DE102020209872A1

DE102020209872A1 - Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren für Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020209872A1
Application number: DE102020209872.7A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Yoshikawa
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-02-11
Also published as: JP7305271B2; KR20210018045A; JP2021023978A; US20210039197A1; TW202106433A; CN112338352A

Abstract

Ein Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück mit einem Laserstrahl einer Wellenlänge mit Absorption im Werkstück bearbeitet. Das Verfahren weist auf: einen Halteschritt zum Halten des Werkstücks durch einen Einspanntisch der Laserbearbeitungsvorrichtung, einen Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt zum Bewegens des Werkstücks und eines Bündelungspunktes des Laserstrahls relativ zueinander in einer vorbestimmten Richtung, die eine Dickenrichtung des Werkstücks rechtwinklig schneidet, während der Bündelungspunkt in der Höhe geändert wird, um dadurch eine Bearbeitungsmarkierung auf einer Oberseite des Werkstücks zu bilden, einen Abbildungsschritt zum Abbilden einer Vielzahl von Bereichen der Bearbeitungsmarkierung, die in dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt gebildet wurde, und einen Bestätigungsschritt zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung basierend auf Bildern, die in dem Abbildungsschritt erfasst wurden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück mit einem Laserstrahl einer Wellenlänge mit Absorption im Werkstück bearbeitet.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Bauelemente für den Einbau in eine Vielzahl von elektronischen Geräten werden durch Definieren einer Vorderseite eines Wafers in eine Vielzahl von Bereichen mit projizierten Teilungslinien (Straßen), die in einem Gittermuster angeordnet sind, Bilden von Bauelementen wie z.B. integrierten Schaltkreisen in den einzelnen Bereichen und anschließendes Teilen des Wafers entlang der einzelnen Straßen erhalten. Bei der Teilung eines plattenförmigen Werkstücks, wie z.B. eines Wafers, wird z.B. eine Laserbearbeitungsvorrichtung verwendet. Eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung enthält eine Laserstrahlbestrahlungseinheit, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge abstrahlen kann, die im Werkstück eine Absorption aufweist (siehe z.B. JP 2007-275912 A ).
Die Laserstrahlbestrahlungseinheit enthält im Allgemeinen einen Laseroszillator und ein optisches System mit einer Vielzahl von optischen Komponenten wie Spiegeln und Linsen. Ein am Laseroszillator erzeugter Laserstrahl wird mittels des optischen Systems zu einem Werkstück geführt. Das optische System enthält eine Sammellinse zum Bündeln des Laserstrahls. Wenn der Laserstrahl eine Wellenlänge hat, die im Werkstück absorbierbar ist, werden durch Ablationsbearbeitung Nuten oder dergleichen im Werkstück gebildet, wenn der Laserstrahl auf das Werkstück gestrahlt wird, nachdem er durch die Sammellinse fokussiert wurde. Die Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung kann sich jedoch ändern, wenn unter Vibrationen, Hitze und/oder dergleichen eine Abweichung in der Position, des Winkels oder ähnliches von einer der optischen Komponenten auftritt. Eine solche Änderung der Bearbeitungsleistung erlaubt keine adäquate Bearbeitung des Werkstücks mehr.
Dementsprechend können Arbeiten durchgeführt werden, um die Höhenposition eines Bündelungspunktes zu bestätigen, indem ein Werkstück auf einer Versuchsbasis einer Ablationsbearbeitung unterzogen wird, wobei eine Sammellinse in Höhen positioniert wird, die von einer voreingestellten Höhe abweichen (siehe z.B. JP 2013-78785 A ). Bei dem in JP 2013-78785 A beschriebenen Verfahren besteht jedoch die Notwendigkeit, eine Vielzahl von linearen bearbeiteten Nuten zu bilden, indem die Sammellinse in einer Vielzahl von unterschiedlichen Höhen positioniert und das Werkstück einer Ablationsbearbeitung unterzogen wird, wobei die Sammellinse in den einzelnen Höhen fixiert wird. Es ergibt sich daher das Problem, dass die für die Bearbeitung des Werkstücks benötigte Zeit mit zunehmender Anzahl der Bearbeitungsnuten länger wird. Wenn die Anzahl der Bearbeitungsnuten zunimmt, reicht ein einzelnes Werkstück möglicherweise nicht mehr aus, so dass möglicherweise mehrere Werkstücke benötigt werden. Dementsprechend besteht auch das Problem einer Vergrößerung des Verwendungsbereichs in einem Werkstück oder des Verbrauchs von Werkstücken.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf solche Probleme hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe einer Verkürzung der Bearbeitungszeit und einer Verringerung des Verwendungsbereichs in einem Werkstück zur Testbearbeitung oder des Verbrauchs von Werkstücken zur Testbearbeitung bei der Bestätigung der Bearbeitungsleistung einer Laserbearbeitungsvorrichtung.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren für eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen, die ein Werkstück mit einem Laserstrahl einer Wellenlänge mit Absorption im Werkstück bearbeitet. Das Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren weist auf: einen Halteschritt zum Halten des Werkstücks durch einen Einspanntisch der Laserbearbeitungsvorrichtung, einen Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt zum Bewegens des Werkstücks und eines Bündelungspunktes des Laserstrahls relativ zueinander in einer vorbestimmten Richtung, die eine Dickenrichtung des Werkstücks rechtwinklig schneidet, während der Bündelungspunkt in der Höhe geändert wird, um dadurch eine Bearbeitungsmarkierung auf einer Oberseite des Werkstücks zu bilden, einen Abbildungsschritt zum Abbilden einer Vielzahl von Bereichen der Bearbeitungsmarkierung, die in dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt gebildet wurde, und einen Bestätigungsschritt zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung basierend auf einer Vielzahl von Bildern, die in dem Abbildungsschritt erfasst wurden.
Vorzugsweise kann in dem Abbildungsschritt ein erster Bereich abgebildet werden, der einen Teil enthält, in dem die Bearbeitungsmarkierung in einer Richtung, die die Dickenrichtung und die vorbestimmte Richtung rechtwinklig schneidet, die kleinste Breite hat, und der Bestätigungsschritt kann einen Höhenpositionspezifizierungsschritt zum Spezifizieren, basierend auf einem Bild des ersten Bereichs, einer Höhe, bei der eine Sammellinse der Laserbearbeitungsvorrichtung positioniert wird, wenn die Bearbeitungsmarkierung der kleinsten Breite gebildet werden soll, aufweisen.
Vorzugsweise kann der Bestätigungsschritt aufweisen: einen Abweichungserfassungsschritt zum Erfassen, in jedem von mindestens zwei verschiedenen Bereichen, einer Abweichung zwischen einer Bezugslinie, die in einem Abbildungsbereich einer Abbildungseinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung festgelegt ist, und einer Mittellinie, die in einer Breitenmitte der Bearbeitungsmarkierung in einer Richtung angeordnet ist, die die vorbestimmte Richtung rechtwinklig schneidet und parallel zu der vorbestimmten Richtung ist, und einen Anpassungs-Notwendigkeits-/Nichtnotwendigkeitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, nach dem Abweichungserfassungsschritt, dass eine Anpassung eines optischen Systems für die Bestrahlung des Laserstrahls auf das Werkstück nicht erforderlich ist, wenn die Abweichung in jedem der mindestens zwei verschiedenen Bereiche innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt, aber zum Bestimmen, nach dem Abweichungserfassungsschritt, dass eine Anpassung des optischen Systems für die Bestrahlung des Laserstrahls auf das Werkstück erforderlich ist, wenn die Abweichung in jedem der mindestens zwei verschiedenen Bereiche außerhalb des akzeptablen Bereichs liegt.
Vorzugsweise kann der Bestätigungsschritt aufweisen: einen Erfassungsschritt zum Erfassen eines dunklen Bereichs, der eine Helligkeit aufweist, der nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, in einem Gesamtbild der Bearbeitungsmarkierung, das basierend auf den einzelnen Bildern der Vielzahl von in dem Abbildungsschritt abgebildeten Bereichen gebildet wird, einen Berechnungsschritt zum Berechnen eines Höhenbereichs, der dem dunklen Bereich entspricht, einer Sammellinse der Laserbearbeitungsvorrichtung und einen Aufnahmeschritt zum Aufnehmen der Ergebnisse des Berechnungsschritts, und wobei das Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren ferner aufweisen kann: einen zeitabhängigen Änderungsbestätigungsschritt zum Wiederholen einer Vielzahl von Malen einer Reihe von Schritten aufweisend den Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt, den Abbildungsschritt, den Erfassungsschritt, den Berechnungsschritt und den Aufnahmeschritt, und zum Vergleichen von Ergebnissen der Reihe von Schritten, die in den Wiederholungen des Aufnahmeschritts aufgenommen wurden, um dadurch Änderungen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung mit der Zeit zu bestätigen.
Bei dem Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung für die Laserbearbeitungsvorrichtung werden das Werkstück und der Bündelungspunkt des Laserstrahls relativ zueinander in der vorbestimmten Richtung bewegt, die die Dickenrichtung des Werkstücks rechtwinklig schneidet, während der Bündelungspunkt in der Höhe geändert wird, um dadurch die Bearbeitungsmarkierung an der Oberseite des Werkstücks zu bilden (Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt). Dann wird die im Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt gebildete Bearbeitungsmarkierung in einer Vielzahl von Bereichen davon abgebildet (Abbildungsschritt), und basierend auf einer Vielzahl von im Abbildungsschritt erfassten Bildern wird die Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung bestätigt (Bestätigungsschritt). Durch Bilden einer einzigen linearen Bearbeitungsmarkierung an der Oberseite eines Werkstücks, während die Höhe des Bündelungspunkts eines Laserstrahls wie oben beschrieben geändert wird, ist es möglich, Ergebnisse der Bearbeitung zu erhalten, wobei der Bündelungspunkt auf mehreren Höhen positioniert ist. Die Bearbeitungszeit kann daher im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Vielzahl von linearen Bearbeitungsmarkierungen gebildet wird, verkürzt werden. Ferner können gewünschte Bearbeitungsergebnisse durch Bilden mindestens einer linearen Bearbeitungsmarkierung erzielt werden. Verglichen mit dem Fall, bei dem eine Vielzahl von linearen Bearbeitungsmarkierungen gebildet wird, kann somit der Verwendungsbereich in einem Werkstück zur Testbearbeitung oder der Verbrauch von Werkstücken zur Testbearbeitung reduziert werden.
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise ihrer Realisierung werden deutlicher werden durch, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden durch, ein Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen oder veranschaulichen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung;
2 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht eines Werkstücks und eines Kondensors, die schematisch einen Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt veranschaulicht;
3 ist eine Draufsicht von oben auf das Werkstück, die schematisch ein ganzes Bild einer Bearbeitungsmarkierung darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm eines Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform für die Laserbearbeitungsvorrichtung;
5A ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines zweiten Bereichs einer Bearbeitungsmarkierung;
5B ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines ersten Bereichs der Bearbeitungsmarkierung;
5C ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines dritten Bereichs der Bearbeitungsmarkierung;
6A ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines zweiten Bereichs einer anderen Bearbeitungsmarkierung;
6B ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines ersten Bereichs einer anderen Bearbeitungsmarkierung;
6C ist ein schematisches Diagramm eines Bildes eines dritten Bereichs der anderen Bearbeitungsmarkierung;
7 ist ein Flussdiagramm eines Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform für eine Laserbearbeitungsvorrichtung;
8A ist ein schematisches Diagramm eines Hell/Dunkel-Bildes einer ersten Bearbeitungsmarkierung;
8B ist ein schematisches Diagramm eines Hell/Dunkel-Bildes einer zweiten Bearbeitungsmarkierung;
8C ist ein schematisches Diagramm eines Hell/Dunkel-Bildes einer dritten Bearbeitungsmarkierung;
8D ist ein schematisches Diagramm eines Hell/Dunkel-Bildes einer vierten Bearbeitungsmarkierung;
9 ist ein Flussdiagramm eines Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform für eine Laserbearbeitungsvorrichtung; und
10 ist ein Diagramm, das die Breiten der dunklen Bereiche darstellt, die den Höhen einer Sammellinse entsprechen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsformen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung 2. In 1 wird ein Bestandteilselement der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 als funktionaler Block dargestellt. Ferner sind eine X-Achsenrichtung (Bearbeitungsvorschubrichtung), eine Y-Achsenrichtung (Indexiervorschubrichtung) und eine Z-Achsenrichtung (Höhenrichtung), auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, senkrecht zueinander. Wie in 1 dargestellt, enthält die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eine Basis 4, die einzelne Bestandteilselemente stützt. Auf einer Oberseite der Basis 4 ist ein Horizontalbewegungsmechanismus (Bearbeitungsvorschubmechanismus, Indexierungsvorschubmechanismus) 6 angeordnet. Der Horizontalbewegungsmechanismus 6 hat ein Paar Y-Achsen-Führungsschienen 8, die an der Oberseite der Basis 4 befestigt sind und im Wesentlichen parallel zur Y-Achsenrichtung verlaufen.
An den Y-Achsen-Führungsschienen 8 ist ein Y-Achsen-Verschiebetisch 10 verschiebbar befestigt. Auf der Seite einer Unterseite des Y-Achsen-Verschiebetisches 10 ist ein Mutternabschnitt (nicht abgebildet) angeordnet. An dem Mutternabschnitt des Y-Achsen-Verschiebetisches 10 ist ein Y-Achsen-Kugelgewindetrieb 12, der im Wesentlichen parallel zu den Y-Achsen-Führungsschienen 8 ist, in einer drehbaren Weise verbunden. An einem Endabschnitt des Y-Achsen-Kugelgewindetriebs 12 ist ein Y-Achsen-Impulsmotor 14 angeschlossen. Wenn der Y-Achsen-Kugelgewindetrieb 12 durch den Y-Achsen-Impulsmotor 14 gedreht wird, wird der Y-Achsen-Verschiebetisch 10 in Y-Achsenrichtung entlang der Y-Achsen-Führungsschienen 8 bewegt.
Auf einer Oberseite des Y-Achsen-Verschiebetisches 10 ist ein Paar X-Achsen-Führungsschienen 16 angeordnet, die im Wesentlichen parallel zur X-Achsenrichtung verlaufen. An den X-Achsen-Führungsschienen 16 ist ein X-Achsen-Verschiebetisch 18 verschiebbar befestigt. Auf der Seite einer Unterseite des X-Achsen-Verschiebetisches 18 ist ein Mutternabschnitt (nicht abgebildet) angeordnet. An dem Mutternabschnitt des X-Achsen-Verschiebetisches 18 ist ein X-Achsen-Kugelgewindetrieb 20, der im Wesentlichen parallel zu den X-Achsen-Führungsschienen 16 ist, in einer drehbaren Weise verbunden. An einem Endabschnitt des X-Achsen-Kugelgewindetriebs 20 ist ein X-Achsen-Impulsmotor 22 angeschlossen. Wenn der X-Achsen-Kugelgewindetrieb 20 durch den X-Achsen-Impulsmotor 22 gedreht wird, wird der X-Achsen-Verschiebetisch 18 in X-Achsenrichtung entlang der X-Achsen-Führungsschienen 16 bewegt.
Auf der Seite einer Oberseite des X-Achsen-Verschiebetisches 18 ist eine zylindrische Tischbasis 24 angeordnet. Auf einem oberen Abschnitt der Tischbasis 24 ist ein Einspanntisch 26 angeordnet. An einem unteren Abschnitt der Tischbasis 24 ist eine Drehantriebsquelle (nicht abgebildet), wie z.B. ein Motor, angeschlossen. Durch die von der Drehantriebsquelle erzeugte Kraft wird der Einspanntisch 26 um seine Drehachse gedreht, die im Wesentlichen parallel zur Z-Achsenrichtung verläuft. Ferner werden die Tischbasis 24 und der Einspanntisch 26 durch den oben erwähnten Horizontalbewegungsmechanismus 6 in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung bewegt.
An einem äußeren Umfangsabschnitt des Einspanntisches 26 sind vier Klemmen 28 so eingerichtet, dass sie so in Kombination arbeiten, dass ein ringförmiger Metallrahmen 15 befestigt ist. An einem Abschnitt des Einspanntisches 26, der sich auf der Seite einer Oberseite des Einspanntisches 26 befindet, ist eine scheibenförmige poröse Platte, die z.B. mit einem porösen Material ausgebildet ist, angeordnet. Die poröse Platte ist über eine im Inneren des Einspanntisches 26 angeordnete Saugleitung oder dergleichen (nicht abgebildet) mit einer Saugquelle (nicht abgebildet), wie z.B. einem Vakuumejektor, verbunden. Bei Betätigung der Saugquelle wird auf einer im Wesentlichen ebenen Oberseite der porösen Platte ein Unterdruck erzeugt, so dass die Oberseite als Haltefläche 26a fungiert, die ein an der Oberseite platziertes Werkstück 11 oder dergleichen unter Saugwirkung hält.
Das Werkstück 11 hat eine Plattenform mit einer Oberseite 11a und einer Unterseite 11b, die im Wesentlichen planar und parallel zueinander sind. Das Werkstück 11 in dieser Ausführungsform ist ein aus Silizium gebildeter Wafer, aber das Werkstück 11 kann auch aus anderen Halbleitern als Silizium, Keramik, Harz, Metall, Glas oder dergleichen gebildet sein. Bei der Bearbeitung des Werkstücks 11 durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 wird ein Klebeband (Zerteilungsband) 13 mit einem Durchmesser, der größer als der des Werkstücks 11 ist, auf die Unterseite 11b des Werkstücks 11 geklebt. Ferner wird der ringförmige Metallrahmen 15 an einen äußeren Umfangsabschnitt des Klebebandes 13 geklebt. Infolgedessen wird eine Rahmeneinheit 17 ausgebildet, bei der das Werkstück 11 über das Klebeband 13 an dem Rahmen 15 gelagert wird.
In einem Bereich auf einer Seite des Horizontalbewegungsmechanismus 6, gesehen in der Y-Achsenrichtung, ist eine säulenförmige Stützstruktur 30 angeordnet. Die säulenförmige Stützstruktur 30 hat eine erste Seitenwand, die im Wesentlichen senkrecht zur X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung ist. An der ersten Seitenwand der Stützstruktur 30 ist ein Höhenanpassungsmechanismus 32 angeordnet. Der Höhenanpassungsmechanismus 32 enthält ein Paar Z-Achsen-Führungsschienen 34, die an der ersten Seitenwand befestigt sind und im Wesentlichen parallel zur Z-Achsenrichtung sind. An den Z-Achsen-Führungsschienen 34 ist ein Z-Achsen-Verschiebetisch 36 verschiebbar befestigt.
Auf einer Rückseite (der Seite der Z-Achsen-Führungsschienen 34) des Z-Achsen-Verschiebetisches 36 ist ein Mutternabschnitt (nicht abgebildet) angeordnet. An dem Mutternabschnitt des Z-Achsen-Verschiebetisches 36 ist ein Z-Achsen-Kugelgewindetrieb (nicht abgebildet), der im Wesentlichen parallel zu den Z-Achsen-Führungsschienen 34 ist, drehbar verbunden. An einem Endabschnitt des Z-Achsen-Kugelgewindetriebs ist ein Z-Achsen-Impulsmotor 38 angeschlossen. Wenn der Z-Achsen-Kugelgewindetrieb durch den Z-Achsen-Impulsmotor 38 gedreht wird, wird der Z-Achsen-Verschiebetisch 36 in Z-Achsenrichtung entlang der Z-Achsen-Führungsschienen 34 bewegt.
Auf einer Vorderseite des Z-Achsen-Verschiebetisches 36 ist ein Halter 40 befestigt, und eine Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 ist an einem Abschnitt davon an dem Halter 40 befestigt. Die Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 hat einen Laseroszillator (nicht abgebildet), der z.B. an der Basis 4 befestigt ist. Der Laseroszillator enthält ein für Laseroszillation geeignetes Lasermedium, wie z.B. Nd:YAG, und erzeugt einen gepulsten Laserstrahl einer Wellenlänge (z.B. eine Wellenlänge von 355 nm) mit Absorption im Werkstück 11 (z.B. mittlere Leistung: 1,0 W, Wiederholungsfrequenz: 10 kHz).
Der erzeugte Laserstrahl wird zur Seite eines zylindrischen Gehäuses 44 emittiert, das an dem Halter 40 befestigt ist. Das Gehäuse 44 nimmt darin einen Abschnitt eines optischen Systems auf, das die Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 bildet. Dieses optische System enthält in erster Linie optische Komponenten wie Spiegel und Linsen. Das Gehäuse 44 führt den Laserstrahl, der von dem Laseroszillator abgestrahlt wurde, zu einem Kondensor 46, der in Y-Achsenrichtung gesehen an einem Endabschnitt des Gehäuses 44 angeordnet ist.
Ein weiterer Abschnitt des optischen Systems, der die Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 bildet, ist in dem Kondensor 46 angeordnet. Der Laserstrahl wird von dem Gehäuse 44 zu dem Kondensor 46 geführt, und sein Weg wird durch einen im Kondensor 46 angeordneten Spiegel (nicht abgebildet) oder dergleichen nach unten abgelenkt. Anschließend tritt der Laserstrahl in eine Sammellinse 46a (siehe 2) ein, die im Inneren des Kondensors 46 befestigt ist. Der Laserstrahl wird dann von dem Kondensor 46 auf das Werkstück 11 gestrahlt, so dass der Laserstrahl außerhalb der Sammellinse 46a fokussiert wird.
In einem Bereich auf einer Seite des Kondensors 46, in X-Achsenrichtung gesehen, ist eine Abbildungseinheit 48 angeordnet. Die Abbildungseinheit 48 ist an dem Gehäuse 44 der Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 befestigt. Die Abbildungseinheit 48 enthält z.B. einen CMOS-Bildsensor (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor), einen CCD-Bildsensor (CCD: Charge Coupled Device) oder dergleichen. Die Abbildungseinheit 48 wird verwendet, wenn das Werkstück 11, das von dem Einspanntisch 26 gehalten wird, auf der Seite seiner Oberseite 11a abgebildet wird. Ein oberer Abschnitt der Basis 4 wird durch eine Abdeckung (nicht abgebildet) abgedeckt, die die einzelnen Bestandteilselemente darin aufnehmen kann. An einer Seitenwand der Abdeckung ist als Benutzerschnittstelle ein Touchpanel-Display 50 angeordnet.
Eine Vielzahl von Bedingungen, die zum Beispiel bei der Bearbeitung des Werkstücks 11 angewendet werden, wird über die Anzeige 50 in die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eingegeben. Ferner werden die an der Abbildungseinheit 48 erzeugten Bilder auch auf dem Display 50 angezeigt. Wie aus dem Vorstehenden leicht zu erkennen ist, fungiert das Display 50 als Eingabe-/Ausgabevorrichtung. Bestandteilselemente wie der Horizontalbewegungsmechanismus 6, der Höhenanpassungsmechanismus 32, die Laserstrahlbestrahlungseinheit 42, die Abbildungseinheit 48 und das Display 50 sind jeweils mit einer Steuereinheit 52 verbunden. Die Steuereinheit 52 steuert die oben genannten einzelnen Bestandteilselemente gemäß einer Reihe von Schritten, die für die Bearbeitung des Werkstücks 11 erforderlich sind.
Die Steuereinheit 52 ist aus einem Computer, der eine Verarbeitungsvorrichtung, wie z.B. eine Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), und eine Speichereinrichtung, wie z.B. einen Flash-Speicher, enthält, konfiguriert. Durch Betreiben der Verarbeitungsvorrichtung mit Software, wie z.B. Programmen, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, funktioniert die Steuereinheit 52 als spezifisches Mittel, in dem die Software und die Bearbeitungsvorrichtung (eine Hardwareressource) zusammen kooperieren. Die Steuereinheit 52 enthält einen Bildverarbeitungsabschnitt (nicht abgebildet), der eine Verarbeitung zur Kantenerfassung von Bildern durchführt, die mit der Abbildungseinheit 48 aufgenommen wurden. Der Bildverarbeitungsabschnitt führt zusätzlich zur Kantenerfassung auch eine Bildverarbeitung zum Zusammenfügen einer Vielzahl von Bildern durch. Ferner führt der Bildverarbeitungsabschnitt auch eine Messung der Breite und Länge jedes Messziels und eine Berechnung der Koordinaten der Kanten jedes Messziels durch.
Die Steuereinheit 52 enthält auch einen Berechnungsabschnitt (nicht abgebildet), der vorgegebene Berechnungen durchführt. Der Berechnungsabschnitt berechnet die Koordinaten eines Bündelungspunktes 23 (siehe 2), die Höhe der Sammellinse 46a und dergleichen basierend auf einer Zeit t (d.h. einer Zeit, die von dem Zeitpunkt des Starts der Bearbeitung an verstrichen ist), einer Bewegungsgeschwindigkeit Vx des Einspanntisches 26 in X-Achsenrichtung, einer Bewegungsgeschwindigkeit Vz der Sammellinse 46a in Z-Achsenrichtung, einer Anfangsposition der Sammellinse 46a und dergleichen. Unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 wird als nächstes ein Verfahren zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 durch Bearbeitung des Werkstücks 11 mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm eines Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2.
Beim Bearbeiten des Werkstücks 11 mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 wird die Rahmeneinheit 17 zunächst so auf dem Einspanntisch 26 platziert, dass das Werkstück 11 an der Oberseite 11a davon freiliegt. Dann wird die Saugquelle betätigt, so dass das Werkstück 11 auf der Seite seiner Unterseite 11b über das Klebeband 13 auf der Haltefläche 26a gehalten wird [Halteschritt (S10)]. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt der Rahmen 15 an seinen vier Umfangsabschnitten durch die vier Klemmen 28 fixiert wird. Nach dem Halteschritt (S10) wird das Werkstück 11 auf der Seite seiner Oberseite 11a einer Ablationsbearbeitung unterzogen, so dass an der Oberseite 11a eine Bearbeitungsmarkierung 25 aufweisend eine Nut, Rauhigkeit oder dergleichen entsteht [Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20)]. 2 ist eine Teilquerschnittsseitenansicht des Werkstücks 11 und des Kondensors 46, die den Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) schematisch veranschaulicht. 3 ist eine Draufsicht von oben auf das Werkstück 11, die schematisch ein ganzes Bild der Bearbeitungsmarkierung 25 zeigt.
Im Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) werden das Werkstück 11 und der Kondensor 46 durch den Horizontalbewegungsmechanismus 6 relativ zueinander in X-Achsenrichtung bewegt, während der Kondensor 46 durch den Höhenanpassungsmechanismus 32 mit einem auf das Werkstück 11 gestrahlten Laserstrahl 21 in Z-Achsenrichtung bewegt wird. Wie oben beschrieben, wird im Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) dieser Ausführungsform eine zweiachsige Bewegungsbearbeitung durchgeführt, d.h. der X-Achsen-Kugelgewindetrieb 20 des Horizontalbewegungsmechanismus 6 wird bewegt, während der Z-Achsen-Kugelgewindetrieb des Höhenanpassungsmechanismus 32 mit dem auf das Werkstück 11 gestrahlten Laserstrahl 21 bewegt wird.
Wenn der Einspanntisch 26 in der X-Achsenrichtung (der Richtung des Pfeils X1) bewegt wird, die die Dickenrichtung des Werkstücks 11, das über das Klebeband 13 auf der Haltefläche 26a gehalten wird, rechtwinklig schneidet (mit anderen Worten die Z-Achsenrichtung), bewegen sich das Werkstück 11 und die Sammellinse 46a relativ zueinander in der X-Achsenrichtung. Die Distanz der Relativbewegung zwischen dem Einspanntisch 26 und der Sammellinse 46a wird z.B. als 50 mm angenommen. Wenn das Werkstück 11 und die Sammellinse 46a mit dem auf das Werkstück 11 gestrahlten Laserstrahl 21 relativ zueinander in X-Achsenrichtung bewegt werden, wird das Werkstück 11 an dem Bündelungspunkt 23 bearbeitet, der sich in X-Achsenrichtung bewegt.
Die Sammellinse 46a ist innerhalb des Kondensors 46 befestigt, so dass die Bewegung der Sammellinse 46 mit der Bewegung der Sammellinse 46a gleichgesetzt werden kann. Wenn sich die Sammellinse 46a bewegt, bewegt sich auch die Höhe des Bündelungspunktes 23 des Laserstrahls 21, der durch die Sammellinse 46a auf eine vorbestimmte Höhe fokussiert wird, mit. Wenn sich z.B. die Sammellinse 46a nach oben bewegt, bewegt sich auch die Höhe des Bündelungspunktes 23 des Laserstrahls 21 nach oben. Die Distanz der Bewegung der Sammellinse 46a wird z.B. als 0,6 mm angenommen. In dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) ist die Sammellinse 46a zunächst auf einer Höhe A₁ positioniert. Die Höhe A₁ wird so eingestellt, dass die Distanz zwischen der Sammellinse 46a und der Oberseite 11a kleiner wird als die Brennweite der Sammellinse 46a. Wenn sich die Sammellinse 46a auf der Höhe A₁ befindet, liegt der Bündelungspunkt 23 des Laserstrahls 21 niedriger als die Oberseite 11a und innerhalb des Werkstücks 11. In diesem Fall kommt der Laserstrahl 21 in einen so genannten negativen Defokussierungszustand (nachfolgend „negativer DF-Zustand“). Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt die X-Koordinate des Bündelungspunktes 23 z.B. x₁ ist.
Wenn nachfolgend der Einspanntisch 26 in Richtung des Pfeils X₁ bewegt wird, während die Sammellinse 46a nach oben bewegt wird, erreicht die Sammellinse 46a eine Höhe A₂. Zu diesem Zeitpunkt wird die Distanz zwischen der Sammellinse 46a und der Oberseite 11a z.B. gleich der Brennweite der Sammellinse 46a. Wenn die Distanz zwischen der Höhe A₂ und der Oberseite 11a gleich der Brennweite der Sammellinse 46a ist, kommt Laserstrahl 21 in einen sogenannten genauen Fokussierungszustand (nachfolgend „JF-Zustand“, englisch „just focus State"), bei dem sich sein Bündelungspunkt 23 an der Oberseite 11a befindet. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt die X-Koordinate des Bündelungspunktes 23 x₂ ist, die relativ zu x₁ in einer zu dem Pfeil X₁ entgegengesetzten Richtung liegt.
Wenn der Einspanntisch 26 weiter in Richtung des Pfeils X₁ bewegt wird, während die Sammellinse 46a weiter nach oben bewegt wird, erreicht die Sammellinse 46a eine Höhe A₃. Die Höhe A₃ wird so eingestellt, dass die Distanz zwischen der Sammellinse 46a und der Oberseite 11a größer wird als die Brennweite der Sammellinse 46a. Wenn sich die Sammellinse 46a auf der Höhe A3 befindet, befindet sich der Bündelungspunkt 23 des Laserstrahls 21 oberhalb der Oberseite 11a. In diesem Fall kommt der Laserstrahl 21 in einen so genannten positiven Defokussierungszustand (nachfolgend „positiver DF-Zustand“). Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt die X-Koordinate des Bündelungspunktes 23 x₃ ist, die relativ zu x₂ in der zu dem Pfeil X₁ entgegengesetzten Richtung liegt.
Wenn sich die Sammellinse 46a auf der Höhe A₂ befindet, hat die Bearbeitungsmarkierung 25, die sich bei x₂ befindet, eine Breite (eine Länge in Y-Achsenrichtung), die, wie in einem ersten Bereich 25a von 3 dargestellt, im Vergleich zu den Breiten anderer Positionen der Bearbeitungsmarkierung 25 in X-Achsenrichtung am kleinsten ist. Wenn sich die Sammellinse 46a dagegen auf der Höhe A₁ oder der Höhe A₃ befindet, wird der Laserstrahl 21 auf einen breiten Bereich der Oberseite 11a gestrahlt, verglichen mit dem Fall, in dem sich die Sammellinse 46a auf der Höhe A₂ befindet.
Daher hat die Bearbeitungsmarkierung 25 bei x₁ und x₃ eine größere Breite als die Bearbeitungsmarkierung 25 bei x₂. Wie in 3 dargestellt, sind ein zweiter Bereich 25b (ein Bereich aufweisend x₁) und ein dritter Bereich 25c (ein Bereich aufweisend x₃) Bereiche mit großen Breiten im Vergleich zum ersten Bereich 25a. Wie oben beschrieben, ermöglicht das Ausbilden der einzelnen linearen Bearbeitungsmarkierung 25 auf der Oberseite 11a bei gleichzeitiger kontinuierlicher Änderung der Höhe des Bündelungspunktes 23 des Laserstrahls 21 die Erzielung von Bearbeitungsergebnissen einschließlich einer Menge an Information, die derjenigen entspricht, die verfügbar ist, wenn der Bündelungspunkt 23 in einer Vielzahl von Höhen positioniert ist.
Daher kann die Bearbeitungszeit im Vergleich zu dem Fall verkürzt werden, bei dem eine Vielzahl von linearen Bearbeitungsnuten in einem Werkstück gebildet wird, während eine Sammellinse in einer Vielzahl von verschiedenen Höhen positioniert wird. Ferner ermöglicht das Bilden mindestens einer linearen Bearbeitungsmarkierung 25 die Erzielung gewünschter Bearbeitungsergebnisse, so dass der Verwendungsbereich in einem Werkstück 11 zur Testbearbeitung oder der Verbrauch von Werkstücken 11 zur Testbearbeitung im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Vielzahl von linearen Bearbeitungsnuten gebildet wird, reduziert werden kann. Nach dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) wird eine Vielzahl von Bereichen einschließlich des oben erwähnten ersten Bereichs 25a, zweiten Bereichs 25b und dritten Bereichs 25c von der Abbildungseinheit 48 abgebildet [Abbildungsschritt (S30)]. Basierend auf den in dem Abbildungsschritt (S30) erfassten Bildern wird dann die Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 bestätigt [Bestätigungsschritt (S40)].
Im Bestätigungsschritt (S40) der ersten Ausführungsform wird, basierend auf dem Bild des ersten Bereichs 25a, die Höhe der Sammellinse 46a (mit anderen Worten: des Kondensors 46) bei Bildung der Bearbeitungsmarkierung 25 der kleinsten Breite spezifiziert (Höhenpositionspezifizierungsschritt). Genauer beschrieben, spezifiziert der Bildverarbeitungsabschnitt der Steuereinheit 52 zunächst die X-Koordinate (mit anderen Worten: x₂ wie oben erwähnt) des Bündelungspunktes 23, wenn die Bearbeitungsmarkierung 25 die kleinste Breite im Bild des ersten Bereichs 25a hat. Der Berechnungsabschnitt der Steuereinheit 52 berechnet nachfolgend die Zeit t (mit anderen Worten: die Zeit, die von dem Zeitpunkt des Starts der Bearbeitung verstrichen ist), wenn der Bündelungspunkt 23 bei x₂ liegt. Basierend auf der Zeit t, einer Bewegungsgeschwindigkeit Vz, der Anfangsposition der Sammellinse 46a und dergleichen wird dann eine Berechnung durchgeführt, um die Höhe (Z-Koordinate) der Sammellinse 46a zu erhalten, wenn sich der Bündelungspunkt 23 bei x₂ befindet.
In dieser Ausführungsform ermöglicht das Bilden der einzigen linearen Bearbeitungsmarkierung 25, wie oben beschrieben, das Spezifizieren der Höhe der Sammellinse 46a wenn der Bündelungspunkt 23 bei x₂ ist. Verglichen mit dem Fall, bei dem zur Bestätigung der Höhe eines Bündelungspunktes eine Vielzahl von Bearbeitungsnuten gebildet wird, ist es dementsprechend möglich, die Bearbeitungszeit zu verkürzen und auch den Verwendungsbereich in dem Werkstück 11 oder den Verbrauch der Werkstücke 11 zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass sich bei kontinuierlichem Einsatz der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 für eine bestimmte Zeit oder länger die Höhe des Bündelungspunktes 23 durch in der Sammellinse 46a induzierte thermische Linsenwirkung oder dergleichen verändern kann. Solche Höhenänderungen des Bündelungspunktes 23 (mit anderen Worten: zeitabhängige Änderungen in der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2) können auch dann bestätigt werden, wenn die in dieser Ausführungsform beschriebenen Schritte S10 bis S40 eine Vielzahl von Malen wiederholt werden.
Unter Bezugnahme auf 5A bis 5C, 6A bis 6C und 7 wird als nächstes ein Verfahren zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung gemäß einer zweiten Ausführungsform für eine Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm eines Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2. In der zweiten Ausführungsform werden der Halteschritt (S10), der Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) und der Abbildungsschritt (S30) wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt. In einem Bestätigungsschritt (S40) der zweiten Ausführungsform wird jedoch ein Abweichungserfassungsschritt (S42) durchgeführt, um Abweichungen zwischen einer Bezugslinie und einer Mittellinie zu erfassen, die sich entlang der Breitenmitte einer Bearbeitungsmarkierung 25 in Y-Achsenrichtung befindet und parallel zur X-Achsenrichtung ist.
5A bis 5C sind schematische Diagramme von Bildern der Bearbeitungsmarkierung 25, die im Abweichungserfassungsschritt (S42) verwendet werden. Die in den schematischen Diagrammen von 5A bis 5C dargestellten Bilder werden aufgenommen, während ein Werkstück 11 durch den Horizontalbewegungsmechanismus 6 parallel in X-Achsenrichtung bewegt wird, wobei die Abbildungseinheit 48 über der Bearbeitungsmarkierung 25 positioniert ist. 5A ist das schematische Diagramm des Bildes eines zweiten Bereichs 25b der Bearbeitungsmarkierung 25, 5B ist das schematische Diagramm des Bildes eines ersten Bereichs 25a der Bearbeitungsmarkierung 25 und 5C ist das schematische Diagramm des Bildes eines dritten Bereichs 25c der Bearbeitungsmarkierung 25. Es ist zu beachten, dass sich die im Abweichungserfassungsschritt (S42) verwendeten Bilder von den im Abbildungsschritt (S30) erfassten Bildern dadurch unterscheiden, dass eine erste Bezugslinie 50a, die parallel zur X-Achsenrichtung ist, und eine zweite Bezugslinie 50b, die parallel zur Y-Achsenrichtung ist, hinzugefügt wurden.
Die erste Bezugslinie 50a und die zweite Bezugslinie 50b werden nicht auf der eigentlichen Bearbeitungsmarkierung 25 gebildet, sondern in einem Abbildungsbereich festgelegt, wenn die Bearbeitungsmarkierung 25 von der Abbildungseinheit 48 abgebildet wird. Die erste Bezugslinie 50a und die zweite Bezugslinie 50b bilden ein Linienkreuz, um eine Mitte des Abbildungsbereichs anzuzeigen. Es ist zu beachten, dass die erste Bezugslinie 50a die gleiche Y-Koordinate in 5A bis 5C hat. In 5A bis 5C ist auch eine Mittellinie 27 dargestellt. Diese Mittellinie 27 ist in jedem Bereich entlang der Mitte in Y-Achsenrichtung der Bearbeitungsmarkierung 25 angeordnet. Es ist auch zu beachten, dass die Mittellinie 27 und die erste Bezugslinie 50a in 5A bis 5C einander überlappen.
Im Abweichungserfassungsschritt (S42) erfasst z.B. die Steuereinheit 52 z.B. mit ihrem Bildverarbeitungsabschnitt Abweichungen B, die z.B. einer in 6A angezeigten Abweichung B₁ und einer in 6C angezeigten Abweichung B₂ entsprechen, zwischen der ersten Bezugslinie 50a und der Mittellinie 27 in Y-Achsenrichtung. Es ist zu beachten, dass eine ausführende Instanz für den Abweichungserfassungsschritt (S42) nicht auf die Steuereinheit 52 beschränkt ist, sondern ein Bediener sein kann. Im Abweichungserfassungsschritt (S42) werden die Abweichungen B zwischen der ersten Bezugslinie 50a und der Mittellinie 27 in Y-Achsenrichtung im zweiten Bereich 25b und im dritten Bereich 25c erfasst, wobei die Y-Koordinate der ersten Bezugslinie 50a und die der Mittellinie 27 z.B. im ersten Bereich 25a zusammenfallen (5B). Für die Abweichungen B wird vorher ein akzeptabler Bereich festgelegt. Der akzeptable Bereich für die Abweichungen B beträgt beispielsweise -5 µm und größer und +5 um und kleiner, vorzugsweise -3 µm und größer und +3 um und kleiner. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Abweichungen B als negativ angenommen werden, wenn die Mittellinie 27 auf einer Seite der ersten Bezugslinie 50a in Y-Achsenrichtung liegt, und die Abweichungen B als positiv, wenn die Mittellinie 27 auf der anderen Seite der ersten Bezugslinie 50a in Y-Achsenrichtung liegt.
Im Bestätigungsschritt (S40) der zweiten Ausführungsform wird ein Anpassungs-Notwendigkeits-/Nichtnotwendigkeitsbestimmungsschritt (S43) durchgeführt, um basierend auf den im Abweichungserfassungsschritt (S42) festgestellten Abweichungen B zu bestimmen, ob eine Anpassung erforderlich ist, damit das optische System den Laserstrahl 21 auf das Werkstück 11 strahlen kann. Im Fall der in den 5A bis 5C dargestellten Bearbeitungsmarkierung 25 sind diese Abweichungen B im Wesentlichen Null. In dem ersten Bereichs 25a, dem zweiten Bereich 25b und dem dritten Bereich 25c liegen die Abweichungen B innerhalb des akzeptablen Bereichs. Wenn dies der Fall ist, bestimmt die Steuereinheit 52, dass eine Anpassung des optischen Systems nicht erforderlich ist (JA in S43).
Die Position, an der der Laserstrahl 21 auf das Werkstück 11 gestrahlt wird, kann sich jedoch in Abhängigkeit von einer Abweichung der Position, des Winkels oder dergleichen einer optischen Komponente wie z.B. eines Spiegels oder einer Linse ändern. Zum Beispiel kann der Laserstrahl 21 in die Sammellinse 46a mit einer Neigung zur optischen Achse der Sammellinse 46a eintreten, gemäß einer Abweichung der Position, des Winkels oder dergleichen einer optischen Komponente. Wenn dies der Fall ist, ändert sich die Einstrahlposition des Laserstrahls 21 im Vergleich zu derjenigen in einem Fall, in dem der Laserstrahl 21 parallel zu seiner optischen Achse in die Sammellinse 46a eintritt.
6A bis 6C sind schematische Darstellungen von Bildern einer anderen Bearbeitungsmarkierung 25, die durch die Schritte S10 und S20 gebildet wurde. Die in den schematischen Diagrammen von 6A bis 6C dargestellten Bilder werden aufgenommen, während ein Werkstück 11 parallel durch den Horizontalbewegungsmechanismus 6 in X-Achsenrichtung bewegt wird, wobei die Abbildungseinheit 48 über der anderen Bearbeitungsmarkierung 25 positioniert wird. 6A ist das schematische Diagramm des Bildes eines zweiten Bereichs 25b der anderen Bearbeitungsmarkierung 25, 6B ist das schematische Diagramm des Bildes eines ersten Bereichs 25a der anderen Bearbeitungsmarkierung 25 und 6C ist das schematische Diagramm des Bildes eines dritten Bereichs 25c der anderen Bearbeitungsmarkierung 25.
Im Abweichungserfassungsschritt (S42) auf der anderen Bearbeitungsmarkierung 25 erkennt der Bildverarbeitungsabschnitt auch Abweichungen B zwischen einer ersten Bezugslinie 50a und einer Mittellinie 27 in Y-Achsenrichtung. In 6A befindet sich die Mittellinie 27, die durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, an einer Position, die von der ersten Bezugslinie 50a um 10 µm in Richtung einer Seite der Y-Achsenrichtung entfernt ist. Mit anderen Worten liegt eine Abweichung B₁ (-10 µm) zwischen der Mittellinie 27 und der ersten Bezugslinie 50a außerhalb des akzeptablen Bereichs. In 6C befindet sich die Mittellinie 26, die durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, auf der anderen Seite der Y-Achsenrichtung in Bezug auf die erste Bezugslinie 50a, und eine Abweichung B₂ (+10 µm) zwischen der Mittellinie 27 und der ersten Bezugslinie 50a liegt ebenfalls außerhalb des akzeptablen Bereichs. In 6B hingegen überlappen die Mittellinie 27 und die erste Bezugslinie 50a einander, so dass die Abweichungen B zwischen der Mittellinie 27 und der ersten Bezugslinie 50a innerhalb des akzeptablen Bereichs liegen.
Wie oben beschrieben, liegen die Abweichungen B in der Y-Achsenrichtung zwischen der Mittellinie 27 und der ersten Bezugslinie 50a in dem zweiten Bereich 25b (6A) und dem dritten Bereich 25c (6C) außerhalb des akzeptablen Bereichs (NEIN in S43). Wenn dies der Fall ist, bestimmt die Steuereinheit 52 im Anpassungs-Notwendigkeits-/Nichtnotwendigkeitsbestimmungsschritt (S43), dass eine Anpassung erforderlich ist, damit das optische System den Laserstrahl 21 auf das Werkstück 11 strahlen kann. In der zweiten Ausführungsform kann eine Abweichung des optischen Systems der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 durch Bilden der einzelnen linearen Bearbeitungsmarkierung 25 bestätigt werden. Es ist demnach möglich, zu bestätigen, ob der Laserstrahl 21 mit einer Neigung zur optischen Achse der Kondensorlinse 46a eintritt oder nicht.
Nachdem die Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 wie oben beschrieben bestätigt wurde, passt der Bediener z.B. die Position, den Winkel oder dergleichen einer optischen Komponente, wie eines Spiegels, einer Linse oder dergleichen, an [Anpassungsschritt des optischen Systems (S44)]. Nach dem Anpassungsschritt des optischen Systems (S44) werden die Schritte S20 bis S43 erneut ausgeführt. Wenn die Abweichungen B in den mindestens zwei verschiedenen Bereichen, wie z.B. denjenigen, die den zweiten Bereich 25b und den dritten Bereich 25 enthalten, innerhalb des akzeptablen Bereichs liegen, wird der Ablauf des Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beendet. Wenn die Abweichungen B jedoch außerhalb des akzeptablen Bereichs liegen, werden der Schritt S44 und die Schritte S20 bis S43 wiederholt, bis die Abweichungen B nicht mehr vorhanden sind.
Es ist zu beachten, dass in den 5B und 6B die Beispiele dargestellt sind, in denen die erste Bezugslinie 50a und die Mittellinie 27 überlappend angeordnet sind. Die erste Bezugslinie 50a kann jedoch an einer Stelle angeordnet sein, die von der Mittellinie 27 um eine vorbestimmte Distanz C in Y-Achsenrichtung entfernt ist. Wenn dies der Fall ist, werden die Werte, die durch Subtraktion der vorbestimmten Distanz C von den Abweichungen B zwischen der ersten Bezugslinie 50a und der Mittellinie 27 erhalten werden (konkret die Größen von B minus C), im Abweichungserfassungsschritt (S42) als tatsächliche Abweichungen erfasst. Je nachdem, ob diese tatsächlichen Abweichungen innerhalb des akzeptablen Bereichs liegen oder nicht, wird dann im Anpassungs-Notwendigkeits-/Nichtnotwendigkeitsbestimmungsschritt (S43) bestimmt, ob eine Anpassung des optischen Systems erforderlich ist oder nicht. Es ist zu beachten, dass die Bereiche der Bearbeitungsmarkierung 25, die der Abbildung und Erfassung im Abbildungsschritt (S30) und im Abweichungserfassungsschritt (S42) unterzogen werden, nicht nur auf den zweiten Bereich 25b und den dritten Bereich 25c beschränkt sind, sondern beliebige Bereiche sein können, wenn sie zwei oder mehr gewünschte Bereiche der Bearbeitungsmarkierung 25 enthalten.
Unter Verwendung der 8A bis 8D und 9 wird als nächstes ein Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform für eine Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm des Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2. In der dritten Ausführungsform bestimmt eine Steuereinheit 52 zunächst, ob seit der letzten Bestätigung der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eine vorbestimmte Zeitperiode (z.B. mehrere Stunden, ein Tag, eine Woche oder ein Monat) verstrichen ist oder nicht [Bestimmungsschritt für die verstrichene Zeitspanne (S5)]. Es ist zu beachten, dass der Bediener bestimmen kann, ob die vorher vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist oder nicht.
Ist die vorbestimmte Zeitperiode nicht verstrichen (NEIN in S5), erfolgt eine entsprechende Anzeige auf dem Display 50. Wenn dies der Fall ist, wird die Bearbeitung eines Werkstücks 11 nicht durchgeführt. Wenn jedoch die vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist (JA in S5), erfolgt eine entsprechende Anzeige auf dem Display 50. Bei JA in S5, sendet der Bediener z.B. über das Display 50 einen Befehl an die Steuereinheit 52, um die Bearbeitung zu starten. Infolgedessen wird die Bearbeitung des Werkstücks 11 gestartet, und ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform werden nacheinander der Halteschritt (S10), ein Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) und ein Abbildungsschritt (S30) durchgeführt.
In dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) der dritten Ausführungsform werden eine oder mehrere (z.B. vier) Bearbeitungsmarkierungen 25 in jeweils unterschiedlichen Bereichen auf der Seite einer Oberseite 11a des Werkstücks 11 gebildet. Im Abbildungsschritt (S30) wird dann der Einspanntisch 26 in X-Achsenrichtung bewegt, wobei die Abbildungseinheit 48 über einer der Bearbeitungsmarkierungen 25 positioniert wird. Auf diese Weise wird die eine Bearbeitungsmarkierung 25 in der Vielzahl von Bereichen abgebildet. Im Abbildungsschritt (S30) werden die einzelnen Bereiche z.B. so abgebildet, dass sich die abgebildeten Bereiche teilweise überlappen. Der Bildverarbeitungsabschnitt der Steuereinheit 52 verbindet dann die mehreren Bereiche miteinander, so dass ein Gesamtbild der einen Bearbeitungsmarkierung 25 entsteht. Auf ähnliche Weise werden Gesamtbilder der einzelnen Bearbeitungsmarkierungen 25 aufgenommen.
In einem ersten Bereich 25a und seiner Umgebung wird die Oberseite 11a mit einer Energie bearbeitet, die größer ist als eine Bearbeitungsschwelle für das Werkstück 11. In dem Bereich, in dem die Energie größer als die Bearbeitungsschwelle ist, wird eine Rauigkeit ausgebildet. Dieser Bereich wird daher als ein dunkler Bereich 25d mit einer Helligkeit von einem vorbestimmten Wert oder kleiner abgebildet, aus dem Grund, dass das Licht diffus reflektiert wird (siehe 8A bis 8D). In einem zweiten Bereich 25b und einem dritten Bereich 25c und deren Umgebung wird dagegen das Werkstück 11 auf der Seite der Oberseite 11a mit einer Energie bearbeitet, die kleiner ist als die Bearbeitungsschwelle für das Werkstück 11. Die Bereiche, die mit einer Energie, die kleiner als die Bearbeitungsschwelle ist, bearbeitet werden, werden zu hellen Bereichen 25e mit einer Helligkeit größer als der vorbestimmte Wert, im Gegensatz zum ersten Bereich 25a (siehe 8A bis 8D). Es ist zu beachten, dass in den 8A bis 8D gestrichelte Linien entlang der Konturen der hellen Bereiche 25e gezeichnet sind.
Im Abbildungsschritt (S30) der dritten Ausführungsform werden Hell/Dunkel-Bilder erfasst, die jeweils einen relativ schwärzlichen dunklen Bereich 25d und relativ weißliche helle Bereiche 25e enthalten. 8A ist ein schematisches Diagramm des Hell/Dunkel-Bildes einer ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1, wenn der Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) mit einer auf 1,0 W eingestellten mittleren Leistung des Laserstrahls 21 durchgeführt wurde. Im Bestätigungsschritt (S40) der dritten Ausführungsform erfasst ein Bildverarbeitungsabschnitt einer Steuereinheit 52 anstelle des Schritts S40 der ersten Ausführungsform zunächst den dunklen Bereich 25d der mindestens einen Bearbeitungsmarkierung 25 [Erfassungsschritt (S46)].
Nach dem Erfassungsschritt (S46) berechnet ein Berechnungsschritt der Steuereinheit 52 den Bereich einer Höhe A (siehe 10) der Sammellinse 46a, der einer Länge L des dunklen Bereichs 25d der mindestens einen Bearbeitungsmarkierung 25 in X-Achsenrichtung entspricht [Berechnungsschritt (S47)]. Berechnet werden z.B. die Höhe (unteres Ende) der Sammellinse 46a, die der X-Koordinate (x_1A) eines Endabschnitts auf der anderen Seite des dunklen Bereichs 25d der ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1 in X-Achsenrichtung entspricht, und die Höhe (oberes Ende) der Sammellinse 46a, die der X-Koordinate (x_1B) eines Endabschnitts auf der einen Seite des dunklen Bereichs 25d der ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1 in X-Achsenrichtung entspricht. Der so berechnete Bereich der Höhe A der Sammellinse 46a wird in der Speichereinrichtung der Steuereinheit [Aufnahmeeinheit (S48)] aufgenommen.
Die Reihe von Schritten, die den Halteschritt (S10), den Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20), den Abbildungsschritt (S30), den Erfassungsschritt (S46), den Berechnungsschritt (S47) und den Aufnahmeschritt (S48), wie oben beschrieben, aufweist, wird in jeder vorbestimmten Zeitperiode (z.B. alle paar Stunden, jeden Tag, jede Woche oder jeden Monat) durchgeführt. In jedem Aufnahmeschritt (S48) werden die Ergebnisse der wie oben beschrieben durchgeführten Schrittfolge aufgenommen. Ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der in den Wiederholungen des Aufnahmeschrittes (S48) aufgenommenen Reihe von Schritten ermöglicht es, zeitabhängige Änderungen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 zu bestätigen (zeitabhängiger Änderungsbestätigungsschritt). Durch Beobachtung zeitabhängiger Änderungen des Bereichs der Höhe A der Sammellinse 46a entsprechend der Länge des dunklen Bereichs 25d der Bearbeitungsmarkierung 25, die durch den Laserstrahl 21 mit einer mittleren Leistung von 1,0 W gebildet wurde, in X-Achsenrichtung, wie in jeder vorbestimmten Zeitperiode aufgenommen, kann beispielsweise bestimmt werden, ob eine Anomalie an der Laserstrahlbestrahlungseinheit 42 aufgetreten ist oder nicht. In den oben beschriebenen Wiederholungen des Aufnahmeschritts (S48) wird der Bereich der Höhe A entsprechend der ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1 aufgenommen. Alternativ kann eine Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen 25 gebildet werden, und der zeitabhängige Änderungsbestätigungsschritt kann dann auf jeder Bearbeitungsmarkierung 25 durchgeführt werden.
8B ist ein schematisches Diagramm des Hell-/Dunkel-Bildes einer zweiten Bearbeitungsmarkierung 25-2, wenn der Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) mit einer auf 0,8 W eingestellten mittleren Leistung des Laserstrahls 21 durchgeführt wurde. 8C ist ein schematisches Diagramm des Hell-/Dunkel-Bildes einer dritten Bearbeitungsmarkierung 25-3, wenn der Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) mit einer auf 0,6 W eingestellten mittleren Leistung des Laserstrahls 21 durchgeführt wurde. Ferner ist 8D ein schematisches Diagramm des Hell-/Dunkel-Bildes einer vierten Bearbeitungsmarkierung 25-4, wenn der Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt (S20) mit einer auf 0,3 W eingestellten durchschnittlichen Leistung des Laserstrahls 21 durchgeführt wurde. Die Länge L des dunklen Bereichs 25d in X-Achsenrichtung wird mit abnehmender durchschnittlicher Leistung kürzer. Die in 8A dargestellte erste Bearbeitungsmarkierung 25-1 hat die größte Länge L₁, und die in 8B dargestellte zweite Bearbeitungsmarkierung 25-2 hat eine Länge L₂, die kürzer als die Länge L₁ ist. Die dritte Bearbeitungsmarkierung 25-3 in 8C hat eine Länge L₃, die kürzer als die Länge L₂ ist, und die vierte Bearbeitungsmarkierung 25-4 in 8D hat eine Länge L₄, die kürzer als die Länge L₃ ist.
Bei der Durchführung des zeitabhängigen Änderungsbestätigungsschritts auf jeder Bearbeitungsmarkierung 25 werden der Erfassungsschritt (S46), der Berechnungsschritt (S47) und der Aufnahmeschritt (S48) auf jeder der ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1 bis vierten Bearbeitungsmarkierung 25-4 durchgeführt. Im Berechnungsschritt (S47) werden die Bereiche der Höhen A der Sammellinse 46a berechnet, die den Koordinaten x_2A und x_2B entsprechen, die sich an den gegenüberliegenden Enden des dunklen Bereichs 25d der zweiten Bearbeitungsmarkierung 25-2 in X-Achsenrichtung befinden. Ferner werden die Bereiche der Höhen A der Sammellinse 46a berechnet, die den Koordinaten x_3A und x_3B entsprechen, die sich an den gegenüberliegenden Enden des dunklen Bereichs 25d der dritten Bearbeitungsmarkierung 25-3 in X-Achsenrichtung befinden.
Ferner werden die Bereiche der Höhen A der Sammellinse 46a berechnet, die den Koordinaten x_4A und x_4B entsprechen, die sich an den gegenüberliegenden Enden des dunklen Bereichs 25d der vierten Bearbeitungsmarkierung 25-4 in X-Achsenrichtung befinden. Die Bereiche der einzelnen Höhen A, wie oben berechnet, werden dann im Aufnahmeschritt (S48) aufgenommen. Infolgedessen können zeitabhängige Änderungen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 bestätigt werden. In dieser Ausführungsform ermöglicht die Bildung der Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen 25 mit den Laserstrahlen 21 der verschiedenen mittleren Leistungen das Spezifizieren des Bereichs der Höhe A der Sammellinse 46a, die den dunklen Bereich 25d entsprechend jeder mittleren Leistung des Laserstrahls 21 bildet. Es ist daher auch möglich, optimale Bearbeitungsbedingungen (z.B. den Wert einer optimalen mittleren Leistung, die größer ist als die Bearbeitungsschwelle für das Werkstück 11) für das Werkstück 11 zu spezifizieren.
In dem oben erwähnten Erfassungsschritt (S46) wird die Länge L des dunklen Bereichs 25d in X-Achsenrichtung erfasst. Zusätzlich zu dieser Länge L kann ferner auch die Breite W des dunklen Bereichs 25d in Y-Achsenrichtung erfasst werden. Entsprechend dieser Breite W kann im Berechnungsschritt (S47) auch die Höhe A der Sammellinse 46a berechnet werden. 10 ist eine Diagramm, das die Breiten W der dunklen Bereiche 25d entsprechend den Höhen A der Sammellinse 46a darstellt. Die Abszisse in 10 legt die Höhe A, bei der der Bündelungspunkt 23 in einen JF-Zustand kommt, als null fest, stellt die Höhen A, bei denen der Bündelungspunkt 23 in einen negativen DF-Zustand kommt, als negativ dar und stellt die Höhen A, bei denen der Bündelungspunkt 23 in einen positiven DF-Zustand kommt, als positiv dar. Andererseits stellt die Ordinate in 10 die Breite W jedes dunklen Bereichs 25d dar.
Der berechnete Bereich der Höhe A wird in der Speichereinrichtung der Steuereinheit 52 aufgenommen [Aufnahmeschritt (S48)]. Die Reihe von Schritten, die den Erfassungsschritt (S46), den Berechnungsschritt (S47) und den Aufnahmeschritt (S48) enthält, wird dann in jeder vorbestimmten Zeitperiode (z.B. alle paar Stunden, jeden Tag, jede Woche oder jeden Monat) wiederholt. In der Vielzahl von Wiederholungen des Aufnahmeschritts (S48) werden die Ergebnisse der Reihe von Schritten, die wie oben beschrieben durchgeführt werden, aufgenommen. Ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der in den Wiederholungen des Aufnahmeschrittes (S48) aufgenommenen Reihe von Schritten ermöglicht es, zeitabhängige Änderungen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 zu bestätigen. Wie in 10 dargestellt, werden in den Wiederholungen des Aufnahmeschrittes (S48) die Bereiche der Höhen A, die allen von der ersten Bearbeitungsmarkierung 25-1 bis zur vierten Bearbeitungsmarkierung 25-4 entsprechen, aufgenommen. Als Alternative kann jedoch auch der Bereich der Höhe A, der mindestens einer Bearbeitungsmarkierung 25 entspricht, aufgenommen werden.
Ferner können die Strukturen, die Verfahren und dergleichen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen bei Bedarf mit Änderungen oder Modifikationen angewendet werden, sofern diese Änderungen oder Modifikationen nicht von dem Umfang der Gegenstände der vorliegenden Erfindung abweichen. Beispielsweise können die erste Ausführungsform, die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Ferner können das Werkstück 11 und die Sammellinse 46a relativ zueinander in Y-Achsenrichtung statt in X-Achsenrichtung bewegt werden, obwohl sie in den oben beschriebenen Ausführungsformen relativ zueinander in X-Achsenrichtung bewegt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, und alle Änderungen und Modifikationen, die in den Bereich der Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche fallen, sind daher von der Erfindung erfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007275912 A [0002]
JP 2013078785 A [0004]

Claims

Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück mit einem Laserstrahl einer Wellenlänge mit Absorption im Werkstück bearbeitet, wobei das Verfahren aufweist: einen Halteschritt zum Halten des Werkstücks durch einen Einspanntisch der Laserbearbeitungsvorrichtung; einen Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt zum Bewegens des Werkstücks und eines Bündelungspunktes des Laserstrahls relativ zueinander in einer vorbestimmten Richtung, die eine Dickenrichtung des Werkstücks rechtwinklig schneidet, während der Bündelungspunkt in der Höhe geändert wird, um dadurch eine Bearbeitungsmarkierung auf einer Oberseite des Werkstücks zu bilden; einen Abbildungsschritt zum Abbilden einer Vielzahl von Bereichen der Bearbeitungsmarkierung, die in dem Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt gebildet wurde; und einen Bestätigungsschritt zum Bestätigen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung basierend auf einer Vielzahl von Bildern, die in dem Abbildungsschritt erfasst wurden.
Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Abbildungsschritt ein erster Bereich abgebildet wird, der einen Teil enthält, in dem die Bearbeitungsmarkierung in einer Richtung, die die Dickenrichtung und die vorbestimmte Richtung rechtwinklig schneidet, die kleinste Breite hat, und der Bestätigungsschritt aufweist: einen Höhenpositionspezifizierungsschritt zum Spezifizieren, basierend auf einem Bild des ersten Bereichs, einer Höhe, bei der eine Sammellinse der Laserbearbeitungsvorrichtung positioniert wird, wenn die Bearbeitungsmarkierung der kleinsten Breite gebildet werden soll.
Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Bestätigungsschritt aufweist: einen Abweichungserfassungsschritt zum Erfassen, in jedem von mindestens zwei verschiedenen Bereichen, einer Abweichung zwischen einer Bezugslinie, die in einem Abbildungsbereich einer Abbildungseinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung festgelegt ist, und einer Mittellinie, die in einer Breitenmitte der Bearbeitungsmarkierung in einer Richtung angeordnet ist, die die vorbestimmte Richtung rechtwinklig schneidet und parallel zu der vorbestimmten Richtung ist, und einen Anpassungs-Notwendigkeits-/Nichtnotwendigkeitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, nach dem Abweichungserfassungsschritt, dass eine Anpassung eines optischen Systems für die Bestrahlung des Laserstrahls auf das Werkstück nicht erforderlich ist, wenn die Abweichung in jedem der mindestens zwei verschiedenen Bereiche innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt, aber zum Bestimmen, nach dem Abweichungserfassungsschritt, dass eine Anpassung des optischen Systems für die Bestrahlung des Laserstrahls auf das Werkstück erforderlich ist, wenn die Abweichung in jedem der mindestens zwei verschiedenen Bereiche außerhalb des akzeptablen Bereichs liegt.
Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Bestätigungsschritt aufweist: einen Erfassungsschritt zum Erfassen eines dunklen Bereichs, der eine Helligkeit aufweist, der nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, in einem Gesamtbild der Bearbeitungsmarkierung, das basierend auf den einzelnen Bildern der Vielzahl von in dem Abbildungsschritt abgebildeten Bereichen gebildet wird, einen Berechnungsschritt zum Berechnen eines Höhenbereichs, der dem dunklen Bereich entspricht, einer Sammellinse der Laserbearbeitungsvorrichtung und einen Aufnahmeschritt zum Aufnehmen der Ergebnisse des Berechnungsschritts, wobei das Bearbeitungsleistungsbestätigungsverfahren ferner aufweist: einen zeitabhängigen Änderungsbestätigungsschritt zum Wiederholen einer Vielzahl von Malen einer Reihe von Schritten aufweisend den Bearbeitungsmarkierungsausbildungsschritt, den Abbildungsschritt, den Erfassungsschritt, den Berechnungsschritt und den Aufnahmeschritt, und zum Vergleichen von Ergebnissen der Reihe von Schritten, die in den Wiederholungen des Aufnahmeschritts aufgenommen wurden, um dadurch Änderungen der Bearbeitungsleistung der Laserbearbeitungsvorrichtung mit der Zeit zu bestätigen.