen, die zu dem zweiten optischen Pfad 6b geführt werden, um eine optische Pfadbasislänge auszubilden, ist in dem zweiten optischen Pfad 6b angeordnet. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform ist der Spiegel 67 an dem Linsengehäuse 651 der Kondensorlinse 65 montiert.
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Die Berechnungseinheit 7 ist in dem dritten optischen Pfad 6c angeordnet, in dem das Licht, das sich durch den ersten optischen Pfad 6a zurückbewegt, durch den ersten optischen Teiler 62 geteilt wird. Die Berechnungseinheit 7 schließt einen Wellenlängenbandteiler 69 zum Teilen des Lichts mit dem von der Lichtquelle 61 emittierten Wellenlängenband in Licht mit mindestens zwei Wellenlängenbändern und Auswählen des Lichts mit einem der Wellenlängenbänder, die durch einen Auswähleraufbau 692 des Wellenlängenbandteilers 69 geteilt wird, ein. Ein Bildsensor 71 erfasst Interferenzlicht in dem Wellenlängenband, das durch den Wellenlängenbandteiler 69 ausgewählt wird, und die Steuerungseinheit 80 berechnet die Höhe des Halbleiterwafers 10 basierend auf dem erfassten Interferenzlicht.
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Insbesondere schließt der Wellenlängenbandteiler 69 einen dichroitischen Spiegel 691 zum Teilen von Licht LB0, das durch eine Kollimatorlinse 68 ausgebildete Licht mit parallelen Strahlen ist, in Licht LB1 mit einem ersten Wellenlängenband in einem Bereich von 600 bis 800 nm und Licht LB2 mit einem zweiten Wellenlängenband in einem Bereich von 800 bis 900 nm, Übertragen des Lichts LB1 zu einem ersten optischen Teilerpfad 6d und Reflektieren des Lichts LB2 zu einem zweiten optischen Teilerpfad 6e und den Auswähleraufbau 692 ein, der einen ersten Auswähler 692a und einen zweiten Auswähler 692b zum Auswählen des Lichts LB1 oder des Lichts LB2 durch gezieltes Durchlassen und Unterbrechen des Lichts LB1 und des Lichts LB2 einschließt. Der erste Auswähler 692a und der zweite Auswähler 692b weisen Lichtblockierplatten S1 beziehungsweise S2 auf, die jeweils durch ein nicht dargestelltes Betätigungsmittel für ein gezieltes Blockieren und Freigeben des ersten optischen Teilerpfads 6b und des zweiten optischen Teilerpfads 6e betätigbar sind. Die Lichtblockierplatten S1 und S2 werden durch Befehlssignale von der Steuerungseinheit 80 gesteuert, um den Wellenlängenbandteiler 69 gezielt in einen ersten Wahlzustand, in dem der Wellenlängenbandteiler 69 das Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband auswählt und ausgibt, und einen zweiten Wahlzustand versetzt, in dem der Wellenlängenbandteiler 69 das Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband auswählt und ausgibt.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt der Wellenlängenbandteiler 69 ferner einen ersten Bandpassfilter 693 zum Übertragen von Licht mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von nur 820 bis 870 nm, um Lichtrauschen von dem Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband, das durch den Auswähleraufbau 692 ausgewählt wird, zu entfernen, einen zweiten Bandpassfilter 697 zum Übertragen von Licht mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von nur 620 bis 670 nm, um Lichtrauschen von dem Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband, das durch den Auswähleraufbau 692 ausgewählt wird, zu entfernen, ein erstes Beugungsgitter 694 zum Streuen von Licht LB1' von dem Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband, das durch den ersten Bandpassfilter 692 übertragen wird, ein zweites Beugungsgitter 698 zum Streuen von Licht LB2' von dem Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband, das durch den zweiten Bandpassfilter 697 übertragen wird, und einen dichroitischen Spiegel 695 zum Übertragen des durch das erste Beugungsgitter 694 gestreuten Lichts LB1', Reflektieren des durch das zweite Beugungsgitter 698 gestreuten Lichts LB2' und Führen des übertragenen Lichts LB1' und des reflektierten Lichts LB2' durch eine Kondensorlinse 70 zu dem Bildsensor 71 ein.
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Das von dem Wellenlängenbandteiler 69 über den dichroitischen Spiegel 695 emittierte Licht bewegt sich durch die Kondensorlinse 70 zu dem Bildsensor 71, der die Intensität jeder Wellenlänge des gebeugten Lichts erfasst, das sich durch die Kondensorlinse 70 bewegt hat. Ein von dem Bildsensor 71 erfasstes Signal wird zu der Steuerungseinheit 80 gesendet. Basierend auf dem von dem Bildsensor 71 erfassten Signal bestimmt die Steuerungseinheit 80, wie in den 3A und 3B dargestellt, spektrale Interferenzwellenformen. Mit der Steuerungseinheit 80 ist eine Anzeigeeinheit 81 zum Anzeigen verschiedener Informationsteile einschließlich spektrale Interferenzwellenformen verbunden. In den 3A und 3B gibt die horizontale Achse Interferenzlicht-Wellenlängen und die vertikale Achse Lichtintensitäten wieder.
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Die Steuerungseinheit 80 bestimmt spektrale Interferenzwellenformen aus dem erfassten Signal von dem Bildsensor 71, führt eine Wellenformanalyse nach der Fourier-Transformationstheorie oder der Wavelet-Transformationstheorie basierend auf den spektrale Interferenzwellenformen und theoretischen Wellenformfunktionen aus, um den optischen Pfadlängenunterschied zwischen der optischen Pfadlänge des ersten optischen Pfads 6a von der Lichtquelle 61 zu dem an dem Spanntisch 36 gehaltenen Halbleiterwafer 10 und der optischen Pfadlänge des zweiten optischen Pfads 6b von der Lichtquelle 61 zu dem Spiegel 67 zu bestimmen, und bestimmt den Abstand von der Fläche des Spanntischs 36 zu der oberen Fläche des an dem Spanntisch 36 gehaltenen Halbleiterwafers 10 basierend auf der optischen Pfadlängendifferenz. Details solch eines Berechnungsvorgangs sind aus dem wie in dem japanischen offengelegten Patent mit der Nummer 2011-122894 offenbarten Stand der Technik bekannt und werden nachfolgend nicht beschrieben.
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Wiederum Bezug nehmend auf 2 schließt eine Laserstrahlaufbringeinheit 9, die in der Gehäuseeinheit 52 der Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 aufgenommen ist, eine Oszillationseinheit für einen gepulsten Laserstrahl 91 zum Oszillieren eines gepulsten Laserstrahls, der den Halbleiterwafer 10 bearbeitet, und einen dichroitischen Spiegel 92 zum Führen des durch die Oszillationseinheit für einen gepulsten Laserstrahl 91 oszillierten Laserstrahl in Richtung der Kondensorlinse 65 ein. Die Oszillationseinheit 91 für einen gepulsten Laserstrahl schließt einen Oszillator für einen gepulsten Laserstrahl 911, wie zum Beispiel einen YAB-Laseroszillator oder einen YVO4-Laseroszillator und ein mit dem Oszillator für einen gepulsten Laser 911 verbundenes Wiederholfrequenzeinstellmittel 912 ein. Die Oszillationseinheit für einen gepulsten Laserstrahl 91 oszilliert zum Beispiel einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Der dichroitische Spiegel 92, der zwischen der Kondensorlinse 66 und der Kondensorlinse 65 angeordnet ist, überträgt das Licht von der Kondensorlinse 66 durch sich hindurch, führt jedoch den durch die Oszillationseinheit für einen gepulsten Laserstrahl 91 oszillierten Laserstrahl LB in Richtung der Kondensorlinse 65. Mit anderen Worten überträgt der dichroitische Spiegel 92 Licht mit einem Wellenlängenband von 600 bis 900 nm durch sich hindurch, reflektiert jedoch Licht mit anderen Wellenlängen, einschließlich einer Wellenlänge von 1064 nm. Folglich wird der durch die Oszillationseinheit für einen gepulsten Laserstrahl 91 oszillierte gepulste Laserstrahl LB durch den dichroitischen Spiegel 92 in seiner Richtung um 90° verändert, auf die Kondensorlinse 65 aufgebracht, durch die Kondensorlinse 65 fokussiert und auf den an dem Spanntisch 36 gehaltenen Halbleiterwafer 10 aufgebracht.
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Wiederum Bezug nehmend auf 1 schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform eine zweite Brennpunktpositionseinstelleinheit 53 zum Bewegen der Halteeinheit 51 in den Brennpunktpositionseinstellrichtungen, das heißt den Z-Achsenrichtungen, senkrecht zu der Haltefläche des Spanntischs 36 entlang der Führungsschienen 423 an der aufrechten Halterung 422 der bewegbaren Stützbasis 42 ein. Die zweite Brennpunktpositionseinstelleinheit 53 schließt einen nicht dargestellten Außengewindestab, der zwischen den Führungsschienen 423 angeordnet ist und sich parallel zu diesen erstreckt, und einen Drehaktuator 532, wie zum Beispiel einen Schrittmotor oder Ähnliches, zum Drehen des Außengewindestabs um seine eigene Achse ein. Wenn der Drehaktuator 532 aktiviert wird, um den Außengewindestab in der einen oder anderen Richtung zu drehen, wird die Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 in der einen oder der anderen der Z-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 423 bewegt. Wenn insbesondere in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform der Drehaktuator 532 aktiviert beziehungsweise bestromt wird, um sich in einer senkrechten Richtung zu drehen, wird die Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 in 1 nach oben bewegt, und wenn der Drehaktuator 532 aktiviert wird, um sich in einer Rückwärtsrichtung zu drehen, wird die Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 in 1 nach unten bewegt.
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Eine Bildaufnahmeeinheit 95 ist an einem vorderen Ende der Gehäuseeinheit 52 der Höhenerfassungs- und Laseraufbringeinheit 5 montiert. Die Bildaufnahmeeinheit 95 schließt ein übliches Bildaufnahmeelement (CCD) zum Aufnehmen eines Bilds mit sichtbarem Licht, eine Infrarotstrahlungsaufbringeinheit zum Aufbringen einer Infrarotstrahlung auf den Halbleiterwafer 10, ein optisches System zum Empfangen der Infrarotstrahlung von der Infrarotstrahlungsaufbringeinheit und ein Bildaufnahmeelement (Infrarot-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals ein, das der durch das optische System empfangenen Infrarotstrahlung entspricht. Die Bildaufnahmeeinheit sendet ein das aufgenommene Bild wiedergebende Bildsignal an die Steuerungseinheit 80.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben eingerichtet. Ein Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 wird nachfolgend beschrieben. 4 stellt den durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu bearbeitenden Halbleiterwafer 10 perspektivisch dar. Wie in 4 dargestellt, weist der Halbleiterwafer 10 an dessen Stirnseite 10a ein Straßengitter 101 auf, das die Stirnseite 10a in eine Vielzahl von Bereichen abgrenzt, wo Bauelemente 102, wie zum Beispiel ICs, LSI-Schaltkreise oder Ähnliches ausgebildet werden.
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Ein Laserbearbeitungsablauf unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zum Aufbringen eines Laserstrahls auf den Halbleiterwafer 10 entlang der Straßen 101, um in dem Halbleiterwafer 10 entlang der Straßen 101 modifizierte Schichten auszubilden, wird nachfolgend beschrieben. Wenn modifizierte Schichten in dem Halbleiterwafer 10 auszubilden sind, können die modifizierten Schichten dann nicht gleichmäßig auf einer vorbestimmten Tiefe in dem Halbleiterwafer 10 aufgrund von Problemen, zu denen dessen Brechungsindex gehört, ausgebildet werden, wenn die Dicke des Halbleiterwafers 10 Unregelmäßigkeiten aufweist. Bevor der Halbleiterwafer 10 durch den Laserstrahl bearbeitet wird, erfasst daher die oben beschriebene Höhenerfassungseinheit 6 die Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10, der an dem Spanntisch 36 gehalten wird.
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Als Erstes wird der Halbleiterwafer 10 mit einer nach oben gerichteten Rückseite 10b an den Spanntisch 36 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 platziert und unter Saugkraft an dem Spanntisch 36 gehalten. Der Spanntisch 36, an dem der Halbleiterwafer 10 unter Saugkraft gehalten wird, wird durch die Bearbeitungszuführeinheit 37 direkt unter der Bildaufnahmeeinheit 95 positioniert.
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Wenn der Spanntisch 36 direkt unter der Bildaufnahmeeinheit 95 positioniert wird, führen die Bildaufnahmeeinheit 95 und die Steuerungseinheit 80 einen Ausrichtungsvorgang zum Erfassen eines Bereichs des Halbleiterwafers 10 durch, der durch einen Laserstrahl zu bearbeiten ist. Insbesondere führen die Bildaufnahmeeinheit 95 und die Steuerungseinheit 80 zum Positionieren jener Straßen 101 an dem Halbleiterwafer 10, die sich in Bezug auf die Kondensorlinse 65 der Höhenerfassungseinheit 6 der Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 in einer ersten Richtung erstrecken, eine Bildverarbeitungssequenz, wie zum Beispiel eine Mustererkennung oder Ähnliches, aus, um die Straßen 101 zu erfassen, und führen dann an den erfassten Straßen 101 einen Ausrichtungsvorgang durch. Die Bildaufnahmeeinheit 95 und die Steuerungseinheit 80 führen auf ähnliche Weise an erfassten Positionen bei den erfassten Straßen 101 an dem Halbleiterwafer 10, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken, einen Ausrichtungsvorgang aus. Obwohl die Stirnseite 10a des Halbleiterwafers 10, an dem die Straßen 101 ausgebildet werden, in Kontakt mit dem Spanntisch 36 nach unten gerichtet ist, kann die Bildaufnahmeeinheit 95 ein Bild der Straßen 101 durch die Rückseite 10b aufnehmen, da sie, wie oben beschrieben, die Bildaufnahmeeinheit einschließlich der Infrarotstrahlungsaufbringeinheit zum Aufbringen einer Infrarotstrahlung, das optische System zum Empfangen der Infrarotstrahlung von der Infrarotstrahlungsaufbringeinheit und das Bildaufnahmeelement (Infrarot-CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals aufweist, das der durch das optische System empfangenen Infrarotstrahlung entspricht.
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Als Ergebnis des obigen Ausrichtungsvorgangs ist der Halbleiterwafer 10 an dem Spanntisch 36 bei den in 5A dargestellten Koordinatenpositionen positioniert. 5B stellt den Halbleiterwafer 10 an dem Spanntisch 36 dar, der von dem in 5A dargestellten Zustand um 90° gedreht ist.
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5A stellt Zuführstartpositionskoordinatenwerte (A1, A2, A3, ..., An) und Zuführendpositionskoordinatenwerte (B1, B2, B3, ..., Bn) für die Straßen 101 dar, die sich in der ersten Richtung an dem Halbleiterwafer 10 erstrecken, der in den in 5A dargestellten Koordinatenpositionen positioniert ist. 5B stellt Zuführstartpositionskoordinatenwerte (C1, C2, C3, ..., Cn) und Zuführendpositionskoordinatenwerte (D1, D2, D3, ..., Dn) für die Straßen 101 dar, die sich in der zweiten Richtung an dem Halbleiterwafer 10 erstrecken, der bei den in 5B dargestellten Koordinatenpositionen positioniert ist. Daten jener Zuführstartpositionskoordinatenwerte (A1, A2, A3, ..., An), Zuführendpositionskoordinatenwerte (B1, B2, B3, ..., Bn), Zuführstartpositionskoordinatenwerte (C1, C2, C3, ..., Cn) und Zuführendpositionskoordinatenwerte (D1, D2, D3, ..., Dn) , die gemessen werden, werden in einem Speicher der Steuerungseinheit 80 gespeichert.
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Nachdem die Straßen 101 an dem an dem Spanntisch 36 gehaltenen Halbleiterwafer 10 wie oben beschrieben erfasst und ausgerichtet worden sind, wird der Spanntisch 36 zu einer Position der obersten Straße 101 in 5A bewegt, die sich zwischen dem Zuführstartpositionskoordinatenwert (A1) und dem Zuführendpositionskoordinatenwert (B1) erstreckt, direkt unter die Kondensorlinse 65 der Höhenerfassungseinheit 6 bewegt. Dann wird der Spanntisch 36, wie in 6 dargestellt, bewegt, um den Zuführstartpositionskoordinatenwert (A1), der das linke Ende der obersten Straße 101 in 5A wiedergibt, direkt unter der Kondensorlinse 65 zu positionieren.
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Nachdem der Zuführstartpositionskoordinatenwert (A1) direkt unter der Kondensorlinse 65 positioniert worden ist, wird die Höhenerfassungseinheit 6 betätigt, um einen Höhenerfassungsschritt auszuführen. Der Höhenerfassungsschritt wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Bei der Vorbereitung für den Höhenerfassungsschritt werden in Übereinstimmung mit Befehlssignalen der Steuerungseinheit 80 der erste Auswähler 692a und der zweite Auswähler 692b des Auswähleraufbaus 692 auf den ersten Auswahlzustand eingestellt. Insbesondere wird von dem ersten Auswähler 692a, der in dem optischen Pfad des ersten Teilers 6d angeordnet ist, dessen Lichtblockierplatte S1 in Übereinstimmung mit einem Befehlssignal von der Steuerungseinheit 80 durch das nicht dargestellte Betätigungsmittel betätigt, um sich zu der Position zu bewegen, bei welcher die Lichtblockierplatte S1 den optischen Pfad des ersten Teilers 6d freigibt, das heißt zu der Position mit durchgezogener Linie. In diesem Zustand gelangt das Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband, das durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilt wird, durch den ersten Auswähler 692a. Von dem zweiten Auswähler 692b, der in dem optischen Pfad des zweiten Teilers 6e angeordnet ist, wird dessen Lichtblockierplatte S2 in Übereinstimmung mit einem Befehlssignal von der Steuerungseinheit 80 durch das nicht dargestellte Betätigungsmittel betätigt, um sich zu der Position zu bewegen, in welcher die Lichtblockierplatte S2 den optischen Pfad des zweiten Teilers 6e, das heißt die Position mit durchgezogener Linie, blockiert. Das durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilte Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband wird nun durch den zweiten Auswähler 692b unterbrochen und gelangt folglich nicht durch den zweiten Auswähler 692b. In dem ersten Auswahlzustand gelangt nur das durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilte Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband durch den Auswähleraufbau 692, sodass Licht LB1' mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von 820 bis 870, von dem durch den Bandpassfilter 693 Rauschen entfernt worden ist, durch das erste Beugungsgitter 694 gebeugt wird und durch den dichroitischen Spiegel 695 und die Kondensorlinse 70 zu dem Bildsensor 71 gelangt.
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Mit dem Auswähleraufbau 692 in dem ersten Auswahlzustand wird die Höhenerfassungseinheit 6 betätigt, und der Spanntisch 36 wird in der durch den Pfeil X1 in 6 angedeuteten Richtung bewegt, bis der Zuführendpositionskoordinatenwert (B1), der das rechte Ende der obersten Straße 101 in 5A darstellt, direkt unter der Kondensorlinse 65 positioniert ist (Höhenerfassungsschritt). Als Ergebnis wird die Höhe der oberen Fläche, das heißt der Rückseite 10b, von dem Halbleiterwafer 10 entlang der obersten Straße 101 in 5A durch die Höhenerfassungseinheit 6 erfasst.
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Nachdem die Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 entlang der obersten Straße 101 von dem Zuführstartpositionskoordinatenwert (A1) zu dem Zuführendpositionskoordinatenwert (B1) erfasst worden ist, bestätigt der Bediener die durch den Bildsensor 71 erfasste Spektralinterferenzwellenform auf der Anzeigeeinheit 81, die mit der Steuerungseinheit 80 verbunden ist. Wenn, wie oben beschrieben, eine Schicht, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches, auf der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 vorliegt, reflektiert die obere Fläche des Halbleiterwafers 10 darauf aufgebrachtes Licht nicht ausreichend, und die refraktive Interferenzhöhenmessvorrichtung scheitert daran, basierend auf Licht mit einem bestimmten Wellenlängenband, zum Beispiel bei der vorliegenden Ausführungsform das Licht LB1 mit der ersten Wellenlänge, eine refraktive Interferenzwellenform zu erzeugen. Folglich kann eine refraktive Interferenzwellenform, die zum Erfassen der Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 geeignet ist, nicht erzeugt werden, und die Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 kann nicht erfasst werden. Für den Fall, dass keine angemessene refraktive Interferenzwellenform erzeugt wird, während der Wellenlängenbandteiler 69 in dem ersten Auswahlzustand ist, das heißt, das Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband wird in dem Wellenlängenbandteiler 69 ausgewählt, bestimmt der Bediener, dass die obere Fläche des Halbleiterwafers 10 in einem Zustand ist, der zum Reflektieren des Lichts LB1 mit dem ersten Wellenlängenband nicht geeignet ist. Die Steuerungseinheit 80 gibt Befehlssignale aus, um den Wellenlängenbandteiler 69 in den zweiten Auswahlzustand zu bringen, das heißt, das Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband wird in dem Wellenlängenbandteiler 69 ausgewählt.
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Insbesondere wird von dem ersten Auswähler 692a, der in dem optischen Pfad des ersten Teilers 6d angeordnet ist, dessen Lichtblockierplatte S1 entsprechend eines Befehlssignals von der Steuerungseinheit 80 durch das nicht dargestellte Betätigungsmittel betätigt, um sich zu der Position zu bewegen, bei welcher die Lichtblockierplatte S1 den optischen Pfad des ersten Teilers 6d blockiert, das heißt die Position der gestrichelten Linie mit zwei Punkten S1'. In diesem Zustand gelangt das Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband, das durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilt wird, nicht durch den ersten Auswähler 692a, sondern wird durch den ersten Auswähler 692a unterbrochen. Von dem zweiten Auswähler 692b, der in dem optischen Pfad des zweiten Teilers 6e angeordnet ist, wird dessen Lichtblockierplatte S2 in Übereinstimmung mit einem Befehlssignal von der Steuerungseinheit 80 durch das nicht dargestellte Betätigungsmittel betätigt, um sich zu der Position zu bewegen, in welcher die Lichtblockierplatte S2 den optischen Pfad des zweiten Teilers 6e freigibt, das heißt zu der Position mit doppelt gepunkteter gestrichelter Linie S2'. Das Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband, das durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilt wird, wird nicht durch den zweiten Auswähler 692b unterbrochen, sondern gelangt durch den zweiten Auswähler 692b. In dem zweiten Auswahlzustand gelangt nur das Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband, das in dem optischen Pfad des zweiten Teilers 6e durch den dichroitischen Spiegel 691 geteilt wird, durch den Auswähleraufbau 692, sodass Licht LB2' mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von 620 bis 670 nm, von dem durch den Bandpassfilter 697 Rauschen entfernt worden ist, wird durch das zweite Beugungsgitter 698 gebeugt und durch den dichroitischen Spiegel 695 reflektiert wird und durch die Kondensorlinse 70 zu dem Bildsensor 71 gelangt. Das Licht LB2' mit dem zweiten Wellenlängenband, von dem Rauschen entfernt worden ist, wird als Licht ausgewählt, das durch die obere Fläche des Halbleiterwafers 10 gut reflektiert werden kann, auf dem eine Schicht, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches vorliegt. Mit dem Wellenlängenbandteiler 69 in dem zweiten Auswahlzustand kann, wie in 3B dargestellt, eine gute spektrale Interferenzwellenform erhalten werden. Nachdem eine gute spektrale Interferenzwellenform erhalten worden ist, werden die Höhen des Halbleiterwafers 10 bei den jeweiligen Koordinatenwerten erfasst.
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Durch Auswählen von entweder dem ersten Auswahlzustand oder dem zweiten Auswahlzustand für den Wellenlängenbandteiler 69, kann eine geeignete spektrale Interferenzwellenform durch die Höhenerfassungsvorrichtung erzeugt werden, was es der Berechnungseinheit 7 ermöglicht, die Höhe der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 präzise zu erfassen. Die Höhe, die erfasst wird, und eine Koordinatenposition wo die Höhe erfasst wird, werden in dem Speicher der Steuerungseinheit 80 gespeichert. Insbesondere wird der Höhenerfassungsschritt entlang sämtlicher Straßen 101, die an dem Halbleiterwafer 10 ausgebildet sind, ausgeführt und Höhen Z (1,1) bis Z (n, n) der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 bei den jeweiligen Koordinatenpositionen (X1 bis Xn, Y1 bis Yn) der Straßen 101 werden, wie in 7 dargestellt, in dem Speicher der Steuerungseinheit 80 gespeichert.
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Nachdem der Höhenerfassungsschritt entlang sämtlicher Straßen 101 ausgeführt worden ist, die an dem Halbleiterwafer 10 ausgebildet sind, wird ein Laserbearbeitungsschritt zum Ausbilden modifizierter Schichten in dem Halbleiterwafer 10 entlang der Straßen 101 ausgeführt.
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Zum Ausführen des Laserbearbeitungsschritts wird der Spanntisch 36 bewegt, um die oberste Straße 101 in 5A direkt unter der Kondensorlinse 65 zu positionieren, die auch als Kondensorlinse der Laserstrahlaufbringeinheit 9 dient. Dann wird der Spanntisch 36 bewegt, um den Zuführstartpositionskoordinatenwert (A1), der das linke Ende der obersten Straße 101 in 5A darstellt, direkt unter der Kondensorlinse 65 zu positionieren. Danach wird der Brennpunkt P des gepulsten Laserstrahls, der von der Kondensorlinse 65 emittiert wird, auf einer vorbestimmten Tiefe von der oberen Fläche der Halbleitereinheit 10 aus platziert. Die Laserstrahlaufbringeinheit 9 wird dann betätigt, um den gepulsten Laserstrahl durch die Kondensorlinse 65 aufzubringen, während der Spanntisch 36 entlang der obersten Straße 101 mit einer vorbestimmten Bearbeitungszuführgeschwindigkeit (Laserbearbeitungsschritt) für eine Bearbeitung zugeführt wird. Wenn der gepulste Laserstrahl, der von der Kondensorlinse 65 emittiert wird, den Zuführendpositionskoordinatenwert (B1) bei dem rechten Ende der obersten Straße 101 erreicht hat, hört die Laserstrahlaufbringeinheit 9 damit auf, den gepulsten Laserstrahl auf den Halbleiterwafer 10 aufzubringen, und der Spanntisch 36 hört damit auf, sich zu bewegen. Die Steuerungseinheit 80 steuert während des Laserbearbeitungsschritts die erste Brennpunktpositionseinstelleinheit 650 basierend auf dem in dem Speicher gespeicherten Höhen der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 entlang der obersten Straße 101, um die Höhenerfassungs- und Laserstrahlaufbringeinheit 5 in den Z-Achsenrichtungen, das heißt den Brennpunktpositionseinstellrichtungen, zu bewegen, wodurch die Kondensorlinse 6 der Laserstrahlaufbringeinheit 9 um Abstände in vertikaler Richtung bewegt wird, die den Höhen der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 entlang der obersten Straße 101 entsprechen. Als ein Ergebnis werden modifizierte Schichten in dem Halbleiterwafer 10 parallel zu dessen oberen Fläche auf entsprechenden Tiefen von der oberen Fläche des Halbleiterwafers 10 aus ausgebildet.
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Der Laserbearbeitungsschritt wird unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen ausgeführt:
- Laser: gepulster YVO4-Laser
- Wellenlänge: 1064 nm
- Wiederholfrequenz: 100 kHz
- Ausgangsleistung des gepulsten Strahls: 2,5 µJ
- Brennpunktdurchmesser: 1 µm
- Bearbeitungszuführgeschwindigkeit: 100 mm/s
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Nachdem der obige Laserbearbeitungsschritt entlang sämtlicher Straßen 101 ausgeführt worden ist, die sich in der ersten Richtung an dem Halbleiterwafer 10 erstrecken, wird der Spanntisch 36 um seine eigene Achse um 90° gedreht. Dann wird der Laserbearbeitungsschritt entlang sämtlicher Straßen 101 ausgeführt, die sich an dem Halbleiterwafer 10 in der zweiten Richtung erstrecken. Auf diese Weise wird der Laserbearbeitungsschritt entlang sämtlicher Straßen 101 an dem Halbleiterwafer 10 ausgeführt. Danach wird der Spanntisch 36, der an sich den Halbleiterwafer 10 hält, zu der Position zurückgeführt, wo er anfänglich den Halbleiterwafer 10 unter Saugkraft gehalten hat, und dann den Halbleiterwafer 10 freigibt, der einem Trennschritt durch ein nicht dargestelltes Trennmittel zugeführt wird.
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Bei der obigen Ausführungsform ist die Höhenerfassungsvorrichtung zum Erfassen der Höhe des Werkstücks an dem Spanntisch in der Laserbearbeitungsvorrichtung eingebaut. Jedoch kann die Höhenerfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einer anderen Bearbeitungsvorrichtung eingebaut sein, wie zum Beispiel einer Schneidvorrichtung mit einer Schneidklinge.
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Bei der obigen Ausführungsform ist darüber hinaus die Lichtquelle 61, die zu der Höhenerfassungseinheit 6 gehört, eingerichtet, Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband zu emittieren, das ein Wellenlängenband in einem Bereich von 620 bis 870 nm einschließt. So ein Wellenlängenband ist ausgewählt, sodass die Lichtquelle 61 Licht mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von 820 bis 870 nm emittieren kann, das von der oberen Fläche eines Halbleiterwafers gut reflektiert werden kann, der keine Schicht, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches aufweist, und ebenso Licht mit einem Wellenlängenband in einem Bereich von 620 bis 670 nm emittieren kann, das von der oberen Fläche eines Halbleiterwafers gut reflektiert werden kann, auf dem eine Schicht, wie zum Beispiel eine Oxidschicht, eine Isolierschicht oder Ähnliches vorliegt. Jedoch kann die Lichtquelle frei konfigurierbar sein, um Licht mit einem Wellenlängenband in Abhängigkeit von Reflexionseigenschaften eines zu bearbeitenden Werkstücks zu emittieren.
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Bei der obigen Ausführungsform teilt der Wellenlängenbandteiler 69 von der Lichtquelle 61 emittiertes Licht in Licht mit zwei Wellenlängenbändern. In Abhängigkeit eines Schichttyps, der auf der Oberfläche eines Werkstücks aufgebracht wird, kann der Wellenlängenbandteiler eingerichtet sein, von der Lichtquelle 61 emittiertes Licht in Licht mit drei oder mehr Wellenlängenbändern zu teilen, das jeweils zu einem Zeitpunkt für eine Höhenerfassung ausgewählt werden kann. In Übereinstimmung mit einem für so eine Abwandlung vorgeschlagenen Aufbau kann ein Satz mit einem dichroitischen Spiegel, einer Lichtblockierplatte, einem Beugungsgitter, einem weiterer dichroitischer Spiegel usw. in entweder einem oder beiden des optischen Pfads des ersten Teilers und des optischen Pfads des zweiten Teilers angeordnet sein, die sich von dem dichroitischen Spiegel 691 des Wellenlängenbandteilers 69, der in 2 dargestellt wird, zum Teilen von Licht, das von der Lichtquelle 61 emittiert wird, in Licht mit drei oder mehr Wellenlängenbändern verzweigen.
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Der Wellenlängenbandteiler 69 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform schließt den ersten und zweiten Bandpassfilter 693 und 697 zum Entfernen von Rauschen von dem Licht LB1 mit dem ersten Wellenlängenband und dem Licht LB2 mit dem zweiten Wellenlängenband ein. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind der erste und zweite Bandpassfilter 693 und 697 keine unverzichtbare Notwendigkeit. Wenn ein Bildsensor mit einer höheren Auflösung verwendet wird, können der erste und zweite Bandpassfilter 693 und 697 weggelassen werden, und die Lichter LB1 und LB2 mit nicht davon entferntem Rauschen können durch die Beugungsgitter für eine spektrale Interferenz und Analyse gestreut werden. Jedoch ermöglicht ein Wellenlängenband, das durch Entfernen von Rauschen zum Erzeugen einer spektralen Interferenzwellenform begrenzt ist, einen Bildsensor mit einer niedrigeren Auflösung, wie zum Beispiel den Bildsensor 71, zum Analysieren einer spektralen Interferenzwellenform für eine präzise Höhenerfassung zu verwenden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3408805 [0003]
- JP 2014221483 [0003]
- JP 2011122894 [0004, 0005]
