-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung und insbesondere eine Technologie zum Beseitigen einer Verminderung der Bearbeitungsqualität aufgrund eines Versatzes bei der Position eines Bündelungspunkts eines Laserstrahls.
-
BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
-
In Übereinstimmung mit einem Vorgang zum Herstellen von Halbleiterbauelementen wird ein Halbleiterwafer mit mehreren an dessen Stirnseite ausgebildeten Bauelementen in mehrere Halbleiter-Bauelementchips geteilt. Halbleiterwafer werden durch Schneidvorrichtungen mit Schneidklingen, die hiervor breite Verwendung gefunden haben, und auch durch Laserbearbeitungsvorrichtungen geteilt, die in letzter Zeit breite Verwendung gefunden haben und imstande sind, verglichen mit den Schneidvorrichtungen Bearbeitungszuführgeschwindigkeiten zu erhöhen und Schneidzugaben zu vermindern. An den Laserbearbeitungsvorrichtungen wird ein von einem Laseroszillator emittierter Laserstrahl auf einen Halbleiterwafer aufgebracht.
-
An den Schneidvorrichtungen, die Halbleiterwafer mit rotierenden Schneidklingen schneiden, wird ein Haltetisch zum Halten von Halbleiterwafern mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von etwa 80 bis 100 mm/s für eine Bearbeitung zugeführt. An den Laserbearbeitungsvorrichtungen wird ein Haltetisch zum Halten von Halbleiterwafern mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von in etwa 100 bis 600 mm/s für eine Bearbeitung zugeführt. In den letzten Jahren wurde Aufwand betrieben, um die Geschwindigkeit, bei welcher der Haltetisch zugeführt wird, bis zu einem Bereich von in etwa 600 bis 1000 mm/s oder höher zu erhöhen.
-
Das offengelegte
japanische Patent Nr. 2003-320466 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die eine Laserablation an Halbleiterwafern ausführt, die mit hohen Geschwindigkeiten für eine Bearbeitung zugeführt werden. Das
japanische Patent Nr. 3408805 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die ausführt, was im Allgemeinen ein Stealth Dicing Vorgang bezeichnet wird, bei dem ein Bündelungspunkt eines Laserstrahls in einem Wafer positioniert wird, um darin modifizierte Schichten auszubilden.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Wenn ein Haltetisch, der einen Halbleiterwafer als ein Werkstück hält, für eine Bearbeitung mit einer hohen Geschwindigkeit zugeführt wird, neigt ein Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Haltetischs bei hohen Geschwindigkeiten dazu, Wärme zu erzeugen. Insbesondere ein als Aktuator zu dem Bewegungsmechanismus gehörender elektrischer Motor erzeugt Wärme, was Komponenten thermisch ausdehnt, die durch Wärme beeinflusst werden. Die thermisch ausgedehnten Komponenten können die Position des an dem Haltetisch gehaltenen Werkstücks mit dem Ergebnis ändern, dass der Bündelungspunkt des Laserstrahls nicht bei gewünschten Positionen in dem Werkstück positioniert ist. Als Ergebnis kann das Werkstück nicht wie gewünscht bearbeitet werden, was in einer Verminderung der Bearbeitungsqualität resultiert.
-
Es wurden vielfältige Maßnahmen ergriffen, um die obigen Schwierigkeiten zu beseitigen. Zum Beispiel wird während eines zeitweiligen Anhaltens des Vorgangs zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Vorgangs die Position des Bündelungspunkts eines Laserstrahls in dem Werkstück korrigiert, indem Laserbearbeitungsmarkierungen, die an dem Werkstück hergestellt worden sind, erfasst werden. In Übereinstimmung mit einer anderen Lösung wird die Höhe einer oberen Fläche des Werkstücks oder die Position einer projizierten Bearbeitungslinie an dem Werkstück erfasst und vor dem Bearbeiten des Werkstücks korrigiert. Jedoch benötigen diese Vorschläge wahrscheinlich einen zeitraubenden Erfassungsvorgang und folglich eine lange Bearbeitungszeit. Wenn die durch die Wärme betroffenen Komponenten zu weit thermisch ausgedehnt werden, sind darüber hinaus die vorgeschlagenen Korrekturvorgänge nicht wirksam, um die Bearbeitungsnachteile zu vermeiden.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Versatz korrigiert, der bei der Position des Bündelungspunkts eines Laserstrahls aufgrund des Effekts einer thermischen Ausdehnung von Komponenten verursacht wird, welche durch Wärme hervorgerufen wird, die durch einen Bewegungsmechanismus erzeugt wird, um dadurch die Bearbeitungsqualität zu verbessern.
-
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Haltemechanismus zum Halten eines Werkstücks, einem Laserstrahl-Aufbringmechanismus zum Aufbringen eines Laserstrahls auf das durch den Haltemechanismus gehaltene Werkstück während eines Haltens eines Bündelungspunkts des Laserstrahls in dem Werkstück, einem Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Haltemechanismus in einer Bearbeitungszuführrichtung und einer Anstellrichtung, einer Steuerung zum Steuern von zumindest dem Laserstrahl-Aufbringmechanismus und dem Bewegungsmechanismus, und einem Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Haltemechanismus oder einer Temperatur eines Aktuators des Bewegungsmechanismus, der den Haltemechanismus in der Bearbeitungszuführrichtung bewegt, bereitgestellt. Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus weist eine Bündelungspunkt-Positionseinstelleinheit zum Einstellen einer Position des Bündelungspunkts des Laserstrahls in einer Dickenrichtung des Werkstücks auf. In Abhängigkeit einer durch den Temperatursensor erfassten Temperaturänderung steuert die Steuerung die Bündelungspunkt-Positionseinstelleinheit, um eine Position des Bündelungspunkts des Laserstrahls in der Dickenrichtung des Werkstücks festzulegen, und steuert den Aktuator, um eine Position des Bündelungspunkts des Laserstrahls in der Anstellrichtung festzulegen, um dadurch die Positionen des Bündelungspunkts des Laserstrahls zu korrigieren.
-
Vorzugsweise speichert die Steuerung im Voraus eine Korrelationsübersicht, die eine Korrelation zwischen Temperaturänderungen des Haltemechanismus oder des Aktuators und Änderungen der Position des Bündelungspunkts definiert, und die Steuerung erfasst eine Änderung bei der Position des Bündelungspunkts, die mit der durch den Temperatursensor erfassten Temperaturänderung korrespondiert, indem sie auf die Korrelationsübersicht Bezug nimmt, und korrigiert die Position des Bündelungspunkts des Laserstrahls unter Verwendung eines Korrekturwerts, der mit der erhaltenen Positionsänderung des Bündelungspunkts korrespondiert.
-
Vorzugsweise ist der Aktuator des Bewegungsmechanismus, der den Haltemechanismus in der Bearbeitungszuführrichtung bewegt, ein Linearmotor mit elektromagnetischen Spulen, und der Temperatursensor erfasst eine Temperatur der elektromagnetischen Spule.
-
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Korrigieren einer Position eines Laserstrahlbündelungspunkts in einer Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Haltemechanismus zum Halten eines Werkstücks, einen Laserstrahl-Aufbringmechanismus zum Aufbringen des Laserstrahls auf das durch den Haltemechanismus gehaltene Werkstück während eines Haltens des Laserstrahlbündelungspunkts in dem Werkstück, einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Haltemechanismus in einer Bearbeitungszuführrichtung und einer Anstellrichtung, eine Steuerung zum Steuern von zumindest dem Laserstrahl-Aufbringmechanismus und dem Bewegungsmechanismus und einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Haltemechanismus oder einer Temperatur eines Aktuators des Bewegungsmechanismus, der den Haltemechanismus in der Bearbeitungszuführrichtung bewegt, aufweist. Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus weist eine Bündelungspunkt-Positionseinstelleinheit zum Einstellen der Position des Laserstrahlbündelungspunkts in einer Dickenrichtung des Werkstücks auf. Das Verfahren umfasst einen Temperaturerfassungsschritt mit einem Erfassen der Temperatur mit dem Temperatursensor, einen Korrekturwert-Berechnungsschritt mit einem Berechnen eines Korrekturwerts zum Versetzen der Position des Laserstrahlbündelungspunkts auf Grundlage der erfassten Temperatur und einen Bündelungspunkt-Positionskorrekturschritt mit einem Steuern der Bündelungspunkt-Positionseinstelleinheit auf Grundlage des Korrekturwerts, um eine Position des Laserstrahlbündelungspunkts in der Dickenrichtung des Werkstücks festzulegen, und einem Steuern des Aktuators, um eine Position des Laserstrahlbündelungspunkts in der Anstellrichtung festzulegen, um dadurch die Positionen des Laserstrahlbündelungspunkts zu korrigieren.
-
Vorzugsweise speichert die Steuerung im Voraus eine Korrelationsübersicht, die eine Korrelation zwischen Temperaturänderungen des Haltemechanismus oder des Aktuators und Änderungen bei der Position des Bündelungspunkts definiert und erhält die Steuerung bei dem Korrekturwert-Berechnungsschritt eine Positionsänderung des Bündelungspunkts, die mit der durch den Temperatursensor erfassten Temperaturänderung korrespondiert, indem sie auf die Korrelationsübersicht Bezug nimmt, und berechnet einen Korrekturwert, der mit der erhaltenen Positionsänderung des Bündelungspunkts korrespondiert.
-
Vorzugsweise ist der Aktuator des Bewegungsmechanismus, der den Haltemechanismus in der Bearbeitungszuführrichtung bewegt, ein Linearmotor mit elektromagnetischen Spulen, und der Temperatursensor erfasst eine Temperatur der elektromagnetischen Spulen.
-
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Versatz bei der Position des Laserstrahlbündelungspunkts in dem Werkstück zu korrigieren, um dadurch dagegen vorzubeugen, dass die Position des Laserstrahlbündelungspunkts in dem Werkstück aufgrund der thermischen Ausdehnung des Haltemechanismus versetzt wird.
-
Da die Temperatur des Aktuators, der den Haltemechanismus für eine Bearbeitung mit hohen Geschwindigkeiten zuführt, direkt durch den Temperatursensor erfasst wird, kann eine Temperaturänderung für eine Positionskorrektur mit einer höheren Genauigkeit frühzeitig erkannt werden.
-
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und ihre Umsetzungsweise werden am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung wird hierdurch am besten verstanden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Seitenansicht eines optischen Systems, etc. eines Laserstrahl-Aufbringmechanismus der Laserbearbeitungsvorrichtung;
- 3 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung und von Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung, die durch die Steuerung gesteuert werden;
- 4A ist ein Plan einer Korrelation zwischen Temperaturen eines Aktuators und Versätzen in einer -Y-Achsenrichtung eines Bündelungspunkts in einem Werkstück;
- 4B ist ein Plan einer Korrelation zwischen Temperaturen des Aktuators und Versätzen in einer -Z-Achsenrichtung des Bündelungspunkts in dem Werkstück;
- 5A ist eine schematische Ansicht, die eine Position des Bündelungspunkts bei einer Referenztemperatur veranschaulicht;
- 5B ist eine schematische Ansicht, die einen Versatz in der -Y-Achsenrichtung der Position des Bündelungspunkts bei einem Temperaturanstieg veranschaulicht;
- 5C ist eine schematische Ansicht, welche die Position des Bündelungspunkts veranschaulicht, der korrigiert worden ist;
- 6A ist eine schematische Ansicht, welche die Position des Bündelungspunkts bei der Referenztemperatur veranschaulicht;
- 6B ist eine schematische Ansicht, welche einen Versatz in der -Z-Achsenrichtung der Position des Bündelungspunkts bei einem Temperaturanstieg veranschaulicht;
- 6C ist eine schematische Ansicht, welche die Position des Bündelungspunkts veranschaulicht, der korrigiert worden ist; und
- 7 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsverfahrens zum Korrigieren der Position des Bündelungspunkts.
-
AUSFÜHRLICHE ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
1 veranschaulicht eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung perspektivisch. Wie in 1 veranschaulicht, schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 einen Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 zum Aufbringen eines Laserstrahls und einen Haltetisch 13 zum Halten eines darauf zu bearbeitenden Werkstücks W auf. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 ist eingerichtet, den Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 und den Haltetisch 13 relativ zueinander zu bewegen und den Laserstrahl von dem Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 auf das an dem Haltetisch 13 gehaltene Werkstück W aufzubringen, um dadurch das Werkstück W mit dem Laserstrahl zu bearbeiten.
-
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 wird in Bezug auf ein dreidimensionales Koordinatensystem beschrieben, das X-, Y- und Z-Achsen aufweist, die sich entlang von X-Achsenrichtungen, Y-Achsenrichtungen bzw. Z-Achsenrichtungen erstrecken. Die X-Achsenrichtungen erstrecken sich horizontal und schließen eine +X-Achsenrichtung und eine -X-Achsenrichtung ein, und die Y-Achsenrichtungen erstrecken sich horizontal senkrecht zu den X-Achsenrichtungen und schließen eine +Y-Achsenrichtung und eine -Y-Achsenrichtung ein. Die Z-Achsenrichtungen erstrecken sich vertikal senkrecht zu den X-Achsenrichtungen und den Y-Achsenrichtungen und schließen eine +Z-Achsenrichtung und eine -Z-Achsenrichtung ein.
-
Das Werkstück W ist ein Halbleiterwafer, der als kreisförmige Platte ausgebildet ist, wie zum Beispiel ein Siliziumwafer. Das Werkstück W weist eine Stirnseite auf, die in 1 als eine obere Seite veranschaulicht ist und mehrere rechtwinklige Bereiche aufweist, die durch ein Gitter projizierter Trennlinien abgegrenzt sind und mehrere Bauelemente, wie zum Beispiel integrierte Schaltkreise (ICs) und großflächige integrierte Schaltkreise (LSIs) aufweisen, die in den jeweiligen rechtwinkligen Bereichen ausgebildet sind. Das Werkstück W kann aus einem beliebigen anderen Material hergestellt sein, einschließlich Keramik, Glas, Saphir oder Ähnlichem, genauso wie aus Halbleitermaterialien einschließlich Silizium oder Ähnlichem.
-
Das Werkstück W ist mit einem Band T befestigt und wird durch das Band T fest an einem ringförmigen Rahmen F unterstützt. Das Werkstück W, das Band T und der ringförmige Rahmen F bilden zusammen eine Werkstückeinheit U aus, die an der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 als ein Teil gehandhabt wird.
-
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 weist eine Basis 11 auf, die eine rechtwinklige Quaderform aufweist. Die Basis 11 unterstützt an deren oberen Fläche einen Bewegungsmechanismus 14 für eine Bearbeitungszufuhr des Haltetischs 13 in den X-Achsenrichtungen und einem Anstellen des Haltetischs 13 in den Y-Achsenrichtungen. Eine aufrechte Wand 16 ist auf der Basis 11 hinter dem Bewegungsmechanismus 14 errichtet. Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 wird an einem Arm 17 unterstützt, der in einer überhängenden Beziehung zu dem Haltetisch 13 von einer vorderen Fläche der aufrechten Wand 16 hervorsteht.
-
Der Bewegungsmechanismus 14 schließt einen Anstellmechanismus 20 zum relativ zueinander bewegen des Haltetischs 13 und des Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 in Anstellrichtungen, das heißt den Y-Achsenrichtungen, und einen Bearbeitungszuführmechanismus 21 zum relativ zueinander Bewegen des Haltetischs 13 und des Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 in Bearbeitungszuführrichtungen, das heißt den X-Achsenrichtungen, ein.
-
Der Anstellmechanismus 20 schließt ein Paar Führungsschienen 23, das an der oberen Fläche der Basis 11 angeordnet ist und sich parallel zu den Y-Achsenrichtungen erstreckt, und einen Antriebsmotor 26 zum Bewegen eines entlang der Y-Achse bewegbaren Tischs 24 ein, der entlang der Führungsschienen 23 verschiebbar an den Führungsschienen 23 in den Anstellrichtungen montiert ist. Nachdem der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 das Werkstück W entlang einer der projizierten Trennlinien daran bearbeitet hat, stellt der Anstellmechanismus 20 das Werkstück W an dem Haltetisch 13 um eine vorbestimmte Strecke in einer der Anstellrichtungen für den Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 an, um das Werkstück W entlang einer nächsten der projizierten Trennlinien daran zu bearbeiten.
-
Eine nicht veranschaulichte Mutter ist fest an einer unteren Fläche des entlang der Y-Achse bewegbaren Tischs 24 montiert, und eine Kugelspindel 25, die zwischen den Führungsschienen 23 angeordnet und sich parallel zu diesen erstreckt, ist betriebsfähig mit der Mutter in Gewindeeingriff. Wenn der Antriebsmotor 26, der mit einem Ende der Kugelspindel 25 gekoppelt ist, erregt wird, rotiert er die Kugelspindel 25 um ihre Mittelachse, was die Mutter dazu bringt, den entlang der Y-Achse bewegbaren Tisch 24 und den Bearbeitungszuführmechanismus 21 und den Haltetisch 13, die an dem entlang der Y-Achse bewegbaren Tisch 24 montiert sind, in einer der Y-Achsenrichtungen entlang der Führungsschienen 23 zu bewegen. Der Anstellmechanismus 20 kann alternativ einen nicht veranschaulichten Linearmotor aufweisen, wie dies bei dem nachfolgend beschriebenen Bearbeitungszuführmechanismus 21 der Fall ist.
-
Der Bearbeitungszuführmechanismus 21 schließt ein Paar Führungsschienen 30, die an einer oberen Fläche des entlang der Y-Achse bewegbaren Tischs 24 angeordnet sind und sich parallel zu den X-Achsenrichtungen erstrecken, und einen Aktuator 33 zum Bewegen eines entlang der X-Achse bewegbaren Tischs 32 ein, der entlang der Führungsschienen 30 in den Bearbeitungszuführrichtungen verschiebbar an den Führungsschienen 30 montiert ist.
-
Der Aktuator 33 schließt einen Linearmotor ein, der an einem unteren Abschnitt des entlang der X-Achse bewegbaren Tischs 32 montiert ist und nicht veranschaulichte elektromagnetische Spulen aufweist, die in einer vertikal zugewandten Beziehung zu einer Magnetplatte 35 positioniert sind, die zwischen den Führungsschienen 30 an der Y-Achsen-Bewegungsplatte 24 angeordnet ist und sich entlang der X-Achsenrichtungen erstreckt. Die elektromagnetischen Spulen werden nacheinander durch dreiphasige Wechselströme erregt, welche durch diese in aufeinander folgenden Phasen zum Erzeugen eines sich bewegenden Magnetfelds hindurchfließen, das den Aktuator 33 selbst und den entlang der X-Achse bewegbaren Tisch 32 in Hin- und Herbewegungen entlang der X-Achsenrichtungen bewegt.
-
Der Aktuator 33 schließt einen Temperatursensor 36 zum Erfassen einer Temperatur der elektromagnetischen Spulen des Linearmotors ein. Der Temperatursensor 36 erfasst eine Temperatur des Aktuators 33. Da der Aktuator 33 den entlang der X-Achse bewegbaren Tisch 32 und damit den Haltetisch 13 bei den wechselseitigen Bewegungen mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, wenn der Bearbeitungszuführmechanismus 21 in Betrieb ist, erzeugen die elektromagnetischen Spulen eine große Wärmemenge, welche die umgebenden Komponenten thermisch ausdehnt.
-
Der Temperatursensor 36 ist zum Messen der Temperatur der elektromagnetischen Spulen in den Aktuator 33 eingebaut. Alternativ kann der Temperatursensor 36 unabhängig von dem Aktuator 33 an dem entlang der X-Achse bewegbaren Tisch 32 angeordnet sein. Alternativ kann der Temperatursensor 36 eine Temperatur eines Haltemechanismus 37 zum Halten des Werkstücks W erfassen, der den entlang der X-Achse bewegbaren Tisch 32 und den Haltetisch 13 aufweist, und kann aus der erfassten Temperatur eine durch die Wärme des Aktuators 33 verursachte Temperaturänderung erfassen.
-
Der Haltetisch 13 ist an einer oberen Fläche des entlang der X-Achse bewegbaren Tischs 32 angebracht. Der Haltetisch 13 ist um dessen Mittelachse, die sich vertikal in den Z-Achsenrichtungen erstreckt, in einer θ-Richtung drehbar. Ein aus poröser Keramik hergestelltes Saugelement ist an einer oberen Fläche des Haltetischs 13 platziert. Vier Klammern 39 sind bei winklig beabstandeten Positionen um den Haltetisch 13 angeordnet. Die vier Klammern 39 werden durch nicht veranschaulichte Pneumatikaktuatoren betätigt, um den ringförmigen Rahmen F der Werkstückeinheit U bei den vier Positionen um den Haltetisch 13 zu klemmen, um das Werkstück W stabil an dem Saugelement zu halten.
-
Der entlang der X-Achse bewegbare Tisch 32 und der Haltetisch 13 machen zusammen den Haltemechanismus 37 zum Halten des Werkstücks W aus. Der Haltemechanismus 37 ist als Ganzes in den Bearbeitungszuführrichtungen und den Anstellrichtungen bewegbar.
-
Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 weist einen Bearbeitungskopf 40 auf, der an einem distalen Ende des Arms 17 montiert ist. Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 schließt ein optisches System, etc. ein, das in dem Arm 17 und dem Bearbeitungskopf 40 aufgenommen ist.
-
2 veranschaulicht das optische System, etc. des Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 in einer Seitenansicht. Der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 schließt einen Laseroszillator 41 zum Emittieren eines Laserstrahls 46, einen Spiegel 42 zum Reflektieren des von dem Laseroszillator 41 emittierten Laserstrahls 46, eine Kondensorlinse 43 zum Bündeln des durch den Spiegel 42 reflektierten Laserstrahls 46 und Aufbringen des gebündelten Laserstrahls 46 auf das Werkstück W und eine Positionseinstelleinheit für einen Bündelungspunkt 44 zum Bewegen der Kondensorlinse 43 in den Z-Achsenrichtungen ein, um die Position des Bündelungspunkt, das heißt Brennpunkts, des Laserstrahls 46 einzustellen.
-
Der von dem Laseroszillator 41 emittierte Laserstrahl 46 ist zum Beispiel ein YAG-Laserstrahl oder ein YVO-Laserstrahl. Der auf das Werkstück W aufgebrachte Laserstrahl 46 kann das Werkstück W entsprechend verschiedener Prozesse bearbeiten. Einer der Prozesse ist ein Ablationsvorgang, bei dem ein Laserstrahl, der eine durch das Werkstück W absorbierbare Wellenlänge aufweist, aufgebracht wird, um in der Stirnseite des Werkstücks W laserbearbeitete Nuten auszubilden. Ein anderer Prozess ist ein so genannter Stealth Dicing Prozess bzw. Vorgang, bei dem ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die durch das Werkstück W übertragbar ist, aufgebracht wird, um in dem Werkstück W modifizierte Schichten auszubilden.
-
Als Nächstes wird nachfolgend eine Anordnung zum Korrigieren der Position des Bündelungspunkts des Laserstrahls beschrieben.
-
3 veranschaulicht eine Steuerung 100 der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 und Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung 10, die durch die Steuerung 100 gesteuert werden, in Form von Blöcken. Die Steuerung 100 weist eine Steuerungseinheit 102 zum Steuern des Bewegungsmechanismus 14 und der Laserstrahl-Aufbringeinheit 12 und eine Speichereinheit 104 zum Speichern vielfältiger Arten von Daten ein.
-
Die Steuerungseinheit 102 steuert den Bewegungsmechanismus 14, um den Haltetisch 13 zu bewegen. Insbesondere steuert die Steuerungseinheit 102 einen Betrieb des Anstellmechanismus 20, das heißt des Antriebmotors 26, um den Haltetisch 13 (siehe 1) in den Anstellrichtungen, das heißt den Y-Achsenrichtungen, zu bewegen. Die Steuerungseinheit 102 steuert auch den Bearbeitungszuführmechanismus 21, das heißt den Aktuator 33, um den Haltetisch 13 in den Bearbeitungszuführrichtungen, das heißt den X-Achsenrichtungen, zu bewegen.
-
Darüber hinaus steuert die Steuerungseinheit 102 einen Betrieb der Positionseinstelleinheit für den Bündelungspunkt 44, um die Kondensorlinse 43 (siehe 2) in den Höhenrichtungen, das heißt den Z-Achsenrichtungen, zu bewegen, sodass die Position des Bündelungspunkts in den Z-Achsenrichtungen verändert wird. Der Temperatursensor 36 ist elektrisch mit der Steuerung 100 verbunden, sodass die durch den Temperatursensor 36 erfasste Temperatur in die Steuerungseinheit 102 eingegeben werden kann.
-
Die Speichereinheit 104 speichert Korrelationsübersichten M1 und M2, die in 4A bzw. 4B veranschaulicht werden. Die in 4A veranschaulichte Korrelationsübersicht M1 weist eine horizontale Achse, welche die Temperaturwerte (°C) des Aktuators 33 wiedergibt (siehe 1) und eine vertikale Achse auf, welche Versätze (µm) in der -Y-Achsenrichtung des Bündelungspunkts in dem Werkstück W wiedergibt, und definiert eine Korrelation zwischen den Temperaturwerten und den Versätzen. Die Korrelationsübersicht M1 wird auf der Grundlage der Temperaturwerte, die durch den Temperatursensor 36 (siehe 1) gemessen werden, und der Y-Achsenkoordinaten des Bündelungspunkts erhalten, die zu dem Zeitpunkt der Messung der Temperaturwerte erfasst werden.
-
Die Korrelationsübersicht M1 zeigt, dass, während die Temperatur des Aktuators 33 nach und nach höher wird als eine Referenztemperatur T1, der Bündelungspunkt nach und nach in der -Y-Achsenrichtung versetzt wird. Wenn der entlang der X-Achse bewegbare Tisch 32 insbesondere in dem in 1 veranschaulichten Aufbau aufgrund eines Temperaturanstiegs des Aktuators 33 thermisch expandiert, wird der Haltetisch 13 von einer Referenzposition in der +Y-Achsenrichtung versetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird die relative Position des Haltetischs 13 in Bezug auf den Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 in der +Y-Achsenrichtung versetzt, was verursacht, dass der Bündelungspunkt innerhalb des Werkstücks W in der -Y-Achsenrichtung versetzt wird. Bei der Referenztemperatur T1 wird der Bündelungspunkt nicht innerhalb des Werkstücks W in den Y-Achsenrichtungen versetzt und wird bei einer vorbestimmten Position positioniert.
-
Insbesondere bei der Referenztemperatur T1 weist der Haltetisch 13, wie in 5A veranschaulicht, einen Mittelpunkt C auf, dessen Y-Achsenkoordinate durch Ya wiedergegeben wird, und der durch P gekennzeichnete Bündelungspunkt wird bei einer vorbestimmten Position in dem Werkstück W angeordnet. Wenn die Temperatur, wie in 5B veranschaulicht, auf eine Temperatur T2 ansteigt, bewegt sich der Mittelpunkt C des Haltetischs 13 um Δy in der +Y-Achsenrichtung und weist eine Y-Achsenkoordinate auf, die durch Yb wiedergegeben wird, und der Bündelungspunkt P wird zu einer Position Py versetzt, die um Δy in der -Y-Achsenrichtung versetzt ist.
-
Wenn der Haltetisch 13 folglich in der +Y-Achsenrichtung versetzt ist, wird daher der Bündelungspunkt P in dem Werkstück W in der -Y-Achsenrichtung versetzt. Dies liegt daran, dass der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 nicht in den Y-Achsenrichtungen bewegt wird und nur der Haltetisch 13 aufgrund der thermischen Ausdehnung in den Y-Achsenrichtungen bewegt wird.
-
Auf ähnliche Weise weist die in 4B veranschaulichte Korrelationsübersicht M2 eine horizontale Achse, welche Temperaturwerte (°c) des Aktuators 33 (siehe 1) wiedergibt, und eine vertikale Achse auf, welche Versätze (µm) in der -Z-Achsenrichtung des Bündelungspunkts in dem Werkstück W wiedergibt, und definiert eine Korrelation zwischen den Temperaturwerten und den Versätzen. Die Korrelationsübersicht M2 wird auf Grundlage der Temperaturwerte, welche durch den Temperatursensor 36 gemessen werden (siehe 1), und Z-Achsenkoordinaten des Bündelungspunkts zu einem Zeitpunkt erhalten, zu dem die Temperaturwerte gemessen werden.
-
Die Korrelationsübersicht M2 gibt an, dass, während die Temperatur des Aktuators 33 nach und nach höher wird als die Referenztemperatur T1, der Bündelungspunkt nach und nach in der -Z-Achsenrichtung versetzt wird. Wenn der entlang der X-Achse bewegbare Tisch 32 sich aufgrund eines Temperaturanstiegs des Aktuators 33 thermisch ausdehnt, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform insbesondere bei der in 1 veranschaulichten Anordnung der Haltetisch 13 daher von einer Referenzposition in der +Z-Achsenrichtung versetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird die relative Position des Haltetischs 13 in Bezug auf den Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12 in der +Z-Achsenrichtung versetzt, was verursacht, dass der Bündelungspunkt in dem Werkstück W in der -Z-Achsenrichtung versetzt wird. Bei der Referenztemperatur T1 wird der Bündelungspunkt nicht in den Z-Achsenrichtungen in dem Werkstück W versetzt und wird bei einer vorbestimmten Position positioniert.
-
Bei der Referenztemperatur T1 weist der Haltetisch 13, wie in 6A veranschaulicht, insbesondere einen Mittelpunkt C auf, dessen Z-Achsenkoordinate durch Za wiedergegeben wird, und der Bündelungspunkt P ist in dem Werkstück W bei einer vorbestimmten Position angeordnet. Wenn die Temperatur, wie in 6B veranschaulicht, auf die Temperatur T2 ansteigt, bewegt sich der Mittelpunkt C des Haltetischs 13 um Δz in der +Z-Achsenrichtung und weist eine durch Zb wiedergegebene Z-Achsenkoordinate auf, und der Bündelungspunkt P wird zu einer Position Pz versetzt, die um Δz in der -Z-Achsenrichtung beabstandet ist.
-
Wenn der Haltetisch 13 somit in der +Z-Achsenrichtung versetzt worden ist, wird der Bündelungspunkt P in dem Werkstück W daher in der -Z-Achsenrichtung versetzt. Dies liegt daran, dass der Laserstrahl-Aufbringmechanismus 12, das heißt die Kondensorlinse 43, nicht in den Z-Achsenrichtungen bewegt wird, und nur der Haltetisch 13 aufgrund der thermischen Ausdehnung in den Z-Achsenrichtungen bewegt wird.
-
Daten zum Erzeugen der Korrelationsübersichten M1 und M2 variieren von Laserbearbeitungsvorrichtung zu Laserbearbeitungsvorrichtung und zudem von Umgebung zu Umgebung, in der die Laserbearbeitungsvorrichtung installiert ist. Die Korrelationsübersichten M1 und M2 können durch Ausführen eines Testvorgangs zur Datenerfassung bei einem Herstellungsvorgang erzeugt werden, bevor die Laserbearbeitungsvorrichtung von einer Produktionsstätte ausgeliefert wird und können dann in der Speichereinheit 104 gespeichert werden, oder können alternativ durch Ausführen eines Testvorgangs zur Datenerfassung erzeugt werden, nachdem die Laserbearbeitungsvorrichtung installiert worden ist, und können dann in der Speichereinheit 104 gespeichert werden.
-
Ein Steuerungsverfahren zum Korrigieren der Position des Bündelungspunkts an der Laserbearbeitungsvorrichtung 10, der somit angeordnet ist, wird hiernach beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm des Steuerungsverfahrens. Das in 7 veranschaulichte Steuerungsverfahren wird bei einem Laserbearbeitungsvorgang, wie zum Beispiel einem Ablationsvorgang oder einem Stealth Dicing Vorgang, auf die oben Bezug genommen worden ist, ausgeführt.
-
Insbesondere weist das zu bearbeitende Werkstück W, wie in 1 veranschaulicht, ein Gitter aus projizierten Trennlinien in zwei Gruppen, die senkrecht zueinander sind, auf. Der Haltetisch 13, der an sich das Werkstück W hält, wird in einer Bearbeitungszuführrichtung, das heißt einer der X-Achsenrichtungen, bewegt, währenddessen das Werkstück W entlang einer der projizierten Trennlinien, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, durch den Laserstrahl 46 bearbeitet wird. Danach wird der Haltetisch 13 in einer Anstellrichtung, das heißt einer der Y-Achsenrichtungen, bewegt, und dann wird das Werkstück W entlang einer nächsten benachbarten der projizierten Trennlinien, die sich in der ersten Richtung erstrecken, durch den Laserstrahl 46 bearbeitet. Nachdem das Werkstück W entlang sämtlicher projizierter Trennlinien bearbeitet worden ist, die sich in der ersten Richtung erstrecken, wird der Haltetisch 13 um dessen Mittelachse um 90° gedreht. Dann wird das Werkstück W durch den Laserstrahl 46 entlang der projizierten Trennlinien bearbeitet, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstrecken. Das Steuerungsverfahren wird bei dem obigen Laserbearbeitungsvorgang wie folgt ausgeführt:
-
<Temperaturerfassungsschritt>
-
Ein Temperaturerfassungsschritt S1 ist ein Schritt, bei dem der Temperatursensor 36 die Temperatur des Haltemechanismus 37 oder die Temperatur des Aktuators 33 erfasst. Der Temperatursensor 36 kann die Temperatur zu jedem Zeitpunkt während des Laserbearbeitungsvorgangs in Echtzeit erfassen oder kann die Temperatur zu bestimmten Zeitpunkten erfassen, und die Speichereinheit 104 kann die so erfasste Temperatur speichern.
-
<Korrekturwert-Berechnungsschritt>
-
Ein Korrekturwert-Berechnungsschritt S2 ist ein Schritt, bei dem auf die Korrelationsübersicht Bezug genommen wird, welche die Korrelation zwischen den Temperaturwerten und den Versätzen bei der Position des Bündelungspunkts definiert, ein Versatz der Position des Bündelungspunkts, der mit dem durch den Temperatursensor 36 erfassten Temperaturwert korrespondiert, aus der Korrelationsübersicht bestimmt wird und ein Korrekturwert zum Ausgleichen des Versatzes berechnet wird.
-
Insbesondere wird zum Beispiel bei der Temperatur T2 auf die Korrelationsübersicht M1, die in 4a veranschaulicht wird, Bezug genommen, und der Versatz Δy wird aus der Korrelationsübersicht M1 bestimmt. Wie in 5B veranschaulicht, wird in diesem Fall der Bündelungspunkt in dem Werkstück W um den Versatz Δy in der -Y-Achsenrichtung bewegt.
-
Dann wird ein Korrekturwert als ein numerischer Wert zum Ausgleichen des Versatzes Δy definiert. Der Korrekturwert kann, anstelle gleich dem Versatz Δy zu sein, ein anderer numerischer Wert sein, der basierend auf dem Versatz Δy berechnet wird. In Bezug auf den in den 4B und 5B veranschaulichten Versatz in der Z-Achsenrichtung wird ein Korrekturwert auf Grundlage des Versatzes Δz definiert.
-
<Bündelungspunkt-Positionskorrekturschritt>
-
Ein Bündelungspunkt-Positionskorrekturschritt S3 ist ein Schritt, bei dem die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W unter Verwendung des berechneten Korrekturwerts korrigiert wird. Die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W kann zu jedem Zeitpunkt während des Laserbearbeitungsvorgangs in Echtzeit korrigiert werden oder kann zu bestimmten Zeitpunkten korrigiert werden. Zum Beispiel muss die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W nicht korrigiert werden, während der Haltetisch 13 in den Bearbeitungszuführrichtungen, das heißt den X-Achsenrichtungen, bewegt wird, sondern kann korrigiert werden, wenn der Haltetisch 13 in den Anstellrichtungen, das heißt den Y-Achsenrichtungen, bewegt wird, das heißt angestellt wird, nachdem das Werkstück W entlang einer bestimmten projizierten Trennlinie durch den Laserstrahl bearbeitet worden ist.
-
Wie in 5C veranschaulicht, wird insbesondere der Haltetisch 13 um den Korrekturwert Δy, das heißt den Versatz Δy, auf Grundlage des Korrekturwerts in der -Y-Achsenrichtung bewegt, der bei dem Korrekturwert-Berechnungsschritt S2 berechnet worden ist, was die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W in den Y-Achsenrichtungen mit der Position bei der Referenztemperatur T1 in Übereinstimmung bringt.
-
Wie in 6C veranschaulicht, wird die Positionseinstelleinheit für einen Bündelungspunkt 44 betätigt, um die Position in den Z-Achsenrichtungen der Kondensorlinse 43 zu ändern (siehe 2), was die Position des Bündelungspunkts um den Korrekturwert Δz in der +Z-Achsenrichtung bewegt, um dadurch die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W in den Z-Achsenrichtungen mit der Position bei der Referenztemperatur T1 in Übereinstimmung zu bringen.
-
Durch ein solches Ausführen des Bündelungspunkt-Positionskorrekturschritts S3 kann die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W mit der Position bei der Referenztemperatur T1 in Übereinstimmung gebracht werden, sodass der Bündelungspunkt in dem Werkstück W davon abgehalten wird, aufgrund der thermischen Ausdehnung des Haltemechanismus 37 versetzt zu werden.
-
Bei dem Korrekturwert-Berechnungsschritt S2 kann anstelle eines Bestimmens eines Korrekturwerts durch Bezugnahme auf die Korrelationsübersicht ein Korrekturwert pro Temperaturänderungseinheit bestimmt werden. Die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W kann unter Verwendung des so bestimmten Korrekturwerts korrigiert werden.
-
Vorausgesetzt, dass bestätigt wird, dass die Position in den Z-Achsenrichtungen des Bündelungspunkts in dem Werkstück W um -20 µm versetzt wird und die Position in den Y-Achsenrichtungen des Bündelungspunkts in dem Werkstück W um +3 µm versetzt wird, wenn die Temperatur des Aktuators 33 (siehe 1) um 5°C ansteigt, wird die Position des Bündelungspunkts in dem Werkstück W pro Temperaturänderungseinheit, das heißt pro Temperaturanstieg um 1°C, um +4 µm in den Z-Achsenrichtungen und um -0,6 µm in den Y-Achsenrichtungen korrigiert.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2003320466 [0004]
- JP 3408805 [0004]
